Какой содержаться газ в воде
Если налить в стакан холодную воду из-под крана и поставить в тёплое место, на стенках появятся пузырьки газа. Газы были растворены в холодной воде и выделились при нагревании (поскольку растворимость газов при нагревании уменьшается). Это кислород, азот и углекислый газ. Растворимость газа в воде обычно падает с повышением температуры, что связано с повышением кинетической энергии молекул газа, способствующей преодолению сил притяжения молекул воды. Все природные воды представляют газовые растворы. Наиболее широко распространены в поверхностных водах кислород O2 и двуокись углерода CO2, а в подземных – сероводород H2S и метан CH4. Иногда CO2 в значительных количествах может насыщать также воды глубоких горизонтов. Кроме того, во всех природных водах постоянно присутствует азот N2.
Кислород (O2) находится в природной воде в виде растворенных молекул. Кислород, являясь мощным окислителем, играет особую роль в формировании химического состава природных вод. Кислород поступает в воду в результате происходящих в природе процессов фотосинтеза и из атмосферы. Расходуется кислород на окисление органических веществ, а также в процессе дыхания организмов. Концентрация растворенного кислорода в природных водах колеблется в ограниченных пределах (от 0 до 14 мг/л, при интенсивном фотосинтезе, в полдень, возможна и более высокая концентрация). Вследствие зависимости концентрации кислорода в поверхностных водах от целого ряда факторов его концентрация значительно меняется в течение суток, сезона и года. Так как потребление кислорода сравнительно мало зависит от суточных изменений солнечной радиации, а фотосинтез всецело определяется ею, то в течение дня происходит накопление кислорода, а в темное время суток расходование его. Кислород необходим для существования большинства организмов, населяющих водоемы. Как сильный окислитель кислород играет важную санитарно-гигиеническую роль, способствуя быстрой минерализации органических остатков.
Диоксид углерода (CO2) находится в воде главным образом в виде растворенных молекул газа CO2. Однако часть их (около 1 %) вступает во взаимодействие с водой, образуя угольную кислоту:
CO2 + H2O – H2CO3
Обычно же не разделяют CO2 и H2CO3 и под диоксидом углерода подразумевают их сумму (CO2 + H2CO3). В природных водах источником диоксида углерода являются прежде всего процессы окисления органических веществ, происходящие с выделением CO2 как непосредственно в воде, так и в почвах и илах, с которыми соприкасается вода. К ним относятся дыхание водных организмов и различные виды биохимического распада и окисления органических остатков. В некоторых подземных водах важным источником диоксида углерода являются вулканические газы, выделяющие из недр земли, происхождение которых связано с дегазацией мантии и со сложными процессами метаморфизации осадочных пород, протекающими в глубинах под влиянием высокой температуры. Поэтому часто в подземных водах и источниках глубинного происхождения наблюдается высокое содержание диоксида углерода. Поглощение водой диоксида углерода из атмосферы имеет более важное значение для воды морей и океана и менее значимо для вод суши. Уменьшение содержания диоксида углерода прежде всего происходит при фотосинтезе. При очень интенсивном фотосинтезе, когда отмечается полное потребление газообразного CO2, последний может быть выделен из ионов HCO3-:
HCO3- – CO32- + CO2
Диоксид углерода расходуется также на растворение карбонатов:
CaCO3 + CO2 + H2O – Ca(HCO3)2
Также расходуется на химическое выветривание алюмосиликатов. Уменьшение содержания CO2 в воде, особенно в поверхностных водах суши, происходит также при выделении его в атмосферу. Вообще CO2 атмосферы имеет большое значение для CO2содержащегося в поверхностных водах, регулируя его содержание там. Между CO2атмосферы и CO2 поверхностных вод существует непрерывный обмен, направленный на установление между ними равновесия, согласно закону Генри-Дальтона. Поскольку парциальное давление диоксида углерода в атмосфере очень невелико (33 Па), то, несмотря на большую растворимость его (при давлении 1013 гПа и температуре 12 °С до 2166 мг/л), равновесие между водой и атмосферой достигается при очень малом содержании CO2 в воде. При парциальном давлении CO2 в атмосфере 33 Па растворимость его в воде будет 2166*0,00033=0,715 мг/л (при 12 °С). Обычно же поверхностные воды суши, в которых протекают различные процессы разложения органического вещества и которые связаны с почвами, имеют большее содержание CO2 и поэтому выделяют его в атмосферу. Лишь при очень сильном фотосинтезе, когда CO2 практически исчезает, может происходить поглощение CO2 из атмосферы. Содержание диоксида углерода в природных водах чрезвычайно разнообразно – от нескольких десятых долей до 3000-4000 мг/л. Наименьшая концентрация CO2наблюдается в поверхностных водах, особенно минерализованных (моря, соленые озера), наибольшая – в подземных и загрязненных сточных водах. В реках и озерах концентрация CO2 редко превышает 20-30 мг/л.
