<<
>>

Кремнезём в природных водах

  Физико-химические предпосылки миграции. Экспериментальное изучение вопросов растворимости кремнезёма в условиях, близких к условиям земной поверхности, началось сравнительно недавно, и не ставило задачи широкого исследования водной миграции Si02 в реальных природные ландшафтах биосферы.
Эксперименты относились к изучению ряда частных вопросов водного цикла- кремнезёма, таких как влияние температуры, величины pH, солевого состава и других параметров на процессы растворимости SiC^. Лабораторные опыты, конечно, слишком далеки от действительной природной

обстановки, но некоторые экспериментальные результаты все же представляют определённый интерес для обшей ориентации в рассматриваемых вопросах.

В настоящее время считается, что кремнезём в природных водах может находиться в двух формах: 1) полимеризированном или коллоидном состоянии и 2) в виде истинного раствора, молекулярно-диспергированного. При комнатной температуре кремнезём образует истинный раствор b^SiC^ с концентрацией до 0,012 - 0,014%. Поэтому полимеризации кремнезёма в истинном растворе не происходит до тех опор, пока его концентрация ниже концентрации аморфного кремнезёма. Alexander и др. (1954) и Ocamoto с сотрудниками (1957) провели ряд экспериментов по растворимости аморфного кремнезёма от температуры, результаты показаны на рис. 2. Из этих данных можно предполагать, что растворимость аморфного кремнезёма в условиях почвы и ландшафта (О - 25 С) линейно зависит от температуры.

По весу содержание растворённого кремнезёма в водах составляет менее 0,01% (Дегенс, 1967). Единственный способ повышения концентрации кремнезёма при комнатной температуре - испарение; лишь тогда концентрация становится выше 0,012%. Однако нам неизвестны случаи выпадения кремнезёма из поверхностных вод только лишь в результате испарения. Если они и имеют место, то очень незначительное.

Считается установленным (Eitel, 1957) основное физико-химическое положение: метастабильная форма (аморфный кремнезём)обладает большей растворимостью, чем стабильная (кристаллический кварц).

При обычных условиях и температурах кварц растворим в почти нейтральных растворах и достигает 0,0006 - 0,001%. Этот показатель растворимости и соответствует о основному физико-химическому положению.

До настоящего времени распространено мнение, что теоретически возможна кристаллизация кварца из любого пересыщенного раствора. Однако в реальных ландшафтно-геологических процессах это не происходит. В качестве примера можно привести отсутствие сингенетических кварцевых осадков в современных и древних отложениях, в том числе и в почвах. Выясняется, что кварц с трудом выпадает из пересыщеншлх растворов не только в природе, но даже и в лабораторных экспериментах. Объясняется это кинетическими причинами: скорость реакции кристаллизации чрезвычайно мала. Для получения кварца в экспериментальных условиях необходима температура не ниже 150 и время (Дегенс, 1967). Поскольку таких условий в биосфере нет, кремнезём в природных водах ландшафта и почвенных растворах может мигрировать в растворе в концентрациях, значительно превышающих растворимость кристаллических разновидностей S1O2. Особенно пересыщенные концентрации растворённого кремнезёма создаются в почвенных растворах.

Зависимость растворимости .Si02 от величины pH изучалась многими исследователями, результаты не вполне сопоставимы, но точно установлено, что растворимость кремнезёма резко возрастает в щёлочной среде. Э. Дегенс (1967), проводя интерпретацию результатов Александера, Окамоты, Краус- копфа и др., считает, что в грубом приближении значения pH от О до 9 не оказывают заметного влияния на растворимость SiC^. Лишь при pH выше 9 происходит диссоциация H^SiO^ и растворимость резко увеличивается (см. рис. 2). Но на графике замечаестя незначительная, хотя и устойчивая, тенденция снижения растворимости от кислой к нейтральной области, и затем скачок растворимости после pH = 9. К сожалению, все эти эксперименты дают немного для познания природных закономерностей миграции кремнезёма. Природные воды с величиной рНgt;8,5 являются редким исключением, и простым механизмом диссоциации невозможно объяснить процессы миграции кремнезёма даже в щёлочных водах, ещё труднее в кислых и нейтральных.


