ÝÊÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÁËÅÌÛ ÏÐÈÐÎÄÍÛÕ ÂÎÄ
Öàðåâ À., Ìîñêâà, 1996 ã.
Ïëàí:
1. Âîäíàÿ ñðåäà.
2. Âîäíûé áàëàíñ Çåìëè.
3. Âîäà ñ òî÷êè çðåíèÿ õèìèè.
• Îáùèå ñâîéñòâà âîäû.
• Èîííûé ñîñòàâ âîäû.
4. Ïîäçåìíûå âîäû.
ÂÎÄÍÀß ÑÐÅÄÀ.
Âîäíàÿ ñðåäà âêëþ÷àåò ïîâåðõíîñòíûå è
ïîäçåìíûå âîäû.
Ïîâåðõíîñòíûå âîäû â îñíîâíîì
ñîñðåäîòî÷åíû â îêåàíå, ñîäåðæàíèåì 1 ìëðä. 375 ìëí.
êóáè÷åñêèõ êèëîìåòðîâ--îêîëî 98 % âñåé âîäû íà
Çåìëå. Ïîâåðõíîñòü îêåàíà (àêâàòîðèÿ) ñîñòàâëÿåò
361 ìëí. êâàäðàòíûõ êèëîìåòðîâ. Îíà ïðèìåðíî â 2,4
ðàçà áîëüøå ïëîùàäè ñóøè òåððèòîðèè, çàíèìàþùåé
149 ìëí. êâàäðàòíûõ êèëîìåòðîâ. Âîäà â îêåàíå
ñîëåíàÿ, ïðè÷åì áîëüøàÿ åå ÷àñòü (áîëåå 1 ìëðä.
êóáè÷åñêèõ êèëîìåòðîâ) ñîõðàíÿåò ïîñòîÿííóþ
ñîëåíîñòü îêîëî 3,5 % è òåìïåðàòóðó, ïðèìåðíî
ðàâíóþ 3,7oÑ. Çàìåòíûå ðàçëè÷èÿ â ñîëåíîñòè è
òåìïåðàòóðå íàáëþäàþòñÿ ïî÷òè èñêëþ÷èòåëüíî â
ïîâåðõíîñòíîì ñëîå âîäû, à òàêæå â îêðàèííûõ è
îñîáåííî â ñðåäèçåìíûõ ìîðÿõ. Ñîäåðæàíèå
ðàñòâîðåííîãî êèñëîðîäà â âîäå ñóùåñòâåííî
óìåíüøàåòñÿ íà ãëóáèíå 50-60 ìåòðîâ.
Ïîäçåìíûå âîäû áûâàþò ñîëåíûìè,
ñîëåíîâàòûìè (ìåíüøåé ñîëåíîñòè) è ïðåñíûìè;
ñóùåñòâóþùèå ãåîòåðìàëüíûå âîäû èìåþò
ïîâûøåííóþ òåìïåðàòóðó(áîëåå 30`Ñ). Äëÿ
ïðîèçâîäñòâåííîé äåÿòåëüíîñòè ÷åëîâå÷åñòâà è
åãî õîçÿéñòâåííî-áûòîâûõ íóæä òðåáóåòñÿ ïðåñíàÿ
âîäà, êîëè÷åñòâî êîòîðîé ñîñòàâëÿåò âñåãî ëèøü 2,7
% îáùåãî îáúåìà âîäû íà Çåìëå, ïðè÷åì î÷åíü ìàëàÿ
åå äîëÿ (âñåãî 0,36 %) èìååòñÿ â ëåãêîäîñòóïíûõ äëÿ
äîáû÷è ìåñòàõ. Áîëüøàÿ ÷àñòü ïðåñíîé âîäû
ñîäåðæèòñÿ â ñíåãàõ è ïðåñíîâîäíûõ àéñáåðãàõ,
íàõîäÿùèõñÿ â ðàéîíàõ â îñíîâíîì Þæíîãî
ïîëÿðíîãî êðóãà. Ãîäîâîé ìèðîâîé ðå÷íîé ñòîê
ïðåñíîé âîäû ñîñòàâëÿåò 37,3 òûñ. êóáè÷åñêèõ
êèëîìåòðîâ. Êðîìå òîãî, ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ
÷àñòü ïîäçåìíûõ âîä, ðàâíàÿ 13 òûñ. êóáè÷åñêèì
êèëîìåòðàì. Ê ñîæàëåíèþ, áîëüøàÿ ÷àñòü ðå÷íîãî
ñòîêà â Ðîññèè, ñîñòàâëÿþùàÿ îêîëî 5000 êóáè÷åñêèõ
êèëîìåòðîâ, ïðèõîäèòñÿ íà ìàëîïëîäîðîäíûå è
ìàëîçàñåëåííûå ñåâåðíûå òåððèòîðèè. Ïðè
îòñóòñòâèè ïðåñíîé âîäû èñïîëüçóþò ñîëåíóþ
ïîâåðõíîñòíóþ èëè ïîäçåìíóþ âîäó, ïðîèçâîäÿ åå
îïðåñíåíèå èëè ãèïåðôèëüòðàöèþ: ïðîïóñêàþò ïîä
áîëüøèì ïåðåïàäîì äàâëåíèé ÷åðåç ïîëèìåðíûå
ìåìáðàíû ñ ìèêðîñêîïè÷åñêèìè îòâåðñòèÿìè,
çàäåðæèâàþùèìè ìîëåêóëû ñîëè. Îáà ýòè ïðîöåññà
âåñüìà ýíåðãîåìêè, ïîýòîìó ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ
ïðåäëîæåíèå, ñîñòîÿùåå â èñïîëüçîâàíèè â
êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ïðåñíîé âîäû ïðåñíîâîäíûõ
