Гидрогеохимики выяснили, почему щелочные термальные воды накапливают аномально мало минералов
Томские ученые совместно с коллегами из Китая выяснили, как взаимодействие воды с горными породами и его продолжительность влияют на состав термальных вод и их геохимический облик. Выдвинутые учеными предположения позволят лучше понять, как вода взаимодействует с породами и как формируются подземные воды, в частности термальные, а также помогут найти новые минеральные источники. Результаты исследования, которое поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Applied Geochemistry.
Информацию об углекислых и азотных термальных водах исследователи собрали во время экспедиции в провинции Цзянси (Китай), на территории которой находится около ста родников термальных вод. Быстроизменяющиеся параметры водной среды изучали на месте, а химический, газовый и изотопный состав – в лабораторных условиях. Ранее ученые исследовали схожие родники в Забайкалье. После экспедиции в Цзянси они сопоставили данные.
Азотные и углекислые термальные воды обогащены азотом и углекислым газом соответственно, и их минерализация, кислотность и набор компонентов разнятся. Изучение проб показало, что азотные термальные воды в провинции Цзянси имеют не много минеральных веществ, но при этом они слабощелочные или щелочные. Такая закономерность нехарактерна для большинства типов природных вод: чем больше щелочи в природной воде, тем больше в ней содержится минеральных веществ. До экспедиции томских ученых это явление объяснить не удавалось.
"Мы считаем, что причина явления кроется во взаимодействии термальных вод с горной породой. Вопрос механизмов и процессов формирования термальных вод мы рассматриваем с точки зрения принципиально новой концепции геологической эволюции системы "вода – порода – газ". В рамках данной концепции формирование состава термальных вод связано с определенным этапом геологической эволюции системы, находящейся в равновесно-неравновесном состоянии", – рассказала один из авторов исследования, аспирант Томского политехнического университета и сотрудник Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А.А. Трофимука СО РАН Елена Зиппа.
Концепция, созданная советским и российским гидрогеологом, доктором геолого-минералогических наук, профессором Степаном Шварцевым, предполагает, что вода, взаимодействуя с горными породами, непрерывно растворяет одни минералы и создает другие. Со временем набор минералов, которые вода разрушает и воссоздает, меняется. В итоге появляются устойчивые геологические структуры. Именно такая схема взаимодействия воды и пород, как считают сторонники концепции, объясняет то, как возникли геологические условия для появления жизни. Щелочность азотных термальных вод ученые объясняют взаимодействием воды с алюмосиликатами — минералами, содержащими алюминий, кремний и кислород.
"Значения pH непрерывно растут из-за отсутствия нейтрализующих кислот в азотных термах. Щелочная обстановка и высокие температуры ускоряют процессы вторичного минералообразования, следовательно, элементы не накапливаются в растворе, а тут же связываются новыми минералами. Таким образом, соленость азотных терм не растет", – поясняет Елена Зиппа.
Углекислые воды образуются иначе: содержащаяся в воде кислота делает среду более кислой, что не способствует появлению новых минералов, поэтому углекислые воды лучше накапливают минеральные вещества.
Исследование поможет ученым продвинуться в понимании процессов рудообразования, связанных с термальными водами. Информацию о газовом и химическом составе термальных вод, собранную во время экспедиции, в дальнейшем можно использовать для разведки минеральных источников и создания курортов в России и за рубежом.
Работа проводилась совместно с учеными из Томского политехнического университета, Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А.А. Трофимука СО РАН, Восточно-Китайского технологического университета и Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН.