Химический состав озер Курганской области

       Почвы, как известно, обогащают воду ионами, газами, органическим веществом. Влияние почвенного покрова на формирование вод двояко: с одной стороны, почвы могут увеличивать минерализацию в фильтрующихся через них атмосферных осадках, а с другой - изменять уже сложившийся химический состав грунтовых вод, вступающих с почвами во взаимодействие.

       Интенсивность преобразования зависит от типа почвы, от содержания в ней коллоидов, обладающих способностью адсорбировать ионы, а  также обменивать поглощенные ионы на ионы водных растворов. 
 

       Геологические факторы. 

       Горные  породы - ведущий фактор формирования минерализации и химического  состава природных вод.

       В водоносных горизонтах, заключенных  в осадочных толщах, обогащение вод  ионами осуществляется за счет выщелачивания  растворимых минералов, находящихся в породах. При одном и том же минеральном составе рыхлая или сильно трещиноватая порода будет в большей степени отдавать в воду ионы, чем порода плотная или монолитная.

       Главнейшими растворимыми минералами, определяющими  в основном химию природных вод, являются галит, гипс, кальцит, доломит. Залегающая на глубине каменная соль обогащает воды хлоридом натрия. Минерализация в этом случае резко повышается.

       Наличие в недрах гипсоносных фаций служит причиной появления сульфатных кальциевых вод. Минерализация этих вод обычно составляет 2 - 3 г/л, что определяется растворимостью гипса.

       Химический  состав природных вод формируется  путем растворения и выщелачивания  горных пород. Гидрокарбонатные кальциевые воды чаще всего образуются при растворении  карбонатов кальция, которые широко распространены в природе. Гидрокарбонатные магниевые воды среди осадочных пород встречаются как исключения ввиду редкого нахождения минералов соответствующего состава. В доломитовых толщах формируются обычно гидрокарбонатные магниево-кальциевые или кальциево-магниевые воды. Ярко выраженные магнезиальные воды образуются путем углекислого выветривания богатых магнием изверженных пород.

       Происхождение содовых вод представляется более  сложным. Появление их в осадочных  породах нельзя объяснить процессами растворения или выщелачивания содоносных пород или ископаемых залежей соды. Содовые воды чаще всего формируются при выветривании содержащих натрий массивно-кристаллических и осадочных пород. При этом анионы НСО3-, возникая путем растворения в воде углекислоты, имеют, главным образом, биохимическое и, частично, воздушное происхождение. Появление ионов натрия в сочетании с НСО3-наблюдается при выветривании натриевых полевых шпатов, _______ песков и других пород.

       В осадочных толщах содовые воды могут получаться и в процессе катионного обмена. Точно так же, воды сульфатные натриевые и сульфатные магниевые преимущественно формируются путем ионного обмена. 

       Физико-химические факторы. 

       Обогащение  природной воды тем или иным элементом  определяется не только его общим содержанием в породах и почвах, но и миграционной способностью, то есть способностью к перемещению, зависящей от физико-химических констант данного иона и условий среды, в которых миграция происходит.

       Миграционная  способность элементов в значительной степени зависит от рН выпадения гидроксидов. Многие химические элементы подвижны в широком диапазоне рН и могут интенсивно мигрировать как в кислой, так и в щелочной среде (Na, К, Cl). 

       Окислительно-восстановительные  процессы оказывают существенное влияние на миграционную способность элементов. Различают окислительную и восстановительную обстановки. Все окислительные обстановки характеризуются присутствием в водах свободного кислорода атмосферы. Кроме кислорода, окислителями могут быть Fe3+, Mn4+, Cu2+ и другие химические элементы, способные принимать электроны.

       В восстановительной обстановке кислород отсутствует. Появляются такие газы, как сероводород, аммиак. Важными  агентами восстановительных реакций  в природных водах являются микроорганизмы, разлагающие органическое вещество.

       В условиях восстановительной среды  трехвалентное железо переходит  в двухвалентную форму, сульфаты переходят в сульфиды. Присутствие  в водах сероводорода приводит к  осаждению металлов, образующих нерастворимые  сульфиды.

       Таким образом, главным критерием восстановительной  обстановки служит двухвалентное железо и отсутствие свободного кислорода. 

       Гидролиз  солей. Многие вещества вступают в реакцию  обменного разложения, называемую гидролизом. При гидролизе происходит взаимодействие ионов растворенной соли с водой, сопровождающееся изменением реакции среды.

       Реакции гидролиза играют важную роль в формировании ионно-солевого состава природных  вод. Эти реакции приводят к разложению сложных породообразующих минералов  и превращению их в менее растворимые (глинистые) соединения путем замещения катионов породы на водородный ион воды. 

       Смешение  вод в природе представляет распространенное явление. Это - один из наиболее быстро протекающих процессов, при котором  захватываются большие объемы взаимодействующих вод. Характер взаимодействия определяется минерализацией и химическим составом смешивающихся вод.

       В процессе смешивания вод происходит  взаимодействие компонентов одной  воды с таковыми другой. В результате образуется вода иного состава и может возникать твердый осадок. Выпадение осадка происходит при смешении вод, содержащих ионы - антагонисты.

       Явление смешения вод имеет место в  реках  и озерах под влиянием их притоков, обладающих разным химическим составом. Особенно сильно отражается на составе поверхностных водоемов перемешивание подземных вод. Поэтому состав воды водоема не будет одинаков на всем его протяжении. 

