Химические составы подземных вод южных районов Ленинградской области. Краткий обзор

Все разнообразие химических составов подземных вод определяется двумя водными потоками, различающихся направлением движения и способами приобретения минерализации.

Один поток – нисходящий, связанный с просачиванием под землю атмосферных осадков, преимущественно дождевых и талых вод.  Такие воды называются вадозными, водами просачивания, или инфильтрационными. Все они приобрели ту или иную минерализацию под влиянием биосферы, пройдя через своеобразный биологический фильтр.

Второй поток - восходящий. Вопрос о происхождении восходящих вод до сих пор вызывает дискуссии. Некоторые считают их артезианскими, в основе которых лежат инфильтрационные воды Валдайской возвышенности.  Другие, в том числе и мы,  связывают их появление с мантийными процессами. В любом случае, их минерализация  -  результат химического взаимодействия обогащенных мантийными элементами вод с горными породами. Для простоты изложения, назовем их глубинными.

При встрече водных потоков, глубинные воды вступают в контакт с инфильтрационными, что приводит к образованию вод смешанного состава. Их минерализация – результат гидрогеохимического взаимодействия вод различного происхождения.

Минерализация инфильтрационных вод

Для инфильтрационных вод  характерны три типа минерализации: безжелезистая,  железисто-марганцевая биоорганического происхождения и марганцевая.

Минерализация инфильтрационных вод зависит от двух факторов: от геологического строения территории и от продолжительности контакта атмосферных вод с биосферой.

Так в Волосовском, Гатчинском и Ломоносовском районах, где на поверхность выходят  трещиноватые желтые толстоплитчатые доломиты, атмосферные воды, проходят только слой чернозема и поглощаются водоносными пластами практически мгновенно. В условиях интенсивного водообмена деятельность железобактерий затруднена, поэтому содержание железа в водах не превышает 0.1 мг/л.

Общая минерализация верхних пластовых вод, как правило, невелика.  Они обогащены кислородом атмосферы, до 10 и более мг/л., карбонатная жесткость не превышает 150 - 200 мг/л, в небольших количествах присутствуют азотные и фосфорные соединения органического происхождения, из галогенов – хлор, реже бром и йод, из металлов – медь, иногда хром. 

Совершенно иную картину мы наблюдаем в Кировском, Тосненском, Гатчинском, Лужском районах, на территориях покрытых глинистыми ледниково-озерными отложениями. Процесс инфильтрации атмосферных вод здесь затруднен, идет десятилетиями,  что приводит к заболачиванию территории. Именно болота и бессточные водоемы являются источником пластовых железисто-марганцевых вод инфильтрационного происхождения. Их минерализация – результат жизнедеятельности микроорганизмов, продуцирующих железо, марганец, аммиак, сернистые соединения.

Содержание этих элементов в водах может достигать серьезных значений: железо -  до 5 мг/л., марганец до 1.5 мг/л., остаточный аммиак до 1 мг/л..  (Мы приводим значения остаточного аммиака, содержащегося в водах при температуре 20 ºС, что связано с методикой измерений). 

Кроме того, микроорганизмы в процессе жизнедеятельности расходуют значительную часть растворенного атмосферного кислорода, поэтому его содержание в водах редко превышает 2.8 мг/л.  Карбонатная жесткость невелика. Присутствуют нитратные и фосфатные соединения. Из металлов, кроме железа и марганца, характерен алюминий.

Интересной разновидностью подземных вод инфильтрационного происхождения являются локальные водоносные пласты, источником питания которых служат воды рек и проточных озер.  Для этих вод характерно повышенное содержание марганца, при почти полном отсутствии железа. Иногда в значительных количествах присутствует аммиак и гидразин.

Минерализация вод смешанного состава

Минерализация вод смешанного состава определяется как глубинными водами, приносящими железо, серебро, фтор, бром, йод, гидразин, так и инфильтрационными, с которыми приходят железо, марганец, кислород, аммиак, сероводород.

Для этих вод характерны два типа минерализации: железистая и  железисто-марганцевая гидрогеохимического происхождения.  

Обязательным компонентом этих вод является железо. Его «фоновые» значения – 2-5 мг/л. Марганец характерен  для верхних водоносных пластов.

