Геохимия бора в подземных водах триаса и перми

Смертельная доза для человека 15 – 20г Н₃ВО₃. Известны летальные случаи среди детей при проникновении через кожу ортоборной кислоты и тетрабората натрия при лечении присыпками, эмульсиями и растворами. В организме человека содержится 20мг бора (40% в мышцах, 37% в скелете). Ежегодно поступление бора у людей с пищевым рационом составляет 1,1мг, в том числе с водой 0,23мг [8].

В природных водах бор  в зависимости от рН воды может находится в виде различных боратов, а также в виде свободных орто- и метаборной кислот. Предполагается также образование в природных водах растворимых органических и неорганических комплексных соединений бора. Учитывая разнообразие соединений бора в природных водах и трудность выявления преобладающего соединения, целесообразно в химических анализах выражать бор в виде элементарного бора. Однако при этом следует иметь в виду, что иногда содержание бора может достигать сотен мг/л и даже нескольких г/л.

В этих случаях бор выражают в виде ортоборной кислоты и её ионов в соответствии с рН воды и минерализацией.

Ввиду значительных колебаний  содержания бора в природных водах  для его определения применяются  как высокочувствительные колориметрические, так и обычные объёмно-аналитические  методы.

- колориметрический метод  с применением кармина

- колориметрический метод  с применением Н-резорцина

- колориметрический метод  с применением кристаллического фиолетового

- объёмный метод [7].

Удаление бора и боратов  при опреснении является весьма актуальной проблемой, так как не всегда удается  очистить воду от соединений бора по стандартным  схемам водоподготовки.

Как показывают медико-биологические  исследования, бор является биологически активным элементом, и, в соответствии с принятой классификацией, его можно  отнести к токсичным веществам. Необходимость извлечения соединений бора из питьевой воды обусловлена  требованиями здравоохранения, так  как соединения бора отрицательно влияют на организмы людей и животных [9].

 

2. Материалы и  методы исследования

Объектом исследования данной дипломной работы является водозабор  СЖД. Цель работы определение основных закономерностей содержания бора в подземных водах триаса и перми, связанных с современными условиями в городе Вологда.

Для достижения заданной цели использовались различные литературные источники, проанализированные в первой главе. На первый план выступает прогнозирование – это процесс получения данных о возможном состоянии исследуемого объекта и природно-антропогенных ландшафтов в зоне его влияния на заданный период времени. Наибольшее развитие в прогнозировании получил метод географических аналогий. Прогнозирование по аналогии предусматривает экстраполяцию закономерностей, найденных на существующих объектах, на проектируемые при условии сходства природных условий двух районов и технологии производства. Метод географических аналогий, по существу, представляет совокупность методов (картографического, геохимического, геофизического, расчетных и др.), использование которых подчинено одному стратегическому замыслу.

Также были использованы описательный метод, методы анализа – синтеза, сравнения и обобщения, картографические методы, элементы статистических методов  и метод мозгового штурма. При  сборе информации в глобальной сети Интернет были использованы поисковые  системы Yandex и Google и Свободная энциклопедия Википедея.

Описательный метод –  научный метод, который используются во всех общественно-исторических и  естественных науках и стоит на первом месте по широте применения. Описательный метод предполагает соблюдение ряда требований:

- четкое представление  об избранном предмете изучения;

- последовательность описания;

- систематизация, группировки  или классификации, характеристики  материала (качественной, количественной) в соответствии с поставленной  исследовательской задачей [10].

Анализ – метод заключается  в том, что предмет изучения мысленно или практически расчленяется на составные элементы (части объекта, его признаки, свойства). Каждая из выделенных составных частей исследуется в  отдельности как часть целого.

Синтез – метод основан  на соединение частей предмета, расчлененного  в процессе анализа, установления их связей и познания предмета как единого  целого. Метод анализа и синтеза  взаимно связаны.

Сравнение – это операция мышления, посредством которой классифицируются и оцениваются объекты исследований в целях выявления сходных  и отличительных признаков. Сравнение  является наиболее распространенным методом (все познается  в сравнении). В  естественных науках широко применяется  сравнительно – географический метод.

Обобщение – приращение знаний путем мысленного перехода от частного к общему. Оно позволяет  извлекать общие принципы, законы явлений.

Метод мозгового штурма –  оперативный метод решения проблемы на основе стимулирования творческой активности, при котором участникам обсуждения предлагают высказывать возможно большее количество вариантов решения, в том числе фантастических. Затем из общего числа высказанных идей отбирают наиболее удачные, которые могут быть использованы на практике.

Правильно организованный мозговой штурм включает три обязательных этапа. Этапы отличаются организацией и правилами их проведения:

1. Постановка проблемы. Предварительный этап. В начале этого этапа проблема должна быть сформулирована. Происходит отбор участников штурма, определение ведущего и распределение прочих ролей участников в зависимости от поставленной проблемы и выбранного способа проведения штурма.
2. Генерация идей. Основной этап, от которого во многом зависит успех всего мозгового штурма. Поэтому очень важно соблюдать правила этого этапа:

- Главное – количество  идей. Не делайте никаких ограничений.

- Полный запрет на критику  и любую (в том числе положительную)  оценку высказываемых идей, так  как оценка отвлекает от основной  задачи и сбивает творческий  настрой.

- Необычные и даже абсурдные  идеи приветствуются.

- Комбинируйте и улучшайте  любые идеи.

3. Группировка, отбор и  оценка идей. Именно этот этап  позволяет выделить наиболее  ценные идеи и дать окончательный  результат мозгового штурма. На  этом этапе, в отличии от второго, оценка не ограничивается, а наоборот, приветствуется. Методы анализа и оценки идей могут быть очень разными. Успешность этого этапа напрямую зависит от того, насколько «одинаково» участники понимают критерии отбора и оценки идей [10].

