Пальмер жіктемесі 6 страница

Фольгердің конденсациялық гипотезасы бірқатар ғалымдар тарапынан келіспеушілік пікірін тудырды. Олар теорияның жасанды екендігін және су буларының конденсациясы кезінде грунттарда судың булануынан жылу бөлінетінін және нәтижесінде жерасты суларының жиналуы болмайтынын алға тартты. Сонымен қатар жыныстарға кіретін ауаның құрамында ондай су буының мөлшері жоқ, онсыз жер қыртысында жерасты суларының бар массасы пайда болмайды деп түсіндірді.

ХХ ғасырдың басында орыс агрономы Ф.Лебедев тәжірибелік жолмен жыныстардағы жерасты суларының қозғалуы механизмін зерттеп, су түрлерінің жіктелімін жасады. Лебедев ылғал конденсация шынымен болатынын, бірақ Фольгер айтқандай, жыныстарға ауа кірмейді, тек оған белгілі температуралық жағдайда сұйық жағдайға өтетін жиналған су булары (су буларының серпімділік нәтижесінде) кіреді деп түсіндірді. Бірақ бұл конденсация нәтижесінде жиналған су булары жалпы жерасты суларының тек кішігірім үлесін ғана алады.

ХХ ғасырдың басында судың пайда болуының ювенилді теориясы кеңінен тарады,оны австриялық геолог Э.Зюсс ұсынды. Бұл теорияға сәйкес жерасты суларының пайда болуы жер қойнауының өте терең қабаттарында балқыған магмадан бөлінетін бу мен газ тәрізді өнімдердің салдарынан болған; жер қыртысының жоғарғы аймақтарына түскеннен кейін олар конденсацияланады және ювениалді су деп аталатын суларға бастау береді.

Жер қыртыстарына барлық атмосфералық айналым нәтижесінде түскен суларға Э.Зюсс вадоздық деген атау берді.

Бұл теория қазіргі таңға дейін әлсіз негізделген болып табылды. Сулардың жер қабатына түсетін мөлшері аз болады. Жанартаулы аудандарда жинақталған материалдар тереңдіктердегі су булары атмосфералық жауын-шашын түсуінің нәтижесі екенін, ол жерде олар +100 градусқа дейін қыздырылып, қайтадан көтерілетінін көрсетті.

Бұдан кейін ғылымға су пайда болуының танымал тағы бір теориясы реликтивтік теория келді. Бұл теорияға сәйкес, терең зоналардағы жерасты сулары жер қыртыстарында көміліп қалған және осы таңға дейін өздерінің түрін жоғалтпаған ескі қалдық сулардың бассейндеріне айналады.

Қазіргі уақытта ғылымда жерасты суларының қалыптасуы туралы, олардың заңдылықтары мен жер қыртыстарында жіктелуі туралы түрлі мәселелер қарастыруда.

Жерасты суларының қалыптасуы – күрделі табиғи процес, ол шөгінділердің диагенезінен басталады және эпигенезде жалғасын табады. Жыныстардағы немесе жерасты суларының құрамындағы компоненттер жер дамуының геологиялық дамуының көрсеткіші.

Г.Каменскийдің пікірінше терең емес горизонттарда жерасты суларының қалыптасуы үшін инфильтрация, жоғарғы ағындардың сіңу, су буларының конденсация процестерінің маңызы зор. Жыныстардың литологиясына және құрамына қарай жерасты сулары қатты және тұзды болады.

Шөгінді жыныстардағы жерасты сулары осы шөгінділердің құрылымдарына теңіз бассейндерінің енуі нәтижесінде пайда болады. Ары қарай бұл сулар шөгінділердің диагенезінде (диагенез – жоғарғы температура мен қысымның нәтижесінде шөгінділердің тау жыныстарға айналу процесі) өзгеріске ұшырайды. Сонымен қатар теңіз сулары тау жыныстарға трансгресия кезінде инфильтрация жолымен де келеді. Теңіз қайтқаннан кейін атмосфералық жауын-шашындардың инфильтрациясы жүреді, нәтижесінде бастапқыда пайда болған тұзды теңіз сулары түрлі факторлардың әсерінен өздерінің құрамын өзгертіп қаттыланады. Бұл сулардың жіктелуі белгілі бір гидрохимиялық аумақтың, яғни аталған ауданның дамуына тәуелді.

