РЕФЕРАТ
Тема: Гідрохімія озер і водосховищ
Підготував: студент 2 курсу
Групи: Гідроголія
Троц Андрій
Водойми поділяються на озера, водосховища і ставки. Озера здебільшого є природними утвореннями, а водосховища і ставки звичайно мають штучне походження. За своїм положенням у рельєфі суші та в системі материкового стоку озера стають акумуляторами мінеральних і органічних речовин, які циркулюють у межах водозбору. Будь-які змінення на водозборах впливають на процеси накопичення речовин в озері. На відміну від відкритих систем, до яких належать річки, озера є напівзамкненими або повністю замкненими системами.
Умови формування хімічного складу вод озер
Проточність озера є основним фактором, який зумовлює мінералізацію і хімічний склад води озера. За цією ознакою озера поділяються на три групи: 1) проточні – в них здійснюється приплив і відтік води поверхневим і підземним шляхами; 2) безстічні – відзначаються лише припливом, відтоку немає або ж незначний у водному балансі озера; 3) проміжного типу (тимчасово стічні) – відтік відбувається лише в окремі сезони року (наприклад, навесні), а в інші часи вони безстічні. Перший тип озер характерний для зони надлишкового зволоження. Оскільки ці озера мають стік, то середня мінералізація вод невелика і близька до середньої мінералізації їх приток. Другий тип формується в посушливих кліматичних умовах. Тривале перебування води в озері за наявності сильного випаровування сприяє підвищенню її мінералізації, що спричинює низку процесів, які змінюють склад води. Провідна роль при цьому належить мінералоутворенню. В результаті випадіння солей (мінералів) з води озера склад її надзвичайно змінюється. Третій тип озер, як і попередні, поширений у зоні недостатнього зволоження. В озері з періодичним стоком частина солей, які вносяться припливом, вимивається, втім безперервного їх накопичення у такому озері не відбувається, оскільки з підвищенням мінералізації води озера зростає і мінералізація стоку з нього; в результаті в системі «притоки → озеро → стік» встановлюється певна рівновага, що визначає мінералізацію води озера, яка вища за мінералізацію приток. Для проточних і безстічних озер важливою характеристикою є ступінь проточності, який виражається відношенням об’єму водної маси Q до припливу води V. При великих значеннях Q/V склад води озера змінюється незначно порівняно зі зміненням складу води приток. Якщо це відношення невелике, коливання іонного стоку озерних вод може бути помітним. Такі особливості властиві малим озерам, які мають велику проточність. Мінералізація води озер, на відміну від річок, змінюється в дуже широких межах (табл. 8.1). Річки з мінералізацією води понад 1-2 г/дм3, незалежно від природних умов, – дуже рідкісне явище, а мінералізація озерних вод може бути як дуже низькою, кілька десятків мг/дм3 (близька до дощової), так і дуже високою – 300-350 г/дм3 (солоні озера з розсолом, насичені солями). Навіть в одному озері склад води часто відрізняється від складу його приток. Наприклад, мінералізація води оз. Тенгіз становить кілька десятків г/дм3, а в р. Нура, яка впадає в нього, – 200-500 мг/дм3, або оз. Іссик-Куль при мінералізації води 5-8 г/дм3 має дуже маломінералізовані притоки. Проточні озера є прісними, тимчасово стічні – солонуватими і безстічні – соляними. Слід додати, що соляні озера як виняток можуть утворюватись і в районах достатнього зволоження, де їх поява зумовлена наявністю в надрах покладів солей. За мінералізацією води О.О.Алекін виділяє озера прісні (до 1‰), солонуваті (до 25‰), соляні (понад 25‰). В Україні налічується близько 20 тис. озер, з них приблизно 7 тис. мають площу водної поверхні від 0,1 км2 і більше. Розподілені вони по території нерівномірно. Велика група озер розташована на правому березі Західного Бугу, а також у межиріччі Західного Бугу і Прип’яті (Шацькі озера), багато озер у долинах Дунаю і Дністра – в плавнях. Уздовж узбережжя Чорного моря і в межиріччі Дунаю і Південного Бугу розташована велика група озер і лиманів, загальна площа яких перевищує 850 км2. У межах Середнього і Нижнього Подніпров’я озера заплавного типу найчастіше трапляються на водозборах Десни і Прип’яті; озера цього типу є і в заплаві Сіверського Дінця. Поширені озера і в горах Криму та Карпат (табл. 8.2). На території країн СНД є близько 2,9 млн озер, з них 95% з прісною водою. Загальні запаси прісної води в озерах становлять близько 26 500 км3. Понад 98% озер є невеликими водоймами з площею водної поверхні 0,11,0 км2. Значна частина мілководних озер, які часто наповнюються весняними талими водами, протягом теплого сезону року сильно висихають, а в деяких посушливих районах (Казахстан, південь Західного Сибіру) щороку повністю висихають.