Описательный метод в  данной работе использовался при  составлении общей характеристики района водозабора Вологодского отделения Северной Железной Дороги.

Картографические методы применялись для анализа параметров, имеющих пространственное распределение.

Программа и методика исследований включали следующие этапы:

- Подготовительный этап. На данном этапе были изучены  литературные источники по теме  работы, собран необходимый материал  для написания настоящей работы, разработана методика отбора  проб из скважин.

- На основном этапе  исследований выполнено экспериментальное  изучение содержания бора в  подземных водах триаса и перми, на примере СЖД, методом флуорометрии и проведена интерпретация результатов экспериментов и природных данных и определение реальных форм нахождения бора в подземных водах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Природные условия района водозабора Вологодского отделения Северной железной дороги (СЖД)

3.1. Геологическое строение

Территория Вологодской  области располагается на северо-западном крыле Московской синеклизы северной части Русской плиты в пределах Восточно-Европейской древней платформы. В ее строении выделяются два структурных этажа: интенсивно дислоцированный кристаллический фундамент и полого залегающий осадочный чехол.

Фундамент платформы разбит на ряд блоков. В поднятых блоках (выступах) развиты архейские породы комплекса основания, в опущенных блоках - нижнепротерозойские образования (геосинклинально-складчатый комплекс). Блоками, выполненными архейскими породами, являются, в частности, Пухтаевский, Юксовский, Коношский выступы.

Вологда расположена в  юго-западном углу Сухонской впадины, и рельеф города не отличается особым разнообразием.

В рельефе днища впадины  выделяются две текстурные части: поймы  рек Сухоны, Лежи и Вологды с  высотами 107-112 м. над уровнем моря и подпойменная озёрно-аккумулятивная терраса высотой 113-118 м. при ширине от 3 до 16 км, которая образовалась в процессе спада послеледникового озера. На пойме реки Вологды расположена заречная часть города и район бывшей деревни Фрязиново. К западу и югу за городом начинается ступенчатый склон впадины с высотами 145-150 м., переходящий в средне - холмистую Вологодскую возвышенность.

Важным компонентом природы  района водозабора СЖД является ее геологическое строение. Без знания геологии не понять существо многих других компонентов природы, поскольку недра являются тем основанием,  на котором образуются рельеф, ландшафты, почвы, поверхностные воды. Их формирование во многом обусловлено геологическим развитием территории. Геологические знания имеют и большое общеобразовательное значение,  поскольку человек,  не знающий основ геологии, не поймет многие природные явления.

Кроме того, знания геологического строения и геологических процессов  составляют важнейший компонент геоэкологической обстановки любой территории, составляя часть окружающей среды человека. Любые природные изменения в недрах влекут за собой перемены в жизнедеятельности людей [11].

 

2. Гидрогеологические условия

Территория Вологодской  области располагается на севере - западном крыле Московского артезианского  бассейна, приуроченного к одноименной синеклизе. В пределах синеклизы выделяется впадина-структура второго порядка, характеризующая значительным развитием палеозойских отложений, залегающих на протерозое и архее.

По результатам бурения  скважин на территории города и прилегающих  к нему районов выделается ряд  водоносных горизонтов и комплексов. Степень их изученности различна и зависит от использования вод  для хозяйственно-питьевых и лечебных целей.

Воды четвертичных отложений  характеризуются прерывистым распространением. Наибольшие их запасы сосредоточены  в межморенных образованиях. В связи с этим основными эксплуатируемыми водоносными горизонтами для города являются окско-лихвинский и днепровско-одинцовский, приуроченные к межледниковым отложения.

Пермско-триасовый водоносный комплекс объединяет обычно 1-3 водоносных горизонта, относящихся к отложениям ветлужской серии нижнего триаса и тотарского яруса верхней перми. Воды этих горизонтов имеют повышенную минерализацию и эксплуатируются лишь отдельными сважинами.

Питание водоносных горизонтов происходит за счет инфильтрации атмосферных  осадков и перетекания вод  из нижележащих горизонтов, обладающих более высокими напорами. Разгрузка водоносных горизонтов осуществляется преимущественно в виде скрытых очагов в рыхлые четвертичные и современные русловые отложения долин рек. Таковы в целом закономерности подземных вод глубинных горизонтов, защищенных толщами глинистых отложений ледникового происхождения [2].

 

3.3 Факторы формирования качественного состава подземных вод

Все воды земной коры, находящиеся  ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и  твёрдом состояниях, называются подземными водами.

Подземные воды составляют часть гидросферы – водной оболочки земного шара. Они встречаются а буровых скважинах на глубине до нескольких километров. По данным В.И. Вернандского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000^о С диссоциированы всего на 2%.

 Приблизительные подсчёты  запасов пресной воды в недрах  Земли до глубины 16 километров  дают величину 400 миллионов кубических  километров, т.е. около 1/3 вод Мирового океана [12].

Подземные воды формируются  в основном из вод атмосферных  осадков, выпадающих на земную поверхность  и просачивающихся вод (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет 15-20 % общего количества атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств  этих грунтов. В отношении водопроницаемости  грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые  и водонепроницаемые или водоупорные.

К водопроницаемым породам  относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым  породам – массивно- кристаллические  породы (гранит, мрамор), имеющие минимальную  впитывать в себя влагу, и глины. Последние, пропитавшись водой, в дальнейшем ее не пропускают. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п.

Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем  слое осадочных пород. В нем по характеру водообмена с поверхностными водами выделяют три зоны: зону свободного водообмена (верхнюю), зону замедленного водообмена (среднюю) и зону весьма замедленного водообмена (нижнюю). Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. Это – древние воды. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, иод и другие вещества.