Жер қыртыстарындағы түрлі суөтілімділікті және литологиялық құрамы әр түрлі жерасты сулары мен жыныстардағы қозғалатын сулар құрылымдық жобаның өзгеруіне, температуралық режимнің өзгеруіне бірден әсер етеді.

Нәтижесінде құрылымдық даму сатысының жекелеген сатыларында сулы қабаттарда тек қана температура режимі, үстіңгі және астыңғы су ағындарының бағыттылығы ғана өзгеріп қоймай, оның химиялық құрамы да өзгереді.

Түрлі физикалық-геологиялық құбылыстар жерасты суларының түрлі қоректену шарттарын, жіктелуін, циркуляция жағдайын өзгертеді.

Жерасты суларының қалыптасуында шөгінді жиналу және континенттік үзілістер үлкен рөл атқарады.

Қатты сулардың тұзды суларға айналуы немесе керісінше жағдайда тереңдіктердегі жерасты суларының құрамы (қатты, сульфаттық, хлоридтік) суалмасу белсенділігі, литологиялық-петрографиялық құрамының өзгерулерімен байланысты.

Жерасты суларының қозғалуы әсерінен тау жыныстарының еруі түрлі минералдық компоненттердің түзілуіне, кейді тіпті жаңа жыныстардың пайда болуына әсер етеді, мысалы коалин және т.б.

Жерасты суларының әсерінен жер қыртысында пайда болатын екіншілік жыныстар мен минералдарды зерттеу ең басты мәселелердің бірі.

А.И.Слин-Бекчуринның пікірінше, құрғақ аудандарда тұзды сулардың пайда болуы қандай да бір геохимиялық заңдылыққа бағынады, ол қатты ылғалданған аудандардан аз ылғалданған аудандарға қозғалу кезінде терең емес сулы горизонт суларының минерализациясы жоғарылай түседі, және гидрокарбонатты сулар сульфаттыққа және хлоридті түрге ауысады. Тұздану атмосфералық шөгінділердің инфильтрациясы кезінде, жерасты ағындарының қозғалуы кезінде және алмасу-адсорбциялық процесінде, қыртыстардан тұз бөліну нәтижесінде болады.

Жердің терең қыртыстарында геологиялық құрылымына, аумақ биіктігі мен қоректенуіне байланысты қатты сулармен қатар тұзды сулар да пайда болады.

Жерасты суларының пайда болуы туралы көптеген тұжырымдар бар. А.Сулин және Альтовский ескі бассейндер сулары жыныстарда сақталмайды, ал терең қабаттардағы қатты минерализацияланған сулар еріген тұзлдардың жиналуының және жерасты булану нәтижесінде пайда болады деп түсіндірді. Ал И.К.Зайцев жерасты сулары лагун типтік бассейндерде континенттік климаттың өзгеруінің нәтижесі деп түсіндірді.

4.3. Тау жыныстарындағы су түрлері

Тау жыныстарындағы сулар екі түрге бөлінеді: тығыз және бос. Сулар тау жыныстарының құрамына әсер етеді. Олар: сығылымдылығы, байланыс-тылығы, дымқылдануы, тоққа төзімділігі, дыбыс және газ байланысы, сейсмикалық толқындық жылдамдығы және т.б. Судың бір бөлігі тау жыныстардың минералдар құрамына еніп, жаңа бөлік құрап отырады. Бұл бөліктегі сулар кристалданған сулар болып бөлінеді. Бұған: минералдық кристалданған тор түріндегі H₂O молекуласы кіреді. Мысалы, гипс – 20,9% кристалданған су, боксит - 26,1%, мирабилит - 56,9%. Және тағы бір түрі заңды су. Бұған минералдық кристалданған түріндегі иондар кіреді. Заңды су көптеген минералдардың құрамында болады: диаспор, мусковит және т.б.

Кристалданған су минералдарда айыру байланысы +400 ^оС-тан төмен температурада байқалады. Ал заңды сулар температурасы + 400 ^оС-тан жоғары болғанда байқалады және сутегі, металмен байланыста болады.