àéñáåðãîâ (èëè èõ ÷àñòè), êîòîðûå ñ ýòîé öåëüþ
áóêñèðóþò ïî âîäå ê áåðåãàì, íå èìåþùèì ïðåñíîé
âîäû, ãäå îðãàíèçóþò èõ òàÿíèå. Ïî
ïðåäâàðèòåëüíûì ðàñ÷åòàì ðàçðàáîò÷èêîâ ýòîãî
ïðåäëîæåíèÿ, ïîëó÷åíèå ïðåñíîé âîäû áóäåò
ïðèìåðíî âäâîå ìåíåå ýíåðãîåìêè ïî ñðàâíåíèþ ñ
îïðåñíåíèåì è ãèïåðôèëüòðàöèåé. Âàæíûì
îáñòîÿòåëüñòâîì, ïðèñóùèì âîäíîé ñðåäå, ÿâëÿåòñÿ
òî, ÷òî ÷åðåç íåå â îñíîâíîì ïåðåäàþòñÿ
èíôåêöèîííûå çàáîëåâàíèÿ (ïðèìåðíî 80 % âñåõ
çàáîëåâàíèé). Âïî÷åì, íåêîòîðûå èç íèõ, íàïðèìåð
êîêëþø, âåòðÿíêà, òóáåðêóëåç, ïåðåäàþòñÿ è ÷åðåç
âîçäóøíóþ ñðåäó. Ñ öåëüþ áîðüáû ñ
ðàñïðîñòðàíåíèåì çàáîëåâàíèé ÷åðåç âîäíóþ ñðåäó
Âñåìèðíàÿ îðãàíèçàöèÿ çäðàâî îõðàíåíèÿ (ÂÎÇ)
îáúÿâèëà òåêóùåå äåñÿòèëåòèå äåñÿòèëåòèåì
ïèòüåâîé âîäû.
ÂÎÄÍÛÉ ÁÀËÀÍÑ ÇÅÌËÈ.
×òîáû ïðåäñòàâèòü, ñêîëüêî âîäû ó÷àñòâóåò â
êðóãîâîðîòå, îõàðàêòåðèçóåì ðàçëè÷íûå ÷àñòè
ãèäðîñôåðû. Áîëåå 94 % åå ñîñòàâëÿåò Ìèðîâîé îêåàí.
Äðóãàÿ ÷àñòü(4 %) — ïîäçåìíûå âîäû. Ïðè ýòîì
ñëåäóåò ó÷åñòü,÷òî áîëüøàÿ èõ ÷àñòü îòíîñèòñÿ ê
ãëóáèííûì ðàññîëàì, à ïðåñíûå âîäû ñîñòàâëÿþò 1/15
äîëþ. Çíà÷èòåëåí òàêæå îáúåì ëüäà ïîëÿðíûõ
ëåäíèêîâ: ñ ïåðåñ÷åòîì íà âîäó îí äîñòèãàåò 24 ìëí.
êì, èëè 1,6 % îáúåìà ãèäðîñôåðû. Îçåðíîé âîäû â 100
ðàç ìåíüøå — 230 òûñ. êì, à â ðóñëàõ ðåê ñîäåðæèòñÿ
âñåãî ëèøü 1200 êì. âîäû, èëè 0,0001 % âñåé ãèäðîñôåðû.
Îäíàêî, íåñìîòðÿ íà ìàëûé îáúåì âîäû, ðåêè èãðàþò
î÷åíü áîëüøóþ ðîëü: îíè, êàê è ïîäçåìíûå âîäû,
óäîâëåòâîðÿþò çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü ïîòðåáíîñòåé
íàñåëåíèÿ, ïðîìûøëåííîñòè è îðîøàåìîãî
çåìëåäåëèÿ. Âîäû íà Çåìëå äîâîëüíî ìíîãî.
Ãèäðîñôåðà ñîñòàâëÿåò îêîëî 1/4180 ÷àñòè âñåé ìàññû
íàøåé ïëàíåòû. Îäíàêî íà äîëþ ïðåñíûõ âîä,
èñêëþ÷àÿ âîäó, ñêîâàííóþ â ïîëÿðíûõ ëåäíèêàõ,
ïðèõîäèòñÿ íåìíîãèì áîëåå 2 ìëí. êì, èëè òîëüêî 0,15
% âñåãî îáúåìà ãèäðîñôåðû.
ÂÎÄÀ Ñ ÒÎ×ÊÈ ÇÐÅÍÈß ÕÈÌÈÈ.
Îãðîìíàÿ ðîëü âîäû â æèçíè ÷åëîâåêà è ïðèðîäû
ïîñëóæèëà ïðè÷èíîé òîãî, ÷òî îíà áûëà îäíèì èç
ïåðâûõ ñîåäèíåíèé, ïðèâëåêøèõ âíèìàíèå ó÷¸íûõ.
Òåì íå ìåíåå, èçó÷åíèå âîäû åù¸ äàëåêî íå
çàêîí÷åíî.
Îáùèå ñâîéñòâà âîäû.
Âîäà â ñèëó ïîïóëÿðíîñòè å¸ ìîëåêóë
ñïîñîáñòâóåò ðàçëîæåíèþ êîíòàêòèðóþùèõ ñ íåé
ìîëåêóë ñîëåé íà èîíû, íî ñàìà âîäà ïðîÿâëÿåò
áîëüøóþ óñòîé÷èâîñòü è â õèìè÷åñêè ÷èñòîé âîäå
ñîäåðæèòñÿ î÷åíü ìàëî èîíîâ ïî H+ è OH-.
Âîäà — èíåðòíûé ðàñòâîðèòåëü; õèìè÷åñêè íå
èçìåíÿåòñÿ ïîä äåéñòâèåì áîëüøèíñòâà
òåõíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, êîòîðûå îíà ðàñòâîðÿåò.
