img-090539
.pdfI
168 |
Раздел 1. Теоретические основы гидрохимии |
ние двух проведенных линий дает положение точки (рис. 5.2 а, б). Существуют и другие формы графического изображения состава природных вод. Например, график-круг Толстихина для одной пробы воды (рис. 5.2 в), где в двух половинках круга, каждая из которых равна 50 или 100 %, выделяются секторы, соответствую щие процентам количества вещества эквивалентов в одной полови
не анионов (СГ, S02~, HCOg, СО3 ), в другой катионов (Na+, Mg2+, Са2+). Диаметр круга в масштабе характеризует общую минерали-
S0A |
\ |
/ |
\20 |
|
|
||
100% |
щ 1дны*\ /синыратиык |
too% |
100% |
||||
-J- - - -- - - - - - - - 1-— |
\ t 00% |
||||||
Cl |
20 |
АО |
ВО |
80 |
SO*' |
N |
80 |
В)
OfC)
Na++K*
Mg2*
c v
Co.2'*'
SC)£~
НС0Г+
+cof-
Глава 5. К лассиф икация состава природны х вод |
169 |
||||
’ |
вО |
Na++ К4 |
iO |
20 |
О |
100 |
ВО |
||||
°о к е л -da Вещ-ба экСиВалентвб
Рис. 5.2 Графические способы изображения химического со става природных вод
а, б — треугольники Фере, в —круг Толстихина для одной пробы во ды, г, д —круги Толстихина для нескольких проб воды, е — диаграм ма-прямоугольник, ж — диаграмма-роза, з — квадрат Толстихина
зацию воды (в миллиграммах на литр или граммах на литр). Для нескольких проб воды (рис. 5.2 г, д) круг делится на кольца. Число колец соответствует числу проб воды; внутри каждого кольца вы деляются секторы, отвечающие содержанию ионов в процентах ко личества вещества эквивалентов. Диаграммы-круги часто видоиз меняются. Так, иногда катионы помещаются во внутреннем круге, а анионы — во внешнем. На диаграммы-круги наносят и дополни тельные сведения (содержание микроэлементов и газов, гипотети ческих солей и т. д.).
Для изображения химического состава природных вод иногда применяют диаграммы-прямоугольники (рис. 5.2 е). Прямоуголь ник делится пополам, в каждой из половинок выделяются по три участка для анионов и катионов. Последние наносятся индексами ионов (штриховкой, цветом). Количественная характеристика на носится с учетом масштаба.
Диаграмма-роза (рис. 5.2 ж) составляется посредством отклады вания на шести векторах розы трех анионов и трех катионов в мил
170 |
Раздел 1. Теоретические основы гидрохимии |
лимолях количества вещества эквивалента на 1 л в выбранном масштабе.
Широкое распространение получил и график-квадрат Н. И. Толстихина (рис. 5.2 з). Стороны этого квадрата разделены на 100 час тей, соответствующих 100 % количества вещества эквивалента. На верхней стороне нанесено содержание Na++ К+, на нижней — Са2+ +
+ Mg2+, а на боковых — содержание НСО3 + СО3" и SO4 + СГ.
Значения концентраций каждой пары катионов и анионов увеличиваются на противоположных сторонах в обратных направ лениях, поэтому для нанесения на квадрат состава какой-либо воды достаточно знать в качестве абсциссы Са2+ + Mg2+ или Na++ К+ в процентах количества вещества эквивалентов и в качестве орди-
MgSO^.
Рис. 5.3. Объединенная химическая диаграмма основных химических типов вод (по М.Г. Валяшко)
Ок — фигуративная точка состава океанической воды; 1 — область, куда попадают фигу ративные точки состава соленых вод и рассолов морского генезиса; 2 — область, куда по падают фигуративные точки состава смешанных вод, 3 — область, куда попадает боль шинство фигуративных точек состава континентальных пресных и солоноватых вод, 4 — область, куда попадают фигуративные точки состава континентальных рассолов, 5 — об
ласть рассолов смешанного (континентального и морского) негезиса
Глава 5. К лассиф икация состава природных вод |
171 |
ты — одну из групп анионов в процентах количества вещества эквивалента. Сходные по составу, а часто и по генезису воды распо лагаются при нанесении на данный квадрат близко друг к другу, образуя естественные группировки.
Для выяснения происхождения химического состава природ ных вод применяют графический способ, предложенный М. Г. Ва ляшко с соавторами. В этом случае для изображения химического состава растворенных солей в водах карбонатного и хлоридного ти пов можно воспользоваться треугольной диаграммой, а для вод сульфатного типа — квадратом. Для нанесения химического соста ва воды на диаграмму необходимо рассчитать индексы в процентах количества вещества эквивалента и их значения откладывать на диаграмме (рис. 5.3).
Р а з д е л 2
О Б Щ А Я И РЕГИ О Н А Л Ь Н А Я ГИ ДРО ХИ М И Я
Глава 6
ГИДРОХИМИЯ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
Атмосфера Земли почти целиком состоит из газообразных ве ществ. На уровне моря средний состав атмосферы по массе следую щий: 78 % молекулярного азота; 20,95 % молекулярного кислоро да; 0,93 % аргона; 0,03 % диоксида углерода. Кроме того, присут ствуют ничтожные количества водорода, неона, гелия, криптона, ксенона, радона, пыли и водяного пара. Содержание водяного пара зависит от температуры воздуха: при 30 °С его может содержаться до 30 г/м3, при 10 °С — до 8 г/м3, при -30 °С — не более 0,3 г/м3.
6.1. Химический состав атмосферных осадков
Одним из факторов формирования поверхностных и подземных вод являются атмосферные осадки. Атмосферные воды наименее изучены в химическом отношении. Они отличаются крайней из менчивостью своего состава во времени и пространстве. Ввиду тако го непостоянства принято оперировать средними годовыми значе ниями того или иного компонента в осадках, указывая его экстре мальные значения.
Несмотря на неустойчивость, состав осадков в целом характери зует географическое положение местности. Минерализация атмо сферных осадков, как правило, ниже минерализации поверхност ных и подземных вод. Средняя минерализация атмосферных осад ков на севере России составляет всего 10 мг/л, в средней полосе она увеличивается до 30 мг/л, в южных районах достигает 60 мг/л, а в пустынных и полупустынных районах средняя минерализация еще выше.
Атмосферные осадки существенно отличаются от поверхност ных и подземных вод не только минерализацией, но и характером преобладающих ионов и содержанием органического вещества. Изза низкой минерализации атмосферных вод гидрокарбонаты каль ция в них не могут достигать стадии насыщения, а среди анионов хлориды занимают последнее место, хотя в отдельных районах формируются осадки хлоридного класса. Атмосферные осадки обо
Глава 6. Гидрохимия атмосферных осадков |
173 |
гащены ионами SO2 и чаще, чем другие воды, характеризуются
соотношением SO2 > НС03 > СГ. Большой удельный вес в атмо сферных осадках имеют компоненты биогенного происхождения К+, NH4, NO3, концентрация которых иногда достигает 2 0 — 2 5 %
количества вещества эквивалентов. Если отношение Na+/K+ в под земных и поверхностных водах обычно составляет 1 0 —2 5 (наинизшие значения в маломинерализованных водах), то в атмосферных осадках оно уменьшается до 1 ,5 — 2 ,0 . Такое относительное обилие ионов калия обусловлено не только действием биологического фак тора, но и присутствием в атмосфере агентов, препятствующих его миграции. Конечно, не весь калий в атмосфере биогенный.
Минерализация и ионный состав атмосферных осадков являют ся в значительной мере зональными. А. А Матвеев и О. И. Башмакова атмосферные воды делят на шесть основных групп с преобла
данием следующих ионов: 1) СГ и Na+; 2) SO4" и Na+; 3) SO4" и
Са2+; 4) SO2 , НС03 и Са2+; 5) НС0 3 и Са2+; 6) НСО3 и Na+. Выпа дение осадков первой группы отмечено в приморских районах севе ра европейской части России и на побережье Черного моря. Преоб
ладание в осадках SO2" и Na+ характерно для районов севера и се
веро-востока этой территории. В центральных районах европейской части России выпадают осадки третьей группы, а на юге ее и Север ном Кавказе — четвертой. В горных районах Кавказа отмечены осадки пятой группы, а на побережье Каспийского и Черного мо рей — шестой.
Рассмотрим более подробно характеристики химического соста ва атмосферных осадков некоторых крупных регионов, среди кото рых европейская часть России, Кавказ, Средняя Азия, Сибирь и Дальний Восток.
Европейская часть территории стран СНГ. На европейской час ти территории стран СНГ наблюдается однородность анионного со става осадков в течение года, в чем и состоит особенность этого ре гиона. Преобладающими анионами в осадках являются сульфаты и лишь в южных и юго-восточных районах территории (Украина, Крым, Заволжье) в теплое время года возможно некоторое увеличе
ние концентрации ионов НСО3. Среди катионов такой однородно сти не наблюдается. В центральных районах европейской части территории стран СНГ и на большей части Урала в катионном со ставе вод доминируют ионы аммония и кальция.
Среднегодовая минерализация атмосферных осадков по евро пейской части территории стран СНГ колеблется в пределах 20— 60 мг/л (рис. 6.1). В теплый период года она обычно ниже, чем в
174 Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия
холодный. Поступление растворенных веществ с осадками за год представлено на рис. 6.2. Эта величина (произведение минерализа ции и объема выпавших осадков) колеблется от 10 до 20 т/(км2 • год). Наибольшие значения минерализации и поступления ионов наблю даются вблизи промышленно развитых районов центра европей ской части территории стран СНГ и Балтии. В табл. 6.1 приведена характеристика минерализации и химического состава атмосфер ных осадков по 1 1 пунктам.
Кавказ. Атмосферные осадки на Кавказе по химическому соста ву отличаются большим разнообразием. В пределах Северного Кав каза атмосферные осадки имеют преимущественно гидрокарбонат ный кальциевый, сульфатный кальциевый и сульфатно-гидро- карбонатный кальциевый состав. Внекоторых пунктах в отдельные сезоны в осадках преобладали органические вещества или ионы
NH4. Среднегодовая минерализация осадков по району около 35мг/л, однако в отдельных пунктах она колеблется от 17до 100 мг/л (рис. 6.3, 6.4). Экстремально высокие концентрации ионов наблю дались зимой в пределах Манычской впадины (80—100 мг/л). По ступление солей с атмосферными осадками в этом регионе 10 —
25 т/(км2 ■год).
Рис. |
6.1. Среднегодовая минерали |
Рис. 6.2. Поступление растворенных |
|||
зация атмосферных осадков на ев |
веществ с осадками за год на евро |
||||
ропейской |
части |
территории |
стран |
пейской части стран СНГ и Балтии |
|
СНГ |
и |
Балтии |
(1и м г/л) |
(по |
(Р т /к м 2) (по М. И. Кривенцову, |
М. И. Кривенцову, М. Н. Тарасову) |
М. Н. Тарасову) |
||||
Таблица 6.1
пунктам |
|
некоторым |
гг. |
осадках по |
1958—1961 |
атмосферных |
и Балтии за |
(мг/л) в |
стран СНГ |
значения концентрации главных ионов |
европейской части территории |
Средние |
|
|
Глава 6. Гидрохим ия атмосферных осадков |
175 |
||
а |
lot ocgi OTi ' Hbt ' t ot o |
0 5 |
|
|
COt-CO^TriOait-COb |
Ю |
|
||
К |
СО |
|
||
о о о о о о о о о о |
о |
|
||
аЗ |
МОСОннЮтГтГСОЮ |
ОО |
|
|
Й |
СМ С> т-Н Н тН О гН r-Н тН тН О |
|
||
|
|
|||
ьл |
СМ СМ N N N N СО |
^ W |
о |
|
О О О О О О О О О О |
|
|
||
|
|
|
||
о |
Ь ф Н ^ О Ь О Ю ^ М |
|
|
|
О О н О н О СМ н тН i-н |
|
|
||
|
|
|
||
« |
l Oi n t - ^ ^ COOt - r HO |
t- |
|
|
O O O O O O ^ h O t-hi—» |
о |
|
||
£ |
|
|||
I го |
(0 ю ю ( 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 с0 |
со |
|
|
о |
|
|
о |
|
£ |
о” О О О О О О О ги о* |
|
||
I то |
ООтНОООООЮСОЮЬ - |
со |
|
|
о |
|
|
||
о |
N w И ЮН н тг N |
М |
|
|
X |
|
|
|
|
ТГО^ООСОТНТ^ОТ^СО
оСО гН тН О r-Н тН гН гН тН тН
|
|
tONHtOHtOOO |
. N O |
|
|||||
|
О |
со со to со Ю ^ |
00 |
см |
|
|
|||
|
со |
|
|
|
|||||
|
|
WCOOi NNnOl Hbt O |
тГ |
||||||
|
|
О Ф 00 0 Н to |
|
СО ^ N т-н |
|||||
W |
|
Tj'NCOHCOHTl'KOTf^ |
тГ |
||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
KBH4ITBW |
(NtOlO^H^t*t OCOH |
СО |
||||||
о3 |
|||||||||
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
ь- |
2 |
-ИШШ |
rf N |
СО ТГ Tf (D СО Ю |
05 tO |
|||||
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
KtfHtfacfo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СМ |
СО Ь- ОО тг со |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
IQ |
тН СО 05 СМ О |
|
СО 00 о |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
СМ Т-Н гН |
|
|
|
>s |
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
К |
|
|
|
к |
|
CQ |
|
о |
|
a |
|
|
|
|
|
fc* |
||
|
>к |
|
|
|
о. |
|
X л |
т |
|
|
ей |
|
|
|
о |
|
>> |
к |
о |
|
к И |
|
|
|
t< |
|
с |
cd |
ч |
|
|
|
|
PQ |
|
|
о |
||
|
|
|
|
|
|
CL « - |
|
||
|
* й |
|
|
|
|
|
К |
||
|
ч ft |
|
|
|
о |
|
Ф |
CQ |
|
|
Wа |
|
|
|
|
|
и К о |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VO |
|
|
н |
|
Л |
|
|
|
|
>» |
|
|
|
S |
о |
|
о |
|
« |
|
|
|
X |
ь, |
PQ |
и |
|
|
|||
|
Н |
3 |
о |
* |
к |
|
во |
|
|
|
>» |
2 |
PQ |
|
|
X |
|
||
|
е |
|
|
*3 |
й |
У. |
|
о |
|
|
I |
|
ч |
а |
|
« 3 |
|
||
|
|
|
Ф |
R л О |
*8 |
а |
|
||
|
|
ё О |
со Ф нн |
|
|||||
|
|
S |
£ |
и |
м к я |
и |
У Д И |
|
|
176 |
Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия |
Атмосферные осадки Черноморского побережья имеют в основ ном смешанный состав: хлоридно-гидрокарбонатный натриевый или хлоридно-сульфатный кальциево-натриевый. Минерализация в течение года колеблется от 7 до 70 мг/л (средняя 38 мг/л). Зимой минерализация обычно в 1,5—2,0 раза выше, чем в теплый период года. Особенностью этого района является большое поступление солей с атмосферными осадками — до 150 т/(км2 • год).
Рис. 6.3. Среднегодовая минерализация (£и м г/л) атмо сферных осадков на Кавказе (по М. И. Кривенцову, М. Н. Тарасову)
I — Северный Кавказ; I I — Черноморское побережье; I I I — предго
рье и высокогорье; IV — Закавказье
В предгорных и высокогорных районах Кавказа атмосферные
осадки характеризуются гидрокарбонатным кальциевым или суль фатным кальциевым составом. Впромышленно развитых районах в катионном составе наблюдается повышенное содержание иона
NH4. Такой же состав осадков нередко отмечается и в высокогор
ных районах Эльбруса. Среднегодовая минерализация осадков близка к 14 мг/л (при крайних значениях 7—21 мг/л). В большин
стве мест этого региона выпадение не превышает 15 т/(км2 ■год). Большая часть солей (60—70 %) поступает на поверхность в теплые периоды года (табл. 6.2).
На территории Закавказья химический состав атмосферных осадков отличается большим разнообразием. Например, в Западной Грузии их состав сульфатный натриево-кальциевый, в Централь
Глава 6. Гидрохимия атмосферных осадков |
177 |
ном Закавказье — карбонатный кальциевый, в Азербайджане — преимущественно карбонатный натриевый. Минерализация осад ков возрастает с запада на восток. Если в районе Кутаиси она в среднем 10 мг/л, в Тбилиси 28 мг/л, то в восточном Азербайджане уже 110 мг/л. В этом же направлении увеличивается количество выпадающих солей: от 4—12 до 17—18 т/(км2 • год).
Рис 6.4. Гидрохимическое районирование Кавказа по со держанию главных ионов в атмосферных осадках (символы анионов и катионов расположены в порядке убывания со держания) (по М. И. Кривенцову, М. Н. Тарасову)
Для большинства районов Кавказа важным источником поступ ления минеральных и органических веществ является пыль. В пе риоды пыльных бурь поступление солей из атмосферы на Кавказе возрастает во много раз. Например, в январе—марте 1969 г. в неко торых пунктах, где наблюдались пыльные бури, минерализация атмосферных выпадений и поступление солей возросли в 4—30 раз.
Средняя Азия. Атмосферные осадки юго-восточной части этого региона преимущественно гидрокарбонатные кальциевые. Преоб
ладают следующие соотношения между ионами: НС03 > СГ > SOij*
и Са2+ > Mg2+ > Na+> NH4 > К+. Минерализация колеблется в пре
делах 2 0 — 6 0 мг/л, причем она выше примерно в 1 ,5 раза в теплое время года, чем в холодное. Впериод пыльных бурь минерализация осадков может возрасти до 1 5 0 мг/л и больше. Среднее поступление солей — 1 2 т/(км2 ■год), пределы колебаний 4,8—2 9 ,2 т/(км2 • год).