7. Теории происхождения подземных вод

Все исследователи признают, что возникновение гидросферы неразрывно связано с происхождением и развитием Земли как планеты, исходным веществом для которого является газопылевое облако космического происхождения.

Однако одни считают, что это облако было горячим изначально, другие – изначально холодным.

В связи с этим образуется 2 лагеря: горячая гипотеза и холодная.

В соответствии с холодной гипотезой формирование гидросферы связано главным образом с процессами направленного выплавления и необратимой дегазации вещества мантии. Продукты дегазации через образовавшуюся кору проникали в виде газа и воды.

Рельеф поверхности Земли в то время был слабо расчленён, поэтому водная масса покрывала почти всю ЗП. То есть первичный океан был Мировым, но глубина его была значительно больше.

Эти воды имели кислый состав, то есть были «агрессивными» по отношению к ГП (легко и быстро растворяли ГП и вбирали эти ионы из ГП).

Пресные воды появляются в результате испарения с поверхности этого океана и других акваторий в пределах суши.

Гидросфера на Земле существовала почти во все геологические времена. Формирование основной массы ювенильной воды (от лат. юный, первичный) и образование гидросферы Земли в её современном объёме произошло в течение архейской эры около 3 млрд. лет тому назад. В это время шло расчленение Земли на платформенные, относительно устойчивые, и геосинклинальные области. Тогда образовались океанические впадины и моря. Эта гипотеза образования гидросферы носит название ювенильной, то есть гидросфера образовалась на ранней стадии развития Земли из воды, которая вышла из мантии (дегазация мантии).

Согласно горячей гипотезе происхождения Земли земное облако выделилось из единого солнечного облака в процессе его сжатия. Сжатие земного облака сопровождалось в дальнейшем его разогревом и дифференциацией газа, при этом процессы формирования Земли протекали последовательно:

1) более высокую температуру конденсации имеют соединения Fe, Ni, Si и Mg, поэтому они сначала образовали ядро;

2) более низкую температуру конденсации имеют сульфиды и силикаты, поэтому они образуют мантию;

3) вода, имеющая наиболее низкую температуру конденсации, выделилась на ЗП на самой последней стадии её формирования.

Неконденсированная часть газа осталась в виде атмосферы. Таким образом, вода является по этой гипотезе молодым образованием по сравнению с мантией, ядром, ЗК, а в глубины Земли она проникла позже в процессе её круговорота.

Климатический (гидрологический) круговорот возник только с момента появления суши и океана.

Геологический круговорот появился вместе с ОГП, начиная с PR.

Эта гипотеза происхождения гидросферы называется конденсационной.

Отличие принципиальное у гипотез.

Независимо от происхождения и формирования гидросферы Земли вода включилась сразу же в разнообразный круговорот, что привело к формированию различных генетических типов подземных вод.

Генетические типы подземных вод – это типы воды, которые объединяются:

единым источником питания;

механизмом проникновения в земные недра;

общей направленностью круговых процессов.

1.Метеогенные (метеорные) – в результате проникновения атмосферных осадков в недра Земли.

По механизму проникновения в земные недра они подразделяются на:

инфильтрационные, проникающие путём свободного течения жидкой воды по свободным порам;

конденсационные воды проникают в земные недра в виде пара и там, в ГП, в результате конденсации превращаются в жидкую воду.

Инфильтрационные доминируют над конденсационными. 1 тип развит в верхней зоне, зоне активного водообмена, на платформах 1-2 км глубиной, в горно-складчатых областях до 2-3 км.

2.Седиментационные (погребённыеископаемые, захороненные) формируются в процессе седиментации, то есть в результате образования ОГП.

Также по механизму проникновения в земные недра они подразделяются на подтипы:

погребённые – свободные воды, находились в порах ГП с момента формирования донного осадка, опустились на некоторую глубину и образовали водоносный горизонт;

элизионные воды (элизия - выдавливание) – это воды физически связанные, выдавленные под действием веса вышележащих ГП из глинистых образований и перешедшие в коллектор;

возрождённые перенесены на большую глубину непосредственно кристаллической решёткой в форме конституционной, кристаллизационной или цеолитной воды, а затем перешли в свободное состояние в результате разрушения структуры минералов.

