img-503161453

лизяцшо_вод. Кроме того, климатические условия определяют тип

почвы*.___ '	~ — -------- ------------------------- —— ------
"^~Ввиду того,	что климат зависит от широты местности, близо­

сти моря и морских течений, циркуляции воздушных масс, рельефа местности и т. д., зависимость химического состава вод от клима­ тических, а вместе с тем и физико-географических условий до­ вольно сложная. Влияние климата на химический состав при­ родных вод настолько велико, что является зачастую-решающим фактором.определяющим минерализацию вод. \ ^ В аж ную роль в “фор мировании химического состава воды иг­

рает водный—р-ежим водоемов. Минерализация вод в сильнейшей степени зависит от морфологических особенностей водоема (раз­ меры, глубины и др.), условий питания, характера водообмена (испарение, осадки, перемешивание, сток и т. п.) и динамики вод (течения, колебания уровня? волнение). Поэтому химический со­ ставводоема на всем его протяжении всегда не будет одинаковымЛу ^Деятельность человека влияет также и косвенно на химический состав природных вод. Влияние это сказывается главным образом путем изменения водного режима водоемов в результате гидро­ технического строительства, сооружения водохранилищ и каналов,

забора воды для промышленности и на орошение, v-

§3. Классификация природных вод

Врезультате совокупного воздействия непосредственных и кос­ венных факторов химический состав природных вод очень разно­ образен и изменчив/Все это разнообразие требует классификации. Существует много различных классификаций, но одной из важ­ нейших является классификация по степени ^минерализаций, т. е. по сумме растворенных в воде солей в граммах на килограмм воды (для природных, морских и озерных вод) или в миллиграм­

мах на литр воды (для речных вод).			воды подразделяются
По степени минерализации		природные
(по ГОСТу 17403-72) следующим образом:			/
V1)	пресные воды — от 0 до 1,0 г/кг,
\ 2)	солоноватые воды — от 1,0 до 25 г/кг,		/
I 3)	соленые воды — от 25 до 50 г/кг,		/
U)	рассолы — более 50 г/кг.	/
Предел пресных вод 1,0 г/кг основануна			восприятии человеком

вкуса солености при минерализации свыше 1 г/кг.

Граница между солоноватыми и солеными водами установлена Н. М. Книповичем на том основании, что при минерализации 25 г/кг (24,695) температура замерзания и температура наиболь­ шей плотности морской воды совпадают и меняются многие свой­ ства воды, влияющие на гидрологический режим.

Граница 50 г/кг между солеными водами и рассолами при­ нята потому, что соленость выше этой в морях не наблюдается,

41

а характерна она только для соленых озер и высокоминерализо­ ванных подземных вод.

Речные воды по величине минерализации подразделяются (по О. А. Алекину) на следующие:

1)	воды малой минерализации— до 200 мг/л,
2)	воды средней минерализации — от 200 до 500 мг/л,
3)	воды	повышенной минерализации — от 500 до 1000 мг/л,
4)	воды	высокой минерализации— более 1000 мг/л.

Воды большинства рек-земного шара имеют малую и среднюю минерализацию. Воды высокой минерализации встречаются редко.

Озерные воды по степени минерализации подразделяются на три группы:

1) пресные — до 1 г/кг,

2)солоноватые — от 1 до 25 г/кг,

3)соляные— более 25 г/кг.

Классификация вод по их минерализации систематизирует воды в общих чертах Р не учитывает содержания отдельных ионов и газов.

		\ /	Вопросы	для обучения		и самоконтроля
				Карточка № 1 2
			Химический состав природных вод
			Вопросы				Э лем енты ответов
						1 )	климат
	1.	В каких зонах	М ирового	океана	вода	2 )	биогенные
		находится одновременно в трех состоя­				3)	погода и
		ниях ?				4)	сброс промышленных
						5)	микроэлементы
	2.	Н а какие группы подразделяется			хими­	6 )	в полярных зонах
		ческий состав природных вод ?				7)	гидротехнических комплексов
						8 )	ж ивы е организмы
	3. Какие ф акторы		непосредственно		участ­	9)	органическое
		вуют в формировании химического со­				1 0 )	почвы
		става природных вод ?				И )	водный режим
						1 2 )	сооружение
	4.	Какие факторы влияю т на ф орм ирова­				13)	непосредственно —
		ние химического состава природных вод				14)	газы
		косвенно ?				15)	породы и грунты
						16)	косвенно
	5.	К ак влияет деятельность		человека на		17)	деятельность человека
						18)	главны е ионы
		формирование химического состава при­
						19)	и бытовых вод
		родных вод ?
						2 0 )	вещ ества (о)
	42

О

Глава III. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВМОРСКОЙ ВОДЫ

§ 1. Особенности химического состава морской воды

Химический состав морской воды определяется главным обра­

зом следующими особенностями Мирового	океана как водоема:
а) водная масса Мирового океана (1370	млн. км3) составляет
98% объема всей воды земного шара;
б) убыль воды из Мирового океана происходит только за счет
испарения;
в) существует хороший водообмен со всеми, даже самыми уда­

ленными частями Мирового океана при помощи системы горизон­ тальных и вертикальных движений водных масс, что способствует хорошему перемешиванию.

Эти черты Мирового океана и определяют особый химический состав морской воды, резко отличный от химического состава вод других водоемов.

Особенностями химического состава вод Мирового океана яв­ ляются:

1) значительная минерализация морской воды, которая обра­ зовалась вследствие того, что, собирая воды со всей земной по­ верхности, океан аккумулирует различные химические элементы, так как убыль воды из океана происходит только в результате ис­

парения;
2)	однородность и постоянство химического состава морских
вод, что является следствием хорошего водообмена			(горизонталь­
ного	и вертикального) между отдельными	частями	океана;
3)	медленное изменение химического	состава	во времени и

пространстве вследствие огромной массы воды.

Таким образом, воды Мирового океана имеют довольно значи­ тельную минерализацию. Средняя минерализация поверхностных вод Мирового океана 35 г/кг. Морские воды отличаются от речных и озерных вод стабильностью химического состава, своеобразным соотношением между ионами и более богатым качественным со­

ставом (табл. 9).

Так же как и в материковых водах, химический состав морских вод подразделяется на пять групп:

1) главные ионы,

2) растворенные газы,

3)биогенные вещества,

4)микроэлементы,

5)органическое вещество.

Вморских водах непрерывно протекают многочисленные физи­ ческие, химические, биологические, биохимические и геологические процессы, направленные к изменению химического состава и со­ отношения между отдельными ионами.

Физические процессы меняют в основном общую концентрацию,

не изменяя качественный состав воды. Это процессы, повышающие

43

Таблица 9

Концентрация и весовое содерж ание элементов в морской воде (по Гольдбергу)

	Концен­					О бщ ее
					количество
Элем ент	тр ац и я,
					в	М ировом
	м г /л					океане, т
Хлор	19 000,0					29,3-1015
Н атрий	10 500,0					16,3-1015
М агний	1 350,0					2 ,Ы 0 > 5
Сера	885,0					1,4-1015
Кальций	400,0					0.6-1015
Калий	380,0					0,6-1015
Бром	65 ,0					0,1-1015
Углерод	2 8 ,0					0,04-1015
Стронций	8	,	0		12000-109
Бор	4 ,6				7100-109
Кремний	3 ,0				4 700		-109
Фтор	1,3				2	0 0 0	-1 0 »
Аргон	0 , 6					930	-109
Азот	0 ,5					780	-109
Литий	0 ,1 7					260	-109
Рубидий	0	,	1	2		190-109
Ф осфор	0,0 7					110-109
И од	0 ,0 6					93	.109
Барий	0,0 3					47-109
Индий	0	,	0	2		31	-109
Цинк	0	, 0		1		16-109
Ж елезо	0	,	0	1		16-109
Алюминий	0	,	0	1		16-109
М олибден	0	,	0	1		16-109
Селен	0,004					6	-109
Олово	0,003					5	-109
М едь	0,003					5	-109
М ыш ьяк	0,003					5	-109
Уран	0,003					5	-109
Никель	0	,	0	0 2		3	-109

