Чому необхідно виважено ставитись до складу та властивостей води, яка отримується з підземних водоносних горизонтів та, враховуючи всі ризики, убезпечувати наслідки її використання облаштуванням відповідних систем очищення та знезараження?
Підземні води - води, що містяться у верхній частині літосфери та заповнюють її проміжки, пори, тріщини, пустоти. Перший від поверхні Землі водоносний горизонт становлять ґрунтові води. Нижче рівня ґрунтових вод залягають водоносні горизонти, які відділені пластами водонепроникних (водотривких) або слабкопроникних порід, так звані горизонти міжпластових підземних вод. Вони звичайно перебувають під гідростатичним тиском (артезіанські води), рідше мають вільну поверхню - безнапірні води.
Схема розміщення водоносних горизонтів
Із заглибленням у товщу літосфери відбувається закономірна зміна хімічного складу підземних вод.
На першому водонепроникному пласті знаходиться верхня зона підземних вод - ґрунтові води. Це зона інтенсивного водообміну, де підземний стік тісно пов’язаний з поверхневим, підземні води дренуються річками, рухаються порівняно швидко, а водообмін здійснюється за десятки, сотні, тисячі та сотні тисяч років. У районах з вологим кліматом води слабо мінералізовані (прісні). Найбільший вміст у них, як правило, мають Ca, Mg та Fe, дещо менший Mn. Потужність верхньої зони звичайно не перевищує 500 м, але в гірських районах може сягати більше 1000 м. У геологічному значенні це «молоді» води, що утворюються за рахунок інфільтрації атмосферних опадів, часто містять розчинений кисень. У посушливих районах у депресіях рельєфу зустрічається концентрація ґрунтових вод у межах розсолів (наприклад, у солончаках). Води верхньої зони - основне джерело питного та технічного водопостачання.
Глибше залягає зона уповільненого водообміну, де водообмін здійснюється за сотні тисяч та мільйони років. Води цієї зони більш мінералізовані, часто нагріті. Вони тривалий час контактують з гірськими породами та вилуговують з них розчинні компоненти. Води не містять вільного кисню, характеризуються відновлювальними умовами, збагачені метаном, вуглекислим газом, місцями сірководнем. Вони широко використовуються в лікувальних цілях (мінеральні води) та частково як джерело промислової сировини.
Найбільш глибока зона характеризується дуже уповільненим водообміном, який відбувається в масштабах цілих геологічних періодів, тобто за кілька мільйонів та десятки мільйонів років. Часто це глибокі (глибше 3 км) гарячі води артезіанських басейнів, сильно мінералізовані, з відновлювальними властивостями. Частково вони не належать до сучасної біосфери та їх відносять до областей колишніх біосфер. Ці води слугують джерелом йоду, брому, різних солей та іншої сировини для промисловості.
У деяких артезіанських басейнах вертикальна геохімічна зональність носить інший характер. Наприклад, прісні води залягають глибше солоних. Проте, в будь-якому разі, склад підземних вод тісно пов’язаний з геохімічними особливостями водоупорів.
Виділяють три основні геохімічні особливості водоносних горизонтів – окисну (кисневу), глейову та сірководневу.
Водоносні горизонти окисного ряду мають звичайно жовтий або рижий колір, обумовлений плівками гідроокисів заліза, що вкривають частки порід. Кисневий склад вод визначає можливість існування аеробних бактерій, які енергійно окислюють органічні речовини.
У районах розвитку вивержених порід та гірського рельєфу кисень по тріщинах потрапляє на багато сотень і навіть тисяч метрів углиб водоносних горизонтів. На заболочених рівнинах кисень може бути відсутнім навіть у ґрунтових водах. На підвищених ділянках артезіанських басейнів кисневі води з області інфільтрації можуть глибоко просочитись у водоносні горизонти, які містять відновники (вугільну та бітумну органічну речовину, сульфіди, пірит, сидерит і т.д.). У такому горизонті розвиваються окиснювальні процеси, сірий окрас порід змінюється на жовтий, бурий, червоний.