Интересные эксперименты были проведены R. Steve ns              и М.Саггоп (1948),

W.Keller, W.Balgord, A.Reesman (1963). Они показали, что при гидролизе некоторых глинистых минералов, полевых шпатов, амфиболов значения pff на границе твёрдой и жидкой фаз могут достигать 9-11. Эти щелочные микробарьеры, ещё слабо изученные, по-видимому, широко распространены в условиях биосферы, и значительно расширяют сферу действия щелочного (содового) эпигенеза. Установление важной роли приповерхностных процессов позволило направить мысль на поиски других факторов, кроме pH, которые контролируют и определяют миграцию кремнезёма и его растворимое 'ь в природных условиях. Важнейшими параметрами, рассмотренными в работах DeVore (1959), W.Keller и др. (1963), K.Krauskopf (1956, 1959), R.Siever (1957, 1959),C.Roy              (1945), R.Dietz (1955), J.Lewin (1957)

и др., и определяющими растворимость кремнезёма, являются: геометрия и тип ионной связи на поверхности кристаллов и вблизи неё, размеры отдельных зерен минерала, химический состав раствора, соотношение давления и температуры, величина удельной поверхности на контакте с жидкостью.

Как уже отмечалось,по кинетическим причинам (или другим, еще не вскрытым) природные условия ландшафта и почвы не благоприятны для выпадения кварца из раствора. Но в длении геологического времени этот процесс происходит. H.Bissel (1959), E.Dapples (1959), A.Goldstein (1959), I.Pittman (1959), R.Siever (1957) и другие вотмечают во многих древних породах образование кварцевой каёмки на обломочных зёрнах или появление кремниевого цемента в порах. То же самое отмечалось и в наших работах в высокогорных ландшафтах Центрального Кавказа (Назаров, 1974) и на Русской равнине. По-видимому, эпигенетические (диагенетические) процессы более благоприятны для отложения кремнезёма, чем сингенетические. При захоронении отложений пластовые воды, содержащие растворённый кремнезём, приходят в равновесие с кварцем.

Избыточный кремнезём кристаллизуется в виде мелких идиоморфных выделений кварца, микрокристаллических скоплений или каёмок на зернах обломочного ("первичного") кварца. По данным К.Emery и S.Rittenberg (1952), содержание кремнезёма в пластовых водах достигает 0,001 - 0,005% - на порядок выше, чем в водах Мирового океана.

На отложение кварца в поверхностных условиях влияет соотношение карбонатов и кремнезёма. R.Siever (1959) доказывает обратную связь между растворимостями кальцита и кварца. При постоянном парциальном давлении СО2 повышение температуры равномерно увеличивает растворимость крем-

Кавказа (Назаров, 1974) не превышает 0,1-1 мг/л. В ультрапресных водах высокогорий, арктических областей, тундровых ландшафтов Севера содержание Si02 обычно колеблется в пределах первых мг/л, редко превышает 10-15 мг/л. В поверхностных и грунтовых водах некоторых тропических рек- до 40 мг/л (Рожкова и Горецкий, 1945). Наивысшие концентрации растворенного кремнезёма обнаружены в водах термальных источников. В Большом Гейзере Исландии содержание Si02 превышает 509 мг/л ( = г/м°*), в термальных источниках Йеллоустонского национального парка оно составляет около 550 г/м , в термальных источниках Новой Зеландии - более 815 г/м°* (Россолимо, 1971). Поскольку кремнезём наиболее энергично переходит в растворённое состояние в условиях щёлочной среды, интенсивная водная миграция кремнезёма отмечается в ландшафтах солонцов, в сухих субтропиках, в содовых озёрах (Ковда, 1937, 1946, 1965; Перельман, 1966). Здесь же происходит энергичное перемещение соединений кремнезёма по почвенному профилю.

