№ 4 (18) / 2024
Светлана Юркина,
ученица 4 класса ГБОУ «Школа № 17» г. Москвы
Е.Л. Юркина,
гидролог, преподаватель ГБОУ «Школа № 1534 «Академическая» г. Москвы, призер научнопрактической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату»
О.Н. Ерина,
заведующий Красновидовской учебно-научной базой географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, к. г. н.
Летом я побывала в Кисловодске и посетила с экскурсией Визит-центр национального парка «Кисловодский», где узнала о происхождении нарзана (рис. 1). Было решено отправиться на Эльбрус для отбора проб воды, чтобы убедиться в происхождении нарзана, а также подробнее изучить химические свойства и различия разных типов нарзана, которые представлены в питьевых бюветах Кисловодска. Также я решила дополнительно проанализировать химический состав нарзана, купленного в магазине, чтобы убедиться в его натуральности и наличии полезный свойств.
Рис. 1. Стенд «Как образуется нарзан» музея в г. Кисловодске
Считается, что ледниковая вода Эльбруса, медленно просачиваясь сквозь слои песка, известняка, доломита и других горных пород, достигает Кисловодска. Для превращения воды с ледников Эльбруса в нарзан необходимо около 6 лет. Вода за это время проходит 70 км, приобретая свои лечебные свойства. Нарзан имеет природную газацию благодаря углекислому газу, который поднимается от вулканических пород.
Нарзан – минеральная природная лечебно-столовая питьевая вода, сульфатно-гидрокарбонатная (гидрокарбонатно-сульфатная) поликатионная, маломинерализованная (уровень минерализации 2,0−3,5 г/л), разливается в городе Кисловодске с 1 июня 1894 г. Обладает природной газацией (смесь углекислого газа и инертных газов).
Нарзан считается эталонной минеральной водой при сравнительном анализе других вод. За время наблюдения (с XVIII века) химический состав воды не менялся. В воде содержится 20 минералов и микроэлементов, что при относительно низкой общей минерализации является очень редко встречающимся явлением.
В одном литре нарзана столько же кальция, сколько в двух стаканах молока – это 35% дневной нормы взрослого человека. Магния в ней содержится 30% дневной нормы, натрия и калия — 10%. Кальций, помимо участия в формировании костей, зубов и волос, помогает бороться с аллергическими реакциями и депрессией. Магний крайне необходим организму в условиях нервных нагрузок и стресса. Поэтому нарзан оказывает успокаивающее действие на нервную систему, улучшает память и контроль над мышцами. Натрий и калий регулируют водно-солевой обмен и правильное функционирование нервных и мышечных клеток. Эту минеральную воду с успехом используют при косметических процедурах, с ее помощью легко можно регулировать вес: похудеть, если пить теплый нарзан перед едой, поправиться, если пить его холодным. Дело в том, что теплый нарзан угнетает аппетит, а холодный улучшает.
Выделяют три вида нарзана. Они различаются глубиной добычи и своим химическим составом. Нарзан общий (еще его называют столовым, питьевым) добывается с глубины 10–110 м, самый близкий к поверхности и наименее минерализованный. Его минерализация составляет 1,8–3,5 г/л. Общий нарзан можно пить в неограниченном количестве. Доломитный нарзан добывается с глубины 50–150 м из более глубокого водоносного горизонта, его минерализация уже 4–4,5 г/л. Сульфатный нарзан – самый глубокий, его добывают с глубины 200–350 м, минерализация составляет 5–7,5 г/л. В его составе (что понятно из названия) содержится большое количество сульфатов – 1,4–1,6 г/л. Доломитный и сульфатные нарзаны уже являются лечебными, и их количество рекомендуется для каждого пациента в зависимости от состояния здоровья.
Чтобы отобрать пробы воды, мы отправились на Эльбрус. Добыть талую воду летом можно было только на большой высоте. Мы отобрали пробу воды из талого озера на высоте 4100 м, куда добралась на канатной дороге и снегоходе (рис. 2).
Рис. 2. Отбор пробы талой воды на Эльбрусе
Пробы нарзана мы отбирали в питьевой галерее Кисловодска (рис 3а, 3б). Чтобы химический анализ был верным, чистую бутылку сначала нужно было несколько раз ополоснуть той водой, которую потом будем отбирать.
Рис. 3а, 3б. Отбор проб воды в питьевой галерее г. Кисловодска
Все пробы воды мы привезли в Москву и проанализировали их в гидрохимической лаборатории на Красновидовской учебно-научной базе географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (рис. 4).
Рис. 4. Красновидовская учебно-научная база географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Химический состав любой минеральной воды представляет собой, в первую очередь, разнообразные комбинации из шести основных ионов: натрий (Na+), кальций (Са2+), магний (Мg2+), хлор (Сl–), сульфат-ион (SO42–) и гидрокарбонат-ион (НСО3–).
