Гидрохимия

Категории статьи: Байкал / Байкал в вопросах и ответах



Каков химический состав воды Байкала?

Средний ионный состав воды Байкала, по Г. Ю. Верещагину, К. К. Вотинцеву, составляет:

гидрокарбонаты (НСОз-)—66,5, сульфаты (50 42)—5,2, хлор (СО—0,6, кальций (Са24")—^^, магний (Ме^—З,!, натрий (Ка^—З.З, калий (К^—2,0, нитраты (М0з-)—0,3—0,5, фосфаты (Р043")— 0,02— 0,06, карбонаты (СОз1~)—0,6— 0,06, силикаты и кремниевая кислота (810 г)—1,6—5,5, алю­миний (А134')—следы, железо (Ре)—0,02—0,03, кислород (О 2)—9,6—14,4, азот (N2)—16,8—22,4, свободная углекисло­та (С02)— 0,44— 5,28, марганец (Мп)—0,0012—0,0023; же­сткость—1,039 мг-экв.; сумма ионов—96,7 мг/л.

Какова общая минерализация воды в Байкале?

• Общая минерализация воды в Байкале составляет 120 мг/л, суммарное содержание ионов в воде озера—96,7 мг/л. Для сравнения заметим, что среднее содержание ионов по всем притокам Байкала—107,9, а общая минерализация—128,2 мг/л, т. е. различия сравнительно неве­лики.

Какова масса веществ, растворенных в Байкале?

• В 1 л воды содержится 120 мг различных веществ, или 120 г/м3. В Байкале 23 трлн м3 воды, следовательно, общая масса растворенных веществ составля­ет 2,76 млрд т.

Каковы физико-химические свойства воды?

• 1. Вода—это прозрачная жид­кость без запаха, вкуса, а в малом объеме и без цвета. Молекулярная масса воды—18,0160, химическая формула— Н20. Максимальная плотность дистиллированной воды— 1 г/см3 при температуре 3,982° С и нормальном давлении 1 атм.

2. Вода—единственное известное нам вещество, которое встречается в естественных условиях на поверхности Земли в твердом, жидком и газообразном состоянии.

3. Вода—уникальный растворитель. Она растворяет боль­ше солей и прочих веществ, чем любая другая жидкость.

4. Воду очень трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода—химически стойкое вещество.

5. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые твердые горные породы.

6. Вода имеет редкую способность при замерзании расши­ряться, вследствие чего лед плавает на воде, остающейся в жидкой фазе. Только немногие вещества (висмут, галлий, германий и др.) имеют такую же аномалию, при которой твердая фаза легче жидкой.

7. Вода в форме сферических капель имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Поверхностное натяжение (на границе с воздухом при 20° С равно 72,75 дин/см) является необходимым условием капиллярных процессов, столь важ­ных для жизнедеятельности растений и животных.

8. Пресная вода замерзает не при температуре наиболь­шей плотности (4° С), а при 0° С.

9. Вода обладает способностью поглощать большое коли­чество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. У воды очень высокая скрытая теплота плавления льда (79 кал/г) и испарения (539 кал/г при 100° С), т. е. она погло­щает значительное количество дополнительной теплоты при неизменности температуры в процессе замерзания и при кипении.

10. Дистиллированная вода очень плохо проводит электри­ческий ток, но даже весьма малые добавки содей превращают ее в хороший проводник.

11. Удельная теплоемкость воды выше, чем у большин­ства веществ (кроме водорода и аммиака): при 100° С=0,487 кал/гтрад, а при 15° С= 1,000 кал/гтрад. Плавле­ние льда сопровождается увеличением его удельной теплоем­кости почти вдвое. С повышением температуры теплоемкость воды уменьшается и только после 40° С начинает увеличи­ваться.

12. Температура замерзания воды понижается при увели­чении давления примерно на 1° С на каждые 130 атм. и достигает минимума (-22° С) при давлении 2200 атм. При дальнейшем увеличении давления температура замерзания увеличивается и может стать выше 0° (при очень большом давлении).

13. Температура кипения воды равна 100° С при нормаль­ном давлении 1 атм., но, учитывая, что водород кипит при -253° С, а кислород—при -180° С, вода должна кипеть в пределах от -100 до -150° С.

14. Диэлектрическая проницаемость воды (Е в единицах СГСЭ) 81,0 при 20° С (это объясняет наличие у воды особых свойств, в частности способности растворять многие веще­ства). У большинства других тел она находится в пределах 2—3, за исключением ряда кислот (муравьиная—58, аце­тон—21) и цианистого водорода, у которого диэлектрическая проницаемость 107.

15. Коэффициент преломления света в воде при 20° С =1,3330, в то время как по волновой теории света (п=Л/Е) он должен быть равен 9.

16. Вода способна к полимеризации—соединению боль­шого числа молекул обычной воды. Такая поливода имеет ряд совершенно новых физических свойств, в частности, она кипит при температуре в 4—5 раз более высокой, чем обычная.

17. Скорость звука в пресной воде около 1450 м/с, в морской при 25° С—1496 м/с.

18. Вязкость при 20° С =1,005 сантипуаза (спз). При 0° С вязкость чистой воды 1,789 спз, а при 100° С—только 0,282, т. е. в 6 раз меньше. Вязкость водяного пара при 15° С всего 0,006 спз, т. е. значительно меньше, чем у воды при той же температуре.

19. рН дистиллированной воды при 20° С =7. При нагрева­нии рН уменьшается и при 100° С, например, рН==6.

20. При давлении 1 атм. и температуре 100° С из 1 л воды образуется 1600 л пара.

У воды есть и ряд других свойств, которые уже известны и которые еще предстоит узнать.

Почему в Байкале вода пресная?

• Байкал как водоем заполнялся поверхностными водами. Реки не успевают насытиться солями, так как кристаллические породы их лож труднорастворимы, поэтому они несут в Байкал воду слабой минерализации, которая соответствует стандартам на самую высококачествен­ную питьевую воду. Благодаря тому что водный баланс в Байкале нулевой, т. е. приходная и расходная части одинако­вы, минерализация воды в озере постоянная. Лишь в послед­ние десятилетия из-за антропогенных влияний она получила тенденцию к повышению.

Как классифицируется вода в Байкале?

• Вода в Байкале относится к слабоминерализованным мягким водам гидрокарбонатного класса, группы кальция первого типа (по классификации О. А. Алекина). В среднем на долю гидрокарбонатов кальция и магния приходится 84%, хлоридов и сульфатов—7 и щелочных металлов—9% эквивалент ионов. Вода озера принадлежит к гидрокарбонатно-кальциево-сульфатной (НСОз~—Са24'—804^) гидрохимической фации, хотя вода большинства притоков (170 из 250 обследованных) относит­ся к гидрофации гидрокарбонатно-кальциево-кремниевой (НСОз~—Са^—SiO-t). Изменение фации притоков в озере свидетельствует о специфике процессов формирования бай­кальских вод. Поступающие в озеро воды претерпевают при метаморфизации глубокие изменения в своем химическом составе, приводя к изменению гидрохимической фации. Од­ним из процессов, ведущих к этому, является процесс биогенного извлечения кремния диатомовыми водорослями.

Почему химический состав воды в Байкале сравнительно однороден?

• Потому что вся водная толща интенсивно перемешивается как ветровыми течениями, так и постоянной циркуляцией, турбулентной диффузией при изме­нении t° и др.

Как изменяется химический состав воды в Байкале по сезонам?

• Изменение химического состава воды происходит главным образом в содержании соединений фосфора, кремния и азота. Изменения содержания кремния в верхних слоях воды зависят от развития диатомовых водорос­лей. Максимальные его концентрации отмечаются зимой, в период депрессии в развитии водорослей, минимальные— весной, в период весеннего цветения. Минеральные и органи­ческие соединения азота и фосфора имеют два максимума концентрации (зимой—в январе—феврале и летом—в июле), а также два минимума (весной—в мае—июне и летом—в августе). Эти колебания целиком зависят от сезонного разви­тия фитопланктона.

Как изменяется состав воды Байкала по акватории?

• Средний химический состав вод в разных частях байкальской котловины почти одинаков.

Больше изменений на тех участках, которые примыкают к крупным притокам, а также на тех, где интенсивно развиваются водоросли. В этих районах может значительно изме­няться количество растворенного кремния, вплоть до полной его утилизации, а также солей фосфора (фосфатов) и азота (нитратов). Вода притоков несколько отличается от байкаль­ской. Однако в зависимости от объема стока происходит постепенное изменение химического состава воды притоков и превращение ее в воду байкальскую.

Как изменяется состав воды Байкала с глубиной?

• Содержание минеральных соеди­нений, биогенных элементов увеличивается, органических, напротив, снижается (табл. 3).

Сколько химических элементов содержится в воде Байкала?

• Точного подсчета пока не прове­дено. С помощью нейтронно-активационного метода иденти­фицировано более 40 элементов. Однако это далеко не все. Вероятно, в байкальской воде присутствуют почти все эле­менты Периодической системы Д. И. Менделеева, только многие из них в очень малых количествах.

Каких химических элементов больше всего в воде Байкала?

• Кальция, углерода, кислорода, магния, натрия, калия, кремния, серы, хлора, азота, железа, фосфора.

Можно ли приготовить искусственно байкальскую воду?

• До настоящего времени никто пока подобных экспериментов не проводил. По химическому набору элементов, может быть, и можно сделать раствор, похожий на байкальскую воду. Что же касается ее молеку­лярной структуры и изотопного состава, то, вероятно, невоз­можно.

Сколько содержится микроэлементов в воде Байкала?

• Сотые и тысячные доли милли­грамма в 1 л. Роль микроэлементов в воде Байкала изучена недостаточно, хотя многие из них необходимы для нормаль­ной жизнедеятельности водных организмов. Микроэлементы, например, влияют на обмен в растительных организмах, на синтез и действие витаминов, входят в состав ферментов, а также в состав элементов крови позвоночных и т. д.

Какое наименьшее количество растворенных твердых веществ в воде Байкала можно измерить обычными стандартными лабораторными методами?

• Современные нейтронно-активационные приборы позволяют измерять чрезвычайно малые количества элементов, содержащихся в воде в растворенном виде,—миллиардные доли процента. В Байкале были проведе­ны такие исследования для оценки содержания в воде микроэлементов. Точность измерений позволила уловить их содержание в количестве 10"10—1(Г12. В зарубежных лабора­ториях с помощью анодной пленочной вольтометрии с исполь­зованием тонкопленочных ртутно-графитовых электродов профессор Дайтон Керрит из Массачусетсского технологиче­ского института измерил методом прямого анализа проб морской воды миллиардные доли процента содержания в воде таких металлов, как цинк, медь, свинец и кадмий.

Изменяется ли химический состав воды в Байкале при замерзании?

• С понижением температуры во­ды растворимость многих веществ снижается. При замерза­нии воды в морях и соленых озерах происходит ее опресне­ние — высаливание льда. То же происходит и при замерзании воды в Байкале. Но так как минерализация байкальской воды очень мала, то изменение ее химического состава незначи­тельно. Более заметно изменение минерализации воды при замерзании в мелководных заливах. Может быть, интенсив­ное подледное развитие фитопланктона связано с обогащени­ем биогенными элементами верхних слоев воды при замерза­нии озера.

Сколько солей уносит Ангара за год из Байкала?

• В течение года в Ангару при среднем стоке около 60 км3 воды и минерализации 96,7 мг/л уносится 5,6 млн т минеральных и 0,15 млн т органических веществ.

Сколько солей откладывается в донных отложениях?

• В донные отложения Байкала в течение года поступает 1,72 млн т минеральных, в том числе 29 тыс. т железа, и 0,45 млн т органических веществ и др.

Увеличивается ли содержание солей в Байкале?

• Соленость (минерализация) воды в Байкале возрастает из-за возросшего количества солей, приносимых притоками. В Байкале ежегодно остается только из основных ионов 545 тыс. т гидрокарбонатов (НСОз~), 118 тыс. т сульфатов (S042"), 22,7 тыс. т хлора (С1~), 10 тыс. т азота (Ы0з~), 2,37 тыс. т фосфатов (Р043"), 118 тыс. т кальция (Са24^, 60 тыс. т магния (Mg24'); 30 тыс. т натрия и калия (Na^'+K'^), 460 тыс. т органических веществ, 28,9 тыс. т железа (Ре—общ.), 495 тыс. т кремния (Si02). Общее количество ионов, остающихся в Байкале, 1 890 тыс. т, что составляет около 24% от общего количества солей, поступающих в озеро.

