Факторы определяющие миграцию тяжелых металлов в водных системах

Обновлено: 05.10.2024

Соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объемам водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорируются на минеральных и органических осадках. В результате содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно растет, и когда абсорбционная способность осадков исчерпывается и тяжелые металлы поступают в воду, возникает особо напряженная ситуация. Этому способствует повышение кислотности воды, сильное зарастание водоемов, интенсификация выделения СО2 в результате деятельности микроорганизмов. Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжелые металлы и их соединения, как и другие химические соединения, способны перемещаться и перераспределяться в средах жизни, т.е. мигрировать. Миграция соединений тяжелых металлов происходит в значительной степени в виде органо-минеральной составляющей. Часть органических соединений, с которыми связываются металлы, представлена продуктами микробиологической деятельности. Ртуть характеризуется способностью аккумулироваться в звеньях "пищевой цепи". Микроорганизмы почвы могут давать устойчивые к ртути популяции, которые превращают металлическую ртуть в токсические для высших организмов вещества. Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей. Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме. Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.

Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:

может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;
мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.

Так, хелатные формы Cu, Cd, Hgменее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм. Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий. Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.

Миграционные процессы тяжелых металлов и нефтепродуктов в системе «Почвенный покров - поверхностные воды» на урбанизированной территории Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / НЕФТЕПРОДУКТЫ / МИГРАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ / ЭКОСИСТЕМЫ / ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ / ПРИРОДНЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ / HEAVY METALS / PETROLEUM PRODUCTS / MIGRATORY PROCESSES / ECOSYSTEMS / SOIL COVER / NATURAL SURFACE WATER

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Коровина Елена Вадимовна, Дьячкова Татьяна Юрьевна, Лукьянов Антон Александрович, Мулюкова Виктория Ваитовна, Фаизова Ксения Владимировна

Рассмотрена сезонная динамика содержания тяжелых металлов и нефтепродуктов в почвенных и водных экосистемах на урбанизированной территории г. Ульяновска. С применением статистических методов анализа исследовано влияние физико-химических факторов на миграционные процессы тяжелых металлов (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) в экосистеме « почвенный покров поверхностные воды».

MIGRATORY PROCESSES OF HEAVY METALS AND PETROLEUM PRODUCTS IN THE SOIL COVER - SURFACE WATER SYSTEM WITHIN THE URBANIZED TERRITORY

The seasonal dynamics of the content of heavy metals and petroleum products in the soil and aqueous ecosystems within urbanized territory of Ulyanovsk has been examined. With the application of statistical methods of analysis the influence of physicochemical factors on migratory processes of heavy metals (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) has been investigated in the soil cover surface water ecosystem.

Текст научной работы на тему «Миграционные процессы тяжелых металлов и нефтепродуктов в системе «Почвенный покров - поверхностные воды» на урбанизированной территории»

УДК 543.31 + 544.032.7 DOI: 10.14529/chem170104

ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В СИСТЕМЕ «ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ - ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ» НА УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ

Е.В. Коровина1, Т.Ю. Дьячкова2, А.А. Лукьянов2, В.В. Мулюкова2, К.В. Фаизова2, Р.Р. Фаизов2, Е.С. Ваганова2, Е.С. Климов2, И.Т. Гусева3

1 Московский государственный университет экономики, статистики и информатики, г. Москва

2 Ульяновский государственный технический университет, г. Ульяновск

3 Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова, г. Ульяновск

Рассмотрена сезонная динамика содержания тяжелых металлов и нефтепродуктов в почвенных и водных экосистемах на урбанизированной территории г. Ульяновска. С применением статистических методов анализа исследовано влияние физико-химических факторов на миграционные процессы тяжелых металлов (2п, Си, №, Cd, РЬ) в экосистеме «почвенный покров - поверхностные воды».

Ключевые слова: тяжелые металлы, нефтепродукты, миграционные процессы, экосистемы, почвенный покров, природные поверхностные воды.

В экологическом аспекте из обширного перечня вредных веществ, загрязняющих почвенные и водные экосистемы, распространенными являются тяжелые металлы (ТМ) и нефтепродукты (НП). Тяжелые металлы относятся к классу консервативных загрязняющих веществ, которые не разлагаются в воде, а только изменяют форму своего существования. Нефтепродукты в водоемах могут находиться в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной на взвешенных частицах и донных отложениях, в виде пленки на поверхности воды. В результате протекания в водоеме процессов испарения, сорбции, биохимического и химического окисления нефтепродукты претерпевают различные превращения. При трансформации нефтепродуктов в экосистемах могут образовываться стойкие к микробиологическому расщеплению более токсичные соединения, вызывающие вторичное загрязнение.

Почвенные экосистемы являются емким акцептором для тяжелых металлов и нефтепродуктов, что обуславливает их аккумуляцию в почвенном покрове. Под воздействием различных факторов в почве происходит постоянная миграция попадающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния. В природных экосистемах интенсивность и направление миграций ТМ зависят как от особенностей ионов, формы, в которой присутствует элемент, его химических свойств (внутренние факторы), так и от физико-химических и биологических условий миграций (щелочно-кислотные, окислительно-восстановительные условия, водный режим, температура, давление, влияние жизнедеятельности растений и других организмов) 4.