Двуокись углерода также является важным компонентом минеральной воды, так как при растворении ее в воде образуется некоторое количество угольной кислоты, которая взаимодействует с подземными породами. Таким образом формируются лечебные свойства воды. Углекислый газ, кроме того, смягчает вкус напитка и способствует лучшему утолению жажды. Он также стабилизирует химический состав минеральной воды, поэтому для сохранения всехполезных свойств ее перед розливом дополнительно насыщают двуокисью углерода.
В первую очередь мы определили электропроводность (рис. 5а, 5б). Электрическая проводимость раствора характеризует суммарное содержание всех ионов. Электропроводность измеряется в микроСименсах (мкСим). Пробу воды надо перемешать, чтобы равномерно распределились все соли из осадка. Датчик кондуктометра должен полностью находиться в воде. Данные по электропроводности, полученные в лаборатории Красновидово, представлены в таблице 1.
Рис. 5а, 5б. Измерение электропроводности
Электропроводность сульфатного нарзана в 150 раз больше, чем электропроводность воды Эльбруса. Значения магазинного нарзана находится между общим и доломитным.
Общая щелочность определяется титрованием соляной кислотой с использованием смешанного индикатора до окрашивания пробы в розовый цвет (рис. 6а, 6б). Пробы с высоким содержанием солей (доломитный и сульфатный нарзан) необходимо было дополнительно разбавить.
Рис. 6. Определение щелочности
Для получения информации о содержании хлоридов, сульфатов, натрия, калия, кальция и магния пробы обрабатывались на ионном хроматографе. Хроматография – один из самых современных методов разделения и анализа многокомпонентных смесей. Его важные достоинства – высокая точность, чувствительность, возможность определения малых количеств веществ. Для обработки пробы на хроматографе нужно отфильтровать пробы воды специальной насадкой-фильтром. Поскольку ионная хроматография – метод анализа микрокомпонентов, то содержание определяемых ионов в пробе не должно превышать некоторой величины. Поэтому пробы с высоким содержанием солей необходимо было дополнительно разбавить.
В таблице 2 и на диаграммах представлены результаты химического анализа проб воды.
По содержанию ионов мы видим подобие талой воды Эльбруса с нарзаном разных водоносных горизонтов. Увеличиваются только общее количество солей, которые воды набирают за время пути от Эльбруса до Кисловодска. Химический состав всех видов нарзана схож с составом талой воды Эльбруса, что подтверждает нашу гипотезу. Химический состав нарзана из магазина схож с химическим составом нарзана из Кисловодска, но его нельзя точно отнести к определенному типу. Нарзан из магазина по содержанию главных ионов располагается между общим и доломитным. Такой вывод позволяет нам дать рекомендацию не пить нарзан, купленный в магазине, бездумно, так как содержание солей превышает столовые нормы и имеет лечебное значение.
При анализе литературы и геологических разрезов у нас возникли сомнения в достоверности информации об эльбрусском происхождении нарзана. Поэтому мы связались с экспертом. По мнению эксперта Королева Бориса Игоревича (кандидат геолого-минералогических наук, заместитель начальника Управления геологических основ, науки и информатики Федерального агентства по недропользованию), кисловодский нарзан зарождается не на склонах Эльбруса, а в его предгорной части, где дождевая и талая вода просачивается в горные породы и, двигаясь по ним, насыщается химическими элементами и приобретает природную газацию.
Список литературы
1. Геологическая Библиотека GeoKniga www.geokniga.org/books/29422 [Электронный ресурс], дата обращения 10.09.2023 г.
2. Справочник гидрогеолога. Под ред. М.Е. Альтовского. Госгеолтехиздат, – Москва, 1962 г.
3. Г.В. Цыцарин, Н.А. Шмидеберг. Гидрохимический практикум. Общие методы анализа и обработки основных гидрохимических данных. Издательство Московского Университета, 1972 г.
4. Временные методические рекомендации по экспресс-опробованию подземных вод при ведении мониторинга. ЗАО «ГИДЭК» – 2004. Составители Закутин В.П., Вавичкин А.Ю., Чугунова А.М.
5. ХолдингАква holdingaqua.ru/narzan [Электронный ресурс], дата обращения 08.11.2023 г.
6. О.В. Топалова, Л.А. Пимнева. Химия окружающей среды. Издательство «Лань», Санкт-Петербург, 2022 г. – 160 с.
7. «Ужель тот самый Нарзан?» Журнал «Наука и жизнь» № 7, 2012, https://www.nkj.ru/archive/articles/20904/ [Электронный ресурс], дата обращения 30.11.2023 г.
8. А.В. Всеволожский. Основы гидрогеологии. Издательство Московского Университета, 2007 г.
9. Природные ресурсы СССР №6. Минеральные источники Кавказской группы минеральных вод (КМВ). Проф. А.И. Дзенс-Литовский.
10. Ж.А. Антонова, Е.В. Рассадина, Е.Г. Климентова. Основы гидрогеологии. Учебное пособие. Ульяновск, 2017 г.
11. Б.И. Королев. Автореферат. Изучение Кисловодского и Ессентукского месторождений углекислых минеральных вод на основе информационного анализа. – Москва, 2010 г.