Вопреки ещё встречающемуся в литературе представлению о слабой растворимости и инертности SiC^, кремнезём активно переходит из горных пород в растворённое состояние, особенно в ландшафтах на массивно кристаллических породах и их продуктах выветривания. Как показал В.А. Ковда (1965), из тонны кварцсодержащих пород (нефелинов)при дроблении в водный раствор переходит до 250 кг, четвёртая часть всего вещества.

Поверхностные ненасыщенные воды биосферы при соприкосновении с рыхлым мелкодисперсным силикатным материалом переводят кремнезём в растворённое состояние. Как показали наши работы в высокогорьях Кавказа (Назаров, 1974), особенно быстро этот процесс происходит в условиях господствующей окислительной обстановки миграции (содержание О2 в водах 8-12 мг/л). Уже на расстоянии 200-250 м от тающих ледников и снежников поверхностные водотоки при соприкосновении с рыхлым моренным материалом обогащаются содержание Si02 в леднике (табл. 1). Из табл. 1 видно, что при соприкосновении ледниковой воды с мелкими обломками горных пород (гранитов) происходит нейтрализация природного раствора катионами, величина pH возрастает до 7,0, скачкообразно возрастает содержание Si02 до 2 - 5 мг/л.

Накоплению растворённого кремнезёма и ещё большему его извлечению из рыхлых обломков в нивальных ландшафтах препятствует, как мы полагаем, стремительная скорость высокогорных рек и ручьёв, малое время соприкосновения воды с обломками породы. Но ниже, в альпийских ландшафтах, где

Обогащение кремнезёмом (мг/л) поверхностных вод высокогорных геохимических ландшафтов Центрального Кавказа

Наименование

водотока

Si02

раств.

1

1

«¦¦

! о О

pH

Твёрдый голубой лёд

0,6

0

5,6

Тающий лёд

0,4

0,5 - 1

6,5

Река, вытекающая из ледникового грота, в 250 м от ледника; ни- вальный ландшафт

2,2

1

со

7,0

То же, на расстоянии 500 м

3,0

4.5

7,1

То же, на расстоянии 700 м

5,4

СО

1

ю

7,2

То же, на расстоянии 1 км; подпруживание реки мореной, альпийский ландшафт

10 - 12 (среднее)

8

7,3

создаются условия для спокойного течения воды и даже относительно застойного режима (подпруживание тающих ледниковых стоков мощными моренными накоплениями), концентрация SiC^ возрастает до 10-12 мг/л, а нередко и до 15 - 17 мг/л.

Конечно, часть Si02 из воды интенсивно поглощается живым веществом высокогорного ландшафта, особенно хвойной растительностью.

Еше более убедительные результаты о связи водной миграции кремнезёма с ландшафтно-геохимическими условиями получены нами на территории организуемой Путинской биосферной станции (Южное Подмосковье, бассейн р.Оки). Наиболее детальные исследования проведены на левобережье р. Оки, в При- окско-Террасном государственном заповеднике. Ландшафтно-геохимические особенности этой территории были описаны нами ранее (Назаров, Перетру- хин, Кожухарь, 1971). Левый склон р. Оки, где расположен заповедник, сильно террасирован. На известняковом основании Русской платформы здесь непосредственно залегают песчаные, супесчаные, глинистые моренные и флювиогляциальные отложения средне- и верхнечетвертичного возраста. На них произрастают смешанные широко- и мелколиственные и хвойные (сосновые и еловые) леса. Малые притоки р. Оки - речки Таденка, Пониковка,

Сушка замечательны тем, что являясь былыми желобами ледникового стока, текут вкрест простирания горных пород и пересекают ландшафтные зоны строго по линии с севера на юг. Мы проводили гидрохимическое опробование каждой речки от истока к устью, в среднем через 500 м, в верховьях через 100 - 150 м, в зависимости от геологической и ландшафтно-геохимической обстановки. Кремнезём в водах определялся калориметрически, по реакции образования желтого комплекса с молибденовокислым аммонием, в пятикратной повторности, показавшей хорошую сходимость результатов анализов.

