Elevii, studenții absolvenți, tineri oameni de știință, folosind baza de cunoștințe în studiile și munca lor va fi foarte recunoscător.
Apa este în roci datorită prezenței în ele tot felul de spații goale (fisuri, pori, canale, etc.). Absolut rocă solidă, însă nu conține o cantitate mică de pori nu există în natură. Aceste goluri, de regulă, este apa datorită mobilității ridicate (randament mobilitate) său împreună cu alte componente mobile, de exemplu, cum ar fi gaze, hidrocarburi fluide, etc. Se constată că inferior nivelului apei subterane la adâncimi de aproximativ 4 -. 5 km și peste practic toate rocile porozități (cu excepția zăcămintelor de hidrocarburi), umplut cu apă care formează în interiorul litosferei regional sistemul inseparabile hidrosferă macroscopic. Ei - obiectul de studiu al hidrogeologia, știința care studiază condițiile de formare, dinamica și distribuția resurselor de apă subterană din lume. Ne uităm la unele caracteristici interesante și importante de apă în roci, nu sunt în mare măsură la nivel macroscopic și microscopic.
1. Categorii de apă în roci
Conform acestei clasificări, apa legată este reținută în rocă datorită forțelor de lipire chimice și fizice (cu energie de 0.1-800 kJ / mol) exercitate de suprafața mineralelor și a modificării structurii și proprietăților apei. Este de două feluri. Primul tip include apa, o parte din rețelele cristaline ale diferitelor minerale. Această așa-numita, forma constituțională de tip apă nonmolecular grupe OH, apa de cristalizare a diferitelor cristaline (dacă există în rocă) și apă, „legat“ atomi de carbon coordinatively nesaturați și cristal cu zăbrele ioni minerale. Al doilea tip se referă apă de adsorbție formată din cauza adsorbției „pull“ molecule de apă la centrele active de suprafață adsorbante minerale. Printre distins două varietăți ale sale:
a) cea mai mare atractie de energie la suprafață (circa 40 - la 120 kJ / mol) - apă monomolecular adsorbție.
b) o energie de legare inferioară (<40 кДж/моль) - вода полимолекулярной адсорбции.
Bound apă formează o grosime a filmului de adsorbție într-unul sau mai multe straturi moleculare și roci conținute în pori sau microfisuri dimensiune mai mică de 0,001 microni. Acest tip de proprietăți fizice ale apei cele mai distinse de liber.
Al doilea tip de stare de tranziție de apă - este apa capilară. Acesta este format în porii de dimensiuni capilare (diametru de la 103 până la 103 microni), datorită presiunii capilare și este reținută în rocă prin forțe capilare meniscului apă (forțele de tensiune de suprafață), generată la suprafața apei cu aer-solid interfață. forțe capilare, practic, nu se schimba structura de apă și, prin urmare, o apă capilară privind proprietățile fizice de bază, practic, imposibil de distins de liber. Acesta poate fi format în roci în două moduri:
1) din cauza așa-numitului fenomen de condensare capilară când molecula de apă se condensează treptat la particulele de rocă de suprafață peliculă de apă adsorbită invaluitoare și fuzionează în locațiile de contact (la intersecția dintre particule) formează un menise de apă.
2) prin capilar de absorbție a apei prin comunicarea pori, fisuri și canale în contact cu roca de apă liberă.
Al treilea tip se referă apă liberă corespunzătoare, având proprietăți fizice ale apei simplu. În roci, este împărțit în două tipuri:
1) apă (imobilizat) pe o mare porii de rocă închis și, prin urmare, nu sunt implicate în procesul de filtrare și circulația apelor subterane.
2) curge apă liberă (debitul apei freatice).
2. Tipuri de apă în roci
Rocile conțin diferite tipuri de apă. starea și proprietăți în roci nisipoase și argiloase neconsolidate ei au fost mai întâi studiate experimental Cercetătorul sovietic AF Lebedev, au identificat mai multe tipuri de apă în roci cu proprietăți fizice diferite. Mai târziu, ideea de AF Lebedev au fost dezvoltate în continuare în lucrările lui VA Priklonsky, AA rode AM Vasilyeva, VD Lomtadze, EM . Sergeev și colab prezent a propus următoarele tipuri de unități de apă în roci:
I. Apa sub formă de vapori.
II. apa fizic legat: apă 1) puternic legat (higroscopic); 2) slab cuplate (Film) apă.
III. apă liberă: 1) apă capilară; 2) apă gravitațională.
IV. Apa în stare solidă.
V. Cristalizarea apă și apă legată chimic.
apa capilaritate umple parțial sau complet porii capilari și fisuri subțiri și roci sunt reținute în tensiune de suprafață forțe (meniscuri capilare). Aceasta este împărțită în atomizat-capilară, capilare suspendate și capilare ridicate. Unghiurile de apă capilaritate se producători izolați, de asemenea, numit pori de apă sau apă cap la cap. Acesta este format în mod normal, în principal, la particulele de interfață de rocă și apoi îngustat zonele unghiulare în care reținute ferm de către forțele capilare (de stat fix-capilară). Alte tipuri de apă capilare se pot deplasa și transmite presiune hidrostatică. apă în suspensie-capilaritate se formează în partea superioară a zonei de aerare, în pori fini și fisuri solului și rocilor nisipoase-argiloase, datorită infiltrării precipitațiilor de umiditate la vlagoemkoemkosti maxime mai mari de specii moleculare. Agățat de apă nu capilară se ridică la nivelul apelor subterane. Este disponibil pentru plante, dar în anii uscat cu evaporare pe termen lung poate fi consumat aproape de dispariție. Capilar-apă este ridicată deasupra primei suprafețe acviferului (ape subterane), unde formează un breton așa-numita capilar. Grosimea ei variază și depinde de compoziția rocilor; este minimă în stâncă grosier (până 2-30-35 cm) maximă în argilos și argilă (până la câțiva metri). Cantitatea de apă din roca corespunzătoare pentru a completa saturarea porilor capilari, numită capacitatea de apă capilară.
apă gravitationala (gratuit) în roci se formează la saturație completă a tuturor pori și fisuri de apă, ceea ce corespunde cu capacitatea maximă. În aceste condiții, apa se mișcă prin gravitație și gradientul de presiune în direcția râurilor, mărilor și alte zone de descărcare. Prin apa infiltrarea apei gravitațională include și zona de aerare care apare periodic în timpul topirii zăpezii după precipitații și de extindere pentru reaprovizionarea apelor subterane.
Apa în stare solidă este în roci sau sub formă de cristale unice sau sub formă de lentile și straturi de gheață pură. Acesta este format prin înghețarea sezonieră de rocă saturate, dar este deosebit de răspândită în zonele de roci permafrost (în Siberia, Canada și în alte regiuni).
3. Influența apei asupra proprietăților de rocă
chimice roci apă
roci din lut sunt predispuse la apă și conțin întotdeauna legat de apă. În cazul în care numai apa de adsorbție este prezent, ele sunt destul de rocă solidă consistență solidă. În prezența acestor osmotice și apă capilară dobândesc proprietăți de plasticitate, respectarea, adezivitate, conectivitate capilară, ușor deformat și pierd brusc din cauza rezistenței lor la umiditate. În prezența apei libere în lut, dobândesc proprietatea fluidității și să se comporte ca un corp lichid asemănător.
O mare influență legat de apă are asupra proceselor de transfer de masă în roci. Având în vedere că este ferm reținut în porii fine și microfisurile și în plus are o vâscozitate ridicată, „muta“, că apa este extrem de greu, nu este supus legilor obișnuite de filtrare efectuate prin acțiunea presiunii hidrodinamice. Pentru a „muta“ apa, să se angajeze în fluxul de filtrare, este necesară pentru a depăși „rezistența“, filtrarea începe numai după depășirea presiunii așa-numitei „gradientul inițial de filtrare.“ De aceea, argila aquiclude și sunt, de obicei, nu a apelor subterane permeabile sau filtrarea prin ea însăși apă foarte încet. Rolul apei legat în lut aceste ecrane nu sunt încă pe deplin înțelese, rămân încă multe provocări, în special, dezvăluind valoarea ecologică a apei legat în scoarța terestră.
Proprietățile termofizice anormale ale apei legat și influența asupra proceselor de transfer de căldură în roci. Mai mult, prezența unei anumite cantități de apă dezghețate legată în roci înghețate determină posibilitatea implicării sale în transferul de masă la temperaturi scăzute, dar, de asemenea, afectează în mare măsură transformările de fază de apă cu gheață. O caracteristică importantă aici este prezența unei interfețe de fază între gheață și stratul de lichid nonfreezing în contact cu partea opusă suprafeței solide minerale rocă. Circulația apei dezghețate în astfel de rocă este însoțită de procese complexe de recristalizare, care pot duce la o creștere a presiunii și a filmelor de apa necongelate, care este una dintre cauzele îngheț opintire soluri. O provocare deosebită în aceste procese devin soluri saline, pentru care nu sunt încă pe deplin înțelese.
apă legat foarte puternic afectează rezistența și deformabilității aproape toate roci. Ea are un efect „de relaxare și de înmuiere“ pe multe dintre roci, ceea ce duce la o scădere a rezistenței lor și de a crește deformabilitatii. Un exemplu tipic al materialului influenței loess sunt în acest sens. Aceste roci, în contrast cu argila nu este susceptibil la apă. Acestea sunt distribuite pe scară largă în zonele uscate, aride din sudul România, Ucraina și Asia Centrală. Acestea conțin, în principal, numai adsorbție și apă parțial legat, capilar de umplere numai cele mai bune micropori și capilarele din roca. În acest loess au o rezistență suficientă, astfel încât acestea sunt în măsură să „păstreze“ abrupte, aproape pereții verticali ai expunerilor naturale de zeci de metri. Dar este necesar să se pătrundă în cantitate suficientă loess de apă, cum ar fi inundarea o matrice sau ca urmare a unor scurgeri de apă, loess-ul merge foarte repede în starea de plastic, pierde dramatic puterea și căderile de tensiune, ca rezultat douplotneniya chiar și sub propria greutate.
Dar ar fi greșit să credem că apa legată afectează numai puterea de roci sedimentare dispersate. cel puțin în efectul său asupra rezistenței la impact și deformare a magmatice, metamorfice nu și cimentate roci sedimentare. Prezența apei legate în rețeaua cristalină a mineralelor reduce elasticitatea. Dar chiar și cu atât mai mult pe deformabilitatea și puterea de rocă afectată de prezența în microfisurile, la bornele boabelor sau cristalele filmelor de absorbție a apei legate. Scad energia de suprafață a mineralelor de rocă și, prin urmare, a facilita dezvoltarea unei varietăți de mikronarusheny mecanice rocă, dislocații, microfisuri, etc. mai ales în cazul în care roca este sub stres. Prin urmare, roca incepe sa „târî“ este deformată cu diferite viteze, la aceeași tensiune constantă. Aceasta este una dintre manifestările așa-numitul efect Rehbinder - efect de relief de deformare plastică a corpurilor de natură diferită și reducând puterea lor datorită fenomenelor de adsorbție. Accelerarea roca fluaj sub acțiunea mass-media adsorbanți remarcat în mod repetat. Acest proces este larg dezvoltat în natură și folosit în mod deliberat de către om. Cel mai tipic, se manifestă în așa-numita „seismicitate indusa“ - activarea activității seismice în zona de influență a zonei rezervor după începerea inundării și apariția puterii de cutremure artificiale până la 5 - 7 puncte. Aparute după umplerea a infiltrații rezervor de pori și fisuri subțiri de apă legate în matrice adiacente de roca determină o reducere a energiei de suprafață a mineralelor constitutive. În rocile tensionate încep să se dezvolte intensiv luxatii si microfisuri cresc. Datorită acestui fapt, se produce relaxarea stres în matrice, atenuarea lor este exprimată macroscopic ca o serie de vibrații seismice, în general, și resetare tensiuni. Acest proces este cinetică în natură, apă legată pătrunde foarte încet în matrice, precum și diferitele minerale din roci prezentând în mod selectiv efectul Rehbinder. Din aceste motive, seismicitate indusă moare de obicei lung timp de 3 - 5 ani. Cu toate acestea, acest exemplu nu este unic. Aproape toate roci (inclusiv magmatice și metamorfice) pot fi considerate ca dispersii, adică având o suprafață mare suprafață specifică, formată prin interfața internă între fazele minerale ale compoziții similare sau diferite. Recent, oamenii de stiinta au descoperit ca apa legată poate fi introdus în roci policristaline acestor intergranulare și interfazei limitele continue și să rămână acolo pe termen nelimitat. O astfel de „impregnare intergranulare“ cel mai probabil în roci, care se observă pentru complet umectarea suprafeței libere a apei, precum și o reducere a rezistenței de rocă nu mai puțin de două ori. Deoarece temperatura și intervalul de presiune de specii, care prezintă acest efect, mai extins.
Materialul de mai sus arată ce un rol important în formarea proprietăților legate de apa de diferite roci, și, prin urmare, dezvoltarea multor procese geologice. Într-un articol, nu este posibil de a aduce toate numeroasele date acumulate până în prezent cu privire la proprietățile legate de apă. Pentru mai multe informații, cititorii pot găsi în literatura de specialitate condus de mai jos. Nu există nici o îndoială că în viitorul apropiat se va face chiar mai multe progrese în studiul apei legat în roci.
chimice roci apă
1. Deriagin BV Churaev NV FD Ovcharenko și altele. Apa din sistemele disperse. M. Chemistry, 1989. 288 p.
2. Zlochevskaya RI Korolev VA fenomene Electrosurface în roci argiloase. M. MGU, 1988. 177 p.
3. apă de suprafață structuri de film dispersate. / Ed. ED Shchukin. M. MGU, 1988. 279 p.
Plasat pe Allbest.ru