		Концен­	О бщ ее
			количество
	Э лемент	трация,
			в М ировом
		м г /л	океане, т

В анадий	0	, 0	0	2			3-109
М арганец	0	, 0	0	2			3-109
Титан	0	, 0	0	1			1,5-109
Сурьма	0,0005						0,8 -109
К обальт	0,0005						0,8 -109
Цезий	0,0005						0,8 -1 0 9
Ц ерий	0,0004						0,6 -1 0 9
Иттрий	0,0003						5	-10»
Серебро	0,0003						5	-108
Л антан	0,0003						5	-10»
Криптон	0,0003						5	-108
Неон	0	, 0	0	0	1		150-106
К адмий	0	, 0	0	0	1		150	-106
Вольф рам	0	, 0	0	0	1		150-106
Ксенон	0	, 0 0 0 1					150-106
Германий	0,00007						110-106
Хром	0,00005						78	-106
Торий	0.00005						78	-106
С кандий	0,00004						62	-106
Свинец	0,00003						46	-106
Ртуть	0,00003						46-106
Г аллий	0,00003						46	-106
Висмут	0	, 0	0	0	0	2	31	-106
Ниобий	0	, 0	0	0	0	1	15-106
Таллий	0	, 0 0 0 0 1					15-106
Гелий	0,000005						8	-106
Золото	0,000004						6	- 1 0 s
П ротактиний		2-10-9					3000
Радий		М О -ю					150
Радон	0,6-10-15						1 -Ю -з

(испарение, льдообразование) и понижающие (материковый сток, атмосферные осадки, таяние льда) минерализацию морских вод.

Процессы химические, биологические и биохимические (окис­ ление, фотосинтез, минерализация органического вещества, регене­ рация биогенных веществ и др.) изменяют состав, а следовательно, и соотношение между растворенными в морской воде веществами. Эти процессы существенно изменяют содержание газов, биоген­ ных и органических веществ, микроэлементов, но количественный состав группы главных ионов не затрагивают. Изменения в группе главных ионов морской воды зависят главным образом от воздей­ ствия внешних факторов, определяемых наиболее существенными составляющими солевого баланса Мирового океана.

Солевой баланс океана складывается в основном из элементов приходной и расходной частей.

44

Приходная часть баланса (поступление ионов в Мировой океан)

1. С водами материкового стока (поверхностными и подзем­ ными). Это наиболее существенный элемент приходной части ба­ ланса. В процессе стока с материков в океан выносится большое количество растворенных солей, биогенных и органических ве­ ществ, микроэлементов. Общий вынос растворенных веществ мате­ риковым стоком может быть ориентировочно оценен в 3200 млн. т

вгод (по О. А. Алекину).

2.Продукты дегазации мантии (продукты вулканических из­

вержений, излившейся лавы, горячих источников, ювенильных

вод). В состав этих продуктов обычно входят сернистые соедине­ ния (SO3, S 0 2> S, H2S), соединения углерода (СО и СОг), гало­

гены (Cl, F), водород и водяной пар. Количественно учесть по­ ступление продуктов дегазации мантии очень трудно.

3.Приход ионов через атмосферу (с атмосферными осадками

ис эоловыми взвесями). Сведения о химическом составе атмо­ сферных осадков, выпадающих на поверхность океана, очень огра­

ниченны, но при ежегодном выпадении на поверхность океана 324 тыс. км3 осадков с ними в Мировой океан поступает довольно значительное количество солей, уступающее всего в 2,5 раза при­ ходу солей с материковым стоком.

С эоловыми взвесями (большие массы песка и пыли, выноси­ мые с континента ветром) при их растворении в океан поступают ионы, приход которых учесть трудно.

4. Приход ионов при растворении пород берегов и осадков дна моря. В прибрежной зоне при разрушении волнами берега по­ роды, слагающие берег, обрушиваются в воду, дробятся и раство­ ряются. Состав растворенных веществ зависит от состава берего­ вых пород.

