74. Химический состав природных вод.

Факторы формирования ионного состава природных вод. Первоначально океан представлял собой смесь сильных кислот, за счет растворения вулканических газов в воде. По мере взаим-ия кислот воды с материалом берегов, с горн породами, постепенно анионы водорода заменялись на катионы (эквивал.кол-во) горных пород.

Факторы: 1) Геологический; 2) Эдафический (омывание почв); 3) Биологический. Это были прямые факторы. 4) Физико-геогр положение водного объекта (свет, влага, темпер) – косвенный фактор.

Содержание эл-та в земной коре зависит от: 1)кларка эл-та 2)миграционной способности его соединений 3)сп-ть поглощаться живыми орг-ми.

Процессы формирующие хим. состав.: 1)растворение осадочных пород, Сод-е СО₂ сильно влияет на растворимость солей Сa и Mg. С повышением СО₂ мы усиливаем процесс растворения осадочных горных пород. Высокое сод-е СО₂ в почвах или донных отложениях вымывает Са и Mg. 2)выщелачивание горных пород - необратимый процесс. Это перевод в раствор, одного или неск. ТВ. В-в на границе вода-порода. Кислая среда препятствует гидролизу тяж. Ме, следовательно, вода такого типа содержит тяж. Ме в растворенной форме. Почвы обогащают воду ионами. Это важный источник ионов щелочных металлов.

Главные анионы: НСО₃^-, Cl^-, SО_4, (бромиды, йодиды – для морских вод), (катионы аммония – для дождевых). Катионы: Ca, Na, K, Mg. Источник катионов - земная кора. Источник анионов - вулканические извержения. Между элементами основного солевого состава океанской воды, между каждым из них и их суммой существует практическое постоянство соотношений концентраций. Окончательно его доказал У. Дитмар, выполнивший полный химический анализ (хлориды, сульфаты, кальций, магний, натрий) 77 проб воды, доставленных из всех океанов с различных глубин экспедицией на "Челленджере": в воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны (закон Дитмара).

Органическое вещество природных вод.

Наличие орг-го в-ва необ. для ж/д э/с. 1)белки, жиры, углеводы 2)органические кислоты 3)гумусовые вещества 4)витамины. Автохтонные и аллохтонные органические вещества. Автохтонные вещества (синтезируются в водоеме) находятся во взвешенном и растворенном состоянии. Построение орг-го в-ва протекает с участием хемосинтезирующих и фотосинтезирующих бактерий. Хемобактерии создают орг-ие в-ва из простых неорг-х соед-ий, при этом используется СО₂, но используется не солнечная Е, а Е, кот. выделяется при хим. превращ-ях. Аллохтон. в-ва посту-ют с поверх-м стоком и осадками, привнесены из вне (2-5%).

Показатели, для определения концентации орг в-ва в водной среде:

1. Растворенный кислород; Косвенные показатели: 2) БПК (биол потребл кислор); 3)ХПК; 4) Перманганатная окисляемость (О2, пошедш. на окисл. перм. калия).

Органические соединения водной экосистемы являются являются конкурентами жив организмов за кислород. Эвтрофированные – водоемы с избытком орг в-ва.

Два показателя норм-го функционирования э/с: 1)первичная продукция – это кол-во, выраж-ое ч/з конц-ю орг-го в-ва, обр-сь в пр-се фотосинтеза автотрофами (на ед-цу объема, в ед-цу времени- мг/м² сут.); 2)биомасса – это кол-во жив.в-ва раст-й, животных, микроорг-ов, кот.нах-ся в ед-цу объема воды или донных отлож-х под ед-цу площади (г/м³, г/м²).

Стехиометрическая модель Ричардса. В 1966 году Ричардс вывел стехиометрическую модель органического вещ-ва природных вод в след виде: (СНО)₁₀₆ (NH₃)₁₆ Н₃РО₄ . Эта модель очень важна, именно в таком соотношении элементы нужны для фотосинтеза.

Температурная и кислородная стратификация водоемов.

Нормально функционирующий водный объект стратифицирован – разделен на слои. В водоеме можно выделить 3 слоя:

• Эпилимнион: постоянная высокая температура

• Металимнион: темпер-ра постепенно снижается

• Гиполимнион: температура минимальна и она постоянная

С увеличением глубины содержание кислорода уменьшается, падает температура.

