Тема 2. Формирование химического состава природных вод Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод.
Вода – непременное условие проявления жизни на земле, в ней развивались первые живые организмы, она входит в состав всех живых веществ на Земле. Эта исключительно важная роль воды всецело связана с ее способностью растворять различные вещества, встречающиеся в природе и образовывать сложные растворы солей, газов, органических веществ. 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 природная вода представляет собой сложный раствор различных веществ, который принято называть природной водой в отличие от химически чистой воды.
Сложность веществ, находящихся в природе, отражается на составе природных вод. Соприкасаясь в своем круговороте с огромным числом разнообразных минералов, газов и органических веществ, природная вода включает в свой состав значительное число химических соединений. В воде определены почти все присутствующие на Земле химические элементы.
Первоисточники минерального состава природных вод – это, во – первых, газы, выделяемые из недр земли в процессе дегазации мантии (анионы), во — вторых, продукты химического взаимодействия воды с кристаллическими изверженными породами, составляющими земную кору.
Происхождение анионовсвязано главным образом с газами, выделившимися при дегазации мантии Состав этих газов сходен с современными вулканическими газами: это пары воды, газообразные соединения хлора НСl, азота NН3, серы Н2S, брома НВr, углерода СН4и кислородсодержащие соединения СО2, СО. Далее появились в воде сульфатные, нитратные, ионы и анионы других кислородных кислот.
Происхождение катионовсвязано с изверженными кристаллическими породами и выносом катионов непосредственно из недр Земли. Разложение изверженных пород происходило под действием воды, усиливаемым присутствием кислых продуктов, поступающим из недр Земли. Образовавшиеся на Земле продукты текучими водами сносились в моря и океаны.
По химическому составу изверженные породы принадлежат к алюмосиликатам сложного состава; по минералогическому составу – к полевым шпатам.
Несмотря на кажущуюся прочность, изверженные породы подвергались: 1. физическому(размельчение под действием температур) и 2.химическомувыветриванию (под действием воды). Таким образом, образовывались с одной стороныглинистые минералы и разновидности SiО2; с другой стороны, различныерастворимые в воде двууглекислые или сернокислые или хлористые соли, образующие в растворе ионы К + , Nа + , Мg +2 , Са +2 , НСО3 — , SО4 -2 .
Следовательно — катионы природной воды – результат разложения алюмосиликатов земной коры; анионы – процесса разложения продуктов дегазации мантии. Состав природной воды определяет предшествующая ему история, т.е путь, совершенный водой в процессе своего круговорота. Количество растворенных веществ в такой воде зависит от состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, и от условий, в которых происходили эти взаимодействия.
Условия формирования состава природных вод.
Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, могут быть разделены на две основные группы. К первой группе следует отнести прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду: 1) горные породы; 2) почвы; 3) живые организмы, 4) деятельность человека. Ко второй группе – косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрологические и гидродинамические условия. Рассмотрим роль этих факторов в формировании состава природных вод.
- Горные породы и минералы, как источники солей для минерализации природных вод делятся на три группы: а) изверженные, магматические породы, образующие растворимые соли при их разложении; б) соли, рассеянные в сухом, растворенном или адсорбированном состоянии в различных осадочных породах; в) минералы и растворимые соли, находящиеся в виде скоплений или залежей. Скорость выщелачивания изверженных пород (процесс замены в кристаллической решетке ионов Са +2 , Nа + , Мg +2 , К + на водород воды, повышение в растворе концентраций ОН — и это явлениеназывается выщелачиваниемпородыи характер образующихся продуктов зависят от физико — географических условий и в первую очередь от климата. Особенно влияет среда на минералогический состав образующихся твердых продуктов выветривания. К основным продуктам выветривания полевых шпатов принадлежат глинистые минералы, характер которых зависит от температуры, рН среды, условий дренажа (рельеф, фильтруемость пород). Соли в осадочных породах образуют местами скопления больших размеров, являющиеся постоянным источником минерализации воды. Это углекислые, сульфатные и хлористые соли кальция, магния, натрия и калия.
- Большое значение для минерализации вод имеет и почвенный покров. Почвы содержат в своем составе помимо минеральной составляющей (90-95%) и органическую и органоминеральную составляющие. Органическая часть – это продукты распада растений и живых организмов, почвенный гумус, т. е продукты сложного биохимического превращения остатков отмерших растений и животных (85-90%). Весь этот разнородный по составу и происхождению материал пропитан почвенным раствором. Наименьшая концентрация почвенного раствора наблюдается в зоне избыточного увлажнения, и такие почвы слабо обогащают воду хлористыми и сульфатными солями. В областях с сухим климатом почвенный раствор имеет значительные концентрации солей, а воды обладают повышенной минерализацией. Таким образом, почвы – важнейший фактор минерализации воды. Речные воды в паводковый период в значительной мере являются почвенной вытяжкой, выполненной с помощью атмосферных вод.
Источник
4.4. Химический состав воды и его влияние на здоровье населения
В воде природных водоисточников обычно находится то или иное количество различных веществ органического и неорганического происхождения. Даже самая чистая с гигиенической точки зрения вода содержит химические вещества. Особенности химического состава природных вод зависят от их происхождения, от того, являются ли воды атмосферными или проходят через слой земли, обогащаясь при этом химическими веществами и газами, являются ли эти воды речными, морскими, озёрными, почвенными и т.д.
Наиболее важными химическими компонентами воды являются ионы Сl − , SО4 2−- , НSO3 2− , СO3 2− , Na + , К + , Мg 2+ , Н + , а также Вr − , I − , НРO4 2− , Н 2РО4 − , S2O3 2− , Fе, А1, Sr. Кроме них, в воде могут находиться органические вещества почвенного происхождения и неорганические примеси.
