Формирование химического состава
Формирование химического состава грунтовых вод в общем случае может быть связано с проявлением всех процессов, рассмотренных выше (см. гл. 4). Однако в качестве основных процессов по степени их влияния на формирование химического состава и минерализации грунтовых вод должны рассматриваться процессы: выщелачивания горных пород; концентрирования при разгрузке грунтовых вод испарением; смешения с водами более глубоких водоносных горизонтов (на участках их восходящей разгрузки); антропогенного воздействия на грунтовые воды.
Выщелачивание пород зоны аэрации и водовмещающих пород грунтового горизонта в естественных условиях является основным процессом поступления минеральных веществ в грунтовые воды. Состав поступающих веществ и их концентрация определяются минералого-геохимическим комплексом горных пород. В условиях зон умеренного и избыточного увлажнения горные породы верхней части геологического разреза (зона аэрации, грунтовый водоносный горизонт) находятся на так называемой карбонатной стадии выщелачивания, поскольку более растворимые соединения (хлориды и сульфаты) в условиях интенсивною водообмена уже вынесены из верхней зоны. В этом случае в результате процесса выщелачивания формируются, как правило, грунтовые воды НСО,—Ca(Mg) состава с минерализацией менее 1,0 г/л. Однако в пределах территорий, где в верхней части разреза широко распространены гипсы и загипсованные породы (Приуралье, северная часть Московской синеклизы и др.), непосредственно в процессе выщелачивания формируются грунтовые воды S04—Са состава с минерализацией до 2,0—2,5 г/л и более. На территориях с аридным климатом при малых (до 10—15 мм/год и менее) величинах инфильтрационно-конденсационного питания и значительных (до 30—50 м и более) мощностях зоны аэрации в ней в течение длительного времени могут сохраняться легкорастворимые соединения (погребенные засоленные почвы, морские отложения и др.). В этом случае в результате выщелачивания возможно формирование “пестрых" по составу (S04, Cl—S04 и др.) грунтовых вод с минерализацией до 3,0—5,0 г/л и более.
В отложениях верхнечетвертичных и современных террас соленых озер (Прикаспий, юг Западной Сибири и др.) при наличии в них прослоев солей, засоленных суглинков и почв непосредственно в результате выщелачивания возможно формирование грунтовых вод Cl—Na состава с минерализацией до 50 г/л и более.
Процесс испарения (разгрузка путем испарения, см. выше) оказывает определяющее влияние на формирование состава грунтовых вод в пределах аридных и семиаридных территорий на участках с неглубоким (до 3—5 м) залеганием уровня. В этих условиях капиллярная кайма достигает поверхности земли, что определяет возможность интенсивного испарения грунтовых вод и накопления солей в почвенном слое и на поверхности земли (формирование солончаков и солонцов). В последующем при выпадении атмосферных осадков или поступлении в такие понижения вод склонового стока происходит растворение более легкорастворимых соединений (хлориды, сульфаты) и “вторичное” поступление их в грунтовый горизонт с инфильтрующимися водами. Проявление этого “механизма” в течение длительного времени (чередование в зависимости от сезонов года периодов разгрузки испарением и периодов инфильтрационного питания) приводит к формированию под такими понижениями минерализованных вод и рассолов преимущественно Cl и S04—Cl состава. Это явление обычно рассматривается как процесс континентального засоления грунтовых вод.
Процессы смешения с более глубокими минерализованными водами определяют изменение состава грунтовых вод на участках интенсивной глубинной разгрузки (долины крупных рек, приморские низменности, внутриконтинентальные впадины). В зависимости от расходов разгружающихся глубоких вод и их состава изменения минерализации и состава грунтовых вод могут быть различными. Наиболее интенсивные проявления этого фактора характерны для участков, где на относительно небольших глубинах залегают соли или засоленные горные породы (Соликамская впадина, Ангаро-Ленский регион и др.). В этом случае в современных и верхнечетвертичных аллювиальных отложениях на отдельных участках формируются “купола” высокоминерализованных вод и рассолов хлоридного состава (долины рек Кама, Лена и др.).
Влияние антропогенного фактора на формирование химического состава грунтовых вод наиболее заметно проявляется на территориях городских агломераций, промышленных предприятий и районов интенсивной сельскохозяйственной деятельности. В этом случае изменения химического состава грунтовых вод могут быть связаны, с одной стороны, с резко повышенными (в сравнении с естественным фоном) концентрациями обычных компонентов (СГ, SO*”, NO”, NO” и др.), с другой — с наличием компонентов, не характерных для грунтовых вод района в естественных условиях (тяжелые металлы, органические соединения, ядохимикаты и др., см. гл. 16).
Гидрогеохимический режим грунтовых вод тесно связан с гидродинамическим режимом и определяется главным образом изменением (во времени) соотношения приходных и расходных статей баланса грунтового водоносного горизонта (см. уравнение 7.2).
В периоды формирования интенсивного атмосферного питания и соответственно подъема уровня грунтовых вод за счет поступления менее минерализованных вод (минерализация атмосферных осадков обычно не превышает 20—30 мг/л) происходит относительное уменьшение минерализации фунтовых вод, особенно заметно проявляющееся в верхней части водоносного горизонта. На участках с приречным видом режима уменьшение минерализации в периоды интенсивного питания связаны с фильтрацией в грунтовый водоносный горизонт менее минерализованных поверхностных вод.