Рассмотрим водную миграцию кремнезёма в ландшафтах бассейнов рек Таденка и Пониковка, где нами производились наиболее детальные исследования.

Областью питания р. Таденки и других малых притоков левобережья рек р. Оки служит протяжённый, не менее 10 км, заболоченный водораздел с абсолютными отметками 190-200 м. На заболоченных пространствах произрастает молодой угнетённый березовый лес, с примесью ольхи и осины.

Вокруг болот, в виде островков - зрелый сосново-берёзовый, с примесью ели. Зоболоченные прогалины в лесу сплошь покрыты зарослями камыша и осок. В этом автономном ландшафте формируются ультрапресные (130-140 мг/л), кислые и слабо-кислые (pH 5-6, 8) сульфатно-гидрокарбонатно-каль- циевые воды. Некоторое накопление сульфатов связано с подпитыванием заболоченных водоразделов трещинными водами из загипсованных доломитизиро- ванных известняков. Содержание растворённого Si02 в этом типе ландшафта практически постоянно и составляет 6,5 -6,7ммг/л. Обеднение вод кремнеземом объясняется энергичным выщелачиванием верхних горизонтов почв и моренных отложений, выносом подвижных соединений Si02 за пределы болотистого ландшафта.

По мере удаления от водоразельного плато р. Таденка проходит по смешанному сосново-березовому лесу с хорошо развитиым кустарниковым подъярусом и злаковоосоковым разнотравьем. Заболачивание пропадает, что немедленно отражается на химизме вод. Формируются слабо щелочные гидрокарбо- натно-кальциевые воды с минерализацией до 400 мг/л. Величина pH увеличивается от 7,2 до 8,0. Содержание растворенного Si02 в среднем течении реки возрастает от 8,5 до 12,5 мг/л. Миграция кремнезёма в поверхностном стоке определяется составам растительности и литологическим составом подстилающих водно-ледниковых отложений. На ландшафтно-геохимическом профиле (рис. 3) показано, что на переувлажненных участках развития ленточных ельников, особенно молодых, содержание кремнезёма в водах падает до 6-7 мг/л. Молодые ельники интенсивно извлекают в процессе роста подвижные соединения кремнезёма, накапливая их в хвое в форме биогенных минералов (биолитов). Процесс направлен в сторону извлечения кремнезема, поскольку ель, особенно в молодом возрасте, как известно, является мощным организмом - концентратором кремнезёма. На профиле также заметна связь между увеличением кремнезёма в водах и распределением горизонтов черных и коричневых монтмориллонитовых глин ледниково-озерного генезиса. Кремнезём поступает в поверхностный сток из неустойчивых разрушающихся минеральных образований монтмориллонитовой группы и аморфных окислов кремнезёма, входящих в состав глинистой фракции.

Наибольшие концентрации SiC^ в водах р. Таденки отмечаются в ее нижнем течении, где река проходит через полосу зрелых сосновых боров и широкую пойму. Здесь значительно возрастает биогенное поступление кремнезёма с массой хвойного опада, богатого SiC^, и с почвенными растворами. Кроме того, кремнезём поступает в речные воды из глинизированной коры выветривания известняков при подпитывании р. Таденки подморенными водами.

