Химический состав озер Курганской области

       Природные воды представляют собой сложные  растворы, содержащие в своем составе  все известные химические элементы в виде простых и сложных ионов, комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул, стабильных и радиоактивных изотопов, но большая  часть из которых находится в столь малых количествах, что пока еще не определены из-за недостаточной  чувствительности методов анализа.

       Химический  состав природных вод определяет предшествующая ему история, т.е. время  и путь, пройденный водой в процессе своего круговорота.

       Количество  растворенных веществ в такой  воде будет зависеть от химического  состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, и от условий (температура, наличие газов и  живых организмов и др.), в которых  происходили эти взаимодействия. Как те, так  другие могут быть самыми различными, и поэтому так разнообразен качественный состав природных вод.

       Взаимодействие  между породами и водой, этими  важнейшими природными телами, является сложным процессом,  до сих пор  еще далеко не изученным с количественной стороны. Этот процесс осложняется чрезвычайным разнообразием пород и условий среды.

       Выделяют  несколько групп пород по особенностям их воздействия на воду: соли: более  или менее растворимые в воде; изверженные и метаморфические  породы: глинистые породы. 

       ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ 

       Для территории Курганской области характерно обилие озер. Равнинность и бессточность водоразделов, наряду с неглубоким залеганием водоупорных пород, обуславливают  особенности гидрохимического режима. Взаимодействие между породой и водой является сложным процессом, до сих пор еще далеко не изученным.

       Изучение  и разработка данной темы являются необходимостью в разрешении ряда проблем  в области географии, экологии, экономики.

       Потребность дальнейшего изучения данного вопроса  диктуется современными экономическими условиями, так как озерные экосистемы являются источниками важнейших ресурсов области, которые используются до сих пор недостаточно полно и, в целом, являются перспективными. Высокая практическая значимость дает возможность комплексного использования водных экосистем на базе информации об их состоянии, возможность составления эколого-экономического кадастра озер в плане организации рационального природопользования.

       Территория  области, в целом, в плане гидрохимических  знаний исследована недостаточно.

       Изучение  химизма озер,  их районирование  было выполнено в 30 - 50 гг. [Головин, Балабанова, Шнитников, Сысолятина]. В более поздних  работах [Балабанов, 1960, Сысолятина,1964]  дается более полное и четкое описание химического режима лимнических систем Курганской области.

       В то же время,  вся полученная информация по гидрохимии  озер, в целом, разрозненна  и недостаточна, что привело к  необходимости обобщения и накопления фактических материалов по данной проблеме. 

       КЛАССИФИКАЦИЯ СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД 

       Классификация вод по минерализации 

       В настоящее время среди исследователей нет единого мнения по вопросу  о причинах подразделения природных  вод по минерализации. Граничные  значения минерализации природных  вод обосновывают либо с теоретических  позиций, либо на основании региональных исследований, либо с учетом фактического использования воды.

       Общепринятой  является только степень минерализации, характеризующая границу пресных  вод, то есть 1 г/л, она присутствует во всех классификациях.

       Под минерализацией воды понимают суммарное содержание в ней найденных при химическом анализе минеральных веществ. Выражают это количество либо в виде общей минерализации, либо сухого остатка, либо плотности.

       Общую минерализацию и сухой остаток  выражают для пресных и солоноватых вод в мг/л или г/л, для рассолов - в г/л, г/кг, процентах.

       Разошлись мнения по вопросу об одном из весьма важных рубежей - между рассолами  и солеными водами. В.И. Вернадский считал таковым значение 50%, М.Г.Валяшко, а  в последствии И.К. Зайцев - 35%.

       Обоснованным  представляется классификация природных  вод по минерализации путем установления условных значений минерализации - "узлов", которые получают с миграционных кривых, отражающих поведение главных  ионов в зависимости от минерализации.

       На  пересечении кривых (т.е. в "узлах") химический состав перестраивается по преобладающим главным компонентам. По данным Валяшко граничному значению 1 г/л соответствует смене преобладания карбонатных ионов преобладанием сульфатных ионов и преобладания ионов кальция преобладанием ионов натрия, а граничному значению 10%  - смена преобладания сульфатных ионов преобладанием ионов хлоридных.

       Следовательно, миграционные кривые позволяют разделить  пресные, солоноватые и соленые  воды и выделить в них определенные группы.

       Для рассолов обоснование граничных  значений минерализации с теоретических  позиций заключается в выделении  тех градаций минерализации, которые  соответствуют интервалам изменений  в ионном составе воды, происходящих в связи с физико-химическими  превращениями и со сменой одних равновесных систем другими.

       Последние выявлены экспериментально при выпаривании  морских вод в лабораторных и  полевых условиях.

       Например, классификация рассолов по Зайцеву, охватывает пять подгрупп:

       1. Очень слабые рассолы - 36-75 г/л, 35 - 70‰, отвечают первой стадии сгущения океанической воды, когда из нее начинает выпадать доломит.

       2. Слабые рассолы - 75-150 г/л, 70 -140‰,  верхний предел примерно соответствует  садке гипса из океанической  воды.

       3. Крепкие рассолы - 150-320 г/л, 140-270‰, отвечает стадии сгущения океанической воды, когда из нее, близ верхнего предела, осаждается галит.

       4. Весьма крепкие рассолы - свыше  320 г/л, 270-350‰, характеризуется такой  степенью сгущения, когда происходит  садка карналлита

       5. Сверхкрепкие рассолы - свыше 350‰ представляют собой маточную рапу после выпадения из нее карналлита.

       Следует отметить, что разделение рассолов на подгруппы практически для  всех современных классификаций  авторами производится по данному принципу.

       Примером  выделения подгрупп в пресных и соленых водах на основании региональных исследований и использования природных вод в практических целях является дробная классификация Н.И. Толстихина:

       - сверхпресные (снег и льды Антарктиды);

       - весьма пресные (атмосферные осадки);

       - очень пресные (оз. Байкал, Ладожское, воды тундры);

       - особо пресные (грунтовые воды  лесов, средних гор);

       - умеренно пресные (грунтовые воды  степи).

       Соленые воды разбиты по подгруппам по следующим  признакам:

       - слабосолоноватые - питьевые (по необходимости), минеральные питьевые;

       - средне солоноватые - водопойные;

       - сильно солоноватые - водопойные  по необходимости;

       - слабосоленые, их нижняя граница  (25‰) обоснована тем, что при  данной минерализации температура  максимальной плотности и температура  замерзания равны между собой;

       - умеренно соленые - вода опресненных  морей;

       - нормально соленые - вода Мирового  океана.

       В рассолах выделена подгруппа крепко соленых вод или очень слабых рассолов, соответствующая минерализации  воды некоторых осолоненных морей  аридных областей.

       Следует отметить, что границы подгрупп в классификации Толстихина выделены несколько условно. Наибольшее применение эта классификация получила в гидрохимии, рассматривающей формирование поверхностных вод.

       В гидрогеологии в настоящее время  наиболее часто применяют классификацию А.М. Овчинникова и И.К. Зайцева:

       По  степени минерализации, по Овчинникову, природные воды разбиты на подгруппы:

       - ультрапресные - меньше 0,2 г/л;

       - пресные - 0,2 - 0,5 г/л;

       - воды с относительно повышенной  минерализацией - 0,5  - 1,0 г/л;

       - солоноватые 1,0 - 3,0 г/л;

       - соленые 3,0 - 10,0 г/л

       - воды повышенной солености - 10,0 - 35,0 г/л

       По  Зайцеву, по степени минерализации  природные воды также разбиты  на подгруппы:

       1. Пресные: более 1 г/л.

       а) весьма пресные - < 0,1 ‰;

       б) нормально пресные 0,1 - 0,5 ‰;

       и) жесткие пресные 0,5 - 1,0 ‰.

       2. Соленые: 1,0 - 36,0 г/л или 1,0 - 35,0‰

       а) солоноватые 1,0 - 3,0 ‰;

       б) слабосоленые 3,0 - 10,0 ‰;

       и)  сильносоленые 10,0 - 35,0 ‰.

       3. Рассолы: свыше 36 г/л или 35‰.

       Степень минерализации указана выше.

       Исходя  из конкретных практических целей, можно использовать любые другие классификации природных вод по минерализации, выполненные другими авторами [Вернадский, Алекин, Гуревич, Щербаков, Посохов]. 

       Классификация природных вод  по химическому составу 

       К настоящему времени насчитывается несколько десятков классификаций, основанных на различных принципах и имеющих разное практическое применение и значение. Всеобъемлющей универсальной классификации пока не существует.

       К наиболее популярным и чаще употребляемым  относятся классификации О.А. Алекина, М.Г. Валяшко и В.А. Сумина.

       В настоящее время наиболее часто  применяется классификация по Алекину. Она сочетает принцип деления  химического состава по преобладающим  ионам с делением по количественному  соотношению между ними. Преобладающими считаются ионы с наибольшим относительным содержанием в % эквивалентов.

       По  преобладающему аниону все воды делятся  на 3 класса:

       1. Класс гидрокарбонатных и карбонатных  вод - большая часть маломинерализованных  вод рек, озер, водохранилищ и  некоторые подземные воды.

       2. Класс сульфатных вод - промежуточные  между гидрокарбонатными и хлоридными  водами, генетически связаны с  различными осадочными породами.

       3. Класс хлоридных вод - высокоминерализованные  воды океанов и морей, соленых  озер, подземные воды закрытых структур.

       Каждый  класс по преобладающему катиону  подразделяется на три группы вод: кальциевую, магниевую и натриевую.

       Каждая  группа, в свою очередь, подразделена на 4 типа вод, определяемых соотношением между ионами в эквивалентах.

       Первый  тип характеризуется соотношением: HCO3- > Ca2+ +Mg2+  Воды этого типа являются щелочными мягкими, образуются при растворении продуктов выветривания изверженных пород, содержащих значительные количества натрия и калия. Они также могут образовываться за счет обменных реакций между кальцием и натрием в поглощенном комплексе пород. Воды первого типа чаще всего мало минерализованы, но в бессточных озерах могут иметь очень высокую минерализацию. К первому типу относятся также некоторые воды нефтяных месторождений.