В придонном слое происходит растворение и переход в состав воды главным образом карбонатных ионов, в меньшей степени соединений других элементов.

Подсчитать количественно эту часть прихода трудно.

Расходная часть баланса (потеря ионов Мировым океаном)

1. Выпадение солей в осадок. Этот элемент расходной части баланса является наиболее существенным. Ежегодно из вод оке­ ана выпадают в осадок огромные количества солей, главным об­ разом карбонатов, а также минеральных коллоидов (Si02, ИегОз и AI2O3) и некоторая часть микроэлементов. Большая часть кар­ бонатов, поступающих в океан с материковым стоком, выпадает в осадок. Ежегодное выпадение в осадок карбонатов и минераль­ ных коллоидов, поступающих в океан с речным стоком, состав­ ляет, по О. А. Алекину, 360 млн. т.

2. При	отделении	и испарении частей океанов и морей.
В прошлом	от океана	отделялись и полностью высыхали моря и

45

заливы, после которых на континентах остались залежи солей

внесколько сотен метров.

Вполуизолированных заливах, лиманах, лагунах при засуш­ ливом климате мы и в настоящее время наблюдаем потерю солей при испарении в этих мощных естественных испарителях.

Взаливе Кара-Богаз-Гол годовой вынос солей из Каспийского моря составляет, по С. В. Бруевичу, 260 млн. т. Такую лее роль

играют и лиманы Черного (Куяльницкий, Хаджибеевский и др.)

иАзовского (Сиваш) морей.

3.Вынос солей ветром во время шторма с брызгами морской воды на сушу. Эти потери довольно значительны; по О. А. Але­

кину, количество солей, выносимых ветром, составляет 300—

400млн. т. в год.

4.Потеря солей на пропитывание грунта морского дна и ин­ фильтрацию учету не поддается.

5. Расход солей при адсорбции взвесями. Выносимые в океан с речными водами взвеси являются преимущественно продуктами механического истирания пород, глинистыми минералами. Вслед­ ствие их измельченности частицы обладают способностью адсор­ бировать (поглощать, увлекать) посторонние тела.

Особенно энергично адсорбируются взвеси тяжелых металлов. Обмен веществ между сушей и океаном подвержен непре­ рывным колебаниям, но при огромной массе океана изменение

массы растворенных веществ практически незаметно.

§ 2. Группа главных солеобразующих ионов

Минерализация морской воды определяется в основном содер­

жанием главных ионов. Главными они названы потому, что все вместе составляют 99,99% всех растворенных веществ, а концен­ трация каждого из них выше 1 мг/кг.

Главными ионами являются ионы растворенных твердых ве­ ществ, главным образом солей: хлоридов (NaCl, MgCb, КС1),

сульфатов (M gS04, C aS04, K2SO4), карбонатов (CaC03).

К главным ионам относятся анионы Cl- , 'S02~, НСО~, Вг~,

СО|~, F~ и катионы Na+, Mg2+, Са2+, К+, Sr2+ (табл. 10).

Суммарное содержание в граммах всех твердых минеральных растворенных веществ в 1 кг морской воды, при условии, что бром и иод замещены эквивалентным количеством хлора, все углекис­ лые соли переведены в окиси, а все органические вещества сож­ жены при температуре 480° С, называется соленостью.

Соленость принято выражать в тысячных долях весовых еди­ ниц (промилле) и обозначать S%o. Это определение предложено Серенсеном и Кнудсеном и принято Международным советом по исследованию моря.

