Особенности окислительно-восстановительных процессов

В океане

В отличие от озер водообмен в океане является непрерывным, так как холодная поверхностная вода погружается на глубину у полю­сов, проходит через глубинную зону и возвращается на поверхность. Распределение питательных веществ (и, следовательно, фотосин­тез) в океане контролируется почти полностью регенерацией этих веществ в массе воды и их перераспределением в ходе циркуляции воды, тогда как в озерах оно контролируется больше поступлени­ем питательных веществ с водным стоком, чем процессами, про­исходящими в самом озере (хотя имеются и исключения из этого правила).

Рис. 2.8. Схема распределения кислорода в океанических водах:

А – район средней поверхностной продуктивности;

В – район очень высокой поверхностной продуктивности

Типичная схема распределения растворенного кислорода в во­дах океана показана на рисунке 8. Отличительной особенностью распределения является существование зоны минимального со­держания кислорода. Это глубинный интервал, где значительная часть органического вещества, опускающегося из поверхностной зо­ны, подвергается разложению. В целом воды остаются аэробными (рисунок 8, кривая А). Однако в районах исключительно высокой продуктивности, где восходящие течения возвращают питательные вещества на поверхность, зона минимума может стать анаэробной (рисунок 8, кривая В). Глубинная зона ниже зоны минимума обычно хорошо аэрирована, поскольку существует постоянная подпитка за счет воды, опускающейся у полюсов.

Рис. 9. Схематическая иллюстрация условий,

необходимых для появления анаэробного бассейна в океане

Анаэробные бассейны в океане образуются в тех местах, где имеются препятствия для циркуляции глубинной воды, а продук­тивность поверхностного слоя высока (например, бассейн Кариако вблизи Венесуэлы). Такие бассейны всегда имеют подводные поро­ги на уровне зоны минимального содержания кислорода (рисунок 9). В более глубоких слоях снабжение легко разлагающимся органиче­ским веществом настолько замедлено, что даже закрытые бассейны с малой циркуляцией остаются анаэробными.

Химическая стратификация (рисунок 10), которая может привести к появлению анаэробных условий, возможна в бассейнах типа Чер­ного моря или во фьордах Северной Европы и Северной Америки, где солесодержание ниже, чем в открытом океане.

Рис. 10. Схематическая иллюстрация анаэробного бассейна типа фьорда

В заключение отметим, что хотя анаэробные условия в собственно морской воде редки, они обычны для поровых вод прибрежных морских осадков.

Особенности окислительно-восстановительных процессов

В подземных водах

Основными параметрами природных систем, обусловливающими редокс-уровни природных вод, являются:

1. Содержание кислорода в инфильтрационных водах. Если инфильтрационные воды поступают в водоносный горизонт по трещинам обнаженных пород, то они обогащены кислородом и характеризуются значительной редокс-буферной емкостью и высокими значениями . Когда же фильтрация идет через почвы, богатые органическим веществом, вода может быть анаэробной при поступлении в водоносный горизонт.

2. Распределение и реакционная способность органического вещества и других потенциальных восстановителей в водоносном горизонте. Так, органическое вещество осадочных пород трудно утилизируется бактериями. Оно устойчиво, потому что, во-первых, все легко усваиваемые компоненты уже использованы; вo-вторых, в процессе формирования эти породы подвер­гались воздействию повышенных температур и давления, что трансформировало первичные органические соединения в формы, которые бактериями используются с трудом. К примеру, сульфат-редуцирующие бактерии не способны использовать ор­ганические соединения, обычные для угольных пластов, поэтому восстановление сульфатов в водах этих пластов протекает медленно.

3. Распределение веществ, способных создать редокс-буферность водоносного горизонта. В подземных водах массы веществ, способных потенциально создать редокс-буферность, на единицу объема подземной воды довольно велики, а реакции, имеющие тенденцию снижать , являются обычно медленными. Поэтому редокс-уровни подземных вод часто соответствуют величинам , задаваемым редокс-парами Mn²⁺/MnO₂,Fe²⁺/Fe(OH)₃,Fe²⁺/Fe₂O₃.

4. Скорость циркуляции подземных вод. Как отмечалось выше, бактериальные реакции, имеющие тенденцию снижать , протекают медленно, поэтому зависит от времени пребы­вания воды в водоносном горизонте (т.е., в конечном счете, от скорости воды и протяженности водоносного горизонта от области питания до области разгрузки). В общем случае, чем больше время пребывания, тем ниже конечное значение .

Редокс-характеристики подземных вод существенно зависят от конкретных региональных условий. Зависимости изменения редокс-уровней от рН для наиболее часто встречающихся окислительно-восстанови-тельных систем в подземных водах представлены на рисунке 11. Большинство подземных вод, по-видимому, относится к зоне 2 (рисунок 11). Вода не содержит свободного кислорода, но вней не наблюдается и заметной сульфат-редукции. Этот редокс-уровень не является препятствием при использовании вод для бытового во­доснабжения, хотя высокие (1 млн^–1 и более) концентрации раство­римых форм железа или марганца иногда создают проблемы. Под­земные воды зоны 3 («забуференные» сульфат-редукцией) обыч­но встречаются там, где время пребывания воды в водоносном го­ризонте велико или где присутствует много реакционноспособного органического вещества. Высокие концентрации сульфидов делают эти воды не пригодными для целей бытового водоснабжения. Хо­тя воды зоны 4, располагающейся ниже границы сульфат/сульфид, обычны для современных илов, они относительно редки в водонос­ных горизонтах, сложенных древними породами. Органическое вещество древних пород (за исключением нефти) используется бак­териями настолько медленно, что требуются многие тысячелетия, чтобы были восстановлены все сульфаты и величины снизи­лись очень значительно.

Рис. 11. Типичные редокс-уровни подземных вод (зоны 1-4)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: