Помощь студентам в учебе
Роль почв в формировании состава и минерализации грунтовых вод на примере Республики Татарстан
|
Аннотация 2
Список иллюстраций 4
Список таблиц 4
Список текстовых приложений 5
Введение 6
1 УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И
МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД 8
1.1 Основные факторы формирования подземных вод 8
1.1.1 Физико-географические факторы 8
1.1.2 Геологические и гидрогеологические факторы 9
1.1.3 Физические и физико-химические факторы 9
1.1.4 Биологические факторы 10
1.2 Основные процессы, происходящие в водной системе 10
1.2.1 Гидрогеохимические процессы 10
1.2.2 Гидробиохимические процессы 12
2 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН 13
2.1 Стратиграфия 16
2.2 Тектоника 21
3 ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ТАТАРСТАНА 25
4 ПОЧВЫ ТАТАРСТАНА 27
4.1 Особенности почв, их состав и строение 27
4.2 Классификация почв РТ 28
4.3 Процессы взаимодействия атмосферных осадков с почвами 35
5 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
5.2 Особенности состава родниковых вод Татарстана 37
5.2 Анализы водных вытяжек почвенных проб 39
5.4 Сопоставление составов наименее минерализованных родниковых вод и почвенных
водных вытяжек 46
Заключение 53
Список использованных источников
Список иллюстраций 4
Список таблиц 4
Список текстовых приложений 5
Введение 6
1 УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И
МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД 8
1.1 Основные факторы формирования подземных вод 8
1.1.1 Физико-географические факторы 8
1.1.2 Геологические и гидрогеологические факторы 9
1.1.3 Физические и физико-химические факторы 9
1.1.4 Биологические факторы 10
1.2 Основные процессы, происходящие в водной системе 10
1.2.1 Гидрогеохимические процессы 10
1.2.2 Гидробиохимические процессы 12
2 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН 13
2.1 Стратиграфия 16
2.2 Тектоника 21
3 ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ТАТАРСТАНА 25
4 ПОЧВЫ ТАТАРСТАНА 27
4.1 Особенности почв, их состав и строение 27
4.2 Классификация почв РТ 28
4.3 Процессы взаимодействия атмосферных осадков с почвами 35
5 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
5.2 Особенности состава родниковых вод Татарстана 37
5.2 Анализы водных вытяжек почвенных проб 39
5.4 Сопоставление составов наименее минерализованных родниковых вод и почвенных
водных вытяжек 46
Заключение 53
Список использованных источников
Данная работа является научно-исследовательской. Объектом исследования являются Восточно-Закамский (нефтяной), Западно-Закамский, Предкамский и Предволжский регионы Республики Татарстан. Цель работы — выявить закономерности в химическом составе водных вытяжек из почв разных регионов, а также установить возможное влияние почв на формирование состава и минерализации подземных вод (на примере грунтовых вод Татарстана).
В подземных водах растворено множество различных химических элементов, который формирует сложный многокомпонентный состав. Он формируется под влиянием целого ряда факторов: физико-географических, геологических, гидрогеологических, физико-химических и биологических. В связи с тем, что начальным этапом формирования подземных вод является их непосредственный контакт с почвой, тема роли почв в формировании их состава приобретает особую актуальность.
Атмосферные воды при выпадении на земную поверхность попадают на почву, при этом происходят химические и физические реакции, которые формируют их химический состав. А он напрямую зависит от характера почвенного покрова [1]. Важнейшее свойство почвы заключается в том, что почвенный раствор и фильтрующиеся в почве осадки способны усиливать растворимость пород и минералов. Это связано с повышенным содержанием диоксида углерода в почве, который образуется в ходе дыхания живых организмов и корневой системы. Концентрация СО2 в почвенном воздухе возрастает от 0,33%, свойственных атмосферному воздуху, до 1% и более в почвенном воздухе (в тяжелых глинистых почвах концентрация достигает иногда 5-10%, придавая тем самым раствору сильное агрессивное действие по отношению к породам). В результате растворения диоксида углерода образуются соли, которые впоследствии вымываются из почвенного покрова и обогащают подземные воды. При просачивании поверхностных вод через бедные солями торф и болотные почвы, воды будут содержать органические вещества, отличающиеся малой минерализацией.
Таким образом, можно сказать, что накопление веществ в почве, а также процессы перемещения и их движения (возможный вынос из почвенного профиля) может привести к изменению состава грунтовых вод.
