Минеральные воды 
Минеральные воды
Введение.
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.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|
