Из каких составляющих складывается химический баланс речного бассейна? Дайте краткую характеристику каждой составляющей. (Решение → 32945)

Заказ №38834

Из каких составляющих складывается химический баланс речного бассейна? Дайте краткую характеристику каждой составляющей.

Решение:

Факторы влияющие на химический состав воды Большинство химических элементов мигрирует в ландшафте в виде ионных, молекулярных или коллоидных водных растворов. Вода – «кровь ландшафта», она находится в сложных обратимых взаимоотношениях с организмами, горными породами и атмосферой, которые и определяют химический состав вод ландшафтов. Состав природных вод ландшафта в значительной степени определяется зональностью и зависит от климата (температуры, влажности, количества осадков), а также литологическими условиями (составом и степенью растворимости горных пород). Но в осредненном виде можно выделить главные химические элементы, содержание которых в водах ландшафтов максимально (диапазон концентраций 1,0-1000 ч/млн) и второстепенные (0,01-10,0 ч/млн). Химический состав природной воды определяет предшествующая ему история, т.е. путь, совершенный водой в процессе своего круговорота. Количество растворенных веществ в такой воде будет зависеть, с одной стороны, от состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, с другой - от условий, в которых происходили эти взаимодействия. Влиять на химический состав воды могут следующие факторы: o горные породы, o почвы, o живые организмы, д o деятельность человека, к o климат, o рельеф, o водный режим, o растительность, o гидрогеологические o гидродинамические условия и пр. Рассмотрим лишь некоторые факторы, влияющие на состав воды. Почвенный раствор и фильтрующиеся через почву атмосферные осадки способны усиливать растворение пород и минералов. Это одно из важнейших свойств почвы, влияющее на формирование состава природных вод, является результатом увеличения концентрации диоксида углерода CO2 в почвенном растворе, выделяющегося при дыхании живых организмов и корневой системы в почвах и биохимическом распаде органических остатков. Вследствие этого концентрация CO2 в почвенном воздухе возрастает от 0,033 %, свойственных атмосферному воздуху, до 1 % и более в почвенном воздухе (в тяжелых глинистых почвах концентрация CO2 в почвенном воздухе достигает иногда 5-10 %, придавая тем самым раствору сильное агрессивное действие по отношению к породам). Другим фактором, усиливающим агрессивное действие фильтрующейся через почву воды, является органическое вещество - почвенный гумус, образующийся в почвах при трансформации 583 растительных остатков. В составе гумуса в качестве активных реагентов прежде всего следует назвать гуминовые и фульвокислоты и более простые соединения, например органические кислоты (лимонная, щавелевая, уксусная, яблочная и др.), амины и т.п. Почвенный раствор, обогащаясь органическими кислотами и CO2, во много раз ускоряет химическое выветривание алюмосиликатов, содержащихся в почвах. Аналогично вода, фильтрующаяся через почву, ускоряет химическое выветривание алюмосиликатов и карбонатных пород, подстилающих почву. Известняк легко образует растворимый (до 1,6 г/л) гидрокарбонат кальция: CaCO3 + H2O + CO2↔ Ca(HCO3)2 Почти на всей европейской части России (кроме Карелии и Мурманской области) известняки, а также доломиты MgCO3*СaCO3 залегают довольно близко к поверхности. Поэтому вода здесь содержит преимущественно гидрокарбонаты кальция и магния. В таких реках, как Волга, Дон, Северная Двина, и основных их притоках гидрокарбонаты кальция и магния составляют от 3/4 до 9/10 всех растворённых солей. Соли попадают в водоёмы и в результате деятельности человека. Так, хлоридами натрия NaCl и кальция CaCl2 зимой посыпают дороги, чтобы растапливать лёд. Весной вместе с талой водой хлориды стекают в реки. Треть хлоридов в реках европейской части России привнесена туда человеком. В реках, на которых стоят крупные города, эта доля гораздо больше. Рельеф местности косвенно влияет на состав воды, способствуя вымыванию солей из толщи пород. Глубина эрозионного вреза реки облегчает поступление в реку более минерализованных грунтовых вод нижних горизонтов. Этому же способствуют и другие виды депрессий (речные долины, балки, овраги), улучшающие дренирование водосбора. Климат же, создает общий фон, на котором происходит большинство процессов, влияющих на формирование химическою состава природных вод. Климат прежде всего определяет баланс тепла и влаги, от которого зависит увлажненность местности и объем водного стока, а, следовательно, и разбавление или концентрирование природных растворов и возможность растворения веществ или выпадения их в осадок. Огромное влияние на химический состав воды и его изменение с течением времени оказывают источники питания водного объекта и их соотношение. В период таяния снега вода в реках, озерах и водохранилищах имеет более низкую минерализацию, чем в период, когда большая часть питания осуществляется за счет грунтовых и подземных вод. Это обстоятельство используют при регулировании наполнения водохранилищ и сброса из них воды. Как правило, водохранилища наполняют в период весеннего половодья, когда приточная вода имеет меньшую минерализацию. Основные (преобладающие) компоненты химического баланса рек Ионный баланс рек В водных растворах подавляющее большинство солей существует в виде ионов. В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO3 - , хлорид Cl- и сульфат SO4 2- ) и четыре катиона (кальций Ca2+ , магний Mg2+ , натрий Na+ и калий K+ ) - их называют главными ионами. Хлорид-ионы (Cl– ) придают воде солёный вкус, сульфат-ионы (SO4 2– ), ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+) - - горький, 584 гидрокарбонат-ионы (HCO3 – ) - безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %, а в высокоминерализованных - свыше 99% всех растворенных веществ. Отнесение ионов K+ к числу главных является спорным. В подземных и поверхностных водах эти ионы, как правило, занимают второстепенное положение. Только в атмосферных осадках ионы K + могут играть главную роль. Ионная форма главных компонентов свойственна в полной мере лишь маломинерализованным водам. При увеличении концентрации между ионами усиливается взаимодействие, направленное на ассоциацию, т.е. процесс, обратный диссоциации. При этом образуются ассоциированные ионные пары, например MgHCO3 + , CaHCO3 + . Под влиянием климатических и других условий химический состав природных вод изменяется и приобретает характерные черты, иногда специфические для различных видов природных вод (атмосферные осадки, реки, озера, подземные воды). Воды большинства рек принадлежат к гидрокарбонатному классу. По составу катионов эта вода имеет почти исключительно преобладание кальция Ca; гидрокарбонатные воды с преобладанием магния Mg и натрия Na - крайне редкое явление. Из природных вод гидрокарбонатного класса наиболее распространены воды малой минерализации (суммарное содержание солей до 200 мг/л). Реки с водой, относящейся к сульфатному классу, сравнительно малочисленны. Они распространены преимущественно в степной полосе и частично в полупустынях. В составе катионов природных вод сульфатного класса, так же как и в водах гидрокарбонатного класса, преобладает кальций. Однако ряд рек сульфатного класса имеет преобладание натрия. По минерализации воды сульфатного класса значительно превосходят воды гидрокарбонатного класса. Речные сульфатные воды с малой (общее количество солей до 200 мг/л) и средней (общее количество солей с 200 до 500 мг/л) минерализацией встречаются сравнительно редко. Наиболее характерна для этих рек повышенная (общее количество солей с 500 до 1000 мг/л), а иногда и высокая (общее количество солей более 1000 мг/л) минерализация воды. Реки, воды которых относятся к хлоридному классу, встречаются почти так же редко, как и реки, в воде которых преобладают сульфаты. К этой территории относятся преимущественно степные районы и полупустыни. Преобладающими катионами природных вод хлоридного класса являются главным образом ионы натрия. Воды хлоридного класса отличаются высокой минерализацией - свыше 1000 мг/л, реже от 500 до 1000 мг/л. Приведенная характеристика ионного состава речной воды относится к периоду летней межени. До некоторой степени она характеризует состав и в период ледостава. Существенно иная, значительно меньшая минерализация воды наблюдается в период весеннего половодья. В распределении ионного состава речной воды на территории России наблюдается определенная закономерность. Имеется общая тенденция к увеличению минерализации воды на большей территории европейской части России с севера на юг и с запада на восток. Зональность ионного состава речных вод объясняется не только действием климатических условий настоящего времени, но и в значительной мере климатом прошлого. Степень выщелоченности почв и пород, наличие в них легкорастворимых солей или засоленность почв - это естественный результат многовекового воздействия соответствующих климатических условий. Нарушают зональность химического состава воды рек на территории России различия состава пород и условий их залегания. Стабилизация pH речной воды 585 Кислотно-щелочные условия природных вод определяются количеством водородных ионов. Их концентрация не превышает 0,0001 г/л, но они являются важнейшим геохимическим показателем природной среды. Для характеристики кислотно-щелочных условий используют отрицательный логарифм концентрации ионов водорода - показатель рН=-lg[H + ]. По величине рН природные ландшафтные воды делят: 1. сильнокислые (рН меньше 3), кислотность природных вод обусловлена свободной серной кислотой (реже соляной в вулканических ландшафтах); 2. кислые и слабокислые (рН от 3 до 6,5), кислотность связана с большим количеством органических кислот и окисью углерода. 3. нейтральные и слабощелочные (рН от 6,5 до 8,5) обусловленные присутствием бикарбонатов кальция Ca(HCO3)2; 4. сильнощелочные (рН больше 8,5), щелочность в большинстве случаев связана с присутствием соды (карбонатом Na2CO3 или гидрокарбонатом натрия NaHCO3). Подвижность основных элементов и их соединений меняется в зависимости от рН. Катионогенные элементы - кальций, стронций, барий, радий, медь, цинк, кадмий, наиболее подвижны в кислых средах, а анионогенные элементы - ванадий, мышьяк, селен, молибден, германий - щелочных средах. Миграция таких элементов как натрий, литий, бром, йод почти не контролируются рН. Изменения значения рН приводят к осаждению элементов или, наоборот, к переводу их в подвижное состояние. Наиболее показательно в этом отношении поведение железа: рН выпадения двухвалентного железа составляет 5,5. В тайге среда более кислая и двухвалентное железо интенсивно мигрирует. При увеличении значения рН двухвалентное железо осаждается. В болотах и малоподвижных реках степей и пустынь, в условиях слабощелочноей среды, двухвалентное железо неподвижно. Природная вода способна сохранять значение рН более или менее постоянным, даже если в неё извне попадает определённое количество кислоты или основания. Если в литр дистиллированной воды внести каплю концентрированной соляной кислоты, то рН понизится с 7 до 4. А если каплю соляной кислоты добавить в литр речной воды с рН = 7, показатель почти не изменится. Кислоты и основания, попадающие в природную воду, нейтрализуются растворёнными в ней углекислым газом и гидрокарбонат-ионами: H + + HCO3 - ↔ H2O + CO2↑ OH- + CO2 ↔ HCO3 -