Кейбір жағдайда тау жыныстары шартты байланыста судан айырылу мүмкіндігіне ие болады. Оған мысал ретінде әктасты алуымызға болады. Минералдардың бір-біріне байланысу қатарына әр түрлі слюдалар, хлоритер, тальк және басқалар жатады, бұлар суда жақсы ериді.

Жиі зерттелетін тіршілік ету процесі жердің қойнауындағы темпе-ратурасы мен қысымына тәуелді болады. Ең алғашқы жағдайда темір сулы окиді Fe ₂ O ₃×3 H ₂ O, сусыз қызыл темірге яғни гематитке өтеді, соңында темір оксидіне немесе FeO айналады.

Қатпарлы сулар тау жыныстарында жұқа үлдір (пленка) сияқты болып келеді. Оны гидратты қатпар деп атайды.

Қатпарлы сулардың жіктелімін жасаған және бос сулардың құрамындағы құмды-топырақты жыныстарын ең алғаш зерттеген А.Ф.Лебедев. Бұл жіктелім (классификация) бойынша былайша бөлінеді: будан пайда болған су, гигроскопиялық, үлдірлі, капиллярлық және гравитациялық су.

14-сурет. Жыныстардағы әр түрлі сулардың сұлбасы

Будан пайда болған су. Бұл су ауаның құрамында болады. Тау жыныстардың бос орындарын толтырушы процесс болып табылады. Мөлшері тау жыныстардың температурасы мен ылғалдылығынажәне ауадағы су буының тығыздығына байланысты. Будан пайда болған судың үлкен аймақтан кіші аймаққа өту қабілеттілігі жоғары. Ауаның салқындауына байланысты жыныстардағы бу конденсацияланады, содан кейін сұйық тамшыға айналады. Бұл жағдай топырақтың құнарлығына жағдай жасады.

Гигроскопиялық су. Бұл молекулярлық күштердің беткі бөлшектерімен, физикалық тұрғыда тығыз байланысқан судың түрі, будың суға айналғанынан кейін жалғасады. Гигроскопиялық судың мөлшері жыныстардың ылғалдылығына, температурасына және ауаның қысымына байланысты. Сазды жыныстардың құрамында 15-18%, жоғары түйіршіктерде 0,5 % шамасында.

12-кесте

Жыныстар	Су мөлшері, %
Сеномандық құм	0,36
Неоген дәуіріндегі құм	4,61
Төрттік дәуіріндегі құм	6,53
Эол	7,90
Топырақты сантондық ярустық құм	10,34
Оксфордтық ярус	13,73
Үштік дәуіріндегі құм	17,66

Үлдірлі су. Гигроскопиялық суға ұқсас. Бірақ су түрінде емес үлдір (пленка) түрінде болады. Үлдірлі су тау жыныстарында бір түрден екінші түрге ауысқанда сұйық ретінде болады, нәтижесінде үлдірдің қалыңдығы қалыпқа келеді.

15-сурет. Үлдірлі судың жылжуының сызбасы

Ф.Лебедев бойынша үлдірлі судың өзгерісін 15-сурет арқылы көрсетуге болады. Суретте тау жынысының екі түйіршіктелген А және Б түйіршігі берілген. Олар бір-біріне жақын және бірдей радиуста, қалыңдығы әр түрлі үлдірлі қабатпен қоршалған. Байқайтыныңыз Б түйіршігі центрге жақын орналасқан. Сондықтан су сағат тілімен айнала отырып А түйіршігіне қарай қозғала береді. Екі жыныс түйіршігінде үлдірлі су бірдей болғанша қозғалыс жалғаса береді.

Топырақтың үлдірлі суының санын анықтау үшін А.Ф.Лебедев үлгі ұсынды. Бұл үлгіден судың еркін қозғалысын, капиллярлық күштерді және ылғалды анықтауға болады.

