img-090539
.pdf178
CSJ
я
асе
»«
a |
g |
|
к» |
X |
|
\о |
й |
|
а |
се |
|
ts |
« |
|
|
X |
|
|
св |
|
|
И |
|
|
0 °L |
|
|
5Я |
55 |
|
с в |
И |
|
Qi ^ |
|
|
» |
Ь |
|
a |
I |
|
В I |
|
|
s |
2 |
|
4 м |
|
|
3 |
* |
|
ft |
Св |
|
св |
« |
|
Й о |
|
|
5 Ц |
|
|
Л |
2 |
|
Й |
® |
|
е |
f t |
|
Я |
Ф |
|
55 |
^ |
|
S |
ft |
|
се |
|
|
X |
се |
|
§ |
S |
|
се |
1 |
|
й |
I |
|
° |
Л |
|
5 vo |
|
|
g К |
|
|
Д |
о |
|
£ |
5 |
|
2. * |
|
|
f |
3 |
|
1 & |
|
|
«6в 0§ |
|
|
U |
К |
а |
/-? |
ь |
WS |
ёв> |
\ftо |
3 5
фь
пз X
*?
£Ч
£«
а а
2 в
S >5
Se «
ft 3
о Й
* a
фU ф
Ч ь
ф
К
Ф№
Ч
С
г
о
в
Раздел 2. Общая и региональная гидрохим ия
S |
я ® |
|
Рн - |
|
|
. ев |
|
|
ft |
Я |
|
|
|||
i |
щ ® |
|
О |
F* . - |
+ Ч* |
|
|
ч |
&- Д |
a |
| “ |
JJ? Й |
|||
<g &о |
. |
Ой |
ич |
СЧч* |
О |
||
8 |
s g |
ь |
С|'Г* О 4О |
<5£ |
S О |
О + * |
|
р, й !S |
|
о |
я |
|
|
|
|
с ч § |
|
|
|
|
|||
|
сс |
И |
|
“ |
« * Й |
||
|
|
|
|
|
|
||
|
фQJ |
|
|
|
|
00 |
|
|
|
|
|
|
1Л |
|
|
|
Ч а> |
|
|
|
|
со |
|
|
ft я |
|
|
|
|
|
J. Q1Й
g s |
» |
|
Ч С- Я |
||
® Е |
о |
|
8 |
2 |
5 |
В 40 |
||
f t |
cd |
Я |
|
X |
|
|
Ч Ф |
|
|
ft Я |
|
|
ф |
ф |
2. |
щ |
я |
и М ш |
||
ч |
5- |
в |
>g &О3 |
||
1 |
2 |
g f |
ft °з Я |
||
с |
ч |
о |
|
|
Й |
|
8 . 1 |
|
д |
|
з |
ш ^ |
||
Й и |
Я |
|
5 |
5- ® |
|
\о а |
я |
|
о |
о |
о |
g |
* |
В |
а g. 5 |
||
|
|
О |
В Ч J |
||
|
Ч <и |
|
|
ф О) |
|
|
а |
я |
|
о |
|
А о |
Я |
|
2 |
s |
ш |
ч |
й- |
я |
® |
З о 3 |
|
8 2 |
з к |
|
ft свЯ |
||
с ч О |
||
Я |
|
й |
|
|
|
|
ч |
ф |
|
ф О) |
|
|
ft |
я |
s . |
а |
н |
|
|
|
|
|
° . о Й |
о |
* |
3 |
||
|
1 |
**• |
||||
СЧч* О + ^ |
о |
СО-гГ + |
||||
О |
Я |
% в |
к |
О |
* |
|
И |
й |
о |
|
со Z |
||
00 |
|
|
|
|
|
|
CD |
|
|
1Л |
|
|
|
|
|
|
|
<М |
|
|
|
ft я |
|
ft g t |
|||
|
Я о |
|
о |
Е-* |
||
I |
|
• |
О |
«ч |
||
|
ч |
|
(NX5*| Ч+ |
|||
счтг |
о |
|
|
|
|
|
О |
я |
сб |
о |
к , |
3 |
|
сл |
« |
О |
ш |
a |
u |
|
|> |
|
|
СО |
|
|
ОО
Г_ « +-Ч* |
f-l |
|
. |
|
|||
ft |
ящ |
|
|
||||
а Я |
к |
||||||
0 |
- |
Ен 5 |
|
0 |
EHI со |
|
|
1 |
О Z |
« |
|
О О |
|
||
|
ч |
1 й О |
|
||||
<N^ |
О + |
|
Nсб |
||||
О я " |
|
О |
я |
^ |
|||
со |
к |
|
со |
a |
|
О |
|
ео |
|
|
со |
|
|
|
|
со |
|
|
сл |
|
|
|
|
|
|
|
|
CN ЧУ |
О |
|
|
о |
|
|
О о |
|
|
||
св |
|
со |
щ |
<Й |
