Железо - Fe

Когда подземные воды, содержащие ионы двухвалентного железа, контактируют с атмосферой, может протекать следующая реакция:

2Fe2 4HCO3 H2O 12 O2 2Fe OH 3 4CO2

При взятии проб подземной воды она почти всегда соприкасается с воздухом, а для этой реакции необходимо небольшое количество О2, большинстве проб подземной воды, отбираемой для химического анализа, 2-валентное железо доокисляется до гидроксида 3-валентного железа.

Хотя в результате этой реакции рН несколько снижается, растворимость гидроокиси трехвалентного железа так низка при обычных величинах рН, что большая часть железа в растворе осаждается.

Кальций – Ca

При контакте с осадочными породами морского происхождения подземные воды получают большую часть содержащегося в них кальция за счет растворения кальцита, арагонита, доломита, ангидрита и гипса.

При выветривании изверженных и метаморфических пород кальций поступает в подземные воды из апатита, волластонита, флюорита и различных минералов групп полевого шпата, амфибола и пироксена.

Поскольку кальций широко распространен в земной коре и чрезвычайно подвижен в гидросфере, его ионы – одни из наиболее распространенных в подземных водах.

Кальций – Ca

Карбонат кальция легко растворяется в воде при условии большого содержания Н+.

Одним из важнейших источников Н+ в воде служит угольная кислота Н2СО3, которая диссоциирует на Н+ и HCO-3.

Реакции, в результате которых в воду поступают ионы кальция (т.н. «гидрокарбонатная система»):

Кальций – Ca

В чистой воде при 23°С может раствориться лишь 13*10-6 карбоната кальция, или около 5*10-6 кальция.

Поскольку в воде всегда есть какое-то количество двуокиси углерода, действительная растворимость карбоната кальция в природных водах гораздо выше.

Кроме того соли натрия и калия увеличивают растворимость карбоната кальция.

Поверхностные воды при равновесии с атмосферным углекислым газом могут содержать до 20-30*10-6 кальция при насыщении.

Если поверхностные воды обладают умеренно высокой минерализацией, в них содержится до 40-50*10-6 кальция за счет комплекса двуокиси углерода, бикарбоната и карбоната кальция.

Кальций – Ca

Концентрация СО2 в почвенном воздухе может превышать свою концентрацию в атмосфере в 10-100 и более раз. При

увеличении содержания двуокиси углерода почвенная

вода, вероятно, может содержать 100*10-6 кальция и

более.

При повышенном содержании двуокиси углерода,

вызванном вулканической деятельностью,

метаморфизмом карбонатов или диагенезом органических

осадков, в присутствии больших количеств бикарбонатов

количество кальция в воде может увеличиться до 200- 300*10-6.

Если в данной воде SO2-4 – главный анион и концентрация бикарбоната низкая, растворимость сульфата кальция (гипса) будет определять конечную концентрацию кальция.

В воде, насыщенной гипсом (проба 6), кальций содержится в количестве более 600*10-6.

Больше всего кальция находят в хлоридных рассолах —

более 50 000*10-6. Такие концентрации ниже предела насыщения для хлористого кальция, поэтому они вполне возможны.

Кальций – Ca

Концентрации кальция в нормальной питьевой подземной воде обычно изменяются от 10 до 100 ч. на 1 млн. Насколько известно, кальций в таких концентрациях не влияет на здоровье человека и животных. Даже присутствие 1000 ч. на 1 млн. кальция может оказаться безвредным. Широко распространенное мнение, что наличие кальция в воде способствует затвердению артерий, образованию камней в почках и заболеванию печени, фактическими данными не подтверждается.

Кальций – Ca

Хорошо известна реакция растворенного кальция с мылом, в результате которой образуется осадок, называемый «мыльным творогом». Ионы магния, железа, марганца, меди, бария и цинка также вызывают подобное явление и вместе с кальцием должны быть осаждены, прежде чем мыло будет использовано для чистки или мытья. Способность этих ионов нейтрализовать действие мыла называется жесткостью воды. Поскольку все ионы, за исключением ионов магния и кальция, имеют незначительные концентрации, жесткость воды обычно характеризуется суммарным действием только кальция и магния и выражается весовым содержанием карбоната кальция.

Магний – Mg

Источниками поступления магния в гидросферу обычно служат

доломиты, распространенные в осадочных породах;

оливин, биотит, роговая обманка и авгит, содержащиеся в изверженных породах;

серпентин, тальк, диопсид и тремолит, заключенные в метаморфических породах.

Кроме того, большинство кальцитов содержит магний, поэтому в растворе известняка обычно присутствует большое количество как кальция, так и магния.

Магний – Mg

Геохимия магния очень схожа с геохимией кальция.

Растворимость карбоната магния также зависит от наличия CO2.

Однако растворимость чистого карбоната магния MgCO3 гораздо выше растворимости карбоната кальция, поэтому карбонат магния не осаждается при обычной температуре и давлении, характерных для неглубоко залегающих подземных вод.

При воздействии атмосферного CO2 на карбонаты в природные растворы поступает около 190*10-6 магния.

При дополнительном воздействии CO2 почвы количество растворенного магния значительно возрастает.

Сульфат и хлорид магния хорошо растворимы, поэтому в равновесном растворе этих соединений будет содержаться несколько тысяч частей Mg на миллион (1000n*10-6).

Магний – Mg

Несмотря на высокую растворимость большинства соединений магния, концентрация магния в природных водах ниже концентрации кальция.

Это объясняется низкой растворимостью доломита и большим кларком кальция в земной коре.

В противоположность большинству природных вод, морская вода содержит магния примерно в пять раз больше, чем кальция.

Это объясняется поглощением кальция в больших количествах растительными и животными организмами для построения своего скелета, состоящего из арагонита и кальцита.

Некоторые воды, соприкасающиеся с богатыми магнием породами, такими, как оливин, базальт, серпентин и доломит, также могут содержать магния в два-три раза больше, чем кальция.