Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Кафедра Экологии
Реферат по предмету
«Геохимия ландшафта»
На тему:
«Химический состав поверхностных и подземных вод»
Выполнил:
студент гр. ЗХЭд-109
Д.П. Яковлева
Преподаватель:
С.И. Зинченко
Владимир 2013
Содержание
|
Введение…………………………………………………………………............. |
3 |
|
1. Структура воды…………………………………….............................................. |
4 |
|
2. Химический состав природных вод……………………………………............. |
6 |
|
3. Химический состав океана……………………………………………................ |
13 |
|
4. Химический состав поверхностных вод суши………………………................ |
16 |
|
5. Химический состав подземных вод. Минеральные воды………………………………..……………………………. |
20 |
|
Заключение………………………………………………………………............. |
24 |
|
Список использованной литературы…………………………………………… |
25 |
Введение
Гидросфера – водная оболочка нашей планеты Земли. В настоящее время гидросфера охвачена невиданными по скорости и размерам преобразованиями, связанными с технической деятельностью человека.
Гидросфера играет очень большую роль в жизни планеты: она накапливает солнечное тепло и перераспределяет его на Земле; с Мирового океана на сушу поступают атмосферные осадки.
Общий объём воды на земном шаре 1390 млн. км3, основная его часть приходится на моря и океаны – 96,4%. На суше наибольшее количество воды содержат ледники и постоянные снега – около 1,86 % (при этом в горных ледниках – 0,2%). Около 1,7 % от общего объёма гидросферы приходится на подземные воды и примерно 0,02 % – на воды суши (реки, озёра, болота, искусственные водоёмы). Пресная вода составляет лишь 2,64%. 1
Если капельку природной воды нанести на стекло и подождать, пока она испарится, то на месте капли будут видны белые разводы – это кристаллизуются растворимые в воде соли. Содержание солей в природных водах различается в тысячи раз. Например, в литре дождевой воды содержатся единицы, максимум десятки миллиграммов солей. А в литре воды из залива Кара-Богаз-Гол (Каспийское море) – 300 г, почти треть от массы раствора.
Существует мнение, и не без основания, что для Земли характерно постоянное присутствие воды на её поверхности. В свою очередь наличие гидросферы определило пути эволюции вещества планеты. Английские ученые в Гренландии обнаружили осадочную породу бурый железняк возрастом 3760,07 млрд. лет. Рядом располагаются гранитоидные гнейсы возрастом 3,7-0,14 млрд. лет (Rb-Sr метод). Так как два разных метода дали один и тот же результат, то эти цифры считаются достоверными.
Считается, что вода образуется при дегазации вещества мантии и её количество еще будет увеличиваться в течение 2 млрд. лет (2·109 лет). В первичной атмосфере, содержащей СО2 (~62%), СО, СН4, NH3, SO2, HS, галогеноводороды, инертные газы и др., осадки должны быть кислые. Кислоты реагировали с минералами горных пород и нейтрализовались. Катионы переходили сразу в раствор, поэтому воды сразу же стали солеными. По расчетам Гольдшмидта на 1 кг океанической воды приходится 0,6 кг растворенной горной породы. В тоже время содержание главных анионов в 1 кг морской воды во много раз превышает их содержание в горной породе (Cl – 200 раз). Откуда следует вывод Виноградова – все анионы морской воды вышли при дегазации мантии, а катионы – при растворении горных пород.
1. Структура воды
Применение термина «структура» для описания льда понятно, лед кристалл и, разумеется, обладает внутренней структурой. Но что такое структура жидкости? «Разве отсутствие структуры – текучесть – не является определяющим качеством жидкости?» - писал Бернал. Оказывается, жидкость обладает структурой, и не одной, а несколькими. Все дело во временном масштабе.
Если с какой-либо фиксированной молекулой воды связать систему координат, то для наблюдателя, находящегося в этой системе, структура воды будет зависеть от характерного масштаба времени, с которым он будет наблюдать молекулярную жизнь воды. У воды существуют два характерных временных параметра. Как и у всякого вещества, будь то жидкость или твердое тело, существует период колебаний отдельной молекулы τυ. Для воды эта величина составляет значение 10-13с. В жидкости, кроме периода колебаний молекул около своего положения равновесия τυ, имеется еще одно характерное время - время «оседлой жизни» τD, т.е. среднее время существования данного локального окружения одной молекулы. Для воды τD ~ 10-11 с, т.е. прежде чем перескочить на новое место, молекула воды совершает 100 колебаний на одном месте2.
Два эти параметра разбивают временную шкалу на три области, каждой из которых соответствует своя структура жидкости. Если наблюдатель будет пользоваться достаточно малым временным масштабом, т.е. будет смотреть в течение времени, много меньшего τυ, то он увидит хаотически разбросанные молекулы, среди которых трудно усмотреть какой-либо порядок. Тем не менее, это беспорядочное расположение молекул называют мгновенной, или М-структурой.
Чтобы понять, почему все-таки этот беспорядок называют структурой, наблюдателю необходимо перейти к более длительному временному масштабу. Но не слишком, точнее, больше чем τυ, но меньше чем τD. На этом временном интервале реальные молекулы уже не будут видны, наблюдатель сможет увидеть лишь точки, вокруг которых они совершают свои колебания. Оказывается, что эти точки в воде расположены довольно регулярно и образуют четкую структуру, называемую К-структурой, что означает «колебательно усредненная».
М- и К-структуры воды подобны таким же структурам льда. Чтобы увидеть различия этих структур у воды и льда, нужно понаблюдать за ними несколько дольше, т.е. с характерным временем, много большим чем τD. Наблюдаемую в этом случае картину называют Д-структурой – «диффузионно усредненной». В отличие от льда Д-структура воды полностью размыта из-за частых перескоков молекул воды на большие расстояния (эти перескоки составляют процесс самодиффузии молекул воды). Д-структура образуется диффузионным усреднением К-структур и не может быть описана каким-либо особым расположением точек в пространстве. Сторонний наблюдатель видит, что, по сути дела, никакой Д-структуры жидкости и не существует (заметим, что именно Д-структура как полное статистическое усреднение ансамбля молекул определяет термодинамические свойства воды.).