13-кесте

Тау жыныстары	Судың мөлшері (%)
Түйіршікті құм	1,57
Орта түйіршікті құм	1,60
Ұсақ түйіршікті құм	2,73
Құмды дауыл	4,75
Эол	10,18
Топырақ	44,85

Гравитациялық су. Бұл түр судың басқа түрлеріне қарағанда қоюлы болып келеді. Салмақ, күшіне байланысты жылжып отырады. Гравитациялық су өз ішінде капиллярлық және бос сулар болып бөлінеді.

Капиллярлық су тау жыныстарының тесіктерін толтырып, үстіңгі қабаттан келетін күшті ұстап тұрады. Сол кезде грунтты қабат деңгейінде қабат пайда болады. Ол қабатты капиллярлы жоғарғы су қабаты деп айтады.

А.Ф.Лебедев аэрация белдемін ерекше көөрсетеді. Капиллярлық су төмендеген сайын біртекті сулы қабатты құрамайтындығын көрсетеді. Судың бұл түрін Ф.П.Саверенский «капиллярлы-жоғары» деп атаған. Мұндай сулар әсіресе ауыл-аймақтағы құдықтарда кездеседі. Капиллярлық судың биіктігі мен жылдамдығы тау жынысының механикалық құрамына байланысты болады. Егер тау жынысындағы түйіршік өте кішкентай болса, онда капиллярлық судың биіктігі жоғары болады. Ал капиллярлық судың жылдамдығы жоғары түйіршікті құмдарда жоғары болады. Бұл тәжірибе зерттелген.

Зертханалық жұмыстар мен зерттеулер нәтижесінде алынған тау жыныстарындағы капиллярлық судың биіктігі 14-кестеде берілген.

14-кесте

Жыныстар	Капиллярлық судың биіктігі
Түйіршікті құм	12-15 см
Орташа түйіршікті құм	40-50 см
Ұсақ түйіршікті құм	90-110 см
Құмайт	175-200 см
Жеңіл құм	225-250 см

Капиллярлық судың биіктігі мен жылдамдығы тау жыныстарда өте қажетті құрам болып табылады. Зертханаларда капиллярлық судың биіктігін диаметрі 2-3 см және биіктігі 100-150 см әйнекті түтік көмегімен анықтайды. Капиллярлық судың биіктігін тау жынысының түсі бойынша анықтайды.

Капиллярлық судың биіктігін анықтау өте көп уақытты алады және қолайсыз. Сондықтан да капилляриметр қолданылады. Бұл аспаптың конструкциясын жасаған Г.Н.Каменский. Аспаптың құрылысы 16-суретте көрсетілген.

16-сурет. Жүйенің капилляриметрі

Әйнекті цилиндр (2) биіктігі 10 см рейкеге (1) жалғасқан, межелері миллиметрлі бөлікпен бөлінген. Цилиндрдің төменгі бөлігінде торлы металл орналасқан. Цилиндрлі резеңкелі түтік астыңғы жағынан әйнекті түтікпен (3) жалғасқан, үштік арқылы резеңкелі түтік (4) әйнекті түтікпен жлғасқан. Үштіктің бір бөлігі резервуармен жалғасып (5), су шыққанша, қысқыш түтігімен (6) бекітіледі. Торлы металдың астыңғы жағында, ауа шығару үшін тағы бір түтік орналасқан.

Капиллярлы судың биіктігін анықтау былайша жүзеге асырылады: цилиндрге құм толтырылады, резервуар арқылы су жіберіледі (5), қысқыш түтік (6) арқылы ауа жібереміз. Сол кезде су ауа арқылы құмға тамшылай бастайды. Су тамшылап болғаннан кейін, су ақырындап құмға сіңе бастағанын байқаймыз (4). Грунт толықтай суға қалықтаған кезде, қысқыш түтікті ашу арқылы (6) жібере бастайды, Сол сәтте түтікте судың қарқыны бәсеңдей бастайды (4); егер жыныстарға капиллярлық күш түскенше түтіктегі судың деңгейі бәсеңдей береді. Сол сәтте түтікте тесік пайда болады да (3), жыныстарға цилиндр арқылы құйылады (2).

Бос су ауырлық күшіне бағынады. Жыныстардың жарықшақтанған жерін толтырып отырады. Ол гидростатикалық қысым туғызады. Бос суды аэрация белдемінде және топырақтың астыңғы қабатында байқауға болады. Бос сулар мен капиллярлық судың зоналарының арасында тығыз байланыс бар: бос суларда судың деңгейі төмен болады, ал капиллярлық суда керісінше болады.

