Глава 6.

ОСОБЕННОСТИ ГАЛОГЕНЕЗА В ОЗЕРАХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

1. Химический состав речных и озерных вод

Речные и озерные воды отличаются прежде всего степенью минерализации, подразделяясь на пресные (с минерализацией < 1,0 г/л), солоноватые и соленые (> 24, 695 ‰). Степень минерализации определяется солевым составом, определяемым в основном ионами HCO₃, CO₃, SO₄, Cl, Ca, Mg, Na и K, а также Si. При этом вода 99 % рек мира относится к гидрокарбонатному классу.

Таблица 2

Средний состав речных вод мира, мг/л

(Meydtck M., 1979)

Чистота вод	Сa2+	Mg 2+	Na+	K+	Cl-	SO42-	HCO3 -	Σ ионов	SiO2
Без загрязне-ний	13,4	3,35	5,15	1,3	5,75	8,25	52	89,2	10,4
С учетом загрязне-ний	14,7	3,65	7,2	1,4	8,25	11,5	53	99,7	10,4

Участки распространения вод сульфатного и хлоридного состава как бы вкраплены в это общее гидрохимическое поле гидрокарбонатно-кальциевых вод.

Р. Гиббс считал, что механизмом, поддерживающим состав речных вод, является механизм влияния горных пород. На приводимой им диаграмме количественного состава вод в координатах общей солености и ионного состава, от ультрапресных до соленых (морских), их общая зависимость выражается параболической лентой (рис. 9,А). Гидрокарбонатно-кальциевые воды характеризуют воды с общей минерализацией от 10 до 2-3 тысяч ppm (мг/л); ультрапресные соответствуют верхней и нижней части параболической ветви. А их распределение зависит, в первую очередь, от объема атмосферных осадков и стока, высоких в первом случае и низких во втором (рис. 9,Б). Или, как это подчеркнул Г.С. Шилькрот (1998), по существу,- от характера водообмена (коэффициента стока). Вероятно, именно эта зависимость и является господствующей.

Второй из названных исследователей считает, что главный механизм, обеспечивающий устойчивость гидрокарбонатно-кальциевого состава речных и озерных вод обязан особенностям поведения карбонатной системы [CO₂ – HCO₃^- - CO₃ ^2-] и иона Ca в природных водах.

Эта система преимущественно определяется результатом взаимодействия свободной CO₂ с повсеместно распространенными на поверхности Земли карбонатными соединениями

CO₂+CaCO₃+H₂O↔Ca²⁺+2HCO₃^-

CO₂+MgCO₃+H₂O↔Mg²⁺+2HCO₃^-.

Возможен и механизм диссоциации в воде угольной кислоты

H₂CO₃↔H⁺+HCO₃^-↔2H⁺+CO₃^2-.

Рис. 9. Связь химического состава речных вод с их минерализацией (по Р. Гиббсу), и с коэффициентом стока (по Г.С. Шилькроту)

а – изменчивость содержания хлоридов и гидрокарбонатов (соотношение их весовых единиц) в водах, различающихся величиной общей минерализации; б – химизм речных вод мира и факторы, его опребеляющие.

Углекислота находится в состоянии динамического равновесия с CO₂ атмосферы. Растворимость CO₂ в воде зависит от ее температуры: при давлении 1 атм в 1 л воды растворяется 0,88 л CO₂ при температуре 20˚C и 1,7 л – при температуре O˚С (т.е. вдвое выше). Содержание CO₂ в текучих речных водах составляет n·0,1-n мг/л, достигая в застойных водах 20-30 мг/л (в результате окисления в воде содержащихся в ней органических веществ).

Поведение системы [CO₂ – HCO₃^- - CO₃^2-] зависит и от показаний pH. Свободная CO₂ доминирует в кислых водах. При pH<5 карбонаты отсутствуют, а содержание гидрокарбонатов снижено до долей мг/л. При нейтральных значениях pH (7-8) гидрокарбонаты доминируют. При pH>8 (дефицит свободной CO₂) в растворе появляются слаборастворимые карбонаты, которые затем могут осаждаться.

Осаждение карбонатов – достаточно обычный процесс для теплого периода, совпадающего со временем вегетации, когда в реках и озерах в процессе фотосинтеза органического вещества CO₂ становится дефицитным.

Минерализация поверхностных вод закономерно повышается в направлении от высокогорья к низкогорьям и далее к равнинам. Это характерно и для Алтайских территорий.

Химический состав речных вод Кулундинской степи непостоянен. В период весеннего половодья на большей части этой площади формируются гидрокарбонатные воды с минерализацией 150-200 мг/л, а в межень воды центральных районов Кулунды становятся сульфатными, в ряде случаев – хлоридными. Минерализация их повышается до 2 г/л, а в отдельных случаях и до 8-12 г/л. Изменчивость минерализации наблюдается в зависимости от того, к какой части потока эти воды приурочены. Так, в верхнем и среднем течении рек минерализация колеблется в пределах 0,1-1,5 г/л, в мелких протоках может повышаться до 16-25 г/л при отношении NaHCO₃ ко всей сумме солей от 0,2-0,3 до 0,6-0,98.

Как видно, тенденция эта однотипна, однонаправлена и для крупных морфологических зон и для мелких.

Примерно подобными же параметрами характеризуется и поведение тесно связанных с речными грунтовых вод. Так, для Южной Барабы и Северной Кулунды отмечена зависимость состава и минерализации вод от экспозиции склонов. На склонах северной экспедиции воды гидрокарбонатные кальциевые и магниевые, на южных – более разнообразны. От водоразделов к долинам состав меняется от содовых до хлоридных, а минерализация, соответственно, от 1,5 до 15 г/дм³.

Зависимость минерализации и химического состава в реках и озерах от степени водообмена вполне четкая. Отсюда - формирование пресных озер в случае их проточности и, наоборот, соленых – при бессточности.

По Г.С. Шилькроту, выделяются следующие особенности поведения карбонатно-кальциевой системы в поверхностных водах. Содержание гидрокарбонатов (карбонатов) кальция в них тесно связано с содержанием в водах свободной CO₂, а, через нее, с CO₂ атмосферы. И, кроме того, с процессами фотосинтеза и деструкцией органического вещества в воде и в почвах. Содержание гидрокарбонатов определяется величиной pH. Преобладание в составе речных и озерных вод соединений Ca – это результат повсеместного распространения Ca в ландшафтной оболочке, т.е. его высокого кларка.

Механизм минерализации речных и озерных вод можно назвать биогеохимическим: он связан с глобальным круговоротом углерода и, в значительной степени, с фотосинтезом и деструкцией органического вещества.

Влияние же морских атмосферных осадков, определяемое содержаниями Cl и Na, ограничивается в относительно узкой прибрежной полосе (10-20 км).

Велико и значение аридности. Образование здесь природных вод содового состава происходит, по-видидому, в результате непрерывного взаимодействия приточных вод гидрокарбонатно-кальциевого состава с озерной или речной водой, в которой уже накоплено заметное колическтво хлоридов и натрия:

Ca(HCO₃)₂+Na₂CO₃↔CaCO₃↓+2NaHCO₃;

2Ca(HCO₃)₂+NaCO3+H₂O→CaCO₃↓+Ca(OH)₂+NaHCO₃+ …

Подобные реакции характерны для малопродуктивных водоемов. В эвтрофных наблюдается неуклонное повышение в составе вод хлоридов магния и натрия при одновременном снижении кальция и гидрокарбонатов. Это обусловловлено использованием гидрокарбонатов как источника С при дефиците СO₂ во время массового развития фитопланктона и нитчатых водорослей. При этом накопление в воде хлоридов магния и натрия происходит спустя определенное количество лет после образования водоема, при прекращении фильтрации вод через ложе и берега.

В ландшафтах, где действие главного биогеохимического механизма ослабевает или затушевывается, формируются ультрапресные или, наоборот, высокоминерализованные воды.