Таким образом, прослеживая миграцию водорастворимой формы кремнезема от истоков в устью р. Таденки на. протяжении более 10 км, можно выделить трй сменяющих друг друга в пространстве с севера на юг миграционных зоны Si02• Первая захватывает автономные ландшафты заболоченных водораздельных плато, с ультрапресными слабокислыми гидрокарбонатно-сульфатными водами, с содержанием кремнезёма 6,5 - 6,7 мг/л. Вторая зона относится к среднему течению р. Таденки, к ландшафту смешанного березово-ооснового леса, где содержание Si02 составляет 12-13 мг/л. Третья зона приурочена к нижнему течению реки и совпадает с полосой развития сосновых боров, включая часть поймы р. Оки. Концентрация кремнекислоты здесь достигает 17-18 мг/л, возрастая в 3 раза сравнительно с верховьями. Между второй и третьей зоной проходит биологический или биогеохимический барьер для кремнезёма. Он представлен в природе полосой молодых и более зрелых ленточных ельников, расположенных по бортам Таденки и на местном водоразделе с р. Пониковкой. В полосе развития ельников концентрация растворенного кремнезёма в воде резко уменьшается в два раза, до 6 мг/л, затем вновь


возрастает. На содержание кремнезёма в указанных миграционных зонах оказывает влияние литология подстилающих пород в бассейне водосбора. В бассейне р. Пониковки концентрация растворенного кремнезёма еще выше, чем в бассейне р. Таденки. Истоки р. Пониковки приурочены к второй верхней террассе левого берега р. Оки. Бассейн водосбора рааположен в смешанном березово-осиновом лесу и ориентирован строго с севера на юг. Моренные и флювиогляциальные отложения подходят здесь близко к поверхности (0,7 - 1,5 м). Подморенный водоносный горизонт и межморенные воды у северного уступа террасы выклиниваются на поверхность, давая начало речке Поников- ке. В верховьях он образует сплошной заболоченный массив, поросший березой осиной с зарослями камыша и крапивы. Воды гидрокарбонатно-сульфатно- кальпиевого состава, общая концентрация растворенных веществ здесь выше, чем в бассейне р. Таденки (136-330 мг/л). Меньший по размерам бассейн р. Пониковки способствует естественному концентрированию растворенных веществ, меньшему разбавлению атмосферными осадками. Для этой речки характерен застойный гидродинамический режим, русло в верхнем течении представляет неглубокий ручеек (0,2 - 0,5 м).

В среднем и нижнем течении долина р. Пониковки имеет резко ассимет- ричное строение. Правый борт крутой, с уступами высотой 3-4 м, левый более пологий, с широкой (до 150 м) надпойменной террассой. Течение более заметно, скорость 0,5 м/сек. Пойма речки широкая, 70-100 м, произрастают береза, ольха, крапива. Геоморфологическое строение долины свидетельствует о том, что в эпохи оледенения, когда долина р. Оки была доверху выполнена моренными флювиогляииальными отложениями, р. Пониковка и Таденка служили желобами стока, по которым проходили талые ледниковые воды с валунами и галькой ледниковых отложений. Именно тогда, в среднечетвертичное время были разработаны долины этих речек. В настоящее время долины эродируются лишь в кратковременные периоды весеннего снеготаяния, когда р. Пониковка из маленького неглубокого ручейка превращается в бурлящую речку, несущую массу песчано-глинистого материала, при этом речка затопляет всю свою левобережную пойму, захватывая и левую надпойменную террассу. Правый крутой борт служит своеобразной глухой плотиной, подпруживая левобережную часть реки. Вероятно, то же происходило и в периоды межледниковья, поэтому на водоразделе между р. Пониковкой (левый берег) и Таденкой (правый берег) откладывались флювиогляциальные осадки, представленные коричневыми и черными глинами.

Химический состав воды в среднем и нижнем течении р. Пониковки гидро- карбонатно-кальциевого-магниевый. Содержание кремнезёма здесь, выше, чем в бассейне р. Таденки и повышается к устью реки. Устанавливается связь изменения концентраций Si02 с величиной pH природных вод, что показано в таблице 2 и на рис. 4. Кремнезём лучше мигрирует в кислых и щелочных водах, хуже - в нейтральных (рис. 5). Более высокое содержание кремнезёма в речных водах р. Пониковки мы объясняем размывом поверхности [IX] [X]