 Значения карбонатной жесткости изменяются в широких пределах, от 400 мг/л до 1.5 г/л. Причем для верхних водоносных пластов характерна магниевая составляющая жесткости,  для нижних – кальциевая.

Несмотря на похожесть минерализации, железисто-марганцевые воды гидрогеохимического происхождения отличаются от вод биоорганического происхождения способом появления в них железа и марганца. В одном случае это результат химических реакций, в другом – биохимическое воздействие. Первые от вторых отличаются отсутствием нитратных и фосфатных соединений, присутствием фтора, преобладанием кальциевой составляющей жесткости.

Интересно, что в местах взаимного контакта смешанных и инфильтрационных вод наблюдается резкое повышение концентрации серебра, доходящее до 250 и более мкг/л. (превышение ПДК в 4-5 раз), и фтора - до 10 мг/л (превышение ПДК в 5-7 раз).

Минерализация глубинных вод

Минерализация глубинных вод -  результат химического взаимодействия вод, обогащенных мантийными элементами (фтора, брома, фосфора, гидразина,  тяжелых металлов, в том числе радиоактивных, различных газов), с горными породами.

Для глубинных вод характерны два типа минерализации: фосфорная и урановая.

Иногда встречаются и более экзотичные сочетания. Так на одной из скважин вблизи Красного Села были вскрыты четыре водоносных пласта глубинных вод. Воды первого, ближайшего к поверхности, представляли собой рассол. Штанги бурового снаряда мгновенно покрывались коркой соли. Воды второго, расположенного всего на 40 см. (!) ниже первого, оказались ультрапресными, почти дистиллированными. Воды третьего и четвертого - минеральными, чуть солоноватыми.

Выскажем гипотезу. 

Приходят глубинные воды, по-видимому, из зон трещиноватости гранитного щита, по вертикальным водопроводящим каналам трубчатого типа, формой напоминающим воронку. По нашей оценке, диаметр таких вертикальных, расширяющихся в верхней части водопроводящих каналов составляет от 100 до  400 м. На своем пути они пересекают мощную зону кембрийских отложений, где расположен известный Гдовский водоносный горизонт, в котором сосредоточены стратегические запасы пресных вод. Однако, гидрогеохимического контакта не наблюдается. Возможно, и здесь действует механизм взаимной изоляции вод различного химического состава, аналогичный механизму «залечивания», изложенного в  «Обзоре гидрогеологической и гидрогеохимической обстановки в окрестностях озера Колпанское».

Вблизи выходов вертикальных водопроводящих каналов, наблюдаются максимальные концентрации фосфора, серы и тяжелых, в том числе радиоактивных, металлов.

Содержания железа, марганца и аммиака в глубинных водах, как правило, невелики. Они прозрачны, не имеют запаха. Химический анализ, выполненный в объеме районной СЭС, показывает, что воды соответствуют ГОСТу. Но если копнуть глубже…

Практика применения ядерного оружия в Японии в августе 1945 г., показала, что 95 % населения страны, подвергшемуся воздействию радиации, вымирает достаточно быстро, зато оставшиеся 5 % становятся долгожителями. Лучше бы попасть в число этих 5 %.  Поэтому, тем, кто «развелся» на скважину в «кембро-ордовике», (именно так на геологическом сленге называют отложения, где сконцентрированы глубинные воды),  рекомендуем перед употреблением проверить воду в независимых специализированных лабораториях на наличие радиоактивных и тяжелых металлов, а также фосфора.

Ниже приведена сводная таблица химических составов подземных вод различной минерализации, характерных для южных районов Ленинградской области. Обобщения выполнены на основании 217 протоколов испытаний проб воды из скважин, вскрывших один водоносный пласт.

Возможности нашей лаборатории пока не позволяют проводить замеры содержаний тяжелых и радиоактивных металлов, а также сернистых соединений. Сведения об урановой минерализации части глубинных вод получены в ходе перекрестных анализов в дружественных нам химических лабораториях.

Красным шрифтом выделены значения содержаний элементов, превышающих предельно допустимые концентрации в водах, оговоренных в СанПиН 2.1.4.1175-02.

Что на выходе?

Проанализируем таблицу. Одного взгляда достаточно, чтобы убедится - общая минерализация вод с глубиной возрастает, следовательно, чем глубже скважина, тем выше затраты на очистку воды.