Каков диапазон изменения химического состава воды Байкала?

• По основному ионному составу вода открытых частей Байкала довольно стабильна и почти не претерпевает изменений. По отдельным же компонентам, как, например, биогенные элементы, изменения довольно значи­тельны. Так, в период интенсивного развития водорослей из воды в поверхностных слоях, где они обитают, могут почти полностью исчезать (до аналитического нуля) минеральные соединения кремния, фосфора, азота, уменьшается содержа­ние углекислоты, железа и ряда микроэлементов. Однако содержание этих веществ после прекращения развития фито­планктона и усиленного ветрового перемешивания ежегодно восстанавливается. Соединений солей азота и фосфора, а также железа и марганца в Байкале почти всегда достаточно, и в следующем году круговорот этот повторяется снова. Изменение же минерализации, вызванное антропогенным вли­янием, однозначно—она возрастает.

Как пополняется в Байкале запас питательных веществ?

• Для поддержания жизни водных организмов необходимо постоянное снабжение их питатель­ными веществами. Основным источником их пополнения в Байкале являются притоки озера. Значительную долю состав­ляют вещества, поступающие в повторное использование за счет их регенерации из отмерших организмов, а также за счет выноса их к поверхности с глубинными водами при ветровом перемешивании воды. Заметную часть питательных веществ приносят промышленные и бытовые стоки.

Почему в воде Байкала мало силикатов?

• Ежегодно реки, впадающие в Байкал, приносят более 600 тыс. т кремния, а содержание его в воде очень мало и не возрастает. Кремнекислоту потребляет для построения панциря (наружного скелета) самая многочис­ленная по видовому составу и самая большая по биомассе группа диатомовых водорослей, а также губки и некоторые моллюски. Кроме того, с водами Ангары выносится свыше 100 тыс. т кремния, и около 500 тыс. т в год увлекается в донные отложения озера в виде панцирей отмирающих диато­мовых водорослей, спикул губок и створок некоторых моллю­сков.

Какие газы растворены в воде Байкала?

• Практически все те газы, кото­рые существуют в атмосфере, а также газы подземного происхождения, выделяющиеся со дна озера. Но пропорции газов значительно отличаются, потому что неодинакова их растворимость в воде и не все они участвуют в биологическом и биогеохимическом круговороте. Так, в воде озера больше всего растворено азота, в значительном количестве содер­жится кислород, углекислый газ. Аргон, гелий, неон, крип­тон присутствуют в весьма малых концентрациях.

Каков состав растворенных газов в воде на разных глубинах?

• В водной толще Байкала из газов в растворенном состоянии содержатся кислород, дву­окись углерода, азот, а также аргон, гелий, неон, криптон и др. Количество газов зависит от температуры и давления, при которых они растворяются (за исключением кислорода, коли­чество которого зависит от жизнедеятельности потребля­ющих его организмов, а также количества органического вещества, на окисление которого расходуется кислород). В какой форме инертные газы связаны с молекулой воды, пока нет достоверных сведений.

Каким образом кислород попадает в водную толщу?

В зоне проникновения света, не­обходимого для жизнедеятельности водорослей, вода насыща­ется кислородом, выделяемым растениями в процессе фото­синтеза. В самом поверхностном слое воды кислород частич­но поступает из воздуха. На большие глубины кислород попадает при перемешивании воды ветром, при турбулентных и циркуляционных течениях и т. д.

Сколько кислорода выделяют в воду Байкала водоросли в процессе фотосинтеза?

В процессе фотосинтеза водо­росли на каждый грамм углерода в синтезированном органи­ческом веществе выделяют в воду в 2,5—2,8 раза больше кислорода. За год в озере под 1 м2 синтезируется до 127 г органического углерода, следовательно, при этом выделяется до 320—330 г кислорода; для всего Байкала это составит около 10—10,2 млн т.

Какое количество кислорода может быть растворено в воде Байкала?

