32. Химический состав природных вод.

Гидросфера. Гидросфера - водная оболочка Земли, или совокупность всех вод Земли. Моря, океаны и континентальные водоемы занимают 71% поверхности Земли. Вода в различных агрегатных со­стояниях, в свободном или связанном виде, присутствует во всех оболочках земного шара. Поэтому гидросфера в широком смысле слова может рассматриваться как внешняя оболочка планеты, имею­щая сложную структуру и связанная с различными геосферами Земли. В природных водах, особенно в морских растворено много химических элементов, часть из них является предметом добычи (.1, Вг, Аи и др.).

Содержание основных солей (%):

Соли	Мировой океан	Воды суши
Хлориды	88,7	5,2
Сульфаты	10,8	9,9
Карбонаты	0,3	60,1
Прочие	0,2	24,8

В 1 кг океанической воды содержится 35 г солей, т.о. соленость морской воды равна 35 промилле. В 1 кг речной воды растворено всего 0,17 г солей, их количество в пресных водах выражается минерализацией в мг/л. Воды Мирового океана и суши различаются по следующим показателям: 1) по ко­личественному содержанию; 2) по качественному составу: в морской воде С1>SО₄>НСОз и Na>Са>Мg, а в водах суши НСО₃>SО₄>С1 и Са>Мg> Na) водам суши свойственны колебания ко­личества солей, а Мировой океан имеет достаточно постоянное соотношение отдельных ионов., по­этому общую соленость вод Мирового океана можно определить по содержанию какой-то одной со­ли, чаще всего это делается по содержанию хлоридов. Общая соленость может быть рассчитана по формуле: S (промилле) = 0,030+1,805хС_Cl , где С_Cl - концентрация хлоридов.

Химический состав природных вод разнообразен. Воды Мирового океана отличаются от пресных степенью мине­рализации. В тоже время воды морей могут различаться как по химическому составу, так и по степени минерализации. Состав пресных вод зависит от условий его формирования.

Природные воды представляют собой собственно воду - химическое соединение кислорода и водорода - и раство­ренные в ней вещества, обусловливающие ее химический состав и свойства.

В воде растворяются твердые, жидкие и газообразные вещества, которые делятся на три группы: хорошо растворимые (в 100 г воды растворяется более 10 г вещества); плохо растворимые, или малорастворимые (в 100 г воды растворяется менее 1 г вещества); практически не растворимые (в 100 г воды растворяется менее 0,01 г вещества).

В природных водах, особенно в морских, растворено множество хим. элементов, более 1/2 входящих в период систему Менделеева. Часть из них явл. предметом добычи (золото, серебро, уран, йод, бром и др.). Содержание основных солей в %:

1) М.о.: Хлориды - 88,7; сульфаты - 10,8; карбонаты - 0,3; прочие - 0,2.

2) Воды суши: Хлориды - 5,2; сульфаты - 9,9; карбонаты - 60,1; прочие - 24,8.

В 1кг океанической воды содержится 35 г солей, соленость морской воды равна 35%о. В 1 кг речной воды раство­рено всего 0,17 г солей, их кол-во в пресных водах выражается минерализацией в мг/л. Воды мирового океана и суши различаются по следующим показателям:

а) по количественному содержанию;

б) по качественному составу.

В морской воде С1>SО₄>НСО₃ и Na+К>Мg>Са, в водах суши НСО₃>SО₄>С1 и Са>Мg>Na +К. Водам суши свой­ственны колебания кол-ва солей, а Мировой океан имеет достаточно постоянное соотношение отдельных ионов, поэтому соленость Мирового океана можно определить по содержанию 1г соли, чаще всего это делается по содержанию хлоридов. Общая соленость рассчитывается по формуле S%=0,030+1,805*С_Cl^- - концентрация хлоридов.

Формирование химического состава природных вод определяют в основном две группы факторов:

• прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т.е. действие веществ, которые могут обога­щать воду растворенными соединениями или, наоборот, выделять их из воды): состав горных пород, жи­вые организмы, хозяйственная деятельность человека;

• косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: кли­мат, рельеф, гидрологический режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.