       Катионный обмен играет немалую роль в формировании химического состава природных  вод. Катионный обмен, являясь результатом взаимодействия, с одной стороны, тонкодисперсной (глинистой) части горных пород, а с другой - водного раствора.

       Интенсивность катионного обмена зависит от степени  дисперсности породы, рН среды, концентрации электролитов в растворе. Влияние  катионного обмена на химический состав воды заметно сказывается в глинах и глинистых породах.

       Поглощение  катионов зависит от их валентности. Чем выше валентность, тем сильнее  они поглощаются и удерживаются породой.

       В природных водах совершается, главным  образом, катионный, а не анионный обмен. Объясняется это тем, что коллоидный состав пород и почв образуется преимущественно из кремнезема и оксида алюминия и других отрицательно заряженных мицелл, поэтому он поглощают положительно заряженные ионы. 

       Биологические факторы. 

       К биологическим факторам относится  деятельность растительных и животных организмов. Эти факторы обуславливают, с одной стороны, биогенную метаморфизацию природных вод, а с другой - обогащают  ее микроэлементами.

       Растительность  является важным фактором формирования химического состава вод. Транспирируя огромное количество влаги, растительность вызывает интенсивное понижение уровня, увеличение минерализации вод и связанное с последним изменение их химического состава. Ввиду избирательного поглощения ионов растениями в результате указанных процессов могут измениться рН и химический тип воды.

       Избирательная способность растений накапливать  химические элементы состоит в том, что отдельные виды растений способны поглощать и накапливать в  своих тканях определенные химические элементы.

       Водные  растения изменяют газовый и химический состав водоемов.

       Таким образом, в результате жизнедеятельности  растений, водоемы обогащаются органическим веществом, необходимым для жизнедеятельности  животных организмов. Кроме того, при этом аккумулируется химическая энергия, создающая условия для протекания многих химических реакций.

       Микроорганизмы  играют особо важную роль в процессах  метаморфизации химического состава  природных вод. Исследования показали, что микроорганизмы способны развиваться как в поверхностных водоемах, так и в подземных водах. Микроорганизмы могут существовать в очень широком интервале температур. Диапазон минерализации вод, при которой обитают микроорганизмы, также обширен: существуют галофильные бактерии, обитающие в высокоминерализованных водах. Однако значительная минерализация и слишком высокая температура угнетающе действуют на деятельность бактерий.

       В поверхностных и подземных водах  обнаружены разнообразные группы бактерий: десульфатизирующие, сульфатредуцирующие, аммонификаторы, нитрификаторы и др. В результате десульфатизации из воды исчезают сульфатные ионы, появляется сероводород, углекислый газ, изменяется химический тип воды.

       В результате десульфатизации сульфатных натриевых вод образуются гидрокарбонатные натриевые (содовые) воды.

       При определенных условиях преобразование природных вод может происходить  под влиянием железобактерий. Эти  нитчатые формы способны откладывать  гидроксид железа.

       Микроорганизмы  разлагают в водоемах остатки  отмерших растительных и животных организмов. В зависимости от условий этот акт может закончиться полным распадом органических веществ с образованием простых минеральных соединений. 

       Антропогенные факторы. 

       К антропогенным относятся все  факторы, оказывающие влияние на формирование состава вод под влиянием деятельности человека. По характеру воздействия их можно разделить на химические и физические.

       Химические  воздействия - поступление в водный объект веществ со сточными водами и из атмосферы, которое приводит к изменению химического состава воды, сформированного естественным путем.

       Физические  воздействия - изменения физических параметров водных экосистем, которые  приводят к нарушению и изменению  химического состава вод.

       Проникающие в водную экосистему загрязнения  могут находиться либо в растворенной форме, либо в виде взвеси.

       В результате антропогенного воздействия  в природные воды могут поступать  как вещества, аналогичные входящим в состав природных вод, так и  компоненты, в обычных условиях не встречающиеся.

       Искусственные факторы могут вызвать изменение концентрации тех или иных компонентов природных вод, изменение направленности естественных гидрохимических процессов.

       Заметную  роль в изменении химического  состава вод под влиянием антропогенных  факторов играют микроэлементы. Подвижность многих микроэлементов зависит от рН (Hg, Co, Cu, Ni, Ag).  

       ВОДНАЯ  МИГРАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 

       Природные воды находятся в сложных обратимых  взаимоотношениях с организмами, горными  породами, атмосферой. Большинство  химических элементов мигрирует  в водных растворах (ионных, молекулярных или коллоидных), которые служат носителями энергии и производят большую химическую работу.

       Содержание  химического элемента в водах  еще не характеризует интенсивность  его водной миграции.

       Для характеристики миграционной способности элемента используется коэффициент водной миграции.

       Химические  элементы мигрируют не изолированно, а в соединении друг с другом. Например, хлор и сера мигрируют, главным  образом, с натрием. 

       Растворимость природных соединений. 

       Водная  миграция элемента в значительной степени зависит от растворимости его соединений, от типа природных растворов (почвенные, грунтовые, речные, озерные воды), времени года.

       При развитии ландшафта наблюдается  определенная тенденция в развитии рН. По мере развития ландшафта такие элементы, как магний, кальций, натрий, выносятся из почв и коры выветривания, намечается общая тенденция к понижению рН растворов, то есть к увеличению кислотности. Если ландшафт формируется в течение длительного времени, условия благоприятствуют выносу продуктов выветривания, то в почвах, поверхностных водах может создаться кислая реакция (рН до 4 - 5).