Т а бл и ц а 2

Связь содержаний кремнезёма (мг/л) с величиной pH природных вод р. Пониковки (левобережье р. Оки) от истоков к устью реки

№ № гидрохимических проб

Содержание растворённого SiOg

pH

№ N° гидрохимических проб

Содержание растворённого Si02

pH

16-х

18,70

5,75

20-х

17,80

7,55

17-х

17,31

4,50

21-х

18,10

7,75

18-х

17,60

5,55

22-х

(колодец)

12,40

7,30

11-х

8,90

/>6,70

23-х

23,00

7,45

12-х

12,40

7,00

24-х

25,00

7,95

13-х

(колодец)

12,43

6,80

25-х

25,05

7,95

14-х

12,50

7,13

26-х

24,95

8,05

15-х

15,20

7,35

27-х

(устье)

28,45

8,35

коричневых и черных монтмориллонитных глин, выщелачиванием из них аморфных соединений кремнезема. Морфологически они представлены в глинах молочно-белыми горошинками, что было установлено нами* в процессе бурения.

На пути миграции элементов в реальных природных условиях ландшафта часто возникают участки, где на коротком расстоянии резко меняется обстановка миграции. Они удачно были названы А.И. Перельманом ^геохимическими барьерами" (1966), и охарактеризованы с общих ландшафтно-геохимических позиций А.Н. Тюрюкановым (1964). Механизм образования кислородных геохимических барьеров был подробно рассмотрен автором для условий высокогорных ландшафтов (Назаров, 1974). При изучении водной миграции SiC^Mb1 также встречаемся с геохимическими и биологичесими барьерами.

В качестве примера рассмотрим один из таких участков в бассейне ручья "Павлов пруд".

Ручей "Павлов пруд" интересен тем, что протекает в субширотном направлении с востока на запад, в отличие от общего субмеридиального североюжного направления большинства поверхностных водотоков в Приокско-Тер- расном заповеднике. Русло ручья приурочено к северному врезу 2-й терассы р. Оки. Истоки "Павлова пруда" примерно совпадают с верховьями р. Пониковки, ручей за пределами западной территории впадает в р. Сушку. Последняя, в свою очередь, впадает в р. Речьму, левый приток Оки.

Линейная субширотная ориентировка ручья "Павлов пруд", по-видимому, связана с тектоническими процессами, с наличием здесь разлома между подольской и мячковской толщами известняков.

Результаты химического анализа воды ручья приведены в таблице 3. На гидрохимическом профиле (рис. 6) показано взаимоотношение между отдельными компонентами. Истоки ручья, как и следовало ожидать, имеют сульфатно-кальциевый состав, и кислую реакцию, что связано с выходом трещинных вод глинизированной коры выветривания известняков, загипсованных и доломитизированных. Место выхода на поверхность представляет заболоченный массив, протяженностью до 250 м в широтном направлении. На всем

Рис. 5. Зависимость содержания растворенного кремнезема от величины pH /р. Пониковка, левобережье р. Оки/.

вого цвета, покрывают стебли травяной растительности (осок, злаков), от^ кладываются в русле ручья. При переходе реакции природных вод от кислой (pH 5,2 - 6,9) к слабощелочной (pH 7,2 - 7,5, пр. 3-х и 4-х) выпадение охр железа не наблюдается. Вода переходит в гидрокарбонатную, кальциевомагниевую. В воде ручья начинают заметно сказываться процессы восстановления органического! -вещества, что отражается в постепенном уменьшении окислительно-восстановительного потенциала (Eh)от 260 мв до 210 мв. Полевые исследования и данные химического анализа воды приводят к следующему представлению о формировании кислородного геохимического барьера.

