Геохимия окружающей среды

В атмосфере  не устойчив и легко соединяется с кислородом

Тритий H3 (T) – образуется в верхних слоях атмосферы: N14+ n→

Ксенокомпоненты атмосферы

Метан и другие газообразные углероды

CH4 образуется в процессе разложения орг вещ-ва при условии недостатки кислорода в почвах – болота, захороненные осадки (каменные угли, жидкие углеводороды)

Окись углерода CO не характерна для природных процессов в окр среде, обладает токсическими свойствами.

Источники поступления:

• Неполное сгорание жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания
• Выбросы ПП
• Преобразования твердых отходов

 

Геохимия гидросферы

Факторы формирования химического состава природных  вод:

- общие естественноисторические  и геологические воздействия

- антропогенные воздействия

Прямые факторы:

- Хим состав и свойство горных пород и почв

- Жизнедеятельность   живых организмов

- Деятельность  человека

Косвенные факторы:

- Климат  (температура, влажность)

- Рельеф

- Растительность  и др.

Основные  компоненты хим состава природных вод:

1. Главные ионы (или компоненты): Cl, SO4, HCO3, CO3, Na, K, Mg, Ca
2. Растворенные газы: O2, CO2, H2S
3. Биогенные элементы-соединения: N, P, Si
4. Микроэлементы – хим элементы, присутствующие в природных водах в гораздо меньших количествах, чем главные ионы
5. Органические вещества

Характеристики качества воды:

1. Жесткость воды – совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде ионов Ca²⁺ и Mg ²⁺ ,выражается в мг*экв/л.

Жесткость вод реи и озер, расположенных  в зонах тайги и тундры – 0,1-0,2 мг*экв/л

Жесткость вод морей и океанов  – 80-100 мг*экв/л

2. Соленость (S) – общее количество растворенных соединений в воде, выражается в Г/Л

Основную  массу солей составляет – хлориды щелочных и щелочено – земельных элементов, сульфаты, бикарбонаты и незначительно карбонаты.

Главные ионы (компоненты )

Хлоридные ионы

Концентрация  изменяется от 0,1 мг/л (арктические снега) до 150 мг/л (рассолы)

• Атмосферные осадки ˂1 мг/л
• Поверхностные и неглубоко залегающие подземные воды гумидных зон – до 30 мг/л
• Поверхностные и неглубоко залегающие подземные воды аридных зон – до 1000 мг/л

основные  естественные источники поступление  хлоридов в природные воды:

1. Вынос из почв и водовмещающих пород
2. Привнос хлоридов ветром и атмосферными осадками из океана
3. Растворение солевой пыли содержащейся в атмосфере

Сульфатные ионы

Концентрация  изменяется от 0,2 мг/л (атмосферные осадки, подземные и поверхностные восстановительные  воды) до 100 мг/л

Источники поступления  сульфатов в природные воды:

1. Атмосферные осадки
2. Частицы пыли, содержащие сульфатные минералы
3. Газы – диоксид серы и сероводород, при окислении дающие сульфаты.

Карбонатные и гидрокарбонатные ионы

Подземные воды содержат от 10 до 800 мг/л гидрокарбонатных ионов;

Наиболее  распространённые концентрации – 50 - 400 мг/л

Источники поступления:

1. Углекислый газ атмосферы
2. CO₂ почвы
3. Растворение карбонатных пород

Соотношение между карбонатными и гидрокарбонатными  ионами в воде определяется pH среды:

1. pH˃8,2→диссоциация гидрокарбонатных ионов на карбонатные и водородные ионы→преобладание карбонатных ионов
2. pH˂ 8,2: H+ +CO3 2-↔ HCO3-

Кальций ион 

Содержание  Ca²⁺ в природных водах лимитируется концентрацией CO₂:

При равновесии с атмосферным CO2 поверхностные воды содержат 20-30 мг/л Ca

При появлении  в поверхностной воде комплекса  CO₂, CaHCO₃- и CaCO₃ концентрация ионов кальция увеличивается до 40-50

В сульфатных водах достгает 600 и определяется растворимостью CaSO₄

Выщелачивание из пород и почв  - основной источник поступления

Магний – ион 

Растворимость и содержание Mg2+ в природных водах так же зависит от концентрации CO2

При равновесии с атмоссферным CO2 в природные воды поступает до 190 мг\л Mg

При увеличении содержания в поч водах CO2 – количество ионов магния сущ возрастает

Содержание  Mg в воде – 1-40

В воде, контактирующей с парадами, богатыми магнием –  до 100

Более высокие  концентрации  ионов  Mg характерно  для морской воды и рассолов.

