Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим

Разбирая причины и содержание процессов метаморфизации химического состава вод, необходимо руководствоваться одним из крупных достижений школы Н.С. Курнакова о направленном изменении химического состава вод и рассолов бассейнов под влиянием процессов метаморфизации. Причиной метаморфизации вод рассматриваемых озер служит смешение вод разных типов и различных концентраций, а также появлением в воде озер коллоидного глинистого материала, содержащего поглощающий комплекс. Доказано [3; 24; 81; 83], что на осаждение солей при относительно небольших значениях минерализации большую роль играют суспенгели – мельчайшие частицы наносов, образующиеся из–за постоянного турбулентного перемешивания воды ветровыми волнами, их флотации в прибрежных зонах, взмучивания ила и донных отложений, абразивного износа крупных наносов при их вдольбереговом перемешивании. Кроме того, суспенгели являются хорошими сорбентами различных макро – и микрокомпонентов, газов, катализаторами ряда химических реакций, в частности, карбонатообразования и участниками гидрохимических процессов.

Нельзя не заметить, что в результате такого пути образуются твердые соли и чистая вода, а аридный водоем освобождается от засоления. Иными словами, вступает в силу механизм самосохранения, когда мутная вода аридного водоема и рек, содержащая глинистый коллоидный материал, путем ряда химических реакций и физических процессов очищает воду от растворенных минеральных и органических веществ.

В аридное озеро поступают сульфатные, сульфатно-карбонатные воды рек, (более минерализованные) карбонатные и сульфатные воды подземного питания, а также сульфатные и карбонатные воды атмосферных осадков. Эти воды смешиваются с сульфатной водой озера. При смешении этих вод ведущим является смешение карбонатных и сульфатных вод, в результате чего происходят реакции двойного обмена, приводящие к труднообратимому изменению химического состава, т.е. к метаморфизации вод. В составе карбонатных вод (особенно грунтовых) содержится карбонат натрия. Он образуется в результате процессов осолонения солончаков, а также выветривания полевых шпатов, а затем вымывается грунтовыми водами и реагирует с сульфатами кальция и магния из сульфатных вод, вследствие чего карбонаты кальция и магния оседают, а вода озера Балкаш, так же как и озера Алаколя, обогащается сульфатом натрия:

CaSO₄ + Na₂CO₃ ->CaCO₃V+ Na₂SO₄ (1.1)

CaSO₄ + Na₂CO₃ + nH₂O -> Na₂CO₃ . CaCO₃V. 5H₂O + Na₂SO₄ + (n-5)H₂O (1.2)

MgSO₄ + Na₂CO₃ -> MgCO₃V + Na₂SO₄ (1.3)

Относительно влияния подземных и грунтовых вод на гидрохимию водоема следует сказать следующее. Специальными гидрохимическими исследованиями установлено, что в береговых участках большинства аридных озер образуются довольно обширные и глубокие депрессии уровня грунтовых вод [11]. Эти депрессии обусловлены «фитилиевым эффектом» [24], более интенсивным испарением воды с поверхности грунтового потока, приближающегося к водоему. Выявлено также, что уровень воды в середине депрессии, площадь которой соизмерима с площадью ЗБ, примерно на 7,0 м ниже уровня воды в оз. Балкаш. Из–за наличия такой депрессии и мощного фильтрационного потока из береговой зоны озера в сторону депрессии устремляется значительная масса солей.

Как полагает профессор А.А. Турсунов, этот фактор является одним из главных расходных статей солевого баланса аридных водоемов. Аналогичные депрессии проявляются у берегов других континентальных озер и водохранилищ Казахстана.

В общем виде путь метаморфизации вод и рассолов всех типов М.Г.

Валяшко изображает следующей схемой: Р₁ + Р₂ Р₃ + твердая фаза, где Р₃– метаморфизованная вода. По мнению Б.А. Беремжанова такие реакции могут иметь место не только в аридном водоеме, но и при возникновении соответствующих условий в реках и подземных водах. Возможно, в маломинерализованных частях озера или водотоках, питающих озеро, эти реакции будут идти гораздо медленнее, но в результате длительности смешения, карбонаты кальция и магния оседают, озёрная вода обогащается сульфатом натрия [81; 82].

В исследуемых водах озер имеется гидрокарбонат кальция. До последнего времени метаморфизующее действие гидрокарбоната кальция связывали с различными реакциями двойного обмена:

Реакция Валяшко:

Специальные исследования [81] показали, что все эти реакции действительно осуществляются, но по количеству образующихся твердых фаз ведущее значение имеет первая реакция. Получающиеся в этой реакции гипс и основной карбонат магния составляют 99% новообразованного осадка. При небольшом содержании сульфата магния в растворе реакция практически не происходит, а идет только разложение гидрокарбоната кальция. Но в основной массе, например, в балкашской воде, из–за высокого содержания гидрокарбонат – и карбонат – ионов при расчёте по условной методике связывания ионов в соли сульфата магния образуется мало; и поэтому здесь должно иметь место простое разложение гидрокарбоната кальция.