title-icon
Яндекс.Метрика
» » Закономерности распределения воды в литосфере

Закономерности распределения воды в литосфере

Мегагруппа подземных вод литосферы является основным объектом изучения гидрогеологов. Поэтому остановимся на некоторых особенностях поведения подземных вод в этой оболочке Земли.
Литосфера, как указывалось в курсе общей геологии, разделяется на несколько слоев. На континентах в ней выделяются: осадочный, гранито-гнейсовый («гранитный»), гранулито-базитовый («базальтовый») и эклогитовый слои (рис. 2.13). В океаническом разрезе литосферы гранитный слой отсутствует.
Среди указанных слоев наибольшей обводненностью характеризуется осадочный слой, который содержит все известные в подземной гидросфере виды воды. С глубиной в осадочном слое происходит дегидратация пород и отжатие в вышезалегающие коллекторы образовавшихся при уплотнении пород свободных вод. Дегидратация пород проявляется прежде всего в потере ими физически и химически связанных вод. При этом изменяются свойства и состав самих вмещающих пород.

Проследим за тем, что же происходит в процессе литификации пород. Свежевыпавшие осадки разного генезиса, сложения и состава — обломочные, глинистые, химические, органогенные, пирокластические — постепенно перекрываются вновь образовавшимися отложениями и погружаются на глубину. Первую стадию литификации осадков, превращения их в породу, называют диагенезом. Вторую стадию последовательного уплотнения пород называют катагенезом. Глубже возникают условия метагенеза. Преобразование осадков под действием возрастающих с глубиной температуры и давления имеют специфические черты в зависимости от их сложения и вещественного состава. Например, для песчаных отложений наблюдается такая последовательность литификационного преобразования в процессе диа- и катагенеза: рыхлый песок — песок плотного сложения — слабосцементированный песчаник — прочно сцементированный песчаник. Для глинистых отложений: глинистый ил — мягкая глина — уплотненная глина — аргиллит — сланцеватый аргиллит. Для органогенных отложений: торф — бурый уголь — каменный уголь.
Литификация пород изменяет свойства и состав самих пород: они становятся более плотными, пористость и влажность в них уменьшаются, рыхлые отложения цементируются. В результате длительного взаимодействия воды и пород, перехода связанных вод в свободное состояние происходят изменения химического состава вод, степени насыщенности их солями и газами.
Несмотря на то что породы при литификации погружаются все глубже и глубже, подземные воды при этом все больше и больше испытывают тенденцию к восходящему движению. Так формируются встречные водные потоки, о которых говорилось в предыдущем разделе. При этом необходимо иметь в виду, что с глубиной роль связанных вод в общем объеме подземных вод возрастает, а общее количество подземных вод уменьшается (табл. 2.1).

С глубиной изменяется фазовое состояние и структура самой воды. В настоящее время изучены лишь верхние 5—12 км разреза литосферы, в то время как ее подошва располагается на глубине более чем 100 км. Устойчивое состояние воды может быть при температуре до 1000—1100 °С. Такая обстановка, видимо, существует на глубинах 15—20 км в областях современного вулканизма и 200—270 км в областях древних платформ. При более высокой температуре происходит интенсивная диссоциация молекул воды. Полностью она, по-видимому, завершается в нижней мантии на границе с ядром.
Изучение этих процессов позволило В.А. Ильину оценить степень структурированности воды в глубоких слоях литосферы в зависимости от термодинамических условий. В гранитном слое, где термодинамические условия определяются температурой 200—500 °C и давлением 100—350 МПа, по-видимому, вода находится преимущественно в молекулярном состоянии. Это — зона жидких структурированных вод. Глубина ее распространения в древних платформах достигает 80 км. В базальтовом слое, где температура возрастает до 600 °С, а давление до 750 МПа, вода начинает диссоциировать на ионы водорода и гидроксила. Она входит в решетки минералов, образует различные ассоциаты, а ее структура является сильно деформированной. Это — зона уплотненного флюида, где водородные связи в основном разорваны, но, видимо, образуются нестойкие димерные ассоциации воды. Подошва этой зоны располагается под древними платформами на глубине около 160 км. В эклогитовом слое температура увеличивается до 800—1000 °C, а давление до 750—1100 МПа. В этих условиях возможно существование только мономерной воды, которая в той или иной степени диссоциирует на ионы водорода и гидроксила. Глубина расположения подошвы этой зоны оценивается под древними платформами примерно в 270 км.

title-icon Подобные новости