Изучение состава и свойств минеральной воды. Тема работы:« Исследование состава минеральной воды

Лечебными минеральными водами называются природные воды, которые содержат в повышенных концентрациях те или иные минеральные (реже органические) компоненты, различные газы (углекислоту, сероводород, азот и др.), или обладают какими-либо специфическими физическими свойствами - радиоактивностью, температурой, реакцией среды и др., благодаря чему эти воды оказывают на организм человека то или иное действие.

Минеральные воды обладают выраженным биологическим действием - физиологическим, лечебным или токсическим - в зависимости от различной комбинации перечисленных выше компонентов и особенно от их концентрации.

Далеко не всякая минеральная вода может быть признана лечебной и тем более пригодной для внутреннего употребления. С лечебной целью используются воды подземных минеральных источников у мест их естественного выхода или воды, полученные путем бурения скважин на различную глубину. Подземные воды формируются из атмосферных вод или в результате метаморфоза древних морских вод, часто имеющих возраст в миллионы лет и залегающих на большей или меньшей глубине от земной поверхности. Подземные воды приобретают свойственный им химический состав, что связано с выщелачиванием разнообразных горных пород. Нередко минеральные воды глубинного происхождения на своем пути к поверхностным выходам смешиваются с атмосферными водами и образуют новые типы вод.

Выход естественных источников на поверхность иногда отстоит далеко от мест формирования минеральной воды. Далекий подземный путь в 20-30 км проделывают, например, кисловодские нарзаны и некоторые воды пятигорских источников. Многолетние наблюдения за дебитом, солевым составом, с одной стороны, и величиной атмосферных осадков - с другой, показали, что время, в течение которого вода проходит этот путь, иногда составляет около года. По пути минеральная вода продолжает формироваться, обогащается новыми солями, теряет часть своих газов и тепла.

Ценные, по своим лечебным качествам минеральные источники встречаются в различных географических районах страны. Особенно много источников, пригодных для внутреннего применения, обнаружено в Закавказье - в Армении, Грузии, Абхазии и Азербайджане - и, пожалуй, еще больше на Северном Кавказе - в Северной Осетии, Кабарде и в районе . В последнем месторождении на небольшой сравнительно территории имеется более 100 действующих источников, из них 22 пригодны для внутреннего употребления и уже давно завоевали широкое признание.

У естественных выходов источников устраиваются каптажные колодцы, штольни или галереи. Многие из них являются сложными инженерными сооружениями.

За последние 10 лет почти все источники на курортах надежно захвачены буровыми скважинами (рис.1). Теперь можно получать минеральную воду из глубины 1-2-3 км. Вода глубинных буровых скважин абсолютно чистая, и дебит ее колеблется в незначительных пределах.

Лечебные свойства минеральной воды определяются ее физическим и химическим составом, температурой, реакцией, общей минерализацией, ионно-солевым составом, наличием газов и органических веществ. Различное качественное и количественное сочетание этих факторов обусловливает огромное разнообразие природных минеральных вод.

Из истории применения минеральных вод для лечения болезней

«Минеральных вод соляных, железистых, серных, йодистых, углекислых и т.д. для излечения недугов существует такое же бесчисленное множество, как и песку на дне морском», – писал сто лет тому назад, М. Платен в своем «Руководстве для жизни согласно законам природы, для сохранения здоровья и для лечения без помощи лекарств».Термин «минеральные воды » вошел в употребление в XVI в., однако в обиходе чаще употреблялось слово «воды », причем, так же как и в Древнем Риме «aquae », — во множественном числе. Происхождение слова «aquae » относится к тому времени, когда Фалес Милетский (ок. 624 — ок. 546 гг. до н.э.) — греческий философ и математик из Милета, пытаясь определить основу материального мира, пришел к выводу о том, что ею является вода. Слово «a qua » — вода, состоит из двух греческих слов - «a» и «qua», буквальный перевод – от которой (подразумевается omnia constant — все произошло, все состоит).