• Основньм источником кислоро­да, обогащающим воды Байкала, является фитопланктон. На его долю приходится до 99,5% всего поступающего в воды Байкала кислорода. Роль донных макрофитов и, вероятно, микрофитов в общем кислородном балансе составляет около 0,5% от его количества. С повышением температуры воды количество растворенного кислорода уменьшается

При повышении минерализации воды растворимость газа падает: например, при 0° С растворимость кислорода в 1 л воды с минерализацией менее 1 г/л (пресная вода) составляет 49мл, а при минерализации 30 г/л (морская вода)—только 15 мл, т. е. снижается более чем в 3 раза. Биологи утвержда­ют, что при повышении температуры воды на 10° С потребле­ние кислорода рыбами удваивается и обилие рыбы и других водных животных может привести к снижению кислорода в воде. Особенно это заметно в малых водоемах. Таким образом, максимальное содержание кислорода в открытой воде Байкала может достигать 14 мг/л.

В зимний и особенно весенний период, когда Байкал еще покрыт льдом и происходит так называемое подледное цвете­ние воды, т. е. интенсивное развитие фитопланктона, который в процессе фотосинтеза выделяет кислород, его содержание

повышается до 16—18 мг/л. В Забайкалье, в Ивано-Арахлейских озерах, в отдельные годы в малоснежные зимы, когда лед не покрыт снегом, в период подледного цветения фитопланктона и фитобентоса, содержание его повышается до 20—22 мг/л. Из воды в свежей проруби кислород иногда выделяется в атмосферу в виде пузырьков.

На что расходуется растворенный в воде кислород?

• Основными потребителями кис­лорода являются фито- и зоопланктон, аэробные бактерии, зообентос, рыбы и другие водные организмы. Значительное количество кислорода расходуется на окисление органических веществ как в водной толще, так и в донных отложениях. Насыщенность воды кислородом во всей толще способствует развитию жизни на всех глубинах.

Есть ли кислород в придонных слоях воды?

• Есть, его содержание составля­ет от 70 до 80% нормального для данных условий насыщения. Так, если в поверхностных слоях воды (в ее деятельном слое) озера содержится кислорода в среднем 11,7—11,9 мг/л, то на глубине 1400м—9,9—10,6 мг/л, а на максимальной глубине (около 1600 м)—9,5 мг/л. В слое, непосредственно прилежа­щем к донным отложениям, содержание кислорода заметно снижается. Толщина этого слоя воды, обедненного кислоро­дом, до 1 м.

Какие особенности газового режима и химизма связаны с гомотермиеи в Байкале?

• В период гомотермии в Байкале происходит выравнивание химического состава воды, обога­щение глубинных ее слоев кислородом, а поверхностных— биогенными элементами за счет поступления к поверхности обогащенных ими глубинных вод при ветровом перемешива­нии. Такой механизм поступления кислорода в глубины озера обеспечивает существование животных в Байкале даже на самых больших глубинах. В водоемах, где такой механизм отсутствует (оз. Танганьика, Черное море), в глубинных слоях со 150—200 м сероводородная зона.

Что служит источником углекислого газа в воде?

• Углекислый газ в воде, необхо­димый для фотосинтеза растений, образуется при дыхании водных животных, окислении органических веществ, при сдвиге карбонатного равновесия, а также поступает непосред­ственно из атмосферы.

Как растворяется в воде угарным газ?

• Исследования содержания угар­ного газа в воде Байкала не проводились. По наблюдениям в морях выявлено, что этот газ выделяется некоторыми морс­кими растениями и животными. Эверест Дуглас из Скрипсов-екого океанографического института установил, что окись углерода растворяется в морской воде хуже, чем кислород, но лучше, чем водород или азот. На основании этого можно считать, что содержание угарного газа довольно значительно в тех местах, где его много поступает в воду. А это обычно бывает в поверхностных слоях, куда направлен выхлоп газов судов с двигателями внутреннего сгорания.

Почему на дне Байкала редко встречаются кости рыб и млекопитающих?

• Вода в Байкале обладает высо­кой растворяющей способностью, которая с глубиной возра­стает. Поэтому все твердые остатки животных— млекопитающих, рыб, моллюсков и др.—долго на дне не сохраняются. Для инженерных бетонных конструкций приме­няются специальные марки бетона.

Почему на волнах образуется пена?

