2.3. Характеристика состава природных вод. Растворенные газы

В природных водах всегда присутствуют газы в растворенном состоянии [1, с.7]. Растворимость некоторых газов, встречающихся в естественных условиях, весьма различна (табл. 6.).

Таблица 6

Растворимость некоторых газов в воде при температуре 0^о и парциальном давлении газа 760 мм рт. ст., мл/л

Газ	Растворимость	Газ	Растворимость
О2	49,22	H2	21,48
N2	23,59	CO2	17,13
Ar	57,8	CH4	55,63
He	2,7	H2S	46,30

Характерна большая растворимость в воде диоксида углерода (3347 мг/л при t^o = 0) и сероводорода (7027 мг/л при t^o = 0), объясняемая химическим взаимодействием этих газов с водой. Различие в растворимости других газов зависит от изменения их молекулы под влиянием силового поля молекул воды. Величина индуцированного дипольного момента газов прямо пропорциональна растворимости данного газа в воде.

Растворимость газов определяется законом Генри-Дальтона. Из этого закона следует, что растворимость данного газа не будет меняться от присутствия другого газа и зависит только от давления, которое создает данный газ, находящийся как бы один над раствором. Действительно, если азота в воздухе содержится в четыре раза больше, чем кислорода, то растворимость этих газов при 0^о:

C_N2 = 0,781x29,8 = 23,3 мг/л;

C_O2 = 0,209х69,5 = 14,5 мг/л.

Газы сероводород и водород, парциальное давление которых в атмосфере близко к нулю, не могут накапливаться в водоемах у поверхности. Если же в силу каких-либо местных условий они и попадают в воду, то происходит их выделение в атмосферу.

Растворимость газов с увеличением минерализации воды понижается. Концентрация растворенного кислорода в природных водах колеблется в ограниченных пределах (от 0 до 14 мг/л), и редко превышает их. Присутствие кислорода в природных водах имеет важное и всестороннее значение. Прежде всего кислород необходим для существования большинства организмов, населяющих водоемы. Как сильный окислитель, кислород играет важную санитарно-гигиеническую роль, способствуя быстрой минерализации остатков организмов.

Содержание двуокиси углерода в природных водах чрезвычайно разнообразно – от нескольких десятков долей до 3–4 тыс. мг/л. Наименьшая концентрация СО₂ наблюдается в поверхностных водах, особенно минерализованных (моря, соленые озера), наибольшая – в подземных и загрязненных сточных водах. В реках и озерах концентрация СО₂ редко превышает 20–30 мг/л.

Несмотря на малую концентрацию в поверхностных водах, СО₂ имеет важное жизненное значение. Если возможность существования живых организмов зависит от наличия кислорода, то диоксид углерода имеет такое же значение для растительных организмов как источник углерода, без которых в природных водах не было бы жизни. Содержание СО₂ в воде в 700 раз больше, чем в атмосфере. СО₂ растворяется в воде в 35 раз лучше кислорода.

Наиболее постоянный газ в природных водах – растворенный молекулярный азот N₂. В высшей степени химически устойчивый и биологически трудно усвояемый азот, будучи занесенным в глубинные воды океана или подземные воды, меняется главным образом лишь под влиянием физических условий (температуры и давления).

Качественный и количественный состав газов зависит от природных условий, в которых находится вода. Таким образом, происхождение газов связано

– с составом атмосферы (азот N₂, кислород О₂, аргон Ar и другие инертные газы, диоксид углерода СО₂);

– с биохимическими процессами (СО₂, метан и другие тяжелые углеводороды, сероводород H₂S, азот N₂, водород Н₂);

– с процессами дегазации мантии и метаморфизацией горных пород в глубинных слоях земной коры при высоких температурах и давлении (CO₂, CO, H₂, CH₄, NH₃, HCl и другие соединения водорода с галогенами и бором).

Первая группа газов характерна главным образом для вод земной поверхности и подземных, в которые проникают инфильтрационные воды с поверхности, вторая – для поверхностных и подземных вод и третья – в основном для подземных вод.

Перенос кислорода на глубины водоемов зависит от динамических условий, так как процесс диффузии кислорода протекает крайне медленно. Коэффициент диффузии кислорода в воде примерно в 320 тыс. раз ниже, чем в воздухе, а общее его содержание в верхних слоях воды составляет 6–8 мл/л, или в 21 раз ниже, чем в атмосфере. В слоях, сильно заселенных животными и бактериями, может создаваться дефицит кислорода из-за усиленного его потребления. Так, в Мировом океане богатые жизнью глубины от 50 до 100 м характеризуются резким ухудшением аэрации. Она в 7–10 раз ниже, чем в поверхностных водах, населенных фитопланктоном (к фитопланктонам относятся в первую очередь диатомовые и зеленые водоросли, растительные жгутиконосцы, перидинеи и кокколитофториды).

При какой концентрации кислорода жизнь аэробов в воде невозможна и в каких пределах колеблется содержание углекислого газа в воде…

[1] О₂ – 0,1–0,2 мл/л; СО₂ – 0,1–0,3 мл/л;

[2] О₂ – 0,05–0,1 мл/л; СО₂ – 0,1–0,9 мл/л;

[3] О₂ – 0,3–3,5 мл/л; СО₂ – 0,2–0,5 мл/л;

[4] О₂ – 0,4–0,5 мл/л; СО₂ – 0,3–мл/л.