Классификация вод по степени минерализации

Наименование вод	Минерализация, г/кг
Пресные	1,0
Солоноватые	1,0-25,0
С морской соленостью	25,0 – 50,0
Рассолы	50,0 и свыше

В подавляющем большинстве случаев солевой состав природных вод определяется катионами Са, Мg, Na, К и анионами НСО₃, Сl, SО₄. Эти ионы называются главными ионами воды или макрокомпонентами, они определяют хи­мический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах и называются микрокомпонентами, они не определяют химический тип воды.

По преобладающему аниону воды делятся на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Воды каж­дого класса делятся, в свою очередь, по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа подразделяется на 4 типа по соотношению содержащихся в воде ионов (в эквивалентах). При этом класс природных вод обозначается символом соответствующего аниона: С — НСО₃^-, S — SО₄^2-, С1 — Сl^-; группа: символом ка­тиона: К⁺, Na⁺, Са²⁺, Мg²⁺; тип - римской цифрой. Формула воды записывается следующим образом. К символу класса добавляется нижний индекс - значение минерализа­ции (с точностью до 0,1 г/л ), к символу группы - верхний индекс - значение общего катионного состава (с точностью до целых единиц вещества в ммоль/л), например: С_1,2 Na^0,5 - гидрокарбонатно-натриевая вода с общей минерализацией 1,2 г/л и преобладающей концентрацией гидрокарбонатных ионов и ионов натрия.

В природных водах присутствуют также растворенные газы. В основном это газы, которые диффундируют в воды из атмосферы воздуха, такие как кислород, углекислый газ, азот. Но в то же время в подземных водах или водах нецентра­лизованных источников водоснабжения, в минеральных и термальных водах могут присутствовать сер водород, радиоак­тивный газ радон, а также инертные и другие газы.

33. Почва как экологический фактор. Экологические функции почв.

Эдафические факторы — почвенные условия произрастания растений. Делятся на:

химические — реакция почвы, солевой режим почвы, элементарный химический состав почвы, обменная способ­ность и состав обменных катионов;

физические— водный, воздушный и тепловой режимы, плотность и мощность почвы, ее гранулометрический со­став, структура и др.;

биологические — растительные и животные организмы, населяющие почву.

Из них важнейшими экологическими факторами являются влажность, температура, структура и пористость, ре­акция почвенной среды, засоленность.

Почва — особое естественно-историческое образование, возникшее в результате изменения поверхностною слоя литосферы совместным воздействием воды, воздуха и живых организмов.

Структура и пористость определяют доступность для растений и животных питательных веществ. Частицы почв, связанные между собой силами молекулярной природы, образуют структуру почвы. Между ними образуются пусто­ты, называемые порами. Пористость — это доля объема пор в объеме почвы, которая может достигать 50% и более.

Влажность, а точнее доступная влажность для растений, зависит от сосущей силы корневой системы растений и от физического состояния самой воды. Практически недоступна часть пленочной воды, прочно связанная с поверхностью частицы. Легко доступна свободная вода, но она довольно быстро уходит в глубокие горизонты и, прежде всего, из круп­ных пор — быстро движущаяся вода, а затем из мелких — медленно движущаяся вода, связанная и капиллярная влага удерживается в почве длительное время.

Иными словами, доступность влаги зависит от водоудерживающей способности почв. Сила удерживающей спо­собности тем выше, чем почва глинистее и чем она суше. При очень низкой влажности если и остается, то только недос­тупная для растений прочно связанная вода, и растение погибает, а гигрофильные животные (дождевые черви и др.) пере­бираются в более влажные глубокие горизонты и там впадают в «спячку» до выпадения дождей, однако многие членисто­ногие приспособлены к активной жизни даже при предельной сухости почвы.

Температура почвы зависит от внешней температуры, но, благодаря низкой теплопроводности почвы, темпера­турный режим довольно стабилен и уже на глубине 0,3 м амплитуда колебания температуры менее 2°С, что важно для почвенных животных — нет необходимости перемещаться вверх-вниз в поисках более комфортной температуры. Суточ­ные колебания ощутимы до глубины 1 м. Летом температура почвы ниже, а зимой — выше, чем воздуха.

Структура и пористость почвы обеспечивают ее хорошую аэрацию. В ней активно перемещаются черви, осо­бенно в глинистой, суглинистой и песчаной, увеличивая пористость. В плотных почвах затрудняемся аэрация и кислород может стать лимитирующим фактором, однако большинство почвенных организмов способны жить и в плотных глини­стых почвах.

