Книга ОГГ

3.4.2.1. Вода связанная (аномальная)

Свойства связанной воды (табл. 13, колонка 1, шифр 1), находящейся в грунтах в непосредственной близи минеральной поверхности, существенно отличаются от свойств обычной свободной воды. Аномальные свойства объясняются искажением и перестройкой структуры связанной воды, искажением сетки межмолекулярных водородных связей.

Связанная вода первого класса удерживается в породе за счёт химических и физических сил связи (с энергией 0,1…800 кДж/моль), действующих со стороны поверхности минералов и изменяющих структуру и свойства воды. Она бывает двух видов (колонки 3 и 4). К первому виду (шифр 1.1) относится вода, входящая в состав кристаллических решёток различных минералов и имеющая три разновидности (колонки 5 и 6): конституционная (шифр 1.1.1), кристаллизационная в кристаллогидратах (1.1.2) и координационно-ненасыщенная атомами и ионами (1.1.3).

Второй вид связанной воды (шифр 1.2) – адсорбционная. Она образуется за счёт адсорбционного электростатического «притяжения» молекул воды к активным адсорбционным центрам поверхности минералов (рис. 3.10). Эта вода подразделяется на три разновидности по энергии притяжения к поверхности. При энергии в 40…120 кДж/моль проявляются пятнисто-локальная и(или) мономолекулярная разновидности воды.

Таблица 13 – Классификация воды, водяного пара и льда в поровом

^{пространстве грунтов}^²⁵

Класс (1…5)		Вид (1…23)			Разновидность (1…45)
Шифр	Наимено-вание	Шифр	Наименование		Шифр	Наименование
1	2	3	4		5	6
1	Вода связанная (аномальная)	1.1	Вода кристаллическая в решётках минералов		1.1.1	Конституционная
					1.1.2	Кристаллизационная в кристаллогидратах
					1.1.3	Координационно-ненасыщенная атомами и ионами
		1.2	Вода адсорбционная		1.2.4	Пятнисто-локальная
					1.2.5	Мономолекулярная
					1.2.6	Полимолекулярная

2	Вода переходного типа (от связанной к свободной)	2.1	Осмотически поглощённая в двойном электрическом слое		2.1.1	Внутренняя (адсорбционная)
		2.1	Осмотически поглощённая в двойном электрическом слое		2.1.2	Внешняя (диффузная)
		2.2	Капиллярная в порах (конденсированная)		2.2.3	Восходящая до уровня капиллярной каймы
		2.2	Капиллярная в порах (конденсированная)		2.2.4	Подвешенно-замкнутая в порах
		2.3	Мельтинговая		2.3.5	Оттаянная при гипердавлении

3	Свободная вода (обычная)	3.1	Безнапорная		3.1.1	Поверхностная самотечная, гравитационная
		3.2	Условно «стоячая» замкнутая		3.2.2	В водоёмах, накопителях
		3.2	Условно «стоячая» замкнутая		3.2.3	Защемлённая в порах, кавернах, полостях, трещинах
		3.3	Напорная		3.3.4	Естественная артезианская
		3.3	Напорная		3.3.5	Принудительно транспортируемая
		3.4	Термальная подземная		3.4.6	Относительно тёплая, t < 20 ^○С
					3.4.7	Тёплая, 20 ^○С < t <37 ^○С
					3.4.8	Абсолютная, t > 37 ^○С
		3.5	Незамёрзшая в мёрзлых грунтах		3.5.9	Насыщенно связанная
		3.5	Незамёрзшая в мёрзлых грунтах		3.5.10	Дискретно связанная переменного фазового состава
		3.6	Тяжёлая вода		3.6.11	Обычная с примесью изотопа водорода Д
		3.6	Тяжёлая вода		3.6.12	Послеэлектролизная из молекул Д₂О
		3.7	Роса		3.7.13	Капельно-конденсационная

4	Водяной пар (газообразная вода)	4.1		В приземном слое	4.1.1	Атмосферный приповерхностный
		4.2		В деятельном слое грунта	4.2.2	Подземный, сообщающийся с атмосферой
		4.2		В деятельном слое грунта	4.2.3	Изолированный в поровом пространстве
		4.3		В составе геологических газов	4.3.4	Вулканический
					4.3.5	Метаморфический
					4.3.6	Радиогенный

5	Лёд (твёрдая модификация воды)	5.1		Иней	5.1.1	Тонкоигольчатый сублимационный
		5.2		Дисперсный	5.2.2	Снег, град, снег с дождём
		5.3		Режеляционный пóровый	5.3.3	Смёрзшийся кристаллический
		5.4		Поверхностный	5.4.4	Пластинчатый, устилающий (гололёд)
		5.4		Поверхностный	5.4.5	Глыбовый, бугристый (наледи)
		5.5		Подземный	5.5.6	Конституционный
					5.5.7	Повторно-жильный
					5.5.8	Погребённый
		5.6		Цементирующий	5.6.9	Контактный
					5.6.10	Плёночный
					5.6.11	Пóровый
					5.6.12	Базальный
					5.6.13	Корковый
		5.7		Локальный	5.7.14	Линзы, прожилки, прослойки толщиной до 50 см
		5.8		Залежный	5.8.15	Прослойки толщиной более 50 см

При энергии менее 40 кДж/моль имеем полимолекулярную (полислойную) разновидность связанной воды (шифры 1.2.4…1.2.6).

Связанная вода характеризуется следующими аномальными свойствами, которые не присущи обычной воде:

− повышенная плотность (в плёнках толщиной около 5 нм на 1,5 % она составляет в среднем 1,02 г/см³);

− увеличенная вязкость (по мере роста толщины плёнки до 10 нм она увеличивается в 1,1…1,6 раз);

− пониженная температура замерзания (при t = – 2 ºC толщина плёнки незамёрзшей воды на поверхности каолинита равна 3 нм, а монтмориллонита – 2 нм, что обеспечивает несмерзаемость и пластичность глинистым грунтам при слабых морозах);

− пониженная растворяющая способность солей;

− неусвояемость корнями растений и плохая испаряемость;

− огромная сопротивляемость сдвигу (до 2 кг/мм²) плёнки толщиной 9 нм между двумя пластинками из стекла;

− сниженная температуропроводность (при плёнках толщиной 3 нм);

− повышенная чувствительность и тиксотропность глин;

− неотжимаемость из глин при отсутствии в ней свободной воды под нагрузкой более 120 МПа.

Содержание