Условия формирования состава природных вод

Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, могут быть разделены на две основные группы. К первой группе следует отнести прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду: 1) горные породы; 2) почвы; 3) живые организмы, 4) деятельность человека. Ко второй группе – косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрологические и гидродинамические условия. Рассмотрим роль этих факторов в формировании состава природных вод.

Прямые факторы.

1. Горные породы и минералы, как источники солей для минерализации природных вод делятся на три группы: а) изверженные, магматические породы, образующие растворимые соли при их разложении; б) соли, рассеянные в сухом, растворенном или адсорбированном состоянии в различных осадочных породах; в) минералы и растворимые соли, находящиеся в виде скоплений или залежей. Скорость выщелачивания изверженных пород (процесс замены в кристаллической решетке ионов Са⁺², Nа⁺, Мg⁺², К⁺ на водород воды, повышение в растворе концентраций ОН^- и это явление называется выщелачиваниемпороды и характер образующихся продуктов зависят от физико - географических условий и в первую очередь от климата. Особенно влияет среда на минералогический состав образующихся твердых продуктов выветривания. К основным продуктам выветривания полевых шпатов принадлежат глинистые минералы, характер которых зависит от температуры, рН среды, условий дренажа (рельеф, фильтруемость пород). Соли в осадочных породах образуют местами скопления больших размеров, являющиеся постоянным источником минерализации воды. Это углекислые, сульфатные и хлористые соли кальция, магния, натрия и калия.

2. Большое значение для минерализации вод имеет и почвенный покров. Почвы содержат в своем составе помимо минеральной составляющей (90-95%) и органическую и органоминеральную составляющие. Органическая часть – это продукты распада растений и живых организмов, почвенный гумус, т. е продукты сложного биохимического превращения остатков отмерших растений и животных (85-90%). Весь этот разнородный по составу и происхождению материал пропитан почвенным раствором. Наименьшая концентрация почвенного раствора наблюдается в зоне избыточного увлажнения, и такие почвы слабо обогащают воду хлористыми и сульфатными солями. В областях с сухим климатом почвенный раствор имеет значительные концентрации солей, а воды обладают повышенной минерализацией. Таким образом, почвы – важнейший фактор минерализации воды. Речные воды в паводковый период в значительной мере являются почвенной вытяжкой, выполненной с помощью атмосферных вод.

3.Жизнедеятельность живых организмов, населяющих природные водоемы, изменяет химический состав воды:

-разложение остатков отмерших растительных и животных организмов, происходящее под действием бактерий;

-изменение состава растворенных газов в процессе жизнедеятельности организмов (обогащение воды кислородом и уменьшение СО₂ в процессе фотосинтеза);

-извлечение организмами из воды в процессе своей жизнедеятельности химических элементов (азот, фосфор, калий, углерод, кальций, микроэлементы).

4. Особое положение в воздействии живых организмов на химический состав природной воды имеет человек. В результате технической деятельности человека из недр Земли извлекаются миллиарды тонн различных веществ, вовлекаемых в круговорот, что меняет режим водоемов, структуру почв, загрязняет атмосферу, поверхностные и подземные воды.

Косвенные факторы.

Интенсивность воздействия прямых факторов на химический состав сильно зависит от условий, в которых происходит это взаимодействие, т.е. от физико-географических и геологических условий окружающей среды: климат, рельеф, водный режим, растительность и др.

Климат. Огромное значение для химического состава воды имеет климат.

а) определяет баланс тепла и влаги, от которых зависит увлажненность местности и величина водного стока, а следовательно, разбавление и концентрирование природных растворов и возможность растворение веществ и выпадения в осадок;

б) от климата зависят условия взаимодействия воды с породами, процесс выветривания пород, характер разложения остатков растительности, что влияет на минерализацию воды;

в) климатические условия определяют количество и характер атмосферных осадков (дождь, снег), их распределение в течение года, замерзание воды. Влияние климата на химический состав настолько существенно, что часто является решающим фактором, определяющим не только минерализацию воды, но и ее состав.

Рельеф. Важнейшим фактором состава воды является рельеф местности, хотя его роль носит менее явный характер. Рельеф территории (высота, защищенность от воздушных масс) воздействует не только на климат, но и на химический режим природных вод. С рельефом местности связаны условия стока, водный и солевой режим почв, заболоченность, освещенность местности, обуславливающая специфический состав воды.

Водный режим водоемов. Существенен в формировании химического состава воды и водный режим водоемов, который в свою очередь зависит от ряда физико-географических условий. Состав воды зависит от времени наступления половодья, от характера их питания.

Гидрологические и гидродинамические условия. Протяженность рек определяет гидрологический режим отдельных частей реки, наличие притоков и многое другое. Изменения, происходящие в течение года в характере питания, величин испарения интенсивности биологических процессов создают непрерывное изменение состава воды во времени (в течение года, суток). Рассмотрим на примере рек, расположенных на территории России, влияние прямых и косвенных факторов на величину минерализации и ионный состав воды. Как видим, из предложенной Вам таблице, большинство рек принадлежит к гидрокарбонатному классу. По составу катионов эти воды почти исключительно относятся к группе кальциевых. Наиболее распространены из вод гидрокарбонатного класса воды малой минерализации. Они занимают значительную часть Севера Европы и большую часть Восточной Сибири и Дальнего Востока. Их распространение совпадает с залеганием почв тундры, бедных растворимыми солями, но обогащающих воду органическими веществами. Значительно меньше распространены воды средней минерализации – это вся средняя полоса Европы. Зоны повышенной минерализации распространены на юге Европы. Гидрокарбонатные воды с малой минерализацией более 1 г/л встречаются редко. В распределении ионного состава воды на территории России наблюдается определенная закономерность: общая тенденция к увеличению минерализации воды в Европе с севера на юг и с запада на восток, в Азии – с севера на юг. Это является естественным следствием воздействия общего комплекса физико-географических условий, влияющих на формирование химического состава воды – большая увлажненность на Севере, преобладание менее минерализующих воду почв, обширность области вечной мерзлоты. В противоположность этому количество осадков к югу падает, сухость климата возрастает, подзолистые почвы сменяются черноземами и солончаковыми, сильно минерализующими воду. Таким образом, в химических процессах, протекающих в речной воде, проявляется важнейший географический закон – закон географической зональности.

Источники питания рек. Для состава речной воды и особенно его режима имеет значение источник питания: снег, дождь, горные снега и ледники.

- снеговое питание создает малую минерализацию воды с преобладанием в воде НСО ₃^- и Са⁺², в значительной мере зависящую от состава атмосферных осадков. Это объясняется тем, что почва под снежным покровом промерзает и, следовательно, талые воды не могут обогащаться солями;

- дождевое питание, если оно достаточно интенсивное для того, чтобы создать поверхностный сток, тоже обусловливает малую минерализацию воды, но выше, чем снеговое питание;

- горно-снеговое питание определяет малую минерализацию воды.

Особый характер приобретает состав воды поверхностного стока, если водосбор заболоченной воды, стекающей с болот, мало минерализован и содержит большое количество органических веществ гумусового происхождения, вследствие чего вода окрашена в желтый и коричневый цвета. При увеличении поверхностного стока минерализация речной воды падает, а при его уменьшении и увеличении грунтового питания она возрастает. Гидрохимический режим рек, находящихся в разных физико-географических условиях неодинаков.