• Пена состоит из пузырьков воз­духа, разделенных пленкой воды. В пресной воде пузырьки, сближаясь друг с другом, сливаются, а в соленой воде отталкиваются. Большая их часть в морях и океанах образу­ется при ветре, но они могут возникать и при дожде и даже снеге. Пузырьки, образующиеся вблизи берега, очень мелкие, обычно менее 0,5 мм в диаметре. Поднимаясь на поверхность, они лопаются и выбрасывают в воздух брызги на высоту, в тысячу раз превосходящую их диаметр. Полагают, что этим объясняется наличие частиц соли в атмосфере морских и океанских побережий. Образованию пены на волнах в значи­тельной степени способствует постоянно присутствующая на поверхности тончайшая пленка из органических веществ (белков и углеводородов).

Почему у два глубоких водоемов скапливается сероводород?

• Скопление сероводорода наблю­дается в тех глубоких водоемах, где вертикальное перемеши­вание воды отсутствует или незначительно. Поэтому кисло-род в глубинные придонные слои не поступает совсем или его слишком мало. В таких условиях развиваются анаэробные (бескислородные) процессы, при которых серобактерии про­дуцируют сероводород за счет восстановления содержащихся в воде сульфатов. Такое явление происходит в Черном море, в оз. Танганьика и других водоемах. При избыточном поступ­лении органических веществ, даже при наличии слабого перемешивания и, следовательно, поступлении некоторого, но недостаточного количества кислорода на дне водоемов может накапливаться сероводород постоянно или периодически, как это происходит, например, в Балтийском море, в некоторых озерах Польской Народной Республики (Мазурские озера), в некоторых из Великих озер Северной Америки.

Какое воздействие на водные организмы оказывает сероводород?

• Сероводород смертелен для большинства водных организмов. Появление большого коли­чества сероводорода в чистой воде вредно еще и потому, что для его окисления потребляется кислород и тем самым создается его дефицит для дыхания организмов. Между тем серобактерии очень живучи. Если однажды они поселяются в донных отложениях водоема, где много органических ве­ществ, то свою способность интенсивно развиваться сохраня­ют даже при перемешивании воды и обогащении ее кислоро­дом. Признаки сероводорода появились в Байкале, в районе, где сбрасываются промстоки Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, на дне накапливаются органические вещества от этого предприятия.

Какая реакция воды в Байкале (кислая или щелочная)?

• Вода в Байкале имеет слабоще­лочную реакцию из-за наличия в ней щелочных элементов (натрия, кальция, магния и калия) и низкого содержания свободной углекислоты. Концентрация водородных ионов (рН) находится в пределах 7—8,5 ед. С глубиной рН снижает­ся. Понижается концентрация водородных ионов и зимой в подледный период.

Как изменяется реакция воды в Байкале по сезонам?

• Реакция воды в Байкале в лет-Яее время несколько изменяется в сторону щелочности и рН возрастает до 8—8,5. В зимнее время происходит сдвиг в сторону нейтральной реакции и рН становится близким к 7.

Каковы величины Eh донных отложении Байкала?

• В поверхностных слоях донных отложений Байкала до глубины 5—20 см идут окислительные процессы, и Eh здесь колеблется от +50 до +300 мВ. Глубже идут восстановительные процессы, и значения Eh имеют отрицательный знак. Их величины колеблются от —50 до -230 мВ. Абсолютная величина показателя Eh может свиде­тельствовать об интенсивности окислительных или восстано­вительных процессов. В окислительном слое гидроокислы железа типа Ре(ОН)з и гидрогетит, в восстановительном— сульфаты железа (гидротроилит, пирротин, пирит, марказит), а также его силикаты (лептохлориты).

Какова величина рН дойных отложений Байкала?

• В донных отложениях величина рН зависит от того, какие процессы в них протекают:

окислительные, восстановительные или нейтральные. В окис­лительной зоне меньше водородных ионов, и его величина ближе к нейтральной (рНэ'7) или слабокислой (рН7. В песчаных донных отложениях, где отсутствуют органические вещества или их поступление ничтожно, величина рН обычно близка к тем его значениям, которые имеет вода Байкала, т. е. к нейтральной или слабо­щелочной (рН=7,2—7,5).

Сколько взвешенных веществ в Байкале?

• В среднем около 1,5 мг/л, а во всем озере—34,5 млн т. Но распределение взвешенных ве­ществ крайне неравномерно как по акватории, так и по сезонам. Больше всего их в приустьевых участках крупных рек, меньше всего—в открытых районах Байкала. С глубиной их количество также снижается, особенно ниже зоны сезон­ного перемешивания воды.

