3.2.1. 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; варьирующих вкладов от реакций выветривания и разложе­ния органического вещества в почвах и породах и различного вовле­чения в биологические процессы в почвах. Там, где присутствуют кристаллические породы или сильно выветренные тропические почвы (т. е. в местах, где вклад от выветривания низок или исчерпан), хи­мия растворенных веществ в пресных водах в основном зависит от природных поступлений в атмосферу, например, морских брызг и пыли, а также антропогенных газов, например SO₂.

Основные речные системы протекают по разнообразным типам пород, захватывая растворенные продукты реакций выветривания. Наиболее легко выветриваемыми породами являются известняки (СаСОз). Ион кальция, высвобождаемый в процессе растворения из­вестняка, выступает в качестве индикатора такого процесса выветри­вания. Пресные воды, происходящие из областей с активными процессами выветривания, имеют наиболее высокие концентрации ио­нов, в них также увеличивается преобладание кальция над натрием.

На химию основных растворенных ионов рек влияет испарение. Испарение увеличивает общее количество ионов в речной воде. Оно также вызывает осаждение из воды СаСОз раньше, чем NaCl, поскольку последний более растворим. Из-за образования СаСО₃ из воды удаляется ион кальция. Большинство почвенных вод, питаю­щих реки и грунтовые воды, имеют околонейтральный рН и НСОз^- в виде основного аниона. Это является результатом растворения СО₂ в воде и кислотного гидролиза силикатов и карбонатов. Общее количе­ство слабых анионов в воде часто относят к щелочности, и они под­держивают значение рН около 8.

3.2.2. Растворенные твердые вещества пресных вод

Кремний высвобождается при выветривании силикатов и пе­реносится в природных водах в виде недиссоциированной кремние­вой кислоты H₄SiО₄. Силикаты выветриваются медленно, поэтому скорости поступления (и концентрации) кремния в большинстве пре­сных вод очень низкие. Несмотря на это, в местах, где силикаты яв­ляются основным компонентом подстилающей породы или почвы, H₄SiО₄ может быть важной составляющей среди растворенных твер­дых веществ пресных вод.

Алюминий, как правило, не растворяется в процессах выветри­вания, однако становится растворимым при низких и высоких значе­ниях рН. В простейшем случае различают три формы алюминия: рас­творимый А1³⁺, преобладающий в кислых условиях, нерастворимый гидроксид алюминия А1(ОН)з, преобладающий в нейтральных ус­ловиях, и А1(ОН)₄^-, преобладающий в щелочных условиях:

А1(ОН)з(тв) + ОН^-(водн) ↔ А1(ОН)₄^-(водн), (3.7)

А1(ОН)з(тв) ↔ Al³⁺(водн) + ЗОН^-(водн). (3.8)

Таким образом, растворимость алюминия зависит от рН, он не­растворим в пределах значений рН 5-9, что включает большинство природных вод. Растворимость алюминия осложняется образованием частично диссоциированных форм А1(ОН)з и комплексов между алюминием и органическим веществом. Мониторинг растворимости алюминия важен, поскольку его токсичность может вызвать гибель рыбы в подкисленных пресных водах.

Подкисление пресных вод происходит в том случае, если ско­рость замещения почвенных катионов водородом (Н⁺) превышает скорость поступления катионов в результате выветривания. Реакции ионного обмена между почвой и водой помогают поддерживать рН короткое время, но для более длительных периодов снабжение почвы катионами осуществляется из нижележащей подстилающей породы. Обычно дождевая вода имеет кислую реакцию, и почвенные воды дополнительно подкисляются из-за образования Н⁺ в результате раз­ложения органического вещества. Таким образом, подкисление мо­жет быть природным процессом, хотя кислотные дожди сильно уве­личили скорости этих процессов во многих районах Земли.