Процессы в дельтах и эстуариях - раздел Химия, Предмет и задачи химии окружающей среды Очень Интересна Химия Морской Воды Вблизи Континентальных Областей — В Перехо...
Очень интересна химия морской воды вблизи континентальных областей — в переходной зоне между средами обитания суши и открытого океана.
Дельта - устьевая часть реки, в которой происходит разгрузка переносимого материала. Очертания такого участка отдаленно напоминают букву Δ греческого алфавита. Условия образования дельты: небольшая глубина предустьевой акватории, обилие обломочного материала, переносимого рекой, отсутствие приливов, отливов и сильных вдольбереговых течений.
Эстуарии - воронкообразный в плане залив, образующийся при затоплении морем устья крупной реки в условиях высоких приливов и отливов, при небольшом количестве обломочного материала, приносимого рекой.
Существует много различий между химизмом континентальных поверхностных вод и морской водой. В частности, морская вода обладает гораздо большими концентрациями ионов натрия и хлора (Na+ и Сl-) в отличие от континентальных вод с преобладанием гидрокарбоната кальция. Морская вода является настолько концентрированным химическим раствором, что смешивание только 1 % (по объему) морской воды с речной водой среднего состава дает раствор, где отношение между большинством ионов практически такое же, как в морской воде. Таким образом, химические градиенты в дельтах очень высоки и относятся к ранним стадиям перемешивания.
Кроме высокого градиента по ионной силе, в некоторых дельтах существует также градиент по рН.
Однонаправленный поток воды в реках заменяется на приливно-отливные (обратные) потоки в дельтах. Во время полной и малой воды скорость течения падает до нуля, что позволяет осаждаться и откладываться более 95 % тонкозернистого взвешенного осадка (в основном представленного глинистыми минералами и органическим веществом).
Высокий градиент ионной силы в воде дельт приводит к дестабилизации коллоидного материала (т. е. суспензии тонкозернистого материала), вызывая его флокуляцию и выпадение на дно. Лучше можно понять этот процесс на примере глинистых минералов — наиболее распространенных неорганических коллоидов в дельтовых водах.
Глинистые минералы несут на поверхности отрицательный заряд, частично компенсированный адсорбированными катионами. Если поверхностные заряды не нейтрализованы путем адсорбции ионов, глинистые минералы проявляют тенденцию к сохранению состояния взвеси, поскольку одноименные заряды отталкиваются. Эти силы отталкивания велики по сравнению с силами притяжения Ван-дер-Ваальса и предотвращают агрегирование и выпадение частиц. Следовательно, носитель заряда, нейтрализующий поверхностные заряды, будет способствовать флокуляции частиц. Многие коллоиды флокулируют в среде электролита, и морская вода — гораздо более сильный, электролит, чем речная, — выполняет эту роль в дельтах. Катионы морской воды притягиваются к отрицательно заряженным поверхностям глин. Они формируют в растворе подвижный слой, примыкающий к поверхности глин (рис. 17), и образующийся комбинированный «электрический двойной слой» близок к состоянию электронейтральности. Соседние частицы могут после этого приближаться друг к другу и агрегировать.
| Фиксированный чистый отрицательный заряд ([поверхность частицы)
|
Подвижный слой катионов в растре
Рис. 17. Двойной электрический слой, включающий в себя неподвижном слой отрицательных зарядов на частице и подвижный слой ионов из раствора
Отложение осадка в дельтах локализовано в областях с низкой соленостью за счет названных физических и химических эффектов. Осадок, однако, постоянно возвращается во взвешенное состояние вследствие приливно-отливных течений, которые движутся вверх во время прилива и вниз во время отлива. Так образуются области с высокой концентрацией взвешенного твердого вещества, известные как максимумы мутности. Максимум мутности является важной областью, поскольку многие реакции в химии окружающей среды включают обмен формами между растворенными и твердыми фазами. Такие реакции могут оказать существенное влияние на потоки речного материала в океаны.
Процессы перемешивания в дельтах. Поток воды в дельтах не однонаправлен; он подвержен обратным течениям во время приливов. В результате не существует постоянной связи между фиксированной географической точкой и свойствами воды (например, концентрацией иона кальция, Са2+). По этой причине данные, полученные в дельтах, обычно сравнивают с соленостью, а не местоположением. В основе лежит допущение, что соленость в дельте — это просто результат физического перемешивания, а не химических изменений. Если в дельту впадает только одна река и не существует другого источника, то поведение любого компонента можно оценить, построив зависимость его концентрации от солености.
