Распространённость химических элементов в ГИДРОСФЕРЕ ГИДРОСФЕРА (от

Распространённость химических элементов в ГИДРОСФЕРЕ

ГИДРОСФЕРА (от гидро. . . и сфера) - совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова.

Вода покрывает более 70% поверхности земного шара, а средняя глубина Мирового океана около 4 км. Масса гидросферы примерно 1, 46 • 10²¹кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3, 5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит : углекислого газа - 140 трлн. тонн , растворенного кислорода - 8 трлн. тонн.

Объем гидросферы - 1370 млн. куб. км, что составляет 1/800 объема планеты Земля. Этот объем распределяется следующим образом: - мировой океан - 1120 млн. куб. км (94%); - подземные воды - 200 млн. куб. км (4%); - материковые ледники и ледники приполярных областей - 30 млн. куб. км (1, 6%); - реки, озера и болота - 4 млн. куб. км (0, 25%); - атмосфера - 12 тыс. куб. км. Количество воды в гидросфере практически постоянно.

Самое глубокое озеро Байкал глубина достигает 1620 м. Площадь самого крупного озера Каспийского моря 371 000 км 2.

ГЛУБИНА МИРОВОГО ОКЕАНА Средняя - 3 700 м; Максимальная – 11 022 м (Марианская впадина)

Температурный режим Мирового океана Максимальные средние годовые температуры +28 град С – экватор Минимальные средние годовые температуры -1, 8 град С – приполярные области Средняя температура приповерхностно-го слоя +17, 5 град С Средняя температура Мирового океана +4 град С

История открытия. В 1783 году А. Лавуазье и П. Лаплас синтезировали воду, доказав, что она представляет собой не простой элемент, а сложное вещество, образующееся из двух простых, которые были названы кислородом и водородом. В 1805 году Ж. Л. Гей-Люссак и А. Гумбольт показали, что вода образуется из двух объёмов водорода и одного объёма кислорода, то есть была получена формула воды. После открытия периодического закона, стало ясно, что по всем параметрам вода является уникальным веществом, свойства которого не укладываются в рамки общих

Свойства воды Температуры кипения и плавления воды при атмосферном давлении -соответственно 100 и 0 град С. Удельная теплоёмкость воды - самая высокая из всех жидкостей. Для того, чтобы нагреть 1 г воды на один градус затрачивается 4, 2 Дж теплоты (1 кал). При этом удельная теплоёмкость льда и водяного пара вдвое ниже. Аномально высокими являются скрытые теплоты плавления и испарения воды. Для того, чтобы превратить 1 кг льда в пар надо затратить 3 000 к. Дж тепла – значительно больше, чем для другой жидкости.

Свойства воды Диэлектрическая постоянная – самая высокая из всех жидкостей, составляет около 81, что предопределяет одну из особенностей водных растворов – явление электролитической диссоциации, Максимальная плотность – соответствует температуре 3, 98 град. С. При дальнейшкм охлаждении плотность воды снижается до 0, 99987 г/см 3, при нагревании до 30 град. Она составляет 0, 9957, до 50 – 0, 988, до 100 – 0, 958, до 250 – 0, 799. Чистый лёд имеет плотность 0, 918. Только вода (лёд) не тонет в собственном расплаве.

Водородные связи форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. Одна молекула воды может образовать до четырёх классических водородных связей с соседями

Структура воды(тетра эдрическая) и льда (гексагональная)

Тетраэдрическая структура воды

Гексагональная структура льда

Активация воды Процесс получения воды с осбыми свойствами при одновременном воздействии на воду высоких температур ( до 400 град С) и давлений (до 100 Мпа). В активированной воде было обнаружено резкое снижение энергии водородных связей. Активированная вода характеризуется: снижением р. Н, увеличением электропроводности, повышением растворяющей способности воды по отношению ко многим минералам (кальциту, кварцу, магнезиту, доломиту, гипсу и др. ), растворённые в активированной воде соединения значительно труднее выпадают в осадок, чем из неактивированной воды.

Талая вода Изменение свойств воды происходит в результате замерзания и последующего медленного оттаивания воды без перемешивания. Наблюдается : повышенная биологическая активность усиление роста растений усиление скорости роста животных бурному росту микроорганизмов в полярных морях у кромки плавающих льдов снижение холестерина в крови, ? Одной из гипотез, объясняющих свойства талой воды, является гипотеза о снижении в ней содержаний дейтерия.

Обработка воды электрическим полем ослабляет структурные связи. Так, после обработки воды переменным электрическим током на 11 -18% увеличивается скорость испарения. магнитным полем приводит к снижению накипи в паровых котлах, а также к увеличению скорости затвердевания и улучшения качества цемента.

Круговорот природных вод. Потеря воды в космос Поступление воды из космоса Осадки Гидрологический оборот Испарени е Биологический круговорот Сток Океан Водоросли Отжатие ископаемых вод Геологический круговорот Поступление ювенильных вод Возврат воды в мантию

Возобновление ресурсов вод Подземные воды n х (100 – 1 000)л Ледники полярные n х (8000 – 15 000)л Воды Мирового океана n х (2500 – 3000)л Бессточные озёра 200 – 300 л Проточные озёра несколько л Реки 11 -20 сут Пар атмосферы 8 сут Вода организмов несколько часов Чем медленнее водообмен, тем выше минерализация воды в элементе атмосферы

Источники растворённых веществ в гидросфере: : мантия (летучие компоненты магмы), литосфера (породы и минералы), биота (органическое вещество), атмосфера (осадки).

Факторы формирования состава вод: Физико-географические (рельеф, гидрология, климат, выветривание, цементация) Геологические (геологическая структура, тектонические движения, тип пород, магматизм, газовый фактор) Физико-химические (химические свойства элементов, растворимость химических соединений, кислотнощелочные и окислительно-восстановительные условия) Физические (температура, давление, время и пространство) Биологические (влияние живого вещества, почвы, ландшафт) Искусственные (воздействие деятельности человека)

Факторы формирования состава вод: прямые факторы, непосредственно воздействующие на состав воды (горные породы так как растворяясь, они непосредственно обогащают воду ионами и химическими соединениями), косвенные, определяющие условия в которых происходит взаимодействие вещества с водой (тектонические движения, так как под их воздействием вода из одних пород отжимается в другие, где может изменять свой состав).

Процессы формирования вод : Перенос вещества (фильтрация, молекулярная диффузия) Процессы переводящие вещество в раствор: – растворение (полное разрушение кристаллической решётки минералов и переход всех ионов в раствор) – выщелачивание (избирательное растворение отдельных минералов) Стимуляторами этих процессов являются процессы окисления. Например, окисление пирита: 2 Fe. S 2 +7 O 2 +2 H 2 O→ 2 Fe. SO 4 +2 H 2 SO 4 4 Fe. SO 4 +2 H 2 SO 4 +O 2 → 2 Fe(SO 4)2 +H 2 O Процессы, выводящие вещество из раствора: – кристаллизация (образование новых минеральных фаз). Примером может служить процесс галогенеза – сгущение солёных природных вод при испарении. – сорбция (поглощение растворённых веществ из ненасыщенных солями вод различного рода твёрдыми фазами или коллоидами). Адсорбция – поглощение поверхностью, абсорбция – всей массой.

Процессы формирования вод : Процессы , сочетающие воспроизводство и поглощение растворённых веществ: – ионный обмен (поглощение одних ионов и замена на другие). – окислительно – восстановительные и биогеохимические реакции окисление : 4 Fe(HCO 3)2 +2 H 2 O+O 2 → 4 Fe(OH)3 +8 CO 2↑ восстановление : Na 2 SO 4 +2 Cорг +2 H 2 O→ 2 Na. HCO 3 +H 2 S↑ – радиоактивный распад (характерен для долгоживущих, радиоактивных элементов типа урана и тория). При распаде образуются радий, радон, альфа-частицы, электроны, нейтроны. Выделение радона (газ) из пород в воду или воздух называется эманированием. Процессы добавления и удаления молекул растворителя. Гидратация – присоединение твёрдой фазой молекул воды: ангидрит – гипс (Ca. SO 4 →Ca. SO 4 n. H 2 O). Дегидратация – обратный процесс, происходящий при повышении температуры и давления в системе

Состав морской воды

Состав морской воды Cl>SO 4>HCO 3 Na>Mg>Ca

Материковые воды 1. 2. 3. 4. 5. Подземные (почвенные, грунтовые, межпластовые/ артезианские) Поверхностные Реки-постоянные водные потоки на поверхности суши Озёра-водоёмы замедленного водообмена Болота-избыточно увлажнённые участки суши с влаголюбивой растительностью и слоем торфа более 0, 3 м Ледники-движущиеся массы льда, возникшие на суше в результате накопления и преобразования твёрдых атм. осадков Атм. воды – воды, входящие в состав атм. Воздуха в парообразном состоянии, в виде мелких капель, кристаллов льда

Средний состав пресных вод

Состав речных и озёрных вод

Состав пресных вод Речных, озёрных, грунтовых Cl

Хим. элементы пресных вод главные (диапазон концентраций 1, 01000 ч/млн) второстепенные (0, 01 -10, 0 ч/млн) малые (0, 00001 -0, 1 ч/млн) микрокомпоненты (не более 0, 001 ч/млн).

Гидрохимическая зональность проявляется в закономерном изменении состава и минерализации подземных вод по площади и глубине. Гидрогеохимической зоной - называется часть гидрогеологического разреза, содержащая воды определённой минерализации и состава. Выделяются три зоны: пресных вод ( минерализация до 1 г/л), солёных вод ( минерализация от1 до 35 г/л), рассольных вод ( минерализация свыше 35 г/л). Различные сочетания гидрогеохимических зон в разрезе образуют гидрогеохимический пояс, который может быть одно-, двух-, трёхзональным и более. Если обозначить зону пресных вод буквой А, солёных – Б, рассольных – В, то сочетания этих зон в разрезе и соответственно гидрогеохимические пояса могут быть, например, такими: А, АБ, БВ, АБАБВ и др.

Горизонтальная (географическая, широтная) зональность – прослеживается от широты к широте, от полюсов к экватору. Происходит смена состава вод с севера на юг, приведённая на следующей схеме:

Горизонтальная (географическая, широтная) зональность

Сточными водами называются воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные при этом дополнительными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

Классификация сточных вод бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) дождевые (атмосферные).

Городские сточные воды - это смесь бытовых сточных вод жилых и общественных зданий и промышленных предприятий, а также производственных сточных вод коммунально-бытового обслуживания, общественного питания, местной и пищевой промышленности

Дождевые воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. Их подразделяют на дождевые и талые, получающиеся от таяния льда и снега. Отличительной особенностью дождевого стока являются его эпизодичность и резкая неравномерность. Воды от мытья и поливки улиц, а также от фонтанов и дренажей по качественной характеристике загрязняющих примесей близки к дождевым водам и удаляются совместно с ними.

Дождевые воды Для городов европейской части России расход дождевого стока в среднем один раз в году может достигать 100 -150 л/с с 1 га, а один раз в 10 лет - 200 -300 л/с с 1 га. Вместе с тем суммарный за весь год дождевой сток с застроенных территорий не превышает 1500 - 2000 м 3 с 1 га.

Бытовые воды максимальный расход бытовых вод с 1 га жилой застройки города в зависимости от плотности населения колеблется от 0, 5 до 2 л/с, или 10000 -25000 м 3/год. в средних условиях европейской территории России за год дождевых вод стекает в 7 -15 раз меньше, чем бытовых, но максимальные секундные расходы дождевых вод в 50 -150 раз больше, чем расходы бытовых вод.

Состав сточных вод Сточные воды загрязнены всевозможными примесями органического и минерального происхождения, которые могут находиться в них в виде раствора, коллоидов, суспензии и нерастворимых веществ. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т. е. массой примесей в единице объема в мг/л или г/м 3

Состав сточных вод Бытовые сточные воды кроме органических и минеральных примесей содержат биологические примеси, состоящие из бактерий, в том числе и болезнетворных, а поэтому они потенциально опасны. Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами производства, иногда представляющими определенную ценность.