Гидрохимия атмосферных осадков

6.2. Происхождение и формирование состава атмосферных осадков
Главным источников минеральной части химического состава атмосферных осадков являются мельчайшие пылевые частицы разнообразных веществ, витающих в воздухе и называемых аэрозолями или ядрами конденсации. Природа аэрозолей весьма разнообразная как по происхождению и составу, так и по разме­рам и их агрегатному состоянию.
Аэрозоли — это пылевидные минеральные частицы коры вы­ветривания, высокодисперсные агрегаты растворимых солей, мельчайшие капли газовых растворов (SO₂, НС1 и др.), частицы дыма, органические вещества, мельчайшие организмы и их остатки (споры, пыльца растений, микробы и др.). Размеры аэрозолей весьма разнообразны и не превосходят 20 мк (т. е. 2 · 10^_3 см) [1].
Формирование химического состава атмосферных осадков про­исходит под влиянием морских акваторий, почвенно-геологических, космических, орографических, климатических, физико-химических, биологических и искусственных факторов [19].
Между сушей и океаном существует постоянный солеобмен. Миграция солей совершается не только водным, но и воздушным путем, поэтому осадки, выпадающие на море, содержат примесь континентальных солей, а осадки на континенте — примесь мор­ских солей. Последние состоят в основном из хлоридов. X. Юнге [31] пришел к заключению, что влияние компонентов континен­тального происхождения может прослеживаться до середины оке­ана. Влияние же хлоридов морской воды на химический состав атмосферных осадков на континенте, как свидетельствуют данные, особенно заметно сказывается в прибрежной полосе. Оно умень­шается по мере удаления от побережья, причем падение концен­трации хлора происходит довольно резко в пределах 10—20 км от береговой линии, но продолжает уменьшаться и дальше вглубь (рис. 18).
Влияние морей зависит от климатических условий побережья. Аридный климат способствует кристаллизации солей из морских капель и миграции их в сухом виде в глубь континентов. Преобла­дающее влияние морских акваторий может, очевидно, распростра­няться на осадки таких районов, где поверхность земли слабо снабжает атмосферу аэрозолями. Эпизодически же, в период уси­ленной циркуляции атмосферы, морские соли могут переноситься на большие расстояния и вызывать временные изменения состава атмосферных осадков.
Выясним теперь роль почвенно-геологических факторов. Почвы — важнейший источник обогащения атмосферы аэрозолями.

Рис.18. Уменьшение содержания ионов хлора в дождевой воде (мг/л) с удалением от берега моря (по Х.Юнге, 1965)
1 – Англия, 2 – Голландия, 3 – Швеция, 4 – Австралия

Во многих случаях типом почв определяется минерализация, ион­ный состав и pH атмосферных осадков. pH почв, наиболее под­верженных эрозии, равен 6,7—7,8.

Количественная сторона рассматриваемого процесса опреде­ляется типом почвы. Бедные солями торфянисто-тундровые или болотные почвы обогащают атмосферу органическим веществом и лишь в очень малой степени — растворимыми солями. Примерно таким же образом будут воздействовать подзолистые почвы. Зна­чительно больше минеральных веществ отдают в атмосферу черноземы и каштановые почвы. II особенно интенсивно снабжают ат­мосферу растворимыми аэрозолями солончаки и солонцы. В по­следних присутствуют сульфатные и хлоридные соли. В резуль­тате выдувания ветром мелкодисперсной фракции значительно увеличивается относительное содержание в почвах песчаных ча­стиц и соответственно снижается количество пылеватых и илистых. В эродированных черноземах наблюдается значительное снижение содержания гумуса, азота, фосфора и калия. Все эти компоненты поступают в атмосферу и возвращаются с дождем на поверхность земли.
Горные породы являются тем минеральным субстратом, от ко­торого в основном зависит минеральный состав взвешенных в воз­духе аэрозолей континентального происхождения. Почти всюду этот субстрат прикрыт тонким слоем почвы, по отношению к ко­торому горные породы являются материнскими, и поэтому влия­ние горных пород на атмосферу осуществляется через почву.
Минеральный состав почв определяется подстилающими их поро­дами. Если горные породы выходят на поверхность, то они под­вергаются дефляции, в особенности рыхлые отложения: глины, суглинки, лёсс. Развеваются также продукты выветривания скаль­ных сцементированных пород: известняков, сланцев, песчаников, изверженных пород.
Ввиду исключительной динамичности атмосферы связь химии осадков с материальным субстратом проследить трудно, но, не­сомненно, главным источником аэрозолей на континенте являются горные породы и почвы. Подобную зависимость можно заметить в районах с местным аэрозольным питанием. Например, в горных районах региональное развитие получают гидрокарбонатные каль­циевые воды, но и атмосферные осадки здесь имеют тот же со­став, уступая поверхностным водам лишь по величине минерализа­ции. Такое сходство объясняется тем, что химический состав осад­ков и поверхностных вод имеет общее происхождение (почвы, горные породы, процессы выветривания).
При вулканических извержениях вещество поступает в атмо­сферу из глубинных очагов литосферы и в формировании ядер конденсации участвует новый источник — магма. Общим в составе атмосферных осадков вулканических районов является их сравни­тельно кислая реакция и повышенное содержание SO^2- Вблизи действующих вулканов в гидрометеорах содержится повышенное количество С1^-.
Из физико-географических факторов отметим роль рельефа. Значение рельефа в общем сводится к тому, что в горных райо­нах формируются осадки преимущественно слабоминерализован­ные, гидрокарбонатные кальциевые, тогда как в пределах равнин и низменностей — более минерализованные сульфатные и смешан­ного состава. Сумма атмосферных осадков увеличивается с высо­той местности, а содержание компонентов в них, наоборот, умень­шается. Уменьшение минерализации с высотой обусловлено тем, что в верхних слоях атмосферы содержится очень мало аэрозолей.
На химию осадков оказывает воздействие гидрографическая сеть: реки, озера, пруды, водохранилища. При большом количе­стве прудов можно ожидать снижения уровня конденсации, более интенсивного развития летом кучевой облачности и образования осадков. Этому явлению должно сопутствовать уменьшение мине­рализации осадков и изменение их состава.