Бұл аталған сулардан басқа, әр түрлі сұйық-тамшылы түрдегі сулар да кездеседі. А.Ф.Лебедев оларды қатты түрінде сипаттайды. Су қысқы уақытта мұзға айналады да, жер бетін яғни тау жыныстарының беткі қабатын қысқы мұз басады.

4.4.Жерасты суларының физикалық қасиеттері

Жерасты суларының физикалық қасиеттеріне мөлдірлілігі, түсі, иісі, дәмі және температура жатады.

Мөлдірлілік. Табиғи су мөлдір және лайлы болуы мүмкін. Судың лайлану себебі онда минералдық және органикалық текті өлшенген бөлшектердің болуы. Өздерінің өлшемдері бойынша өлшенген бөлшектер жиі өзгеріп отырады. Мөлдір суда өлшенген бөлшектер болмайды.

Су көзіне механикалық қоспалар су қақпасының жөнделмеуі салдарынан немесе сулы қыртысқа минералды және органикалық бөлшектерден тұратын жаңбырлық, тасқындық, селдік, өзендік жерүсті сулары өтуі нәтижесінде түседі. Одан басқа, кейде жерасты суының лайлы болуы оның құрамында еріген әр түрлі химиялық қоспалардың болуымен түсіндіріледі. Мысалы: су құрамындағы темірдің тотығуының нәтижесінде темір тотығы тұнбасы пайда болады.

Түсі. Таза ауыз суы түссіз болып келеді. Жерасты суларының боялуы ондағы әр түрлі қоспалардың болуымен түсіндіріледі. Мысалы: құрамында темір кездесетін сулар, тот басқан реңкте болады, ал көгілдір реңк құрамында күкіртті сутек бар суларға тән, ал батпақ, яғни сазды сулар сары түсті болып келеді. Құрамында марганец қоспалары бар сулар қара түсті болады.

Су температурасы	Еріген тұздардың құрамы, г/л	Газдардың құрамы, г/л
Хлорлы натрий	Күкіртқыш қылды кальций	Көмірқыш қылды кальций	оттегі	Азот	Метан	Күкірт ті сутек	Көмірқышқыл газы
	26,44 26,99 28,15	0,209 0,204 0,153	0,0014 0,0015 0.0015	0,0285 0,0209 0,0177	0,0144 0,0109 0.0098	0,033 0,0213 0,0177	1,304 1,410 0,844	0,771 0,423 -

Иісі. Жерасты сулары көбіне иіссіз болып келеді. Судың иісі ондағы ағаш кесінділерінің шіруімен немесе суға әр түрлі қоспалардың енуінен пайда болады. Мысалы, құрамында күкірт сутегі бар суларда шіріген жұмыртқаның иісі болады.

15-кесте

Дәмі. Судың дәмі болуы құрамында әр түрлі қоспалардың болуымен сипатталады. Мысалы, тұзды дәм ерітіндіде 300 мг/л хлорид болғанда сезіледі; ащы- тұзды 400 – 500 мг/л сульфат болғанда. Егер көп мөлшерде азоттық қоспалар кездессе, онда су тәттілеу дәмде болады.

Температурасы. Жерасты суының температурасы су қыртысының орналасу терендігіне, географиялық ендікке, жанартаулық ошақтардың болуына байланысты қалыптасады. Температурасына байланысты сулар өте суық +5⁰С, суық +10⁰С, жылылау +18⁰С, орташа жылы +25⁰С, жылы +37⁰С, ыстық +40⁰С болып бөлінеді. Су температурасы ондағы тұздар мен газдардың мөлшеріне әсерін тигізеді. 15-кестеде су температурасы жоғарылаған сайын ондағы газдар мен күкірт қышқылды кальцийдің азаятындығы, ал хлорлы натрий мен көмір қышқылды кальцийдің көбейетіндігі көрсетілген.