Первая попытка классифицировать минеральные воды по составу принадлежит греческому ученому Архигену (II в). Он выделял четыре класса вод: aquae nitrose, aluminose, saline и sulfurose (щелочные, железистые, соленые и сернистые). Л.А. Сенека выделял воды серные, железные, квасцовые и считал, что вкус указывает на их свойства. Архиген рекомендовал серные ванны при подагре, а при болезнях мочевого пузыря назначал питье минеральных вод до 5 л в день. Он считал, что достаточно знать состав воды, чтобы назначить ее для лечения. Следует заметить, что состав воды в то время не мог быть известен даже приблизительно.

О составе минеральных вод говорит Г. Фаллопий, автор одного из первых руководств о минеральных водах, дошедших до наших времен, изданного после его смерти («De thermalibus aquis atque metallis », 1556 г.). Однако состав вод Италии, описанных Фаллопием, был далек от истинного, поскольку науке XVI в. еще не были известны многие химические элементы. Настоящий прорыв в учении о минеральных водах произошел в XVIII в., после революционных открытий в химии, которые в основном связывают с именем А. Лавуазье. Само понятие «минеральные воды» (от лат. minari – рыть) формировалось на протяжении ХІХ—ХХ столетий, когда закладывались основы бальнеологиии (курортологии) и научное обоснование использования подземных вод для медицинских целей.

Первый курорт в России был построен по Указу Петра Великого на источниках железистых Марциальных вод. Петр I по возвращению из Бельгии, где он успешно лечился водами курорта Спа. В честь Российского императора на курорте был построен питьевой павильон – «Pouhon Pierre Le Grand». Воды бельгийского курорта Петр I назвал источником спасения, а вернувшись в Россию издал указ, искать в России ключевые воды, коими можно пользоваться для лечения болезней. Первый российский курорт был построен в Карелии на Олонецких водах, названых Марциальными. Марциальные воды по содержанию двухвалентного закисного железа - до 100 мг/л превосходят все известные железистые источники мира. Содержание железа в водах бельгийского родоначальника курортов – Спа, всего 21 мг/л (железистые воды – Fe 10 мг/л).

Первый кадастр минеральных вод России был составлен учеными Минералогического общества, созданного в 1817 г. в Санкт-Петербурге. Среди его учредителей были академик В.М. Севергин и профессор Д.И. Соколов. По данным исследований многочисленных академических экспедиций конца XVIII и начала XIX вв. В.М. Севергин описал минеральные источники и озера России, привел их классификацию по совокупности признаков и составил указания по их исследованиям. Результаты исследований были обобщены в книге «Способ испытывать минеральные воды, сочиненный по новейшим о сем предмете наблюдениям», изданной в Санкт-Петербурге в 1800 г. В 1825 г. была опубликована работа русского химика Г.И. Гесса «Изучение химического состава и целебного действия минеральных вод России», ставшая основой его диссертации на степень доктора медицины.

Важную роль в изучении лечебных минеральных вод сыграло основание в 1863 г. Русского бальнеологического общества на Кавказе по инициативе директора управления курортов Кавказских Минеральных Вод, профессора С.А. Смирнова. После 1917 г. (после национализации курортов) началось интенсивное развитие бальнеологии. В 1921 г был создан Бальнеологический институт на Кавказских Минеральных Водах (в , в 1922 г. — Томский бальнеофизиотерапевтический институт, а в 1926 г. открыт Центральный институт курортологии и физиотерапии в Москве.

Химический состав минеральных вод

Минеральные воды – сложные растворы, в которых вещества содержатся в виде ионов, недиссоциированных молекул, газов, коллоидных частиц.

Долгое время бальнеологи не могли прийти к единому мнению о химическом составе многих вод, поскольку анионы и катионы минеральных вод образуют очень нестойкие соединения. Как говорил Эрнст Резерфорд, «ионы – это веселые малыши, вы можете наблюдать их едва ли не воочию». Еще в 1860-х гг. химик О. Тан указал на неправильность солевого изображения минеральных вод, из-за чего Железноводск долго считали курортом с «неустановившейся репутацией». Вначале минеральные воды Железноводска причисляли к щелочно-железистым, затем стали комбинировать карбонаты со щелочами, а сульфаты - со щелочными землями, называя эти воды «щелочно-железистыми (содержащие натрий углекислый и железо) с преобладанием гипса (сульфата кальция) и соды (гидрокарбоната натрия). Впоследствии состав вод стали определять по основным ионам. Уникальные Железноводские источники по составу принадлежат к углекислым гидрокарбонатно-сульфатным кальциево-натриевым высокотермальным водам, мало содержащим хлористый натрий, что исключает опасность раздражения почечной ткани при их питьевом использовании. В настоящее время Железноводск считается одним из лучших «почечных» курортов. Железа в минеральных водах этого курорта содержится сравнительно мало, до 6 мг/л, т.е. меньше, чем в специфических железистых водах, в которых должно быть не менее 10 мг/л.

В немецкой «Курортной книге», изданной в 1907 г., анализы вод минеральных источников впервые были представлены в виде ионных таблиц. Такая же книга об австрийских курортах была издана в 1914 г. Этот тип представления минеральных вод принят в Европе в настоящее время. Как пример приводим ионный состав вод одного из самых популярных источников французского курорта Виши, известного со времен Римской империи - Vichy Celestins (М – 3,325 г/л; pH — 6,8).

Критерии для отнесения вод к «минеральным»

Критерии для отнесения вод к «минеральным» в той или иной степени отличаются у разных исследователей. Всех их объединяет происхождение: то есть минеральные воды — это воды, добытые или вынесенные на поверхность из земных недр. На государственном уровне, в ряде стран ЕС законодательно утверждены определенные критерии причисления вод к категории минеральных. В национальных нормативных актах относительно критериев минеральных вод нашли свое отображение гидрогеохимические особенности территорий, которые присущи для каждой страны.

В нормативных актах ряда стран Европы и международных рекомендациях — «Кодекс Алиментариус», Директивах Европейского парламента и Европейского совета для стран — членов ЕС определение «минеральные воды» приобрело более широкое содержание.

Например, «Кодекс Алиментариус » дает следующее определение природной минеральной воды : природной минеральной водой является вода, которая четко отличается от обычной питьевой воды, так как:

• она характеризуется своим составом, включающим определенные минеральные соли, в определенном их соотношении, и наличием определенных элементов в следовых количествах или других компонентов
• ее непосредственно получают из природных или пробуренных источников из подземных водоносных слоев, для чего необходимо соблюдение всех мер предосторожности в пределах зоны защиты во избежание попадания любого загрязнения либо внешнего влияния на химические, физические свойства минеральных вод;
• она характеризуется постоянством своего состава и стабильностью дебита, определенной температурой и соответствующими циклами второстепенных природных колебаний.

В России принято определение В.В. Иванова и Г.А. Невраева, данное в работе «Классификация подземных минеральных вод» (1964 г.).

Лечебными минеральными водами называются природные воды, которые содержат в повышенных концентрациях те или другие минеральные (реже органические) компоненты и газы и (или) обладают какими-нибудь физическими свойствами (радиоактивность, реакция среды и др.), благодаря чему эти воды оказывают на организм человека лечебное действие в той или иной степени, которое отличается от действия «пресной» воды.

К минеральным питьевым водам (в соответствии с ), относятся воды с общей минерализацией не менее 1 г/л или при меньшей минерализации, содержащие биологически активные микрокомпоненты в количестве не ниже бальнеологических норм.

