2.4. Главные компоненты в природных водах

В природе нет абсолютно нерастворимых веществ. Все они в той или иной степени подвергаются воздействию воды, отличаясь друг от друга только количеством переходящего в раствор вещества. Поэтому в естественном состоянии вода всюду представляет собой сложный раствор различных веществ, который принято называть природной водой в отличие от химически чистой воды Н₂О [1, с.15].

Сложность веществ, находящихся в природе, отражается на составе природных вод. Сложность состава природных вод подтверждается хотя бы тем, что один и тот же элемент может находиться в воде в различных соединениях и состояниях. Таким образом, под химическим составом природных вод надо понимать весь сложный комплекс минеральных и органических веществ, находящихся в разных формах ионно-молекулярного и коллоидного состояния.

Происхождение анионов. Происхождение анионного состава воды связано главным образом с газами, выделявшимися при дегазации мантии. Атмосфера имела восстановительный характер. Преобразование происходило под влиянием следующих процессов.

1. Фотохимические реакции разложения молекул газов, происходившие под влиянием космических излучений в самых верхних слоях атмосферы:

CH₄ + 2 H₂O = CO₂ + 4 H₂;

2 NH₃ = N₂ + 3 H₂;

2 H₂O = 2 H₂ + O₂.

2. Фотосинтетическая деятельность организмов, в результате которой выделяется кислород и связывается углерод из диоксида углерода

СО₂ + Н₂О = НСНО + О₂.

3. Окисление газов (после появления кислорода) по следующим реакциям:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O;

4NH₃ + 3O₂ = 6H₂O + 2N₂;

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S.

Важнейшим моментом было появление в атмосфере постоянного содержания кислорода, который ознаменовал новый этап в эволюции атмосферы – наступление окислительной атмосферы. В воде появились сульфатные, нитратные ионы и анионы других кислородных кислот.

Происхождение катионов. Происхождение катионов природных вод связано с изверженными кристаллическими породами, хотя возможно, что часть катионов выносилась и непосредственно из недр Земли. Разложение изверженных пород происходило под действием воды, усиливаемым присутствием кислых продуктов, поступающих из недр Земли:

2Na₂Al₂Si₆O₁₆ + 6H₂O = (OH)₈Al₄[Si₄O₁₀] + 4 NaHSiO₃ + 4SiO₂ ;

альбит

2CaAl₂Si₂O₈ + 6H₂O = (OH)₈Al₄[Si₄O₁₀] + 2 Ca(OH)₂ ;

анортит

2K₂Al₂Si₆O₁₆ + 6H₂O = (OH)₈Al₄[Si₄O₁₀] + 4KHSiO₃ + 4SiO₂ .

ортоклад

Следовательно, катионы природной воды образовались преимущественно в процессе разложения алюмосиликатов земной коры, с чем и связано преобладание в катионном составе ионов Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.

Главные компоненты составляют основную часть минерального состава природных вод: в пресных водах свыше 90–95 %, в высокоминерализованных – свыше 99 %. Смена преобладающих ионов по схеме

увеличение минерализации увеличение минерализации

Ca²⁺ Mg²⁺ Na⁺ K⁺ HCO₃^- SO₄^2- Cl^-

уменьшение минерализации уменьшение минерализации

служит одной из важнейших закономерностей состава природных вод.

Карбонатная система. Наибольшее практическое значение имеют мало минерализованные воды, ионный состав которых представлен главным образом гидрокарбонатами кальция и магния. Карбонатная система представляет собой систему равновесий, самую сложную в природных водах:

pCO₂ атм (в регулировании СО₂ в атмосфере большое значение имеет океан)

  H₂CO₃  HCO₃^- + H⁺  CO₃^2- + H⁺  CO₃^2- + Ca²⁺  CaCO₃

pCO₂ вод. 

CaCO₃ тв.

Карбонатная система играет огромную роль в миграции углерода в природных водах, участвуя тем самым в его круговороте, происходящем между литосферой, атмосферой, биосферой и гидросферой. Различают три круговорота углерода, действующие одновременно и взаимосвязанно: биологический, большой геологический, биолого-технический.

Детализируйте схему биолого-технического круговорота …

(ассимиляция) (усвоение) (дыхание)

[1] атмосфера  растения  животные  атмосфера;

(хим. выветривание) (вынос в океан)

[2] СО₂ атмосферы и биосферы  извержение породы и карбонаты 

(метаморфоз)

 отложение карбонатов в океане и морях метаморфические породы

(выделение СО₂)

 атмосфера;

(усвоение) (ассимиляция) (дыхание)

[3] атмосфера  животные  растения  атмосфера;

(ассимиляция) (усвоение) (гумификация)

[4] атмосфера  растения  животные  органические остатки

(сложный метаморфоз) (сгорание)

 каменный уголь, нефть  атмосфера.