И, тем не менее, Д-структура существует, и ее можно увидеть. Наблюдатель, находящийся на некоторой молекуле воды, увидит, что его собственная молекула, перемещается хаотически по всему объему воды, каждый раз оказывается в более или менее упорядоченном окружении. Он увидит, что чаще всего «его» молекулу будут окружать четыре других молекулы H2O, иногда соседей окажется пять, иногда шесть, в среднем как мы знаем, их будет 4,4. Таким образом, Д-структурой воды можно считать картину, видимую наблюдателем.
Такой подход к описанию структуры воды чаще всего используется при интерпретации спектроскопических данных, потому что различные спектроскопические методы – рентгеновский, ЯМР, диэлектрическая релаксация, комбинационное рассеяние нейтронов – способны «считывать» молекулярные данные с различным характерным временем разрешения.
Перемещение молекул доказывается обычно броуновским движением. Каплю воды, в которой плавают очень легкие частицы твердого нерастворимого вещества, рассматривают под микроскопом и наблюдают, что частицы беспорядочно перемещаются в массе воды. Каждая такая частица состоит из множества молекул и не облачает самопроизвольным движением. Частицы испытывают удары со стороны движущихся молекул воды, которые заставляют их всё время менять направление движения, а это означает, что сами молекулы воды движутся беспорядочно.
2. Химический состав природных вод
В водных растворах подавляющее большинство солей существует в виде ионов. В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO3-, хлорид Cl- и сульфат SO42-) и четыре катиона (кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+ и калий K+) – их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния – горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %, а в высокоминерализованных – свыше 99 % всех растворенных веществ. Обычно нижним пределом концентрации для главных ионов считают 1 мг/л, поэтому в ряде случаев, например для морских и некоторых подземных вод, к главным компонентам можно отнести также Br-, B3+, Sr3+ и др. Отнесение ионов K+ к числу главных является спорным. В подземных и поверхностных водах эти ионы, как правило, занимают второстепенное положение. Только в атмосферных осадках ионы K+ могут играть главную роль.
Атмосферные осадки из всех природных вод наименее минерализованы, но по химическому составу растворенных в них веществ они не менее разнообразны, чем другие природные воды. Источником их состава являются аэрозоли атмосферы. Ионный состав их довольно разнообразен. При колебаниях средней многолетней минерализации атмосферных осадков в европейской части России в пределах 10-20 мг/л и экстремальных значениях для всей территории 3-4 и 50-60 мг/л ионный состав характеризуется пестротой, причем среди анионов большей частью преобладает SO42- или HCO3-, а среди катионов в зависимости от степени удаленности от побережья Ca2+ или Na+. Непосредственно у побережья при ветре, дующем с моря, в результате ветрового механического выноса солей концентрация хлора в осадках бывает повышенной. По мере удаления от побережья относительная концентрация Cl- падает, а SO42-, Ca2+ и Mg2+, наоборот, повышается. Причиной повышения содержания SO42- и Ca2+ является обогащение атмосферы аэрозолями континентального происхождения. По мере продвижения вглубь континента часть морских аэрозолей вымывается. Наибольшие изменения испытывает концентрация SO42-. Если увеличение содержания Ca2+ и Na+ связано, скорее всего, с минеральной пылью почв и пород, на поверхности которых всегда присутствуют эти соли, то увеличение содержания SO42- обусловлено, с одной стороны, окислением SO2 и H2S, с другой – поднятием сернокислых солей с засоленных поверхностей.
Состав морской воды характеризуется большим содержанием солей. Если в водах материкового стока чаще всего наблюдается соотношение концентраций:
HCO3- > SO42- > Cl- и Ca2+ > Mg2+ > Na+ или Ca2+ > Na+ > Mg2+,
то для солоноватых и морских вод, начиная с общей минерализации 1 г/кг, соотношения меняются:
Cl- > SO42- > HCO3- и Na+ > Mg2+ > Ca2+.
Изменение соотношений между нонами от речных к морским водам объясняется последовательным достижением предела растворимости слаборастворимых солей по мере повышения минерализации воды. В сумме ионы и соединения главных компонентов составляют по массе 99,99 % массы всех растворенных в океанской воде минеральных веществ.
Чем более изолированно море от океана, тем заметнее отличается состав его воды от состава воды в океане. Первостепенное значение имеют условия водообмена с океаном, соотношение объема материкового стока с объемом моря, глубина моря и характер химического состава вод впадающих рек.
Подземные воды отличаются исключительным разнообразием химического состава, в том числе и ионного. Состав воды бывает всех классов, групп и типов. Ионный состав подземных вод, прежде всего, зависит от условий их формирования и залегания.
Органическим веществом природных вод называют комплекс истинно растворенных и коллоидных веществ органических соединений. По происхождению органические вещества природных вод могут быть разделены на поступающие извне (с водосборной площади) и образующиеся в самом водном объекте. К первой группе относятся главным образом гумусовые вещества, вымываемые водой из почв, торфяников, лесного перегноя и других видов природных образований, включающих остатки растений, и органические вещества, поступающие с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Из гумусовых веществ для гидрохимии наибольший интерес представляют гуминовые и фульвокислоты. Обе эти кислоты характерны для гумуса (гумусовые кислоты), они не содержатся в живых растительных и животных тканях. Соотношение между ними в разных торфах и почвах неодинаково. В черноземных почвах преобладают гуминовые, а в подзолистых – фульвокислогы.
Если налить в стакан холодную воду из-под крана и поставить в тёплое место, на стенках появятся пузырьки газа. Газы были растворены в холодной воде и выделились при нагревании (поскольку растворимость газов при нагревании уменьшается). Это кислород, азот и углекислый газ. Растворимость газа в воде обычно падает с повышением температуры, что связано с повышением кинетической энергии молекул газа, способствующей преодолению сил притяжения молекул воды. Все природные воды представляют газовые растворы. Наиболее широко распространены в поверхностных водах кислород O2 и двуокись углерода CO2, а в подземных – сероводород H2S и метан CH4. Иногда CO2 в значительных количествах может насыщать также воды глубоких горизонтов. Кроме того, во всех природных водах постоянно присутствует азот N2.