Почвенные горизонты также являются средой жизни млекопитающих, например грызунов. Они живут в норах, глубина которых может даже превышать несколько мощность почвенного горизонта.

Важнейшими экологическими факторами являются и химические, такие как реакция среды и засоленность.

Реакция среды — очень важный фактор для многих животных и растений. В сухом климате преобладают ней­тральные и щелочные почвы, во влажных районах — кислые. Многие злаки дают лучший урожай на нейтральных и слабо щелочных почвах (ячмень, пшеница), каковыми обычно являются черноземы.

Засоленными называют почвы с избыточным содержанием водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбо­натов). Они возникают вследствие вторичного засоления почв при испарении грунтовых вод, уровень которых поднялся до почвенных горизонтов. Среди засоленных почв выделяют солончаки и солонцы, в последних преобладают карбонаты натрия. Почвы эти щелочные — рН, соответственно, равен восьми и девяти.

Флора и фауна засоленных почв весьма специфичны. Растения здесь весьма устойчивы не только к концентрации, но и к составу солей, но разные растения приспособлены по-разному. Солеустойчивые растения называют галофитами. Один из галофитов так и называется солерос и может выдерживать концентрацию солей свыше 20%. В то же время дожде­вые черви даже при невысокой степени засоления длительный срок выдержать его не могут. Засоление почв приводит к падению урожайности сельхозкультур.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ПОЧВ:

1. Первичное преобразование верхних слоев литосферы. В результате хим. выветривания магматической и ме­таморфической породы преобразуются в рыхлые, ведущую роль в этом принадлежит живым организмам. Эти литофильные организмы используют малейшие неровности и трещины и совместно с гидротермическими факторами оказывают разрушающее действие. Такие физ. свойства рыхлых пород, как порозность, рыхлость, влагоемкость, водо- и воздухопро­ницаемость обеспечивают возможность поселения более высокоорганизованных растений.

2. Трансформация почвой атмосферных осадков, почвенные и грунтовые воды. В результате просачивания через почву влаги происходит её изменение: химического состава, газового.

3. Участие почв в формировании речного стока. Почва оказывает существенное влияние на формирование реч­ного стока, регулирует соотношение грунтового и поверхностного питания рек. Именно от этого зависит равномерность питания рек. Если почва достаточно водопроницаема, а в подстилающей толще имеются рыхлые и трещиноватые породы, в этом случае создаются благоприятные условия для равномерного питания рек. В противоположном случае увеличивается поверхностный сток, что приводит к длительному паводку весной и пересыхание рек в засушливый период.

4. Участие почвы в формировании водного баланса Земли. Почвы контролируют функциональные механизмы ЭС, способствуя образованию осадков. За счет местных вод суши эти осадки хотя и играют роль, но в критический период является единственным источником влаги для растений. Возрожденные воды - воды образовавшиеся в разных термодинамических зонах земной коры из гипергенных продуктов, обращенной связанной водой. При темп-ре 80-90°С гипс превращается в ангидрид и освобождается 250 т воды.

5. Почвенный покров и атмосф. Геохимически доказано, что существование в атмосфере О₂ обязано деятельностью организмов, прежде всего растений, а атмосферный СО₂ многократно прошел ч/з организмы и почву.

6. Обеспечение среды обитания живых существ. Все животные связанные своим существованием с почвой и делятся на группы:

1) геобионты, постоянные обитатели почв, дождевые черви;

2) геофилы - организмы живущие в почве лишь на протяжении части жизненного цикла, личинки;

3) геоксены, временно находящиеся, вредная черепашка.

7. Обеспечение растений влагой и поведение растений. Почва действует как абсорбент воды и затем служит ис-точником воды для растения в промежутках м/ду повторными увлажнениями.

8. Депонирование семян и др. зачатков. Известно, что почва в основном аридных районов может быть кладовой, в которой сохраняются семена долгие годы. Это объясняется тем, что семена содержат ингибиторы прорастания. Семена некоторых однолетних растений пустыни прорастают лишь после сильного дождя и не прорастают после слабого.

9. Сорбция микроорг-мов. Среди микроскопических геобионтов можно встретить представителей разных жизненных форм: гидробионтов, аэробионтов, обитателей твердой фазы. Наиболее характерная особенность жизни организмов в почве - это их абсорбция, т.е. они закреплены на поверхности почвенных частиц, на органических остатках, на корнях растений в виде небольших колоний.