Микрокомпоненты и второстепенные компоненты

Выше были описаны главнейшие и распространенные второстепенные компоненты природной воды. В данном разделе рассматриваются микрокомпоненты и некоторые второстепенные компоненты, играющие значительную роль в химическом составе природных вод. Большинство этих компонентов, а также рассеянные приведены в табл. 4.2. К сожалению, данных о многих микрокомпонентах и рассеянных компонентах недостаточно. Например, судя по распространенности в земной коре и известным химическим свойствам, рубидий в природных водах должен иметь концентрацию 0,0001 — 0,1 ч. на 1 млн., но данных относительно содержания этого элемента в пресной воде почти нет.

Таблица 4.2

Содержание растворенных компонентов в питьевой воде (предварительная классификация распространенности)

Примечание. О концентрациях компонентов, отмеченных звездочкой, нет достаточных данных.

Небольшие концентрации растворенных компонентов в воде представляют интерес по крайней мере по трем причинам. Во-первых, многие из микрокомпонентов указывают на геологическую историю воды. Во-вторых, аномально высокое содержание некоторых металлов в воде может указывать на наличие рудных месторождений. В-третьих, многие из этих компонентов влияют на жизнедеятельность растений и животных, будучи в очень небольших концентрациях.

В природных водах бромиды, сходные по химическим свойствам с хлоридами, менее распространены. В большинстве вод на 300 ч. на 1 млн. хлорида приходится лишь около 1 ч. на 1 млн. бромида. В природных концентрациях бромиды, насколько известно, не оказывают какого-либо воздействия на растения и животных. По концентрации бромидных ионов можно судить об источнике воды, если это необходимо. Уайт считает, что воды вулканического происхождения имеют меньшее соотношение бромидов и хлоридов по сравнению с водами другого происхождения.

Иод наряду с хлором и бромом относится к галогенам, но геохимия иода несколько отличается от геохимии чаще встречаемых хлора и брома. Иод накапливается растениями и животными, этим объясняется его низкая концентрация в морской воде. В земле после отмирания организмы разлагаются и выделяют иод в поровые воды. Соотношение иода и хлора в океанской воде составляет всего лишь 0,000003, а в болышинстве рассолов нефтяных месторождений это соотношение равно примерно 0,001 По величине этого соотношения можно судить о том, какие морские воды вторглись в прибрежные водоносные горизонты — древние или современные.

Геохимия фтора совершенно отлична от других элементов группы галогенов. В противоположность соединениям хлора, брома и иода многие соединения фтора имеют низкую растворимость. Природные концентрации фтористых соединений обычно изменяются от 0,01 до 10 ч. на 1 млн. Лишь в нескольких пробах концентрация оказалась более 10 ч. на 1 млн. (табл. 4.1, проба 2). Наибольшая концентрация фторидов (67 ч. на 1 млн.) обнаружена в водах Южно-Африканской Республики. Природная концентрация фторидов, по-видимому, ограничена растворимостью флюорита CaF2, который в чистой воде дает около 9 ч. на 1 млн. фторидных ионов. Однако было замечено, что воды с высокой концентрацией кальция не содержат более 1 ч. на 1 млн. фторидов.

Бор необходим для роста растений, но в больших количествах он вреден для них. Чувствительность растений к бору самая различная. Цитрусовые не выносят даже концентрации 0,5 ч. на 1 млн., а люцерна переносит более 10 ч. на 1 млн. бора при условии хорошего дренажа почвы. Концентрация бора в подземных водах обычно составляет от 0,01 до 1 ч. на 1 млн. Наивысшая концентрация (более 10, но редко превышающая 100 ч. на 1 млн.) отмечается в водах термальных источников и в рассолах нефтяных месторождений.

Бор, по-видимому, может служить показателем происхождения воды. В океанских и поверхностных водах, подверженных сильному испарению, соотношение бора и хлора около 0,0002; в рассолах нефтяных месторождений это соотношение достигает 0,02, а в водах термальных источников — до 0,1.