Предупреждение: нельзя пить минеральные воды спонтанно, только потому, что «Вам захотелось» или «она помогла поправить здоровье Вашим знакомым», прежде нужно посоветоваться с лечащим врачом, который пропишет то, что подходит именно Вам. Для проведения питьевого лечения могут быть использованы бутылочные минеральные воды, в которых вода расфасована в стеклянной таре, как правило, они продаются в аптеке.

Как образовывается минеральная вода

Родниковая вода, проходя через различные горные породы, насыщенные минералами, приобретает бесценные вкусовые и целебные качества и становится на поверхности минеральной. Наука установила, что по степени минерализации все природные воды разделяют на пресные (до 1 г/кг), солоноватые (1-25 г/кг), солёные (25-50 г/кг) и рассолы (более 50 г/кг), а по химическому составу воды – на карбонатные, сульфатные и хлоридные. Каждое из свойств воды помогает при лечении определённых заболеваний и применяется тоже неодинаково.

Как правильно пить минеральную воду

Питьевую минеральную воду можно разделить на столовую, лечебно-столовую и лечебную – это зависит от её состава.

Столовая минеральная водане должна вмещать больше 1 г солей/литр, такую воду можно пить ежедневно, без риска нанести вред организму, она хорошо очищает и тонизирует. Врачи считают оптимальным трёхкратный приём минеральной воды: утром - натощак, днём - перед обедом и перед ужином.

Лечебно-столовая минеральная водаотличается более высокой концентрацией (от 1 до 10 г солей/литр). Можно употреблять как столовый напиток или для профилактики заболеваний, соблюдая рекомендации врача.

Лечебная минеральная водаимеет концентрацию больше 10 г солей/литр. Такую воду может назначить исключительно врач в санатории или врач-гастроэнтеролог. Данную воду нужно пить медленно, не торопясь, небольшими глотками. В санаториях утром ещё в постели больному даётся выпить 500 мл подогретой слегка минеральной воды, которая выпивается в два приёма по 250 мл с промежутком времени в 15 минут. После приёма минеральной воды необходимо оставаться в постели для более эффективной пользы для здоровья.

Питьевое лечение минеральными водами назначается при следующих болезнях:

Показание к лечению минеральными водами:

1) болезни желудка и двенадцатиперстной кишки;

2) болезни кишечника, болезни печени и желчных путей (гепатиты, холециститы)

3). Нарушения обмена веществ: диабет, ожирение, подагра, мочевые диатезы.

4). Болезни верхних дыхательных путей, глотки, ротовой полости.

К противопоказаниям к питьевому лечению относятся:

1) сердечнососудистые заболевания, сопровождающиеся нарушениями кровообращения;

2) острые заболевания почек;

3) острые заболевания желудочно-кишечного тракта;

4) кровотечения любого происхождения.

Как выбрать качественную минеральную воду

Оригинальная минеральная вода, как правило, содержит этикетку с подробной информацией о компании-производителе, её местонахождении, сроках и условиях хранения воды, номере скважины, возможности осадка, а также времени и дате хранения. Обязательно на этикетках указаны группы болезней, при которых показана данная категория воды.

Образование минеральных вод - это очень сложный и длительный процесс. Древний мыслитель Аристотель считал, что каковы почвы, таковы и воды, через которые они проходят. Это правда, но частично. За тысячелетия прежние представления во многом изменились.

На самом деле химический и газовый состав натуральных минеральных вод, а, следовательно, их физиологические и лечебные свойства формируются под воздействием комплекса природных факторов.

Это и геологическая история развития бассейна (смена моря сушей и наоборот), вещественный состав пород, и время проявления вулканической деятельности, климат и рельеф, динамика водообмена и интенсивность современных тектонических движений, тепловое, гравитационное и электромагнитное поля земли, а также различные физико-химические и биохимические процессы, происходящие в недрах (растворение и выщелачивание солей из пород, ионный обмен между водой и породой, смешение в пластах вод различного состава, гидролиз, десульфатизация и многое другое).

