w Kielcach, 2005 w Kielcach, 2005 Kras gipsowy a chemizm wód rezerwatu,,skorocice

Transkrypt

1 Zeszyty Studenckiego Ruchu Materiały 14 Sesji Studenckich Naukowego Akademii Kół Naukowych Akademii Świętokrzyskiej Świętokrzyskiej im. Jana Kochanowskiego im. Jana Kochanowskiego w Kielcach, 2005 w Kielcach, 2005 Ilona Żur Studentka V roku chemii Studenckie Koło Naukowe,,KALCYT Akademia Świętokrzyska im. Jana Kochanowskiego w Kielcach Recenzent: prof. dr hab. Zdzisław M. Migaszewski Kras gipsowy a chemizm wód rezerwatu,,skorocice Streszczenie: Różnorodne formy krasu gipsowego na obszarze rezerwatu,,skorocice" należą do najciekawszych elementów przyrody nieożywionej w Polsce. Do interesujących należą też źródła naturalne rezerwatu o wysokiej koncentracji siarczanów. Na uwagę zasługuje fakt, że zwiększonemu stężeniu jonu SO 4 2 nie towarzyszy niskie ph wody. Wysokie stężenie tego jonu może negatywnie wpływać na niektóre gatunki organizmów żyjących w wodzie. W referacie przedstawiono wyniki analiz chemicznych 3 próbek wody z rezerwatu Skorocice. Słowa kluczowe: gips, kras, wody powierzchniowe, odczyn ph, jon SO 4 2. Rezerwat,,Skorocice" jest położony w środkowej części Niecki Nidziańskiej na południowy zachód od Buska Zdroju. Wąwóz Skorocicki został objęty ochroną rezerwatową w 1960 r. Jest on ciekawym przykładem rezerwatu o dwóch kategoriach florystycznego i przyrody nieożywionej. Miłośnicy roślinności odnajdą w nim różne gatunki chronione i rzadkie, m.in. na murawach łąkowych lub w wilgotnych siedliskach trzcinowych. Największym jednak bogactwem florystycznym charakteryzują się murawy ciepłolubne z roślinami endemitycznymi (Jurecki, 2003). Innymi elementami skupiającymi uwagę przyrodników są zróżnicowane formy krasu gipsowego: leje i nieregularne zapadliska, ślepe dolinki, jaskinie, ponory, wywierzyska. W obrębie Wąwozu Skorocickiego zinwentaryzowano 25 jaskiń i schronisk skalnych. Najdłuższa jaskinia w wąwozie to Jaskinia Skorocicka osiągająca 300 m długości. Tworzy ona obszerny kanał podziemny, będący częściowo korytem Potoku Skorocickiego. Formy te przykuwają wzrok ze względu na występowanie interesujących odmian gipsu. Są to: selenity tworzące długie i duże

2 bliźniacze kryształy, które ze względu na sposób zrośnięcia nazwano,,jaskółczymi ogonami". Wielkość tych form strukturalnych dochodzi do 3 m. Z innych odmian mineralogicznych należy wymienić alabastry, czyli gipsy ziarniste i nieprzezroczyste oraz sporadycznie gipsy włókniste. Seria gipsowa na terenie rezerwatu jest wieku neogeńskiego (mioceńskiego). Jej podstawowym minerałem jest gips CaSO 4. 2H 2 O. Gipsy należą do skał osadowych chemicznych, tworzących się w strefach peryferycznych basenów morskich w warunkach klimatu tropikalnego Podobnie jak skały węglanowe, gipsy ulegają łatwemu rozpuszczeniu i częściowo ponownemu wytrąceniu w postaci różnych wtórnych form mineralnych. W wynikiem działalności wód opadowych i płynących dochodzi do rozwoju zjawisk krasowych. Rozpuszczenie powoduje, że składniki minerałów, z których zbudowane są skały, przechodzą do roztworu wodnego. Podstawowymi składnikami wód powierzchniowych są gazy: O 2, CO 2, H 2 S, kationy: Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + oraz aniony: HCO 3, SO 4 2, Cl, krzemionka a także materia nieorganiczna (np. Al, Fe, Si) i organiczna w postaci zawiesin i koloidów. Skład chemiczny wód zależy w dużym stopniu od składu chemicznego skał i gleb oraz działalności człowieka (emisji zanieczyszczeń, zrzuty ścieków itp.). Trzeba jednak podkreślić, że podwyższona zawartość niektórych jonów czy związków w wodach nie zawsze musi wynikać z obecności zanieczyszczeń antropogenicznych, lecz również naturalnych (geogenicznych). Badając stężenia różnych związków chemicznych w wodach naturalnych należy też uwzględnić szereg czynników środowiskowych, m.in. budowę geologiczną i typ gleb oraz warunki topograficzne i klimatyczne. Przykładem takich naturalnych źródeł zanieczyszczeń są wody znajdujące się na terenie rezerwatu,,skorocice. Wybrane parametry fizykochemiczne wód Rezerwatu Skorocice Do badań wybrano trzy stanowiska badawcze (ryc. 1) dwa pierwsze w obrębie Potoku Skorocickiego, trzecie w studni poza terenem rezerwatu. Próbki pobierano w dniu r. Wszystkie pomiary wykonano w terenie za pomocą przenośnych urządzeń. Oznaczono temperaturę, ph, przewodnictwo elektrolityczne właściwe, zasadowość oraz stężeniejonów siarczkowych, siarczanowych. Do pomiaru odczynu ph i temperatury użyto pehametr CP 103, a przewodnictwa elektrolitycznego właściwego odpowiednio przenośny konduktometr CC 101 firmy,,elmetron. Przyrządy te są wodoszczelne i zaprojektowane specjalnie do pomiarów w terenie (niewielkie rozmiary, solidna obudowa). Urządzenie mierzy ph z dokładnością ±0,02 jednostki. Konduktometr CC 101 posiada trzy podzakresy: 0,00 0,199 ms cm 1, 0,20 1,999 ms cm 1, 2,00 19,99 ms cm 1, dla których dokładność pomiaru wynosi odpowiednio do 10 ms cm 1, 1%, >2%. 2 Do analiz na zawartość jonów: SO 4 i S 2, a także zasadowości (CaCO 3 ) został użyty przenośny fotometr LF 205 firmy SLANDI, wyposażony w elektroniczny układ pomiarowy sterowany mikroprocesorem. Przyrząd ten został przystosowany do pracy w terenie, stąd też możliwe było wykonanie oznaczeń na próbkach rzeczywistych, bez konieczności ich transportu i

3 konserwacji. Spośród takich parametrów jak ph, przewodnictwo elektrolityczne, zasadowość, zawartość jonów siarczkowych, siarczanowych, stężenie tych ostatnich znacznie odbiegało od przeciętnej zawartości dla wód naturalnych, która mieści się w zakresie mg/ L (Dojlido, 1999). Woda z trzech punktów badawczych ujawniała powyżej 1000 mg/l SO 4 2 ( mg/l) (tab. 1). Mimo, że jon siarczanowy jest jednym z podstawowych składników wód powierzchniowych, to jego stężenie zazwyczaj nie przekracza 1000 mg/l. Wysokie stężenie jonu SO 4 2 w wodzie zmienia jej smak, często na gorzkawy. Toksyczny wpływ siarczanów na organizmy jest różny w zależności od kationu, z jakim występują, a także od indywidualnej tolerancji organizmu. U człowieka przy stężeniach około 1000 mg/l siarczany mogą działać przeczyszczająco. W wodach powierzchniowych, które mogą być wykorzystane jako wody pitne dopuszczalna zawartość siarczanów wynosi 150 mg/l (Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia).

4 Ryc 1. Położenie rezerwatu,,skorocice oraz lokalizacja stanowisk badawczych W wodach o wysokiej zawartości jonów SO 4 2 występuje najczęściej niskie ph. Jednak ph analizowanych próbek nie wykazuje odczynu kwaśnego czy nawet lekko kwaśnego, ale obojętny a nawet lekko zasadowy. O ph tych wód decydują głównie dwie reakcje: (1) rozpuszczania gipsu: CaSO 4 2H 2 O Ca 2+ + SO H 2 O, (2) redukcji rozpuszczalnego siarczanu pod wpływem substancji organicznej występującej w przerostach ilastych w gipsach i glebach: SO C (org.) + 2 H 2 O H 2 S + 2HCO 3. Odczyn wody ma duże znaczenie dla organizmów żywych. Zarówno w zbyt kwaśnych jak i w zbyt alkalicznych wodach zamiera życie biologiczne. Zbyt duże zakwaszenie przyspiesza proces wymywania metali ciężkich i radionuklidów z podłoża skalnego i osadów dennych. Przy użytkowaniu gospodarczym niskie ph wody przyspiesza korozję metali.

5 Kwasy, zasady a także ich sole ulegają w wodzie dysocjacji na jony: kationy i aniony. Pod wpływem przyłożonego do elektrod napięcia, roztwór wodny zawierający jony zdolny jest do przewodzenia prądu elektrycznego. Przybliżoną miarą ich koncentracji jest przewodnictwo elektrolityczne właściwe. Jednostką przewodnictwa elektrolitycznego jest ms cm 1 (lub μs cm 1 ). Związki organiczne występujące w wodzie w ogóle nie dysocjują lub co najwyżej nieznacznie. Duży wpływ na wartość przewodnictwa wód powierzchniowych mają ścieki, przeważnie przemysłowe. Przewodnictwo wód powierzchniowych waha się przeciętnie od 50 do 1000 μ S cm 1 (Dojlido, 1999). Przewodnictwo elektrolityczne właściwe badanych wód jest bardzo wysokie (powyżej 2310 μs cm 1 ), co wiąże się z występowaniem jonów pochodzących z rozpuszczania gipsów. Zawartość siarczków w badanych wodach nie przekroczyła 0,05 mg/l. Można to wytłumaczyć warunkami utleniającymi które panują w wodach powierzchniowych i sprzyjają utlenianiu siarkowodoru do siarczanów według reakcji: H 2 S + 2O 2 H 2 SO 4 Pod względem zawartości oznaczanych składników chemicznych, jak i parametrów fizycznych wody z rezerwatu Skorocice stanowią interesujący przykład wód naturalnych o wysokim udziale jonów siarczanowych, lekko zasadowym ph i znacznych wartościach przewodnictwa elektrolitycznego właściwego. Tab.1 Wyniki analiz chemicznych wód z okolic rezerwatu Skorocice Parametr Temperatura ( o C) Stanowisko ,0 15,0 16,5 ph 7,87 7,92 7,56 Przewodnictwo ( μs cm 1 ) SO 4 2 (mg/l) S 2 (mgl) CaCO 3 (mg/l) <0,05 <0,05 <0, *Warunki pogodowe: temp. 15 C, brak większych opadów przez okres 2 tygodni

6 LITERATURA [1] Jurecki M., 2003 Ponidzie. W świętokrzyskim stepie. Wyd. Bezdroża. Kraków. [2] Dojlido J. (red.), 1999 Fizyczno chemiczne badanie wody i ścieków. Wyd. ARKADY. Warszawa. [3] Urban J., Gubała A., Kasza J., 2003 Jaskinie w gipsach Niecki Nidziańskiej. Przegl. Geol., 51(1): [4] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia. Dz.U nr 204 poz