5.3. Понятия гидрогеохимии
Подземные воды различаются по количеству и составу растворенных в них компонентов (рис. 5.7).
Рис. 5.7. Типы подземных вод по составу.
По степени минерализации (М) или солености, т.е. по количеству растворённых компонентов выделяют:
ультрапресные (М < 0,1 г/л) – «мёртвая» вода, дождевые талые воды биологически неактивные;
пресные или слабо минерализованные (М=0,1 – 1 г/л) – вод рек и пресных озер и обычных родников («живая вода»;
солоноватые (М=1-15 г/л) – эту воду можно пить, но не регулярно;
солёные (М=10n г/л), вредные для здоровья; если пить исключительно солёную воду, то можно заболеть через несколько дней;
рассолы (М> 100 г/л), как правило, ядовитые.
По составу минеральных компонентов выделяют:
по анионам: гидрокарбонатные, сульфатные, азотнокислые, хлоридные воды;
по составу катионной части: жёсткую воду, где много кальция, магния, и мягкую воду - натриевую.
По составу растворенных газов различают азотные; сероводородные, углекислые и радоновые воды. По окислительно-восстановительному потенциалу выделяют окислительные и восстановительные воды. По рН выделяют ультракислые (сульфатные сернокислые), кислые (азотные, хлоридные), нейтральные (гидрокарбонатные) и щелочные (карбонатные) воды. Щелочность, жесткость и минерализация (соленость) вод главным образом определяются преобладанием тех или иных растворенных в них макрокомпонентов (рис. 5.8).
Рис. 5.8. Сочетания различных компонентов, обуславливающие основные свойства воды (по А.М.Овчинникову).
По содержанию микрокомпонентов различают воды, которые обогащены железом, марганцем, медью, свинцом, ртутью, ураном, цезием, стронцием, йодом, бромом, бором и пр.).
По использованию выделяют подземные воды: хозяйственно-питьевого водоснабжения; технические (пресная, для котлов турбин, теплоснабжения, минерализованная для закачки в нефтеносные пласты и пр.); бальнеологические (лечебные); термальные.
Важно отметить, что состав грунтовых вод и во многом верхних горизонтов артезианских бассейнов определяется составом поверхностных вод. Наиболее ярко он выражен в речных водах, в которых он связан с климатической зональностью. В России и сопредельных странах ярко выражена широтная зональность состава рек (рис. 5.9).
Рис. 5.9. Геохимические типы речных вод (по А.И.Перельману).
1 – кислые и нейтральные, часто богатые органическим веществом («коричневые реки» тундры и тайги); 2 - нейтральные и слабощелочные кальциевые, часто богатые органическим веществом; 3 – нейтральные и слабощелочные кальциевые; 4 – соленые воды (обычно летом); 5 – ре нет.
5.4. Техногенные нарушения подземных вод
К сожалению, хозяйственная деятельность человека приводит к загрязнению поверхностных и подземных вод. Выделяют различные загрязнения подземных вод. Тепловое, когда рост температуры воды обуславливает увеличение скорости химических реакций. Это вызывает усиление коррозии бетона и стали. Основным источником теплового загрязнения являются тепловые и атомные электростанции, сбрасывающие оборотную воду. В городах источником теплового загрязнения являются прорывы канализации.
Бактериальное загрязнение опасно в связи с желудочно-кишечными и инфекционными заболеваниями. Бактериальному загрязнению подвергаются грунтовые воды, в области питания которых (на водоразделах) находятся навозохранилища или септики. Также их могут загрязнять прорывы канализации. Опасность бактериального загрязнения обостряется во время весенних половодий, когда переполняются емкости со сточными водами.
Загрязнения тяжёлыми металлами (ртуть, мышьяк, кадмий, таллий, свинец, цинк, железо, марганец, молибден, серебро, стронций и др.) могут обусловить паталогические заболевания. Такое загрязнение отмечено в промышленных зонах и вблизи активных автомагистралей.
Радиоактивное загрязнение связано с поступлением в подземные воды естественных радиоактивных элементов (U, Th, Rа, Rn) и искусственных радионуклидов (радиоактивные изотопы Sr, Сs, J, Pu, Np, Н и др.). Такое загрязнение возможно при нештатной эксплуатации урановых рудников и хвостохранилищ урановых горно-обогатительных комбинатов, а также при авариях на АЭС и полигонов хранения и захоронения радиоактивных отходов.
В связи с техногенным загрязнением необходимо следить за чистотой в областях питания грунтовых и артезианских вод и охранять водозаборы. Если это водоносный горизонт с пористыми осадочными породами, то вода может при фильтрации в большой мере очиститься, но если это трещинные воды, вода очищается гораздо в меньшей мере.
Ещё одна опасность – подтопление подвалов за счёт нарушения уровня грунтовых вод. Они поднимаются по ряду причин:
а) перекрытия, уплотнения, или асфальтирования природных почв и прекращения естественного дренажа;
б) чрезвычайно большого полива газонов и незапланированных канализационных прорывов;
в) меньшего испарения, т.к. открытые грунты закрываются асфальтом и бетоном; вода под землёй конденсируется из-за отсутствия возможности испарения.
Существует система наблюдений в гидрорежимных скважинах. По ним следят, как колеблются уровни артезианских и грунтовых вод, как изменяется их состав. Это называется гидрогеологическим мониторингом.