Химический состав озер Курганской области

       Гидрокарбонатные и карбонатные ионы являются важнейшей составной частью химического состава природных вод. Оба эти иона, будучи производными угольной кислоты, находятся в растворе в динамическом равновесии между собой и свободной углекислотой. Эти ионы образуют карбонатную систему химического равновесия, имеющую большое значение в природных водах.

       Карбонатные ионы появляются в водах при рН > 8, а в сильнощелочных водах  они становятся доминирующими. При  рН < 5 концентрация гидрокарбонатных ионов практически равна 0. В нейтральных и щелочных водах преобладают гидрокарбонатные ионы.

       Накопление  в водах гидрокарбонат ионов  лимитируется присутствием кальция, образующего  слаборастворимую соль.

       Карбонат  ионы находятся в природных водах  сравнительно редко. Это так называемые содовые или щелочные воды.

       Считается общепризнанным, что источником карбонатных  ионов служат различные карбонатные  породы - известняки, доломиты, мергели. Растворение карбонатов кальция  и магния происходит только в присутствии  диоксида углерода, и чем больше его концентрация в воде, тем интенсивнее растворяются карбонаты.

       Еще один источник поступления угольной кислоты и ее производных - магматические  процессы.

       Ионы  натрия по распространенности среди  катионов стоят на первом месте. Все  соли натрия обладают высокой растворимостью. Миграционные возможности натрия весьма широки. В этом отношении он уступает только иону хлора. С повышением минерализации содержание натрия увеличивается и в большинстве случаев становится преобладающим. Большая часть ионов натрия уравновешивается ионами хлора.

       Важным  источником натрия в водах служат залежи его солей, главным образом, галита, и рассеянные в почвах и  породах его соединения. Как одновалентный  ион, натрий вытесняется из поглощенного комплекса почв и пород двухвалентными ионами кальция и магния, что способствует накоплению его в природных водах.

       Ионы  калия по своим свойствам и  содержанию в земной коре имеют большое  сходство с ионами натрия. Калий  так же образует легкорастворимые соли с главными анионами. Однако ионы калия содержатся в природных водах в очень незначительных концентрациях.

       Кальций активно участвует в биологических  процессах. После  смерти организмов кальций быстро переходит в минеральную  форму и поступает в почву.

       Гидрокарбонатные  кальциевые воды имеют региональное распространение в хорошо дренированных местностях.

       С ростом минерализации относительное  содержание кальция быстро уменьшается. Это объясняется сравнительно ограниченной растворимостью сернокислой и низкой растворимостью углекислых солей кальция. Поэтому содержание кальция в природных водах редко превышает 1 г/л.

       Одним из основных источников кальция в  природных водах являются известняки, доломиты и известковистый цемент горных пород. Значительные количества кальция  переходят в воду за счет растворения гипса, широко распространенного в земной коре.

       Магний  по своим химическим свойствам близок к кальцию, но миграция этих элементов  протекает по-разному. Биологическая  активность у магния выражена значительно  слабее, чем у кальция.

       Ионы  магния поступают в воду преимущественно при растворении доломитов, мергелей или продуктов выветривания основных (габбро), ультраосновных (дунит, перидотит) и других пород. В водах, формирующихся в перечисленных породах, даже на низких стадиях минерализации ионы магния занимают первое место в катионном составе или разделяют первенство с ионами кальция. 

       Биогенные вещества в природных водах. 

       К биогенным веществам относятся  соединения кремния, азота, фосфора  и железа. Наиболее важным источником биогенных веществ являются внутриводоемные процессы и поступление с речным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. 

       Органическое  вещество в природных водах. 

       Природные воды почти всюду содержат в себе то или иное количество органических веществ. Органические соединения, несмотря на разнообразие их форм, состоят, в основном, из углерода, кислорода и водорода. Кроме того, в малых количествах в них присутствуют азот, фосфор, сера, калий, кальций и многие другие элементы. 

       Микроэлементы в природных водах. 

       К числу микроэлементов относят  бром, иод, фтор, литий, рубидий, стронций, барий, мышьяк, молибден, медь, кобальт, никель и др.

       Микроэлементами А.П. Виноградов называет такие элементы, среднее содержание которых в  водах обычно составляет менее 10 мг/л. Общей причиной ничтожных содержаний микрокомпонентов водах является не их малая распространенность в природе, а очень слабая миграционная способность. 

       Классификация вод по рН. 

       Водород - самый распространенный химический элемент во вселенной. Тем не менее, содержание ионов водорода в природных водах очень низкое. Концентрация водородных ионов является важнейшей характеристикой природных вод, так как ионы Н+ играют исключительную роль в гидрохимических процессах. Ион водорода всегда присутствует в природных водах потому, что он возникает при диссоциации самой воды: Н2О = Н+ + ОН-

       Природные воды в зависимости от рН делятся  на группы:

       - сильнокислые - рН < 3

       - кислые - рН 3 - 5

       - слабокислые рН 5 - 6,5

       - нейтральные - рН 6,5 - 7,5

       - слабощелочные - рН 7,5 - 8,5

       - щелочные - рН 8,5 - 9,5

       -  сильнощелочные - рН > 9,5.

       Водородный  показатель в природных водах  зависит от содержания в них различных  форм угольной кислоты, от присутствия  органических кислот, газов, микроорганизмов, от гидролиза солей и т.д.

       Для большинства природных вод рН определяется, главным образом, соотношением концентраций угольной кислоты и  ее ионов. Показатель рН является одной  из важнейших характеристик, контролирующих присутствие в водном растворе большинства  химических элементов и определяющих форму их нахождения в растворе. 

       Растворенные  газы в природных водах. 

       Наиболее  широко распространены в поверхностных  водах кислород и диоксид углерода, в подземных - сероводород и метан. Кроме того, во всех природных водах постоянно присутствует азот.

       Кислород  является мощным окислителем, играет особую роль в формировании химического  состава природных вод. Он обладает высокой химической активностью, поэтому  в чистом виде в значительных количествах  находится лишь в атмосфере.

       Весьма  большое значение имеет растворенный кислород в природных водах, поскольку  его присутствие определяет степень  аэрированности воды и возможность  существования в ней жизни. Концентрация его может достигать 14 мг/л.

       Азот  химически малоактивен, плохо растворяется в воде. Проникает в земную кору из воздуха, образуется биохимическим путем Азот жизненно необходим растениям и животным. В растворенном состоянии присутствует во всех природных водах, содержание его, в среднем, составляет 10 - 16 мг/л.

       Диоксид углерода находится в воде, главным образом, в виде молекул. Является источником углерода для растительных организмов. Кроме того, диоксид углерода играет особую роль в гидрохимических процессах. Он увеличивает растворяющую способность воды, и сам по себе является источником образования гидрокарбонат и карбонат ионов.

       Сероводород является одним из продуктов распада  белковых веществ, содержащих в своем  составе серу, и поэтому скопление  его часто наблюдается в придонных  слоях водоемов. 

       ФОРМИРОВАНИЕ  ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД 

       Формирование  химического состава природных  вод - это процесс обмена химическими  веществами природных вод с другими  природными средами в различных  физико-химических условиях, в результате чего в природные воды переходят, извлекаются из них растворенные, газообразные, коллоидные и взвешенные вещества.

       Химический  состав природной воды определяет предшествующая ему история, то есть путь, совершенный  водой в процессе своего круговорота. Количество растворенных веществ в  такой воде будет зависеть, с одной стороны, от состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, с другой - от условий, в которых проходили эти взаимодействия. Как те, так и другие могут быть самыми различными, и поэтому так разнообразен качественный состав природных вод.

       Факторы, определяющие формирование химического  состава природных вод, могут  быть разделены на 2 основные группы. К первой группе следует отнести  прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (то есть действие веществ, которые  могут обогащать природную воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды: горные породы, почвы, живые организмы).

       Ко  второй группе относятся косвенные  факторы, определяющие условия, в которых  протекает взаимодействие веществ  с водой: климат, рельеф, водный режим.

       По  характеру своего взаимодействия факторы, определяющие формирование химического  состава природных вод, целесообразно  подразделить на следующие группы:

       - физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров);

       - геологические (состав горных пород, тектоническое строение,  гидрогеологические условия);

       - физико-химические (химические свойства  элементов, кислотно-щелочные и  окислительно-восстановительные условия,  катионный обмен);

       - биологические (деятельность растительных  и животных организмов);

       - антропогенные.

       Характер  формирования природных вод зависит  от сочетания и последовательности проявления указанных факторов. Их роль для поверхностных и подземных  вод неодинакова. 

       Физико-географические факторы. 

       Рельеф  является косвенным фактором формирования состава. Он оказывает влияние на условия водообмена, а от последних зависит минерализация и химический состав природных вод. Рельеф перераспределяет выпадающие на земную поверхность осадки. Поверхностный сток, в зависимости от форм рельефа, влияет на инфильтрацию вод в почву.

       Климат  прежде всего определяет метеорологические  условия, от которых  зависит водный режим поверхностных вод. К основным метеорологическим элементам относятся  атмосферные осадки, температуру  и испарение.

       Первая  сторона формирования химического состава природных вод осуществляется в атмосфере. Минерализация атмосферных осадков, как правило, ниже минерализации речных и озерных вод. Выпадающие осадки обычно уменьшают минерализацию поверхностных вод. Минеральные соли, содержащиеся в атмосферных осадках, в той или иной степени оказывают влияние на формирование химического состава поверхностных вод.

       Влияние температуры воздуха может отражаться на составе вод как самосадочных озер, так и пресных поверхностных  вод. В последнем случае изменение состава воды совершается в направлении выпадения из не карбонатов кальция при повышении температуры. Поэтому летом в условиях жаркого климата может происходить садка кальцита в мелководных, хорошо прогреваемых водоемах.

       Испарение - один из мощных факторов формирования минерализации и химического состава поверхностных и грунтовых вод. В засоляющихся под влиянием испарения поверхностных водоемах происходит выпадение солей (минералообразование), сначала менее, а затем более растворимых. Вследствие этого гидрокарбонатные воды переходят сначала в сульфатные, а затем сульфатно-хлоридные или даже хлоридные.

       Существенное  значение в формировании химического  состава природных вод имеет  физическое, химическое, биологическое  выветривание горных пород. Химическое выветривание горных пород складывается из более простых процессов растворения, гидролиза, гидратации, окисления. Процессы растворения играют большую роль при выветривании осадочных пород, например доломитов, известняков.