По своему солевому составу морская	вода резко	отличается
от речной (табл. И ). В морской воде	преобладают	хлориды,

4 6

			Таблица		10
Содержание главных ионов		в морской воде (по Лаймену и Флемингу,		1940	г.)
			Концентрация
Ионы		г/кг
			%
Na+		10,5561	30,61
к+		0,3800	1,10
С а2+		0,4001	1,16
M g2+		1,2720	3 ,69
С1-		18,9799	55,04
В г-		0,0646	0 ,19
S 0 2 -		2,6486	7,68
Н С О “	+ С О |~	0,1397	0,41
F -		0,0013	0 ,02
н8во8		0,0260	0,07
Sr2+		0,00133	0,02
С умма	ионов	34,4696	99,99	(100)

Таблица 11

Солевой состав морских (по Диттмару) и речных (по Юстусу и Роту) вод

		Концентрация, %
	В ещ ества		речны е	воды
		м орские воды
Хлориды		88,65	5	,2
Сульфаты		10,79	9	,9
К арбонаты		0,34	60,1
Прочие (бромистый	магний и органические со­	0,22	24,8
единения)
Сумма		100	100
а в речной — карбонаты. По количественному содержанию				ионы
морской воды	находятся в следующем	порядке:	Cl~>'SO |~>
>H C O “ +COg~;	Na++K+> M g 2+> C a2+, а в речной воде порядок

противоположный.

Средняя соленость поверхностных вод Мирового океана до­ вольно значительна — 35%о (34,695), вследствие чего общее коли­ чество растворенных в Мировом океане солей достигает колос­ сальных значений — 56 • 1015 т.

Наличие в Мировом океане мощной динамики вод (волнение, течения, приливы, конвекция и пр.), создающей хороший водооб­

47

мен между его отдельными частями, обусловливает хорошее пере­ мешивание и как следствие однородность состава главных ионов. Установлено, что состав веществ, определяющих соленость мор­

ской воды,	совершенно	одинаков (для		открытых		частей океана)
во всех точках как на поверхности, так				и в глубинах			Мирового
океана.
Впервые	химический	состав	морских		вод	был	определен
в 1859—1865 гг. Форхгаммером			(150 проб)		и в 1884 г. Диттмаром
(77 проб, собранных в		1872— 1876 гг. во			время	экспедиции на
«Челленджере» в разных частях Мирового океана).

В результате исследования химического состава морской воды было обнаружено, что процентное соотношение между растворен­ ными в морской воде веществами довольно стабильно для различ­

ных районов	океана. На это явление обращал внимание еще
в XVII в. Р.	Бойль, но окончательно его доказал Диттмар. Эта

стабильность, названная постоянством солевого состава морской воды, в настоящее время установлена твердо й является главней­

шей закономерностью в химии океана				(табл. 12).
							Таблица 12
Химический состав морской			воды (по Д и ттм ару )
					К онцентрация
Соли
	г /к г					%
Хлористый натрий	27,21			77,76		хлористы е	соедине­
Хлористый магний	3,81			10,89		ния 88,65
Сернокислый магний	1	, 6	6	4,7 3
Сернокислый кальций	1,26			3,6 0		■ сульф аты	10,79
Сернокислый калий	0	, 8	6	2,4 6
Углекислый кальций	0	, 1	2	0 .3 4		карбонаты
Бромистый магний и др.	0,08			0	, 2 2	прочие
Сумма	35,00			1 0 0 , 0 0
После того как было установлено постоянство солевого состава,
постановлением Международного		совета			по	исследованию моря

в 1899 г. В Стокгольме была создана специальная комиссия в со­ ставе Кнудсена, Форха, Серенсена, Петерсена, Нансена, Крюммеля, Диксона и Макарова для разработки более простого метода определения солености морских вод на основе постоянства соле­ вого состава, который позволил бы по анализу одного какого-либо компонента определить общую сумму солей, т. е. соленость мор­ ской воды.

Комиссией в качестве основной составляющей, по анализам ко­ торой рассчитывается соленость морской воды, был выбран ион хлора, который сравнительно легко определяется аргентометрическим методом:

5 '/оо= /(С 1°/оо)-

48

В результате длительной и кропотливой работы комиссией была установлена для вод морской солености зависимость между соленостью и хлорностью типа

S°loo—Х Л~У Cl-

Были найдены точные значения коэффициентов х и у.

5°/00= 0 ,030+1,8050 С1°/00,

а также определено соотношение между хлорностью и плотностью воды:

а0= -0,069+ 1,4708 С1- 0,001570 С12+ 0 ,0000398 С13.

