Озера. Озера— это водоемы, не имеющие прямой связи с системой Мирового океана. Они распространены на равнинных и горных территориях, во влажных и засушливых, холодных и жарких гидротермических условиях. Суммарная площадь озер составляет 2% площади суши.
По химическому составу воды озер в самом первом приближении можно разделить на пресные и соленые. Состав воды пресных озер обусловлен поступлением атмосферных и речных вод. В них концентрация солей невелика, а среди растворенных солей преобладают гидрокарбонаты кальция, содержание которых увеличивается по мере аридизации климата.
Соленые воды крупных озер (типа Каспийского и Аральского) являются реликтовыми морскими. В условиях засушливого климата по причине интенсивного испарения повышается концентрация солей, что приводит к образованию мелководных соленых озер, ярким примером которых могут служить озера Эльтон и Баскунчак, расположенные в низовьях Волги, Великое Соленое озеро в полупустынях Дальнего Запада США, озеро Эйр в пустынной Центральной равнине Австралии. В то же время соленые озера существуют и в холодных гумидных областях, в местах близкого расположения соленосных отложений (например, озеро Соленое близ г. Сольвычегорска) или на участках разгрузки соленосных подземных вод (например, Кулойские озера в бассейне реки Пинеги).
В составе солей доминируют хлориды натрия, магния, кальция и сульфаты натрия и магния. Наиболее часто встречаются соленые озера, с преобладанием хлоридов натрия и примесью других солей, либо горько-соленые, с преобладанием сульфатов натрия и хлоридов кальция. Значительно реже встречаются содовые озера, содержащие гидрокарбонат и карбонат натрия. Таким составом обладают многие озера Кулундинской и Барабинской степей Западной Сибири. Некоторые содовые озера обязаны своим составом влиянию поствулканических процессов, например, озеро Магади в Кении, из которого добывается самосадочная сода (трона). Большой интерес представляют соленые озера, в которых среди растворимых соединений присутствуют соли борной кислоты. Такие озера приурочены к резко аридным областям и известны в Иране, Тибете, в полупустынных районах США (штаты Калифорния, Орегон и Невада), в пустыне Атакама в Чили и других вулканических пустынях Южной Америки. Крупное борное озеро Индер находится в Прикаспийской низменности.
Среди осадков, образующихся на дне озер в результате химических и физико-химических процессов, для пресноводных озер холодного и умеренного климата характерно образование конкреций, состоящих из минералов гидроксидов железа. В гумидных тропических ландшафтах к ним часто добавляются конкреции из минералов гидроксидов алюминия. В озерах, имеющих подток подземных вод гидрокарбонатного состава, накапливаются глинисто-карбонатные отложения так называемого болотного мергеля. В несоленых озерах аридных территорий — в степных, сухостепных и полупустынных ландшафтах — повсеместно происходит осаждение мелкокристаллического кальцита, цементирующего обломочные частицы или образующего крупные конкреции. В соленых озерах при высокой концентрации растворимых веществ, близкой к насыщенным растворам, происходит кристаллизация соответствующих солей.
Среди биогенных осадков следует отметить скопления кремнистых (опаловых) панцирей одноклеточных диатомовых водорослей, образующих диатомовые илы. Ареал распространения диатомовых водорослей очень широкий, поэтому диатомовые илы встречаются в озерах как холодных гумидных ландшафтов (озера Кольского полуострова), так и в более теплых условиях (озеро Севан в Армении), а также в тропических странах (озеро Танганьика в Африке). Характерным биогенным осадком небольших озер гумидных областей является сапропель (от греч. sapros — гнилой, pelos — глина, грязь). Он представляет собой органический ил, в значительной мере состоящий из останков одноклеточных зеленых и сине-зеленых водорослей, которые разлагаются на дне без доступа кислорода. Иногда здесь образуются черные аморфные скопления сульфида железа.
Отложения озер имеют важное практическое значение. Железо-оксидные конкреции озер Восточно-Европейской равнины с отдаленных времен до середины XIX в. использовались для выплавки железа. Конкреции оксидов железа и алюминия (бокситы), образованные в тропических озерах, служат алюминиевой рудой. Длительное время разрабатываются накопления соды, кристаллизующейся в крупных содовых озерах Северной и Южной Америки, Африки, Тибета и Ирана. Также производится разработка борсодержащих солей, осаждающихся в пустынных борных озерах. Диатомовые осадки (диатомит) используются в промышленности, а отложения сапропеля — в бальнеологических целях и в качестве удобрения.
Болота — это ландшафты с избыточным увлажнением, специфической влаголюбивой растительностью и процессом образования торфа. Хотя болота содержат от 90 до 97% воды и всего несколько процентов сухого органического вещества, они не могут рассматриваться как водоемы, так как преобладающая часть воды связана органическим веществом торфа и растительностью. Существуют два основных пути образования болот — зарастание озер и заболачивание суши. Эти процессы могут развиваться на разных элементах рельефа, но для образования значительных аккумуляций торфа необходимы определенные климатические и гидрохимические условия. Торф — скопление слабо разложившихся остатков болотных растений: мхов, трав, кустарников, отчасти деревьев. Благодаря тому, что растительные остатки насыщены водой, их преобразование протекает в условиях дефицита кислорода. При этом происходит сложная трансформация органических соединений, в результате которой исходные органические вещества обогащаются углеродом. Трансформационные процессы в значительной мере обусловлены микробиологической деятельностью. Условия, подавляющие деятельность микроорганизмов, равно как условия, способствующие быстрому разрушению растительных остатков, препятствуют образованию торфа и его накоплению.
Болота разнообразны; в первом приближении их можно разделить на две большие группы континентальных (низинных и верховых) и приморских болот. Многие низинные болота образовались в результате зарастания мелких озер. Торф низинных болот обогащен минеральными веществами. При сжигании содержит большое количество золы, а на дне таких болот в условиях дефицита кислорода образуются неполноокисленные соединения двухвалентных железа и марганца в виде карбонатов и фосфатов. При доступе кислорода железо и марганец быстро окисляются и происходит трансформация соединений за счет увеличения степени окисления металлов и образования их оксидов и гидроксидов. Скопления оксидов железа в виде конкреций различной формы известны как болотные руды.
Торф верховых болот низкозолен и широко используетсякакэнергетическое сырье. Весьма своеобразны лесные болота приморских низменностей тропических и субтропических стран, распространенные на побережьях Флориды, Центральной Америки, островов Карибского бассейна, Юго-Восточной Азии. Поверхность этих низменностей постоянно или во время приливов залита водой, по причине чего у деревьев выработались особые корни для газообмена, находящиеся над водой. Тропические приморские лесные болота называются манграми. Крупные аккумуляции торфа для мангров нетипичны, хотя есть сведения о мощных (до 10—12 м) скоплениях древесного торфа в отдельных местах на островах Индонезии.
Реки. Пресные поверхностные воды очень важны дня человека, поскольку они являются единственным надежным источником питьевой воды. Сравнение состава вод двадцати крупнейших рек Земли дает представление о среднем глобальном химическом составе речных вод. Такое сравнение позволяет выделить три особенности:
1. в растворенном состояниив химическом составе пресной воды преобладают четыре металла, присутствующие в виде простых катионов (Са2-, Na+, К+ и Mg2+);
2. общая концентрация ионов в воде низка;
3. Ионный состав растворенных веществ в пресной воде принципиально отличается от состава континентальной коры несмотря на то, что все катионы в речной воде, за исключением некоторого количества натрия и хлора, являются результатом процессов выветривания коры.
Масса переносимых рекой на протяжении года твердых частиц называется твердым стоком, а масса растворенных веществ — ионным стоком. В горных реках твердый сток преобладает над стоком растворенных веществ, а в равнинных реках масса переносимых растворенных веществ больше массы твердого стока. Общая масса твердых частиц, выносимых всеми реками мира в Мировой океан, около 20 млрд. т в год, растворимых соединений - около 4 млрд. т.
Ионный состав растворенных веществ речной воды и состав земной коры, по которой протекает река, сильно различаются. Различие между составом коры и растворенных веществ речной воды особенно заметно для алюминия и железа по сравнению с другими металлами. Такое различие является результатом характера взаимодействия ионов металлов с водой. Ионные соединения хорошо растворимы в полярных растворителях типа воды. Однако, находясь в растворе, различные ионы вступают в реакции с водой по-разному. Ионы с низким зарядом ( +1, +2, -1, -2) обычно растворяются в виде простых катионов или анионов. Такие ионы слабо взаимодействуют с водой, за исключением того, что каждый из них окружен ее молекулами. Ионы меньшего размера с более высоким зарядом вступают в реакции с водой, притягивая ОН-, и образуют незаряженные и нерастворимые гидроксиды, высвобождая в ходе реакции ионы водорода, т. е.
Fe3+(водн) + ЗН2О(ж) → Fе(ОН)з(тв) + ЗН+(водн) (3.6)
Кроме того, небольшие и более высокозаряженные ионы взаимодействуют с водой с образованием относительно больших и устойчивых ионов (так называемых оксианионов), например, SО42-, легко растворяющихся вследствие того, что заряд распределен по большому периметру иона. Другими важными оксианионами являются нитрат (no3-) и карбонат (СО32-).
Общий характер растворимости элементов можно объяснить с точки зрения отношения заряда и ионных радиусов z/r. Ионы с низкими значениями z/r высокорастворимы (натрий, калий, магний, кальций), образуют в растворе простые ионы, и ими обогащена фаза раствора речной воды по сравнению с фазой взвеси. Ионы со средними значениями z/r (медь, никель, кобальт, алюминий) относительно нерастворимы. Ионы с большими значениями z/r образуют комплексные оксианионы (фосфаты, карбонаты) и снова становятся растворимыми.