Федорчук Н.М., Славов В.И.
Череповецкий государственный университет
Военная академия МО РФ Череповецкий филиал
E-mail: nmfchru@mail.ru; vislavov@yandex.ru

Вода один из жизненно-важнейших компонентов организма человека и среды  его обитания. Дж. Уатт, Кавендиш Г. и Лавуазье А. подарили человечеству знание о составе воды из водорода и кислорода, химическая формула Н2О.

Структура воды в твердом состоянии (лед - I) была расшифрована в 60-70 гг XX века. Структура и состав молекулы воды предопределяют ее роль в физико-биологическом мире. Молекулы воды способны образовывать полимерные цепочки и кластеры. Качеству воды потребляемой человеком предъявляют довольно высокие требования: по механическим включениям, жесткости – содержанию растворенных в ней солей. Вода один из эффективных растворителей минералов, горных пород и т.д.

   Автор: Федорчук Николай   Дата: 2 июля 2019 г.

Традиционно считают, что природные воды родников являются чистыми и полезными. Родники «бьющие» из-под земли условно можно разделить на два типа. Первые действуют по закону сообщающихся сосудов. В них осадковые воды на возвышенностях просачиваются (фильтрация) до водопроводящего слоя на какой-то глубине, меняют направление и выходят на поверхность в долинах рек, оврагах. Атмосферные пресные осадки от места входа при движении к локальной точке выхода частично растворяют осадочные породы, что приводит к появлению в ней ионов (катионов и анионов), кластеров минералов – минерализация природных вод. В родниках другого типа вода «захороненная» в отдаленные геологические эпохи по разломам, трещинам под давлением выходит на земную поверхность. Исходные глубины таких источников могут быть значительными, больше 500 м. Кластерный состав, катионно-анионный набор и степень минерализации в водах таких источников могут быть весьма разнообразными и высокими. Катионно-анионный состав воды родника позволяет высказывать определенные суждения о геологическом строении; о видах горных, осадочных пород Земли в локальных местах (точках) выхода родников.

Выходы родниковых вод в Вологодской области многочисленны. Воды родников местным населением опробованы органолептически, и на основании обонятельно-вкусовых ощущений им присваивается уровень известности и полезности. Признательности родников местным населением способствует часовой (суточный) дебет воды выходящей на поверхность Земли.

Начало системного изучения химического состава вод минеральных источников Вологодского региона на рубеже 50-х годов ХХ века связано с именем проф. Лебедева В.В. [1]. Под Вологдой (дер. Новое), г. Тотьма, пос. им. Бабушкина И.В. (Леденгское), в г.Череповце на местах выхода родников пробурены скважины на глубины до 200-250 м и выведены рассольные воды. На базе вод источников открыты бальнеологические санатории. В области число «безымянных» родников потенциально представляющих медицинский, хозяйственный интерес велико.

Исследование состава вод природных родников представляет научный интерес в геологическом и других планах. На рубеже 20-21 веков местное население по личной инициативе организует анализ вод родников через официальные центры исследования воды при «Водоканал» или «Центры гигиены и эпидемиологии». Центры создавались и были ориентированы на исследование качества питьевой воды поступающей в систему водопровода, и/(или) колодцев общего пользования на территориях населенных пунктов. На наш взгляд для более презентативного исследования вод природных родников необходимо изучение сухого остатка с привлечением рентгенофазового, и рентгеноспектрального (макро-, микро-) анализов.

В данной работе проведено рентгеноструктурное исследование фазово-минералогического состава сухого остатка по методу Дебая-Шеррера. Такие исследования нами проводятся с 90-х годов ХХ-го века [2].

Получение исходного материала проводили по методу выпаривания (температура 70-80˚С) воды набранной из родников, колодцев, скважин. Из сухого остатка по стандартной «порошковой» методике готовили образцы для дифракционного x-ray эксперимента. Рентгеноструктурное исследование проводили на дифрактометре класса ДРОН,   излучение Cu-Kα. Анализ дифрактограмм сухого остатка на фазово-минералогический состав проводился с использованием компьютерной базы эталонных дифракционных спектров (~95000) – JCPDS-87.

Родникам, воды которых были подвергнуты исследованию, присвоены рабочие имена по ближайшим к ним населенным пунктам. В Череповецком районе: Кривец-Владимировка; Конечное; Ирдоматка; Марьинская; Хемалда; Якушево-Воскресенское. В Кадуйском районе: Андога, Фанерный завод. В Бабаевском районе: Дубровка. В Шекснинском районе: Иванково, Шексна, Любомирово, Осютино. В  Белозерском районе: Сидорово.

Рентгеноструктурному исследованию были подвергнуты также сухие остатки воды источников в местах санаториев: пос. им. Бабушкина И.В. (с. Леденгское); Тотьма; «Источник» - д. Новое Вологодский район; «Родник» г. Череповец. Ионный, солевой составы и степень минерализации вод этих источников были изучены традиционными химическими методиками.

Приведем краткую геологическую характеристику мест выхода родников. Родники (Череповецкий, Шекснинский районы) находятся на платформенном чехле пермской системы, верхний отдел, татарский ярус (230-255 млн. лет). Слагающие породы мергели, песчаники и глины с примесью гипса, известняка, песка. На этом же чехле находятся источники Тотьма и Леденгское.

Источники Кадуйского района находятся на чехле каменноугольной системы, верхний отдел С3. Слагающие породы известняки и доломиты с прослоями глин и мергелей, огипсованные известняки. Время формирования чехла 285-320 млн.лет.

Источник Дубровка (Бабаевский район) находится на чехле средний отдел, московский ярус, С2m – 300-320 млн.лет. «Источник» д. Новое – нижний отдел Т1 – 220-230 млн.лет.

Покровные четвертичные отложения (конца последнего оледенения) представлены песками, супесями, глинами и т.д.

В таблице приведен фазово-минералогический состав сухого остатка природных вод из исследованных источников.

Таблица
Фазово-минеральный состав сухого остатка природных вод источников

+? – требуется уточнение

Исследование показало, что из воды источника (правый берег у моста через реку Андога) кристаллизуется только гипс CaSO4·2H2O. Сухой остаток колодезной воды Фанерный завод – кальцит CaСO3.

Различие минерального состава сухого остатка воды из скважины и колодца мы связываем со значениями уровня глубин, из которого поступала исследуемая вода. Глубина скважины – 200 м, а колодца – 5 м (поверхностная вода).

Гипсовая компонента сухого остатка характерна для воды источников: Ирдоматка, Конечное, Кривец-Владимировка, Марьинская, «Родник», Тотьма, Шексна, Осютино (скважина), Леденгское. Гипс выкристаллизовывается в пробах 11 источников из 21 (≈ 60%). В трёх (Ирдоматка, Конечное, Осютино (скважина)) гипс дополняется арагонитом CaCO3; еще в двух (Кривец-Владимировка, «Родник») гипсу сопутствует галит NaCl.

Карбонат кальция обнаружен в сухом остатке проб 13-ти источников из 21 (≈ 50%). Минералы арагонит и кальцит могут выкристаллизовываться по отдельности (арагонит – Ирдоматка, Конечное; Сидорово, Любомирово, Осютино кальцит – Фанерный завод) или одновременно (Иванково). Карбонат кальция CaCO3 имеет как хемогенное (кальцит), так и органогенное (арагонит) происхождение. Воды родников в процессе подземного генезиса растворяют известняки и доломиты до анионно-катионного состояния и в виде кластеров. Кластеры в процессе выпаривания воды выступают первичными зародышами будущих кристаллов арагонита, т.е. «несут память» своего прежнего состояния.

Рефлексы кальцита по сравнению с арагонитом характеризуются значительным дифракционным уширением – хемогенный генезис кальцита.

Изоморфные примеси в арагоните Zn, Pb, Sr, в кальците Mn, Fe2+, Zn, Ce. Надежные выводы о наличии и качественном содержании можно сказать после проведения рентгеноспектрального анализа сухого остатка.

Сухой остаток вод из источников Любомирово, Марьинская, Хемалда, Тотьма, дер. Новое «Источник», Леденгское – является полиминеральным. Из проб воды этих источников кристаллизуются минералы (фазы): галит NaCl, бишофит MgCl2·6H2O, соли MgCl2H2O, MgSO4·6H2O, MgSO4·5H2O и глауберит Na2Ca(SO4)2.

Интересно отметить, что «высолы» на кирпичных зданиях г. Череповца конца XIX века представлены минералами MgSO4·6H2O (главным образом) и частично MgSO4·4H2O.

Накопление хемогенных и органогенных осадков на изучаемой территории, по-видимому, происходило в условиях открытого моря с нормальной соленостью. Этот механизм приводил к образованию в осадочном чехле слоев и прослоек указанных солей. В процессе диагенеза породы претерпевали доломитизацию. Выходы доломитов на открытую поверхность известны в бассейне р. Суда – дер. Семенкова.

Содержание галита в пробах Хемалда, Марьинская, Иванково, Осютино (родник) относительно низкое, рефлекс NaCl d=2,82 A слабый. Возможно появление рефлекса галита d=2,82 A результат вторичного «заноса» вещества в пробу, т.е. требуются дополнительные уточнения на новых пробах воды.

В пробах воды Якушево-Воскресенское, Дубровка (скв) в сухом остатке идентифицированы минералы – сильвин KCl, соли KNO3 и K3Na(SO4)2. Вероятно это результат внешнего загрязнения источников, требуются дополнительные исследования.

Степень минерализации вод исследованных родников, специально не изучалась. Проблемы классификации минеральных вод по различным признакам (медицинские аспекты) освещаются в литературе [3, 4].

Таким образом, впервые проведено рентгеноструктурное исследование сухого остатка вод 17 родников Вологодской области. Наиболее распространенными минералами в них являются гипс и карбонат кальция (арагонит, кальцит). Природные воды восьми родников содержать соли натрия и магния. Перспективными для дальнейшего изучения являются родники Марьинская, Хемалда, Шексна, Любомирово, Осютино (родник).

Авторы признательны всем лицам, кто бескорыстно помогал получить материал для исследования – произвел забор проб воды источника и доставил их в лабораторию – «Физические методы исследования» при кафедре «Физика» ЧГУ. В проведении исследований принимала участие Засыпкина Н.Б. в рамках магистерского исследования.

Литература.

1. В.В. Лебедев, Подземные воды Вологодской области, Труды научной конференции по изучению Вологодской области. Вологда, 1956, стр. 84-113;
2. Федорчук Н.М., Соколова Т.А. Рентгенфазовый анализ в контроле осадка-кристаллизата воды родников Вологодского региона/ Инфотех-99. Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах. Материалы конференции. ЧГУ, Череповец, 1999, стр. 155;
3. Малая медицинская энциклопедия. М., т.3, стр. 445;
4. Г.В. Куликов, А.В. Жевлаков, С.С. Бондаренко. Минеральные лечебные воды СССР (справочник). М.: Недра, 1991, стр. 399.