9.1.2. Изотопный состав воды

Изучение изотопов кислорода (О¹⁶, О¹⁷, О¹⁸) и водорода (Н¹, Н², Н³) показало, что в зависимости от их комбинаций может существовать 18 различных типов воды. Особое внимание сейчас привлекла тяжелая или мертвая вода (Н₂²О или Д₂О), которая отличается от обычной воды особыми биологическими свойствами. В ней не прорастают семена, она смертельна для различных организмов. Однако содержание этой воды обычно незначительно и не оказывает вредного воздействия. Тяжелая вода имеет плотность 1,106, максимальная плотность – при + 11,8 ⁰С, t_кип. = 101,42⁰, t_плавл. = 3,82.

Изучение изотопов водорода показало, что их природное фракционирование зависит от многих причин. С увеличением возраста вод (седиментационные воды) количество дейтерия увеличивается; тяжелее обычной воды оказалась кристаллизационная, а также вода, содержащаяся в тканях растений и животных. Сверхтяжелая вода (Т₂О¹⁸или Н₂³О¹⁸) имеет плотность 24, т.е. она на 33% тяжелее обычной воды. Удельный вес ее 1,332, t_кип. 103-105⁰С, точка плавления льда 8-10⁰, точка наибольшей плотности 18-20⁰С.

Некоторые исследователи (А.С. Уклонский и др.) считают, что кислород О¹⁶ характерен для атмосферной воды, воды на поверхности Земли и подземных вод, питаемых атмосферными осадками; О¹⁷ –для океанов, а О¹⁸ – для глубинных вод литосферы. Вполне возможно, что непостоянство изотопного состава воды наряду со структурой является одной из причин проявления свойственных воде аномалий.

9.1.3. Физические свойства воды

К главнейшим физическим свойствам природных вод, которые обычно определяются при гидрогеологических исследованиях, относятся: температура, цвет, прозрачность, вкус, запах, удельный вес.

Температура.

Температура подземных вод колеблется в широких пределах: от минусовой в области многолетней мерзлоты (-13,5⁰С), до температуры перегретых паров (>120⁰С) в районах молодой вулканической деятельности и на больших глубинах. Температура вод определенным образом влияет на химический состав. Повышение температуры увеличивает скорость движения молекул в растворе и скорость течения большинства физико-химических реакций (правило Оствальда). Определение температуры воды производят различными термометрами, применяются так называемые родниковые термометры (ленивые), а также максимальные и минимальные. Более чувствительными и точными являются электрические термометры и электронные датчики.

Прозрачность.

Прозрачность воды зависит от количества в ней взвешенных частиц. Качественно ее определяют в пробирке, в которую налито 10мл воды. Глядя сверху, определяют степень прозрачности воды по номенклатуре: прозрачная, слабоопалесцирующая, опалесцирующая, слегка мутная, мутная, сильно мутная. Количественное определение прозрачности проводят в приборе,- цилиндре с объемным плоским пришлифованным дном, градуированном по высоте на сантиметры. Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба с точностью до 0,5см. Для определения количества взвешенных частиц пробу воды (0,5-1,0л) взбалтывают и фильтруют через взвешенный тигель с пористым дном или через взвешенный фильтр, затем сушат и взвешивают. В случае изменения прозрачности воды при стоянии дают характеристику выпавшему осадку (нет, незначительный, заметный, большой) и по качеству (кристаллический, хлопьевидный, илистый, песчаный и т.д.) с указанием его цвета.

Цвет.

Цвет воды до некоторой степени характеризует ее качество. Химически чистая вода бесцветна, и только в слое толщиной несколько метров она приобретает голубой цвет. Окраску воде придают механические примеси. Желтоватый цвет характерен для болотных вод, содержащих гуминовые вещества. Иногда вода имеет цвет чая (р.Чая). Вода чернеет за счет образования моносульфида железа в поверхностных условиях, после извлечения ее с глубины.

Качественное определение цвета производят в прозрачной воде, в пробирке, под которую подставляют белую бумагу. Цвет воды характеризуется следующим образом: бесцветная, зеленоватая, желтоватая, бурая и т.д.

Количественное определение производят сравнением исследуемой воды, налитой в цилиндр бесцветного стекла 100мл и высотой 20см, со стандартным платинокобальтовым раствором, налитым в такой же цилиндр, при просмотре на белом фоне.

Вкус.

Вкус воды зависит от состава растворенных в ней веществ. Например, соленый вкус вызывается NaCl, горький – MgSO₄, ржавый или чернильный – солями железа. Сладковатый вкус имеют воды, богатые органическим веществом.

Для определения вкуса воду подогревают до 30⁰С набирают в рот около 15 мл и держат несколько секунд. Различают: соленый, горький, сладкий и кислый вкус, а также привкус: хлорный, рыбный, металлический и др.

Запах.

Запах воды свидетельствует или о наличии газов биохимического происхождения (H ₂ S и др.) или о присутствии гниющих органических веществ.

Нагревают воду в пробирке с пробкой, а затем нюхают, характер запаха: без запаха, сероводородный, болотный, глинистый, плесневелый и т.д. по баллам (от 0 до 5).

Удельный вес (плотность, г/см³).

Зависит от величины минерализации, температуры, газонасыщенности и др.). Он определяется: ориентировочно – ареометром, точно – пикнометром, при определенной температуре.