Седиментационные воды широко распространены в нижних горизонтах артезианских бассейнов платформенного типа. С этими седиментационными водами очень часто связано образование нефтяных месторождений.

3.Ювенильные воды (первичные, первозданные) образуются за счёт выделения паров из магмы, которая, конденсируясь в более холодных верхних сферах, поднимается по глубоким тектоническим зонам и разломам и проникают в ОГП.

Здесь выделяются магматогенные (поступающие с магмой, а потом выделившиеся при её остывании) и интрателлурические (в результате дегазации вещества мантии и потом поднимающиеся по глубинным разломам).

За 8 млн. лет через глубинные разломы проходит такой объём воды, который соизмерим с объёмом современного Мирового океана.

1Талассогенные образуются из океанической воды, проникли в глубокие горизонты преимущественно в результате движения литосферных плит.

Некоторые учёные выделяют водозные или блуждающие воды (как пятый тип), образующиеся при сочетании инфильтрационных и седиментационных вод.

В общем круговороте воды на Земле наиболее активно участвуют воды 1 и 2 типа: инфильтрационного и конденсационного происхождения.

8. Вода как химическое вещество: вода – это уникальное химическое соединение, состоящее из ионов H₂ и O₂.

Уникальное, так как большинство физических и физико-химических свойств аномально. Они резко отличаются от тех, которые можно было бы теоретически ожидать для оксида H₂ или гидрида O₂ исходя из положения этих химических элементов в периодической системе Менделеева.

Основные свойства воды:

температура плавления воды 0 ⁰С, а теоретически должно быть -120 ⁰С (по аналогии с температурой плавления гидридов);

температура кипения +100 ⁰С, а должно быть -112 ⁰С. Плавление воды сопровождается не расширением, как у большинства соединений, а сжатием. Объём льда > объема жидкой воды.

Наибольшая плотность воды при температуре +4 ⁰С, а не при 0 ⁰С. При повышении температуры от 0 до 4 ⁰С плотность воды возрастает сначала, при большей температуре начинает уменьшаться: максимальная плотность при +4 ⁰С. Вода – самый мощный растворитель. Растворяются почти все вещества кроме жиров и УВ.

Необычная зависимость вязкости воды от давления. При увеличении температуры от 0 до +20-30 ⁰С вязкость воды с повышением давления уменьшается и только потом начинает увеличиваться.

Большая теплоёмкость воды – от 5 до 30 раз выше, чем у других жидких и твёрдых веществ. В результате вода поглощает или отдаёт максимально возможное количество тепла, чего не скажешь о других твёрдых или жидких веществах.

Большое поверхностное натяжение: исключение – Hg (у неё больше, чем у воды). В результате него вода в капиллярах образует вогнутый мениск в отличие от ртути. Кривизна этого мениска и размер пор определяют высоту капиллярного поднятия. В песках высота капиллярного поднятия до 1,5 м, а в глинах до 6-12 м.

Многообразный изотопный состав воды: возможно 18 различных типов воды, самый известный из которых – тяжёлая вода.

Причина необычности свойств в строении молекулы воды, которая обусловлена наличием в воде межмолекулярного водородного типа связи: суть связи – ион H₂, связанный с каким-то ионом другого элемента (в данном случае O₂) способен электростатически притягивать к себе другой ион того же элемента.

O-H…O

Левая часть выражает (характеризует) очень прочную химическую связь между H₂ и O₂, которая существует в самой молекуле воды.

Правая часть имеет более слабую и по рассеянию более длинную водородную связь между H₂ и O₂ другой соседней молекулы воды.

Это значит, что вода (жидкая) представляет собой группу молекул воды, а не одну молекулу воды и настоящая молекула воды состоит из n-количества молекул: (H₂O)_n, а не одной молекулы H₂O.

n может колебаться от 2 до 860 в зависимости от температуры, только при температуре более 250 ⁰С формула воды принимает вид H₂O.