Компоненты состава подземных вод
Подземная вода разных территорий, ландшафтов, областей имеет уникальный химический состав. Подземная вода может двойственно влиять на организм человека при ее употреблении. При содержании одних компонентов в определенных концентрациях, вода оказывает терапевтическое действие. С давних времен люди используют минеральные воды для лечения различных заболеваний. При содержании в ней других компонентов в определенных концентрациях, могут развиваться серьезные заболевания.
Что же такое состав подземных вод? Академик Вернадский считал подземные воды сложным водными растворами. В составе растворов помимо молекулы воды выделяются: химические неорганические и органические компоненты, микроорганизмы, газы. Большое значение играют изотопы химических элементов как самой воды (H2O), так и растворенных веществ.
Минерализация
Важным критерием, обобщающим содержание всех компонентов, является минерализация. Минерализация измеряется в граммах растворенного вещества на литр воды (г/л). Подземные воды подразделяются на пресные, (минерализация до 1 г/л) вкус не чувствуется, солоноватые (минерализация от 1 до 25 г/л), соленые (от 25 до 50 г/л) и рассолы (выше 50 г/л). Пресные воды используются для питьевого водоснабжения, именно для добычи этих вод организовываются водозаборные скважины и водозаборы. Солоноватые воды используются как минеральные для лечебных целей. Соленые и рассолы используются в промышленных целях для добычи растворенных компонентов путем осаждения.
Неорганические вещества
Подземные воды состоят преимущественно из 6 неорганических компонентов, определяющих химический состав подземных вод и называемых макрокомпонентами. Это анионы: гидрокарбонат ион (HCO3), хлорид ион (Cl), сульфат ион (SO4); катионы: ион кальция (Ca), магния (Mg), натрия (Na). Поверхностные воды, грунтовые воды, а так же осадки имеют преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый состав. Морские воды имеют состав хлоридно-натриевый. Подземные воды напорных артезианских бассейнов имеют пестрый состав, от хлоридно-натриевых и заканчивая сульфатно-магниевыми водами. Состав природных вод отображен на диаграмме ионного состава вод различного происхождения.
Микрокомпоненты содержатся в незначительных концентрация в воде (определяемых в миллиграммах и долях миллиграммов в литре воды). Это железо (Fe), марганец (Mn), медь (Cu), цинк (Zn), свинец (Pb), алюминий (Al), фтор (F) и другие. От данных компонентов зависят токсилогические (показатель вредности) характеристики подземной воды. Концентрация многих микрокомпонентов благотворно влияет на организм.
Органические вещества
Компонентами органических веществ являются представители всех химических групп (углеводы, белки, липиды) и классы (карбоновые кислоты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, амины, эфиры). Особое значение имеют гумусовые кислоты. Органические вещества поступают в подземную воду из почв, нефтяных залежей, горных пород. Часть веществ поступает в в готовом виде. Это в основном химически и биологически стойкие соединения типа гумусовых веществ, фенолов, углеводородов и др. Другая часть является продуктом сложных физико-химических и биохимических превращений. Все содержавшиеся в подземных водах органические вещества участвуют в био- и геохимических процессах.
Химические элементы, в частности тяжелые металлы, вступают в химическое взаимодействие с органическими веществами, образуют миграционно подвижные формы, загрязняющие подземные воды и угрожающее здоровью человека.
Микроорганизмы подземных вод
Все микроорганизмы подразделяются на простейших животных, растений, бактерий (представлена на картинке), водорослей. Из микроорганизмов в подземных водах наибольшее значение имеют бактерии. Бактерии живут при любой минерализации подземных вод. Бактерии разлагают органические соединения белкового и углеводного характера, образуют сероводород и водород. Некоторые виды бактерий участвуют в азотных преобразованиях, а также вырабатывают токсичные вещества. В подземных водах содержатся болезнетворные бактерии. Однако, большинство бактерий являются безвредными для здоровья человека.
Газовый состав
Подземные воды и газы находятся в постоянном взаимодействии. По происхождению газы бывают: воздушные (N2, O2, CO2, Ne, Ar), биохимические (CH4, CO2, H2S, H2) и химические (CO2, H2S, СО , N2, HCl), ядерных реакций. Воздушные газы проникают в литосферу из атмосферного воздуха. Биохимические газы образуются при разложении микроорганизмами веществ. Химические газы образуются в результате взаимодействии воды и породы. Газы ядерных реакции образуются вследствие радиоактивных распадов и образования дочерних газообразных изотопов. Газы растворяются в воде, а при изменении условий выделяются. Газы при определенных концентрациях являются ядовитыми веществами.
Изотопный состав
Изотопы — разновидности одного и того же химического элемента, различающиеся массой атомов. Различают стабильные и радиоактивные изотопы химических элементов как самой воды (H и O), так и содержавшихся в ней макро- и микрокомпонентов. Наиболее часто встречающимися являются стабильные изотопы водорода (1H, 2H), кислорода (16O,1), углерода (12C, 13C), серы (32S), гелия (3He), аргона (36 Ar).
Примерами радиоактивных изотопов могут служить: тритий(3H), бериллий (7Be, 10Be), углерод (14C), уран (238U, 235U), радон (220Rn, 222Rn) и другие. Радиоактивные изотопы распадаются с выделением альфа-, бета- квантов и гамма излучения. В результате радиоактивного распада образуются другие дочерние элементы. Пример радиоактивного распада представлен на схеме.
При определенных концентрациях радиоактивные изотопы оказывают губительное воздействие на организм человека, воздействуя на организм человека на микроклеточном и атомарном уровне .
Влияние состава подземных вод на человека и хозяйственную деятельность
Химический состав подземных вод включает ряд разнообразных компонентов, обладающих определенными свойствами. Влияние растворенных компонентов усиливается при увеличении их концентрации. Человек постоянно контактирует с подземными водами и компонентами, растворенными в них. Наибольшее воздействие на организм происходит при питье, вода непосредственно поступает в организм и оказывает либо лечебное воздействие, либо разрушающее.
Подземные воды фильтруются в грунтах, являющихся основой и средой для сооружений, жилых домов, тоннелей, подземных паркингов, метрополитена. Поэтому состав подземных вод влияет на устойчивость и сохранность строительных объектов. Важной характеристикой подземных вод является коррозионная активность.
Ядовитые газы, такие как радон, метан, сероводород выделяются из подземных вод, скапливаются в подвалах жилых домов и отравляют людей проживающих в них.
Кроме того основным источником формирования состава подземных вод является сам человек, загрязняющий воды и изменяющий их химический состав.
Подводя итоги, хочется отметить необходимость проведения анализа подземных вод для установления опасных компонентов и проведения мероприятий для уменьшения их влияния.