По найденным соотношениям М. Кнудсеном, К. Форхом и С. Серенсеном были составлены таблицы соответствия величин, которые в СССР вошли в «Океанологические таблицы», издавав­ шиеся в 1931, 1940 и 1957 гг. под редакцией Н. Н. Зубова.

В 1959 г. Лаймен и Флеминг на основе всех накопленных ра­

нее материалов вывели		следующую	зависимость	суммы	ионов
(2 %о) от хлорности:
	2 u / o	o = 069+1,8112 Cl J/00.
А в	1963 г. на основании работ Р.		Кокса на сессии в		Беркли
(США)	было рекомендовано соотношение между			хлорностью и
соленостью представить формулой

S % = 1,80655 Cl J/00.

Все эти формулы несколько более точные, но для сравнимости с ранее накопленным материалом принято пользоваться формулой Кнудсена—Серенсена.

Уравнение связи между соленостью и хлорностью применимо только к водам морской солености для открытых районов океана и морей, имеющих хороший водообмен. Моря, частично или пол­ ностью отчлененные от океана, находятся под сильным влиянием пресного материкового стока, вследствие чего они имеют иной солевой состав и иное соотношение между главными ионами. По­ этому для таких морей (заливов) найдены свои хлорные коэффи­ циенты:

Черное А зовское

Балтий ское

Каспийское

Аральское

S°/oo —	0,184	+	1 .795С1
S0/00 =	0,210	+	1.794С1
So/oo =	0,115	+	1.805C I
S0/00 =	о ,1 4 0 - |- 2 ,360С1
SO/oo =	0,2 6 0	+ 2 , 791C1

По этим формулам Государственным океанографическим ин­ ститутом были составлены таблицы соответствия величин для от­ дельных морей.

4 Заказ № 364

49

Вопросы для обучения и самоконтроля

Карточка Ms 13

Группа главных солеобразующих ионов

Вопросы Э лем енты ответов

								1)	НСОз
1.	К аковы особенности				химического		соста­	2 )	растворение	пород	берегов и
									осадков дна
	ва	морской воды ?						3)	медленное	изменение ионного
2.	И з		каких	элементов	прихода	склады ­			состава
								4)	M g
	вается солевой баланс М ирового						океа­	5)	выпадение солей в осадок
	на ?							6 )	адсорбция взвесями, инфильт­
									рация
3.	И з	каких		элементов	расхода	склады ­		7)	N a
	вается солевой баланс М ирового						океа­	8 )	продукты дегазации		мании
	на ?							9)	С1
								1 0 )	эоловые взвеси
4.	П оследовательность				содерж ания		глав ­	1 1 )	СОз
	ных ионов морской воды:							1 2 )	с атмосферными осадкам и
		а)	положительных,					13)	Са
		б)	отрицательных					14)	с бры згами волн, уносимыми
									ветром
5.	П оследовательность				содерж ания		гл ав ­	15)	значительная минерализация
	ных ионов речной воды:							16)	воды материкового		стока
	а)		положительных,					17)	отделение и испарение отдель­
	б)		отрицательных						ных водоемов
								18)	К
								19)	S 0 4
								2 0 )	сравнительная однородность и
									постоянство	солевого состава

§ 3. Группа растворенных газов

Морская вода вследствие того, что соприкасается с атмосфе­ рой, содержит в своем составе в первую очередь газы атмосферы: азот, кислород, аргон и двуокись углерода. Кроме атмосферных газов, в морской воде могут быть газы и другого происхождения: сероводород, метан.

Содержание газов сильно меняется во времени и пространстве и служит хорошим показателем происхождения водных масс и степени их перемешанности. Например, большое содержание кис­ лорода на больших глубинах океана указывает на хорошую вер­ тикальную циркуляцию, а появление сероводорода — на ее отсут­ ствие.

Наличие в морской воде растворенных газов, особенно кисло­ рода, двуокиси углерода, имеет огромное значение для развития органической жизни.

50