Растворенный молекулярный азот (N2) – наиболее постоянный газ в природных водах. В высшей степени химически устойчивый и биологически трудно усвояемый, азот, будучи занесен в глубинные слои океана или подземные воды, меняется главным образом лишь под влиянием физических условий (температура и давление). Растворенный в поверхностных водах азот имеет преимущественно воздушное происхождение. Наряду с этим в природе широко распространен азот биогенного происхождения, возникающий в результате денитрификации.
Газ метан (CH4) относится к числу наиболее распространенных газов и подземных водах. В газовой фазе подземных вод почти всегда количественно преобладает азот, двуокись углерода или метан. Основным источником образования метана служат дисперсные органические вещества в породах. Метан и тяжелые углеводороды, нередко встречаются в значительных концентрациях в глубинных подземных водах закрытых структур, связанных с нефтеносными месторождениями. В небольшой концентрации метан наблюдается в природных слоях озер, где он выделяется из ила при разложении растительных остатков, а также в океанических донных отложениях в районах высокой биологической продуктивности.
Газ сероводород (H2S) является одним из продуктов распада белкового вещества, содержащего в своем составе серу, и поэтому скопление его часто наблюдается в придонных слоях водоемов вследствие гниения различных органических остатков.
В нижних частях глубоких озер и морей, где отсутствует водообмен, часто образуется сероводородная зона. При парциальном давлении сероводорода в атмосфере, равном нулю, длительное присутствие его в поверхностных водах невозможно. Кроме того, он окисляется кислородом, растворенным в воде.
В реках сероводород наблюдается лишь в придонных слоях, главным образом в зимний период, когда затруднена аэрация водной толщи. Присутствие сероводорода в природных незагрязненных поверхностных водах – сравнительно редкое явление.
Гораздо чаще сероводород присутствует в подземных водах, изолированных от поверхности и в сильно загрязненных поверхностных водах, в которых он служит показателем сильного загрязнения и анаэробных условии.
Источник
Природная газация – уникальный естественный процесс обогащения минеральной воды углекислым газом, а также другими летучими веществами, которые усиливают полезные свойства элементов, входящих в ее состав.
Как происходит природная газация воды
Большинство источников минеральной воды природной газации образуются в горах рядом со спящими вулканами. Например, древний вулкан Эльбрус в горах Кавказа, вулканы горной системы Восточный Саян, протянувшейся от левобережья Енисея до берегов Байкала, потухший вулкан Агде в Альпах, вулканический район гор Айфель в Германии.
При формировании минеральной воды происходит фильтрация поверхностных вод во время их прохождении через слои песка и горные породы. Одна капля может несколько лет преодолевать путь до водоносного пласта, полностью очищаясь от вредных примесей.
В толще Земли из раскаленной магмы высвобождается углекислый газ, хлористый водород и другие летучие соединения, создавая избыточное давление. Они проникают в воды и делают их высоко агрессивными. Такие воды способствуют выщелачиванию твердых пород –
вымыванию из них растворимых солей и минералов.
При этом происходит формирование химического состава воды, минерализация и насыщение газами. Затем под воздействием избыточного давления минеральная вода вырывается на поверхность Земли – образуется природный источник.
Газовый состав минеральных вод
В зависимости от вида растворенных в воде газов можно узнать, в каких условиях проходило ее образование:
- если водоносный слой расположен близко к поверхности Земли, в минеральной воде будут содержаться атмосферные газы – кислород и азот;
- углекислота, сероводород, водород – это газы вулканического происхождения, выделяющиеся при высоких температурах, и попадающие в воду глубоко в недрах;
- азот, метан и сероводород выделяются при биохимическом распаде органических веществ и минералов;
- при распаде кислых радиоактивных пород выделяется радон.
Самую большую степень газации имеют углекислые воды, самую низкую – азотные.
Минеральная вода природной газации
Уникальную воду природной газации можно попробовать не только на бальнеологических курортах. Бутилированную воду производят непосредственно рядом с источниками, чтобы избежать потери свойств при длительной транспортировке. Такую продукцию можно купить
в магазине или заказать доставку минеральной воды, чтобы использовать силу природы в лечебных, оздоровительных и профилактических целях.
«Нарзан»
«Нарзан» – природная 
газированная вода, содержащая сульфаты, гидрокарбонаты, натрий, магний и кальций. Источники, из которых она добывается, расположены на Северном Кавказе, в городе Кисловодск.
«Нарзан» содержит природный углекислый газ и имеет низкую степень минерализации 2-3,5 г/л, что позволяет употреблять воду ежедневно. Особенность минеральной воды – высокая насыщенность кальцием и магнием, а также присутствие в составе радиоактивных частиц.
Целебная бурлящая вода, помогающая излечить многие болезни, впервые была описана еще в XIV веке арабским путешественником Ибн-Батутом. Благодаря свойствам воду стали называть «НАРТ-САНЭ» – напиток богатырей. Сейчас она используется для лечения органов
желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой и нервной системы.
«Боржоми»
«Боржоми» – природная гидрокарбонатная натриевая минеральная вода со средней минерализацией, добываемая в Грузии. Вода вулканического происхождения, насыщенная природным углекислым газом, поднимается с глубины 8 тысяч метров самоизливом, при этом температура
в источнике составляет 37 °С.
«Боржоми» подходит для лечения сахарного диабета, гастроэнтерологических заболеваний, болезней опорно-двигательного аппарата и дыхательных путей. Благодаря содержащемуся фтору и йодид-ионам вода используется как средство для профилактики кариеса.
«Ессентуки»
Ессентукское месторождение расположено в центральной части региона Кавказских Минеральных Вод. Здесь добывают разные виды холодной и термальной минеральной воды натуральной газации, в том числе Ессентуки 4 и Ессентуки 17. Они отличаются степенью минерализации
и газации. Вода «Ессентуки 17» содержит наибольшее количество полезных веществ и углекислого газа, а также сероводород. Минеральная вода из ессентукских источников назначается при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, печени и почек.
«Рычал-су»
«Рычал-су» относится к категории лечебно-столовых минеральных вод. Добывается в горах Северного Кавказа на территории Дагестана. Температура воды при выходе на поверхность составляет 36 С.
«Рычал-Су» – вода с малой минерализацией, поэтому имеет приятный, мягкий вкус. Употребление воды помогает избавиться от лишнего веса, способствует укреплению иммунной системы, стабилизирует нервную систему. Она полезна для сердца, щитовидной железы и
органов желудочно-кишечного тракта.
«Перье»
«Перье» – минеральная вода естественной газации со слабой степенью минерализации, которую относят к категории премиум-класса. Ее добыча осуществляется на юге Франции из источников, возраст которых составляет более 100 млн лет. Основные элементы, входящие
в состав «Перье» – кальций, калий, натрий и магний. В список полезных свойств входят улучшение пищеварения, тонуса и работоспособности.
Чем отличается искусственная и природная газация
Углекислый газ уничтожает в воде большинство болезнетворных микробов, помогает воде дольше сохранять свежесть и вкусовые качества, поэтому ее часто газируют
искусственно при розливе. Создать искусственно газированную впервые воду удалось английскому химику Джозефу Пристли в 1767 году, а уже в 1783 Гессен Якоб Швепп открыл производство по ее выпуску.
Процесс газирования может осуществляться механическим способом в сифонах под высоким давлением, или путем добавления в воду кислот и пищевой соды. Искусственно газированная вода бывает не только минеральной, но и чистой питьевой, с содержанием ароматизаторов,
сахара и других добавок.
Минеральная вода всегда производится в газированном виде, иначе входящие в состав элементы и минералы образуют осадок, и нарушается минеральный баланс. При этом даже натуральную газированную воду, содержащую природный углекислый газ, могут дополнительно
газировать, чтобы сохранить целебные свойства.
Источник
При исследовании проб воды, добытых из подземных водоносных горизонтов, эксперты часто обнаруживают значительную концентрацию растворенных газов, выделяющихся из минералов вследствие окисления или появляющихся в недрах земли из-за деятельности микроорганизмов. В гидрогеологических процессах газам отведена особая роль: они меняют химический состав воды и ее кинетические характеристики.
Газированные водоносные горизонты и свойства воды из них
В находящейся под давлением воде концентрация растворенных газов остается относительно постоянной. Этим свойством отличаются напорные водоносные горизонты, на которые осуществляется бурение артезианских скважин. Но вблизи пробуренных трубчатых колодцев напор воды снижается за счет разгрузки водоносного горизонта, и из воды начинает выделяться газ. Образовавшаяся масса мелких пузырьков замедляет скорость движения воды.
При распаде органических веществ образуются сероводород и бактериальный метан. Растворяясь в воде, эти химические соединения снижают качество воды, делая ее непригодной для употребления в бытовых нуждах без дополнительной очистки. Сероводород вызывает отравление, придает воде неприятный запах, провоцирует рост бактерий некоторых видов, продукты жизнедеятельности которых кольматируют фильтры скважин. Метан, выделяющийся в воздух, горюч и может стать причиной пожара или даже взрыва.
Полезный, казалось бы, кислород так же обладает негативными свойствами: молекулы активного кислорода вступают в реакцию с молекулами металла, из которого изготовлены обсадные трубы скважин. Процесс коррозии металла идет значительно быстрее при высокой концентрации в воде растворенного кислорода. В водах вулканических озер велика пропорция диоксида углерода – всем известного углекислого газа, и даже моноокиси углерода или угарного газа.
Когда взрываются озёра
Соединения кислорода с углеродом, образующиеся в процессе вулканической деятельности, могут быть опасны, если они растворены в воде и образуют высокую концентрацию. На Земле есть озёра-убийцы, возле которых из-за выброса газа гибли люди. Такое явление получило название лимнологическая катастрофа.
Африканское озеро Манун
На дне камерунского озера Манун, образованного в кратере одного из вулканов, скопилось огромное количество диоксида углерода. Когда давление газа стало критическим, произошел выброс диоксида углерода в атмосферу, сопровождавшийся взрывом. Катастрофа случилась в 1984 году 15 августа.
37 жителей поселка, расположенного в прибрежной зоне, погибли от удушья. Всему виной углекислый газ, более плотный, чем атмосфера, и более тяжелый, он стелился по земле, вытесняя кислород. После взрыва вода в озере долго оставалась красно-коричневого цвета.
Ньос – опасный «сосед» Мануна
В 110 километрах от Мануна находится другое вулканическое озеро – Ньос. В его водах растворен углекислый газ. Спустя два года после трагедии, случившейся возле Мануна, подобный взрыв произошел и на Ньосе. После взрыва из озера вырвалось гигантское облако углекислого газа. Взрыв не только уничтожил окружающую водоем фауну, но и стал причиной гибели нескольких сотен человек.
Через несколько лет после взрывов ученые провели исследование, выяснив объем содержащегося в так называемых «газовых карманах» диоксида углерода: в Ньосе – 100 млн м3, в Мануне – 15 млн м3.
А знаете ли вы?..
Ученые предложили способ понижения давления газа на дне африканских вулканических озер. Предполагается, что если на дно погрузить длинную тонкую трубку, газ будет выходить в атмосферу. В 1993 году был даже проведен эксперимент – через пластиковую 9-миллиметровую трубку длиной 100 метров была произведена тестовая откачка газа со дна озера Ньос.
Источник
Чтобы минеральная вода не портилась и надолго сохраняла свои лечебные и вкусовые качества, ее перед розливом в бутылки подвергают газации – то есть газируют. Но оказывается, что на свете есть такие минеральные источники, которые выходят из-под земли уже сразу «газированными». Как это получается и где найти такие источники?
Наша справка:
Газация – насыщение воды углекислым газом. Различают минеральные воды искусственной и природной газации. К минеральным водам природной газации, в частности, относятся: Нарзан (Кисловодск, Россия), Selterwasser – или Сельтерская вода (Германия) и Badoit (Франция).
Газация – это консервация
Если вы бывали на питьевых бальнеологических курортах, то наверняка замечали такую особенность: набираешь утром воду из источника в бутылку, а уже к вечеру она теряет свои вкусовые свойства, а то и вовсе мутнеет и становится коричневой. Это происходит потому, что содержащиеся в воде соли и минералы выпадают в осадок. В воде нарушается минеральный баланс и она теряет свои целебные свойства. Поэтому минеральную воду лучше пить прямо у источника или в течение часа после того, как вы ее набрали.
Но что делать, если доктор прописал вам минеральную воду определенного типа (скажем, Ессентуки-4), а поехать на курорт вы не можете? В этом случае на помощь приходит бутилированная вода, прошедшая газацию.
Газация для воды – это та же консервация. Она помогает подготовить воду к долгой транспортировке и при этом сохранить все ее полезные качества. А также – не допускать выпадения осадка при сохранении герметичности бутылки.
Воду можно газировать двумя способами: механическим – путем насыщения углекислым газом, и химическим – путем добавления соды. Для сохранения минеральной воды, как правило, используется первый способ. Второй способ, придуманный швейцарским предпринимателем Швеппом (основателем марки «Швепс») чаще используется для сладких «газировок» и столовых вод.
Но существует еще третий способ газации – природный, когда минеральная вода выходит на поверхность земли уже насыщенная углекислым газом. Об этой воде мы и хотим рассказать.
Как вода становится газированной от природы?
Минеральные воды природной газации не очень распространены в Европе (их можно буквально пересчитать по пальцам!), хотя целебные свойства таких источников известны с древнейших времен. Чтобы стать «газированной», минеральная вода должна пройти длинный путь через множество горных пород, прежде чем выйти наружу. При этом, чем глубже под землей зарождается вода, чем более толстый слой горных пород она проходит – тем сильнее она насыщается углекислым газом. Как правило, минеральная вода насыщается углекислотой, проходя через вулканические горные породы. Этим и обусловлена ее редкость в Европе.
Природная газация помогает минеральной воде сохранять свои лечебные качества даже в случае загрязнения источника, поскольку углекислый газ предупреждает развитие бактерий в воде. Минеральные воды природной газации не следует путать с углекислыми водами в целом, потому что содержание в воде углекислоты – конечно, необходимое, но не достаточное условие для того, чтобы вода стала «газированной».
Нарзан: путь длиною в 6 лет
В России наиболее известной (и фактически единственной) минеральной водой природной газации является кисловодский Нарзан. Иногда «нарзаном» ошибочно называют все минеральные воды Кавказа. На самом деле Нарзан – сугубо кисловодский «бренд». Само слово происходит от кабардинского «нарт-сана», то есть вода Нартов – былинных богатырей, которые приходили к источнику после тяжелых сражений, чтобы залечить раны и восстановить силы.
Лермонтов называл Нарзан «холодным кипятком» – за то, что тот бурлит, выходя из-под земли. А доктор Паллас, первым изучивший лечебные свойства Нарзана, сравнил его воздушные пузырьки с пузырьками дорогого шампанского. Посмотреть, как нарзан выходит из-под земли, можно и сегодня – в главной нарзанной галерее Кисловодска. Здесь, накрытый стеклянным куполом, стоит так называемый «Кипящий колодец» – первый оборудованный каптаж Нарзана в Кисловодске.
Прежде чем попасть в бутылки или Нарзанную галерею, Нарзан проделывает долгий путь в 100 км – он зарождается у подножья Эльбруса, затем проходит сквозь толщи вулканических пород, где и насыщается углекислотой, и только после этого выходит на поверхность. Ученые рассчитали, что весь путь – от Эльбруса до Кисловодска – занимает у Нарзана около 6 лет.
Бутылочку сельтерской
В русской классической литературе герои часто заказывают в ресторанах «бутылочку сельтерской». Это популярная в 19 веке минеральная вода из немецкого источника Нидерзельтерс. В России Сельтерская вода природной газации считалась напитком аристократов: ее часто ставили на стол на званых обедах вместо шампанского. Газированная вода в принципе была тогда в новинку (искусственно насыщать воду углекислым газом в России еще не научились, а кисловодский Нарзан еще не разливали по бутылкам).
Как и в случае с Нарзаном, Сельтерская вода со временем стала именем нарицательным: «сельтерской» еще очень долго называли любую газированную воду в бутылках. Поэтому упоминание «сельтерской воды» в литературе не означает, что герои пили именно немецкую Selterwasser. Любопытно, что слово «зельцер» вошло не только в название «газировок», но и в название некоторых лекарств – если это лекарство представляет собой растворимую «шипуку».
Еще одна природная «газировка» – это французская вода Badoit (Бадуа), добываемая из источников Сен-Гельмье.Она не очень популярна в России, но в Европе ее очень любят. У нее высокая степень природной газации и при этом низкая степень минерализации. Это значит, что ее можно употреблять как столовую воду – просто для утоления жажды.
«Минералка» или «газировка»?
Многие до сих пор путают такие понятия, как минеральная и газированная вода. Минеральная вода – это вода, насыщенная биологически активными минеральными веществами, такими как кальций, натрий, магний и т.д. Именно такая вода используется на бальнеологических курортах для внутреннего и наружного применения. О различных видах минеральных вод вы можете прочесть в нашей статье Курортология для всех, Часть I.
Газированная вода – это просто любая вода, искусственно насыщенная углекислым газом. Минеральная вода может быть газированной или нет (если вы пьете ее прямо из источника, и если этот источник – не Нарзан). Так же и «газировка» может быть и минеральной водой, и сладкой десертной, и самой обычной – вроде той, что разливалась раньше в автоматах по 1 копейке за стакан. Лечебными же качествами обладает именно минеральная газированная вода, а не просто газированная.
Текст: Екатерина Маслова
Источник