В периоды отсутствия питания грунтовых вод и сработки их запасов в результате разгрузки (снижение уровня) происходит относительное увеличение минерализации грунтовых вод, которое может быть связано с процессом выщелачивания водовмещающих пород, перераспределением (выравниванием концентрации) растворенных веществ в разрезе водоносного горизонта, относительным увеличением в периоды с низким положением уровня грунтовых вод притока из нижележащих водоносных горизонтов, процессами криогенного концентрирования при промерзании грунтовых вод и др.
Величина изменения общей минерализации грунтовых вод в годовом периоде (амплитуда) в зависимости от глубины залегания их уровня, климатических условий местности, состава водовмещающих пород и других факторов изменяется от нескольких миллиграммов до 30—40 г/л и более. В общем случае амплитуда изменения минерализации грунтовых вод (абсолютные значения) возрастает с увеличением их общей минерализации (Ковалевский, 1983). Изменения общей минерализации грунтовых вод происходят за счет содержания основных компонентов химического состава подземных вод (HCOv СГ, SO2, Na+, Са2\ Mg2+), однако в зависимости от минералого-геохимического состава пород зоны аэрации, климатических условий местности и ряда других факторов режим изменения концентрации этих компонентов может быть различным.
В пределах конкретных участков территории в зависимости от глубины залегания, кшматических условий, параметров водовмещающих пород и других факторов закономерности гидрогеохимического режима грунтовых вод могут существенно изменяться.
Так, при значительных (более Ю м) глубинах залегания грунтовых вод и отсутствии близко расположенных участков сосредоточенного интенсивного питания изменения общей минерализации
и химического состава грунтовых вод во времени могут практически отсутствовать.
При значительном загрязнении поверхности земли в период формирования интенсивного инфильтрационного питания (особенно в начале периода) возможно возрастание обшей минерализации грунтовых вод за счет увеличения концентрации NOr NСф. СИ, SO'+, увеличение содержания органических веществ и ряда других химических компонентов.
На участках с прибрежным видом режима фильтрация в берега сильно загрязненных или минерализованных поверхностных вод также приводит к заметному изменению состава грунтовых вод. Особенно резко это проявляется в котловинах соленых озер при сезонных подъемах уровня воды и на морских побережьях, где особенности формирования гидрогеохимического режима связаны с фильтрацией морских вод (морские приливы и отливы).
На территориях с неглубоким залеганием уровня грунтовых вод изменение соотношения величин их разгрузки за счет собственно испарения и транспирации растительностью (изменения этих соотношений в плане от участка к участку, по сезонам года или в многолетнем периоде и т.д.) приводит к заметным различиям гидро- геохимичсского режима грунтовых вод на смежных участках и др.
- Глава 1
- Единство природных вод Земли
- Поверхностная часть гидросферы.
- Глава 2
- Виды воды в горных породах
- Строение подземной гидросферы (гидрогеосферы)
- Глава 2. Состав и строение подземной гидросферы
- Глава 3
- Скважность (пустотность) горных пород
- Влажность и влагоемкость
- Проницаемость
- Глава 4
- Вода как химическое вещество (строение молекулы, структура, свойства, изотопный состав)
- Физические свойства подземных вод
- Состав подземных вод
- Факторы и процессы формирования химического состава подземных вод
- Глава 5
- Фильтрационный поток
- Закон Дарси
- Режим и баланс подземных вод
- Глава 5. Динамика и режим подземных вод -|27
- Глава 6
- Глава 7
- Воды зоны аэрации
- Грунтовые воды
- 7.2.1. Питание и разгрузка грунтовых вод
- Режим и баланс грунтовых вод
- Формирование химического состава
- Зональность грунтовых вод
- Глава 7. Грунтовые воды и воды зоны аэрации q3
- Глава 8 межпластовые воды
- Глава 9
- Трещинные воды
- Трещинно-карстовые воды
- Глава 10
- Глава 10. Артезианские бассейны платформенного типа 259
- Глава 11
- Гидрогеологические массивы
- Гидрогеология складчатых областей
- Артезианские бассейны межгорного типа
- 272 Часть III. Основы региональной гидрогеологии
- Адартезианские бассейны
- Вулканогенные массивы
- Глава 12
- Глава 12. Подземные воды области распространения... (криолитозоны) 289
- Основные типы подземных вод области распространения ммп
- 12.2. Криогенное преобразование гидрогеологических структур
- Глава 13
- Режим и баланс грунтовых вод
- 318 Часть III. Основы региональной гидрогеологии
- Формирование химического состава подземных вод
- Глава 14
- Глава 15
- Лечебные минеральные воды
- Промышленные воды
- Теплоэнергетические воды
- Глава 16 охрана подземных вод
- Охрана подземных вод от истощения
- Охрана и защита подземных вод от загрязнения
- Глава 17
- Глава 18
- Гидрогеологическое бурение
- Опытно-фильтрационные работы
- Гидрогеологический мониторинг
- Глава 1
- Глава 2
- Глава 3
- Глава 4
- Глава 5
- Глава 6
- Глава 7
- Глава 8
- Глава 9
- Глава 10
- Глава 11
- Глава 12
- Глава 13
- Глава 14
- Глава 15
- Глава 16
- Глава 17
- Глава 18
- Часть II