Конспект лекций Минск, 2000 г. Рекомендуемая литература

Часть ионов Са²⁺ в кальците, слагающем известняк, переходит в раствор, а их место занимают ионы Мg²⁺ из раствора; при этом кальцит превращается в доломит. Этот процесс широко распространён в недрах, причём в условиях широкого диапазона минерализации.
Окислительно–восстановительные и биогеохимические реакции — очень важные процессы преобразования состава подземных вод. Они взаимосвязаны, так как окисление или восстановление очень часто происходит с участием органического вещества и, наоборот, биогеохимические процессы имеют в своей основе окислительно–восстановительные реакции, многие из которых протекают при активном участии микроорганизмов, питательной средой для которых является органическое вещество. Не будем долго останавливаться на окислительно–восстановительных процессах, довольно подробно рассмотренных ранее. Обратим лишь внимание на распространённую в подземной гидросфере реакцию восстановления сульфата кальция, которая одновременно является и биогеохимической:
CaSO4 + 2 С_орг + 2 H₂O → Са(НСО₃)₂ + Н₂S.
Процесс сопровождается удалением из раствора сульфатных ионов и появлением в нём гидрокарбонатных ионов.
Радиоактивный распад относится к числу процессов, вызывающих появление или удаление из подземных вод радиоактивных продуктов. Как известно, самопроизвольным делением обладают элементы семейств актиния, тория, урана и нептуния, а также некоторые изотопы других элементов. Велика роль радиоактивного распада в формировании газового состава подземных вод. Таким образом попадают в воду радон, гелий, аргон. Интересно, что под влиянием α–излучения молекула воды разлагается на кислород и водород. Таким образом, в процессе радиолиза воды в подземных водах глубоких зон появляется кислород, наличие которого иногда заставляет некоторых исследователей ошибочно допускать проникновение инфильтрационных вод с поверхности на очень большие глубины.
Процессы добавления или удаления молекул растворителя. Процессы, связанные с перемещением и изменением концентрации вещества растворителя, также, конечно, влияют на общий состав подземных вод. Важнейшими из этих процессов являются гидратация и дегидратация минералов, подземное испарение и вымораживание, мембранные эффекты.
Гидратация и дегидратация минералов. Когда мы говорили в начале этой лекции о генетических типах вод, а именно о петрогенных водах, мы касались вопроса дегидратации минералов. Речь шла о выделении при определённых температурах из минералов кристаллизационной и конституционной, т.е. химически связанной воды, что приводит к снижению минерализации подземных вод. Не будем долго останавливаться на этом вопросе. Подчеркну лишь, что в верхних частях геологического разреза может идти обратный процесс гидратации минералов, и напомню, какое количество воды может содержаться в минералах. В гипсе — 21 %, в монтмориллоните — до 24 %, в соде — 64 %. В осадочном разрезе Беларуси довольно широко распространены сульфатные породы, относящиеся к среднему и верхнему девону. Интересно, что ниже глубины примерно 1–1,5 км они представлены ангидритом (СaSO₄), а выше — гипсом (СаSO₄ · 2Н₂О). Поскольку спорным является вопрос, в каком виде происходило осаждение сульфата кальция в бассейне седиментации (в виде гипса или ангидрита), трудно сказать, произошла ли дегидратация гипса в нижней части разреза, либо гидратация ангидрита — в верхней. В любом случае влияние процесса на состав подземных вод должно было быть существенным.
Процесс выделения или поглощения воды минералами может быть гораздо сложнее, чем, скажем, просто потеря воды минералом и превращение его в безводный аналог. Например, в земной коре возможны превращения одних глинистых минералов в другие, в частности каолинита в хлорит и обратно. Для превращения каждых 100 г каолинита в хлорит по реакции:
3 Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 3,9 Fe²⁺ + 3,5 Мg²⁺ + 9 Н₂О ↔ Fe_3,5Мg_3,5Al₆Si₆O₂₀(OH)₁₆ + 14 Н⁺,
каолинит хлорит
необходим 21 г воды. В обратном процессе такое количество воды, очевидно, должно выделиться.