Перед выполнением работы были поставлены следующие задачи: 1) Изучить теоретический материал, связанный с формированием состава подземных вод, 2) Ознакомиться с составом и строением почв республики Татарстан; 3) Изучить геологическое и гидрогеологическое строение исследуемых регионов (в верхней части разреза); 4) Произвести лабораторные исследования химического состава водных вытяжек из разных образцов почв РТ (определение физических свойств, интегральных показателей, макро-, микро-, и мезокомпонентов); 5) Обработать полученный геологический и гидрогеологический материал, 6) Обобщить и обработать данные по родникам в исследуемых регионах 6) Выявить закономерности в химическом составе и минерализации вытяжек из разных типов почв по регионам, а также сопоставить их с данными родниковых вод и выявить отличия, характеризующие влияние почв на подземные воды.
Для выявления роли почв в формировании состава рассматривались 32 образца почв, отобранных в Восточно-Закамском (нефтяном), Западно-Закамском и Предкамском регионах Республики Татарстан.
В основу самостоятельной части исследования легло приготовление водных вытяжек из почв. Компонентный состав водных вытяжек был исследован с помощью ионного хроматографа ICS-1600 и атомно-абсорбционного спектрометра Contr 700, часть исследований была проведена лабораторными методами. Полученные данные были обобщены и обработаны с использованием программных пакетов Excel и Statistica.
В подземных водах растворено множество различных химических элементов, который формирует сложный многокомпонентный состав. Он формируется под влиянием целого ряда факторов: физико-географических, геологических, гидрогеологических, физико-химических и биологических. В связи с тем, что начальным этапом формирования подземных вод является их непосредственный контакт с почвой, тема роли почв в формировании их состава приобретает особую актуальность.
Атмосферные воды при выпадении на земную поверхность попадают на почву, при этом происходят химические и физические реакции, которые формируют их химический состав. А он напрямую зависит от характера почвенного покрова [1]. Важнейшее свойство почвы заключается в том, что почвенный раствор и фильтрующиеся в почве осадки способны усиливать растворимость пород и минералов. Это связано с повышенным содержанием диоксида углерода в почве, который образуется в ходе дыхания живых организмов и корневой системы. Концентрация СО2 в почвенном воздухе возрастает от 0,33%, свойственных атмосферному воздуху, до 1% и более в почвенном воздухе (в тяжелых глинистых почвах концентрация достигает иногда 5-10%, придавая тем самым раствору сильное агрессивное действие по отношению к породам). В результате растворения диоксида углерода образуются соли, которые впоследствии вымываются из почвенного покрова и обогащают подземные воды. При просачивании поверхностных вод через бедные солями торф и болотные почвы, воды будут содержать органические вещества, отличающиеся малой минерализацией.
Таким образом, можно сказать, что накопление веществ в почве, а также процессы перемещения и их движения (возможный вынос из почвенного профиля) может привести к изменению состава грунтовых вод.
Перед выполнением работы были поставлены следующие задачи: 1) Изучить теоретический материал, связанный с формированием состава подземных вод, 2) Ознакомиться с составом и строением почв республики Татарстан; 3) Изучить геологическое и гидрогеологическое строение исследуемых регионов (в верхней части разреза); 4) Произвести лабораторные исследования химического состава водных вытяжек из разных образцов почв РТ (определение физических свойств, интегральных показателей, макро-, микро-, и мезокомпонентов); 5) Обработать полученный геологический и гидрогеологический материал, 6) Обобщить и обработать данные по родникам в исследуемых регионах 6) Выявить закономерности в химическом составе и минерализации вытяжек из разных типов почв по регионам, а также сопоставить их с данными родниковых вод и выявить отличия, характеризующие влияние почв на подземные воды.
Для выявления роли почв в формировании состава рассматривались 32 образца почв, отобранных в Восточно-Закамском (нефтяном), Западно-Закамском и Предкамском регионах Республики Татарстан.
В основу самостоятельной части исследования легло приготовление водных вытяжек из почв. Компонентный состав водных вытяжек был исследован с помощью ионного хроматографа ICS-1600 и атомно-абсорбционного спектрометра Contr 700, часть исследований была проведена лабораторными методами. Полученные данные были обобщены и обработаны с использованием программных пакетов Excel и Statistica.
На основе проведенных исследований были получены следующие выводы:
1) Особенности состава и минерализации грунтовых вод (подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта) в природных условиях Татарстана не менее чем на 30-70 % определяются взаимодействием атмосферных осадков с почвенным покровом, т.к. на его “выходе” минерализация воды обычно превышает 100-150 мг/л (концентрирование первичных атмосферных осадков может превышать 10 раз).