Газы в природных водах: Газовый режим водоема определяет его экологическое состояние. 1)N₂, O₂, CO₂, Ar, O₃, H₂O₂, NO_X, Si_X, CO, 2)O₂, CO₂, CH₄, углеводороды, NH₃, H₂S, N₂, 3)H₂, HCl, HBr, HJ, H₂S, SO₂, 4)CO₂, CH₄, C₂H₆, C₃H₈…, 5)O₂, CO₂, H₂S.

Процесс растворения газов - обратимый процесс. Р_газ С_газ(р-р) две группы газов: 1)полярные молекулы (NH₃, HCl, SO₂, CO₂, H₂S) реагируют с водой с образованием водородн. связей. У них max растворимости. 2)неполярные (О₂, N₂). Растворимость мала.

Факторы, определяющие растворение газов в воде. 1)закон Генри-Дальтона: растворимость газов в воде прямо пропорционально парциональному давлению этого газа в атмосфере над водой. C_i=K*P_i , где С_i-равновесная концентрация газа в растворе, К-константа Генри, зависит от темпер и природы газа, Pi- парциальное давление газа в атмосфере. Закону Генри-Дальтона не подчиняются газы, высокомолекулярные, кот могут взаимодействовать с молекулами воды. 2)растворимость газов падает с повышением температуры. Прямой процесс растворения инвазия, обратимый - эвазия. 3)солесодержание: чем больше солей, тем хуже растворение. 4)раствор-е газов зависит от толщины и плотности поверхности пленки О₂ в водах.(во время штиля) Содержание О 14мг/л (по закону Г.-Д.)

СО₂ в воде. Экологическая значимость колоссальна. Приходящие пр-сы: 1)инвазия (+взаимод.с Н₂О Н₂СО₃) 2)дыхание вод.орг-мов 3)брожение, разложение орг.соед. 4)метоморфизация горн. осадоч. пород. Обратные пр-сы: 1)эвазия 2)фотосинтез 3)связывает СО₂, хим.выщелачиван.минералов. CO₂+H₂O H₂CO₃ HCO₃^-+H⁺ CO₃²⁺+2H⁺. Избыточное содерж.СО₂ определяет рН природ.среды. С глубиной содерж. СО₂ повыш.

H₂S в воде (не главный компонент). источники H₂S: 1)продукт полного распада белка 2)в зонах естественного природного накопления 3)восстановл. сульфатов в анаэробных условиях.

Классификация Алекина Принцип: по преобладанию аниона выделают классы: 1)кремниевые (тундра) - редко 2)гидрокарбонатные (С) 3)хлоридные (Сl) 4)сульфатные (S). Три преобладающих катиона (по ним выделяют виды): Са²⁺, Nа⁺, Mg²⁺.

Каждый вид делится на 4 типа вод.1) [НСО₃^-]>([Са²⁺]+[Mg²⁺]) легкие, слабощелочные, маломинерализованные. 2) [НСО₃^-]<([ Са²⁺]+[Mg²⁺]) <([НСО₃^-]+[SO₄^2-]). Сульфатные воды умеренной минерализации генетически связаны с осадочными породами (боль-во рек, озер, подземных вод). 3)[Cl^-]>[Na⁺], ([НСО₃^-]+[SO₄^2-]) < ([ Mg]+Са) это сильноминерализирован. воды мор. и океанов.4)[НСО₃^-]=0.Кисл. болотн.,рудничные,сточ.воды.Класс-ия не учитывает орг.в-во.

По минерализации: 1)ультрапресные, 2)пресные, 3)с относительно повышенной минерализацией, 4)солоноватые, 5)соленые, 6)повышенной солености, 7)переход к рассолам, 8)рассолы. Для морских вод вместо минерализации используется соленость. Соленость – это суммарное содержание в граммах всех твердых растворенных веществ в 1кг морской воды.

По кислотности. pH 2-3 – кислые воды, рудничные воды, воды в жерлах вулканов

pH 4-5,5-6 - воды слабокислые, они опред-ся кислотностью гумус, высшей водной и наземной растительностью. pH 6,-8,5 – нейтральные, слабощелочные воды рек, озер, морей, океанов. pH 9-11 – щелочные воды (подземные термальные воды)