Для проведения оценки экологического состояния почвы и водных экосистем Куйбышевского водохранилища на урбанизированной территории г. Ульяновска является актуальным исследование влияния различных факторов на процессы аккумуляции и миграции тяжелых металлов и нефтепродуктов в системе почвенный покров - поверхностные воды 8.

Цель настоящей работы - исследование сезонной динамики содержания и влияния физико-химических факторов на миграционную способность тяжелых металлов и нефтепродуктов в системе почвенный покров - поверхностные воды.

Объекты и методы исследования

Исследования проводились в период 2009-2014 гг. на базе аккредитованной научно-исследовательской лаборатории физико-химического анализа ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет».

Опробование поверхностных вод и почвы (берегового грунта) проводили в районах автотранспортных развязок и мостовых переходов через Куйбышевское водохранилище на территории г. Ульяновска. В объектах исследования определялся приоритетный ряд тяжелых металлов (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb). Сезонный отбор проб воды и почвы выполняли согласно нормативным документам ГОСТ Р 51592-2000, ГОСТ 17.1.5.01-80, ПНД Ф 12.1:2:2.2:2.3.2-03.

Определение валового содержания и подвижных форм ТМ в пробах воды и почвы проводили методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Анализ выполнялся на атомно-абсорбционных спектрометрах «Спектр-5-3» и «Квант Z» согласно методикам ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02, ГОСТ Р 51309-99. Общее содержание НП в объектах исследования определяли методом ИК-спектроскопии на анализаторе нефтепродуктов АН-2 по методикам ПНД Ф 16.1:2.2.22-98, ПНД Ф 14.1:2.5-95.

Определение физико-химических показателей (рН, Eh) проводили потенциометрическим методом на иономере ИПЛ 301 по методике ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97. Карбонатную жесткость определяли титриметрическим методом согласно ГОСТ 52407-2005.

Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлена программами «Microsoft Excel», STATISTIKA 6.1.

Результаты и их обсуждение

К числу приоритетных загрязняющих веществ почвенного покрова (берегового грунта) и поверхностных вод Куйбышевского водохранилища относятся тяжелые металлы (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb), отличающиеся максимальной аккумуляционной способностью и высокой токсичностью. При исследовании сезонной динамики установлено, что максимальное содержание ТМ в верхнем слое берегового грунта наблюдается в весенний период (после снеготаяния), где превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) подвижных форм для цинка составило 3,5 ПДК; меди - 10 ПДК; никеля - 3 ПДК; свинца - 2,5 ПДК; кадмия - 1,1 ПДК.

В осенний период (октябрь - ноябрь) происходит снижение содержания ТМ в береговом грунте водохранилища до фоновых значений и возрастание их содержания в воде (относительно летнего периода), что можно объяснить миграционными процессами подвижных форм ТМ с дождевыми осадками и грунтовыми водами из почвенного покрова (берегового грунта) в поверхностные воды Куйбышевского водохранилища.

Возможность миграции ТМ в системе почвенный покров - поверхностные воды также подтверждаются данными исследований сезонной динамики содержания металлов и их форм в воде. Установлено, что максимальное содержание ТМ в пробах воды наблюдается в весенний период во время весеннего паводка, где происходит перенос подвижных форм ТМ с талыми водами из берегового грунта в водоем.

Весенний период (апрель - май) исследования характеризуется значениями рН=6,75 (слабокислые условия) для берегового грунта и рН=7,35 (близко к нейтральным условиям) для воды, преобладанием окислительных условий (Eh=+240 мВ) в водной экосистеме водохранилища, когда наблюдается повышенное содержание растворенного кислорода (9,95 мг/л), и высокими значениями минерализации воды.

Влияние данных факторов на миграцию ТМ из берегового грунта в воду можно отследить с помощью однофакторного дисперсионного анализа [12].

Выявлена высокая корреляционная зависимость значений рН и содержания подвижных форм исследуемых металлов (исключение составляет никель) в береговом грунте (г=0,80). Для никеля эта зависимость носит весьма заметный характер (г=0,95). Данные корреляционные зависимости представлены на рис. 1, 2.

В природной воде, являющейся сложным раствором, рН зависит не от диссоциации собственно воды, а главным образом от соотношения количества угольной кислоты и ионов НСО3-, СО32- и в меньшей степени - остальных ионов. Отсюда следует, что помимо влияния рН на аккумуляцию и миграцию ТМ в водных экосистемах, следует рассматривать влияние гидрокарбонат-ионов природной воды. Последние характеризуют карбонатную жесткость воды.

Коровина Е.В., Дьячкова Т.Ю., Лукьянов А.А. и др.

Миграционные процессы тяжелых металлов и нефтепродуктов в системе «почвенный покров - поверхностные воды».

Рис. 1. Корреляционная зависимость содержания подвижных форм цинка, меди, свинца, кадмия от рН берегового грунта

Рис. 2. Корреляционная зависимость содержания подвижных форм никеля от рН берегового грунта

Рассмотрены присутствующие в водохранилище доминирующие формы металлов, в которых основными лигандами могут выступать ионы ОН- , НСО3- и фульвокислотные остатки. Для всех исследуемых тяжелых металлов характерна низкая устойчивость гидрокарбонатных комплексов в сравнении комплексов с фульвокислотами и гидроксокомплексами [6, 13-14].

Содержание и миграционные процессы НП в водной экосистеме определяются сезонностью, содержанием взвешенных частиц в толще слоя воды и гидрологическим режимом водохранилища. Установлено, что максимальное содержание НП в воде (до 0,068 мг/л) наблюдается в весенний период. Накопление НП в донных отложениях (до 265 мг/кг) происходит в летне-осенний период. Таким образом, осенний период характеризуется низким значением индекса загрязненности воды (ИЗВ=3,45) и является наиболее благоприятным для протекания процессов самоочищения водных объектов от тяжелых металлов и нефтепродуктов при комплексном влиянии исследуемых факторов.

Впервые для региона проведено комплексное исследование пространственно-временного распределения тяжелых металлов и нефтепродуктов в почвенных и водных экосистемах (на примере Куйбышевского водохранилища Ульяновской области).

С применением статистических методов анализа установлено влияние физико-химических факторов на миграционные процессы тяжелых металлов (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) в экосистеме почвенный покров - поверхностные воды.

1. Трифонов, К.И. Физико-химические процессы в техносфере / К.И. Трифонов, В.А. Деви-силов. - М.: ИНФРА-М, 2010. - 240 с.

2. Никаноров, А.М. Гидрохимия / А.М. Никаноров. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. - 444 с.

3. Линник, П.Н. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах / П.Н. Линник, Б.И. Набиванец. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 270 с.

4. Добровольский, Г.В. Экология почв. Учение об экологических функциях почв / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. - М.: МГУ, 2006. - 268 с.

5. Муравьев, А.Г. Оценка экологического состояния почвы / А.Г. Муравьев. - СПб.: Крисмас, 2000. - 285 с.

6. Влияние физико-химических факторов на содержание тяжелых металлов в водных экосистемах: монография / О.А. Давыдова, Е.С. Климов, Е.С. Ваганова, А.С. Ваганов; под ред. Е.С. Климова. - Ульяновск: УлГТУ, 2014. - 167 с.

7. Ваганова, Е.С. Физико-химические аспекты самоочищения малых рек от тяжелых металлов (на примере Ульяновской области) / Е.С. Ваганова, О.А. Давыдова // Вода: Химия и Экология. - 2012. - № 3. - С. 21-26.

8. Физико-химические аспекты загрязнения и очистки поверхностных вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов природными сорбентами / О.А. Давыдова, А.А. Лукьянов, Е.С. Ваганова и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2014. - Т. 16, № 4(3). -С. 523-525.

10. Коровина, Е.В. Трансформация почвенного покрова в условиях городской среды / Е В. Коровина // Вестник Казанского ГАУ. - 2009. - Т. 4, № 1(11). - С. 139-142.

11. Сатаров, Г.А. Оценка состояния почвенного покрова урбоэкосистемы / Г.А. Сатаров, Е.В. Коровина // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. -2009. - № 3(17). - С.157-161.

12. Применение статистического анализа для прогнозирования техногенного воздействия на водные объекты в аспекте сохранения и воспроизводства природных ресурсов / Е.В. Коровина, Е.С. Ваганова, М.А. Исаева и др. // Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции с междунар. участием «Фундаментальные и прикладные исследования в технических науках в условиях перехода предприятий на импортозамещение: проблемы и пути решения». - Стерлитамак, 2015. - Т. 1. - С. 327-329.

13. Физико-химические и экологические аспекты сезонной динамики содержания тяжелых металлов в водных экосистемах на территории Ульяновской области / О.А. Давыдова, А.А. Лукьянов, Е.С. Ваганова, И.Т. Гусева // Сборник научных трудов VI Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные аспекты современной науки». - Белгород, 2014. - Ч. 1. - С. 77-80.

14. Tessier, A. Trace Metal Speciation in the Yamaska and St. Francois Rivers (Quebec) / A. Tessier, H.G. Campbell, M. Bisson // Canadian Journal of Earth Sciences. - 1989. - Vol. 17. -P. 90-105.

Поступила в редакцию 29 ноября 2016 г

MIGRATORY PROCESSES OF HEAVY METALS AND PETROLEUM PRODUCTS IN THE SOIL COVER - SURFACE WATER SYSTEM WITHIN THE URBANIZED TERRITORY

1 Moscow State University of Economy, Statistics and Informatics, Moscow, Russian Federation

2 Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russian Federation

3 Ulyanovsk State Pedagogical University of I.N. Ulyanova, Ulyanovsk, Russian Federation

Keywords: heavy metals, petroleum products, migratory processes, ecosystems, soil cover, natural surface water.

1. Trifonov K.I., Devisilov V.A. Fiziko-khimicheskie protsessy v tekhnosfere [Physical-Chemistry Processes in Technosphere]. Moscow, INFRA-M Publ., 2010. 240 p.

2. Nikanorov A.M. Gidrokhimiya [Hydrochemistry]. St. Petersburg, Gidrometeoizdat Publ., 2001. 444 p.

3. Linnik P.N., Nabivanets B.I. Formy migratsii metallov v presnykh poverkhnostnykh vodakh [Forms of Migration of Metals in Fresh Surface Water]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1986. 270 p.

4. Dobrovolskij G.V., Nikitin E.D. Ekologiya pochv. Uchenie ob ekologicheskikh funktsiyakh pochv [Ecology of Soils. Study about Ecological Functions of Soils]. Moscow, MSU Publ., 2006. 268 p.

5. Muravjev A.G. Otsenka ekologicheskogo sostoyaniya pochvy [Estimation of Ecological State of Soil]. St. Petersburg, Krismas Publ., 2000. 285 p.

6. Davydova O.A., Klimov E.S., Vaganova E.S., Vaganov A.S. Vliyanie fiziko-khimicheskikh fakto-rov na soderzhanie tyazhelykh metallov v vodnykh ekosistemakh: monografiya [Influence of Physical-Chemistry Factors on Content of Heavy Metals in Aqueous Ecosystems: Monograph]. Ulyanovsk, UlSTU Publ., 2014. 167 p.

7. Vaganova E.S., Davydova O.A. [Physical-Chemistry Aspects of Self-Purification of Small Rivers from Heavy Metals (Based on Example to Ulyanovsk Province)]. Voda: Khimiya i Ekologiya [Water: Chemistry and Ecology], 2012, no. 3, pp. 21-26. (in Russ.)

8. Davydova O.A., Lukyanov A.A., Vaganova E.S., Shushkova I.V., Kochetkova K.V., Faizov R.R., Guseva I.T. [Physical-Chemistry Aspects of Pollution and Removal of Heavy Metals and Petroleum Products from Surface Water by Natural Sorbents]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Ros-siyskoy akademii nauk [Bulletin of Samara Scientific Center of Russian Academy of Sciences], 2014, vol. 16, no 4(3), pp. 523-525. (in Russ.)

10. Korovina E.V. [Transformation of Soil Cover under Conditions of Urban Environment]. Vestnik Kazanskogo GAU [Bulletin of Kazan SAU], 2009, vol. 4, no 1(11), pp. 139-142. (in Russ.)

11. Satarov G.A., Korovina E.V. [Estimation of State of Soil Cover of Urboekosistemy]. Voprosy sovremennoy nauki i praktiki. Universitet im. V.I. Vernadskogo [Bulletin of University of V.I. Vernads-kij], 2009, no. 3(17), pp. 157-161. (in Russ.)

12. Korovina E.V., Vaganova E.S., Isaeva M.A., Davydova O.A., Guseva I.T. [Application of Statistical Analysis for Predicting the Technogenic Action on Aqueous Objects in Aspect of Retention and Reproduction of Natural Resources]. Sbornik nauchnykh trudov Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii s mezhdunar. uchastiem «Fundamental'nye i prikladnye issledovaniya v tekhnicheskikh naukakh v usloviyakh perekhoda predpriyatiy na importozameshchenie: problemy i puti resheniya» [Proc. Russian Conference]. Sterlitamak, Russia, 2015, vol. 1, pp. 327-329.

13. Davydova O.A., Lukyanov A.A., Vaganova E.S., Guseva I.T. [Physical-Chemistry and Ecological Aspects of Seasonal Dynamics of Content of Heavy Metals in Aqueous Ecosystems in Territory of Ulyanovsk Province]. Sbornik nauchnykh trudov VIMezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Teoreticheskie i prikladnye aspekty sovremennoy nauki» [Proc. VI International Scientific-Practical Conference]. Belgorod, Russia, 2014, vol. 1, pp. 77-80.

14. Tessier A., Campbell H.G., Bisson M. Trace Metal Speciation in the Yamaska and St. Francols Rivers (Quebec). Canadian Journal of Earth Sciences, 1989, vol. 17, pp. 90-105.

Миграционные процессы тяжелых металлов и нефтепродуктов в системе «почвенный покров - поверхностные воды» на урбанизированной территории / Е.В. Коровина, Т.Ю. Дьячкова, А.А. Лукьянов и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». - 2017. - Т. 9, № 1. -С. 33-38. DOI: 10.14529/chem170104

Received 29 November 2016

Korovina E.V., Dyachkova T.Yu., Lukyanov A.A., Mu-lyukova V.V., Faizova K.V., Faizov R.R., Vaganova E.S., Klimov E.S., Guseva I.T. Migratory Processes of Heavy Metals and Petroleum Products in the Soil Cover - Surface Water System within the Urbanized Territory. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Chemistry. 2017, vol. 9, no. 1, pp. 33-38. (in Russ.). DOI: 10.14529/chem170104

Влияние тяжелых металлов на гидробионтов и экосистему водоемов

Формы и источники поступления тяжелых металлов в природные воды. Физиологическая активность и показатели вредности. Сравнительный анализ биогеохимических свойств. Предельно допустимые концентрации металлов в водоемах санитарно-бытового использования.

Рубрика	Химия
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	27.04.2014
Размер файла	49,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Ярославский Государственный Университет им. П.Г. Демидова

Кафедра физиологии человека и животных

Влияние тяжелых металлов на гидробионтов и экосистему водоемов

Исполнитель: Серов Д.А.

Студент группы Б-51

Проверил: к.б.н. Рябухина Е.В.

Ярославль 2013 г.

2. Свойства отдельных представителей
- 2.1 Ванадий
- 2.2 Висмут
- 2.3 Железо
- 2.4 Кадмий
- 2.5 Кобальт
- 2.6 Марганец
- 2.7 Медь
- 2.8 Молибден
- 2.9 Мышьяк
- 2.10 Никель
- 2.11 Олово
- 2.12 Ртуть
- 2.13 Свинец
- 2.14 Серебро
- 2.15 Сурьма
- 2.16 Хром
- 2.17 Цинк
1. Тяжелые металлы. Формы. Свойства. Факторы, определяющие путь и интенсивность миграции

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим, количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах.

В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально определению «тяжелые металлы» соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ.

Так, в ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As.

С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей.

Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.

Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно. [Афанасьева Л.С. 2006.; Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.

1. может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;

2. мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;

3. токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.

Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987].

Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий. Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное [Афанасьева Л.С. 2006].

Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Главные миграционные потоки металлов

Наибольшее количество металлов мигрирует в системе большого биологического круговорота, происходящего благодаря фотосинтезу растительности суши и деструкции отмирающего органического вещества беспозвоночными и микроорганизмами педосферы. Значительные массы металлов выносятся в составе речных взвесей, но этот материал почти полностью уходит в осадки при поступлении пресных вод в систему Мирового океана.

Вовлечение тяжелых металлов в биологический круговорот на суше сопровождается селективной дифференциацией их масс. Пропорциональность между количеством металлов в земной коре и относительной интенсивностью их поглощения растительностью при этом отсутствует. Коэффициент биологического поглощения К₆ растительности суши для большинства металлов составляет от 1 до 9, для цинка, молибдена и серебра — больше 9, для железа, ванадия и хрома — меньше 1. В результате селективного поглощения металлов в биомассе растительности заметно изменяются соотношения металлов, существующие в земной коре. Особенно сильно уменьшается соотношение железа с другими металлами. Биологический круговорот и дифференциация металлов, осуществляемые фотосинтетиками океана, имеют свои особенности. Массы металлов, проходящие в течение года через биологические круговороты на суше и в океане, соизмеримы, но их соотношение неодинаково. Растительность Мировой суши захватывает больше марганца и свинца, фотосинтезирующие организмы океана — больше молибдена и кобальта.

С суши в океан с речным стоком выносятся крупные массы водорастворимых и фиксированных во взвесях форм металлов. Значения коэффициента водной миграции К_В металлов указывают, что наиболее активно вовлекаются в водную миграцию растворимые формы серебра, ртути, цинка (К_В > 10), а также молибдена, кадмия и меди, К_В которых от 2 до 9. Фиксированные во взвесях формы железа, марганца, хрома, ванадия, свинца, кобальта выносятся в количестве 97— 98% общей массы выносимых с речным стоком металлов. Кроме того, в океан выносятся ветром значительные массы металлов, фиксированных на пылевых частицах.

В свою очередь, с акватории воздушными массами переносятся водорастворимые формы металлов. Этот процесс недостаточно изучен, и данные по переносу масс отдельных металлов отсутствуют. Тем не менее очевидно, что миграционный поток масс тяжелых металлов с океана на сушу значительно меньше, чем в обратном направлении. По этой причине годовые циклы металлов в системе суша — океан сильно незамкнуты. Значительные массы металлов накапливаются в воде морей и океанов и уходят в осадки. Повторное вовлечение металлов из осадочных толщ в циклы массообмена происходит по мере развития тектонических циклов. При этом мобилизация металлов из осадочных пород часто более затруднена, чем из глубинных кристаллических пород.

С поверхности океана в атмосферу выделяются газообразные органические соединения металлов. Как отмечено в гл. 3, высшие растения выделяют летучие органические соединения (терпены, изопрены), содержащие металлы. Еще большие массы металлов выделяются в воздух в составе газообразных метаболитов бактерий. Особо важную роль играют процессы биометилизации металлов. Ветром в тропосферу захватываются мелкие почвенные частицы, также содержащие металлы. Все перечисленные формы металлов входят в состав аэрозолей и вымываются атмосферными осадками.

В системе массообмена в биосфере педосфера играет роль глобального регулятора движения масс тяжелых металлов. В процессе трансформации органического вещества поступившие в почву металлы входят в состав легкоподвижных комплексных соединений и одновременно прочно закрепляются в устойчивых компонентах почвенного гумуса. Наиболее прочно закрепляется ртуть, которая образует весьма устойчивые комплексы с функциональными группами гумусовых кислот. Прочно связывается свинец, менее прочно медь, слабее — цинк и кадмий.

Тесная сопряженность миграционных циклов тяжелых металлов, а также регулирующая роль педосферы обеспечивают высокую устойчивость биосферы по отношению к поступлению дополнительных масс металлов природного или техногенного происхождения.

Рекомендуемая литература

Добровольский В. В. Глобальные циклы миграции тяжелых металлов // Развитие идей В.И.Вернадского в геологических науках. — М.: Наука, 1991.-С. 86-96.

Свинец в окружающей среде / Отв. ред. В.В.Добровольский — М.: Наука, 1987. - 180с.

Цинк и кадмий в окружающей среде / Отв. ред. В. В.Добровольский — М.: Наука, 1992. - 199с.

Контрольные вопросы

1. Каковы роль и особенности тяжелых металлов в биосфере?