Самыми хорошими, близкими по химическим показателям водам источников карстовых пещер, являются воды верхних водоносных пластов. Они не требуют коррекции химического состава, но уязвимы для поверхностных загрязнений, в первую очередь, к канализационным стокам. О том, как они попадают под землю, подробно рассказано в статье «Канализация».

 Если уровень нитратных соединений превышает 6 мг/л., нитритных – 0.5 мг/л., фосфатных 0.5 мг/л., то, с вероятностью 99 %, можно говорить о подтоке сточных вод. В этом случае, для профилактики инфекционных заболеваний, желательно установить ультрафиолетовый излучатель. Не следует забывать и о следах Чернобыльского загрязнения. Особенно жителям Волосовского и Кингисеппского районов.

Любопытны данные по жесткости вод. Общая жесткость – это содержание в водах  карбонатных соединений двух металлов - кальция и магния. Изюминка Ленинградской области в том,  что в водах содержится преимущественно магний. Возникает коллизия - общая жесткость, которую измеряют в СЭС,  ПДК не превышает, а содержание магния, как элемента, превышает.

Напомним, кальций и магний – жизненно важные металлы, которые поступают в организм человека исключительно с водами, в виде карбонатов. Но карбонаты кальция и магния, приводят к образованию накипи, что является смертью для бытовых водонагревательных приборов. Возникает еще одна коллизия – человек, спасая дорогостоящее оборудование, избавляется от жесткости, и тем самым  приносит себя в жертву железкам.  На наш взгляд, усердствовать в борьбе с карбонатной жесткостью не стоит, здоровье дороже.  Человеческий организм вполне адаптирован к концентрациям до 1.5 г/л. и выше.

Интересными сведениями поделилась женщина, профессионально занимающаяся разведением аквариумных рыбок. Для этих целей она пробовала использовать очищенную от жесткости воду. По ее наблюдениям, в первом поколении рыбки чувствовали себя прекрасно, но уже в пятом – шестом, гибли или полностью вырождались. Аналогичные истории рассказывают и флористы.

Основной бич Ленинградской области – аммиак, железо, марганец. Воды, содержащие эти элементы, обладают неприятным запахом, на воздухе быстро желтеют, с образованием бурого или коричневого осадка.  Именно в этих «ароматизированных» водах наблюдается максимальное содержание серебра, поэтому пассаж о том, что серебряные воды - самые лучшие, не подтверждается. Из таблицы следует, что нет особой разницы, бурить мелкую или глубокую скважину, чистить воду все равно придется. А если нет разницы, то, как говорится в известной рекламе, зачем платить больше? Общая тенденция – чем глубже, тем хуже. Убрать из воды железо и марганец, не проблема. С аммиаком, сложнее.

В водах Ленинградской области широко распространен фтор. Там, где  он есть в небольших количествах, пользоваться фторсодержащими зубными пастами не обязательно. Там, где в больших, пастами можно совсем не пользоваться, зубы все равно выпадут. Большинство водоочистных систем  фтор и аммиак не убирают.

Практически на всех глубинах встречается гидразин, являющийся опасным  восстановителем.  Прежде всего, он обладает способностью восстанавливать металлы из кислородных соединений.  Токсикологи на пальцах  объяснили нам его действие так.  Скажем, курит человек, в его организме появляются оксиды свинца, цинка и других металлов. Худо-бедно, но они из организма выводятся. Гидразин восстанавливает металлы до чистого состояния, которые естественным путем уже не выводятся. Происходит их накопление, что может стать причиной многих, в том числе, онкологических заболеваний. Мы пока не тестировали существующие водоочистные системы и не знаем, убирают ли они гидразин. Нет этой информации и в компаниях, занимающихся продвижением и реализацией водоочистной техники

Как чистить радиоактивные воды, мы, честно говоря, понятия не имеем. Судя по Чернобылю, удовольствие не из дешевых. Может, умываться в свинцовых трусах, или посуду мыть в костюме химической защиты? Самое разумное – сменить место жительства. А усадебку конкуренту по бизнесу подарить, или в качестве взятки отдать. Можно в банке многомиллионный кредит взять, и денежки не возвращать, пусть домик забирают. Конкуренты, взяточники и банкиры – народ жадный. Одним больше, одним меньше… Простор для фантазий!

Поделиться