Натрий и калий

Средние концентрации в природных водах:

• Натрий ион – 1-20
• Калий ион – до 10

При увеличении общей минерализации воды содержание ионов натрия и калия возрастает.

Выщелачивание из пород и почв – осн источник поступления.

 

Растворенные газы

Необходимые компоненты природных вод – O2, N2, и CO2 (газы, сост атмосферу)

Кислород

Содержание  кислорода определяют 2 противоположными процессами:

1. Обогащение вод – их взаимодействие с атмосферой, выделение кислорода в процессе фотосинтеза.
2. Поглощение кислорода – биохимические процессы и процессы окисления.

Таким образом, концентрация кислорода в водах  определяется соотношением между его  поступлением и поглощением

Средняя концентрация кислорода – 0 14,6

 

 

Биогенные вещества

Азот присутствует в воде как виде неорганич соединений

Источники поступления неорганического  азота

• Биологический распад азотосодержащих соединений
• С атмосферными осадками

Средняя концентрация ионов аммония в естественных условиях не превышает 0,5 мг/л

 

Фосфор так е присутствует в водах как в виде неорганических, так и органических соединений

Концентрация  фосфора определяется обменом между  неорганическими и органическими  формами

Микроэлементы:

• Тяжелые металлы – Zn Cu Pb Ni Co  и другие
• Редкие металлы – Li Cs Rb Be
• Галогены – Br I F
• Радиоактивные элементы

Органические  вещества:

Количественные  характеристики органического вещества:

• Содержание С
• Окисляемость
• Биохимическое потребление кислорода (БПК)

Источниками поступления в естественных условиях: торфяники, лесной перегной, образование  в самом водоеме.

Среднее содержание органики в водах  – не более 20 мг/л

В болотных и  реках с болотным питанием – до 50 мг/л

Классификация вод на основе общей минерализации

Пресные –  до 1 мг/л

Солоноватые  - 1-25 мг/л

Морской солености -  25-50 мг/л

Рассолы -  ˃50  мг/л       

Классификация по концентрации основных компонентов (Алекин)

Все природные  воды по преобладающему аниону делятся  на три класса:

Гидрокорбанатные (C)

Сульфатные(S)

Хлоридные (Cl) (аридные и семиаридные )

Затем каждый класс по преобладающему катиону делится на 3 группы:

• Кальциевую
• Магниевую
• Натриевую

Затем в пределах каждой группы выделяются 4 типа вод(на соотношение между ионами):

1. Воды в основном слабоминерализованные, образующиеся в результате выщелачивания изверженных пород или ионно – обменных процессов

HCO₃-˃Ca²⁺+Mg²⁺  

2. Воды смешанного происхождения, формирующиеся в результате взаимодействия вод как с осадочными породами, так и с продуктами выветривания изверженных пород.

Это преимущественно волы рек, озер и подземные воды малой минерализации

  HCO₃-˃Ca²⁺+Mg²⁺   ˂ HCO₃-+SO₄ ^2-

3. Воды, химический состав которых, сформировался под влиянием процессов метаморфизации. Это сильноминерализованные подземные волы, а так де воды океанов, минеральных озер
4. Кислые воды, характеризуются отсутствием HCO₃-. Это болотные, шахтные и вулканические воды.

Обозначение символами: например C_II^Ca - гидрокарбонатная кальциевая, второго типа.