Кислород (O2) находится в природной воде в виде растворенных молекул. Кислород, являясь мощным окислителем, играет особую роль в формировании химического состава природных вод. Кислород поступает в воду в результате происходящих в природе процессов фотосинтеза и из атмосферы. Расходуется кислород на окисление органических веществ, а также в процессе дыхания организмов. Концентрация растворенного кислорода в природных водах колеблется в ограниченных пределах (от 0 до 14 мг/л, при интенсивном фотосинтезе, в полдень, возможна и более высокая концентрация). Вследствие зависимости концентрации кислорода в поверхностных водах от целого ряда факторов его концентрация значительно меняется в течение суток, сезона и года. Так как потребление кислорода сравнительно мало зависит от суточных изменений солнечной радиации, а фотосинтез всецело определяется ею, то в течение дня происходит накопление кислорода, а в темное время суток расходование его. Кислород необходим для существования большинства организмов, населяющих водоемы. Как сильный окислитель кислород играет важную санитарно-гигиеническую роль, способствуя быстрой минерализации органических остатков.
Диоксид углерода (CO2) находится в воде главным образом в виде растворенных молекул газа CO2. Однако часть их (около 1 %) вступает во взаимодействие с водой, образуя угольную кислоту:
CO2 + H2O ↔ H2CO3
Обычно же не разделяют CO2 и H2CO3 и под диоксидом углерода подразумевают их сумму (CO2 + H2CO3). В природных водах источником диоксида углерода являются, прежде всего, процессы окисления органических веществ, происходящие с выделением CO2 как непосредственно в воде, так и в почвах и илах, с которыми соприкасается вода. К ним относятся дыхание водных организмов и различные виды биохимического распада и окисления органических остатков. В некоторых подземных водах важным источником диоксида углерода являются вулканические газы, выделяющие из недр земли, происхождение которых связано с дегазацией мантии и со сложными процессами метаморфизации осадочных пород, протекающими в глубинах под влиянием высокой температуры. Поэтому часто в подземных водах и источниках глубинного происхождения наблюдается высокое содержание диоксида углерода. Поглощение водой диоксида углерода из атмосферы имеет наиболее важно для воды морей и океана и менее значимо для вод суши. Уменьшение содержания диоксида углерода, прежде всего, происходит при фотосинтезе. При очень интенсивном фотосинтезе, когда отмечается полное потребление газообразного CO2, последний может быть выделен из ионов HCO3-:
HCO3- ↔ CO32- + CO2
Диоксид углерода расходуется также на растворение карбонатов:
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2
Также расходуется на химическое выветривание алюмосиликатов. Уменьшение содержания CO2 в воде, особенно в поверхностных водах суши, происходит также при выделении его в атмосферу. Вообще CO2 атмосферы имеет большое значение для CO2 содержащегося в поверхностных водах, регулируя его содержание там. Между CO2 атмосферы и CO2 поверхностных вод существует непрерывный обмен, направленный на установление между ними равновесия, согласно закону Генри-Дальтона. Поскольку парциальное давление диоксида углерода в атмосфере очень невелико (33 Па), то, несмотря на большую растворимость его (при давлении 1013 гПа и температуре 12°С до 2166 мг/л), равновесие между водой и атмосферой достигается при очень малом содержании CO2 в воде. При парциальном давлении CO2 в атмосфере 33 Па растворимость его в воде будет 2166·0,00033 = 0,715 мг/л (при 12°С). Обычно же поверхностные воды суши, в которых протекают различные процессы разложения органического вещества и которые связаны с почвами, имеют большее содержание CO2 и поэтому выделяют его в атмосферу. Лишь при очень сильном фотосинтезе, когда CO2 практически исчезает, может происходить поглощение CO2 из атмосферы. Содержание диоксида углерода в природных водах чрезвычайно разнообразно – от нескольких десятых долей до 3000-4000 мг/л. Наименьшая концентрация CO2 наблюдается в поверхностных водах, особенно минерализованных (моря, соленые озера), наибольшая – в подземных и загрязненных сточных водах. В реках и озерах концентрация CO2 редко превышает 20-30 мг/л.
Растворенный молекулярный азот (N2) – наиболее постоянный газ в природных водах. В высшей степени химически устойчивый и биологически трудно усвояемый, азот, будучи занесен в глубинные слои океана или подземные воды, меняется главным образом лишь под влиянием физических условий (температура и давление). Растворенный в поверхностных водах азот имеет преимущественно воздушное происхождение. Наряду с этим в природе широко распространен азот биогенного происхождения, возникающий в результате денитрификации.
Метан (CH4) относится к числу наиболее распространенных газов и подземных водах. В газовой фазе подземных вод почти всегда количественно преобладает азот, двуокись углерода или метан. Основным источником образования метана служат дисперсные органические вещества в породах. Метан и тяжелые углеводороды, нередко встречаются в значительных концентрациях в глубинных подземных водах закрытых структур, связанных с нефтеносными месторождениями. В небольшой концентрации метан наблюдается в природных слоях озер, где он выделяется из ила при разложении растительных остатков, а также в океанических донных отложениях в районах высокой биологической продуктивности.
Сероводород (H2S) является одним из продуктов распада белкового вещества, содержащего в своем составе серу, и поэтому скопление его часто наблюдается в придонных слоях водоемов вследствие гниения различных органических остатков. В нижних частях глубоких озер и морей, где отсутствует водообмен, часто образуется сероводородная зона. При парциальном давлении сероводорода в атмосфере, равном нулю, длительное присутствие его в поверхностных водах невозможно. Кроме того, он окисляется кислородом, растворенным в воде. В реках сероводород наблюдается лишь в придонных слоях, главным образом в зимний период, когда затруднена аэрация водной толщи. Присутствие сероводорода в природных незагрязненных поверхностных водах - сравнительно редкое явление. Гораздо чаще сероводород присутствует в подземных водах, изолированных от поверхности и в сильно загрязненных поверхностных водах, в которых он служит показателем сильного загрязнения и анаэробных условии.
Кроме главных ионов, содержание которых в воде достаточно велико, ряд элементов: азот, фосфор, кремний, алюминий, железо, фтор – присутствуют в ней в концентрациях от 0,1 до 10 мг/л. Они называются мезоэлементами (от греч. «мезос» - «средний», «промежуточный»)3.
Азот в форме нитратов NO3- попадает в водоёмы с дождевой водой, а в форме аминокислот, мочевины (NH2)2CO и солей аммония NH4+ - при разложении органических остатков.
Фосфор существует в воде в форме гидрофосфатов HPO32- и дигидрофосфатов H2PO3-, образующихся в результате разложения органических остатков.
Кремний является постоянным компонентом химического состава природных вод. Этому способствует в отличие от других компонентов повсеместная распространенность соединений кремния в горных породах, и только малая растворимость последних объясняет малое содержание кремния в воде. Концентрация кремния в природных водах обычно составляет несколько миллиграммов в 1 л. В подземных водах она повышается и часто достигает десятков миллиграммов в 1 л, а в горячих термальных водах – даже сотен. На растворимость кремния, кроме температуры сильно влияет повышение pH раствора. Сравнительно малое содержание кремния в поверхностных водах, уступающее растворимости диоксида кремния (125 мг/л при 26°С, 170 мг/л при 38°С), указывает на наличие в воде процессов уменьшающих ее концентрацию. К ним надо отнести потребление кремния водными организмами, многие из которых, например диатомовые водоросли, строят свой скелет из кремния. Кроме того, кремниевая кислота как более слабая вытесняется из раствора угольной кислотой:
Na4SiO4 + 4CO2 + 4H2O = H4SiO4 + 4NaHCO3
Способствует неустойчивости кремния в растворе и склонность кремниевой кислоты при определенных условиях переходить в гель. В очень мало минерализованных водах кремний составляет существенную, а иногда и преобладающую часть химического состава воды, несмотря на его малое абсолютное содержание. Присутствие кремния в воде является серьезной помехой в технике, так как при продолжительном кипячении воды кремний образует в котлах очень твердую силикатную накипь.
Алюминий поступает в водоёмы в результате действия кислот на глины (каолин):
Al2[Si2O5](OH)4 + 6H+ = 2SiO2 + 5H2O + 2Al3+
Основной источник железа – железосодержащие глины. Органические остатки (ниже обозначаются как «С»), находящиеся в контакте с ними, восстанавливают железо до двухвалентного, которое медленно вымывается в форме гидрокарбоната или солей гуминовых кислот:
2Fe2O3 + «C» + 4H2O + 7CO2 = 4Fe(HCO3)2
Когда вода с растворёнными в ней ионами Fe2+ вступает в контакт с воздухом, железо быстро окисляется, образуя коричневый осадок гидроксида Fe(OH)3. Со временем он превращается в болотную руду – бурый железняк (лимонит) FeO(OH). Карельская болотная руда использовалась в XVIII-XIX столетиях для получения железа.
Синеватая плёнка на поверхности воды – это Fe(OH)3, образующийся, когда подземные воды, содержавшие ионы Fe2+, вступают в контакт с воздухом. Ее часто путают с масляной пленкой, однако различить их очень легко: у пленки гидроксида железа рваные края. Если поверхность воды слегка взволновать, гидроксидная пленка, в отличие от масляной, не будет переливаться.
К группе микроэлементов относятся элементы, соединения которых встречаются в природных водах в очень малых концентрациях, поэтому их и называют микроэлементами. Их концентрация измеряется микрограммами в 1 л (мкг/л), а часто имеет и более малые значения. Микроэлементы представляют собой самую большую группу элементов химического состава природных вод, в нее входят все элементы периодической системы, не включенные в предыдущие группы рассмотренных компонентов. Условно их можно разделить на пять подгрупп:
1) типичные катионы (Li+, Rb+, Cs+, Be2+, Sr2+, Ba2+ и др.);
2) ионы тяжелых металлов (Cu2+, Ag+, Au+, Pb2+, Fe2+, Ni2+, Co2+ и др);
3) амфотерные комплексообразователи (Cr, Mo, V, Mn);
4) типичные анионы (Br-, I-, F-);
5) радиоактивные элементы.
Микроэлементы необходимы для нормальной жизнедеятельности растений, животных и человека. Однако при повышенной концентрации многие микроэлементы вредны и даже ядовиты для живых организмов. Поэтому часто они становятся загрязняющими веществами и концентрация их контролируется. Успешное изучение микроэлементов затруднено не только их малым содержанием в природных водах, но и в сильнейшей мере неясностью формы их присутствия в растворе. Последнее не только осложняет выяснение закономерностей их миграции и режима, но и создает трудности при химическом анализе. Например, многие тяжелые металлы мигрируют в больших концентрациях именно во взвешенном, а не в растворенном состоянии. Растворенные органические комплексы образуют большинство металлов, прежде всего двух- и трехвалентные металлы с гуминовыми и фульвокислотами. Концентрация закомплексованных металлов определяется прежде всего концентрацией органических кислот. В виде коллоидных соединений присутствуют многие гидроксиды металлов. Возможно, происходит адсорбция органических веществ на поверхности коллоидов, что придает им большую стабильность в растворе.
Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН>8,3) солей кальция и магния, и некарбонатную – концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты определения жесткости обычно выражают в мг-экв/дм3. Жесткость воды колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм3 cчитается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм3 – средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/дм3 – жесткой и выше 12 мг-экв/дм3 – очень жесткой.
Окисляемость – величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды. Выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм3 воды. Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 дм3), исключение представляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О/дм3, реки равнинные – 5-12 мг О /дм3, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на 1 дм3.
3. Химический состав океана
Воды Мирового океана покрывают 2/3 поверхности планеты и образуют основную массу ее водной оболочки. Объем океанических вод равен примерно 1379 млн. км3. Объем всех вод суши (с учетом ледников и подземных вод до глубины 5 км) не превышает 90 млн. км3. Воды Мирового океана составляют около 93 % всех вод биосферы, поэтому можно считать, что химический состав гидросферы в целом определяется главным образом химическим составом океанических вод.
Химический состав вод современного океана сложился в результате продолжительной деятельности живых организмов. Первичный океан образовался благодаря тем же процессам дегазации твердого вещества планеты, которые привели к возникновению газовой оболочки Земли. Таким образом, химические составы атмосферы и гидросферы тесно связаны, и их эволюция проходила также взаимосвязано.
Среди разнообразных форм химических элементов в гидросфере наиболее типичными являются простые и сложные ионы и молекулы, находящиеся в состоянии сильно разбавленных растворов. Также распространены ионы, которые сорбционно связаны с частицами коллоидных и субколлоидных размеров, присутствующими в морской воде в виде тонкой взвеси.
Общее количество растворенных соединений в морской воде, называемое соленостью, колеблется в поверхностных слоях океанов и окраинных морей в интервале от 3,2 до 4 %. Соленость внутриконтинентальных морях изменяется в более широких пределах. Для Мирового океана принято среднее значение солености, равное 35 ‰.
Океаническая вода характеризуется замечательной геохимической особенностью, которая заключается в том, что соотношение главных элементов остается всегда постоянным независимо от колебаний солености, т.е. солевой состав океана представляет собой своего рода геохимическую константу.
Анализ кларкового содержания элементов в океане показывает, что основную массу растворенных соединений образуют хлориды распространенных щелочных и щелочноземельных элементов, намного меньшая масса приходится на сульфаты и еще меньше – на гидрокарбонаты. Концентрации рассеянных элементов в океанических водах (мкг/л) на три математических порядка меньше, чем в горных породах. При этом так же, как и в земной коре, диапазон значений кларков рассеянных элементов в Мировом океане лежит в пределах 10 математических порядков, однако имеют место существенные отличия в соотношениях элементов. В океанической воде преобладают бром, стронций, бор и фтор – концентрация этих элементов выше 1000 мкг/л. В большом количестве содержатся литий, рубидий, иод, барий, концентрация которых превышает 10 мкг/л. Рассеянные в воде молибден, цинк, уран, ванадий, титан, медь характеризуются значениями концентрации, лежащими в интервале от 1 до 10 мкг/л. Никель, марганец, кобальт, хром, ртуть, кадмий представлены в количестве от сотых до десятых долей мкг/л. Главные элементы земной коры – железо и алюминий – имеют в океане концентрацию более низкую, чем молибден и цинк. Такие элементы, как ниобий, скандий, бериллий и торий растворены в океане в наименьших количествах.
На протяжении геологической истории суммарная биогеохимическая деятельность живых организмов была ведущим фактором эволюции химического состава океана. И сегодня организмы играют важную роль в процессе дифференциации химических элементов в океане и выведения их масс в осадок. Согласно биофильтрационной гипотезе А.П. Лисицына, планктонные (главным образом зоопланктонные) организмы ежедневно профильтровывают через свои тела около 17 млн. км3 воды, что составляет около 1 % объема Мирового океана. В процессе фильтрации минеральные частицы размером 1 мкм и менее связываются в комочки (пеллеты) размером от десятков микрометров до 1 – 4 мм. При этом одновременно в телах организмов часть растворенных в воде химических элементов трансформируется в нерастворимые соединения. Связывание тонких взвесей в комочки способствует более быстрому оседанию взвешенных частиц на дно (пеллетный транспорт). Яркими примерами биогеохимической трансформации растворенных элементов в нерастворимые соединения служат образование известковых (кальцитовых) и кремниевых (опаловых) скелетов планктонных организмов, а также извлечение карбоната кальция известковыми водорослями и кораллами.
Среди глубоководных отложений океана (пелагических илов) выделяются две группы. Отложения первой группы состоят в основном из биогенных образований планктона, а отложения второй группы – из частиц небиогенного происхождения. Для первой группы наиболее характерны известковые (карбонатные) илы, для второй группы – глинистые илы. Примерно треть площади дна Мирового океана занимают карбонатные илы и более четверти – глинистые. В карбонатных отложениях относительно велика концентрация кальция, магния, стронция и иода. В глинистых илах значительно больше металлов.
Элементы, которые очень слабо переносятся из раствора в илы и постепенно накапливаются в океанической воде, называют талассофильными. Отношение между концентрациями в сумме растворимых солей морской воды и в илах называют коэффициентом талассофильности Кт. Этот коэффициент показывает, во сколько раз этого элемента больше в солевой части океанической воды по сравнению с осадком.
Таллассофильность можно оценивать по времени нахождения элемента в воде: чем больше, тем талассофильней. Скорость удаления химического элемента из океанического раствора определяют, исходя из величины его годового прихода (стока). Например, масса мышьяка, находящегося в океане, оценивается примерно в 3,6 млрд. тонн, речной сток приносит ежегодно 74 тыс. тонн этого элемента. Следовательно, полное удаление всей массы мышьяка из Мирового океана происходит за промежуток времени, равный 49 тыс. лет.
Ориентировочные оценки периодов полного удаления растворенных химических элементов из Мирового океана выполняли многие исследователи. Согласно расчетам В.В. Добровольского, рассеянные элементы можно разбить на следующие группы в соответствии с длительностью их нахождения в океаническом растворе (в годах, в последовательности увеличения периода в каждом ряду):
n·102 – Th, Zr, Al, Y, Sc;
n·103 – Pb, Sn, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, Ti, Zn;
n·104 – Ag, Cd, Si, Ba, As, Hg, N;
n·105 – Mo, U, I;
n·106 – Ca, F, Sr, B, K;
n·107 – S, Na;
n·108 – Cl, Br.
Для элементов, которые имеют наименьший период полного удаления из океана, характерна наиболее интенсивная концентрация в глубоководных илах. К ним относятся торий, цирконий, алюминий, иттрий, скандий (порядок лет – 102). Близкие к ним периоды полного удаления имеют свинец, олово, марганец, железо, кобальт (порядок лет – 103). Для большей части металлов периоды полного удаления из океана составляют несколько тысяч или десятков тысяч лет. Время нахождения талассофильных элементов в растворенном состоянии – сотни тысяч лет и более.
Дисперсное органическое вещество океана, основным источником которого являются отмирающие планктонные организмы, связывает большие массы рассеянных элементов. Разрушение остатков планктонных организмов наиболее интенсивно происходит на глубине до 500 – 1000 м. В результате в осадках шельфовых и неглубоких приконтинентальных морей накапливаются значительные массы дисперсного органического вещества морских организмов, к которым добавляются органические взвеси, выносимые с суши речным стоком.
4. Химический состав поверхностных вод суши
Химический состав природных вод является функцией целого ряда прямых и косвенных факторов. К прямым факторам, оказывающим непосредственное влияние на формирование состава вод, относятся: химический состав и свойства горных пород и почв, жизнедеятельность живых организмов и деятельность человека. К косвенным факторам относятся условия, определяющие протекание процессов взаимодействия веществ с водой, такие как климат, рельеф, растительность и др.
По окисляемости воды можно разделить по следующим зонам:
|
Окисляемость |
мгО/л |
Зона |
|
Очень малая |
0 - 2 |
Высокогорье |
|
Малая |
2 - 5 |
Горные районы |
|
Средняя |
5 - 10 |
Зоны широколиственных лесов, степи, полупустыни и пустыни, а также тундра |
|
Повышенная |
15 - 20 |
Северная и южная тайга |
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина окисляемости не должна превышать 15 мгО/дм3; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина окисляемости до 30 мгО/дм3.
Биохимическое потребление кислорода (БПК4). Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся («биологически мягким») веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются «биологически жесткие» вещества гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др.
Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКПОЛН.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается.
Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК20, считая, что эта величина близка к БПКПОЛН.
В лабораторных условиях наряду с БПКПОЛН. определяется БПК5 – биохимическая потребность в кислороде за 5 суток. В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0,5-4 мгO/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям.
Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2-3 раза при повышении температуры на 10°C. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности.
Величины БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности
|
Степень загрязнения (классы водоемов) |
БПК5 |
|
Очень чистые |
0,5 – 1,0 |
|
Чистые |
1,1 – 1,9 |
|
Умеренно загрязненные |
2,0 – 2,9 |
|
Загрязненные |
3,0 – 3,9 |
|
Грязные |
4,0 – 10,0 |
|
Очень грязные |
> 10,0 |
Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКПОЛН.
В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мгO/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мгO/дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при 20°С не должна превышать 2 мгO/дм3.
Мощный геохимический поток, создаваемый речными водами, играет важную роль в общепланетарном массообмене между сушей и океаном. Речные воды представляют собой сложные растворы, которые содержат как дисперсные взвеси, так и соединения, находящиеся в истинно растворимом состоянии. В составе растворимых соединений в речных водах преобладают анионы HCO3–, SO42–, Cl–, на долю которых приходится более 50 % от суммы растворенных веществ. Среди катионов присутствуют кальций – 12,5 %, натрий – 5 %, магний – 3,5 % и калий – 2 %. Все остальные элементы присутствуют в варьирующих микроколичествах.
В речных водах различают следующие главные формы нахождения химических элементов:
1. Ионы простые и комплексные (размер 1 нм и менее).
2. Нейтральные молекулы (размер 1 нм и менее).
3. Частицы коллоидных размеров от 0,001 до 0,1 мкм, на поверхности которых находятся сорбированные ионы.
4. Высокодисперсные частицы, которые состоят преимущественно из глинистых минералов и имеют размеры от 0,5 мкм до 1–2 мкм.
5. Более крупные взвешенные частицы, которые представлены обломочными минералами размером от 2–3 до 10 мкм.
Реки планеты сильно различаются минерализацией воды и содержанием взвешенных дисперсных частиц (мутностью). Средняя минерализация вод рек равна примерно 120 мг/л. С учетом этой цифры и объема годового речного стока воды в Мировой океан, количество растворимых соединений, ежегодно выносимых с суши, составляет 5,3 млрд. тонн. Среднее содержание взвешенных дисперсных частиц в континентальном стоке оценивается в 500 мг/л. Следовательно, ежегодный вынос тонкодисперсного вещества составляет 22 млрд. тонн, что в 4,2 раза превышает вынос растворимых соединений.
В речных водах содержатся также растворимые формы рассеянных элементов, которые не захвачены в биологический круговорот. На поверхности суши текучие воды характеризуются значениями рН от 4,5 до 8,5. Многие металлы (цинк, хром, медь, бериллий, свинец, кадмий, никель, кобальт и др.) при таких значениях рН могут находиться в растворенном состоянии, выпадать в осадок и вновь переходить в раствор.
В природных водах значительная часть рассеянных элементов находится не в форме простых ионов, а входит в состав неорганических комплексных соединений. Широко распространены также комплексные органические соединения металлов, особенно внутрикомплексные (хелатные), в которых ион металла имеет ионную и координационную связи с отдельными функциональными группами внутри молекулы. В комплексообразовании участвуют аминокислоты, кислоты жирного ряда, гуминовые и фульвокислоты, полифенолы и др. Образование комплексных соединений характерно для кобальта, меди, никеля, хрома, цинка, урана. При этом резко возрастает устойчивость элемента в растворе, которая уже не ограничивается щелочно-кислотными и окислительно-восстановительными условиями, необходимыми для существования в растворе простого иона.
По сравнению с водой океана определение величины средней концентрации элементов в водах суши характеризуется некоторой условностью, так как разнообразие растворимых форм элементов в речных водах, геохимические и биоклиматические различия водосборных площадей приводят к значительной вариации концентраций элементов. Общая минерализация пресных речных вод намного меньше соленых морских, тем не менее ежегодный глобальный вынос с суши рассеянных элементов в растворенном состоянии характеризуется значительными массами: для кальция, кремния, магния, натрия, сульфатной серы, хлора – сотнями миллионов тонн; для калия – десятками миллионов тонн; для алюминия, железа, стронция, фтора – миллионами тонн; для бора, брома, иода, марганца, меди, цинка – сотнями тысяч тонн. Вынос многих рассеянных элементов составляет десятки тысяч тонн и только отдельные элементы выносятся в меньших количествах.
Оценка степени интенсивности вовлечения элементов в водную миграцию дополняет представление о выносе растворенных масс элементов. Интенсивность водной миграции элемента определяется отношением его содержания в воде и в дренируемой горной породе. Коэффициент водной миграции КВ представляет собой отношение концентраций элемента в сухом остатке воды к его концентрации в горной породе. Для оценки интенсивности вовлечения элемента в водную миграцию в глобальном масштабе, следует рассчитать отношение среднего содержания элемента в твердом остатке речных вод к кларку этого же элемента в гранитном слое континентов.
По интенсивности вовлечения в водную миграцию элементы разбиваются на следующие группы (в последовательности уменьшения числового значения КВ в каждом ряду):
КВ = 100n: Cl;
КВ = 10n: S, I, Br, Ag, Sb, Hg, B, Cd;
КВ = n: As, Mo, Ca, Zn, Sr, Cu, Mg, Na, Sn;
КВ = 0,1n: U, Ni, Pb, F, Co, Ba, Cr, P, Mn, Si, V, Zr;
КВ = 0,01n: Ga, Th, Al, Ti, Sc
Исследованиями установлено, что основная масса рассеянных элементов в речных водах связана с взвесями. Соотношение химических элементов и их масс в веществе, которое мигрирует в речных водах в виде взвесей, обнаруживает существенные отличия при сравнении с веществом, мигрирующим в растворенном состоянии. Это обусловлено специфическими особенностями состава речных взвесей и более чем четырехкратным превышением массы взвесей над массой растворимых соединений в годовом стоке рек.