Если концентрация измеряемого компонента, как и соленость, контролируется простым физическим перемешиванием, их взаимосвязь будет линейной. Такое поведение компонента называется консервативным. В отличие от этого, если добавлен компонент, не имеющий отношения к изменению солености, экспериментальные данные будут располагаться выше линии консервативного перемешивания. Аналогично, если произошло удаление компонента, данные будут располагаться ниже линии консервативного перемешивания (рис. 18).
В большинстве случаев удаление или привнес компонента происходит при низких значениях солености, и можно оценить степень удаления или высвобождения компонента.
Электрохимические реакции, которым подвергаются глинистые минералы речного происхождения, привнесенные в морскую воду, не заканчиваются флокуляцией частиц или осаждением агрегатов. Способность глинистых минералов к ионному обмену означает, что их перенос из речной воды с низкой ионной силой и доминированием Са2+ и НСОз- в морские воды с высокой ионной силой и преобладанием хлорида натрия (NaCI) требует протекания реакции с новым раствором для восстановления химического равновесия. Многочисленные измерения катионного обмена на речных глинах в морской воде показали, что глинистые минералы обменивают адсорбированный Са2+ на ионы натрия (Na+), калия (К+) и магния (Mg2+) из морской воды. В целом компоненты, обладающие высоким сродством к твердым фазам такие, как растворенный фосфор (Р) или железо (Fe), удаляются из раствора.
Концентрация
Соленость
Рис. 18. График перемешивания в дельтах рек, иллюстрирующие консервативное и неконсервативное перемешивание. Ср и См — концентрации ионов в речной и морской воде соответственно
Как и в большинстве природных сред, биологические, а особенно, микробиологические процессы имеют большое значение в дельтах. Во многих дельтах высокие концентрации твердых частиц делают воду слишком мутной, что не позволяет развиваться фитопланктону. Однако в мелководных дельтах или в дельтах с низкой мутностью, а также у их направленных к морю окраин, где концентрации взвешенных твердых частиц низкие, степень освещения может быть достаточной для поддержания роста фитопланктона. В динамичной среде дельты разбавление ее богатой фитопланктоном воды удаленными от берега водами с низким содержанием фитопланктона происходит с большей скоростью, чем могут расти клетки (популяции фитопланктона при оптимальных условиях удваиваются во временном масштабе, равном дню или около того). Таким образом, рост популяций фитопланктона часто ограничивается скорее этим процессом разбавления, чем доступностью света или питательных веществ.
Процесс, в результате которого накапливаются отложения в дельтах, приводит к накоплению также частиц органического вещества. Если в дельте присутствуют большие количества его, скорости потребления кислорода вследствие аэробного процесса потребления органического вещества бактериями могут превысить скорость поступления кислорода. В результате уменьшаются концентрации растворенного кислорода.
Все темы данного раздела:
Предмет и задачи химии окружающей среды
Проблема охраны окружающей среды сложна и многопланова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические.
В основе процесс
Происхождение и эволюция Земли
Принято считать, что Вселенная возникла в один момент в результате огромного взрыва, обычно называемого Большим взрывом. Планеты нашей Солнечной системы образовались, по-видимому, из облака
Образование земной коры и атмосферы
Земная кора, гидросфера и атмосфера образовались в основном результате высвобождения веществ из верхней мантии молодой Земли. За счет этих процессов сформировалась оболочка из породы толщиной менее
Эволюция атмосферы и происхождение жизни
Аккреция вещества Земли привела к временному его разогреву и легких молекул первичной атмосферы, прежде всего водорода и гелия, рассеянных в космическом пространстве. Последующее понижение
Гидросфера
Вода - ключевой компонент в поддержании жизни на Земле. Вода в своих трех состояниях - жидкость, лед и водяные пары широко распространена на поверхности Земли и занимает объем 1,4 млрд. кмЗ
Состав атмосферы
Общий состав атмосферы почти одинаков по всей Земле в результате высокой степени перемешивания в пределах атмосферы. В горизонтальном направлении перемешивание осуществляется благодаря вращению Зем
Микрокомпонентные примеси в атмосфере
Многие микрокомпонентные примеси в атмосфере имеют постоянные концентрации, тo есть существует баланс между поступлением и выходом вещества в атмосферу
Fвх = Fвы
Геохимические источники
Самыми мощными геохимическими источниками служат переносимая ветром пыль и морские брызги, поставляющие огромные количества твердых веществ в атмосферу. Пыль — это в основном почва регионов Земли.
Биологические источники.
В отличие от геологических источников биологические не являются крупным прямым источником поступления частиц в атмосферу, за исключением лесных пожаров (лесные пожары служат значительным источнико
Антропогенные источники
Антропогенные факторы предопределяют существенные изменения в нормальном функционировании атмосферы, причем как в самых нижних, так и в высотных ее частях. Изменения, вызванные человеком, значител
Радиоактивное загрязнение атмосферы
К опасным, факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести радиоактивность.
Радиоактивностью называется, самопро
Основные радиоактивные изотопы, обнаруживаемые в атмосфере после ядерного взрыва
Изотоп
8938Sr
9038Sr
9540Zr
13153I
Озоновый защитный слой
Как известно, в атмосфере на высоте около 15-25 км (в зависимости от широты) расположен озоновый защитный слой Земли, определяющий верхний предел жизни в биосфере. Озоновый слой появился вм
Механизмы разрушения озона
Выше рассматривался механизм образования озона в атмосфере только на основе кислорода как компонента воздуха. Между тем в образовании и разрушении озона атмосферы играют существенную роль и другие
Состав и строение литосферы
Сейсмические исследования свидетельствуют о том, что при землетрясениях возникают различные сейсмические волны, распространяющиеся в породах Земли с разными скоростями. Наиболее быстрые из них - пе
Процессы выветривания
Поверхность земной коры подвержена действию атмосферы, что делает ее восприимчивой к физическим и химическим процессам.
Физическое выветривание является механическим проце
Общие для большинства почв реакции
При характеристике почв наиболее информативны не отдельные индивидуальные соединения, а их группы, то есть совокупность соединений со сходными строениями и свойствами. Такими группами могут быть мо
Катионный обмен
Для почв наиболее характерны реакции катионного обмена между твердой частью почвы, которая поглощает катионы, и почвенным раствором, который можно рассматривать как раствор электролитов. Если твёрд
Потенциальная кислотность почв
Обменные катионы участвуют также в формировании потенциальной кислотности почв. Такая кислотность встречается в кислых дерново-подзолистых, серых лесных, красноземных почвах. Проявляется о
Щелочность почв
Щелочными считают почвы, водная суспензия которых имеет рН 7,5 — 8,0 или выше. Эти почвы формируются в степных и сухо-степных природных зонах; к ним относятся солонцы, некоторые солончаки. Щелочно
Окислительно-восстановительные режимы
Практически в каждой почве происходят реакции окисления или восстановления химических соединений или элементов. Эти реакции являются сопряженными, и если какой-либо компонент почвы окисляется, то
Гумификация
Это один из самых важных почвенных биохимических процессов. Сущность его заключается в трансформации растительных остатков в своеобразные, темноокрашенные органические гуминовые вещества преимуще
Химическое загрязнение и охрана почв
В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд.
Пресные воды подземной гидросферы
Существенную роль в процессах биосферы играет и так называемая подземная гидросфера. Пресные воды после ледников вносят основной вклад в общий баланс пресной воды на планете. Обширные запасы
Химия пресных поверхностных вод
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 ги
Химия воды и режимы выветривания
Состав растворенных ионов в пресных водах зависит от: варьирующего состава дождевых осадков и сухих атмосферных выпадений; изменений в поступлениях в атмосферу вследствие эвапотранспирации; варьи
Растворенные твердые вещества пресных вод
Кремний высвобождается при выветривании силикатов и переносится в природных водах в виде недиссоциированной кремниевой кислоты H4SiО4. Силикаты выветриваются медленно, поэто
Биологические процессы
В ручьях и небольших реках биологическая активность в воде слабо влияет на ее химический состав из-за быстрого течения. В крупных же реках и озерах, со слабым течением основные изменения в химическ
Диаграммы Eh-pH
Кислотность (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh) могут определять поведение элементов и их соединений в окружающей среде. Теоретически возможно бесконечное разнообразие сочетаний
Питательные вещества и эвтрофикация
Кроме СO2, воды и света растениям для роста нужны определенные ионы (питательные вещества). Некоторых из этих ионов, на пример Mg2+ , довольно много в пресной воде, однако др
Кислотные осадки
Кислотными называют атмосферные осадки (дождь, снег, роса) с рН<5,5. Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН=б), так как находится в контакте с СО2 и растворяет ее, о
Изменения веществ в окружающем среде
Для целостного понимания биосферы как глобальной системы важно изучение как природных, так и антропогенных процессов, происходящих в ней.
