Химический состав океанических, речных и озерных вод

Гидросфера– водная оболочка Земли. Вследствие высо­кой подвижности воды проникают повсеместно в различные природные образования. Вода находится в виде паров и об­лаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, суще­ствует в виде ледников в высокогорных районах континен­тов. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов различ­ной концентрации. Даже наиболее чистые атмос­ферные воды содержат 10-50 мг/л растворенных веществ.

Вода как окись водорода Н2О является простейшим, устой­чивым в обычных условиях соединением водорода с кислоро­дом. Общее количество воды на планете составляет прибли­зительно 1,5 - 2,5 х 1024 граммов (от 1,5 до 2,5 млрд км3).

По выражению В.И. Вернадского, вода стоит особняком в истории нашей планеты, но воде принадлежит важней­шая роль в геологической истории Земли. Вода является одним из факторов формирования физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете, возникно­вения жизни на Земле.

Наша планета на 3/4 покрыта водой, льдами; над ней плывут облака в виде скопления парообразной воды. Вода наполняет клетки растений и животных; клетки тела челове­ка в среднем на 70% состоят из воды.

Воды в природных условиях всегда содержат растворенные соли, газы, органические вещества. Их концентрация меняет­ся в зависимости от происхождения воды и окружающих ус­ловий. При концентрации солей до 1 г/кг вода считается пре­сной, до 25 г/кг – солоноватой и более 25 г/кг – соленой.

Наименее минерализованными считаются атмосферные осад­ки, в которых, в среднем, концентрация солей составляет 10–20 мг/кг, затем пресные озера и реки (5–1000 мг/кг). Соленость океана составляет около 35 г/кг. Моря имеют мень­шую минерализацию – от 8 до 22 г/кг. Минерализация под­земных вод вблизи поверхности в условиях избыточного ув­лажнения составляет        до 1 г/кг, а в засушливых условиях до 100 г/кг.

В пресных водах обычно преобладают ионы НСО3-, Са2+, Mg2+. По мере увеличения общей минерализации растет кон­центрация ионов S042-, Cl-, Na+, K+. В высокоминерализован­ных водах преобладают ионы хлора и натрия, реже – магния и очень редко – кальция. Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, но почти все естественные элементы пе­риодической системы найдены в природных водах.

Из растворенных газов в воде присутствуют азот, кисло­род, двуокись углерода, благородные газы, редко – серово­дород и углеводороды.

Концентрация органических веществ невелика. Она состав­ляет: в реках – около 20 мг/л, в подземных водах еще мень­ше и в океанах – около 4 мг/л. Исключение составляют бо­лотные воды и воды нефтяных месторождений, а также воды, загрязненные промышленными и бытовыми стоками, где концентрация органических веществ может быть велика.

Первоисточниками солей природных вод являются веще­ства, которые образуются при химическом выветривании изверженных пород, а также вещества, которые выделялись из недр Земли на протяжении ее истории. От разнообразия состава этих веществ и условий, в которых происходило их взаимодействие с водой, зависит состав воды. Огромное зна­чение для формирования состава воды имеет и воздействие на нее живых организмов, а также хозяйственная деятель­ность человека.

Огромна роль Мирового океана в стабилизации природ­ных условий на поверхности Земли. Это обусловлено в зна­чительной степени его массой и занимаемой площадью.

Около 52,6% акватории океана имеет глубину от 4000 до 6000 м. Участки с глубинами более 6000 м занимают около 1,2%, мелководные участки – до 200 м – также занимают небольшую площадь – 7,5%. Остальная часть акватории, около 38,7%, имеет глубину от 200 до 4000 м. Большая часть Мирового океана расположена в южном полушарии, где он занимает 81% площади поверхности, в северном по­лушарии – 61% поверхности.

В целом гидросферу отождествляют с океанами и моря­ми, так как их масса составляет 91,3% всей гидросферы.

Вода является самым мощным поглотителем солнечной энергии на поверхности Земли, Решающая роль в по­глощении солнечной энергии на нашей планете принадле­жит Мировому океану, способность которого поглощать сол­нечную энергию в 2–3 раза больше, чем у поверхности суши. От поверхности океана отражается только 8% солнечной ра­диации. Океан является поглотителем тепла на планете. На­гревание его происходит в экваториальном поясе примерно в полосе от 15 градусов Южной широты до 30 градусов Север­ной широты. В более высоких широтах обоих полушарий океан отдает тепло, полученное в поясе нагревания.

Воды Мирового океана все время находятся в активном движении. Этому способствуют атмосферная циркуляция, не­равномерный нагрев поверхности, контрасты солености, тем­пературные контрасты, силы притяжения Луны и Солнца.

Однако благодаря своему разнообразию гидросфера яв­ляется чрезвычайно устойчивой к внешним и внутренним воздействиям. Значительное разнообразие создается одно­временным существованием воды в трех фазах, резко раз­личающихся своими составляющими, большим набором ра­створенных в ней веществ и газов, формированием разнооб­разных статических и динамических структур. Гидросфера Земли как компонент биосферы представляет собой глобаль­ную термодинамические открытую систему, устойчивую и поддерживающую устойчивость биосферы в целом.

Легкорастворимые вещества обогащают водный раствор, труднорастворимые накапливаются в осадках дна. Соотношения растворенных солей сохраняются постоянными. Главные ионы океанической воды указаны в табл. 16.

 Таблица 16

Главные ионы океанической воды
(на 1 кг океанической воды при солености S=35,00% и хлорности С1=19,375%)

Компоненты

Концентрация

г/кг

г-экв/кг

                                        Катионы

Na+

10,7638

0,46806

1

2

3

Mg2+

1,2970

0,10666

Ca2+

0,4080

0,02035

K+

0,3875

0,00991

Sr2+

0,0136*

0,00031

Сумма

-

0,60529

                                        Анионы

Cl-

19,3534

0,54582

SO42-

2,7007

0,05623

HCO3-

0,1427

0,00234

CO32-

(0,0702)

(0,00234)

Br-

0,0659

0,00083

F-

0,0013

0,00007

H3BO3

0,0265

Сумма

-

0,60529

* В настоящее время содержание Sr в океанической воде принимается равным 8·10–4%

В толще воды устанавливаются сложные равновесия между органическим веществом, солями, газами и др. веществами океанического раствора и донных отложений. Все воды материков (представляющие собой производные океанической воды) составляют 3% массы воды океана. В воде рек и пресных озер главными ионами являются (в порядке убывания содержания) Ca2+, Na+, Mg2+, СО32–, SO42–, Cl.

С поверхности океанов ежегодно испаряется около 500 тыс. км3 воды, которая частично сбрасывается на материки, просачивается через слои осадочных пород и образует подземные воды. Захороненные воды бывших морских илов образуют межпластовые воды. Под влиянием обмена между межпластовыми водами и породами и в зависимости от температуры пластов формируется состав подземных вод.

Известны подземные воды нефтеносных областей, богатые I и Br, иногда В; хлоркальциевые воды (например, в девонских слоях Восточно-Европейской платформы); бессульфатные, богатые Ra; сероводородные, обычно возникающие в результате восстановления SO42– бактериями; богатые Li (в Иркутском амфитеатре) и др. Разнообразны и воды минеральных источников. В областях древнего вулканизма минеральные источники – холодные, без CO2. В областях недавнего вулканизма появляются горячие источники с разнообразным солевым составом. Разработана их классификация.