|||
и |
|
О |
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
со
|
А« |
к |
|
|
|
|
Рн |
* |
|
ft |
я |
|
|
ft |
Я |
||
|
Й в |
« |
|
|
о н + |
|||
|
Ч ь-r Вн |
0 ^ . *- |
Д |
, |
||||
|
»g |
О3 |
- |
2 ”- |
*• |
Rв |
||
|
8 2 |
g f |
1 |
Ч сб |
jz; |
|
||
|
ft свЯ |
«ntj* |
о о |
c U |
о О |
|||
|
в ч ° |
О |
я |
|
О я |
|||
|
|
Й |
С О |
X |
|
со |
« |
|
|
Ч О |
о |
|
|
CQ |
|
||
|
ft Я |
00 |
|
|
с£ |
|
||
|
ф ф |
|
|
|
|
|
|
|
« * § |
|
ft |
|
|
|
|
|
|
|
ф |
|
|
|
|
|
||
я |
К |
|
гг |
|
|
|
|
|
н |
3 |
|
о |
|
|
|
|
|
я |
ч |
|
и |
|
|
|
|
|
£ |
В |
|
о |
|
|
о |
|
|
й |
Ч |
|
a |
|
|
|
||
Р |
хо |
|
|
|
|
р^
I со |
|
|
|
rt |
с |
а |
л |
§ |
я |
|
О |
о, |
н |
О |
|
о |
|
+-ч< |
о |
о |
|
||
|
|
|
- |
* |
+i |
||
к |
|
|
|
М |
В Я 5 |
||
о |
|
|
|
2 |
° |
« |
z |
|
|
|
|
00 |
|
|
|
00 |
|
|
|
|
|
|
|
§ я , • |
|
CN TJ* сб |
|
||||
С g |
О |
м |
«« |
со |
- |
||
|
Ен |
N ^ f |
|
0 О |
|
||
8 |
5 “ |
2 |
° |
1 ~ +сб |
|||
|
|
6 |
Й |
|
|||
СО |
|
|
|
|
|
|
|
оГ |
|
|
|
|
|
|
|
I СО |
СС |
|
Рн |
Д |
сб |
||
о |
|
£ |
|
|
о |
о С^Ч9* о |
|
|
|
|
|
- |
ч |
П |
|
и |
|
|
|
|
б |
55 |
м |
со |
|
|
|
|
^ |
a |
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 4J- |
|
1 |
+ |
•«• |
|
f t |
Я |
К |
|
|
01 |
X |
|
|
и |
|
|
|
|
2 |
|
|
о |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
ч |
|
|
|
|
|
|
+ |
~ |
|
СЧ Tj< |
|
|||
СЧ ч * |
о |
|
|
+ |
|
||
O |
Я |
сч |
|
|
с |
Сб |
|
S |
К |
сб |
|
с о |
|||
|
О |
|
|
|
о |
|
|
со |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
со |
|
|
|
|
|
|
|
СЧ} |
|
|
|
|
|
|
|
о. Я |
|
|
>> |
о |
ей |
||
|- |
ч S+-»?ч |
|
. § я Ч |
||||
|
о |
нч |
|
и » |
р; о * ’ |
||
о |
я |
g |
|
|
О ё,ч К |
||
со |
й |
J? |
|
со |
о |
2 |
|
00 |
|
|
|
|
1Л |
|
|
CQ |
|
|
|
|
со |
|
|
Рн |
Я |
+Tf |
|
0 |
Д |
||
f t |
И |
|
|||||
о |
н |
|
|||||
|
о |
Й |
|
- |
г |
||
оа-ч»О |
|
|
1 |
|
|
||
|
|
CN . |
|||||
|
ч |
|
|
|
|||
О |
Я |
|
|
|
О ~Л |
||
со |
« |
|
|
|
w |
Q |
|
00 |
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
ф
1О
ОЯ
со
сбЯо
сб |
|
X |
|
f t |
f t |
Ен |
|
« |
О |
. |
|
с |
сб |
|
|
ч |
о |
|
|
|
|
Глава 3. Х им ический состав природных вод |
179 |
|
+ |
|
|
+ |
|
|
|
|
|
ем |
|
|
|
|
сч |
1 |
1 ео |
ев |
|
я |
|
Св |
о |
ц |
|
|||
о |
CM4J- |
О |
+■>* |
г |
|
|
ев |
О |
О |
С g |
|
|
|
C/J |
К |
X |
Q<Ч |
св |
|
|
£ |
|
Z |
С ° |
|
||
|
1Л |
|
|
О |
|
|
1Л |
|
|
о |
|
|
|
00 |
|
|
с о |
|
|
|
СЧ] |
|
|
|
|
|
|
•" + |
|
Рн |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
N |
|
|||
|
|
|
а |
Ян |
1ео |
св |
|
|
(ntj< |
% в |
о |
|
|||||
о |
о |
о |
о |
О |
|
|||
СО |
+ |
|
I |
4 |
о |
|
+ -J* |
|
^ |
|
(М r f |
о |
|
tc |
|
||
< |
св |
О |
5 |
|
|
|
||
о |
й |
с о |
й |
|
|
Z |
|
|
о |
|
|
05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
со |
св |
о |
о |
|
|
|
|
|
о |
- |
|
|
|
|
|||
0 |
|
^О |
N HU*' |
|
|
|
||
1* +са X |
и |
|
а |
|
|
|||
о |
ъ |
|
СО |
|
О |
|
|
|
ю |
|
|
|
|
|
|
||
CQ |
|
СО |
|
|
|
|
||
|
|
|
Рн |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
А |
см |
|
|
|
|
|
'"св |
а |
Св |
|
|
|||
|
О |
|
|
|
||||
О о |
о |
fr* |
|
|
|
|||
|
о |
|
|
|
|
|||
С О |
|
- |
1 |
ч |
К |
|
|
|
|
св |
О Я |
|
|
||||
О |
г |
|
со |
Й |
|
|
|
|
|
|
|
с о |
|
|
|
|
|
( М |
|
|
СО |
|
|
|
|
|
■*» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
<n^ 'ев |
^ |
§ |
Я |
+ |
* + * |
+yf |
||
С |
О |
|
,* |
2 g -ьь |
5 |
|||
С О |
|
- |
||||||
I ~ +св |
" о |
I |
s |
° |
S |
S 5 |
||
о |
2; |
СО |
° |
|
|
|
|
?« +
О
ГЛ rt
X
СО
о
sч
кЯ
|
|
|
СМ ем |
hr* |
ь |
g |
|
CQО ^ |
|
|
О |
r i |
||
<§■3 |
|
|
||
|
|
|
+ |
|
к |
|
|
св |
|
Й |
я " |
1 |
О |
|
Рн |
о |
О |
+ |
|
О о |
С О |
NH |
|
|
Си ч |
|
|
||
ь - |
|
|
|
|
с о |
|
|
|
|
|
Я |
|
св |
|
. g o |
о |
|
||
Сн |
о |
|
|
|
£ |
• 4 |
. |
+4* |
|
О |
О |
< N ^ |
|
|
|
я |
О |
к |
|
|
а со |
2 ; |
|
00
оГ
с<]
|
+ |
Рн |
|
+ |
|
|
CN |
||
1 |
CN |
Си |
Я |
Св |
О |
О |
о |
Е- |
О |
|
О |
|||
|
|
|||
UJ |
|
|
ч |
+ ’Т |
1 |
св |
см |
о |
X |
О |
« |
|||
|
Z |
И |
Z |
|
о |
0Q |
|CQ> °1
00
я"
с |
о |
1 |
си |
ч |
о |
О |
о |
С О |
|
S |
|
|
й |
|
05
ч*
+
ем
Св
О NH
п |
о a |
i |
f. ^ |
«в |
ф ж |
||
№ |
Й |
H м w |
|
CD |
ё я |
О <DS |
|
Ч |
« ° S |
О ^ * |
|
с s |
а> |
2 |
|
ьй |
Ё Ео |
|
|
ь £ |
b S ft |
S Э52. |
180Раздел 2. Общ ая и региональная гидрохимия
ВЦентральном Казахстане атмосферные осадки имеют сульфатно гидрокарбонатный кальциево-магниевый состав. Интервал колеба ния минерализации 20—80 мг/л, поступление солей небольшое —
4,6—12,1 т/(км2 • год) — из-за малого годового количества осадков
(150—200 мм).
