< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Гидросфера - Литосфера (rot Г-Л)

В данном разделе рассматривается вопрос физического и химического переноса загрязняющих веществ из гидросферы в литосферу.

Одна из двух обширных границ морской системы, которая отделяет гидросферу от литосферы — это дно моря, которое представляет собой поверхность раздела между водным электролитным раствором и твердой фазой земли. Рассмотрим процессы происходящие на разделе двух сфер. В соответствии с [6] основные процессы происходящие на границе двух сфер представлены на рисунке 9. На рисунке изображено несколько наиболее важных процессов переноса, в том числе и загрязняющих веществ, связанных с взаимодействием гидросферы и литосферы. В настоящем разделе ограничимся рассмотрением только тех процессов, которые имеют непосредственное отношение к взаимодействию морской воды со взвешенным или осевшим на дно твердым загрязняющим веществом.

Основные процессы переноса вещества при взаимодействии гид¬росферы и литосферы.

Рисунок 9 — Основные процессы переноса вещества при взаимодействии гидросферы и литосферы.

Рассмотрим основную проблему химической океанографии, а именно структуру жидкой воды и водных растворов электролитов [6]. На основе данных о границе раздела твердой (литосфера) и жидкой (гидросфера) фаз уточним картину структуры воды у поверхности раздела [22], [23].

Процессы происходящие на поверхности раздела "раствор — твердое тело" очень сложны. Так на поверхности твердых веществ может происходить хемосорбция воды, причем весьма прочная. Мономолекулярный слой воды на каолините удаляется лишь при температуре около 425° С. Наиболее прочно сорбированные на силикатах молекулы воды химически связаны с поверхностными гидроксильными группами твердой фазы. При этом на твердых поверхностях, благодаря прочной хемосорбционной связи, фиксируется до трех слоев воды. В простых материалах вода может присутствовать по меньшей мере в трех формах: а) вода, прочно удерживаемая у поверхности твердой фазы благодаря хемсорбционной связи; б) структурно-упорядоченная вода близ поверхности в) "нормальная" вода на некотором расстоянии от поверхности. Структура воды близ поверхности раздела твердой и жидкой фаз такая же, как у поверхности раздела "вода — газ". Структурно упорядоченная вода граничного слоя стремится вытолкнуть растворенные вещества, которые нарушают ее структуру. Вода близ поверхности твердой фазы ведет себя таким же образом. На поверхности раздела твердой и жидкой фаз абсорбция может быть как положительной так и отрицательной. Это значит, что может происходить либо концентрация ионов в электрическом двойном слое, либо удаление ионов благодаря упорядочению структуры растворителя. Преобладание того или иного эффекта зависит от природы твердой поверхности.

Консолидированная поверхность морского дна лишь в редких случаях сложена скальными породами. Почти все дно моря покрыто медленно накапливающимся осадочным материалом. Одни только пелагические осадки занимают 74% площади морского дна. Современные, в геологическом понимании, морские осадки классифицируются несколькими способами. Их можно, например, сгруппировать по признаку химического состава — карбонатные (СаС03 — М§С03), кремнистые (БЮ2) и т.д. Согласно [7] скорость адсорбции загрязняющих веществ на частичках взвесей и грунта может быть описана уравнением

где т — масса ЗВ в тоннах в нижнем, прилегающем ко дну слое моря И, м ; — масса ЗВ в тоннах в придонном диффузионном слое моря;

От — коэффициент диффузии составляющий 10 5 см2 / с;

ОС — коэффициент адсорбции, включающий в себя в знаменателе толщину диффузионного слоя И2, м;

О — внешняя поверхность дна в м2, примерно равная поверхности моря в рассматриваемом регионе;

с и — концентрация ЗВ в нижнем и придонном диффузионных

слоях моря соответственно, мг/л .

Так как величина тг неизвестна, в первом приближении примем,

что соотношение тг и т аппроксимируется линейной зависимостью типа

где 2 — эмпирическая величина и составляет для нефтепродуктов — 0,1.

Коэффициент скорости процесса адсорбции определяется зависимостью

Зная массу ЗВ в нижнем слое моря т = к х ^ х с, можно рассчитать, используя зависимость (10), массу ЗВ сорбированную на поверхность дна за период времени АТ по формуле

Из формулы (11) видно, что в случае если z > 1, происходит десорбция. Формула (11) справедлива для ЗВ, находящихся в морской воде в растворенном состоянии. Однако некоторые ЗВ например значительная часть углеводородов, находится в морской воде в виде комочков различного диаметра. Средняя скорость осаждения нефтяных комочков может быть описана зависимостью вида

где g — ускорение силы тяжести;

Ар — разность плотностей нефтяных комочков и морской воды; // — кинематический коэффициент вязкости воды;

Сг1 — среднеквадратичное отклонение радиусов комочков.

Изменение массы комочков за счет их осаждения на дно пропорционально скорости осаждения и глубине водоема. Однако использование этого уравнения возможно только в тех случаях, когда имеется количественная оценка массы и радиуса комочков.

Существует другой ориентировочный способ учета массы ЗВ сорбируемых в донных отложениях в случае, если средняя концентрация ЗВ в море стабильна. Способ заключается в учете баланса расхода (оттока) ЗВ по различным каналам и времени пребывания ЗВ в море.

Примем, что Уп и Уот есть соответственно скорости притока в море и оттока из моря ЗВ в т/год (месяц, сутки). Примем также, что

где индексы "а", "рх+рб" "в" и "у" означают соответственно отток ЗВ в атмосферу, уменьшение ЗВ за счет химического и биологического разложения, отток в другое море и отток в грунты.

При неизменной величине Уп = Уот время пребывания ЗВ в море определяется соотношением

После преобразования получаем величину скорости оттока в грунты в виде

Однако этот прием требует непременного знания величины AVb , а

также величин расходных составляющих баланса ЗВ.

Таким образом с помощью зависимости (11) можно определить массу ЗВ переходящую из гидросферы в литосферу за определенный промежуток времени, секунду.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >