Види води в гірських породах.

Практично всі гірські породи вміщують у собі воду, яка може знахо­дитись у твердому, рідкому, пароподібному, фізично або хімічно зв'я­заному стані. У 1930 р. О.Ф.Лебедєв на основі багаторічного досвіду

запропонував класифікаційну схему видів води в гірських породах, яка з деякими переробками і доповненнями виглядає так:

Вода у вигляді пари.

1)Фізично зв'язана вода:

а)    міцнозв'язана;

б)    пухкозв'язана.

2)Вільна вода:

а)    капілярна (капілярно-нерухома, капілярно-рухома, капілярно- легко рухом а);

б)    гравітаційна вода (інфільтраційна вода та вода водоносних горизонтів).

3)Вода у твердому стані.

4)Кристалізаційна та хімічно зв'язана вода.

5) Вода у вигляді пари

Значна частина пор і порожнин гірської породи заповнена підзем­ною атмосферою, газовий склад якої не такий як наземної, але все ж таки вона утримує певну кількість водяної пари. Силою, яка визначає напрямок переміщення пароподібної води, є пружність (упругость) водяної пари. Пароподібна вода рухається від місць з більшою пружністю до місць з меншою пружністю.

2)Фізично зв'язана вода

а) Міцнозв'язана (гігроскопічна) вода утримується на поверхні час­тинок гірської породи електромолекулярними силами.

Тиск електромолекулярних сил досягає 10-20 тис. атм. За своїми властивостями зв'язана вода наближається до твердого тіла: щільність

2,0—температура замерзання г = —78° С; розірвати зв'язки цієї

см

води з часточками ґрунту можна за і = + 105-110 С.

Стан, за якого частинки породи обволікаються суцільним шаром зв язаної води, називається максимальною гігроскопічністю. Гігроскопічна вологість визначається за формулою:

Яз

100%,

де:д, - вага бюкса;

с{₂ - вага бюкса з повітряно-сухим ґрунтом; ц з - вага бюкса з ґрунтом, висушеним при і = + 105—110° С. Гігроскопічна вода вкриває частинки гірської породи навіть за дуже ни­зької вологості, її не слід плутати з конденсаційною, яка утворюється тіль­ки при пересиченні підземної атмосфери водяною парою

б) пухкозв'язана (плівкова) вода теж утримується на поверхні часток гірської породи внаслідок дії електромолекулярних сил, вона обволікає частинки в декілька рядів молекул. Товщина плівки становить * 0,0005 мм. Вона теж не зазнає дії сили тяжіння.

Пухкозв'язана вода не заповнює цілком пори гірської породи і тому не передає гідростатичного тиску.

Ця вода замерзає за і <0° С, вилучається при нагріванні до г = +105-110° С. Вона може переміщуватися від товстіших плівок до то­нших. Максимальна кількість води_; що здатна утримуватися на частинках гірської пюроди у вигляді плівки, називається максималоною молеку­лярною вологоємністю (ММВ);

Вид ґрунту переважаючий

Крупнозсрнистий пісок Дрібнозернистий пісок Супісок Глина

Плівкова вода, як і гігроскопічна, не засвоюється кореневою систе­мою рсслин.

3. Вільна вода

При насиченні гірської породи водою в кількості, що перевищує ма­ксимальну молекулярну вологоємність, залишки води переходять у групу вільної (нсзв'язаної) води.

а) капілярна вода.

При незначному перевищенні ММВ зайва вода знаходиться в кутах

між частинками породи и утримується силою поверхневого натягу, яка перевищує силу земного тяжіння. Така вода не має змоги рухатися. Це — капілярна нерухома вода.

При повному насиченні пор водою утворюється капілярна рухома вода або капілярно-підвішена вода. Капілярна рухома вода підпоряд­ковується як дії сил тяжіння, так і дії сили поверхневого натягу. Досліди показують, що капілярно-підвішена вода може утворюватися в породі, складеній зернами розміром сі <2-2,5 мм.

Капілярно-легкорухома вода сполучається з поверхнею води підзе­много водоносного горизонту. Оскільки вона заповнює пори ґрунту, то й передає гідростатичний тиск і наближається за властивостями до гравітаційної води, проте зберігає деякі властивості зв'язаної води: за­мерзає за т < 0°С. Легко засвоюється рослинами, б) гравітаційна вода.

Гравітаційна вода заповнює всі пори і порожнини, передає гідростати­чний тиск, підпорядкована виключно силам земного тяжіння і не залежить від сил поверхневого натягу чи електромолекулярних сил. Гравітаційна вода є основним об'єктом гідрогеологічних досліджень. Рухається вода під дією власної ваги, утворюючи підземні потоки і басейни напірних вод.

4. Вода у твердому стані

Вода у твердому стані міститься в гірських породах, температура замерзання і; = 0° С і нижче.

При замерзанні гірської породи не вся вода переходить у твердий стан: гігроскопічна та плівкова замерзає за досить низьких температур (до -78^е5 С).

У середніх широтах земної кулі промерзання ґрунтових шарів — се­зонне явище, а в приполярних та високогірних областях зустрічаються величезні плоші. зайняті багаторічною м ерзлотою, яка і с нує багато сотень І ТИСЯЧ років.

5. Кристалізаційна та хімічно зв'язана вода

Кристалізаційна вода у вигляді молекул 11₂О є складовою части­ною кристалізаційної решітки деяких мінералів. При нагріванні гіпсу до (400° О вода видаляється, гіпс перетворюється в ангідрит:

Са80₄ Н₂0   2Н₂О

Цеолітна вода подібна, але відношення числа молекул її₂0 до чи­сла молекул безводної речовини може змінюватися в ній в широких межах без порушення фізичної однорідності речовини. Прикладом мі­нералу, що утримує цеолітну воду, е опал SіО₂ * пН₇0.

Конституційна або хімічно зв'язана вода є складовою частиною кри­сталізаційної решітки мінералів у вигляді іонів Н та ОН. При нагрі­ванні до / я» 500° О решітка руйнується і перебудовується, прикладом

мінералів що утримують конституційну воду, є діаспор АЮ (ОН); мус­ковіт KAl₂[AlSi₃O₁₀(OH, F)₂](OH)₂