2. Перечислите основные процессы миграции тяжелых металлов в окружающей среде. Какова роль в этих процессах живых организмов 7

3. Какими причинами можно объяснить повышенную концентрацию металлов в аэрозолях по сравнению с развеиваемыми ветром горными породами?

4. Какое значение для массообмена металлов в биосфере имеют процессы биометилизации 9

5. Рассмотрите биогеохимию свинца и цинка. Чем они отличаются?

6. Перечислите общие черты глобальных циклов и распределения масс тяжелых металлов в биосфере.

Миграция химических элементов в природных водах

Миграция химических элементов в природных водах зависит от большого числа факторов - температуры, окислительно - востановительной обстановки, кислотно - основных свойств, ионного состава вод и т. д.

Интенсивность миграции химических элементов в гидросфере резко возрастает при переходе их в растворимое состояние. Этот переход осуществляется в результате растворения природных химических соединений (минералов) в воде. Процесс растворения минералов сопровождается появлением в природных водах химических элементов в виде ионов - катионов или анионов. Соединения некоторых элементов (например, кремний Si) образуют молекулярные растворы, без заметной диссоциации молекул на ионы. Другой важной формой миграции элементов в гидросфере является миграция в коллоидном состоянии ( коллоидные растворы). Коллоидные растворы - гетерогенные системы, в которых мелкодисперсная твердая фаза распределена в жидкой дисперсионной среде. Размеры коллоидных частиц малы (10 -6 - 10 -7 м), поэтому вследствие теплового (броуновского) движения их осаждение не происходит и такие системы длительное время могут быть устойчивы, без разделения на жидкую и твердую фазу.

Растворение минералов - обратимый процесс и при изменении внешних условий (концентрация ионов водорода, окислительно - восстановительная обстановка, температура, давление) происходит выделение из растворов нерастворимых в данных условиях химических соединений.

В условиях земной поверхности растворимость минералов, кроме их химических свойств, определяется чаще всего кислотно - основными и окислительно - восстановительными условиями природных вод, контактирующих с этими минералами.

Количественно кислотно - основные свойства характеризуются величиной водородного показателя (рН), представляющего собой отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода в растворе. Значение рН, меньшее 7 свидетельствует о кислом характере раствора, при рН, большем 7 раствор является щелочным.

Для характеристики окислительно - восстановительных условий используется величина окислительного потенциала (Еh), являющаяся электро - химической характеристикой окислительно - восстановительной реакции. По своему физическому смыслу Eh - это разность потенциалов между двумя электродами, на одном из которых протекает окислительно-восстановительная реакция, а на другом (стандартном) - реакция восстановления водорода (2Н+ + 2е Þ Н2). Потенциал водородного электрода условно принят за нулевой. Величина Eh измеряется в вольтах и может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Положительные значения Eh характеризуют окислительную обстановку, отрицательные - восстановительную.

В настоящее время созданы чувствительные измерительные электроды, позволяющие быстро и точно определять значения рН и Eh природных и техногенных вод, почв, донных отложений. Обобщенные данные многочисленных экспериментальных исследований кислотно - основных и окислительно - восстановительных свойств различных объектов биосферы приведены на рис. 2.1 [28].

На рис. 2.1. видно, что окислительная обстановка может создаваться только в поверхностных водах при условии хорошей циркуляции и контакте с атмосферой. При прекращении контакта с атмосферой и при наличии органических остатков окислительная способность вод быстро исчезает, в них формируется восстановительная обстановка (болотные почвы, морские осадки). Разложение органических веществ под действием микроорганизмов приводит не только к появлению восстановительной обстановки, но и к увеличению кислотности среды за счет образования угольной кислоты Н2СО3 и сероводорода Н2S.

Снижение кислотности вод связано обычно с увеличением их минерализации ( гидролиз растворенных силикатов и карбонатов). К примеру, снижение кислотности в ряду: дождевые воды - речные воды - грунтовые воды.

Рис. 2.1. Значение рН и Еh для некоторых природных сред.

По современной классификации природных вод (рис.2.2)[2] самой крупной единицей классификации является группа вод. Выделяют 4 группы:

1. Холодные и слаботермальные воды верхней части земной коры. Это воды зоны гипергенеза и биосферы с температурой не более 50 о С.

2. Горячие и умеренно перегретые с температурой 50 - 200 о С.

3. Сильно перегретые с температурой 200 - 375 о С.

4. Флюидные с температурой свыше 375 о С

Выделение температуры как основного фактора самой крупной классификационной единицы связано с тем, что температура определяет формы существования материи, условия миграции атомов, формы нахождения элементов, скорости прохождения химических реакций. Четко выделяется группа холодных и слаботермальных вод, в которых возможна энергичная бактериальная деятельность. Современное состояние знаний позволяет разработать подробную геохимическую классификацию только для первой группы вод.

В пределах первой группы вод наибольшие геохимические различия связаны с окислительно-восстановительной обстановкой. Большое ее значение объясняется огромным энергетическим эффектом окислительно - восстановительных реакций, коренным образом меняющих геохимическую обстановку в природных водах.