Что понимается под соленостью воды?

• Содержание всех растворенных веществ, а не только солей. Термин «соленость» применяется обычно к морской воде, минеральным источникам, а иногда и соленым высокоминерализованным водам озер.

Для характеристики количества растворенных веществ в пресных водах широко используется термин «минерализа­ция», и он, вероятно, предпочтительнее.

Как измеряют содержание солей в воде Байкала?

• Обычно анализами отобранных Проб воды. В последнее время относительные изменения минерализации оценивают по изменению электропроводности воды.

Какова электропроводность воды в Байкале?

• Электропроводность воды Байкала, измеряемая микросименсами на сантиметр (единица, равная ОМу"'), зависит от температуры воды.o:p>

Каково содержание йода в Байкале?

• Иод относится к микроэлемен­там, потребности организмов в нем невелики, но он, хотя и в малых количествах, совершенно необходим для нормальной жизнедеятельности любого животного организма. В воде Байкала дефицит йода. Для компенсации недостающего коли­чества йода его добавляют к пищевой поваренной соли. Соль в Сибири йодируют.

Как изменяется химический состав воды притоков Байкала?

• В течение года изменение по основному ионному составу от максимальных до минималь­ных величин не превышает для разных притоков 1,5—2,5-кратной величины. Однако химический состав воды притоков меняется более значительно. В некоторых притоках вода в течение сезона может изменить свою принадлежность к той или иной классификационной категории: например, реки, принадлежащие к гидрокарбонатно-кремниево-кальпиевой гидрофации, в период повышения минерализации зимой или в межень могут перейти к гидрокарбонатно-кальциево-кремниевой гидрофации и т. п. За период открытой воды в Байкале в среднем поступает 88% годового количества ионов и 84% двуокиси кремния. Зимний сток составляет соответ­ственно 12 и 16% от годовой величины.

Содержание главных ионов в озере близко к среднему их содержанию в водах питающих его притоков. Сумма ионов в воде Байкала 96,7 мг/л, а средний химический состав воды притоков Байкала—128,2 мг/л. В содержании соединений биогенных элементов, органического вещества и растворен­ных газов различий значительно больше.

Сколько солей приносят притоки Байкала за год?

• Основные притоки Байкала в те­чение года приносят 6013 тыс. т в год По основным ионам эти же 18 наиболее крупных притоков распределяются следующим образом (в тыс. т/год): карбонаты и гидрокарбо­наты (СОз^+НО^—ЗЗЗР; сульфаты (SO 42-)— 277; хлор (С1 )—42,2; нитраты (N03~)—19,2; фосфаты (Pt^3")—!^;

кальций (Са^)—859; магний (Mg^)—165; натрий+калий (Na'^+K"^)—204; органическое вещество—412; железо об­щее (Ре общ.)—27,7; кремнекислота (Si02)—466.

Какое количество растворенных твердых веществ ежегодно приносят притоки Байкала?

• В течение года все его притоки приносят 7 809 тыс. т растворенных веществ. Кроме того, около 1 200 тыс. т различных веществ в год поступает в Байкал с атмосферными осадками и воздушным переносом.

По последним данным, суммарный ионный сток рек, впадающих в Байкал, составляет за год 6 569 тыс. т, сток органического вещества—292 тыс. т в пересчете на органи­ческий углерод.

Как классифицируют притоки Байкала?

• По гидрохимическому режиму они подразделяются на пять типов.

Сибирский—характеризуется резким снижением мине­рализации воды при весеннем паводке и в течение всего теплого времени года (Сарма, Шагнанда, Утулик).

Казахстанский—у рек этого типа годовой минимум минерализации наблюдается весной, она Повышается в период летней межени, понижается во время летне-осенних паводков и вновь плавно повышается в последующее осенне-зимнее время (Селенга, Турка).

Восточноевропейский.—в этих реках минерализация сохраняется высокой и относительно стабильной и лишь кратковременно снижается в период весенних паводков (Кре­стовка, Харгино). . ;

Байкальский—для него характерно резкое снижение минерализации весной, в период паводка, с последующим постепенным возрастанием в течение всего летне-осеннего периода (Голоустная, Снежная, Большая Половинная, Тыя, Томпуда, Баргузин).

Конденсационный—у этих рек значительное плавное снижение минерализации с начала весны до сентября, а затем ее постепенное повышение до весны (Рель).

Малые притоки Байкала могут менять свой гидрохимиче­ский тип в зависимости от водного режима.

Увеличивается ли содержание солей в притоках Байкала?

• Современные исследования по­казывают, что ряд гидрохимических компонентов поступает в Байкал в значительно больших количествах, чем расходуется при выносе из озера. В Байкале ежегодно остается 32% сульфатов, 47% хлоридов, 30% магния, свыше 70% органиче­ских веществ и кремния, а также почти все железо, поступа­ющее в озеро с водами притоков. Новейшие данные по балансу минеральных и органических форм азота и фосфора в Байкале показали, что в течение года в озеро поступает 36,1 тыс. т азота и 5,5 тыс. т фосфора; выносится с водами Ангары 17,9 тыс. т азота и 2,3 тыс. т фосфора; остается в озере 18,2 тыс. т азота и 2,2 тыс. т фосфора. В целом за год в Байкале накапливается до 1 890 тыс. т минеральных и органических веществ. Поэтому можно сказать, что соле­ность притоков (лучше—минерализация) возрастает. Оценка избыточного количества поступающих в озеро компонентов показывает, что их концентрация в воде озера довольно быстро сравнялась бы с концентрацией их в питающих водах. Следовательно, нарушение баланса компонентов ионного со­става воды Байкала не могло явиться результатом длительно­го их накопления в геологических масштабах времени. При анализе видно, что избыточное количество ионов поступает в озеро из бассейнов Селенги и Баргузина. Заметим, что самая активная хозяйственная деятельность сосредоточена именно в бассейнах этих рек (вырубка лесов, развитие земледелия и скотоводства, горнорудной промышленности и пр.). А отсюда можно сделать вывод, что сформировавшийся за длительный период существования гидрохимический облик озера оказался нарушенным и нарушение вызвано усилением хозяйственной деятельности в бассейне Байкала.

Есть ли минеральные и органические вещества в дождевой воде?

• В среднем в атмосферных осадках, выпадающих на Байкале, содержится 9,1 мг/л ионов различных солей и около 1 мг/л органических веществ: гидрокарбонатные ионы (НСОз-)—5,8 мг/л; сульфатные (S042 )—0,9 мг/л; ионы хлора (СГ)—0,3 мг/л; кальция (Си1*)—\,9 ml л; магния (Mg^)—0,1 мг/л; натрия+калия (Na^K^—O,! мг/л.

Сколько твердых и растворенных веществ поступает в Байкал из атмосферы?

• Из атмосферы с осадками, вы­падающими над Байкалом, ежегодно поступает в озеро около 120 тыс. т различных веществ, в том числе: гидрокарбонат­ных ионов (НСОз-)—53; сульфатных (S042")—9; ионов хлора (С1~)—0,9; нитратного азота (МОз")—5,5; фосфатного фосфора (Р0^~)—0,40; кальция (Ca^—lS.O; магния (Mg )—1,0; натрия+калия (Na'^+K"1")—4,0; органических веществ—24,0; окислов кремния (SiO;)—4,0, сумма ионов— 92,0; остальные около 28 тыс. т—пылеватые минеральные частицы. Доля веществ, приносимых с атмосферными осадка­ми, в сравнении с веществами, поступающими с водами притоков, до недавнего времени составляла 1,5%. За послед­ние годы она заметно возросла и составляет 2,5%.

Что такое закон относительной пропорциональности (закон Диттмара)?

• Проанализировав 77 проб морс­кой воды, собранных во время кругосветного плавания «Челленджера», В. Диттмар вывел закономерность о постоян­стве соотношения между основными компонентами растворен­ных в воде веществ. Такое постоянство позволяет для определения солености морской воды измерять лишь одну основную компоненту раствора, а остальные рассчитывать. Этот закон был открыт в 1884 г. Пресная вода является таким же природным раствором, как и морская, поэтому правило Диттмара должно выполняться по ионному составу и в сформировавшихся водах крупных озер. Но этот вопрос еще требует изучения. На Байкале эти работы проводятся, и их решение во многом облегчит труд гидрохимиков, обеспе­чит более быстрое получение результатов исследований.