Пов'язана вода в гірських породах нові фактори та проблеми - все про геології ()

Мал. 7. Стан незамерзаючих води в гірських породах: 1 - мінеральна частинка, 2 - лід, 3 - плівка незамерзаючих води, 4 - повітря.

Аномальні теплофізичні властивості зв'язаної води впливають і на процеси теплопереносу в породах. Крім того, наявність певної кількості незамерзаючих зв'язаної води в мерзлих гірських породах обумовлює можливість її участі в масопереносу при негативних температурах, а також сильно впливає на фазові перетворення вода-лід. Важливою рисою при цьому є наявність фазового поверхні розділу між льодом і рідкої незамерзаючої прошарком, що контактує з протилежного боку з твердої мінеральної поверхнею породи (рис. 7). Пересування незамерзаючих води в такій породі супроводжується складними процесами перекристалізації. які можуть призводити до виникнення і зростання тиску в незамерзлих плівках води, що є однією з причин морозного здимання грунтів. Особливу складність ці процеси набувають в засолених грунтах, для яких вони поки повністю не вивчені.
Дуже сильно зв'язана вода впливає на міцність і деформованість практично будь-яких гірських порід. Вона надає "розслабляючу і розм'якшує" дію на багато гірських порід, призводить до зниження їх міцності і збільшення деформованості. Характерним прикладом її впливу в цьому відношенні є лесові породи. Ці породи, на відміну від глинистих, що не схильні до води, вони широко поширені в сухих, аридних областях на півдні Росії, України, Середньої Азії. У них міститься головним чином тільки адсорбційна зв'язана вода і частково капілярна, що заповнює лише найтонші мікропори і мікрокапіляри в породі. При цьому леси мають достатню міцність, так що здатні "тримати" круті, майже вертикальні стінки природних оголень висотою в десятки метрів. Але варто в леси проникнути достатній кількості води, наприклад при підтоплення масиву або в результаті витоків води, то лесових порода надзвичайно швидко переходить в пластичний стан, різко втрачає міцність і просідає в результаті доуплотненіе навіть під власною вагою.
Однак було б невірно думати, що зв'язана вода впливає лише на міцність осадових дисперсних порід. Не меншою мірою її вплив позначається на деформації і міцності магматичних, метаморфічних і зцементованих осадових гірських порід. Наявність зв'язаної води в кристалічній решітці мінералу знижує його пружність. Але в ще більшому ступені на деформованість і міцність таких порід впливає наявність в мікротріщинах, на контактах зерен або кристалів адсорбційних плівок зв'язаної води. Вони знижують поверхневу енергію мінералів гірської породи і тим самим полегшують розвиток в породі різних механічних мікронарушенності, дислокацій. мікротріщин і т.д. особливо в тому випадку, якщо порода знаходиться під напругою. Внаслідок цього порода починає "повзти", вона деформується з тією чи іншою швидкістю при тому ж самому постійній напрузі. Це одна з форм прояву так званого ефекту Ребіндера - ефекту полегшення пластичної деформації тіл різної природи і зниження їх міцності за рахунок явища адсорбції. Прискорення повзучості гірських порід в умовах дії адсорбційних середовищ зазначалося неодноразово. Цей процес широко розвинений в природі і цілеспрямовано використовується людиною. Найбільш характерно він проявляється в умовах так званої "наведеної сейсмічності" - активізації сейсмічної активності території в зоні впливу водосховища після початку його затоплення і виникнення штучних землетрусів силою до 5 - 7 балів. Те, що відбувається після заповнення водосховища просочування по тонким порах і тріщинах зв'язаної води в прилеглі масиви гірських порід викликає зниження поверхневої енергії складають їх мінералів. При цьому в напружених гірських породах інтенсивно починають розвиватися дислокації і ростуть мікротріщини. За рахунок цього відбувається релаксація напруг в масиві, їх ослаблення, що виражається макроскопически у вигляді сейсмічних коливань масиву в цілому і скидання напруг. Процес цей носить кінетичний характер, зв'язана вода дуже повільно проникає вглиб масиву, і до того ж різні мінерали в гірських породах вибірково виявляють ефект Ребіндера. З цих причин наведена сейсмічність загасає зазвичай довго, протягом 3 - 5 років. Однак цей приклад не єдиний. Практично всі гірські породи (в тому числі магматичні і метаморфічні) можна розглядати як дисперсні системи, тобто мають велику питому поверхню, утворену внутрішніми кордонами розділу між мінеральними фазами однакового або різного складу. Останнім часом вченими встановлено, що зв'язана вода може впроваджуватися в полікристалічні скельні породи за цими суцільним межзеренного і міжфазним кордонів і залишатися там невизначено довгий час. Така "межзеренного просочення" найбільш імовірна в породах, для яких спостерігається повне змочування вільної поверхні водою, а також відбувається зниження міцності породи не менше ніж удвічі. З ростом температури і напружень коло порід, в яких проявляється даний ефект, ще більше розширюється.
Наведений матеріал показує, яку велику роль грає зв'язана вода у формуванні властивостей різних гірських порід, а значить, і в розвитку багатьох геологічних процесів. В одній статті немає можливості привести все численні дані, які накопичені до цього часу про властивості зв'язаної води. Додаткові відомості читачі зможуть знайти в наведеній нижче літературі. Немає сумніву в тому, що найближчим часом буде досягнуто ще більший прогрес в дослідженні зв'язаної води в гірських породах.

  • Дерягин Б.В .. Чураев Н.В. Овчаренко Ф.Д. та ін. Вода в дисперсних системах. М. Хімія, 1989. 288 с.
  • Злочевская Р.І. Корольов В.А. Електроповерхневі явища в глинистих породах. М. Изд-во МГУ, 1988. 177 с.
  • Поверхневі плівки води в дисперсних структурах. / Под ред. Е.Д. Щукіна. М. Изд-во МГУ, 1988. 279 с.

    Схожі статті