Минеральные воды

Нашу планету можно назвать водной или гидропланетой. Общий баланс воды в земной коре складывается из вод Мирового океана, ледников, озер и рек, вод атмосферы и литосферы (подземной гидросферы). Все это составляет около 1,8 млрд. км³ воды. Значительное количество соленые и минерализованные воды разных составов. Для глубинных зон земной коры характерны минеральные воды, т.е. воды, обладающие минерализацией свыше 1 г/л и содержащие в себе ряд химических компонентов.

Именно минеральным водам посвящена моя курсовая работа. Целью моей работы является освещение основных вопросов о минеральных водах, об их классификации, особенностях химического состава, газового и температурного режима, условиях образования, закономерностях залегания и распространения, а также об их использовании и действии на организм человека. Отдельная глава моей работы включает в себя сведения о минеральных водах Волго-Уральской области на примере источников, находящихся на территории Самарской губернии.

Я выбрала эту тему, потому что она заинтересовала меня своей актуальностью, широтой и значимостью. Минеральная вода является своего рода природным лекарством, созданным самой природой. Оздоравливающее действие минеральной воды на организм человека, ее лечебные свойства с глубокой древности. На базе месторождений минеральных вод построены курорты, санатории, здравницы, заводы по разливу минеральных вод. Наконец, минеральные воды пригодны для извлечения из них полезных компонентов и добычи солей. Все это говорит о важности, значимости и актуальности темы моей курсовой работы.

ГЛАВА 1: Общая характеристика минеральных вод.

1.1 Понятие о минеральных водах и критерии их оценки.

К минеральным водам относятся подземные (иногда поверхностные) воды, характеризующиеся повышенным содержанием биологически активных компонентов и обладающие специфическими физико-химическими свойствами (химический состав, температура, радиоактивность и т.д.), благодаря которым они оказывают на организм человека лечебное действие.[1]

Минеральные воды в широком понимании слова – это подземные и поверхностные природные воды с общей минерализацией свыше 1 г/л, которые используются в лечебных и промышленных целях. Лечебными называются такие воды, которые вследствие своих физических и химических особенностей оказывают благотворное целебное воздействие на человеческий организм: например, углекислые, сероводородные и др. К промышленно-ценным относятся воды, из которых могут быть извлечены компоненты, полезные в народном хозяйстве (поваренная соль, бром, йод, бор и др.).

Для отнесения природных вод к минеральным разработаны специальные критерии. [2] При отборе критериев оценки минеральных вод из значительного количества данных, характеризующих их химические и физические свойства были отобраны важнейшие, определяющие физиологическое, а следственно лечебное, действие вод, а также важные в отношении выявления их генетических типов.

К числу таких признаков были отнесены в согласии со взглядами большинства бальнеологов и гидрогеологов:

а) общее содержание растворенных в воде веществ – общая минерализация вод;

б) ионный состав минеральных вод;

в) газовый состав и газонасыщенность вод (растворенные и спонтанные);

г) содержание в водах фармакологических (терапевтических) активных микроэлементов (минеральных и органических);

д) радиоактивность вод;

е) активная реакция вод, характеризуемая величиной рН;

ж) температура вод. [3]

Наряду с обычными пресными водами, которые повсеместно используются как питьевые, хозяйственные, технические, в природе существуют такие разнообразные по своим свойствам природные воды, которые не всегда могут или совсем не могут быть использованы для указанных целей. Среди этих вод холодные и горячие воды лечебного, промышленного и теплоэнергетического значения. Такие воды называют минеральными, а все другие воды на Земле – неминеральными.

Минеральные воды не стоит путать с минерализованными. В широком смысле слова все воды в природе в той или иной мере минерализованы, начиная от снеговых и заканчивая рассолами. В узком смысле слова к минеральным относят воды с общей концентрацией солей свыше 1-2 г/л.

Исходя из принципа единства вод Земли, согласно В.М.Севергину и В.И.Вернадскому, к минеральным следует отнести:

1) минеральные озера с их лечебными и торфяными грязями;

2) минеральные подземные воды с их отложениями – охры, туфы, некоторые рудничные воды;

3) воды и грязи грязевых вулканов.

Минеральные озера и грязи, подземные минеральные воды с их отложениями составляют гидроминеральные ресурсы нашей планеты. На базе разведанных месторождений минеральных вод построены курорты, санатории, здравницы, заводы по разливу минеральной воды, извлечению из нее полезных компонентов, добыче солей и т.д.

Лечебные свойства природных вод нередко бывают обусловлены присутствием в них в небольшом количестве таких компонентов, которые оказывают на организм человека терапевтическое активное «специфическое» влияние и способствует исцелению от недугов. Эти вещества получили название физиологически активных или специфических (I,Br и др.). В некоторых случаях лечебное воздействие на организм человека оказывают заключенные в воде органические вещества (вода «Нафтуся»).

На разных этапах геологического изучения минеральных вод высказывалось мнение об их необычной природе и глубинном происхождении. По мнение постепенно рассеялось. Действительно, некоторые минеральные воды, особенно термальные, формируются на больших глубинах. Но часто встречаются не менее ценные минеральные источники, связанные с верхними водоносными горизонтами до грунтовых вод включительно – некоторые сероводородные, железистые, радоновые воды. Существует, наконец, и большая группа минеральных озер.

1.2 Признаки минеральных вод.

Внешние признаки: по запаху отличаются сероводородные воды иногда на значительном расстоянии от места выхода; по вкусу – соленые воды и рассолы, углекислые воды; по бурному выделению пузырьков спонтанного газа в головке источника – углекислые воды; по цвету и составу отложений источников – железистые отложения, охрь красно-бурого цвета (признак железистых вод), кремнистые отложения – гейзериты (признак кремнистых вод), белые известковые отложения, травертины, известковые туфы (углекислые, кальциевые воды), фтороносные гейзериты (фтористые гидротермы).

Температура: горячие воды можно выделить по ощущению, а тем более замером температуры.

Химический и газовый состав: по составу воды и растворенных в ней газов выделяют воды содовые, сульфатные, хлоридные, йодистые, бромистые и др. Опыт народного врачевания или использование воды для выварки поваренной соли: эти признаки выявляются опросом населения и позволяют установить место выхода минерального источника для постановки на нем контрольных исследований. [2]

1.3 Минеральные воды как полезное ископаемое.

Минеральная вода как полезное ископаемое – это такая вода, которую можно непосредственно использовать в лечебном деле или для извлечения из нее компонентов, полезных для народного хозяйства – солей, металлов (Cu), металлоидов (I, Br, B), газов (углекислоты) или в теплоэнергетическом деле для теплофикации. Только после изучения химических, физических и прочих свойств природной воды можно решить вопрос о том, рассматривать ее как полезное ископаемое или нет.

Минеральные воды проявляются весьма разнообразно, поэтому при их изучении следует различать следующие гидроминеральные объекты:

1) Месторождения минеральных вод:

а) подземные – пластовые, трещинно-жильные, сложные;

б) поверхностные – озера, лиманы, моря с их грязями, донными отложениями и пляжами.

2) Водопроявления минеральных вод – источники:

а) природные, в том числе гейзеры, субаквальные источники, грязевые вулканы;

б) искусственные вскрытия и выходы через скважины, штольни, колодцы и т.д.

3) Отложения наземных и подземных минеральных вод: туфы, гейзериты, травертины, охры, залежи солей, жильные образования; грязи озер – минеральные и торфяные; грязи грязевых вулканов; отложения пляжей.

4) Гидроминеральные группы объектов минеральных вод:

а) гидроминеральные, гидротермальные поля;

б) гидроминеральные, термальные линии (зоны);

в) цепочки минеральных озер, поля минеральных озер.

5) Гидроминеральные районы, области, провинции минеральных вод; зоны минеральных озер.

6) Гидрохимические пояса и гидрохимические зоны подземных минеральных вод.[2]

1.4 Классификация минеральных вод.

Большинство выдвинутых в разное время классификаций основано на особенностях химического или газового состава вод, причем за основу выделения классов обычно принимали либо преобладающие ионы, либо микроэлементы, либо газы и т.д. Основной недостаток этих классификаций – отсутствие принципа комплексности в оценке минеральных вод.

В.В.Иванов и Г.А.Невраев в целях более комплексной оценки различных минеральных лечебных вод разработали классификацию, основанную на основных критериях их оценки и данных о закономерностях формирования минеральных вод. Исходя из реально существующих в природе типов вод, они предложили такую классификационную таблицу, в которой каждой воде отведено строго определенное место. Такая классификационная таблица имеет важное практическое значение: пользуясь методом аналогии и сопоставления, можно судить о лечебных качествах вновь полученной воды (из-за больших размеров таблица здесь не приводится).

Согласно классификации Иванова и Невраева, все природные (подземные) воды разделяются по составу, свойствам и лечебному значению на шесть основных бальнеологических групп.

Группа А. Воды без «специфических» компонентов и свойств. Их лечебное значение определяется только ионным составом и величиной минерализации при наличии в их газовой составляющей в основном азота и метана, которые содержаться в водах в растворенном состоянии при атмосферном давлении лишь в незначительных количествах.

Группа Б. Воды углекислые. Их лечебное значение определяется, прежде всего, наличием больших количеств растворенного углекислого газа, который в общем газовом составе этих вод занимает доминирующее положение (80-100%), а также ионным составом и величиной минерализации.

Группа В. Воды сероводородные (сульфидные). Эти воды выделены по наличию в их составе свободного сероводорода и гидросульфидного иона, которые и определяют лечебное действие минеральных вод, используемых преимущественно для ванн. Содержание общего сероводорода этих вод не должно быть ниже 10 мг/л.

Группа Г. Воды железистые (Fe + Fe), мышьяковистые (As) и с высоким содержанием Mn, Cu, Al и др. Их лечебное действие определяется, помимо ионного и газового состава и минерализации, присутствием одного или нескольких из перечисленных фармакологически активных компонентов. Для содержания в этих водах Mn, Cu, Al нормы не установлены. В повышенных концентрациях эти элементы содержатся обычно только в высоко железистых сульфатных водах зоны окисления рудных месторождений, а также в сильно сульфатных и хлоридносульфатных (фумарольных) термах вулканических областей.

Группа Д. Воды бромистые (Br), йодистые (I) и высоким содержанием органических веществ. Для отнесения вод к бромистым и йодистым (или йодо-бромистым) принято содержание брома 25 мг/л и йода 5 мг/л при минерализации не более 12-13 г/л. При более высокой минерализации нормы соответственно увеличиваются.

Достаточно обоснованных норм для оценки высокого содержания органического вещества в лечебных минеральных водах пока не разработано. Известны два типа минеральных вод с высоким содержанием органического вещества – Нафтуся (Западная Украина) и Брамштедтские (ФРГ).

Группа Е. Воды радоновые (радиоактивные). К этой группе относятся все минеральные воды, содержащие более 50 эман/л (14 ед. Махе) радона.

Группа Ж. Кремнистые термы. В эту группу вод включены широко распространенные в природе кремнистые термальные воды. В качестве условной нормы содержание в них принято 50 мг/л, при температуре более 35ºC.

Далее, группы вод по газовому составу делятся на три подгруппы: а) азотные, в которых газ имеет в основном атмосферное происхождение; б) метановые (включая азотно-метановые и углекисло-метановые), в которых газ в основном биохимического происхождения; в) углекислые, в которых газ, как правило, эндогенного происхождения. К последней группе отнесены и вулканические газы, где почти всегда резко преобладает углекислый газ.

В минеральных водах группы А могут присутствовать азотные и метановые газы; в группах В и Ж – азотные, метановые и углекислые; в группах Г и Е – азотные и углекислые; в группе Д – азотные и метановые; все воды группы Б только углекислые.

Одновременно все минеральные воды разделены по составу и минерализации на 9 классов (приложение 1). При этом учитывались все ионы, содержащиеся в количествах не менее 20% экв. Как видно из приложения 1, первый класс объединяет в себе все воды с общей минерализацией до 2 г/л, независимо от их состава, так как при такой невысокой минерализации лечебное действие минеральной воды определяется не ионным составом, а наличием каких-либо фармакологически активных микрокомпонентов или специфических свойств. Во всех остальных классах число подклассов колеблется от 3 до 7.

В приложении 1 выделено несколько градаций минерализации: до 2, 2-5, 5-15, 15-35, 35-150 и выше 150 г/л. Такое подразделение, удобное в бальнеологическом и генетическом отношении показывает обычную наиболее часто встречающуюся в природе минерализацию типов минеральных вод.

По температуре минеральные воды разделены на три группы:

1) всегда холодные, формирующиеся, как правило, на небольших глубинах;

2) холодные, теплые или горячие в зависимости от глубины циркуляции;

3) всегда горячие, генезис и особенности состава которых тесно связаны с их территориальностью. К последним относятся все термы, входящие в группы В и Г. (приложение 2)

По величине pH воды разделены на 6 групп. Величина pH имеет особо важное значение для лечебной оценки сероводородных (сульфидных) вод, поскольку ею определяется соотношение в водах свободного и , а также кремнекислых терм, количество и форма нахождения в которых зависит от щелочности или кислотности вод.

Такое деление минеральных вод по величине pH – по кислотно-основным свойствам – уточнено и более хорошо обосновано в физико-химическом отношении А.Н.Павловым и В.Н.Шемякиным.

Эти классификации лечебных, промышленных и теплоэнергетических вод имеют частный характер и специальное назначение. Известны многочисленные попытки составить общие, естественноисторические, генетические и другие классификации природных вод по составу и минерализации.

Классификация минеральных вод Иванова и Невраева по минерализации предназначены для лечебных вод и не пригодны для промышленных и теплоэнергетических. В приложении 3 предлагается общая классификация вод по минерализации. [2]

1.5 Солевой и газовый состав минеральных вод и их газовый и температурный режим.

Формирование состава минеральных вод протекает в различной геологической обстановке, в условиях растворения и осаждения солей, обменно-адсорбционных явлений, процессов диффузии и др. Большое влияние на изменение состава вод оказывают и биохимические процессы, протекающие при деятельном участии микробов.

При выходе на земную поверхность минеральная вода вследствии изменения термодинамических условий (температуры, давления) претерпевает глубокие изменения.

Значительная часть газов, находящихся в минеральной воде начинает выделяться в атмосферу путем диффузии; в результате нарушается сульфидно-карбонатное равновесие, изменяется окислительно-восстановительный потенциал, pH, выпадают карбонаты.

При соприкосновении минеральных вод с воздухом некоторые ионы (, , , и др.) и их соединения окисляются и в результате появляются новые ионы и соединения (приложение 4). [4]

Состав минеральной воды указывают по формуле, предложенной учеными М.Г.Курловым и Э.Э.Карстенсом. В начале формулы дается содержание газа ( , и др.) и активных элементов (Br, I, Fe, As и др.) в граммах на 1 литр. Радиоактивность выражается в единицах Махе или в расп/сек (1 ед. Махе= расп/сек). Степень минерализации обозначается знаком М (сумма анионов, катионов и недиссоциированных молекул) и выражается в граммах. Отношение преобладающих анионов и катионов изображается в виде условной дроби, в числителе которой – преобладающие анионы, в знаменателе – катионы. В конце формулы указывается температура (Т) воды минерального источника при выходе в градусах Цельсия, а также водородный показатель (pH).

Пример характеристики кисловодского нарзана:

Расшифровывается эта формула следующим образом: углекислая гидрокарбонатно-сульфатная кальциево-магниевая вода с минерализацией 2,3 г/л с температурой 14 градусов Цельсия и pH =6,2. [1]

Газовый состав.

В характеристике подземных минеральных вод важное значение имеет равновесие: подземные воды природные газы. Обычно газ растворен в воде, но при избытке часть его может находиться в свободном (спонтанном) состоянии, т.е. в виде мельчайших пузырьков. Природные газы представляют собой, как правило, газовые смеси, в которых можно различать главные и второстепенные компоненты. Тем не менее, наблюдаемое разнообразие природных газов по составу можно свести к трем группам: углекислые, азотные, углеводородные. Остальные газы представляют примеси. Главным компонентом углеводородных газов является метан.

Растворимость газов зависит от их состава, температуры, давления, минерализации и солевого состава воды. С повышением температуры при постоянном давлении растворимость газов в воде и водных растворах уменьшается, при низких температурах сильнее, чем при высоких. Растворимость газов уменьшается с увеличением концентрации растворенной в воде соли.

Вследствие падения давления при подъеме насыщенных газов подземных минеральных вод к дневной поверхности избыток газа выделяется из воды и образуются газирующие источники. Если в воде присутствуют соли, растворимость которых определяется концентрацией газа в воде, то при выделении газа равновесие нарушается, и часть солей выпадает в осадок. Обычно выпадают карбонатные соли. Соли могут отлагаться и до выхода воды на поверхность. Вследствие этого эксплуатационные буровые трубы заполняются отложениями солей и преждевременно выходят из строя.

В генетическом отношении различают газы магматического, метаморфического, химического, биохимического, радиационно-химического, радиогенного и ядерного происхождения.

В земной коре в газообразном виде встречаются углекислота, кислород, азот, углеводороды, водород, гелий и другие благородные газы, окислы азота, аммиак, сероводород, окислы серы и другие соединения. Одной из важных составных частей лечебных минеральных вод, обусловливающих их отличие от обычных пресных вод действие, является углекислый газ (). Наличие в воде определенных количеств этого газа придает ей специфические черты. Углекислые газовые воды представляют особую лечебную ценность, как при внутреннем, так и при наружном применении. Даже обычная пресная вода, насыщенная углекислотой, становится эффективным лечебным средством.

Углекислота играет особо важную роль в гидрохимических процессах.

Накопление больших количеств углекислоты в земной коре обеспечивается метаморфическими, особенно магматическими процессами и в меньшей степени – биохимическими реакциями. В этой связи различают углекислоту неорганического и органического происхождения. Углекислые газовые воды распространены в областях современного и недавно потухшего вулканизма, а также в областях с мощным развитием битумозных пород.

Углекислые воды отличаются разнообразным ионным составом, что указывает на возможность обогащения эндогенной углекислотой подземных вод различного исходного химического состава и минерализации.

Следующим газом, имеющим важное бальнеологическое значение, является сероводород. По наличию в составе вод (сероводорода) и (сульфидов) выделена группа сероводородных (сульфидных) вод. В природных водах может присутствовать в виде растворенного газа и диссоциированной сероводородной кислоты.

Соотношение форм в воде устанавливается по величине pH. В кислотной среде присутствует преимущественно , щелочной и только в сильно щелочной среде становится возможным появление иона . Сероводород в воздухе крайне неустойчив, окисляется с образованием воды и .

В зависимости от степени диссоциации различают две разновидности вод: собственно сероводородные и гидросульфидные или гидросернистые, содержащие преимущественно ионы . Существует и промежуточная разновидность гидросульфидно-сероводородных вод. С названными разновидностями парагенетически связаны свои особые химические типы минеральных вод.

Появление сероводорода в природных водах обусловлено причинами органического и неорганического характера. Сероводород является одним из продуктов распада белкового вещества, содержащего серу, поэтому сосредоточен он часто в природных слоях водоемов – месте гниения органических остатков. Кроме того, сероводород образуется путем восстановления сульфатов в анаэробных условиях. Большие количества выделяются вулканическими газами.

Концентрация зависит от наличия органического вещества, содержания сульфатов и других причин. Из-за очень высокой растворимости , воды, насыщенные этим газом в земной коре, по-видимому, не встречаются.

Газ – азот (), будучи по природе инертным, все же участвует в гидрогеохимических процессах, косвенно являясь первопричиной появления в воде ионов , , . Растворенный в минеральных водах азот преимущественно воздушного происхождения. Наряду с этим в природе широко распространен азот биогенного происхождения. Какие-то количества азота, по-видимому, выделяется из мантии.

Газ метан относится к числу распространенных в подземных водах. В газовой фазе подземных вод почти всегда количественно преобладает либо азот, либо двуокись углерода, либо метан, или два из этих газов в различных сочетаниях. Основными источниками образования метана и других углеводородных газов в природе служат дисперсные органические вещества в осадочных породах, а для метана – еще и угольные пласты. Главной частью углеводородных газов является метан, на долю которого нередко приходится более 90%. Метан может быть и вулканического происхождения. Накоплению в водах растворенных углеводородов способствует наличие пород, обогащенных органическими веществами, и повышенная температура, усиливающая процессы образования и выделения углеводородных газов. Содержание растворенных углеводородов в водах увеличивается с ростом глубин залегания.

Прослеживая в региональном плане взаимосвязь химического и газового состава минеральных вод, можно выделить территории, в пределах которых распространены определенные типы минеральных вод с характерным химическим и газовым составом.

Температурный режим.

Температура минеральных вод может изменяться в очень широком диапазоне: от 0C и даже ниже (в области многолетней мерзлоты) до 200-300 (в областях современного вулканизма). Согласно современным представлениям о механизме действия лечебных минеральных вод, температура воды не может быть признаком, отличающим действие того или иного источника от действия обычной пресной воды. Температура воды источника, без наличия других показателей, не может служить основанием для отнесения минеральной воды к лечебным.

Тем не менее, при оценке минеральной воды температура должна приниматься во внимание, поскольку она является одним из ведущих факторов формирования химического состава подземных вод. Горячая вода обычно отличается по химическому составу от холодной. За критерий, отделяющий теплые воды от холодных, принята температура 20 C. Существенное значение имеет температура минеральных вод при организации их лечебного использования. Воды с температурой 35-42С наиболее ценны в бальнеологическом отношении, так как их применение не связано со специальными устройствами для нагрева или охлаждения, которые снижают природные свойства (содержание газов, радиоактивность, pH).

Воды с температурой 20-30 нуждаются только в небольшом подогреве, который не вызовет заметных изменений в качестве лечебной воды, что имеет особое значение для слабо радоновых и слабо сульфидных вод. Воды с температурой выше 42 С требует специальных, иногда довольно сложных устройств для охлаждения с минимальными потерями лечебных свойств. Такие устройства должны предотвратить утечку газов и радона из минеральной воды.

С повышением температуры изменяется растворяющая способность воды. Наиболее распространенные в природных водах соли, обусловливающие минерализацию, по-разному реагируют на температурный фактор: растворимость одних солей сильно увеличивается с ростом температуры, других, наоборот, падает; некоторые соли слабо реагируют на изменение температуры.

С ростом температуры увеличивается диссоциация воды. В результате повышения температуры и одновременно давления изменяется не только химический состав воды, но и ее реакционная способность.

Температура является решающим фактором в формировании геохимических особенностей гидротерм, поскольку от нее зависят физико-химические свойства воды. Она влияет не только на характер, интенсивность и направление взаимодействия вод и пород, но под воздействием температур происходит выпаривание подземных вод и увеличение их минерализации.

Величина температуры определяет фазовые переходы, свойства и структуру воды, течение биохимических реакций и скорость химических реакций. Для биохимических процессов характерным порогом является 50С – начало свертывания белков и замирания органической жизни, хотя жизнедеятельность некоторых видов бактерий возможна и при больших температурах.

Изменение температуры сказывается на вязкости воды. Единица вязкости – сантипуаз – определена при температуре 20С. При охлаждении воды до 0 вязкость воды достигает 1,789 сантипуаза, а при нагревании до 100С уменьшается до 0,284 сантипуаза. С температурными условиями тесно связаны степень подвижности воды и проницаемость пород. В результате повышения температуры с глубиной освобождается физически связанная вода и увеличивается пористость горных пород и их фильтрационная способность.

Таким образом, в процессе передвижения подземных вод из верхних, холодных, горизонтов в нижние, нагретые, температура выступает в роли косвенного фактора преобразования химического состава вод. По мере опускания подземных вод под воздействием температурного градиента некоторые соли, выпадая в осадок, постепенно уходят из раствора и заменяются такими солями, для которых высокотемпературная обстановка более благоприятна. В связи с этим изменяется химический тип воды. Хотя некоторые типы вод (например, хлоридные натриевые) могут существовать в очень широком диапазоне температур, тем не менее, для каждой температурной зоны характерен свой особый химический состав. [2]

1.6 Использование минеральных вод и их действие на организм человека.

Минеральные воды имеют очень широкое применение. Их используют и для выпарки ценных компонентов, и в качестве освежающих, хорошо утоляющих жажду столовых напитков, и на курортах для питьевого лечения, ванн, купаний в лечебных бассейнах, всевозможных душей, а так же для ингаляций и полосканий горла. Во внекурортной обстановке пользуются водами, разлитыми в бутылки. [1]

Оздоравливающее действие минеральной воды на организм человека, ее лечебные свойства известны людям с глубокой древности. Лечебные водные процедуры, по свидетельству дошедших до нас письменных памятников, широко применялись в медицине Древней Греции, Рима, Индии, Египта, Перу, Грузии. Древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 – ок.370 лет до н.э.) пытался объяснить действие минеральных вод на организм человека. Действие целебных интересовало и гениального ученого средневековья Абу-Али Ибн Сину (Авиценна). Однако, в то время в полной мере оценить целебные свойства минеральных вод люди не могли и этим ловко пользовались священнослужители, приписывая их свойства божественной силе.

В настоящее время лечебные подземные воды используются исключительно широко. На Кавказе, в Средней Азии, Казахстане и других районах прославлены целебные источники были известны давно. Первая в Росси здравница была открыта по указанию Петра I в 1718 году на «марциальных» (железистых) источниках в Карелии. Первые же исследования минеральных вод страны связаны с именем великого русского ученого М.В. Ломоносова, который выделял «лекарственные» воды и «врачующие» источники. Уже во второй половине XVIII века бала создана «география» лечебных вод России.

На территории бывшего СССР более 7,5 тыс. минеральных источников, около 500 бальнеологических курортов. Они весьма разнообразны по вещественному и газовому составу вод, по характеру воздействия на организм человека. На территории России и бывших стран СНГ имеются виды лечебных вод, известные во всем мире. Минеральные углекислые воды Кисловодска, Ессентуков, Железноводска, Боржоми, Арзни, сероводородные – Сочи – Мацесты, Усть-Качинска (Пермская область), Талги (Дагестан), радоновые Пятигорска, Цхалтубо, железистые – Марциальные, Полюстровские, Трусковца и многие другие пользуются мировой славой.

Лечебные минеральные воды в зависимости от их специфики оказывают комплексное воздействие на организм человека – термическое (температурное), химическое, терапевтическое и механическое.

Температурное воздействие лечебной воды на организм при приеме ванн – самое сильное и главное ее свойство. Холодные минеральные воды с температурой до 20С благодаря хорошей теплопроводности, соприкасаясь с телом человека, отнимает у него тепло, быстро снимает утомление, усталость, апатию. Холодная лечебно-пищевая вода усиливает работу кишечника. Теплые воды с температурой 20-37С, наоборот быстро отдают тепло телу, оказывая на него физически полезное действие.

Химическое раздражение – одно из основных и продолжительных воздействий минеральных вод на организм. Интенсивность такого воздействия усиливается при приеме ванн с повышенной минерализации воды. В минеральных водах она не должна превышать 12-15 г/л. Например, минерализация Кисловодского Нарзана изменяется от 1,5 до 6 г/л, вод Ессентуков не превышает 9 г/л.

Минеральные воды при наружном (ванны, души, ингаляции) и внутреннем (питьё) применении благотворно воздействуя на нервные окончания и кровеносную систему повышают реактивность организма, улучшая обменные процессы органов пищеварения, деятельность желудочно-кишечного тракта и других внутренних органов, убыстряют выведение вредных компонентов.

Одна и та же минеральная вода в виду наличия в ее составе различных солей, микроэлементов и газов по-разному влияет на организм человека, оказывая на него благотворное воздействие при различных заболеваниях. Например, воды, содержащие поваренную соль, т.е. хлориды натрия (Талицкие, Нальчиковские, Минские) благотворно действуют на органы пищеварения; хлориды кальция способствуют противовоспалительным процессам и положительно влияют на нервную систему; хлориды магния способствуют расширению кровеносных сосудов. Сульфатные воды – в основном желчегонные и слабительные. Присутствие соды в воде (Боржоми) понижает кислотность.

Однако многие минеральные воды имеют сложный состав и оказываю на организм человека разнообразное действие. Например, соляно-щелочные воды типа ессентукских, железноводских и челкарских представляют собой своеобразное сочетание двух типов вод, обладающих противоположным физиологическим воздействием. Эти воды в равной мере полезны при заболевания желудка как с повышенным, так и с пониженной кислотностью.

Терапевтическая активность многих минеральных вод связана с наличием в их составе микроэлементов – Fe, As, Co, I, Br, органических кислот и др. Они входят в состав ряда веществ, жизненно важных для организма, таких как гемоглобин (Fe, Co), некоторые гормоны (Zn), ферменты (Fe, Mn, Cu и др.), витамины (Co). Поэтому, например, железистые воды благотворно влияют на процессы кроветворения, йодистые – улучшают работу щитовидной железы и печени, бромные нормализуют центральную нервную систему.

Важное бальнеологическое значение имеет газовый состав минеральных источников. Особенно ценны воды, насыщенные углекислотой, сероводородом и радоном.

Механическое действие минеральных вод связано с давлением ее массы на тело (ванны, души, купание). Это воздействие можно усилить растиранием и направлением воды под определенным давлением (душ Шарко). [5]

Таким образом, минеральные воды широко используются в народном хозяйстве. В основном они ценны в бальнеологическом плане, т.к. оказывают на организм человека лечебное действие всем комплексом растворенных в них веществ. А наличие в них специфических биологически-активных компонентов ( и др.) и особых свойств определяет часто методы их лечебного использования. [1]

ГЛАВА 2: Закономерности распространения минеральных вод.

2.1 Условия залегания и миграции минеральных вод.

Распространение минеральных вод определяется сложным сочетанием геологоструктурных, гидрогеологических, геохимических и геотермических условий их формирования. Основными из них являются:

1) литология и коллекторские свойства горных пород;

2) фациальные условия и особенности геологической истории бассейнов, в которых происходило накопление осадочных отложений, а также палео- и современные гидрогеологические условия, определяющие степень промытости осадочных пород;

3) наличие молодых магматических процессов и особенно – современного вулканизма, вызывающих интенсивный термометаморфизм горных пород;

4) интенсивность и характер неотектонических движений и, в частности, существование молодых открытых тектонических разрывов;

5) геотермический режим, изменяющийся в различных геологических структурах и географических зонах в весьма широких пределах от нормального до резко аномального – «вулканогенного» (в сфере влияния молодых магматических очагов) и «криогенного» (в областях многолетней мерзлоты);

6) наличие на некоторой глубине в осадочных отложениях биохимических, микробиологических процессов. [6]

Известный французский специалист по рудным месторождениям и минеральным водам Л. де Лонэ (1899г.) высказал следующее положение, отражающее господствующее в то время представление: «…термальные источники, как и вулканы, с которыми они связаны общностью происхождения, приурочены к наиболее молодым дислокациям земной коры (к складчатым районам и глубоким разломам) и локализованы в достаточно ограниченных зонах земной коры, где эти явления развиты». Но вместе с тем он выделял две категории минеральных источников: жильные и пластовые. Первые – представляют жильные термальные воды, мигрирующие по трещинам, вторые – связаны с пластовыми термальными горизонтами, которые могут питать естественные минеральные источники или вскрываться артезианскими скважинами.

Наиболее широко распространенным случаем появления термальных источников является наличие тектонического нарушения, которое пересекается эрозионным понижением рельефа (долиной, ложбиной, ущельем и т.д.).

Из классификации тектонических нарушений, приведенной в учебнике геологии И.В. Мушкетова, видно, что с трещинами обычно связывались выходы термальных вод:

1) диаклазы;

2) складки;

3) сбросы;

4) жилы и дайки изверженных пород;

5) металлоносные жилы.

Каждый тип иллюстрировался характерным примером. Для первого случая приводились углекислые источники Эмса (Германия), второго – Ивердон и Баден (Швейцария), третьего – Виши (Франция), четвертого Баньер-де-Люшон (Пиренеи – Франция), пятого – Пломбьер (Вогезы).

В 1931 году А.М. Овчинников в докладе «Геологические структуры районов минеральных вод» на I Всесоюзном гидрогеологическом съезде в Ленинграде произвел систематизацию условий выхода на поверхность минеральных вод. Было выделено три основных типа:

I – платформенные области, как наиболее простые, где минеральные воды образуют пластовые горизонты и появляются на поверхности в результате: 1) искусственного вскрытия путем бурения скважинами или колодцами (Сольвычегодск, Белая Горка, Старая Русса и др.); 2) наличие тектонических разрывов типа сбросов, флексур и т.п. в сочетании с глубокой эрозии (Краинские минеральные воды, Сергиевские и др.) .

II – пограничные области между платформами и складчатыми сооружениями, где минеральные воды приурочены: 1) к зонам поперечных трещин (район КМВ, Центральное плато Франции и др.); 2) к участкам, осложненным интрузиями, например типа лакколитов КМВ, в которых вода может изливаться, и по концентрическим разломам.

III – складчатые сооружения: 1) районы преимущественного распространения складчатых тектонических форм – антиклиналей и синклиналей. Выходы минеральных вод приурочены к осевым частям складок, а также к участкам развития тектонических трещин различных систем (диагональных и др.).

Опыт работ на минеральных водах показал необходимым тщательный геолого-структурный анализ районов минеральных вод с детальным изучением трещиноватости горных пород. В горных породах, разбитых различными системами трещин, можно выделить наиболее водообильные зоны открытых трещин, сопряженных с системами закрытых трещин. Следует подчеркнуть большое гидрогеологическое значение поперечных и диагональных зон тектонических деформаций и трещин, являющихся зонами растяжения, т.е. представляющих системы открытых трещин.

При проведении буровых работ можно хорошо заметить как по-разному взаимодействующих скважины, заложенные на участках, различных по степени трещеноватости пород. В истории буровых работ в целях разведки минеральных вод были случаи, когда три скважины, заложенные в скальных породах по треугольнику с расстоянием сторон около 100 м, дали минеральную воду, а центральная, четвертая скважина, заложенная в центре треугольника, была почти безводной. При равномерной трещеноватости (литоклазы) и пористости пород таких случаев ожидать трудно.

Наиболее характерными комплексами пород, с которыми связаны минеральные воды, являются:

1) Карбонатные – известняки или доломиты, разбитые трещинами и закарстованные на выступающих участках. С толщами карбонатных пород связаны такие минеральные воды, как углекислые воды типа нарзана, сероводородные воды Мацесты, радоновые воды Цхалтубо, термальные воды Пиесчаны в Словакии, Будапешта и др.

2) Чередующиеся песчано-глинистые отложения, образующие так называемый флиш. С этими толщами связано формирование гидрокарбонотно-натриевых вод боржомского типа – Боржоми, Виши, Дилижан и другие, а также вод хлоридно-гидрокарбонатно-натриевого состава.

3) Вулканогенные, туфогенные породы, представляющие накопления туфов, туфобрекчий и туфопесчанников, часто перемежающиеся с покровами и потоками лав. С этими толщами связаны многие гидросульфатные термальные воды Кавказа (Тбилиси, Абастумани и др.), а также некоторых других областей.

4) Массивы изверженных пород, представляющие большое разнообразие форм, начиная от небольших даек, лакколитов и кончая крупными батолитообразными телами. В таких массивах, разбитых трещинами, развиты слабо минерализованные азотные термы, местами с повышенной радиоактивностью (например, термы Белокурихи, приуроченные к гранитному массиву у северного подножия Алтая, Родопский массив в Болгарии и др.).

Большое значение в распространении минеральных вод различных типов имеют геотектонические условия. В настоящее время принято различать три крупных геотектонических элементов: I – щиты или выступы древнего кристаллического фундамента, сложенные кристаллическими или метаморфическими породами; II – платформы, сложенные осадочными отложениями, обычно слабо смятыми и несогласно залегающими на кристаллическом фундаменте (кровля которого находится на различных глубинах); III – геосинклинали – подвижные, различно дислоцированные участки земной коры, сложенные комплексами самых разнообразных пород – осадочных, магматических, метаморфических.

В пределах указанных выше главнейших геотектонических элементов выделяются структуры более мелкие, которые усложняют картину распространения минеральных вод (поднятия, прогибы, антеклизы, синеклизы, валы, купола и т.д.).

В процессе геологической истории, в зависимости от особенностей седиментации, процессов диагенеза и эпигенеза и условий миграции подземных вод в прошлые времена в пределах бассейнов подземных вод создается гидрогеохимическая зональность, которая, несмотря на некоторые общие черты, проявляется в различных бассейнах по-разному. Такие бассейны подземных вод, включающие: области современной инфильтрации атмосферных вод и создание напора; области распространения водоносных горизонтов (в том числе и горизонтов минеральных вод) и области стока или разгрузки получили наименование водонапорных систем.

А.М.Овчинников выделяет 6 типов водонапорных систем:

1) крупные артезианские бассейны платформенных областей;

2) средние артезианские бассейны краевых, предгорных прогибов и межгорных котловин;

3) малые артезианские бассейны, часто наложенные на другие водонапорные системы;

4) водонапорные системы трещинных вод в выступающих массивах кристаллических и метаморфических пород;

5) сочлененные бассейны горных сооружений;

6) большие бассейны и потоки грунтовых вод, имеющие характер субартезианских бассейнов и склонов.

В пределах основных водонапорных систем выделяются системы (бассейны) второго, третьего порядков. Выделение водонапорных систем, сопоставление их с геоморфологическими элементами, бассейнами поверхностного стока позволяет оконтурить гидрогеологические районы, которые обычно показываются на картах гидрогеологического районирования. Таким образом, гидрогеологические районы, как, например, КМВ, Сочи – Мацестинский, Боржомский могут рассматриваться как бассейны подземных вод, включающие области питания и разгрузки и приуроченные к одной или нескольким геологическим структурам или к части структуры, отличающейся характерной зональностью подземных вод, которая создалась в процессе исторического развития района.

Минеральные воды встречаются во всех типах геологических структур. На выступах древнего докембрийского фундамента они развиты в трещиноватых зонах, преимущественно в коре выветривания массивных пород или на участках тонкого чехла рыхлых отложений. Платформенные области представляют крупные артезианские бассейны с хорошо выраженной гидрогеохимической зональностью, с водами широкого диапазона минерализации и разнообразного состава. Аналогичные условия наблюдаются и в артезианских бассейнах межгорных впадин и сопряженных бассейнов складчатых областей.

В краевых частях бассейнов, начиная непосредственно от области питания, располагаются зоны маломинерализованных инфильтрационных вод, обычно гидрокарбонатно-кальциевого типа. Далее следует зона гидрокарбонатно-натриевых или сульфатно-натриево-кальциевых вод. За ней идет переходная зона смешанных гидрокарбонотно-хлоридно-натриевых вод или сульфатно-хлоридных вод и, наконец, зона хлоридных вод, представляющая собой область наиболее древних высокоминерализованных вод бассейна.

Маломинерализованные воды в верхних артезианских горизонтах образуются при наличии непосредственной связи с поверхностью и во внутренних частях бассейна, если при этом существуют благоприятные гидродинамические условия.

Вверху находится зона более или менее интенсивного движения инфильтрационных атмосферных вод. Здесь характерна окислительная обстановка с газами вод верхней зоны: кислородом, часто углекислотой. Содержание кислорода, расходующегося на окисление, постепенно уменьшается сверху вниз, а азот воздушного происхождения остается.

В противоположность этому в более глубоких зонах мы имеем восстановительную обстановку, в которой в результате биохимических и других процессов воды обогащаются метаном и другими углеводородами, сероводородом, углекислотой.

Процессы замещения древних вод бассейна протекают различно, в различных геоструктурных элементах. В горных хребтах, представляющих собой гидрогеологически открытые структуры, этот процесс протекает интенсивней и быстрей, чем в межгорных и предгорных впадинах.

В предгорных краевых частях артезианских бассейнов иногда наблюдается обратная вертикальная зональность (инверсия): под горизонтами соленых вод иногда лежат водоносные пласты с относительно невысоко минерализованными щелочными или сульфатными водами, что объясняется в большинстве случаев более интенсивным проникновением инфильтрационных вод на более высоко приподнятых выходах водоносных пород в области питания (расположенных обычно на склонах горных хребтов).

В случае возникновения в пределах водонапорных систем магматической деятельности, образующиеся глубинные гидротермы и газы (особенно ) внедряются по трещинам горных пород в вышележащие их толщи, где они присоединяются к уже ранее сформировавшимся водам, имеющим тот или иной состав в зависимости от стадии их формирования, и включаются в общую водонапорную систему. При этом состав последних подвергается тем или иным изменениям в результате активизации физико-химических процессов, связанной с насыщением вод газами магматического и термометаморфического происхождения. Особенно характерным процессом здесь является насыщение вод углекислотой и интенсивное в связи с этим растворение минералов горных пород.

В результате сложного сочетания складчатых нарушений и тектонических разрывов в пределах горных районов иногда создаются зоны повышенной трещиноватости пород, благоприятные для миграции вод на большие глубины и выхода их на пониженных участках рельефа.

В пределах зоны альпийской складчатости и новейшего горообразования, охватывающей территорию России с юга и далее простирающейся на Дальний Восток, наблюдается интенсивная гидротермальная деятельность. Эта зона кольцом охватывает Тихий океан и продолжается в Кордильерах и Андах. В зоне новейшего горообразования преобладает сложный горный рельеф, способствующий созданию высокого напора и развитию разнообразных минеральных и пресных источников.[7]

2.2 Провинции минеральных вод.

Территории, в пределах которых развиты определенные группы минеральных вод, были названы А.И. Дзенс-Литовским и Н.И. Толстихиным провинциями минеральных вод или гидрохимическими провинциями. Каждая из них характеризуется особыми геологическими условиями и обладает группой вод, связанных общностью некоторых признаков. Минеральные воды одной провинции в целом отличны от вод другой. В пределах каждой провинции могут быть выделены области минеральных вод, различных по своему составу, геологическим условиям, а в пределах каждой области могут быть выделены гидрохимические районы, зоны, поля или гидрохимические фации.

Страницы: 1, 2