Ýòî î÷åíü âàæíî äëÿ âñåõ æèâûõ îðãàíèçìîâ íà
íàøåé ïëàíåòå, ïîñêîëüêó íåîáõîäèìûå èõ òêàíÿì
ïèòàòåëüíûå âåùåñòâà ïîñòóïàþò â âîäíûõ
ðàñòâîðàõ â ñðàâíèòåëüíî ìàëî èçìåíåííîì âèäå. Â
ïðèðîäíûõ óñëîâèÿõ âîäà âñåãäà ñîäåðæèò òî èëè
èíîå êîëè÷åñòâî ïðèìåñåé, âçàèìîäåéñòâèÿ íå
òîëüêî ñ òâåðäûìè è æèäêèìè âåùåñòâàìè, íî
ðàñòâîðÿÿ òàêæå è ãàçû.
Äàæå èç ñâåæåâûïàâøåé äîæäåâîé âîäû ìîæíî
âûäåëèòü íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ìèëëèãðàììîâ
ðàçëè÷íûõ ðàñòâîðåííûõ â íåé âåùåñòâ íà êàæäûé
ëèòð îáúåìà. Àáñîëþòíî ÷èñòóþ âîäó íèêîãäà è
íèêîìó åù¸ íå óäàâàëîñü ïîëó÷èòü íè â îäíîì èç å¸
àãðåãàòíûõ ñîñòîÿíèé; õèìè÷åñêè ÷èñòóþ âîäó, â
çíà÷èòåëüíîé ìåðå ëèøåííóþ ðàñòâîðåííûõ
âåùåñòâ, ïðîèçâîäÿò ïóòåì äëèòåëüíîé è
êðîïîòëèâîé î÷èñòêè â ëàáîðàòîðèÿõ èëè íà
ñïåöèàëüíûõ ïðîìûøëåííûõ óñòàíîâêàõ.
 ïðèðîäíûõ óñëîâèÿõ âîäà íå ìîæåò ñîõðàíèòü
“õèìè÷åñêóþ ÷èñòîòó”. ïîñòîÿííî ñîïðèêàñàÿñü
ñî âñåâîçìîæíûìè âåùåñòâàìè, îíà ôàêòè÷åñêè
âñåãäà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðàñòâîð ðàçëè÷íîãî,
çà÷àñòóþ î÷åíü ñëîæíîãî ñâîéñòâà.  ïðåñíîé âîäå
ñîäåðæàíèå ðàñòâîðåííûõ âåùåñòâ îáû÷íî
ïðåâûøàåò 1 ã/ë. Îò íåñêîëüêèõ åäèíèö äî äåñÿòêîâ
ãðàììîâ íà ëèòð êîëåáëþòñÿ ñîäåðæàíèå ñîëåé â
ìîðñêîé âîäå: íàïðèìåð, â Áàëòèéñêîì ìîðå èõ
âñåãî 5 ã/ë., â ׸ðíîì — 18, à â Êðàñíîì ìîðå — äàæå 41
ã/ë.
Ñîëåâîé ñîñòàâ ìîðñêîé âîäû â îñíîâíîì íà 89
% ñëàãàåòñÿ èç õëîðèäîâ (ïðåèìóùåñòâåííî õëîðèäà
íàòðèÿ, êàëèÿ è êàëüöèÿ), 10 % ïðèõîäèòñÿ íà
ñóëüôàòû (íàòðèÿ, êàëèÿ, ìàãíèÿ) è 1 % — íà
êàðáîíàòû (íàòðèÿ, êàëüöèÿ) è äðóãèå ñîëè. Ïðåñíûå
âîäû ñîäåðæàò îáû÷íî áîëüøå âñåãî — äî 80 %
êàðáîíàòîâ (íàòðèÿ è êàëüöèÿ), îêîëî 13 % ñóëüôàòîâ
(íàòðèÿ, êàëèÿ, ìàãíèÿ) è 7 % õëîðèäîâ (íàòðèÿ è
êàëüöèÿ).
Âîäà õîðîøî ðàñòâîðÿåò ãàçû (îñîáåííî ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ), ãëàâíûì îáðàçîì êèñëîðîä,
àçîò, äèîêñèä óãëåðîäà, ñåðîâîäîðîä. Êîëè÷åñòâî
êèñëîðîäà èíîãäà äîñòèãàåò 6 ìã./ë. Â ìèíåðàëüíûõ
âîäàõ òèïà íàðçàí îáùåå ñîäåðæàíèå ãàçîâ ìîæåò
ñîñòàâëÿòü äî 0,1 %. Â ïðèðîäíîé âîäå ïðèñóòñòâóþò
ãóìóñîâûå âåùåñòâà — ñëîæíûå îðãàíè÷åñêèå
ñîåäèíåíèÿ, îáðàçóþùèåñÿ â ðåçóëüòàòå íåïîëíîãî
ðàñïàäà îñòàòêîâ ðàñòèòåëüíûõ è æèâîòíûõ òêàíåé,
à òàêæå ñîåäèíåíèÿ òèïà áåëêîâ, ñàõàðîâ, ñïèðòîâ.
Âîäà îáëàäàåò èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêîé òåïëîåìêîñòüþ.
Òåïëîåìêîñòü âîäû ïðèíÿòà çà åäèíèöó.
