Гидрогеохимия и физико-химическая гидрогеодинамика

Вода наиболее мобильная фаза геологической среды, постоянно перемещающаяся в поровом пространстве пород. Особая растворяющая способность воды определяет сильное взаимодействие ее с минералами и обменным комплексом пород. Результатом является не только изменение состава воды, но и состава и пустотного пространства пород. Подземные воды создают и разрушают некоторые месторождения полезных ископаемых, например урана. Широко известные карстовые пещеры – результат растворения известняков и гипсов подземными водами. Подземная вода проделывает длинный путь под землей и, контактируя с разными минералами – полезными ископаемыми – несет информацию о них в виде особенностей состава. Формируясь в областях сильного техногенного воздействия на природу, вода так же несет информацию о мобильных специях, загрязняющих геологическую среду и ухудшающих качество воды. Таки образом – подземные воды приносят нам информацию о рудах, подземных процессах, загрязнении и трансформации среды

Расшифровать эту информацию можно на основе знаний геологии, гидродинамики, химии, особенно физической химии. Эти знания и являются основой гидрогеохимии, начало которой ведут от доклада В.И. Вернадского в 1929, но реальное научное развитие началось только в конце 1940-х. Наука молода и имеет много интересных и нужных человечеству проблем. Самая насущная – иметь чистую воду. Кроме «просто» формирования состава воды при гидрогеохимическими методами ищут месторождения полезных ископаемых, рассчитывают изменения свойств пород при создании наземных и подземных сооружений, разрабатывают методы восстановления загрязненных территорий, защиты воды от загрязнения, сохранения качества питьевых и минеральных (лечебных) вод.

Еще одной стороной гидрогеохимии становится проблема закачки растворов в геологические формации. Это используется при разработке месторождений с низким содержанием дорогих рудных минералов, так добывают уран. Другая проблема возникает при захоронении вредных промстоков, особенно радиоактивных. К сожалению это пока единственный доступный метод ликвидации отходов при котором продукция производства не становится «золотой». При добыче нефти ее вытесняют водой, и неудачно подобранный состав вытесняющего раствора может привести к закупориванию прискважинного пространства и выходу скважин из строя.

И, наконец, все экологические проблемы. Любое производство производит и продукцию и отходы (твердые и/или жидкие). Распространенный метод складирования под открытым небом. Загрязненные атмосферные осадки и жидкая часть отходов, несмотря на все экраны под местами складирования, попадают в подземные воды и изменяют их качество, могут мигрировать к водоемам и рекам и разгружаться в них, или могут попадать в водозаборы хозяйственно-питьевых вод.

Традиционно, в состав подземных вод, изучаемый гидрогеохимией, включают и высокомолекулярные органические вещества, коллоиды и микроорганизмы. Каждый из этих ингредиентов играет свою роль в преобразованиях состава и в скорости миграции вод.
В целом в гидрогеохимии сегодня можно выделить:

• Теоретическую гидрогеохимию, устанавливающую модели процессов трансформации составов подземных вод и пород, чаще всего экспериментальными методами.
• Физико-химическую гидрогеодинамику, определяющую модели миграции подземных вод, совместно с процессами трансформации.
• Региональную и историческую гидрогеохимию, изучающую распределение составов подземных вод под влиянием природных факторов и истории развития территорий.

Последние десятилетия гидрогеохимия уверенно становится на рельсы математического моделирования. Используются программы расчетов химических взаимодействий в многокомпонентых многофазных системах на основе методов равновесной и неравновесной термодинамики. Программы моделирования миграции подземных вод в многопластовых мультипористых системах с учетом физико-химических процессов.

Все чаще и чаще объявляются годы чистой воды, дальше вероятно можно будет говорить об объявлении десятилетий чистой воды. В связи с возрастанием антропогенной нагрузки на водоемы, все большая роль в водоснабжении отдается подземным водам. Подземные воды уже сейчас являются обязательным резервным источником водоснабжения. Сама наука молодая, методы ее еще недостаточно хорошо внедрены в повседневную практику работ. Так что начинающим исследователям есть, где приложить свои силы и довольно долго их прилагать.