Выделяют 3 типа вод:

К первой группе относятся воды, содержащие свободный кислород. Появление свободного кислорода в этих водах связано с его растворимостью при контакте с атмосферным воздухом, выделением кислорода в процессе фотосинтеза водных растений. В подземных водах появление свободного кислорода связано с разложением воды на водород и кислород под влиянием радиоактивных излучений - радиолизом воды.

Ко второму типу относятся глеевые воды, характеризующиеся отсутствием свободного кислорода. Глеевые воды образуются в районах тундровых болот, тайги, влажных тропиков, где большое количество разлагающихся растительных остатков и высокая увлажненность почвенного слоя препятствуют насыщению вод кислородом. В этих условиях разложение растительных остатков происходит под действием анаэробных бактерий, которые для своей жизнедеятельности потребляют кислород из минеральных соединений химических элементов, переводя их в восстановленную форму.

Сероводородные воды характеризуются восстановительной обстановкой. Они формируются в таких же условиях, что и глеевые воды, но при достаточно высоком содержании анионов сульфата. В процессе жизнедеятельности анаэробных бактерий происходит восстановление серы и в воде появляются анионы сульфида и гидросульфида.

В пределах типов геохимические различия вод в первую очередь определяются кислотно-щелочными условиями.

По ним выделяют 4 класса вод:

· сильнокислые с рН < 3 - 4;

· слабокислые с рН от 4 до 6.5;

· нейтральные и слабощелочные с рН от 6.5 до 8.5;

· сильнощелочные с рН > 8.5.

Рис. 2.2. Геохимическая классификация природных вод.

Воды сильнокислого класса распространены сравнительно мало. Они известны в районах сульфидных месторождений, где окисление сульфидов, в первую очередь пирита, приводит к формированию сернокислых вод, имеющих не только низкий рН, но и обогащенных металлами. В таких районах встречаются сернокислые ("купоросные " ) озера. Одно из подобных озер расположено вблизи Гайского медноколчеданового месторождения на Южном Урале.

Сернокислые ручьи и речки характерны и для районов некоторых угольных шахт - водоотлив шахтных вод и подотвальные воды, кислотность которых связана с окислением содержащегося в угле пирита.

В районах современного вулканизма (Курилы, Япония, Индонезия) формируются сильнокислые термальные подземные воды, а в местах их выхода на поверхность - кислые реки. Кислотность таких вод связана с растворением в них хлористого водорода и других вулканических газов.

Воды слабокислого класса формируются в районах изверженных и других пород, не содержащих растворимых минеральных компонентов (карбонатов, гипса и т.д.). Формирование химического состава вод протекает в почвах при разложении растительных остатков. Концентрация иона водорода, а следовательно и кислотность связаны с растворенной угольной кислотой и органическими кислотами, образующимися при разложении растительных остатков. Такие воды обычно содержат мало растворенных минеральных веществ, по составу - гидрокарбонатно - кальциевые ( ведущие ионы Са2+ и НСО3-). Эти воды обычно богаты растворенными органическими веществами, в связи с чем имеют темный цвет. Под защитой органических веществ, в виде комплексных соединений в них хорошо мигрируют многие металлы.

Воды нейтрального и слабощелочного класса формируются в районах карбонатных пород. Здесь наряду с процессами разложения растительных остатков и появления в водах органических кислот и углекислоты идут процессы растворения карбонатных минералов (обычно карбоната кальция СаСО3), приводящие к нейтрализации вод. Такие воды обычно распространены очень широко в различных климатических зонах, характеризуются повышенной минерализацией и относительно небольшим количеством растворенных органических веществ.

Воды сильнощелочного класса наиболее характерны для районов засушливого климата и обязаны своей щелочной реакцией содержащейся в них соде - бикарбонату NaHCO3, реже карбонату Na2CO3 натрия. Содовые воды довольно распространены на земле обычно в виде озер - содовые озера Западной Сибири, Восточной Африки, Калифорнии. Подземные содовые воды обычно приурочены к нефтегазовым месторождениям.

В целом в верхней части земной коры преобладают слабощелочные и нейтральные воды (океанические, речные и грунтовые). Менее распространены слабокислые и еще меньше сильнокислые и сильнощелочные.

В пределах классов воды разделяются на семейства по величине общей минерализации (количеству растворенных веществ):

· ультрапресные, минерализация до 0.1 г/л;

· пресные, минерализация до 1.5 г/л;

· солоноватые, минерализация от 1.5 до 10 г/л;

· соленые, минерализация от 10 до 40 г/л;

· рассольные, минерализация более 40 г/л.

Ультрапресные воды широко распространены в природе, к ним относятся многие атмосферные осадки, поверхностные и грунтовые воды материков в районах влажного климата, в частности, многие реки Восточной Сибири и Дальнего Востока. Ультрапресные воды не насыщены практически всеми минеральными соединениями и обладают большой растворяющей спосбностью.

Пресные воды характерны для большинства рек и озер влажного климата, многих грунтовых вод. Эти воды составляют главную базу питьевого и технического водоснабжения.

Солоноватые воды широко распространены в степях, пустынях и сухих саваннах, в артезианских бассейнах подземных вод. Они насыщены СаСО3, MgCO3 и частично CaSO4. Растворяющая способность вод этих слабее, чем пресных.