Òåïëîåìêîñòü ïåñêà, íàïðèìåð, ñîñòàâëÿåò 0,2, à
æåëåçà — ëèøü 0,107 òåïëîåìêîñòè âîäû. Ñïîñîáíîñòü
âîäû íàêàïëèâàòü áîëüøèå çàïàñû òåïëîâîé
ýíåðãèè ïîçâîëÿåò ñãëàæèâàòü ðåçêèå
òåìïåðàòóðíûå êîëåáàíèÿ íà ïðèáðåæíûõ ó÷àñòêàõ
Çåìëè â ðàçëè÷íûå âðåìåíà ãîäà è â ðàçëè÷íóþ ïîðó
ñóòîê: âîäà âûñòóïàåò êàê áû ðåãóëÿòîðîì
òåìïåðàòóðû íà âñåé íàøåé ïëàíåòå.
Ñëåäóåò îòìåòèòü îñîáîå ñâîéñòâî âîäû — å¸
âûñîêîå ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå — 72,7 ýðã/ñì2
(ïðè 20 °Ñ). Â ýòîì îòíîøåíèè èç âñåõ âèäîâ
æèäêîñòåé âîäà óñòóïàåò òîëüêî ðòóòè. Ïîäîáíîå
ñâîéñòâî âîäû âî ìíîãîì îáóñëîâëåíî âîäîðîäíûìè
ñâÿçÿìè ìåæäó îòäåëüíûìè ìîëåêóëàìè H2O.
Îñîáåííî íàãëÿäíî ïðîÿâëÿåòñÿ ïîâåðõíîñòíîå
íàòÿæåíèå â ïðèëèïàíèè âîäû êî ìíîãèì
ïîâåðõíîñòÿì — ñìà÷èâàíèè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî
âåùåñòâà — ãëèíà, ïåñîê, ñòåêëî, òêàíè, áóìàãà è
ìíîãèå äðóãèå, ëåãêî ñìà÷èâàåìûå âîäîé,
íåïðåìåííî èìåþò â ñâîåì ñîñòàâå àòîìû
êèñëîðîäà. Òàêîé ôàêò îêàçàëñÿ êëþ÷åâûì ïðè
îáúÿñíåíèè ïðèðîäû ñìà÷èâàíèÿ: ýíåðãåòè÷åñêè íå
óðàâíîâåøåííûå ìîëåêóëû ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ
âîäû ïîëó÷àþò âîçìîæíîñòü îáðàçîâàòü
äîïîëíèòåëüíûå ñâÿçè ñ “÷óæèìè” àòîìàìè
êèñëîðîäà.
Ñìà÷èâàíèå è ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå ëåæàò â
ñîñòàâå ÿâëåíèÿ, íàçâàííîãî êàïèëëÿðíîñòüþ: â
óçêèõ êàíàëàõ âîäà ñïîñîáíà ïîäíèìàòüñÿ íà
âûñîòó ãîðàçäî áîëüøóþ, ÷åì òà, êîòîðóþ “
ïîçâîëÿåò” ñèëà òÿæåñòè äëÿ ñòîëáèêà äàííîãî
ñå÷åíèÿ.
 êàïèëëÿðàõ âîäà îáëàäàåò ïîðàçèòåëüíûìè
ñâîéñòâàìè. Á. Â. Äåðÿãèí óñòàíîâèë, ÷òî â
êàïèëëÿðàõ âîäà, ñêîíäåíñèðîâàâøàÿñÿ èç
âîäÿíîãî ïàðà, íå çàìåðçàåò ïðè 00 è äàæå ïðè
ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû íà äåñÿòêè ãðàäóñîâ.
Ïðè 5000 °Ñ âîäÿíîé ïàð ñî âçðûâîì íàöåëî
ðàçëàãàåòñÿ íà âîäîðîä è êèñëîðîä.
Âîäà îòíîñèòñÿ ê ñëàáûì ýëåêòðîëèòàì.
Âîäà âåñüìà ðåàêöèîííîñïîñîáíîå âåùåñòâî:
ìîæåò ïðîÿâëÿòü êàê îêèñëèòåëüíûå, òàê è
âîññòàíîâèòåëüíûå ñâîéñòâà. Òàê, ïîä äåéñòâèåì
ñèëüíûõ âîññòàíîâèòåëåé âîäà ïðîÿâëÿåò
îêèñëèòåëüíûå ñâîéñòâà: íà õîëîäå îêèñëÿåò
ùåëî÷íûå è ùåëî÷íîçåìåëüíûå ìåòàëëû, à ïðè
òåìïåðàòóðå íàêàëèâàíèÿ — æåëåçî, óãëåðîä è äð.
2Na + 2H2O ® 2NaOH + H2
3Fe + 4H2O ® Fe3O4 + 4H2
Ïîä äåéñòâèåì ñèëüíûõ îêèñëèòåëåé (ôòîð, õëîð,
ýëåêòðè÷åñêèé òîê) âîäà ïðîÿâëÿåò
âîññòàíîâèòåëüíûå ñâîéñòâà.
Cóùåñòâóåò òðè òèïà ïðèñîåäèíåíèÿ âîäû ê
ìîëåêóëàì äðóãèõ âåùåñòâ: ïî èîííîìó,
êîîðäèíàòíîìó è àäñîðáöèîííîìó òèïó.
