Лекція 3.3. Основні процеси нагромадження, міграції та трансформації забруднювачів у природних водах

План

1. Способи оцінки інтенсивності водної міграції хімічних елементів

2. Природні фізико-хімічні процеси у водах

3. Техногенна метаморфізація вод

4. Геохімічні бар’єри

1. Способи оцінки інтенсивності водної міграції хімічних елементів

У процесі вивчення кларків хімічних елементів, можна було звернути увагу на те, що кларки хімічних елементів у земній корі, осадових породах і воді є різними. Це зумовлено тим, що різні хімічні елементи характеризуються різною інтенсивністю водної міграції.

Вперше інтенсивність водної міграції хімічних елементів намагався визначити американський вчений К.Х. Сміт у 1913 році. Він порівняв дані Кларка про середній склад сухого залишку річкових вод з середнім вмістом вивержених і осадових порід. Також, К.Х. Сміт застосував спеціальні перерахунки, які дали змогу визначити процент винесення оксидів з порід, по відношенню до винесення CaO (табл. 1).

Табл.1. Відносна рухомість оксидів (за К.Х. Смітом, 1913 р.)

Оксид	Середній вміст у сухому залишку річкових вод, %	Кларк у породах земної поверхні, %	Відносна рухливість оксидів,%
CaO	48,34	5,27	100,0
Na2O	14,61	1,69	96,1
MgO	9,55	2,86	36,3
K2O	3,09	2,84	11,9
SiO2	19,76	58,88	3,7
R2O3	4,65	19,35	2,6

К.Х Сміт не розвивав свою методику і не використовував її для розробки загальної теорії водної міграції хімічних елементів. Цю задачу намагався вирішити російський вчений Борис Борисович Полинов (1877-1952). У своїх розрахунках Б.Б. Полинов рухливість хімічних елементів і сполук оцінював відносно рухливості Cl, оскільки вважав цей елемент найбільш рухливим в умовах гіпергенезу. Б.Б. Полинов не тільки оцінив відносну рухливість хімічних елементів і сполук, але й об’єднав їх у групи, які відповідають фазам вивітрювання (табл.. 2).

Табл. 2. Фази вивітрювання (за Б.Б. Полиновим)

Фази вивітрювання	Характерні елементи і сполуки	Відносна рухливість хімічних елементів і сполук, %
1	Cl- SO42-	100 57
2	Ca Na Mg K	3,0 2,4 1,3 1,25
3	SiO2	0,20
4	Fe2O3 Al2O3	0,04 0,02

Відповідно до теорії Б.Б. Полинова в 1-шій фазі з порід у процесі гіпергенезу виносяться сполуки хлору і сірки, в 2-й – лужні і лужноземельні метали, в 3-й – кремнезем силікатів, в 4-й – оксиди типу R₂O₃.

В останній редакції (1948 р.) ряди міграції мали такий вигляд (табл. 3).

Табл.3. Ряди міграції (за Б.Б. Полиновим, 1948)

Міграційні ряди хімічних елементів	Склад рядів міграції	Показник порядку величин міграції
Енергійновиносимі	Cl (Br, J), S	2n•10
Легковиносимі	Ca, Na, Mg, K	n
Рухливі	SiO2 (силікатів), P, Mn	n•10-1
Інертні (слабо рухливі)	Fe, Al, Ti	n•10-2
Практично нерухливі	SiO2 (кварц)	n•10-∞

Б.Б. Полинов неодноразово повертався до обґрунтувань виділених ним фаз міграції на прикладі різноманітних ландшафтів. Про ці обґрунтування ви зможете прочитати самостійно у вкладці матеріал для поглибленого вивчення у курсі ФХП віртуального університету. А хто забажає опанувати цю тему мовою оригіналу рекомендую книгу Перельман А.И. Геохимия природных ландшафтов.

Розвиваючи ідеї Б.Б. Полинова Олександр Ілліч Перельман (1916-1998) запропонував оцінювати інтенсивність водної міграції хімічних елементів за допомогою показника – коефіцієнта водної міграції, який рівний відношенню вмісту елемента в сухому залишку води до його кларку у водовмісних породах, або до кларку літосфери.

Вміст хімічних елементів у водах переважно виражають у г/дм³, а у породах – в вагових %. В результаті приведення до спільного знаменника формула розрахунку коефіцієнта водної міграції буде мати вигляд:

,

де – вміст елемента у воді г/дм^{3 ;} _{– вміст елемента в гірській породі, або кларк літосфери у вагових відсотках;} – сухий залишок води в г/дм³.

Коефіцієнт водної міграції дає змогу виразити інтенсивність міграції хімічних елементів незалежно від міграції хлору чи інших елементів.

Гідрогеохімік Степан Львович Шварцев розрахував кларки хімічних елементів для природних вод зони гіпергенезу. Знаючи кларки у природних водах і кларки у літосфері можна розрахувати коефіцієнти водної міграції хімічних елементів (табл. 4).

Табл. 4. Інтенсивність міграції окремих хімічних елементів у природних водах.

Елемент	Кларк у природних водах, г/дм3	Кларк у літосфері, %	Коефіцієнт водної міграції
Сl	4,7•10-2	1,7•10-2	644
Br	1.83•10-4	2,1•10-4	203
J	1,61•10-3	4•10-5	99
Mo	2.06•10-6	1,1•10-4	4,4
Na	4,55•10-2	2,50	4,2
Ca	4,3•10-2	2,96	3,3
Mg	1,86•10-2	1,87	2,3
F	4,5•10-4	6,6•10-2	1,6
Sr	1,85•10-4	3,4•10-2	1,2
K	4,59•10-3	2,50	0,43
Cu	5,58•10-6	4,7•10-3	0,27
Fe	5,47•10-4	4,65	0,02
Al	2,79•10-4	8,05	0,008
Ti	1,07•10-5	0,45	0,005

Внаслідок високої розчинності хлоридів, сульфатів і карбонатів (особливо гідрокарбонатів) найбільш поширених на земній поверхні катіоногенних елементів (Na, К, Са, Mg та ін) найбільш поширений хімічний склад підземних вод – гідрокарбонатний, сульфатний і хлоридний.