Хімічний склад вод прісних озер
Майже всі запаси озерних вод містяться в 15 озерах з площею дзеркала більш ніж 1000 км2 кожне. В оз. Байкал зосереджено 26% озерних вод світу. За об’ємом оз. Байкал перевищує також усі великі озера Північної Америки і оз. Танган’їка в Африці. Відомості про запаси прісної води у найбільших озерах території країн СНД. Для прісних озер характерні хімічні особливості, хоча кожне з них має індивідуальний хімічний склад. Як і для річкових, для вод прісних озер типовий такий порядок розподілу головних іонів: HCO3¯ > SO42– > Сl–; Са2+ > Mg2+ > Na+ > К+. Проте зі збільшенням мінералізації озерної води зростає кількість іонів в її складі й указаний порядок порушується. При мінералізації до 500-1000 мг/дм3 в озерній воді переважають гідрокарбонаті іони, понад 1% – найчастіше сульфатні, а при 3-5% – сульфатні і хлоридні. Серед катіонів озерних вод домінуюча роль кальцію зберігається лише до 1-2 г/дм3, при подальшому зростанні мінералізації переважають іони натрію. За хімічним складом переважна більшість прісних озер є гідрокарбонатними кальцієвими. До них, наприклад, належать такі великі озера світу, як Байкал, Ладозьке, Онезьке, Таймир, Верхнє, Гурон, Мічиган, Вікторія, Танган’їка. Іонний склад води озера генетично пов’язаний з річками, які його живлять. Це особливо чітко виявляється на невеликих озерах з малим водозбором. А у великих озерах зі значними водозбірними площами індивідуальні гідрохімічні особливості приток узагальнюються. Гідрохімічний режим озера зумовлений групою факторів, з яких провідне значення мають розміри озера, його площа, глибина і конфігурація утворюються різні форми вуглецю та сірки, змінюється карбонатна і сульфатна рівновага.
Основні етапи біологічного кругообігу. Неорганічний вуглець повітряного і біохімічного походження у формі СО2 розчиняється у воді озера. Завдяки процесу фотосинтезу неорганічний вуглець перетворюється на органічний. Після відмирання гідробіонтів їх залишки частково піддаються аеробному розпаду у верхніх шарах води з виділенням СО2 і утворенням водного гумусу. Більша ж частина біогенних залишків осаджується на дні і тут в анаеробних умовах розпадається з виділенням СН4 і СО2. Метан у верхніх шарах води окиснюється за участю мікроорганізмів до СО2, який знову включається у кругообіг, утворюючи слабку вугільну кислоту, що дисоціює на іони HCO3¯ і СО32–. Перетворення сірки має певну послідовність. Сульфати, які надходять в озеро, споживаються гідробіонтами. При цьому сірка йде на утворення білкової речовини. Відмерлі організми у донних мулових відкладах розкладаються з утворенням H2S. Останній утворюється також в результаті реакції відновлення сульфатів сульфатредукувальними бактеріями в анаеробних умовах. Частина сірководню залишається в мулах, а певна кількість його надходить у верхні шари води, де H2S окиснюється за участю бактерій спочатку до S, а потім до SO42–; останній знову включається в кругообіг.
Іонний склад води озер характеризується неоднорідністю як за його акваторією, так і за глибиною. Ступінь його неоднорідності визначається такими основними умовами: 1) відношенням між об’ємом озера і водністю приток. У великому озері, об’єм якого у багато разів перевищує об’єм приток, вода здебільшого досить мішана і неоднорідність складу може бути помітна лише у пригирлових ділянках; 2) різницею в мінералізації води. Наприклад, при штильовій погоді прісна вода р. Джаргалан, яка впадає у східну частину оз. Іссик-Куль, внаслідок значних відмінностей між мінералізацією власної води і води озера (5,8‰) розтікається по поверхні Джаргалинської затоки шаром 1-2 м, утворюючи неоднорідність складу поблизу поверхні, а також порівняно з усією масою озера; 3) різницею температури озерних вод і приток. Прикладом може бути розподіл води за шарами в оз. Байкал на місці впадіння в нього р. Селенга; 4) формою озера. Витягнута форма озера і наявність відокремлених плес сприяє неоднорідності складу води. Неоднаковий характер біохімічних процесів на різних глибинах озера та протягом року створює вертикальну гідрохімічну зональність, або стратифікацію. Найчіткіше вона виявляється в малих озерах, оскільки в великих внаслідок сильного перемішування води, низьких температур і порівняно невеликого вмісту в них живих організмів біологічні реакції проходять менш інтенсивно. Зокрема, гідрохімічна стратифікація спостерігається для іонів HCO3¯ і СО32–. Улітку в поверхневому шарі в процесі фотосинтезу споживається велика кількість СО2. Зменшення концентрації СО2 створює лужну реакцію і зміщення карбонатної рівноваги в бік утворення іонів СО32– за рахунок зменшення концентрації іонів HCO3¯. У природних частинах озера проходить мікробіологічне розкладання органічних залишків з виділенням СО2, що призводить до зниження рН розчину і зміщенню карбонатної рівноваги в бік утворення HCO3¯.
Прісні озера України. Типовими прісними озерами в Україні є Шацькі озера, які розташовані у межиріччі Західного Бугу і Прип’яті (Волинська обл.) у широких заболочених низовинах. За деякими винятками це мілководні водойми з плоским дном і глибинами, які не перевищують 7 м. Найглибші озера – Світязь, Пулемецьке, Пісочне – мають у котловинах вузькі западини, глибини в яких досягають 20-50 м. Дно озер піщане, а в глибоких місцях – замулене. Береги їх переважно низькі, заболочені, порослі. Рівень води в озерах залежить від кількості атмосферних опадів і надходження талих вод, меншою мірою – від ґрунтового стоку. Значна кількість опадів у районі Шацьких озер сприяє доброму промиванню ґрунтів і відносному збідненню поверхневих вод, які живлять озера, на мінеральні сполуки. Мінералізація озерних вод невелика (табл. 8.6), склад гідрокарбонатно-кальцієвий. Реакція вод слабколужна (табл. 8.7). У період весняного водопілля води Дунаю заповнюють озера, а в межінь вода з озер надходить у Дунай. Мінералізація придунайських заплавних озер значною мірою зумовлена водообміном з Дунаєм. В озерах, розміщених нижче за течією ріки і менше зв’язаних з нею, мінералізація вища, ніж в озерах, розташованих вище за течією