Сибирь и Дальний Восток. Состав осадков вдоль сравнительно узкой береговой полосы преимущественно гидрокарбонатный маг ниево-натриевый и сульфатный кальциево-магниевый. На побере жье Охотского моря, на Сахалине и Камчатке выпадают осадки пре имущественно хлоридного натриевого состава. Среднегодовая минера лизация 5,6—42,5 мг/л, поступления солей 2,0—22,7т/(км2 ■год). Минимальное количество солей — 6 т/(км2 ■год) — поступает из атмосферы в районах нижнего течения Оби, Енисея и в районе оз. Байкал, максимальное -—до 22,7 т/(км2 • год) — на Камчатке, Сахалине, на побережье Охотского и Японского морей.
По данным большинства исследователей, pH атмосферных осадков всегда ниже 7,0, наиболее часто pH находится в пределах 5,0—6,0, что вполне объяснимо, поскольку при pH, равном 5,6, С02 дистиллированной воды находится в равновесии с С02 атмосферы. Понижению pH до 5—6 способствует присутствие в атмосфере N02 и S02. В отдельных случаях наблюдаются и более низкие значения pH — до 4,6.
В атмосферных осадках в ничтожных количествах присутству ют радиоактивные вещества. Они появляются в атмосфере в ре зультате естественных и искусственных процессов. Радиоактивные вещества поднимаются с пылью с земной поверхности (40К, 228U, 232Th, 226Ra и др.), а также образуются под действием космических лучей (10Ве, 14С, 32Si, 3Н, 22Na, 33Р и др.). Искусственным путем ра диоактивные элементы l37Cs, 40Sr, 144Се, 95Zr, 140Ва попадают в атмо сферу в результате испытаний ядерного оружия (период полураспа да для трех последних — меньше 1 года). Более крупные радиоак тивные продукты, образующиеся при взрывах, выпадают вблизи, а более мелкие — дисперсные — выносятся в верхние слои тропосфе ры и могут быть перенесены на большие расстояния.
Например, в результате аварии на Чернобыльской АЭС, про изошедшей в апреле 1986 г., из зоны аварии радиоактивные веще ства поднимались в виде газообразных и аэрозольных продуктов. Загрязненные радиоактивными веществами воздушные массы рас пространялись в соответствии с направлением ветров на большие расстояния по территории СНГ. Характерной особенностью выде лившихся в атмосферу радиоактивных продуктов является наличие в них радионуклидов иода и цезия.
Химический состав вод облаков изучен мало в связи с трудно стями отбора проб для исследования. Имеющиеся данные говорят
Глава 6. Гидрохимия атмосферных осадков |
1S1 |
о том, что минерализация облачных капель ниже минерализации атмосферных осадков, так как, выпадая из облака и достигая земли в виде дождя, снега или града, осадки на своем пути растворяют взвешенные в приземных слоях пылевые частицы (аэрозоли) и обо гащаются солями. Однако по мере промывания атмосферы осадки по химическому составу все более приближаются к облачным во дам, и там, где в нижних слоях атмосферы мало аэрозолей, осадки почти идентичны облачным водам.
П. П. Воронков отметил очень низкую минерализацию у свеже выпавшего снега в конце зимнего сезона, когда атмосферный воз дух чист и не содержит пыли. В районах, удаленных от источников
загрязнения, к концу зимы содержание ионов NO3, НСО3, СГ,
Са2+, Mg2+ в свежевыпавшем снеге может уменьшаться до аналити ческого нуля.
Е ионов, мг/л
Рис. 6.5. Зависимость суммарной минера лизации осадков от количества выпавших осадков (по В. М. Дроздовой и др.)
1 — Высокая Дубрава, 2 — Воейково, 3 — Кемери, 4 — Мудьюга
В одном и том же пункте наблюдений в зависимости от силы и направления ветра могут выпадать осадки различных химических типов и минерализации. В этом отношении показательны наблюде ния за изменением химического состава осадков в районе Проле тарского водохранилища в Ростовской области. В течение одного дождя первая проба имела минерализацию 135 мг/л, а вторая, ото бранная через 12 ч после первой, — 80 мг/л. Во время другого дож дя примерно за тот же промежуток времени минерализация упала со 178 до 95,1 мг/л, при этом изменился тип воды с третьего на первый. В этом же пункте за трехлетний период отмечены колеба ния минерализации в зависимости от направления ветра от 16,5 до 194 мг/л. Трансформация атмосферных осадков, происходящая при этом, отражает состав водно-растворимой части развеиваемого
182 |
Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия |
почвенного покрова водосбора. В частности, появление осадков первого типа связано с солонцами, широко представленными в рай оне Пролетарского водохранилища.
Содержание солей в атмосферных осадках находится в прямой зависимости от запыленности атмосферы и в обратной — от суммы выпадающих осадков (рис. 6.5). Первые порции дождя обогащают ся ионами сильнее, чем последующие. Разброс значений минерали зации особенно велик при малых количествах осадков и быстро уменьшается с увеличением их суммы. По данным X. Юнге, отно шение максимальной концентрации к минимальной составляет бо лее 20 при сумме осадков 1 мм, около 10 при сумме 10 мм и около 5 при сумме 20 мм.
6.2. Происхождение и формирование состава атмосферных осадков
Вещества, формирующие химический состав атмосферы и атмо сферных выпадений могут иметь естественное и искусственное про исхождение. Вещества естественного происхождения поступают в атмосферу в результате вулканической деятельности, выветрива ния почвы и горных пород, лесных пожаров, отмирания растений, волнения моря, сопровождающегося образованием брызг, сгорания метеоритов. Вещества антропогенного происхождения образуются в процессе сжигания ископаемого углеводородного топлива (уголь, нефть, газ), промышленных и бытовых отходов, при пожарах, ядерных взрывах и др. Соотношение поступающих в атмосферу ве ществ естественного и антропогенного происхождения приведено в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Масса (т/год) веществ, выбрасываемых в атмосферу (по А. М. Владимирову)
Вещество
О кси д углерода (СО)
Ди о кси д серы (S 0 2)
Оксиды азота (N O J
Аэрозоль (тверды е части ц ы )
Поли хлорви н и ловы е вещ ества,
ф реоны Озон (0 3)
У глеводороды
Свинец (РЬ)
Рту ть (H g)
Естественное
поступление
—
Н*“ |
00 |
|
о |
1,4 |
10® |
(7 ,7 ... 2 2 ,0 )- Ю 10
—
2,0 10е
1,0 10®
—
—
Антропогенные
выбросы
3,5 10в
1,45 108 ( 1 ,5 ... 2 ,0 )- 10т
( 9 ,6 ... 26,0) Ю 10
2,0 |
106 |
— |
|
H-f |
О( О *т |
Ч |
|
ро О |
UI |
о |
|
5,0 |
103 |
Глава 6. Гидрохимия атмосферных осадков |
183 |
Между сушей и океаном существует постоянный солеобмен. Миграция солей совершается не только водным, но и воздушным путем, поэтому осадки, выпадающие на море, содержат примесь континентальных солей, а осадки на континенте — примесь мор ских солей.