Ïðèñîåäèíåíèå ïî èîííîìó òèïó ïðîèñõîäèò ê
îêñèäàì ùåëî÷íûõ, ùåëî÷íîçåìåëüíûõ è
ðåäêîçåìåëüíûõ ìåòàëëîâ, à òàêæå ê êèñëîòíûì
îêñèäàì:
CaO + H2O ® Ca(OH)2
P2O5 + 3H2O ® 2H3PO4
Âîäà, ïðèñîåäèíÿåìàÿ ïî èîííîìó òèïó,
íàçûâàåòñÿ êîíñòèòóöèîííîé. Îíà óäàëÿåòñÿ ïðè
íàãðåâàíèè ñ áîëüøèì òðóäîì. Òàê îòùåïëåíèå îò
åäêîãî íàòðà íà÷èíàåòñÿ ïðè 1388°Ñ :
2NaOH ® Na2O + H2O
Ê èîíàì ìåòàëëîâ — êîìïëåêñîîáðàçîâàòåëåé
ïðèñîåäèíåíèå èä¸ò ïî êîîðäèíàòíîìó òèïó :
CaCl2 + CH2O ® Ca(H2O) 6 • Cl2
Ïîëó÷åííûå ñîåäèíåíèÿ íàçûâàþòñÿ
àêâàêîìïëåêñàìè, à âîäà, âîøåäøàÿ â èõ ñîñòàâ, —
êðèñòàëëèçàöèîííîé. Êðèñòàëëèçàöèîííàÿ âîäà
óäàëÿåòñÿ ëåã÷å, ÷åì êîíñòèòóöèîííàÿ, íàïðèìåð,
ïðè âûâåòðèâàíèè.
Ðàçëè÷íûå âåùåñòâà àäñîðáèðóþò íà ñâîåé
ïîâåðõíîñòè íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî âîäû çà ñ÷åò
ìåæìîëåêóëÿðíûõ ñèë ïðèòÿæåíèÿ. Âîäà,
ïðèñîåäèíåííàÿ ïî àäñîðáöèîííîìó òèïó,
íàçûâàåòñÿ ãèãðîñêîïè÷åñêîé; îíà óäàëÿåòñÿ
ëåã÷å, ÷åì êðèñòàëëèçàöèîííàÿ.
ÉÎÍÍÛÉ ÑÎÑÒÀÂ ÏÐÈÐÎÄÍÛÕ ÂÎÄ.
Ïðîèñõîäÿùåå â ïî÷âàõ ïðîöåññû îêèñëåíèÿ
îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ âûçûâàþò ðàñõîä êèñëîðîäà
è âûäåëåíèå óãëåêèñëîòû, ïîýòîìó â âîäå ïðè
ôèëüòðàöèè å¸ ÷åðåç ïî÷âó âîçðàñòàåò ñîäåðæàíèå
óãëåêèñëîòû, ÷òî ïðèâîäèò ê îáîãàùåíèþ ïðèðîäíûõ
âîä êàðáîíàòàìè êàëüöèÿ, ìàãíèÿ è æåëåçà, ñ
îáðàçîâàíèåì ðàñòâîðèìûõ â âîäå êèñëûõ ñîëåé
òèïà:
CaCO3 + H2O + CO2 ® Ca(HCO3)2
Áèêàðáîíàòû ïðèñóòñòâóþò ïî÷òè âî âñåõ âîäàõ â
òåõ èëè èíûõ êîëè÷åñòâàõ. Áîëüøóþ ðîëü â
ôîðìèðîâàíèè õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà âîäû èãðàþò
ïîäñòèëàþùèå ïî÷âó ãðóíòû, ñ êîòîðûìè âîäà
âñòóïàåò â ñîïðèêîñíîâåíèå, ôèëüòðóÿñü è
ðàñòâîðÿÿ íåêîòîðûå ìèíåðàëû. Îñîáåííî
èíòåíñèâíî îáîãàùàþò âîäû îñàäî÷íûå ïîðîäû,
òàêèå, êàê èçâåñòíÿêè, äîëîìèòû, ìåðãåëè, ãèïñ,
êàìåííàÿ ñîëü è äð.  ñâîþ î÷åðåäü ïî÷âà è ïîðîäû
îáëàäàþò ñïîñîáíîñòüþ àäñîðáèðîâàòü èç
ïðèðîäíîé âîäû íåêîòîðûå èîíû (íàïðèìåð, Ca2+, Mg2+),
çàìåùàÿ èõ ýêâèâàëåíòíûì êîëè÷åñòâî äðóãèõ
èîíîâ (Na+, K+).
Ïîäïî÷âåííûìè âîäàìè ëåã÷å âñåãî ðàñòâîðÿþòñÿ
õëîðèäû è ñóëüôàòû íàòðèÿ è ìàãíèÿ, õëîðèä
êàëüöèÿ. Ñèëèêàòíûå è àëþìîñèëèêàòíûå ïîðîäû
(ãðàíèòû, êâàðöåâûå ïîðîäû è ò.ä.) ïî÷òè
íåðàñòâîðèìû â âîäå è ñîäåðæàùåé óãëåêèñëîòó è
îðãàíè÷åñêèå êèñëîòû.
Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûìè â ïðèðîäíûõ âîäàõ
ÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå èîíû: Cl-, SO, HCO, CO, Na+, Mg2+, Ca2+,
H+.
Èîí õëîðà ïðèñóòñòâóåò ïî÷òè âî âñåõ ïðèðîäíûõ
âîäîåìàõ, ïðè÷åì åãî ñîäåðæàíèå ìåíÿåòñÿ â î÷åíü
øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Ñóëüôàò-èîí òàêæå
ðàñïðîñòðàíåí ïîâñåìåñòíî. Îñíîâíûì èñòî÷íèêîì
ðàñòâîðåííûõ â âîäå ñóëüôàòîâ ÿâëÿåòñÿ ãèïñ. Â
ïîäçåìíûõ âîäàõ ñ ñîäåðæàíèåì ñóëüôàò — èîíà
îáû÷íî âûøå, ÷åì â âîäå ðåê è îçåð. Èç èîíîâ
ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ â ïðèðîäíûõ âîäîåìàõ â
íàèáîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ íàõîäèòñÿ èîí íàòðèÿ,
êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ õàðàêòåðíûì èîíîì
ñèëüíîìèíåðàëèçîâàííûõ âîä ìîðåé è îêåàíîâ.
