trójkąt Fereta
Trójkąt Fereta — graficzna metoda odwzorowania wielkości trójskładnikowych, wykorzystywana w hydrogeologii do przedstawiania wyników analiz składu chemicznego wód podziemnych.
Skład naturalnych wód podziemnych
Naturalne wody podziemne są złożonymi roztworami wodnymi składającymi się z rozpuszczonych gazów oraz stałych substancji nieorganicznych (mineralnych) i organicznych w postaci roztworów właściwych, roztworów koloidalnych i zawiesin, w których występują żywe mikroorganizmy (bakterie i wirusy).
Skład chemiczny wód zależy od następujących czynników:
- poziomu wodonośnego – geologicznego środowiska wód podziemnych,
- warunków klimatycznych,
- głębokości zalegania wód podziemnych,
- temperatury,
- ciśnienia,
- wielkości powierzchni i czasu kontaktu wód podziemnych z materią skalną,
- długości drogi przepływu wód podziemnych,
- związku wód podziemnych z wodami powierzchniowymi,
- czynników antropogenicznych.
W skład wód podziemnych wchodzą:
- gazy rozpuszczone w wodzie – dwutlenek węgla (CO₂), tlen (O₂), siarkowodór (H₂S) i metan (CH₄);
- roztwory rzeczywiste związków nieorganicznych (mineralnych) w postaci jonów głównych (makroskładników) – chlorków (Cl⁻), siarczanów (SO₄²⁻), wodorowęglanów (HCO₃⁻) i węglanów (CO₃²⁻) oraz kationów sodu (Na⁺), magnezu (Mg²⁺) i wapnia (Ca²⁺) stanowiących ponad 90% substancji rozpuszczonych; jonów podrzędnych (drugorzędnych) – azotanów (NO₃⁻), azotynów (NO₂⁻), krzemianów (HSiO₃⁻), kationów amonowych (NH₄⁺), potasu (K⁺) i żelaza (Fe²⁺,Fe ³⁺); mikroskładników – k=jonów kilkudziesięciu pierwiastków chemicznych, np. kationów manganu (Mn²⁺);
- roztwory koloidalne – wodorotlenki żelaza Fe(OH)₃, wodorotlenki glinu Al(OH)₃, związki krzemu i związki organiczne
- zawiesiny związków nierozpuszczalnych w wodzie występujące np. w utworach krasowych.
Analizy wód podziemnych
Analizy wód podziemnych (analizy fizykochemiczne wód) obejmują badania ich składu chemicznego oraz ich właściwości fizycznych i chemicznych.
Określanie składu chemicznego wód podziemnych polega na oznaczaniu zawartości rozpuszczonych w wodzie substancji (gazów, związków nieorganicznych i organicznych), które mają wpływ na właściwości fizyczne wody (temperaturę, przewodność właściwą, gęstość, lepkość), właściwości chemiczne (pH, kwasowość, zasadowość, mineralizację, twardość) oraz właściwości organoleptyczne (smak i posmak, barwę, przezroczystość, mętność). Wyniki analiz przedstawiane są w postaci zapisu jonowego, ze szczególnym bądź wyłącznym uwzględnieniem zawartości w wodzie jonów głównych (makroskładników).
Analizy ogólne wody obejmują oznaczenie parametrów fizycznych, głównie temperatury, smaku, zapachu i barwy oraz przewodnictwa elektrycznego, i parametrów chemicznych – zawartości jonów głównych. Analizy pełne wykonywane np. podczas badania nowych zbiorników wodnych obejmują oznaczanie wszystkich parametrów fizycznych i chemicznych, łącznie z zawartością mikroskładników.
Formy przedstawiania analiz chemicznych
Jakość analizy składu chemicznego wód podziemnych ocenia się na podstawie bilansu jonowego, czyli porównania sumy kationów z sumą anionów zawartych w badanej próbce wody. Bilans jonowy uwzględnia przeważnie zawartość następujących jonów – kationów wapnia (Ca²⁺), sodu (Na⁺), magnezu (Mg²⁺), potasu (K⁺) i amonu (NH₄⁺) oraz anionów chlorkowych (Cl⁻), siarczanowych (SO₄²⁻), wodorowęglanowych (HCO₃⁻), węglanowych (CO₃²⁻), azotanowych (NO₃⁻) i azotynowych (NO₂⁻).
Wyniki analizy chemicznej czyli zawartość poszczególnych jonów wyraża się w następujących jednostkach – g/dm³ lub za pomocą miligramorównoważników (mval) otrzymywanych w wyniku podzielenia wagowej zawartości jonu (mg/dm³) przez masę równoważnikową A (masy jonowej podzielonej przez wartościowość jonu).
Wyniki analiz składu chemicznego wód podziemnych często przedstawia się w formie tabelek. W przypadku konieczności porównania wyników wielu analiz wykorzystuje się metody skróconego zapisu chemizmu wód (np. wzór Kurłowa) bądź przedstawia się je w formie graficznej w postaci wykresu trójkątnego (trójkąta Fereta) bądź wykresu trójkątno-rombowego (wykresu Pipera).
Wykres trójkątny, zwany również trójkątem Fereta, jest graficzną metodą odwzorowywania wielkości trójskładnikowych często stosowaną w hydrogeologii przy przedstawianiu analiz składu chemicznego wód podziemnych. Jednym punktem w układzie współrzędnych trójkątnych przedstawia się trzy elementy chemizmu wód – najczęściej zawartość głównych anionów i kationów (w % mval), a także zawartość gazów rozpuszczonych w wodzie oraz udział kationów amonowych (NH₄⁺), azotanów (NO₃⁻) i azotynów (NO₂⁻). Wykres trójkątny umożliwia wizualne zróżnicowanie analiz w zależności od stosunków stężeń między odwzorowywanymi elementami chemizmu wód, pozwala też uchwycić zmienność stężeń w subpopulacjach opracowywanych analiz.
Wykresy trójkątne dla anionów i kationów są podstawowymi elementami wykresu trójkątno-rombowego (wykresu Pipera), który wykorzystywany jest przy odwzorowywaniu wielu analiz, umożliwia przeprowadzanie formalnych klasyfikacji hydrogeochemicznych (klasyfikacja Monitiona) oraz przedstawianie kierunku zmian składu chemicznego wód podziemnych. Wykres Pipera składa się z dwóch trójkątów Fereta i umieszczonego pomiędzy nimi rombu. Wierzchołki trójkąta anionowego stanowią kationy wapnia, magnezu i potasu, wierzchołki trójkąta anionowego stanowią aniony siarczanowe, chlorkowe i wodorowęglany i węglany. Zawartość poszczególnych jonów w trójkątach (w % mval) rzutuje się następnie na położony między nimi romb.