Состав воды

Природная вода – принципиально негомогенная среда из-за присутствия в ней большого числа взвешенных частиц и микропузырьков газа. Взвешенные твердые частицы в природных водах могут различаться по размерам: микроколлоиды 0,003-0,01 мк, коллоиды 0,012-1, седиментарные частиыц 1-3 мк, вирусы 0,01-0,03 мк, бактерии 0,5 мк микроводоросли 1-30 мкм, молекулы 0,001, макромолекулы 0,01 мкм. Для частиц размером менее 10 мкм скорость осаждения меньше 0,01 см/сек. При наличии даже слабого перемешивания и конвективных потоков эти частицы равномерно распределены по всей толще воды. Кроме “гидрозолей” (твердых частиц) в природных водах содержится множество микропузырьков газа – своего рода ”облака” газовой фазы в гидросфере. Помимо твердых частиц и микропузырьков толща природных вод пронизана множеством микроорганизмов, образующих отдельную фазу биоты, находящуюся в динамическом равновесии с внешней средой.

В процессе своего естественного круговорота вода соприкасается с большим числом различных минералов, органических соединений и газов. В силу этого природные воды представляют собой сложные растворы различных веществ. В гидрохимии компоненты химического состава природных вод делятся на шесть групп:

В открытом океане независимо от абсолютной концентрации соотношения между главными компонентами основного солевого состава остаются примерно постоянными. Гидрокарбонат-ионы нейтрализуют кислоты, попадающие в водоем с атмосферными осадками, они определяют устойчивость водоемов к кислотным дождям.

Биогенные вещества, главным образом, это соединения азота и фосфора. Их концентрация изменяется в широких пределах. Наиболее важными источниками биогенных элементов являются внутриводоемные процессы и поступление с поверхностным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и с/х сточными водами. К биогенным элементами относят также соединения кремния, находящегося в воде в виде коллоидных или истинно растворенных форм кремниевой и поликремниевой кислот, и железа, находящегося в природных водах в основном в форме микроколлоидного гидроксида или в виде фульватных комплексов.

Микроэелементы. В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов и железа (Cu²⁺ , Mn²⁺), другие ионы переходных металлов), а также ионы (Br-, F-, I- и др.), встречающиеся в природных водоемах в очень малых концентрациях.

Растворенные органические вещества (РОВ), по существу, органические формы биогенных элементов. Эта группа веществ включает различные органические соединения: органические кислоты, спирты, альдегиды и кетоны, сложные эфиры, в том числе эфиры жирных кислот (липиды), фенолы, гуминовые вещества, ароматические соединения, углеводы, азотсодержащие соединения (белки, аминокислоты, амины). Ввиду сложности определения индивидуальных органических веществ, их многообразия и малых природных концентраций для количественной характеристики РОВ используют косвенные показатели: общее содержание Cорг., Nорг., Pорг., перманганатную или бихроматную окисляемость воды (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК).

Растворенные газы. В морской воде растворены не только твердые вещества, но и газы, в первую очередь кислород, углекислый газ и азот. Растворенные газы (O₂, N₂, H₂S, CH₄ и др.). Концентрация газов в воде определяется их парциальным давлением и константой Генри. Это самые распространенные в земной атмосфере газы, которые проникают в морскую воду через поверхностную пленку в результате диффузии. Содержание газов зависит как от процессов обмена между океаном и атмосферой, так и от жизнедеятельности водных организмов. Все организмы при дыхании поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а некоторые из них (в основном растения) при образовании нового органического вещества способны к обратному процессу - поглощению углекислого газа и выделению кислорода. Растворимость газов зависит и от температуры воды. В противоположность твердым веществам газы лучше растворяются в холодной воде и плохо – в теплой. Поэтому дефицит кислорода и связанные с ним заморные явления чаще наблюдаются в теплых водах.

В воздухе содержание двуокиси углерода невелико. Газ растворяется в воде; образуя Н₂СОз, которая в свою очередь вступает в реакцию с известью, образуя карбонаты (СО₃) и бикарбонаты (НСО₃). Основным резервуаром СО₂ в биосфере является карбонатная система океанов. Кроме того, в воду поступает двуокись углерода, освобождающаяся при дыхании и разложении, а также из почвы или подземных источников. Эти соединения служат не только источником питательных веществ, но и буфером, поддерживающим концентрацию водородных ионов в водных средах на уровне, близком к нейтральному значению. Небольшое повышение содержания СО₂ в воде повышает интенсивность фотосинтеза и стимулирует процессы развития многих организмов. Высокие концентрации СО₂ определенно могут быть лимитирующим фактором лишь для животных, особенно потому, что высокое содержание двуокиси углерода обычно связано с низким содержанием кислорода. Рыбы весьма чувствительны к повышению концентрации СО₂: при слишком высоком содержании свободного СО₂ в воде многие рыбы погибают.

Что окрашивает природную воду? Окраску природной воде придают гуминовые кислоты – как вымывающиеся из почвы и торфа. Это, пожалуй, наиболее сложные по составу вещества, которые встречаются в природе. Их молекулы – беспорядочная комбинация различных органических фрагментов, поэтому строгой молекулярной формулы они не имеют (рис.). Как правило, основной вклад в РОВ вносят фульвокислоты (ФК).

Токсичные загрязняющие вещества – тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностные активные вещества, фенолы.