Èîíû êàëüöèÿ è ìàãíèÿ â ìàëîìèíåðàëèçîâàííûõ
âîäàõ çàíèìàþò ïåðâîå ìåñòî. Îñíîâíûì èñòî÷íèêîì
èîíîâ êàëüöèÿ ÿâëÿåòñÿ èçâåñòíÿêè, à ìàãíèÿ —
äîëîìèòû (MgCO3,CaCO3). Ëó÷øàÿ
ðàñòâîðèìîñòü ñóëüôàòîâ è êàðáîíàòîâ ìàãíèÿ
ïîçâîëÿåò ïðèñóòñòâîâàòü èîíàì ìàãíèÿ â
ïðèðîäíûõ âîäàõ â áîëüøèõ êîíöåíòðàöèÿõ, ÷åì
èîíîâ êàëüöèÿ.
Èîíû âîäîðîäà â ïðèðîäíîé âîäå îáóñëîâëåíû
äèññîöèàöèåé óãîëüíîé êèñëîòû. Áîëüøèíñòâî
ïðèðîäíûõ âîä èìåþò pH â ïðåäåëàõ 6,5 — 8,5. Äëÿ
ïîâåðõíîñòíûõ âîä â ñâÿçè ñ ìåíüøèì ñîäåðæàíèåì
â íèõ óãëåêèñëîòû pH îáû÷íî âûøå, ÷åì äëÿ
ïîäçåìíûõ.
Ñîåäèíåíèÿ àçîòà â ïðèðîäíîé âîäå ïðåäñòàâëåíû
èîíàìè àììîíèÿ, íèòðèòíûìè, íèòðàòíûìè èîíàìè çà
ñ÷åò ðàçëîæåíèÿ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ æèâîòíîãî
è ðàñòèòåëüíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ. Èîíû àììîíèÿ,
êðîìå òîãî, ïîïàäàþò â âîäîåìû ñî ñòî÷íûìè
ïðîìûøëåííûìè âîäàìè.
Ñîåäèíåíèÿ æåëåçà î÷åíü ÷àñòî âñòðå÷àþòñÿ â
ïðèðîäíûõ âîäàõ, ïðè÷åì ïåðåõîä æåëåçà â ðàñòâîð
ìîæåò ïðîèñõîäèòü ïîä äåéñòâèåì êèñëîðîäà èëè
êèñëîò (óãîëüíîé, îðãàíè÷åñêèõ). Òàê íàïðèìåð, ïðè
îêèñëåíèè âåñüìà ðàñïðîñòðàíåííîãî â ïîðîäàõ
ïèðèòà ïîëó÷àåòñÿ ñåðíîêèñëîå æåëåçî:
FeS2 + 4O2 ® Fe2+ + 2SO à ïðè äåéñòâèè
óãîëüíîé êèñëîòû — êàðáîíàò æåëåçà:
FeS2 + 2H2CO3 ® Fe2+ + 2HCO3 +
H2S + S.
Ñîåäèíåíèÿ êðåìíèÿ â ïðèðîäíûõ âîäàõ ìîãóò
áûòü â âèäå êðåìíåâîé êèñëîòû. Ïðè pH < 8
êðåìíèåâàÿ êèñëîòà íàõîäèòñÿ ïðàêòè÷åñêè â
íåäèññîöèèðîâàííîì âèäå; ïðè pH >8 êðåìíèåâàÿ
êèñëîòà ïðèñóòñòâóåò ñîâìåñòíî ñ HSiO, à ïðè pH >II
— òîëüêî HSiO. ×àñòü êðåìíèÿ íàõîäèòñÿ â
êîëëîèäíîì ñîñòîÿíèè, ñ ÷àñòèöàìè ñîñòàâà HSiO2•H2O,
à òàêæå â âèäå ïîëèêðåìíåâîé êèñëîòû: X•SiO2•y•H2O.
 ïðèðîäíûõ âîäàõ ïðèñóòñòâóþò òàêæå Al3+,Mn2+ è
äðóãèå êàòèîíû.
Ïîìèìî âåùåñòâ èîííîãî òàïà ïðèðîäíûå âîäû
ñîäåðæàò òàêæå ãàçû è îðãàíè÷åñêèå è
ãðóáîäèñïåðñíûå âçâåñè. Íàèáîëåå
ðàñïðîñòðàíåííûìè â ïðèðîäíûõ âîäàõ ãàçàìè
ÿâëÿþòñÿ êèñëîðîä è óãëåêèñëûé ãàç. Èñòî÷íèêîì
êèñëîðîäà ÿâëÿåòñÿ àòìîñôåðà, óãëåêèñëîòû —
áèîõèìè÷åñêèå ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â
ãëóáèííûõ ñëîÿõ çåìíîé êîðû, óãëåêèñëîòà èç
àòìîñôåðû.
Èç îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ, ïîïàäàþùèõ èçâíå,
ñëåäóåò îòìåòèòü ãóìèíîâûå âåùåñòâà, âûìûâàåìûå
âîäîé èç ãóìóñîâûõ ïî÷â (òîðôÿíèêîâ,
ñàïðîïåëèòîâ è äð.). Áîëüøàÿ ÷àñòü èç íèõ
íàõîäèòñÿ â êîëëîèäíîì ñîñòîÿíèè. Â ñàìèõ
âîäîåìàõ îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà íåïðåðûâíî
ïîñòóïàþò â âîäó â ðåçóëüòàòå îòìèðàíèÿ
ðàçëè÷íûõ âîäíûõ îðãàíèçìîâ. Ïðè ýòîì ÷àñòü èç
íèõ îñòàåòñÿ âçâåøåííîé â âîäå, à äðóãàÿ
îïóñêàåòñÿ íà äíî, ãäå ïðîèñõîäèò èõ ðàñïàä.
