Широко распространены воды, в которых ювенильным (глубинным) компонентам является СО2. За счет воздействия СО2 на вмещающие породы обычно формируются углекислые воды карбонатного типа.
По гидрохимическим показателям воды отличаются широким диапазоном изменения минерализации – от 0,5 – 1 до 100%, т.е. газ может быть нацело углекислым, иногда углекисло-азотным. По температурным условиям воды холодные, теплые и горячие, иногда температура достигает 100%. В горячих водах типична высокая концентрация кремнекислоты, составляющая сотни миллиграммов на 1л. Нередко в водах присутствуют много фтора (до 10 – 20мг/л), а pH воды > 9 – 9,5.
Примером могут служить воды Кавказских минеральных источников (типа “Боржоми”, “Ессентуки №17” и “Арзни”).
Среди подземных вод смешанного генезиса интерес представляют воды хлоридно-кальциевого типа.
Распространены грунтовые воды хлоридно-кальциевого типа с минерализацией от 5 до 75г/л. Очень интересны хлоридно-кальциевые воды, выявленные на территории кристаллических щитов. Это обычно грунтовые, воды связанные как с порами выветривания кристаллических пород, так и с покрывающими их четвертичными отложениями. Воды пресные и ультрапресные. Они или являются “существенно” хлоридно-кальциевыми и содержат CaCI2 до 30 – 40экв%, или по первым преобладающим компонентам относятся к хлоридно-натриевым. Условия формирования вод изучены слабо [8].
Миграция элементов в подземных водах неразрывно связана с историей элементов в земной коре. Условия миграции элементов – один из наиболее сложных вопросов. Темпы движения в различные стадии их существования весьма различны. Это в основном определяется термодинамической обстановкой среды в которой происходит миграция. Элементы мигрируют то в жидком, то в твердом, то в газообразном состоянии вещества [9].
Воде всегда придавалась исключительная роль во всех геохимических процессах: выделении минералов из водных растворов, разрушении минералов и пород.
Под термином “миграция” подразумевается перемещение и перераспределение химических элементов в земной коре и на ее поверхности. В водных растворах элементы перемещаются в виде ионов, молекул коллоидных частиц. Миграционная способность у разных элементов различна. В результате миграции выносятся и рассеиваются одни элементы и накапливаются другие [10].
Миграция элементов зависит от двух основных причин:
1) от внутренних свойств атома мигрирующего элемента. К этим факторам относят свойства связи, химические свойства соединений, энергетические свойства ионов, гравитационные и радиоактивные свойства атомов, валентности и ионные радиусы химических элементов.
2) от внешних термодинамических условий обстановки миграции. Этим термином называют параметры, характеризующие среду, в которой перемещаются химические элементы [8].
Чем больше валентность элементов, тем ниже их миграционная способность, так как элементы с большей валентностью образуют преимущественна, за небольшим исключением, слаборастворимые соединения.
Чем больше ионные радиусы и меньше валентность элементов, тем выше их миграционная способность. Большую роль в миграции элементов играет характер водной среды, определяемый специфическими особенностями ее состава, в частности величиной рН.
Миграция оценивается качественно и количественно. Ее качественная оценка заключается в фиксации различия химического состава подземных вод разных районов водоносных горизонтов, комплексов, что позволяет делать заключения о перемещении элементов в подземных водах. Изменения в химическом составе подземных вод служат также основанием для выводов относительно участия пород, газов и других сред в миграции элементов. Количественно миграция элементов оценивается с помощью численных показателей перемещения элементов в подземных водах и образуемых ими системах.
Для относительной количественной характеристики миграции элементов в системе “подземная вода - порода” А.И. Перельман [11] предложил вычислить интенсивность водной миграции в виде коэффициента водной миграции. Он представляет собой отношение содержания элемента в минеральном остатке воды к его содержанию в водовмещающих горных породах:
Кх = mx∙ 100/а nx
где mx – содержание элемента х в воде (в г/л), nx – содержание элемента х в породе (в %), а – сумма минеральных веществ воды (в г/л) [12].
На формирование химического состава подземных вод, а следовательно, на миграционные особенности элементов в ряде случаев оказывает влияние связанная вода, которая отличается от свободной гравитационной воды по своим свойствам и строению. Она находится в тесном взаимодействии с породами, в которых удерживается силами, превышающими силу тяжести. Связанная вода имеет несколько видов и характеризуется различными формами нахождения в породах. Основные ее виды: 1) вода, входящая в состав минералов; 2) прочно связанная; 3) рыхло связанная.