Минеральный показатель пресной воды − не более 1 г/л, солоноватой − 1 − 2,5 г/л, соленой − выше 2,5 г минеральных веществ на 1 л. Данные убедительно показывают, что население получает вместе с питьевой водой различные количества солей. Установлено, что высокая общая минерализация питьевой воды при постоянном употреблении приводит к расстройству пищеварения, снижению аппетита, появлению слабости, потере трудоспособности, обострению хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта. Материалы ВОЗ свидетельствуют о серьезных нарушениях в организме при питье сильно минерализованной воды, так как это приводит к обезвоживанию организма, нарушению кислотно-основного состояния, увеличению остаточного азота в крови, концентрации белка в плазме крови, что сопровождается резким ослаблением сердечной деятельности и заканчивается смертью.
Изучение заболеваемости и экспериментальные исследования гигиенистов позволили установить, что влияние общей минерализации воды на организм зависит главным образом от количественного соотношения входящих в неё соединений. Так, избыточное поступление в организм с питьевой водой хлоридов, особенно хлорида натрия, вызывает угнетение желудочной секреции, уменьшение диуреза, повышение кровяного давления. Хлорид натрия усиливает гипертензивное действие адреналина. Высокое содержание в питьевой воде сульфатов обусловливает нарушение водно-солевого обмена.
Кроме того, сульфаты вызывают диспепсические явления: от легкого послабления до выраженного, что необходимо дифференцировать от желудочно-кишечных инфекционных заболеваний.
Из неорганических соединений существенное влияние на организм оказывают соли кальция и магния. Санитарно-гигиеническое значение жесткости воды заключается в том, что в жесткой воде плохо развариваются овощи, мясо, так как соли кальция образуют с белками нерастворимые соединения, препятствующие усвоению мяса; чай в жесткой воде плохо настаивается и вкусовые качества его снижаются. В жесткой воде плохо мылится мыло, так как при этом ионы натрия мыла замещаются кальцием и магнием из воды, в результате чего образуется хлопьевидный осадок. Это затрудняет проведение многих гигиенических мероприятий. Жесткость воды в некоторых случаях может служить показателем её загрязнения, так как в результате распада органических веществ образуется двуокись углерода, которая может выщелачивать из почвы соли кальция и магния, что приводит к образованию растворимых двууглекислых соединений.
Отрицательное влияние на организм человека может оказывать избыточное количество нитратов, находящихся в питьевой воде. Впервые на этот факт было обращено внимание в США, где в Уолтоне в 1951 г. возникла тяжелая метгемоглобинемия у детей, употреблявших воду, содержавшую более 50 мг/л нитратов, из них 39 умерли. Болезнь наступает в результате того, что нитраты под воздействием бактерий, обитающих в кишечнике, восстанавливаются до нитритов, которые, всасываясь в кровь, частично инактивируют гемоглобин, вызывая кислородное голодание. Безопасное содержание нитратов в воде − 10 мг/л.
Общая минерализация воды, не нарушающая функций организма и не изменяющая органолептических свойств воды, составляет 1000 мг/л.
В природных водах могут содержаться радиоактивные вещества: уран, торий, радий, полоний, радиоактивный кальций, а также радиоактивные газы: радон и торон. Они вымываются из горных пород и таким образом попадают в природные водоисточники. Естественная радиоактивность воды наиболее высока в районах залегания радиоактивных руд, в подземных водах она выше, чем в водах открытых водоёмов.
Установлено, что в природных водах могут находиться или, наоборот, отсутствовать микроэлементы, роль которых в жизнедеятельности человеческого организма велика. Обладая большой биологической активностью, они обеспечивают нормальное течение многих физиологических и обменных процессов, участвуют в минеральном обмене и как катализаторы различных биохимических реакций оказывают влияние на общий обмен. Микроэлементы входят в состав биологически активных соединений: ферментов (Zn, Сu, Мn, Мо и др.), витаминов (Со), гормонов (I, Со), дыхательных ферментов (Fе, Сu). Некоторые микроэлементы влияют на рост и размножение животных и растений, на кроветворение (Fе, Сu, Со), процессы тканевого дыхания (Сu, Zn), внутриклеточный обмен и др. Для нормального течения этих процессов необходимо строго определенное количество микроэлементов. Химические элементы, содержащиеся в животных организмах в количестве тысячных долей процента, называются микроэлементами, а в количестве стотысячных долей процента − ультрамикроэлементами (Pb, Аg). По современным данным, для нормальной жизнедеятельности организма необходимо более 30 микроэлементов, большинство из которых являются металлами (Рb, Сu, Мn, Zn, Мо, Со и др.) и только некоторые − неметаллами (I, Вг, Аs, Р, Sе). Поскольку в организм человека микроэлементы поступают из внешней среды, содержание их в организме находится в прямой зависимости от присутствия этих веществ в почве, воде, растениях и др. Питьевая вода покрывает всего 1 − 10 % суточной потребности в таких микроэлементах, как йод, железо, цинк, магний, молибден, кобальт, и лишь для фтора и стронция является основным источником поступления в организм. Микроэлементы распределены в земной коре неравномерно, поэтому создается избыток или недостаток их в воде, почве, растениях определенных районов. Такие районы называются биогеохимическими провинциями, а заболевания − биогеохимическими эндемиями. Наиболее изучены биогеохимические эндемии, связанные с недостатком или избытком фтора, недостатком йода, стронция, кобальта.
Источник