Геохимические свойства марганца и железа очень сходны. В природных водах концентрация марганца составляет менее половины концентрации железа. Некоторые кислые воды содержат марганца более 1 ч. на 1 млн., но большинство вод — менее 0,2 ч. на 1 млн. Подобно железу присутствие марганца в воде способствует развитию некоторых бактерий и вызывает потемнение оборудования ванных и прачечных. Хотя марганец жизненно необходим для растений, его количество, вносимое в почву атмосферными осадками и оросительными водами, вероятно, незначительно по сравнению с количеством марганца, высвобождающимся в результате выветривания минералов.

Алюминий — один из наиболее распространенных элементов земной коры, но и наименее подвижный элемент в гидросфере. Воды с рН = 5 — 9 содержат алюминия менее 1 ч. на 1 млн. Концентрация алюминия в подземных водах обычно изменяется от 0,005 до 0,3 ч. на 1 млн. Кислые воды содержат до 100 ч. на 1 млн. алюминия, но обычно меньше этой величины (табл. 4.1, проба 8). Содержание алюминия в подземных водах представляет значительный интерес для геологов, изучающих выветривание пород и образование рудных месторождений. Специалистам в области использования воды не стоит беспокоиться относительно концентрации алюминия, поскольку он вопреки широко распространенным псевдонаучным взглядам не является ядовитым компонентом.

Стронций по химическим свойствам близок к кальцию и в структуре минералов занимает положение, аналогичное кальцию. Его природная концентрация в воде, вероятно, ограничена способностью к ионному обмену с глинами, богатыми кальцием. В некоторых водах его концентрация ограничивается растворимостью сульфата стронция, которая составляет примерно 132 ч. на 1 млн. в чистой воде при 20° С, что эквивалентно 63 ч. на 1 млн. Sr2+. Стронций встречается в большинстве подземных вод в концентрациях от 0,01 до 1,0 ч. на 1 млн. Максимальное из известных содержание стронция (2730 ч. на 1 млн.) отмечено в, хлоркальциевом рассоле, наибольшее в питьевой воде —(52 ч. на 1 млн.).

Литий — относительно редкий элемент земной коры — концентрируется главным образом в гранитах. Многие соединения лития растворимы, так что, будучи растворенным, литий стремится остаться в растворе. Концентрация лития в подземных водах обычно достигает 0,001—0,5 ч. на 1 млн., но в рассолах может превышать 5 ч. на 1 млн.

Природные концентрации мышьяка, меди, цинка, свинца, никеля и урана определены рядом исследователей, использующих данные о компонентах раствора при разведке рудных месторождений. В обычных химических анализах воды ионы этих элементов не всегда определяются. В общем можно считать, что наибольшие концентрации этих металлов — у вод с низким рН или высокой температурой. Некоторые рудничные воды и многие промышленные сточные воды содержат опасные количества мышьяка и свинца и при смешивании с подземными водами могут сделать их непригодными для потребления человеком и скотом. В природных водах опасные концентрации меди, цинка и урана очень редки.

Распространение селена широко изучалось в западных районах США, где наблюдалась токсичность земель, вызванная этим элементом. Дело в том, что в этих районах скот питается растениями, накапливающими селен в листьях. Хотя возможны случаи отравления селеном через воду редки, он остается потенциальным источником отравления. Почвы с высоким содержанием селена встречаются главным образом в районах обнажения верхнемеловых морских сланцев. Здесь в некоторых поверхностных водах отмечалась концентрация селена, превышающая 1 ч. на 1 млн. В подземных водах этого района содержание селена менее 0,1 ч. на 1 млн.

Сведения о распространенности в земной коре и растворимости соединений кобальта, бария, рубидия и титана говорят о том, что концентрации этих элементов в большинстве природных вод составляют более 0,0001 ч. на 1 млн., хотя для подтверждения этого вывода требуются дополнительные аналитические данные. Кобальт необходим для развития животных, но большая часть его поступает в организм через пищу, а роль кобальта, поступающего с водой, вероятно, невелика. По имеющимся данным, концентрации бария, рубидия и титана не представляют опасности для водопотребителя.