Обратная связь

Физические факторы

Физические факторы (температура, давление, время и пространство) оказывает влияние на формирование химического состава подземных вод любой зоны литосферы.

Температура прежде всего изменяет свойства воды как раствори­теля. Соли также по-разному реагируют на температурный фактор.

В условиях повышенных температур гидролизу подвергаются простые соли, силикаты и алюмосиликаты. С ростом температуры растворимость натриевых солей в общем увеличивается, а кальци­евых (за исключением СаСl2) уменьшается.

Растворимость MgCO3 и СаСO3 даже в воде, насыщенной СO2, с повышением температуры до 100 °С падает до нуля.

При повышении температуры растворимость хлоридов резко уве­личивается. Например, растворимость галита при повышении температуры от 25 до 450 °С увеличивается в 3 раза, а сильвина КСl — более чем в 6 раз.

Температура существенно повышает растворимость кварца и кремнезема. Так, при t = 50 °С масса выщелоченного кварца в 1,7 раза больше, чем при t = 25 °С, за одно и то же время. Раствори­мость аморфной кремнекислоты линейно зависит от температуры; так, она составляет 60-80 мг/дм3 при t = 0 °С, 100-140 мг/дм3 при t = 25 °С, 300-380 мг/дм3 при t = 85-90 °С.

Под воздействием температур происходят выпаривание под­земных вод и увеличение их минерализации.

Температура определяет течение не только химических реакций, но и биохимических. Для биохимических процессов порогом явля­ется t = 50 °С — начало свертывания белков и замирание органи­ческой жизни, хотя жизнедеятельность некоторых видов бактерий возможна и при более высоких температурах.

С температурными условиями тесно связаны подвижность воды и проницаемость пород. В результате повышения температуры с глубиной происходит освобождение физически связанной воды, а также увеличение пористости горных пород и их фильтрационной способ­ности.

Существуют три характерные температурные точки, соответству­ющие переходу воды из жидкого состояния в твердое и парооб­разное — 0 °С, 100 °С и 374 °С. В обстановке водоносного пласта точки фазового перехода могут не совпадать с указанными темпера­турами. У всех растворов критическая температура выше, чем у чистой воды (374 °С). В глубоких частях земной коры в условиях высоких давлений критическая температура может достигать 425 °С (В.И. Вернадский).

Таким образом, в процессе циркуляции подземных вод из верхних холодных горизонтов в нижние нагретые температура выступает в роли косвенного фактора метаморфизации химического состава вод. По мере опускания подземных вод под воздействием температурного градиента некоторые соли, выпадая в осадок, постепенно уходят из раствора и заменяются такими солями, для которых высо­котемпературная обстановка более благоприятна. В связи с этим изменяется гидрохимический тип воды.

Подземные воды, погружаясь в недра Земли, подвергаются воз­действию региональных геотермических полей, обусловленных общим геотермическим градиентом, или воздействию локальных термических аномалий. Геотермический градиент зависит от харак­тера геологических структур, литологического состава пород и т.п. В среднем для верхней части стратисферы температура на каждый 1 км глубины увеличивается на 32,9 °С (33 °С). Появление глубоких вод литосферы наблюдается обычно в районах тектонических нару­шений, где они выходят на поверхность в виде горячих источников или парогидротерм.

В артезианских бассейнах (например, в Западно-Сибирском, Предкавказском и др.) гидрокарбонатные кальциевые воды нахо­дятся в зоне холодных вод (до 20 °С); сульфатные воды встречаются в температурных зонах до 50 °С, в условиях которых активно проте­кают процессы десульфатизации; хлоридные воды встречаются в любых температурных зонах.

Хлоридные термальные рассолы по преобладающим катионам являются либо кальциево-натриевыми, либо натриево-кальциевыми, либо даже кальциевыми.

Давление в меньшей степени, чем температура, влияет на раство­ряющую способность воды. Однако на больших глубинах этот фактор играет существенную роль, поскольку растворяющая способ­ность воды значительно увеличивается. Растворимость некоторых солей с повышением давления на 100 атм увеличивается следующим образом: кальцита СаСO3 на 7,5%, ангидрита на 7,7%, гипса CaSO4 * 2Н2O — на 5,7%, флюорита CaF2 — на 3,3%.

Время и пространство. В процессе формирования химического состава подземных вод существенное значение имеет фактор вре­мени. Процессы, вызывающие изменение химического состава под­земных вод, совершаются с геологической длительностью. Гидрохимическое равновесие, особенно верхних горизонтов подземных вод, с течением времени меняется под воздействием тектонических дви­жений, процессов минералообразования, уплотнения и цементации горных пород, выветривания, изменения климатических условий и т.п. В течение геологического времени эти процессы могут касаться и глубоких недр Земли. Однако в отдельных случаях глубинные под­земные рассолы несколько геологических периодов могут пребывать в состоянии длительного гидрохимического равновесия. В таких слу­чаях, несмотря на некоторую метаморфизацию рассолов, может со­храняться их первоначальный гидрохимический тип. Анализируя химический состав погребенных вод прошлых геологических эпох и учитывая физико-географические условия прошлого, литологию вмещающих воду пород и проч., можно воспроизвести химическую эволюцию гидросферы.

Значение пространства можно выразить следующим образом: чем длиннее путь движения воды, тем в большей степени при прочих равных условиях она обогащается солями.

В областях развития скальных труднорастворимых пород и при очень длинных путях циркуляции воды могут сохранять низкую минерализацию.