Құрамындағы тұзға байланысты әр түрлі температурада сулар ең үлкен тығыздыққа ие болады. Ауыз суы ең үлкен тығыздыққа +4⁰С температура болғанда, ал теңіз суы 0⁰С төмен температурада болғанда ие болады.

Ал жекелеген теңіздерде тұздардың мөлшері келесідей: Жерорта теңізі мен Қызыл теңізде 3-4% (40 г/л); Ақ теңіз 2,8-3%; Қара теңіз 1,8-2,2%; Балтық теңізі 0,3-0,8%. Теңіз суының құрамында оттегі, азот және көмір қышқылы болады.

4.5. Жерасты суларының химиялық құрамы

Жерасты суларының химиялық құрамын қарастыру үшін ең алдымен су реакциясын, яғни сутек иондарының концентрациясын білу керек. Электролиттік диссоциация теориясы бойынша су екі ионға диссоциацияланады; сутекті (Н⁺) және гидроксилді (ОН^-), олардың көлемі берілген температурада тұрақты болады. Егер су реакциясы бейтарап болса, онда сутекті және гидроксилді иондардың концентрациясы бірдей болып, 10^-7- ге тең болады. Егер реакция қышқылды болса, онда суда сутек иондары басым болады, ал егер реакция сілтілі болса, онда суда гидроксилді иондар басым болады.

Сутекті және гидроксилді иондар концентрациясы әрқашан тұрақты 10^-14 тең болады. Сондықтан судың қышқылдылық және сілтілік мөлшерін сутекті иондардың концентрациясымен сипаттауға болады.

Сутекті иондардың концентрациясын сипаттау үшін кері таңбамен алынып, рН деп белгіленетін сутекті иондар концентрациясының логарифмін қолдануға болады (яғни 1л судағы осы ионның грамм эквивалент мөлшері); pH=-lg(H⁺)

Егер H⁺ концентрациясы 10^-2 тең болса, онда pH=-lg(10^-2)=2lg10=2. Бейтарап реакцияда pH=7, қышқыл реакцияда pH<7, ал сілтілік реакцияда pH>7.

pH мөлшері сутекті иондар концентрациясының өзгеруі кезінде индикатордың түсті өзгерту қабілетіне негізделген километрлік әдіспен немесе электрометрлік әдіспен анықталады.

Далалық жағдайда судың реакциясын анықтау үшін көбіне лакмус қағазы қолданылады. Бұл қағаз бейтарап реакциялы суға батырылғанда өзінің күлгін реңкін өзгертпейді, сілтілі реакцияда көк түске боялады, ал қышқылды реакцияда қызыл түске боялады.

Судың жалпы минералдануы ондағы химиялық элементтер мен олардың қосындыларының мөлшерімен сипатталады. Ол +105⁰С – 110⁰С – та судың булануынан кейін қалатын құрғақ және тығыз қалдық бойынша бағаланады.

Құрғақ қалдықтың мөлшеріне қарай сулар тұщы болады: құрамында тұзы бар 1 г/л дейін, әлсіз тұздалған 1-5 г/л; тұздылау 5-10 г/л; тұзды 10-50 г/л; өте тұзды 50 г/л.

Әдетте жерасты суларында кездесетін негізгі химиялық компоненттерге жататындар: хлор-ион (Cl^-), сульфат-ион (SO₄), гидрокарбонат және карбонат иондары (HCO₃^- CO₃^-) және де сілтілі және жерлі-сілтілі металдар мен қышқылдардың иондары: натрий (Na⁺), кальций (Ca⁺⁺), магний (Mg⁺⁺), темір (Fe) және кремний қостотығы SiO₂ (коллоидтық күйде). Суда көмірқышқылды, күкірсутекті, метан газдары еріген күйде болуы мүмкін.

Жерасты суларында болатын азот қосындыларының маңызы зор болып келеді. Оларға жататындар: нитрит-ион (NO₂^-), нитрат -ион (NO₃^-) және аммоний-ион (NH₄⁺).Негізінен жерасты суларында азот коспаларының болуы сирек кездеседі, бірақ олардың органикалық қоспаларының ыдырауы негізінде пайда болуы судың ластануына және онда зиянды бактериялардың пайда болуына әкеліп соғады.

Дата добавления: 2015-08-31