В табл. 3.6 представлен средний ионный состав воды Байкала, его притоков и атмосферных осадков, выпадающих на акваторию озера.
Таблица 3.6 Средний ионный состав воды Байкала и питающих его вод, мг/дм3
Как видно из табл. 3.6, наблюдается близость среднего химического состава воды Байкала и питающих его рек. Но она ограничивается только основными ионами, что же касается содержания соединений биогенных элементов, органических веществ и компонентов газов, то для них такого сходства не наблюдается 1.
В отличие от притоков в открытых частях озера практически не отмечаются сезонные изменения содержания основных компонентов ионного состава, и по глубине их распределение мало изменяется. Такая стабильность определяется незначительностью годового поступления вод в Байкал с речным, подземным стоком и осадками по сравнению с объемом озера, а также близостью среднего ионного состава притоков и озерных вод.
Следует отметить очень малое количество в водах озера кремния и кальция по сравнению с притоками. Кремний, поступающий с водами притоков, расходуется в озере диатомовыми водорослями и губками, а кальций идет на построение раковин моллюсков и хитиновый покров членистоногих.
Байкальские воды бедны также биогенными элементами и органическими веществами. Минимально содержание соединений железа, магния.
Растворенные газы (О2 и СО2) и органическое вещество распределены по акватории и глубине неравномерно. Содержание кислорода и органического вещества снижается с глубиной, а углекислого газа, наоборот, возрастает. Если на поверхности озера среднее содержание кислорода составляет 11,7–11,9 мг/дм3, на глубине 140 м – 9,9–10,6 мг/дм3, то на максимальных глубинах (около 1600 м) – только 9,5 мг/дм3. Величина СО2 изменяется соответственно от 1,5–1,7 мг/дм31.
В целом, газовый режим Байкала отличается высокой стабильностью и благоприятен для гидробионтов. Любопытно, что максимальные концентрации растворенного кислорода приурочены к зимнему подледному периоду и в верхнем 50–75-метровом слое обычно возрастают от января к марту, что объясняется ранним началом вегетации фитопланктона.
Насыщенность вод озера кислородом способствует развитию организмов на всех глубинах, включая максимальные, а также интенсифицирует процессы разрушения органического вещества и другие окислительные процессы. Это обстоятельство выгодно отличает Байкал от некоторых других озер и приводит к тому, что в его донных осадках не происходит в больших количествах накопление органического вещества. В то же время, воды, богатые растворенным кислородом, оказывают сильное коррозирующее воздействие на железо, а малое содержание СО2 приводит к агрессивности воды Байкала к цементу и бетону. Эти обстоятельства необходимо учитывать при строительстве на Байкале различных инженерных и гидротехнических сооружений.
Наличие щелочных элементов (натрия, кальция, магния, калия) и низкое содержание свободной углекислоты создают слабощелочную реакцию байкальских вод. Концентрация водородных ионов (рН) находится в пределах 7,0–8,5, причем с глубиной рН снижается.
Таким образом, воды оз. Байкал по классификации О. А. Алекина относятся к слабоминерализованным мягким водам гидрокарбонатного класса, группе кальциевых; по гидрохимическим параметрам они соответствуют международным стандартам высококачественной питьевой воды и отвечают требованиям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Сопоставление химического состава байкальской воды с требованием проекта стандарта на питьевую воду, выполненное в работе Г. И. Галазия, Е. Н. Тарасовой и др. (1996), показало, что значения и естественные колебания гидрохимических параметров байкальской воды ниже требований проекта стандарта в десятки раз и более.
Источник: Байкаловедение : учеб. пособие / Н. С. Беркин, А. А. Макаров, О. Т. Русинек. – Иркутск : Изд-во Ирк. гос. ун-та, 2009.
Средний ионный состав воды Байкала по Г. Ю. Верещагину, К. К. Вотинцеву составляет: гидрокарбонаты (НСО3-) - 66,5; сульфаты (SО42-) -5,2; хлор (Сl-) -0,6; кальций (Са2+) — 15,2; магний (Mg2+) — 3,1; натрий (Na+) — 3,8; калий (К+) — 2,0; нитраты (NO3_) —0,3-0,5; фосфаты (РО43-) — 0,02-0,06; карбонаты (СО32-) — 0,6-0,06; силикаты и кремниевая кислота (SiO2) — 1,6-5,5; алюминий (А13+) — следы; железо (Fe)—0,02-0,03; кислород (О2) — 9,6—14,4; азот (N2) — 16,8-22,4; свободная углекислота (СО2) — 0,44-5,28; марганец (Мn) — 0,0012-0,0023; жесткость — 1,039 мг-экв.; сумма ионов — 96,7 мг/л.
Общая минерализация воды в Байкале составляет 120 мг/л, суммарное содержание ионов в воде озера 96,7 мг/л. Для сравнения заметим, что среднее содержание ионов по всем притокам Байкала 107,9, а общая минерализация 128,2 мг/л, то есть различия сравнительно невелики.
В 1 л воды содержится 120 мг различных веществ, или 120 г/м3. В Байкале 23000 млрд. м3 воды, следовательно, общее количество растворенных веществ составляет 2,76 млрд. т.
1. Вода — это прозрачная жидкость без запаха, вкуса, а в малом объеме без цвета. Молекулярная масса воды 18,0160, химическая формула — Н2О. Максимальная плотность дистиллированной воды 1,0000 г/см3 при температуре 3,982°С и нормальном давлении 1 атм.
2. Вода — единственное известное нам вещество, которое встречается в естественных условиях на поверхности Земли в твердом, жидком и газообразном состояния.
3. Вода — уникальный растворитель. Она растворяет больше солей и прочих веществ, чем любое другое вещество.
4. Воду очень трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода — химически стойкое вещество.
5. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые твердые горные породы.
6. Вода имеет редкую способность при замерзании расширяться, вследствие чего лед плавает на воде, остающейся в жидкой фазе. Только немногие вещества (висмут, галлий, германий и др.) имеют такую же аномалию, при которой твердая фаза легче жидкой.
7. Вода имеет большое сродство к самой себе, самое большое из всех жидкостей. Именно поэтому вода существует в форме сферических капель — ведь сфера имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Поверхностное натяжение (на границе с воздухом при 20°С равное 72,75 дин/см) является необходимым условием капиллярных процессов, столь важных для жизнедеятельности растений и животных.
8. Пресная вода замерзает не при температуре наибольшей плотности (+4°С), а при 0°С.
9. Вода обладает способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. У воды очень высокая скрытая теплота плавления льда (79 кал/г) и испарения (539 кал/г при 100°С), то есть она поглощает значительное количество дополнительной теплоты при неизменности температуры в процессе замерзания и при кипении.
10. Дистиллированная вода очень плохо проводит электрический ток, но даже весьма малые добавки солей превращают ее в хороший проводник.
11. Удельная теплоемкость воды выше, чем у большинства веществ (кроме водорода и аммиака) при 100°С = 0,487 кал/г-град, а при 15°С = 1,000 кал/г -град. Плавление льда сопровождается увеличением его удельной теплоемкости почти вдвое. С повышением температуры теплоемкость воды уменьшается и только после 40°С начинает увеличиваться.
12. Температура замерзания воды понижается при увеличении давления примерно на 1°С на каждые 130 атм. и достигает минимума (—22°С) при давлении 2200 атм. При дальнейшем увеличении давления температура замерзания увеличивается и может стать выше 0° (при очень большом давлении).
13. Температура кипения воды равна +100°С при нормальном давлении 1 атм., но учитывая, что водород кипит при —253°С, а кислород при —180°С, вода должна кипеть в пределах от —100°С до —150°С.
14. Диэлектрическая проницаемость воды (Е в единицах СГСЭ) 81,0 при 20°С (это объясняет наличие у воды особых свойств, в частности способность растворять многие вещества). У большинства других тел она находится в пределах 2—3, за исключением ряда кислот (муравьиная — 58, ацетон — 21) и цианистого водорода, у которого диэлектрическая проницаемость 107.
15. Коэффициент преломления света в воде при 20°С = 1,3330, в то время как по волновой теории света (n = √Е) он должен быть равен 9.
16. Вода способна к полимеризации — соединению большого числа молекул обычной воды. Такая поливода имеет ряд совершенно новых физических свойств, в частности, она кипит при температуре в 4—5 раз более высокой, чем обычная.
17. Скорость звука в пресной воде около 1450 м/с, в морской при 25 — 1496 м/с.
18. Вязкость при 20°С= 1,005 саyтипуаз (спз), (1 спз = 1/100пуаза= 1/100*г/см.с). При 0°С вязкость чистой воды 1,789 спз, а при 100°С только 0,282, то есть в 6 раз меньше. Вязкость водяного пара при 15°С всего 0,006 спз, то есть значительно меньше, чем у воды при той же температуре.
19. рН дистиллированной воды при 20°С = 7. При нагревании рН уменьшается и при 100°С, например, рН = 6.
20. При давлении 1 атм и температуре 100°С из 1 л воды образуется 1600 л пара.
У воды есть и ряд других свойств, которые уже известны, и которые еще предстоит узнать.
Байкал как водоем заполнялся поверхностными водами. Реки не успевают насытиться солями, так как кристаллические породы их лож труднорастворимы, поэтому они несут в Байкал воду слабой минерализации, которая соответствует стандартам па самую высококачественную питьевую воду. Благодаря тому, что водный баланс в Байкале нулевой, то есть приходная и расходная части одинаковы, минерализация воды в озере постоянная. Лишь в последние десятилетия из-за антропогенных влияний она получила тенденцию к повышению.
Вода в Байкале относится к слабоминерализованным мягким водам гидрокарбонатного класса, группы кальция первого типа (по классификации О. А. Алекина). В среднем па долю гидрокарбонатов кальция и магний приходится 84%, хлоридов и сульфатов — 7% и щелочных металлов — 9 % эквивалент ионов. Вода озера принадлежит к гидрокарбонатно-кальциево-сульфатной (НСОз-—Са2+—So42+) гидрохимической фации, хотя вода большинства притоков (170 из 250 обследованных) относится к гидрофации гидрокарбонатно-кальциово-кремниевой (НСОз-—Са2+—SiO2). Изменение фации притоков в озере свидетельствует о специфике процессов формирования байкальских вод. Поступающие в озеро воды претерпевают при метаморфизации глубокие изменения в своем химическом составе, приводя к изменению гидрохимической фации. Одним из процессов, ведущих к этому, является процесс биогенного извлечения кремния диатомовыми водорослями.
Потому что вся водная толща интенсивно перемешивается как ветровыми течениями, так и постоянной циркуляцией.
Изменение химического состава воды происходит, главным образом, в содержании соединений фосфора, кремния и азота. Изменения содержания кремния в верхних слоях воды зависит от развития диатомовых водорослей. Максимальные его концентрации отмечаются зимой, в период депрессии в развитии водорослей, минимальные — весной, в период весеннего цветения. Минеральные и органические соединения азота и фосфора имеют два максимума концентрации (зимой — в январе—феврале и летом — в июле), а также два минимума (весной — в мае—июне и летом—в августе). Эти колебания целиком зависят от сезонного развития фитопланктона.
Средний химический состав вод в разных частях байкальской котловины различается незначительно.
Больше изменений на тех участках, которые примыкают к крупным притокам, а также на тех, где интенсивно развиваются водоросли. В этих районах может значительно изменяться количество растворенного кремния, вплоть до полной его утилизации, а также солей фосфора (фосфатов) и азота (нитратов). Вода притоков несколько отличается от байкальской. Однако в зависимости от объема стока происходит постепенное изменение химического состава воды притоков и превращение ее в воду байкальскую.
Содержание минеральных соединений, биогенных элементов увеличивается, органических, напротив, снижается.
Точного подсчета пока не проведено. С помощью нейтронно-активационного метода индентифицированно более 40 элементов. Однако это далеко не все. Вероятно, в байкальской воде присутствуют почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, только многие из них в очень малых количествах.
Кальция, углерода, кислорода, магния, натрия, калия, кремния, серы, хлора, азота, железа, фосфора.
Сотые и тысячные доли миллиграмма в 1 л. Роль микроэлементов в воде Байкала изучена недостаточно, хотя многие из них необходимы для нормальной жизнедеятельности водных организмов. Микроэлементы, например, влияют на обмен в растительных организмах, на синтез и действие витаминов, входят в состав ферментов, а также в состав элементов крови позвоночных и т. д.
Современные нейтронно-активационные приборы позволяют измерять чрезвычайно малые количества элементов, содержащихся в воде в растворенном виде — миллиардные доли процента. В Байкале были проведены такие исследования для оценки содержания в воде микроэлементов. Точность измерений позволила уловить их содержание в количестве 10-10—10-12. В зарубежных лабораториях с помощью анодной пленочной вольтометрии с использованием тонкопленочных ртутно-графитовых электродов проф. Дайтон Керрит из Массачузетского технологического института измерил методом прямого анализа проб морской воды миллиардные доли процента содержания в воде таких металлов, как цинк, медь, свинец и кадмий.
С понижением температуры воды растворимость многих веществ снижается. При замерзании воды в морях и соленых озерах происходит ее опреснение - высаливание льда. То же происходит и при замерзании воды в Байкале. Но так как минерализация байкальской воды очень мала, то изменение ее химического состава незначительно. Более заметно изменение минерализации воды при замерзании в мелководных заливах. Может быть, интенсивное подледное развитие фитопланктона связано с обогащением биогенными элементами верхних слоев воды при замерзании озера.
В донные отложения Байкала в течение года поступает 1,72 млн. т минеральных и 0,45 млн. т органических веществ, в том числе 29 тыс. т железа и др.
Соленость (минерализация) воды в Байкале возрастает из-за возросшего количества солей, приносимых притоками. В Байкале ежегодно остается только из основных ионов 545 тыс. т гидрокарбонатов (НСО3-); 118 тыс. т сульфатов (SO42-); 22,7 тыс. т хлора (С1-); 10 тыс. т азота (NO3-); 2,37 тыс. т фосфатов (РО43-); 118 тыс. т кальция (Са2+); 60 тыс. т магния (Mg2+); 30 тыс. т натрия и калия (Na++K+); 460 тыс. т органических веществ; 28,9 тыс. т железа (Fe — общ.); 495 тыс. ,т, кремния SiO2). Общее количествj ионов, остающихся в Байкале, 1890 тыс. т, что составляет около 24% от общего количества солей, поступающих в озеро.
По основному ионному составу вода открытых частей Байкала довольно стабильна и почти не претерпевает изменений. По отдельным же компонентам, как, например, биогенные элементы, изменения довольно значительны. Так, в период интенсивного развития водорослей из воды в поверхностных слоях, где они обитают, могут почти полностью исчезать (до аналитического нуля) минеральные соединения кремния, фосфора, азота, уменьшается содержание углекислоты, железа и ряда микроэлементов. Однако содержание этих веществ после прекращения развития фитопланктона и усиленного ветрового перемешивания ежегодно восстанавливается. Соединений солей азота и фосфора, а также железа и марганца в Байкале почти всегда достаточно, и в следующем году круговорот этот повторяется снова. Изменение же минерализации, вызванное антропогенным влиянием, однозначно — она возрастает.
Для поддержания жизни водных организмов необходимо постоянное снабжение их питательными веществами. Основным источником их пополнения в Байкале являются притоки озера. Значительную долю составляют вещества, поступающие в повторное использование за счет их регенерации из отмерших организмов, а также за счет выноса их к поверхности с глубинными водами при ветровом перемешивании воды. Заметную часть питательных веществ приносят промышленные и бытовые стоки.
Ежегодно реки, впадающие в Байкал, приносят более 600 тыс. т кремния, а содержание его в воде очень мало и не возрастает. Кремиекислоту потребляют для построения панциря (наружного скелета) самая многочисленная по видовому составу и самая большая по биомассе группа диатомовых водорослей, а также губки и некоторые моллюски. Кроме того, с водами Ангары выносится свыше 100 тыс. т кремния и около 500 тыс. т в год увлекается в донные отложения озера в виде панцирей отмирающих диатомовых водорослей, спикул губок и створок некоторых моллюсков.
Практически все те газы, которые существуют в атмосфере, а также газы подземного происхождения, выделяющиеся со дна озера. Но пропорции газов значительно отличаются, потому что неодинакова их растворимость в воде и не все они участвуют в биологическом и биохимическом круговороте. Так, в воде озера больше всего растворено азота, в значительном количестве содержится кислород, углекислый газ. Аргон, гелий, неон, криптон присутствуют в весьма малых концентрациях.
В водной толще Байкала из газов в растворенном состоянии содержатся кислород, двуокись, углерода, азот, а также аргон, гелий, неон, криптон и др. Количество газов зависит от температуры и давления, при которых они растворяются (за исключением кислорода, количество которого зависит от жизнедеятельности потребляющих его организмов, а также количества органического вещества, на окисление которого расходуется кислород). В какой форме инертные газы связаны с молекулой воды, пока нет достоверных сведений.
В зоне проникновения света, необходимого для жизнедеятельности водорослей, вода насыщается кислородом, выделяемым растениями в процессе фотосинтеза. В самом поверхностном слое воды кислород частично поступает из воздуха. На большие глубины кислород попадает при перемешивании воды ветром, при турбулентных и циркуляционных течениях и т.д.
Вода в Байкале имеет слабощелочную реакцию из-за наличия в ней щелочных элементов: натрия, кальция, магния и калия и низкого содержания свободной углекислоты. Концентрация водородных ионов (рН) находится в пределах 7,0—8,5 ед. С глубиной рН снижается. Понижается концентрация водородных ионов и зимой в подледный период.
Реакция воды в Байкале в летнее время несколько изменяется в сторону щелочности и рН возрастает до 8 —8,5. В зимнее время происходит сдвиг в сторону нейтральной реакции и рН становится близким к 7.
В поверхностных слоях донных отложений Байкала до глубины- 5—20 см идут окислительные процессы, и Eh здесь колеблется от +50 до +300 милливольт. Глубже идут восстановительные процессы, и значения Eh имеют отрицательный знак. Их величины колеблются от 50 до 230 милливольт. Абсолютная величина показателя Eh может свидетельствовать об интенсивности окислительных или восстановительных процессов. В окислительном слое гидроокислы железа типа Fе(ОНз) и гидрогетит, в восстановительном — сульфаты железа (гидротроилит, пирротин, пирит, марказит), а также его силикаты (лептохлориты).
В донных отложениях величина рН зависит от того, какие процессы в них протекают: окислительные, восстановительные или нейтральные. В окислительной зоне меньше водородных ионов и его величина близка к нейтральной (рН≥7) или слабокислой (рН7. В песчаных донных отложениях, где отсутствуют органические вещества или их поступление ничтожно, величина рН обычно близка к тем его значениям, которые имеет вода Байкала, то есть к нейтральной или слабощелочной (рН = 7,2—7,5).
В среднем около 1,5 мг/л, а во всем озере 34,5 млп. т. Но распределение взвешенных веществ крайне неравномерно как по акватории, так и по сезонам. Больше всего их в приустьевых участках крупных рек, меньше всего — в открытых районах Байкала. С глубиной их количество также снижается, особенно ниже зоны сезонного перемешивания воды.
Содержание всех растворенных веществ, а не только солей. Термин соленость применяется обычно к морской воде минеральных источников, а иногда и соленых высокоминерализованных вод озер.
Для характеристики количества растворенных веществ в пресных водах широко используется термин минерализации, и он, вероятно, предпочтительнее.
Обычно анализами отобранных проб воды. В последнее время относительные изменения минерализации оценивают по изменению электропроводности воды.
Электропроводность воды Байкала, измеряемая микросименсами на сантиметр (единица, равная Ому-1), зависит от температуры воды и имеет следующие значения:
|
Температура, 0С |
Электропроводность, мкСм/см |
Температурный коэффициент |
|
1,0 |
63 |
0,0228 |
|
5,0 |
73 |
0,0224 |
|
10,0 |
84 |
0,0231 |
|
15,0 |
96 |
0,0227 |
|
18,0 |
103 |
- |
|
20,0 |
107,5 |
0,0219 |
Йод относится к микроэлементам, потребности организмов в нем невелики, но оп, хотя и в малых количествах, совершенно необходим для нормальной жизнедеятельности любого животного организма. В воде Байкала дефицит йода. Для компенсации недостающего количества йода его добавляют к пищевой поваренной соли. Соль в Сибири йодируют.
Источник: Галазий Г.И. Байкал в вопросах и ответах. – Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1987. – с. 167
Энциклопедии городов | Энциклопедии районов | Эти дни в истории | Все карты | Всё видео | Авторы Иркипедии | Источники Иркипедии | Материалы по датам создания | Кто, где и когда родился | Кто, где, и когда умер (похоронен) | Жизнь и деятельность связана с этими местами | Кто и где учился | Представители профессий | Кто какими наградами, титулами и званиями обладает | Кто и где работал | Кто и чем руководил | Представители отдельных категорий людей