Формирование химического состава атмосферных осадков про исходит в два этапа: при образовании облаков (и туманов) и во вре мя выпадения снега и дождя. Во время образования облаков и ту манов при влажности воздуха 100 % влага конденсируется на аэро золях (или ядрах конденсации) различных размеров, главным об разом диаметром 10“5—10'3 см. Аэрозоли, как правило, гигроско пичны. Они представлены мельчайшими кристалликами галита, кальцита, гипса, доломита, частицами дыма, каплями газовых рас творов (S02, НС1 и др.), органическими веществами. Растворение солевых компонентов аэрозолей дает первоначальный химический состав атмосферных осадков. В снежинках в качестве ядер конден сации обнаружены сажевые частицы, силикаты, оксиды кальция и алюминия.
Активность аэрозолей в отношении образования капель и ледя ных кристаллов зависит от их размеров и химического состава, температуры, степени пересыщения пара. Большая часть (80 %) ледяных кристаллов образуется при минус 8 С на частицах разме ром более 10 мкм. При минус 20 °С льдообразующую активность проявляют лишь 30 % частиц. Основной механизм образования льда — конденсация.
Химический состав капель и ледяных кристаллов в облаке представлен СГ, SO^“, NO3, NH4, Са2+, Mg2+, Na+, К+; pH нахо дится в пределах 4,8—6,3; минерализация 5—10 мг/л. В облаке NO3 находится в форме растворов, NO* (N0 + N02 + органический азот) — в газовой фазе. Концентрация диоксида серы в аэрозолях внутри облака ниже, чем концентрация SO 2~ вжидкой фазе.
В туманах и в облаках над городом pH может снижаться до 2,2, содержание NOg в 2,5 раза превышать содержание SO4". При про
должительных туманах кислотность капель снижается за счет ней трализации аммиаком и известковой пылью.
Основными источниками атмосферного S02 являются адсорбция аэрозолями, гомогенное окисление S02 в газовой фазе, адсорбция поверхностью капель. В облачных каплях над Будапештом из об
щего количества SO4" (17 мг/л) около 30 % находилось в первич ных ядрах конденсации, 60 % составляли сульфаты, образующиеся за счет прямой сорбции S02 из атмосферы, и 10 % находилось в ви
де капелек раствора H2S04. Скорость влажного осаждения S04 равна 2 —6 м/с.
184 |
Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия |
Второй этап формирования химического состава атмосферных осадков начинается с выпадения дождевых капель и снежинок. За время движения вниз они захватывают аэрозоли, что повышает минерализацию капель и снежинок:
Ма = К (М0 + Мт), |
(6.1 ) |
где М 0 — начальная концентрация; Ма — концентрация атмосфер ных осадков; kB — коэффициент, характеризующий концентриро вание растворенных веществ в атмосферных осадках, во льду или в снеге за счет испарения; Мт — минерализация атмосферных осад ков, приобретенная за счет „мокрого” вымывания аэрозолей.
Величина Мхзависит от радиуса ( r j аэрозолей, от радиуса ка пель или кристаллов (г„), от коэффициента захвата аэрозолей г]а (< 1), от высоты (Н) облака, от спектрального распределения аэро золей по размерам:
(6-2)
П 0
Величина г]а постоянна для аэрозолей радиусом 50—2000 мкм и равна единице; при радиусе 5 мкм г)а = 0,5, при радиусе 2 мкм г)а = = 0,1. Аэрозоли радиусом менее 1 мкм практически не вымываются осадками.
Величина М тпри условии однородности и полной растворимо сти аэрозолей зависит от количества осадков Л:
Газы и аэрозоли атмосферы под влиянием различных факторов вступают во взаимодействие. Вещества могут взаимодействовать между собой в газовой фазе (гомогенные реакции) или с вещества ми, растворенными в каплях воды, или на поверхности сущест вующих аэрозолей (гетерогенные реакции), в результате образуют ся новые газовые продукты, которые, конденсируясь, дают аэро золи.
Почвы и горные породы — важнейший источник обогащения атмосферы аэрозолями. Вынос аэрозолей с поверхности почв осу ществляется во время бурь, ураганов, ветров, смерчей. Почвы по ставляют от 1014 до 5 • 10 й г/год аэрозолей. Аридные районы — ос новной источник аэрозолей континентов. Эти аэрозоли представле ны кварцем, слюдой, глинистыми минералами, сажей. Типичные представители континентального аэрозоля: SiO, Si02, А1203, СаС03,
Глава 6. Гидрохим ия атмосферных осадков |
185 |
MgO, Н20 (лед). Аэрозоли почвенного происхождения обогащены железом и марганцем. Высокие значения отношения Si/Al указы вают на континентальный генезис аэрозолей, а пониженные значе ния — на интенсивный вынос с поверхности глинистых частиц. Указанием на генезис элементов может явиться широко используе мый в геохимии коэффициент обогащения (фракционирования):
Et = ЭаА18(ЭеА1а), |
(6.4) |
где Эа — содержание любого элемента в аэрозолях, Эе — содержа ние любого элемента в земной коре, Alg — содержание алюминия в земной коре, А1а — содержание алюминия в аэрозолях. Для натрия, магния, ванадия, хрома, лантана Ef равно или близко к единице, что дает основание говорить об их почвенном происхождении. В зоне степей, полупустынь и пустынь аэрозоли обогащены солевыми частицами. Об этом свидетельствует химический состав атмосфер ных осадков соответствующих регионов.
Растительность и животный мир являются источником форми рования трех групп аэрозолей: 1 ) газообразных соединений (метана, цианистого водорода, изопрена, карбонилсульфида), 2) пыльцы и спор, 3) живых организмов (грибков, микробов, вирусов). Размеры пыльцы соответствуют тем размерам, при которых они могут дли тельно витать в воздухе (радиус частиц около 10 мкм). Этот тип аэ розолей распространяется на огромные расстояния. Пыльца обна руживалась в 2500 км от источника, морские бактерии — в 130 км от берега. Большое количество аэрозолей продуцируется при лес ных пожарах. За счет пожаров в атмосферу поступает 4 ■1015 г
С(С02)2; 8 ■1014 г С(С0); 15 • 1012 г Н2; 6 ■1013 г СН4; 2 ■1012 г N20; 14 ■1012 г N(N0^); 11 ■10й г ScyMMв год. Помимо большого количест ва сажевых частиц с 1 км2 территории, подвергнувшейся воздейст вию пожаров, в атмосферу поступает не менее 3,5 ■10s г Са2+;
1,2 • Ю5 г Mg2+; 0,3 • 105 г SO2 ; 0,4 - 105 г СГ; 0,4 • 105 г НР042";
1 ,6 - 105 г NH4. За счет сгорания биомассы в атмосферу вносятся
соединения калия, цинка, мышьяка, брома в виде аэрозолей субмикронных размеров.
Моря и океаны постоянно поставляют в атмосферу аэрозоли и ионы. Аэрозоли этого генезиса представлены сульфатом натрия и карбонатом кальция. В зимнее время крупные частицы морского генезиса состоят из NaCl • 2Н20; Na2S04 • 10Н20; MgS04 ■6Н20; CaS04 • 2Н20. Роль морских солей в аэрозолях над континентами резко падает. Так, морские соли среди ядер конденсации в свеже выпавшем снеге на станции Кемп-Сенчури (Гренландия, 300 км на восток от моря Баффина) составляют всего 1 %.
186 Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия
Существенная часть общей серы, поступающей из океана в ат мосферу, имеет биогенное происхождение. Морские водоросли вы деляют в атмосферу диметилсульфид, метилсульфид, диметилдисульфид, карбонилсульфид. Кроме того, из океана в атмосферу по ступает сера в виде сероуглерода, сульфатов. Приток серы в атмо сферу за счет океанического диметилсульфида равен 40 ■1012 г/год, что составляет 50 % притока от всех естественных источников; за счет карбонилсульфида поступает 0,5 ■1012 г/год. Некоторые иссле дователи считают, что поток серы биологического происхождения от поверхности океана составляет (27 ... 72) • 1012 г/год, от разбрыз гивания морской воды 44 ■1012 г/год, антропогенный вклад состав ляет (50... 80) • 1012 г/год. Вулканы вносят в атмосферувсего (2 ... 3) х х 1012 г/год. Суммарное поступление в атмосферу океанической се ры — (130 ... 275) ■1012 г/год.
Хозяйственная деятельность человека — мощный источник аэ розолей. Вклад антропогенных выбросов существен для всех со ставляющих общего баланса аэрозоля; для твердого углерода он преобладает над естественным, для сульфатов и органического ве щества составляет примерно 25 % естественного. Общее число за грязняющих атмосферу веществ исчисляется несколькими сот нями.
Общая масса промышленных и бытовых выбросов во всем мире составляет 600 Гт в год. За последние 100 лет в атмосферу поступи ло 1,35 Мт кремния, 1,5 Мт мышьяка, более 1 Мт никеля и столько же кобальта, по 0,6 Мт цинка и сурьмы.
Основные источники газово-пылевых выбросов — энергоемкие отрасли промышленности, поэтому своеобразен химический состав осадков промышленных районов. Выпадающие здесь дожди харак теризуются высоким содержанием сульфатов, образующихся глав ным образом при сжигании угля и нефти, а также при промышлен ной переработке серосодержащего сырья. Возникающий при этом S02 при взаимодействии с водяными капельками облаков и выпа
дающего дождя образует кислоты |
|
2S02 + 02 + 2HzO = 2SO4' + 4Н+, |
(6.5) |
а затем соли кислот, что нередко усиливает токсические свойства капель, ведет к образованию серной кислоты и выпадению кислот ных дождей.
В табл. 6.4 представлены типичные концентрации (в скобках — диапазоны) основных соединений серы и азота, приводящие к закислению осадков в атмосфере трех условных зон: урбанизирован ной, зоны с высокой степенью индустриализации (промышленной) и геохимически чистой.
Глава 6. Гидрохим ия атмосферных осадков |
187 |
Таблица 6.4
К онцентрации соединений серы и азота в атм осф ере, м к г/м 3
|
|
|
|
Зона |
|
|
|
урбанизированная |
промышленная |
геохимически |
|||
|
|
чистая |
||||
|
|
|
|
|
|
|
s o 2 |
40 (5—200) |
10 |
(1—50) |
0,5 |
(0,1—3) |
|
H2s |
3(0,5—10) |
0,5 (0,2—3) |
0,3 |
(0,1—1,0) |
||
SO2 (частицы) |
12 |
(3—25) |
10 |
(1—20) |
2,0 |
(0,5—5) |
NO |
8 |
(1—30) |
1,5 |
(0,3—5) |
0,2 |
(0,1—0,5) |
no2 |
20 |
(3—100) |
4 |
(1,0—15) |
0,5 |
(0,2—1,5) |
HN03 (газ) |
3(0,5—15) |
1,5 |
(0,1-6) |
0,2 |
(0,03—2) |
|
N03 (частицы) |
3(0,5—15) |
2,0 |
(0,3—8) |
0,4 |
(0,05—4) |
В урбанизированной зоне содержание соединений серы и азота в атмосферном воздухе практически полностью обусловлено антропо генной эмиссией, в промышленной зоне антропогенный вклад су щественно превышает вклад природных источников, а в геохими чески чистой определяющим становится природный фактор.
Как отмечает Ю. А. Израэль, результаты экспериментальных исследований показывают, что в геохимически чистых зонах ос новной вклад в кислотность осадков вносит диоксид углерода (око ло 80 %), в то время как суммарный вклад серной и азотной кислот составляет около 10%. В атмосфере регионов с высокой степенью индустриализации 60 % кислотности обусловлено наличием серной кислоты, 30 % — азотной, 5 % — соляной и лишь около 2 % — растворением диоксида углерода.
Примеры кислых реакций, наблюдаемых в природе: окисления
NH; + 202 = N03 + Н20 + 2Н+. |
(6.6) |
гидролиза |
|
A12(S04)3 + 6Н20 - 2А1(ОН)3) + 6Н++ 3S02' , |
(6.7) |
ионного обмена |
|
Са2+ + х•!Н =2Н++жСа2+. |
(6.8) |
[IT |
|
Пример щелочной реакции, наблюдаемой в природе:
СаСОд + Н 20 + С 0 2 = Са2+ + 2 Н С 0 3 |
(6 .9 ) |