العمليات الكيميائية والفيزيائية المتبادلة بين المياه الجوفية والصخور

تنتقل الجزيئات والشوارد الموجودة في جملة الصخر- الماء من الجسم الصلب إلى الجسم السائل، حسب الشروط الفيزيائية والكيميائية السائدة.

الانحلال والانحلال الجزئي

الانحلال الجزئي هو انتقال فلز إلى المحلول دون أن تتحطم شبكته البلورية أما الانحلال هو انتقال مادة عضوية أو لا عضوية أو غازات من الوسط المحيط بما فيه الصخور الحاملة للمياه إلى المياه الجوفية بشكل جزيئي.

وتنتقل في أثناء الانحلال العناصر الكيميائية كلها الداخلة في تركيب الفلز إلى المحلول بعد تحطيم شبكته البلورية، فقد تنحل الصخور كلها، التي تتألف من أملاح بسيطة مثل كلور الصوديوم، كلور البوتاسيوم، فوسفات الصوديوم، كربونات الكالسيوم وغيرها.

 وقد توجد هذه الأملاح على شكل شوائب في صخور أخرى لها تركيب مختلف، فتنحل هذه الأملاح في المياه الجوفية وهكذا تفقد الصخور الأملاح العالية الانحلال في الماء أولاً، ثم الأقل قابلية للانحلال مع تطور عملية الغسل واستمرارها.

وتنشط عمليات الانحلال والانحلال الجزئي بوجود الأوكسجين وغاز ثاني أوكسيد الكربون وغيرها في المياه الجوفية فعلى سبيل المثال، يسبب الأوكسجين المنحل في المياه الجوفية أكسدة الفلزات السولفيدية، فتغتني المياه بالمركبات السولفاتية، وتتناقص درجةPH  فيها.

وتتعلق سرعة انحلال الصخور بعدة عوامل، أهمها التركيب الفلزي للصخور، والضغط، ودرجة الحرارة، والتبعثر، والتركيب الكيميائي للمحاليل.

الامتزاز

تميز هذه العملية الخصائص بين سطحين صلب_ سائل أو غاز، حيث تتركز بعض مكونات المحلول على السطح الصلب تحت تأثير القوى الفيزيائية_ الكيميائية، وبسبب الامتزاز تفقد المياه الجوفية بعض العناصر الكيميائية المنحلة فيها مثل البوتاسيوم، والنحاس، والزنك، والرصاص، وغيرها.

فيتغير التركيب الكيميائي للمياه الجوفية، خاصة المتوضعة منها في الصخور المفككة، وتتناقص الملوحة العامة للمياه الجوفية، وتتغير درجة ph  فيها.

التبادل الأيوني

في أثناء عملية التبادل الأيوني تمتز الصخور على سطوح حبيباتها كمية من الشوارد الموجودة في المياه الجوفية، وتتحرر من الصخور إلى المياه الجوفية كمية من الشوارد معادلة في شحنتها لتلك التي امتزتها.

مثلاً إذا وضعت صخور غضارية على تماس مع محلول كلور الكالسيوم، يفقد المحلول شوارد الكالسيوم ويكسب شوارد البوتاسيوم والصوديوم معادلة لشوارد الكالسيوم التي فقدها وتسمى كمية الشوارد الإجمالية الداخلة في عملية التبادل بسعة التبادل.

تمتلك غرويات الصخور الناعمة الحبيبات شحنة سالبة، وتحمل على سطوحها شوارد موجبة ذات قدرة على التبادل مع شوارد موجبة مختلفة عنها، موجودة في المحلول الملامس لحبيبات الصخر، فتحدث عمليات التبادل الشاردي الموجب على سطوح الحبيبات فقط، وتكون شدة التفاعل التبادلي مختلفة باختلاف نوع الشوارد الموجودة في المحلول. وتتم عملية التبادل الشاردي الموجب وفق المبدأين الآتيين:

1.   يزداد نشاط الصخور لامتزاز الكاتيونات مع ازدياد رقم تكافؤ الكاتيونات، أي يكون تبادل الكاتيونات الثلاثية التكافؤ أنشط من تبادل الكاتيونات الثنائية التكافؤ.

2.   يزداد النشاط التبادلي مع ازدياد أقطار الشوارد ذات أرقام التكافؤ المتماثلة، باستثناء الهيدروجين.

العمليات الميكروبيولوجية

تسبب هذه العمليات تغيراً مهماً في التركيب الكيميائي للمياه الجوفية، وبوساطة النشاط الحيوي للعضويات الدقيقة يجري إعادة التركيب الملحي والغازي للمياه الجوفية المتوضعة على أعماق تصل حتى عدة آلاف الأمتار من سطح الأرض.

تكثر البكتيريا وتنشط في المنطقة العلوية من التربة والصخور في ظروف الأكسدة- بكتريا هوائية تليها منطقة تجوية الصخور، بسماكة تبلغ عشرات إلى مئات الأمتار حسب الظروف الجيولوجية والهيدروجيولوجية السائدة، تكثر فيها البكتيريا الهوائية واللاهوائية، تتوضع تحتها منطقة تنشط فيها البكتيريا اللاهوائية.

تؤدي بكتيريا الحديد والكبريت دوراً رئيسياً في ظروف الأكسدة، فتقوم بكتيريا الكبريت بأكسدة غاز الكبريت، فينتج عن التفاعلات حمض الكبريت، الذي تفرزه هذه الكائنات على شكل سولفات.

وتسبب العمليات الميكروبيولوجية استهلاك المواد العضوية الموجودة في المياه الجوفية وإغنائها بالآزوت وثاني أكسيد الكربون.