Восстановительные глеевые воды из трещиноватых известнйков и нижних моренных толщ по ослабленной тектонической зоне выклиниваются к поверхности. В условиях восстановительной среды подморенного водоносного горизонта хорошо мигрируют железо и марганец в двухвалентной форме. Проходя выщелоченные толщи верхних моренных горизонтов и подзолистые почвы, слабощелочные подморенные воды подкисляются, переходя в кислые и слабо кислые. При выходе на поверхность, воды попадают в резко окислительную обстановку. На некотором расстоянии (до 200 м) железо еще мигрирует в воде ручья в двухвалентной форме. Косвенно об этом можно заключить по недостатку положительного заряда в пр. 1-х и 2-х, "некомпенсированный" отрицательный заряд составляет 0,8 - 1 мг-экв., что в пересчете на железо составит порядка 25-30 мг/л двухвалентного железа, возможно и больше.

При насыщении вод кислородом восстановительные глеевые (бескислородные и безсероводородные) воды переходят в окислительные, начинается осаждение гидроокислов трехвалентного железа, которые мы и наблюдаем в форме коллоидальных аморфных охр. Это и есть типичный кислородный геохимический барьер. Окислительно-восстановительный потенциал, казалось бы, должен повышаться, по нашим же данным величина Eh наоборот, понижается. Такие случаи известны и во многих других районах. Подавляющее большинство ис- этом участке происходит подпитывание вод ручья более глубоко залегающими горизонтами трещинных и подморенных вод (пр. 1-х, 2-х). На расстоянии 200-250 м от истока ручья происходит выпадение охр железа, которые образуют сплошную обохренную зону в заболоченном массиве. Протяженность зоны железистых охр по течению ручья составляет 80-100 м, в поперечнике - до 20-25 м, местами больше. Охры железа рыхлые, светлооранже-

Hl»H5|=fe)3|5:|^S|              jo I -| ^ Iglglglglgl

|«^ |o» l-u. |и» |o К !lt;^ lo» |*. jw» ffiW®

alt="" />

Химический состав вод ручья "Павлов пруд" (левобережье р. Оки, Приокско-Террасный заповедник) формирование кислородного геохимического барьера

Таблица 3

№№

гидрохи

мических

проб

Места отбора проб воды

Форма выражения анализа

Катионы

2

катионов

к+

Na+

Са-2+

V 2+

Mg

Заболоченный водо

мг/л

19,37

8,25

24,0

7,80

54,42

раздел севернее

мг-экв/л

0,37

0,36

1,20

0,64

2,57

1 V

(300-500 м) ис

% мг-экв/л

14,4

14,3

46,5

24,7

100,0

-L—X

токов р.Пониковки,

исток ручья

В 200-250 м ниже

мг/ л

0,62

2,89

20,00

21,72

45,23

2-Х

по ручью от пр#

мг-экв/л

0,02

0,12

1,00

1,80

2,94

1-х

% мг-экв/л

0,68

4,08

34,0

61,3

100,0

В 150 м ниже пр.

мг/л

0,61

2,89

32,00

29,20

65,71

3-х

2-х, из ручья

мг-экв/л

0,02

0,12

1,20

2,40

3,74

% мг-экв/л

0,48

2,93

38,0

56,8

100,0

alt="" />

№№

гидрохи

мических

проб

Места отбора проб 30 ды

Форма выражения анализа

Анионы

2

анио

нов

Общая

кон

центр.

раств.

веществ.

Si02

раств.

pH

Eh,

МВ

Примечание

HCOf

СЛ

а

С1

Заболоченный водо-

мг/л

48,8

110,0

7,30

166,1

208,1

17,72

5,20

260 Сплошной мо-

1-х раздел севернее

мп-экв/л

0,8

2,30

0,205

3,305

5,53

лодой березовый

(300-500 м) ис

% мг—экв/л

24,18

69,6

6,20

100,0

лес; зеленые

токов р.Пониковки,

мхи, осока,

исток ручья

хвош, ка

мыш

В 200-250 м ниже

мг/ л

48,50

130,0

8,50

187,0

232,2

15,30

6,90

260

Более пони

2-х по ручью от пр.

мг-экв/л

0,75

2,92

0,24

3,91

6,85

женное место.