Існує гіпотеза, що кисень глибоких водоносних горизонтів уповільненого та дуже уповільненого водообміну з’являється внаслідок радіолізу води. Якщо в обмежуючих породах відсутні відновники, у водоносному горизонті накопичується кисень, причому тим інтенсивніше, чим вищою є радіоактивність порід.
Водоносні горизонти з окиснювальним середовищем поділяються на різні класи. Наприклад, у горизонтах нейтрального карбонатного (кальцієвого) класу головними іонами є кальцій, рідше магній та гідрокарбонат-іон (НСО3-). Тут легко мігрують Sr, U, Mg, Na, S (у формі SO42-), Мо та F. Ознаками, що виключають карбонатний процес є інтенсивні міграції гумусної органіки, заліза та алюмінію.
У водоносних горизонтах хлоридно-сульфатного класу легко мігрують Cl, S у формі сульфат-іону, Na, B, Sr, місцями також U, I; Fe, Cu, Al, Ti мають низьку міграційну здатність.
У лужних водах водоносного горизонту содового класу легко розчиняються та мігрують кремнезем, гумус, молібден. Більшість елементів, з’єднання яких важкорозчинні у нейтральному та слабо лужному середовищі, в содових водах утворюють розчинні комплекси, завдяки чому отримують високу міграційну здатність. Наприклад, цирконій входить до складу розчинного комплексного аніону [ZrO(CO3)2]2-. Аналогічні комплекси утворюють U, Ag, Sc, Cu, Be, Y.
Водоносні горизонти глейового ряду несуть безкисневі або води з низьким вмістом кисню. В них часто підвищений вміст заліза, метану, гумусових речовин, фосфору, марганцю, міді та інших елементів.
Такі води широко розповсюджені на рівнинах з вологим кліматом. Наприклад, в артезіанських басейнах України підземні води глейового ряду містять до 28 мг/дм3 Fe, у Західно-Сибірському артезіанському басейні до 100 мг/дм3 Fe.
За мінералізацією та іонним складом глейові води можуть бути прісними гідрокарбонатними, хлоридними розсолами, содовими і т.д. У глейовому ряді формуються ті ж класи, що й в окислювальному.
Водоносні горизонти сірководневого (сульфідного) ряду своїм складом завдячують, передусім, мікробіологічним процесам відновлення сульфатів, характерних, наприклад, для нафтових та газових родовищ. Вміст сірководню у водах таких родовищ сягає 1000-2000 мг/дм3.
На контакті нафти з водою бактерії так активно окислюють сірководень, що в води надходить багато СО2, а їх рН понижується і формує кисле середовище. У деяких газових родовищах сірководень надходить зі значних глибин та являє собою джерело сірки.
Сірководневі (сульфідні) водоносні горизонти формуються також і за межами нафтогазоносних провінцій: практично скрізь, де у підземних водах багато сульфатів, є органічна речовина та відсутній вільний кисень. Нерідко такі води мають лікувальні властивості.
У сірководневому середовищі практично нерухомі Zn, Pb, Cd та ін. елементи, тому підземні води, пов’язані з сульфідним процесом, характеризуються низьким вмістом багатьох металів.
У сірководневому (сульфідному) ряді відомі всі класи водоносних горизонтів, найбільш розповсюджений соленосно-сульфідний клас. Відомий також содовий сірководневий клас.
Суттєвим фактором формування складу підземних вод, у першу чергу ґрунтових, є вплив антропогенезу. При цьому відбувається як підвищення вмісту елементів природного складу води, так і поява специфічних речовин штучного походження та патогенних бактерій.
Оскільки вода є інертним розчинником більшості речовин, підземні води несуть у собі ті елементи, які містяться у породах, що їх утримують та елементи антропогенного походження, в т.ч. і токсичні. Без сумніву, використання такої води може спричинити різноманітні проблеми для біологічних систем та здоров’я людини.
Саме тому, необхідно виважено ставитись до складу та властивостей води, яка отримується з підземних водоносних горизонтів та, враховуючи всі ризики, убезпечувати наслідки її використання облаштуванням відповідних систем очищення та знезараження.
Автор: Ольга Белова