Лекция: Классификация природных вод по степени минерализации

В настоящее время среди исследователей нет единого мнения по вопросу о принципах подразделения природных вод по величине минерализации. Многие подходят к такому разделению с гидрохимических позиций и с учетом практического значения воды, некоторые принимают во внимание только запросы практики [29].

Ионный состав вод определяет их важные геохимические особенности, использование в народном хозяйстве и медицине – пригодность для водоснабжения, орошения, лечения болезней и т. д. Поэтому определение в воде шести главных ионов выполняется при любых исследованиях вод. Объем информации по данному вопросу огромен. Это естественно вызвало необходимость классифицировать воды по ионному составу, по преобладанию тех или иных ведущих ионов. Существует много подобных классификаций, но авторы считают, что таксономические значения анионов выше, чем катионов. В результате воды разделены на три основных класса: гидрокарбонатные и карбонатные, сульфатные и хлоридные. Подобную классификацию на ионной основе разработал в 1970 году О.А. Алекин (рис. 4.1) [30].

Класс гидрокарбонатных вод объединяет пресные и ультрапресные воды рек, озер и включает значительное количество подземных вод. Класс хлоридных вод объединяет воды морей, лиманов и подземные воды солончаковых районов. Сульфатные воды по распространению и минерализации занимают промежуточное положение между хлоридными и карбонатными водами.

Рис. 4.1.Классификация природных вод по О. А. Алекину

Каждый класс подразделяют на три группы по преобладающему катиону (кальциевая, магниевая и натриевая группы).

Группы в свою очередь делятся на типы в соответствии с количественными характеристиками ионов и катионов. Так, к первому типу относятся воды, в которых концентрация ионов, выраженная в моль — экв/л, больше, чем суммарная концентрация катионов кальция и магния:

Воды этого типа слабо минерализованы, для них характерен избыток гидрокарбонат — ионов.

Воды второго типа характеризуются более высокой суммарной концентрацией гидрокарбонат — и сульфат — ионов, превышающей суммарную концентрацию катионов кальция и магния, которая в то же время является более высокой, чем концентрация одного гидрокарбонат — иона:

К этому типу вод относятся подземные воды, а также воды рек и озер малой и средней минерализации.

Для воды третьего типа характерна более высокая концентрация ионов хлора по сравнению с ионами натрия и, следовательно, суммарная концентрация катионов концентрация катионов кальция и магния, превышающая суммарную концентрацию гидрокарбонат — и сульфат — ионов:

или >

Воды этого типа обычно сильно минерализованы.

Четвёртый тип вод характеризуется отсутствием гидрокарбонат- ионов. Воды этого типа являются кислыми и имеются только в хлоридных и сульфатных вод.

В пределах типов геохимические различия вод в первую очередь определяются кислотно-щелочными условиями. В соответствии с этим выделено 4 класса вод в зависимости от pH:

pH

Сильнокислые 3 – 4

Слабокислые (3 – 4) – 6,5

Нейтральные и слабощелочные 6,5 – 8,5

Сильнощелочные > 8,5

Сильнокислые воды. Такая кислотность обязана присутствием свободной минеральной кислоты – серной или соляной. В сернокислых водах легко мигрируют железо, алюминий, медь и др. В вулканических районах и глубоких горизонтах артезианских бассейнов известны и солянокислые воды.

Слабокислые воды. Кислотность таких вод обычно обусловлена процессами разложения органических веществ и поступлением в воды угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот. Если в водах мало сильных катионов, то кислотность не может быть полностью нейтрализована, господствует кислая и слабокислая среда с pH от 3-4 до 6,5. В таких условиях легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Слабокислые воды широко распространены в тундре, тайге и других ландшафтах влажного климата.

Нейтральные и слабощелочные воды. Эти воды менее благоприятны для миграции большинства металлов, которые из них осаждаются в форме растворенных гидроксилов, карбонатов и других солей. Кремний, мышьяк, молибден, селен, образующие анионы, напротив, часто мигрируют энергично. Такие воды характерны для морей и океанов, степей и пустынь, подземных вод известняков. При разложении органических веществ здесь тоже возникает угольная и другие органические кислоты, но они полностью минерализуются кальцием, натрием, магнием, калием.

Сильнощелочные (содовые) воды. Эти воды обычно обязаны своей реакцией присутствию соды, их pH превышает 8,5, местами достигает 11-12. В содовых водах легко мигрируют аниогенные элементы. Большая группа элементов, формирующих труднорастворимые соединения в нейтральных и слабощелочной среде, в этих водах обладает высокой миграционной способностью, т.к. образует растворимые комплексные карбонатные соединения (цинк, бериллий, скандий, цирконий). Некоторые элементы марганец, кальций, стронций, барий, железо, напротив, запрещены для содовых вод.

Классификация О.А. Алекина, хотя и получила распространение, является далеко не единственной системой, учитывающей химический состав природных растворов, и не лишена существенных недостатков. Так, например, в ней не учитывается присутствие в природных водах растворимых органических соединений, общая концентрация которых в воде рек и озер иногда достигает 100 мг/л. В основном это гумусовые кислоты и их соли (продукты микробиологического разложения растительных и животных остатков), углеводороды, фенолы, белки, углеводы. Всего из осадочных пород, почв и вод выделено свыше 500 органических соединений. Во многом именно присутствием органических веществ обусловлен своеобразный цвет природных вод водоемов и рек. Однако основная роль, которую играют растворенные органические соединения в природных водах, связана не с окраской вод, а с процессами комплексообразования, оказывающими влияние на миграцию элементов.

Рассмотренная выше классификация не учитывает также присутствия растворенных газов. Количество и природа растворенного газа оказывают существенное влияние на физико-химические процессы, протекающие в природных водоемах [31].