1-х

% мг—экв/л

19,2

74,8

6,0

100,0

Рыхлые свет-

В 150 м ниже пр. 3-х 2-х, из рунья

мг/л мг-экв/л % мг-экв/л

114,90

1,89

74,3

20,00

0,42

16,6

9,19

0,23

9,1

143,1

2,54

100,0

208,81

6,28

7,71

7,25

260

лооранжевые охры железа. Участок кислородного барьера. На расстоя- нии 70-100 м от пр*2%*х охры пропадают. Ручей образует небольшое узкое (0,5 м глубины) русло

/>

следователей связывают низкое значение окислительно-восстановительного потенциала с процессами восстановления водорастворимой органики. Эти процессы, интенсивно проходящие в водах лесных ландшафтов, удерживают величину Eh на уровне 100-200 мв, часто и ниже (до нуля^, тогда как величина Eh в поверхностных водах с малым количеством органики достигает 600-700 мв.

По данным нашего химического анализа можно проследить связь между формированием кислородного геохимического барьера, выпадением охр железа, содержанием кремнезёма и величиной pH. Восстановительные подморенные воды содержат при выходе на поверхность 15-17 мг/л растворенного SiC^* Хорошей миграции кремнезёма способствует кислая и слабокислая реакция воды (пр. 1-х и 2-х)* Когда начинается выпадение охр железа, из раствора адсорбируется вместе с охрами и кремнезём, содержание SiC^ в воде резко снижается в 2 раза (до 7,7 мг/л), см. пробы 3-х и 4-х. Происходит очищение природных вод от всех примесей, за счет выпадающих гидроокислов железа, имеющих большую адсорбционную поверхность. Удержанию кремнезёма с выпавшими охрами железа от обратного поступления в раствор благоприятствует нейтральная реакция раствора (pH около 7 и 7,2 в пр. 3-х), при которой водная миграция кремнезёма протекает слабее, чем в кислой и щелочной.

При выходе ручья из зоны кислородного геохимического барьера, по мере создания щелочной реакции (до pH 7,5 - 7,7) содержание кремнезёма в воде ручья постепенно увеличивается до 13,5 мг/л в реке Сушке после впадения в нее описываемого ручья. Накопление кремнезёма в воде ручья могло быть и больше, но на пути движения воды расположен еше один барьер - биологический. На расстоянии около 800 м от истока ручей протекает через искуственно подпруженный "Павлов пруд" - былое поселение бобров. Сейчас бобры поселились ниже по течению ручья, соорудив самим себе плотину и запруду, а весь "Павлов пруд" сплошь зарос одними хвощами, растущими прямо в воде, высота их над урезом воды 0,5 м. Хвощи, как известно, являются организмами-концентраторами кремнезёма, одними из самых сильных. Этот биогеохимический (биологический) барьер и приводит к уменьшению содержания Si02 в водах ручья до 9 мг/л (проба 7-х).

Описанные выше примеры показывают, что водная миграция Si02 тесно связана с ландшафтно-геохимическими условиями. Изучение механизма этой связи, выяснение природных закономерностей миграции кремнезёма еще только начинается. Не изучены формы водной миграции Si02, особенно связь растворенной кремнекислоты с органическим веществом вод и почв. Не ясны масштабы адсорбции SiC^ из вод глинистыми частицами, не определены количественные оценки водного баланса кремнезёма в различных ландшафтных зонах. Но нашим определениям, растворимый сток кремнезёма составляет ежегодно 1,9 - 2,0 т/км , но эти цифры получены лишь для летнего периода и для ландшафтов левобережья р. Оки, нужны исследования в других зонах. 

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Кремнезём в природных водах:

  1. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ КРЕМНЕЗЁМА А.Г. Назаров
  2. Гидробиогеохимический цикл миграции кремнезёма в биосфере
  3. Накоплениекремнезема в озерах
  4. Кремнезём в природных водах
  5. Биолиты кремнезёма
  6. Экскреты на завершающем этапе существования