В речных взвесях преобладают высокодисперсные глинистые частицы, мелкие обломки кварца и сгустки гидроксидов железа, поэтому содержание во взвесях таких элементов, как кремний, алюминий, железо намного выше, чем в сумме растворимых соединений в речной воде. Во взвешенном веществе в целом концентрации большей части элементов превышают соответствующие концентрации в сумме растворимых соединений. Однако для кальция характерно обратное соотношение.
Во взвешенном веществе рек переносится свыше 98 % массы элементов с очень низкими коэффициентами водной миграции (КВ < 0,5), от 90 до 98 % массы элементов со значениями КВ от 0,05 до 0,9. Даже элементы, имеющие значения КВ от 1 до 10, мигрируют в основном не в растворенном состоянии. Преобладание в речном стоке масс водорастворимых соединений имеет место лишь для азота, брома, кальция, натрия, серы, хлора.
5. Химический состав подземных вод. Минеральные воды.
Состав подземных вод зависит от их происхождения, а также от степени и характера водообмена и взаимодействия с горными породами по которым они протекают. В процессе движения подземных вод происходят выщелачивание горных пород или включений в них и обогащение вод минеральными солями. Общую минерализацию подземных вод составляет сумма растворенных в них веществ. Она обычно выражается в г/л или мг/л. В глубинных водах (в погруженных частях структур) в условиях затрудненного водообмена происходят наибольшая концентрация растворенных веществ и значительное увеличение общей минерализации. К настоящему времени опубликовано много классификаций подземных вод по их минерализации и химическому составу. В классификации В. И. Вернадского, О. А. Алексина, А.М. Овчинникова и других выделяются четыре группы подземных вод:
пресные - с общей минерализацией до 1 г/л;
солоноватые - от 1 до 10 г/л;
соленые - от 10 до 50 г/л;
рассолы - свыше 50 г/л.
В классификации М. С. Гуревича и Н. И. Толстихина приводится более дробное разделение указанных групп исходя из учета потребностей и использования подземных вод для решения различных задач.
Отнесение к пресным водам обусловлено нормами ГОСТа. Слабосолоноватые воды могут использоваться для нецентрализованного водоснабжения, орошения; соленые – для оценки минеральных (лечебных) вод. Выделение подгрупп рассолов необходимо для правильной оценки термальных, промышленных подземных вод и вод нефтяных месторождений.
Основной химический состав подземных вод определяется содержанием наиболее распространенных трех анионов – НСО3-, SO42-, Сl- и трех катионов – Са2+, Mg2+, Na+. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод – щелочность, соленость и жесткость. По анионам выделяют три типа воды:
1) гидрокарбонатные;
2) сульфатные;
3) хлоридные;
и ряд промежуточных – гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные и более сложного состава. По соотношению c катионами они могут быть кальциевыми или магниевыми, или натриевыми, или смешанными кальциево-магниевыми, кальциево-магниево-натриевыми и др. При характеристике гидрохимических типов на первое место ставится преобладающий анион. Так, например, пресные воды в большинстве случаев гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, а солоноватые – могут быть сульфатно-кальциево-магниевыми.
В артезианских бассейнах наблюдается определенная вертикальная гидрогеохимическая зональность, связанная с различными гидродинамическими особенностями:
- верхняя зона – интенсивного водообмена,
- средняя – замедленного водообмена,
- самая нижняя (наиболее глубокая) – весьма замедленного водообмена.
Впервые на гидрогеохимическую зональность и увеличение минерализации подземных вод, и снижение их подвижности с глубиной указал В. И. Вернадский. По Е. В. Посохову (1975), верхняя часть артезианских бассейнов платформ имеет относительно небольшую мощность. Так, например, в Московском артезианском бассейне пресные воды встречаются до глубин 200-300 м, в Днепровско-Донецком – до 500 м. Ниже располагается относительно маломощная гидрогеохимическая зона солоноватых и слабосоленых вод многокомпонентного состава, в которых большая роль принадлежит иону SO42-. Примером тому являются сульфатные кальциево-натриевые воды с минерализацией до 4,5 г/л, вскрытые буровыми скважинами в девонских отложениях Московского артезианского бассейна (на глубинах 400-600 м) и используемые в качестве лечебной «Московской минеральной воды». В более глубокой третьей гидрогеохимической зоне преобладают хлоридные воды с минерализацией 250-350 г/л и более (в Ангаро-Ленском бассейне около 600 г/л).
По мере значительного увеличения минерализации с глубиной в хлоридно-натриевых рассолах наблюдается рост содержания иона Са2+ и в наиболее погруженных частях бассейна встречаются хлоридно-кальциевые или хлоридно-кальциево-магниево-натриевые рассолы, что имеет большое значение для нефтяной гидрогеологии. В глубоких водоносных горизонтах с высокой минерализацией, помимо основных анионов и катионов, нередко содержатся йод, бром, бор, стронций, литий, радиоактивные элементы. Особенно большое количество йода, брома и бора встречается в хлоридно-кальциевых водах нефтяных и газовых месторождений, где они местами извлекаются в промышленных количествах.
Указанная гидрогеохимическая зональность характерна для ряда артезианских бассейнов. Вместе с тем в некоторых бассейнах (Западно-Сибирском, Брестском и др.) сульфатная зона отсутствует, и пресные гидрокарбонатные воды верхней зоны постепенно сменяются хлоридными. По-видимому, та или иная гидрогеохимическая зональность артезианских бассейнов определяется рядом природных факторов: историей развития геологической структуры; условиями водообмена; составом и степенью растворимости водоносных горных пород; соотношением давления и температуры; газовыми компонентами. Именно взаимодействие различных природных факторов и определяет изменение минерализации и состава подземных вод в артезианских бассейнах.
Отмечается также широтная зональность грунтовых вод, связанная с изменениями климатических условий и степени расчлененности рельефа при движении с севера на юг. Г.Н. Каменский, исходя из указанных факторов и особенностей формирования грунтовых вод и их химического состава, выделил на территории бывшего СССР две зоны:
1. Зона вод выщелачивания (и выноса солей), приуроченная к гумидным областям (областям избыточного увлажнения) с невысокими положительными среднегодовыми температурами. Грунтовые воды выщелачивания формируются в условиях преобладания подземного стока над испарением. По мере движения с севера на юг изменяются глубина залегания грунтовых вод и их минерализация от очень пресных (больше 0,2 г/л) к пресным (до 1 г/л) и солоноватым (больше 1 г/л) в более южных районах.
2. Зона вод континентального засоления, приуроченная к аридным (засушливым) областям (сухие степи, полупустыни и пустыни), где выпадает малое количество атмосферных осадков, сравнительно высокие температуры и испаряемость. Следовательно, в этой зоне низка величина инфильтрационного питания грунтовых вод по сравнению с высокой испаряемостью, что определяет и низкую величину подземного стока. В этой зоне развиты преимущественно солоноватые и соленые воды, доходящие местами до рассолов.
Аналогичная классификация приводится И.К. Зайцевым и М.П. Распоповым, где, помимо широтной зональности грунтовых вод в пределах равнинных территорий, отмечается высотная зональность воды горных областей.
Для глубинных зон земной коры характерны минеральные воды. Минеральные воды – это воды, содержащие в себе ряд химических компонентов, с минерализацией свыше 1 г/л и выше. Минеральная вода является своего рода природным лекарством.
Лечебными минеральными водами называются природные воды, которые содержат в повышенных концентрациях те или другие минеральные, реже органические компоненты и газы. И обладают какими-нибудь физическими свойствами (радиоактивность, реакция среды и др.), благодаря чему эти воды оказывают на организм человека лечебное действие в той или иной степени, которое отличается от действия «пресной» воды. На базе месторождений минеральных вод, построены курорты, санатории, заводы по разливу минеральных вод.
Существует множество легенд о том, что завидное долголетие у некоторых народов связано не только с их образом жизни или питанием, а главным образом с той водой, которую они потребляют. Литературные памятники Месопотамии, датированные III тыс. до нашей эры, донесли до нас первые упоминания о целебных свойствах минеральной воды. Ученые древности предпринимали научные изучения, чтобы объяснить уникальные свойства минеральных вод. Первая попытка классифицировать минеральные воды по составу принадлежит греческому ученому Архигену жившему в II в. н. э. Он разделял четыре вида воды: aquaenitrose, aluminose, saline и sulfurose (щелочные, железистые, соленые и сернистые)5. Сенека выделял воды серные, железные, квасцовые и считал, что вкус указывает на их свойства. Свойства минеральной воды также изучали великие врачи древнего мира, как Гиппократ и Гален. В трудах Гиппократа говорится о профилактическом и лечебном использовании воды.
Классификация минеральных вод:
По химическому составу минеральная вода бывает:
- гидрокарбонатной;
- хлоридной;
- сульфатной.
По содержанию дополнительного действующего вещества минеральную воду подразделяют на:
- гидрокарбонатные;
- сульфатные;
- хлоридные;
- бромсодержащие;
- железистые;
- мышьякосодержащие;
- йодосодержащие;
- кремнистые;
- борные;
- сероводородные;
- радоновые;
- воды с повышенным содержанием органических веществ.
Процесс образования минеральной воды весьма сложен и ещё недостаточно изучен. При характеристике генезиса минеральной воды различают происхождение самой подземной воды, присутствующих в ней газов и образование её ионно-солевого состава.
Минеральные воды оказывают на организм человека лечебное действие всем комплексом растворённых в них веществ, а наличие специфических биологически активных компонентов (CO2, H2S, As и др.) и особых свойств определяет часто методы их лечебного использования.
В качестве основных критериев оценки лечебностиминеральных вод в советской курортологии приняты особенности их химического состава и физических свойства, которые одновременно служат важнейшими показателями для их классификации.
Некоторые минеральные воды применяют в качестве освежающего, хорошо утоляющего жажду столового напитка, способствующего повышению аппетита и употребляемого вместо пресной воды, без каких-либо медицинских показаний.
В ряде районов обычная питьевая вода достаточно сильно минерализована и вполне обосновано употребление её в качестве столового напитка. Можно использовать в качестве столовых минеральные воды хлоридно-натриевого типа с минерализацией не выше 4-4,5 г/л (для гидрокарбонатных вод – около 6 г/л).
Заключение
Вода играет немаловажную роль в формировании географической оболочки. Реки и подземные воды, перемещая минеральные вещества, участвуют в изменении рельефа. Частицы горных пород высоко поднимаются в атмосферу при извержении вулканов, сильных ветрах. Много солей содержится в гидросфере.
Вода и минеральные вещества входят в состав всех живых организмов, которые существуют в гидросфере и в атмосфере. Живые организмы, отмирая, образуют огромные толщи горных пород органического происхождения.
Вода необходима практически всем отраслям промышленно сти.
Основной потребитель пресной воды – сельское хозяйст во: она идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов и т.п.
Подземные воды питаю реки и озера, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек широко использует подземные воды: их выкачивают из-под земли для водоснабжения жителей городов и деревень, для нужд промышленности и для орошения сельскохозяйственных угодий.
Вода участвует в формировании литосферы. Биосферная роль воды состоит в том, что она участвуют в круговороте веществ и потоке энергии в биосфере.
На современном этапе проблема охраны и рационального использования водных ресурсов является одной из самых важных, так как данный вид природных ресурсов относится к медленно возобновляемым.
Список использованной литературы
1. Торошечников М.С., Радионов А.И., Кельцев Н.В. и др. Техника защиты окружающей среды: Учеб. пособие для вузов. - М.: Химия, 1981. - 368с.
2. Новиков Ю.В., Вода и жизнь на Земле - М. :Наука, 1981. - 184 с.
3. Бондарев В.П., Геология. Курс лекций: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования - М.: Форум: Инфра М., 2002. - 224 с.
4. Гарней Д., Атмосфера и океан: Наша жидкая окружающая среда - М.: Прогресс. 1982.- 182с.
1 Новиков Ю.В., Вода и жизнь на Земле - М. :Наука, 1981. - 37 с.
2 Гарней Д., Атмосфера и океан: Наша жидкая окружающая среда - М.: Прогресс. 1982.- 82с.
3 Бондарев В.П., Геология. Курс лекций: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования - М.: Форум: Инфра М., 2002. - 164 с.
4 Бондарев В.П., Геология. Курс лекций: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования - М.: Форум: Инфра М., 2002. - 171 с.
5 Новиков Ю.В., Вода и жизнь на Земле - М. :Наука, 1981. - 150 с.