На основе классификации Алекина А.О. по преобладающим классам вод выделяют следующие одноименные зоны:

1. Зона вод гидрокарбонатного класса
2. Зона вод сульфатного класса
3. Зона вод хлоридного класса

 

Зона вод гидрокарбонатного  класса приурочена к районам большой  увлажненности с преимущественным развитием слабо минерализованных почв и сильно выщелоченных грунтов

Средняя минерализация рек гидрокарбонатного  класса=146 мг/л

Воды гидрокарбонатного  класса занимают север европейской  части России, большую часть Сибири и дальнего востока.

Сюда относятся  все реки бассейнов балтийского  белого Баренцева Карского восточно-сибирского охотского морей и моря Лаптевых.

  Подземные воды - все природные воды, залегающие ниже поверхности земли.

По условиям залегания выделяют

Пластовые

Жильные

Водовмещающие породы грунтовых вод – рыхлые отложения, трещиноватые породы зоны выветривания и карстующие карбонатные породы

Питание грунтовых вод:

• Атмосферные осадки
• Просачивание вод поверхностных водотоков и водоемов
• Подток напорных межпластовых вод

В основном питание имеет смешанный  тип  

Основные  химические компоненты подземных вод (в порядке убывания)

Анионы       HCO₃-˃ SO₄ ^2-˃ CL-˃

Катионы

 

Химические  типы подземных вод (Алекин А.О.)

1. Неметаморфизованные – горные и равнинные территории гумидных районов
2. Воды начальной метаморфизации
3. Воды средней метаморфизации – предгорья и равнины с полуаридным климатом
4. Воды высшей метаморфизации – равнины сухих степей, полупустынь и пустынь

Антропогенный фактор формирования химического состава  природных вод – хозяйственная деятельность человека

Источники загрязнения: хоз – бытовые стоки, предприятия нефтяной, угольной, металлургической и бумажно – целлюлозной промышленности.

Основные  поллютанты – загрязнители природных вод

Алюминий

Наиболее  токсичны – хлористые, азотноскислые и уксуснокислые соли

Минимально  вредная концентрация хлористых  и азотных солей AL – 0,1 мг/л

ПДК для питьевой воды и водоемов не установлены

Бериллий

Токсичны  все соединения Be

Минимальная вредная концентрация Be – 0/5-1,0 мг/л

ПДК для питьевой воды не установлена, для водоемов – 2*10 ^-4

Ванадий

Полезная (рекомендуемая) концнтрация V – 0,03 – 0,022 мг/л, более высокая концентрация вызывает токсическое действие

Минимально  вредная концентрация хлористых  и азотных солей V -  0,1 мг/л

ПДК для питьевой воды не установена. Для водоемов  - 0,1 мг/л для сточных вод – 5 мг/л

Кадмий

В живых организмах аккумулируется в печени, почках, селезенке, снижает содержание кислорода в  крови

ПДК для питьевой воды и водоемов – 0,01 мг/л 

Кобальт

Помимо токсичного, обладает канцерогенным действием

ПДК для питьевой воды не установлена, для водоемов -  1 мл/л

Медь 

Малотоксичная, но обладает аккумулятивным действием.

 ПДК для  питьевой воды – 3 мл/л (по  ВОЗ – 1,5 мл/л), для водоемов  – 0,01 мл/л, для сточных вод  – 0,05 мл/л

Мышьяк 

Высоко токсичен, но обладает  аккумулятивным действием.

Применяется как ядохимикат в сельском и лесном хозяйстве=с поверхностным стоком поступает в водоемы

ПДК для питьевой воды – 0,05 мл/л, для водоемов – 0,05 мл/л

  Никель

Канцерогенен

ПДК для питьевой воды не установлена, для водоем – 0,01 мл/л,

Ртуть

Высокотоксичная

Летальная доза для питьевой воды – 75 – 300 мг/сут

ПДК для питьевой воды нет, так как любые дозы Hg недопустимы, для водоемов 0,005 мг/л

Лекция 6 Геохимия педосферы

Факторы формирования химического состава  почв

Геологический круговорот

Миграция  хим эл почвы в зоне гипергенеза

Наиболее  интенсивно из почвы выносятся Cl Br J Ca Mg Na

Биологический круговорот влияние на миграцию эл опред степенью биологического поглощения