Для предсказания того, как эта система может измен
Изменения во времени
Естественные (природные) изменения. Изменения геохимических, геофизических и метеорологических параметров за геологические периоды времени, эволюция живых организмов, обитающих в воде и н
Пространственные изменения
Критериями оценки природных и антропогенных веществ по степени их воздействия на изменение окружающей среды являются их количество, объем запасов, частота появления и распространенность. Учет изме
Распространение в окружающей среде
Оценка распространения в окружающей среде синтезированных человеком веществ включает физико-химические свойства этих веществ, физические процессы, связанные с их переносом, биологические п
Перенос между различными средами
Рис. 19. Схема процессов переноса вещества между различными средам
Перенос почва — вода
Перенос веществ на границе раздела почва — вода играет важную роль в процессе загрязнения вод в результате применения химических препаратов или их поступления в почву с дождем, в результате искус
Перенос вода — воздух
Переход вещества в природных условиях из водного раствора в атмосферу называют летучестью; этот процесс осуществляется в результате диффузии, обратный перенос называют сухим осаждением в воду.
Перенос почва -—воздух
В миграционных процессах между почвой и воздухом большое значение имеют обменные процессы жидкость/твердая фаза, жидкость/газ и твердая фаза/газ.
Переход вещества из почвы в атмосферу пут
Поступление и накопление в живых организмах
В принципе любое химическое вещество поглощается и усваивается живыми организмами. Равновесное состояние или состояние насыщения в процессе усвоения достигается в том случае, если его поступлени
Сравнение содержания химических элементов в морской воде и теле рачка Calanus finmarchicue
Химические элементы
Морская вода,
масс,%
Calanus finmarchicus, масс.%
Коэффициент обогащения
Кислород
Географический и биотический перенос
После того как произошло распределение поступивших в окружающую среду химических веществ между воздухом, водой и почвой, необходимо проследитьих дальнейшую миграцию на более или менее далекие рас
Геохимические барьеры
Участки биосферы, на которых в миграционном потоке на коротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов, и как следствие этого процесса, повышается их концентрация
Круговороты макроэлементов
Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ: большой, или геологический (абиотический) и малый, или биологический (биотический). Большой круговорот наиболее четко проявляется в
Вещества, попавшие в окружающую среду исключительно в результате.человеческой деятельности
ДДТ(2,2-ди (р-хлорфенил) - 1,1,1 -трихлорэтан)
Пестицид
Неселективный ряд, концентрируется в пищевой цепи
ПХД (полихлориро-ванные
Углерод
Самым важным компонентом природного цикла углерода является газообразный диоксид углерода СО2. Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде СО2 относительно невелики в сравнении
АТМОСФЕРА
СО2
Круговороты второстепенных элементов
Микроэлементы, как и макроэлементы, мигрируют между организмами и средой. Многие из них концентрируются в тканях благодаря химическому сходству с какими-либо важными биогенными элементами, что мо
Соединения хлора
Химия соединений хлора в биосфере сравнительно проста. Практически все встречающиеся в почвах хлориды легко растворимы: NaCl, KC1, СаСl2, MgCl2. Растворимы также хлориды боль
Соединения йода
Содержание йода в земной коре колеблется от 0,01 до 6 мг/ кг, достигая максимума в обогащенных органическим веществом сланцах. Минеральные соединения йода легкорастворимы, поэтому йод энергично вы
Соединения брома
Содержание брома в земной коре колеблется от 0,2 до 10 мг/кг, причем максимальные концентрации характерны для глинистых отложений. Бром — сильнолетучий элемент, его соли легкорастворимые. К числу
Соединения фтора
Свойства соединений фтора значительно отличаются от свойств других галогенопроизводных.
Фториды щелочных металлов растворимы в воде и их растворимость уменьшается в ряду KF > NaF >
Тяжелые металлы
Металлы в очень высокой степени вовлечены в антропогенную деятельность, они отличаются настолько высокой технофильностью, что нередко говорят о современной «металлизации» биосферы. Особое значение
Атмосфера
Общий запас 15,6*109 г
Стронций
Sr -хороший пример ранее малоизученного элемента, который теперь служит объектом особого внимания в связи с большой опасностью его радиоактивного изотопа для человека и животных. По свойствам стро
Новости и инфо для студентов