Вода, входящая в состав минералов, является химически связанной водой. В. И. Вернадский предложил различать следующие разновидности химически связанной воды: а) конституционную, наиболее прочно связанную с кристаллической решеткой минералов; б) кристаллизационную, связь которой с кристаллической решеткой минералов менее прочна; в) цеолитную с минимальной прочностью связи. Примерами химически связанной воды является вода в составе гипса (СаSО4 ∙ n Н2О). Также она входит в состав многих глинистых минералов, слюд, хлорита и др. В минералах она находится как в виде молекул, так и в виде ионов Н+ и ОН-.
Прочно связанная вода – это гигроскопическая вода, расположенная непосредственно на поверхности минерала. Она представлена пленкой различной толщины и сложного строения. Прочно связанная вода в отличие от свободной воды не способна к растворению и не может перемещаться в жидком виде (перемещается в парообразном состоянии). Расположение ее молекул значительно прочнее и плотнее, чем у свободной воды.
Рыхло связанная вода свойственна глинистым породам. Это вода приурочена к поверхности глинистых минералов и является результатом осмотического впитывание молекул воды диффузионной оболочкой внешней части двойного электрического слоя (одного – отрицательно заряженного на поверхности породы и другого – положительно заряженного в воде) [13].
Во всех природных водах растворены газы, некоторые содержат и свободный (спонтанный) газ, образующий пузырьки.
Растворенные газы являются одним из основных элементов химического состава природных вод. Установлено, что по мере увеличения глубины распространения природных вод и степени их изоляции от дневной поверхности генезис растворенных газов в общем закономерно изменяется. Газы преимущественно атмосферного происхождения сменяются на глубине преимущественно биохемогенными, а биохемогенные метаморфогенными или в областях современной вулканической деятельности вулканоген-ными [14].
Содержание газов в водах, как правило, невелико, однако их геохимическая роль не пропорциональна массе – огромное значение имеет высокая химическая активность и миграционная способность газов.
В соответствии с этим принято различать три основные геохимические среды формирования газов и основные типы природных вод [15]:
1. воды с газами окислительной обстановки (N2, O2, CO2 и др.),
2. воды с газами восстановительной обстановки (CH4, H2S, CO2, N2 и др.),
3. воды с газами метаморфической обстановки (СО2 и др.).
Кислородные воды. Свободный кислород, растворенный в водах играет большую роль. Он определяет условия миграции других элементов, существования особых групп бактерий, важнейшие геохимические особенности вод, концентрацию элементов на барьерах.
Сероводородные воды. Геохимическая роль сероводорода и его производных – ионов HS- и S2- огромна, так как они коренным образом меняет условия миграции большинства химических элементов, особенно образующих нерастворимые сульфиды.
1.3 Водные ресурсы и водный баланс Кавказа
Кабардино-Балкарская республика (КБР) занимает центральную часть северного склона Главного Кавказского хребта. Среди природных богатств КБР большое хозяйственное значение имеют реки.
Высокогорная зона Кавказского хребта – область вечных снегов и ледников. Снег, попадая в котловины, подтаивает днем от нагревания солнцем, ночью опять замерзает постепенно превращаясь в фирн.
В ледниках и вечных снегах высокогорной зоны берут начало главные реки Кабарды, потоками стекающие с гор и замедляющие свое течение лишь на равнине [16].
Основные реки, протекающие на территории Кабардино-Балкарии, принадлежат к бассейну р. Терека.
Богатая гидрографическая сеть горных рек КБР направлена в основном с юго-запада на северо-восток. Базисом эрозии для этих рек является долина р. Терек, огибающая крутой петлей Терский и Сунженский хребты в северо-восточном углу территории КБР.
Главным речным бассейном и основным носителем гидроэнергетических ресурсов КБР является бассейн р. Малки. Река Баксан, наиболее многоводная река бассейна Малки. На своем пути Баксан принимает многочисленные притоки.
У восточной границы КБР протекает р. Хазны-дон принадлежащая к бассейну р. Урух. Несколько малых притоков Терека (Лескен, Аргудан и др.) располагаются между устьями рек Урух и Малка [17].
Гидрологический режим главных рек бассейна Малки освещаются данными наблюдений 14 гидрометрических станций.
Материалы гидрометрических работ в бассейне р. Малки дают возможность детально охарактеризовать сток основных его рек. График среднемесячных расходов воды рек бассейна Малки дает наглядное представление о характере сезонного колебания расходов воды рек Малки, Баксана, Черека, Чегема и Терека.