2) Почвенные водные вытяжки в сравнении с родниковыми водами менее минерализованы (в первую очередь за счёт HCO3-,Ca2+, Mg2+), что связано как с более длительным во времени становлением компонентного состава родниковых вод, так и с тем, что в природных условиях формирование состава подземных вод (включая почвенные воды) происходит при более высоком парциальном давлении углекислого газа (что в свою очередь определяет их повышенную углекислотную агрессивность). Второй отличительной чертой водных вытяжек является их обогащённость азотными соединениями (NO2-, NH4+) и органическим веществом.
3) Почвы являются основными поставщиками в подземную гидросферу NO2-, NH4+, органического вещества и, в меньшей степени, Fe (возможно и Мп). В зоне аэрации и в первом от поверхности водоносном горизонте первые окисляются до NO3-, а железо с марганцем выпадают в осадок за счёт разрушения органоминеральных комплексов, в составе которых скорее всего находятся и мигрируют эти металлы. С этим связано практически повсеместное развитие в приповерхностной зоне “обохренности” горных пород и дендритов гидроокислов марганца. Этот же фактор может вызывать питьевую некондиционность грунтовых вод в районах неглубокого их залегания при мощном почвенном слое.
4) Составы вытяжек на основе дистиллированной и маломинерализованной талой снеговой воды очень близки, степени выщелачивания большей части компонентов этими разнотипными водами одинаковы. В связи с этим, в дальнейшем, подготовку водных вытяжек можно проводить лишь на основе дистиллированной воды.
5) Черноземные почвы в отличие от дерново-подзолистых и серых лесных почв способны более интенсивно минерализовывать грунтовые воды, при этом степень вымывания органических веществ из чернозёмов - минимальная.
6) В пределах отдельных регионов максимальной минерализующей ролью характеризуются почвы в пределах лесных массивов и луговых участков, минимальной - почвы речных долин; почвы обрабатываемых полей характеризуются промежуточным положением.
7) Практически равные содержания натрия (Na+K)+и кремнекислоты в водных вытяжках и маломинерализованных родниковых водах свидетельствуют о значительном превышении в приповерхностной части гидрогеологического разреза скорости водообмена над скоростью гидролитических процессов, ответственных за перевод указанных компонентов
1) Особенности состава и минерализации грунтовых вод (подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта) в природных условиях Татарстана не менее чем на 30-70 % определяются взаимодействием атмосферных осадков с почвенным покровом, т.к. на его “выходе” минерализация воды обычно превышает 100-150 мг/л (концентрирование первичных атмосферных осадков может превышать 10 раз).
2) Почвенные водные вытяжки в сравнении с родниковыми водами менее минерализованы (в первую очередь за счёт HCO3-,Ca2+, Mg2+), что связано как с более длительным во времени становлением компонентного состава родниковых вод, так и с тем, что в природных условиях формирование состава подземных вод (включая почвенные воды) происходит при более высоком парциальном давлении углекислого газа (что в свою очередь определяет их повышенную углекислотную агрессивность). Второй отличительной чертой водных вытяжек является их обогащённость азотными соединениями (NO2-, NH4+) и органическим веществом.
3) Почвы являются основными поставщиками в подземную гидросферу NO2-, NH4+, органического вещества и, в меньшей степени, Fe (возможно и Мп). В зоне аэрации и в первом от поверхности водоносном горизонте первые окисляются до NO3-, а железо с марганцем выпадают в осадок за счёт разрушения органоминеральных комплексов, в составе которых скорее всего находятся и мигрируют эти металлы. С этим связано практически повсеместное развитие в приповерхностной зоне “обохренности” горных пород и дендритов гидроокислов марганца. Этот же фактор может вызывать питьевую некондиционность грунтовых вод в районах неглубокого их залегания при мощном почвенном слое.
4) Составы вытяжек на основе дистиллированной и маломинерализованной талой снеговой воды очень близки, степени выщелачивания большей части компонентов этими разнотипными водами одинаковы. В связи с этим, в дальнейшем, подготовку водных вытяжек можно проводить лишь на основе дистиллированной воды.
5) Черноземные почвы в отличие от дерново-подзолистых и серых лесных почв способны более интенсивно минерализовывать грунтовые воды, при этом степень вымывания органических веществ из чернозёмов - минимальная.
6) В пределах отдельных регионов максимальной минерализующей ролью характеризуются почвы в пределах лесных массивов и луговых участков, минимальной - почвы речных долин; почвы обрабатываемых полей характеризуются промежуточным положением.
7) Практически равные содержания натрия (Na+K)+и кремнекислоты в водных вытяжках и маломинерализованных родниковых водах свидетельствуют о значительном превышении в приповерхностной части гидрогеологического разреза скорости водообмена над скоростью гидролитических процессов, ответственных за перевод указанных компонентов