К соленым водам относятся воды морей и океанов, а также соленых озер. Это самые распространенные воды в биосфере. Растворяющая способность этих вод низкая.

Рассольные воды характерны для некоторых соленых озер и глубоких подземных вод изверженных пород. Среди этих вод преобладают хлоридные растворы.

По содержанию органических веществ все природные воды делятся на 4 рода:

1. Bоды, богатые растворенными органическими веществами гумусового ряда. К ним относятся воды таежных, тундровых, тропических болот, рек и озер. Для них характерно большое количество гумусовых кислот, придающих водам коричневую окраску.

2. Воды, богатые растворенными органическими соединениями нефтяного происхождения. Они характерны для сопутствующих подземных вод нефтегазовых месторождений. В составе растворенных органических веществ преобладают низкомолекулярные жирные кислоты, нафтеновые кислоты, фенолы, бензол, толуол.

3. Воды, средние по содержанию органических веществ - океанические воды.

4. Воды, бедные по содержанию растворенных органических веществ. К ним относятся воды горных рек и озер, воды засушливых ландшафтов.

По ионному составу воды классифицируются на следующие виды:

по преобладающему аниону (вид):

по преобладающему катиону (подвид):

Часто для описания химического состава поверхностных и подземных вод применяется формула М.Г.Курлова, характеризующая минерализацию вод и их ионный состав.

Миграция химических элементов в природных водах в растворенной форме зависит от окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий. Это связано с различной растворимостью соединений элементов в разных степенях окисления (окислительно-восстановительные условия) и зависимостью их растворимости от концентрации ионов Н+ и ОН- ( кислотно-основные условия).

Растворение минералов и перевод части их химических элементов в растворимое состояние связано с процессами их физико-химического и биохимического разложения при непосредственном участии воды. Количественно способность элементов переходить в растворенное состояние и мигрировать в растворенном виде, оценивается коэффициентом водной миграции [1,14] :

где Мх - содержание элемента в воде, г/л

а - минерализация воды (а = 0.43 г/л)

Сх - содержание элемента в водовмещающих породах, %

По величине Кх все химические элементы можно классифицировать по интенсивности миграции в коре выветривания биосферы :

очень сильные мигранты Kx > 10

сильные мигранты Kx = 10 - 1

Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo, Se

средниe мигранты Kx = 1 - 0.1

Si, K, Mn, P, Ba, Rb, Ni, Cu, Li, Co, Cs, As, Tl, Ra

слабые мигранты Kx < 0.1

Al, Fe, Ti, Zr, V, Nb, Th, Be, Ta, Sn, Hf, Y, Pt

К элементам, которые подвижны в водах любого состава и при любых кислотно-основных и окислительно-восстановительных условиях, относятся натрий Na, калий К, рубидий Rb, цезий Cs, хлор Cl, бром Br, иод I.

Для кислородных вод характерна миграция большинства химических элементов в кислых и слабокислых водах.

В сильнокислых сернокислых водах легко мигрирует большинство металлов, в том числе алюминий, железо, медь, цинк и др. Типоморфными в таких водах являются ионы Н+, Fe2+, Cu2+, Zn2+, Al3+.В сильнокислых водах не мигрируют барий Ва, стронций Sr, серебро Ag, золото Au, селен Se, теллур Те, сурьма Sb. Это объясняется следующими причинами. Сильнокислые воды содержат свободную серную кислоту, образующую нерастворимые сульфаты с частью перечисленных элементов (Ba, Sr, Ag). Кроме того, окислительная обстановка и сильнокислая среда приводит к образованию нерастворимых селеновой, теллуровой и сурьмьяной кислот.

В слабокислых водах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Типоморфными для этих вод являются ионы Н+ и часто Fe2+.

Нейтральные и слабощелочные воды менее благоприятны для миграции большинства металлов, которые в таких водах осаждаются в форме нерастворимых гидроксидов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы , наоборот, мигрируют сравнительно легко (селен, уран, молибден, сурьма, кремний, теллур и т.д.).

Для сильнощелочных вод характерно, что в них практически не мигрируют железо, кальций, магний, стронций и большинство других металлов, но интенсивно мигрируют анионогенные элементы - кремний, селен, молибден, уран. Однако, для сильнощелочных вод наблюдается миграция ряда элементов в виде комплексных анионов: [Cu(CO3)]2-, AlO2-. Скандий, иттрий, цирконий, не мигрирующие в слабокислых и нейтральных водах, в сильнощелочных образуют растворимые карбонатные комплексы. Типоморфными для сильнощелочных вод являются катион натрия, ион гидроксида, иногда кремний.

Сероводородные воды являются средой, крайне неблагоприятной для миграции большинства химических элементов, образующих нерастворимые сульфиды.

Читайте также:

Факторы определяющие миграцию тяжелых металлов в водных системах

MIGRATORY PROCESSES OF HEAVY METALS AND PETROLEUM PRODUCTS IN THE SOIL COVER - SURFACE WATER SYSTEM WITHIN THE URBANIZED TERRITORY

Влияние тяжелых металлов на гидробионтов и экосистему водоемов

1. Тяжелые металлы. Формы. Свойства. Факторы, определяющие путь и интенсивность миграции

Главные миграционные потоки металлов

Миграция химических элементов в природных водах