И, несмотря на значительные успехи ученых и специалистов, достигнутые в решении многих вопросов, связанных с образованием природных минеральных вод, отдельные стороны этой проблемы еще остаются спорными. Идет длительная дискуссия о происхождении вод в недрах земли с высоким содержанием углекислого газа или некоторых разновидностей подземных рассолов с минерализацией, превышающей суммарный солевой состав морской (океанической) воды.

Много неясного и в вопросах происхождения подземных лечебных вод в регионе КМВ . Казалось бы, на одной и той же территории в относительно одинаковых геологических условиях, где они скапливаются и перемещаются, должны быть и однотипные минеральные воды. Однако такого не наблюдается. На территории Кавказских Минеральных Вод к настоящему времени выявлено около 40 разновидностей природных минеральных вод и количество их, по-видимому, не исчерпано.

Тем не менее, в одном предположении сходится большинство ученых-естествоиспытателей - это то, что в образовании углекислых минеральных вод, преобладающих в регионе Кавминвод, принимают участие две главные составляющие: дождевые и талые снеговые воды, так называемые инфильтрационные, и магматическая углекислота. Схематично это выглядит так: дождевые и талые снеговые воды проникают по порам, пустотам и трещинам горных пород в недра земли, где они, с одной стороны, вытесняют древние морские воды, с другой - насыщаются углекислым газом, поступающим по крупным разломам из больших глубин земной коры. В результате очень длительного времени, занимающего столетия и тысячелетия, в условиях различных температур и давлений, происходит сложный процесс обогащения инфильтрационных вод газами, органикой, биологически активными микроэлементами (железом, медью, йодом, бором, бромом, мышьяком, кобальтом, фтором и др.), превращая их в природное лекарство, используемое на курортах при организованном и неорганизованном оздоровлении миллионов людей.

Подземные минеральные воды, в отличие, например, от нефти, газа, железных, медных, золотоносных и других руд, возобновляемы. Они могут восполняться и существовать бесконечно, если их разумно использовать, то есть брать столько, сколько дает природа. В этих целях специальные государственные комиссии по запасам полезных ископаемых выдают рекомендации по правилам разработки каждого конкретного месторождения минеральных вод. Эти рекомендации необходимо неукоснительно исполнять, в противном случае несоблюдение требований может привести к истощению или разрушению месторождения, к безвозвратной потере той или иной целебной воды.

А экологическая чистота лечебных вод, особенно питьевых, зависит полностью от нашей общей культуры, нашего отношения к природе. Неразумная, порой варварская деятельность хозяйственников, всякое загрязнение и захламление территорий непременно сказывается на ухудшении санитарно-бактериологического качества уникальных минеральных вод любого региона. Об этом следует помнить всегда.

Не случайно регион Кавказских Минеральных Вод отнесен к единственной пока в России особо охраняемой эколого-курортной территории.

Богатые природа и недра Кавминвод - дар Бога. Сохранить их и обустроить курорты так, чтобы они еще долго служили во благо местным жителям и соотечественникам большой России - главная задача нынешнего поколения.

Очный муниципальный этап краевого форума

"Молодежь и наука"

Название работы: Мифы о минеральной воде

Направление: «Естественно-научное»

Тип работы: исследовательская работа

Ученица 9 класса

МБОУ «Таеженская СОШ»

Руководитель: Климова Елена Александровна

учитель биологии и химии

МБОУ «Таеженская СОШ»

ВВЕДЕНИЕ

Минеральная вода — одно из древнейших природных лекарств, употребляемых людьми. У источников целебных минеральных вод веками существовали лечебницы, создавались всемирно известные курорты и санатории, позднее — заводы, поставляющие минеральную воду в бутылках по всему миру. Природные полезные свойства минеральной воды уникальны, ведь они формировались в недрах земли, в совершенно особых условиях. Они проходят естественную обработку различными горными породами, высокими температурами, растворенными газами.

Минеральная вода (разг. «Минералка») — , содержащая в своем составе растворённые , а также некоторые биологически активные компоненты .