Ãðóáîäèñïåðñíûå ïðèìåñè, îáóñëàâëèâàþùèå
ìóòíîñòü ïðèðîäíûõ âîä, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé
âåùåñòâà ìèíåðàëüíîãî è îðãàíè÷åñêîãî
ïðîèñõîæäåíèÿ, ñìûâàåìûå ñ âåðõíåãî ïîêðîâà
çåìëè äîæäÿìè èëè òàëûìè âîäàìè âî âðåìÿ
âåñåííèõ ïàâîäêîâ.
ÏÎÄÇÅÌÍÛÅ ÂÎÄÛ.
Ñîâåòñêèé ó÷åíûé Ëåáåäåâ íà îñíîâå
ìíîãî÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ ðàçðàáîòàë
êëàññèôèêàöèþ âèäîâ âîäû â ïî÷âàõ è ãðóíòàõ.
Ïðåäñòàâëåíèÿ À. Ô. Ëåáåäåâà, ïîëó÷èâøèå
äàëüíåéøåå ðàçâèòèå â áîëåå ïîçäíèõ
èññëåäîâàíèÿõ, ïîçâîëèëè âûäåëèòü ñëåäóþùèå
âèäû âîäû â ãîðíûõ ïîðîäàõ: â ôîðìå ïàðà,
ñâÿçàííóþ, ñâîáîäíóþ, â òâåðäîì ñîñòîÿíèè.
Ïàðîîáðàçîâàííàÿ âîäà çàíèìàåò â ïîðîäå ïîðû,
íå çàïîëíåííûå æèäêîé âîäîé, è ïåðåìåùàåòñÿ çà
ñ÷åò ðàçëè÷íîé âåëè÷èíû óïðóãîñòè ïàðà èëè
ïîòîêîì âîçäóõà. Êîíäåíñèðóÿñü íà ÷àñòèöàõ
ïîðîäû, âîäÿíûå ïàðû ïåðåõîäÿò â äðóãèå âèäû
âëàãè.
Ðàçëè÷àþò íåñêîëüêî âèäîâ ñâÿçàííîé âîäû.
Ñîðáèðîâàííàÿ âîäà óäåðæèâàåòñÿ ÷àñòèöàìè
ïîðîäû ïîä âëèÿíèåì ñèë, âîçíèêàþùèõ ïðè
âçàèìîäåéñòâèè ìîëåêóë âîäû ñ ïîâåðõíîñòüþ ýòèõ
÷àñòèö è ñ îáìåííûìè êàòèîíàìè. Ñîðáèðîâàííóþ
âîäó ðàçäåëÿþò íà ïðî÷íîñâÿçàííóþ è
ðûõëîñâÿçàííóþ. Åñëè âëàæíóþ ãëèíó ïîäâåðãàòü
äàâëåíèþ, òî äàæå ïîä äàâëåíèåì â íåñêîëüêî òûñÿ÷
àòìîñôåð ÷àñòü âîäû íåâîçìîæíî óäàëèòü èç ãëèíû.
Ýòî ïðî÷íîñâÿçàííàÿ âîäà. Ïîëíîå óäàëåíèå òàêîé
âîäû äîñòèãàåòñÿ ëèøü ïðè òåìïåðàòóðå 150-300°Ñ. ×åì
ìåíüøå ìèíåðàëüíûå ÷àñòèöû, ñëàãàþùèå ïîðîäó, è,
ñëåäîâàòåëüíî, âûøå èõ ïîâåðõíîñòíàÿ ýíåðãèÿ,
òåì áîëüøåå êîëè÷åñòâî ïðî÷íîñâÿçàííîé âîäû â
ýòîé ïîðîäå. Ðûõëîñâÿçàííàÿ, èëè ïëåíî÷íàÿ, âîäà
îáðàçóåò ïë¸íêó âîêðóã ìèíåðàëüíûõ ÷àñòèö. Îíà
óäåðæèâàåòñÿ ñëàáåå è äîâîëüíî ëåãêî óäàëÿåòñÿ
èç ïîðîäû ïîä äàâëåíèåì. Îñîáåííî âàæíóþ ðîëü
èãðàåò ñîðáèðîâàííàÿ âîäà â ãëèíèñòûõ ïîðîäàõ.
Îíà âëèÿåò íà ïîðîíîñíûå ñâîéñòâà ãëèí è
ôèëüòðàöèîííóþ ñïîñîáíîñòü.
Êàê óæå óêàçûâàëîñü, ñâÿçàííàÿ âîäà ó÷àñòâóåò â
ñòðîåíèè êðèñòàëëè÷åñêèõ ðåø¸òîê íåêîòîðûõ
ìèíåðàëîâ. Êðèñòàëëèçàöèîííàÿ âîäà âõîäèò â
ñîñòàâ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåø¸òêè. Ãèïñ, íàïðèìåð
ñîäåðæèò äâå ìîëåêóëû âîäû CaSO4•2H2O. Ïðè
íàãðåâàíèè ãèïñ òåðÿåò âîäó è ïðåâðàùàåòñÿ â
àíãèäðèò (CaSO4).
Èçâåñòíî, ÷òî ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 4°Ñ âîäà
èìååò ìàêñèìàëüíóþ ïëîòíîñòü 1,000 ã/ñì3. Ïðè
100 °Ñ å¸ ïëîòíîñòü — 0,958 ã/ñì3, ïðè 250 °Ñ — 0,799
ã/ñì3. Çà ñ÷åò ïîíèæåííîé ïëîòíîñòè
ïðîèñõîäèò êîíâåêòèâíîå, âîñõîäÿùåå äâèæåíèå
íàãðåòûõ ïîäçåìíûõ âîä.
Ïðèíÿòî ñ÷èòàòü, ÷òî âîäà ïðàêòè÷åñêè
íåñæèìàåìà. Äåéñòâèòåëüíî, êîýôôèöèåíò
ñæèìàåìîñòè âîäû, ïîêàçûâàþùèé, íà êàêóþ äîëþ
ïåðâîíà÷àëüíîãî îáúåìà óìåíüøèòñÿ îáú¸ì âîäû
ïðè óâåëè÷åíèè äàâëåíèÿ íà I aò, î÷åíü ìàë. Äëÿ
÷èñòîé âîäû îí ðàâåí 5•10-5 I/àò. Îäíàêî óïðóãèå
ñâîéñòâà âîäû, à òàêæå âîäîâìåùàþùèõ ïîðîä
èãðàþò âàæíåéøóþ ðîëü â ïîäçåìíîé ãèäðîäèíàìèêå.
Çà ñ÷åò ñèë óïðóãîñòè ñîçäàåòñÿ íàïîð ïîäçåìíûõ
âîä. Òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå äåéñòâóþò íà
ïëîòíîñòü âîäû â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè.
Ïëîòíîñòü ïîäçåìíûõ âîä çàâèñèò òàêæå îò èõ
õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà è êîíöåíòðàöèè ñîëåé. Åñëè
ïðåñíûå ïîäçåìíûå âîäû èìåþò ïëîòíîñòü, áëèçêóþ
ê 1 ã/ñì3, òî ïëîòíîñòü êîíöåíòðèðîâàííûõ
ðàññîëîâ äîñòèãàåò 1,3-1,4 ã/ñì3. Ïîâûøåíèå
òåìïåðàòóðû ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíîìó óìåíüøåíèþ
âÿçêîñòè ïîäçåìíûõ âîä è, òàêèì îáðàçîì,
îáëåã÷àåò èõ äâèæåíèå ÷åðåç ìåëü÷àéøèå ïîðû.
Ïîäçåìíûå âîäû èñêëþ÷èòåëüíî ðàçíîîáðàçíû ïî
ñâîåìó õèìè÷åñêîìó ñîñòàâó. Âûñîêîãîðíûå
èñòî÷íèêè îáû÷íî äàþò î÷åíü ïðåñíóþ âîäó ñ
íèçêèì ñîäåðæàíèåì ðàñòâîðåííûõ ñîëåé, èíîãäà
ìåíåå 0,1 ã. â 1 ë., à â îäíîé èç ñêâàæèí â
Òóðêìåíèñòàíå áûë ðàññîë ñ ìèíåðàëèçàöèåé 547 ã/ë.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ:
1) “Ñîñòàâ, ñâîéñòâà è ìåòîäû î÷èñòêè ñòî÷íûõ
âîä ïðåäïðèÿòèé ãîðíîé ïðîìûøëåííîñòè” Å.Ô.
Ïàíèíà 1990ã.
2) È. Ô. Ëèâ÷àê, Þ. Â. Âîðîíîâ "Îõðàíà îêðóæàþùåé
ñðåäû".
3) Í. Ì. ×åðíîâà, À. Ì. Áûëîâà "Ýêîëîãèÿ".
4) æóðíàë "ÇÍÀÍÈÅ" (íàðîäíûé óíèâåðñèòåò
åñòåñòâåííîíàó÷íûé ôàêóëüòåò), "Çåìëÿ
ëþäåé".
Íàøè àâòîðñêèå ìåòîäè÷åñêèå ìàòåðèàëû ïî âîäíîé ýêîëîãèè è ãèäðîáèîëîãèè:
 íàøåì Èíòåðíåò-ìàãàçèíå ïî íåêîììåð÷åñêèì öåíàì (ïî ñåáåñòîèìîñòè ïðîèçâîäñòâà)
ìîæíî ïðèîáðåñòè ñëåäóþùèå ìåòîäè÷åñêèå ìàòåðèàëû
ïî âîäíîé è îêîëîâîäíîé ôëîðå è ôàóíå Ðîññèè:
êîìïüþòåðíûå öèôðîâûå (äëÿ PC-Windows) îïðåäåëèòåëè:
Ïðåñíîâîäíûå áåñïîçâîíî÷íûå,
Ðûáû,
Àìôèáèè,
Ðåïòèëèè,
ïðèëîæåíèÿ-îïðåäåëèòåëè äëÿ ñìàðòôîíîâ è ïëàíøåòîâ íà Àíäðîèäå:
Âîäíûå áåñïîçâîíî÷íûå,
Ðûáû,
Àìôèáèè,
Ðåïòèëèè
(èõ ìîæíî ñêà÷àòü èç ìàãàçèíîâ ïðèëîæåíèé ïî ññûëêàì íà ñòðàíèöàõ îïèñàíèé),
ïðèëîæåíèÿ-îïðåäåëèòåëè äëÿ iPhone è iPad:
Ðûáû,
Àìôèáèè
(èõ ìîæíî çàãðóçèòü â AppStore),
êàðìàííûå ïîëåâûå îïðåäåëèòåëè:
Ïðåñíîâîäíûå ðûáû,
Îáèòàòåëè âîäîåìîâ,
Ðàñòåíèÿ áîëîò,
Ðàñòåíèÿ ïðåñíûõ âîä,
ïîñîáèå "Îñíîâû ãèäðîáîòàíè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé",
öâåòíûå ëàìèíèðîâàííûå îïðåäåëèòåëüíûå òàáëèöû:
Âîäîðîñëè,
Öâåòû âîäîåìîâ è áîëîò,
Âîäíûå áåñïîçâîíî÷íûå,
Ïðåñíîâîäíûå è ïðîõîäíûå ðûáû,
Àìôèáèè è ðåïòèëèè,
îïðåäåëèòåëü ñåðèè "Ýíöèêëîïåäèÿ ïðèðîäû Ðîññèè":
Íàñåêîìûå.
|
|