Химизм — это химическая природа какого-либо вещества, явления или процесса.
Выход на поверхность разнообразных по минеральному составу коренных горных пород, длительный процесс их выветривания, деятельность покровного ледника, перемоловшего камень, перемешавшего и заново отложившего его обломки и частицы (см. разделы главы Геология, рельеф, почвы) создают ту основу, которая определяет химизм наших вод. В условиях избыточного увлажнения осуществляется обильная фильтрация атмосферных осадков через почвы и подстилающие породы разного характера и химического состава. Как с поверхностным стоком, так и в составе грунтовых вод растворенные химические соединения поступают в реки и озера.
По природному химическому составу поверхностные воды Карелии в целом, и заповедника «Кивач» в частности, неоднородны. У нас отсутствует какое-либо загрязнение промышленными или сельскохозяйственными стоками, и это означает, что все химические взаимодействия в водоемах идут на естественном фоне. При этом у водоёмов заповедника существует определенная специфика. Важнейшими гидрохимическими показателями являются (в скобках — размерность): а) минерализация (сумма ионов или сухой остаток, милиграммов на литр) и жёсткости, определяемой содержанием ионов кальция и магния (мг-экв/л); б) цветность, которую определяет концентрация органических (гýмусовых) веществ (в градусах, °); в) содержание железа (милиграммов на литр).
Общая характеристика и схема размещения заповедных озер даны в разделе озера заповедника.
По степени минерализации вόды «Кивача» в пять раз превышают среднее значение по Карелии (соответственно 104 и 22 мг/л). По степени жёсткости реки и озера заповедника располагаются в широком диапазоне — от 0,04 (Чудесная ламба) до 2,7 мг-экв/л (река Сандалка). В среднем эта величина составила 1,1 мг-экв/л, тогда как в большей части водоёмов Карелии вода имеет жёсткость 0,2–0,4 мг-экв/л. Это связано с широким распространением и поверхностным залеганием относительно легкорастворимых доломитов в фундаменте территории заповедника: соединения кальция и магния составляют основу частиц, слагающих эти осадочные горные породы. Наиболее минерализованы подземные воды. Так, например, содержание кальция в воде родников Кивача составляет в среднем 31,1 миллиграммов на литр, а в водах ручьёв его всего 15,3 мг/л, т. е. в два раза меньше. Далее, по убыванию концентрации кальция, следуют реки (13,2), озёра (9,3) и болота (кальция в их воде всего 3,7 мг/л). То же и по магнию: если в воде родников его 22,8 мг/л, то в ручьях в 2 раза меньше, а в воде болот всего 2,8 мг/л.
Цветность воды в озерах и реках зависит от количества растворенной органики — гýмуса, образующегося при разложении торфа в болотах, расположенных в пределах водосборного бассейна. Высокое содержание окрашенного гумуса свидетельствует о выносе органических веществ стоком из болот. Эта органика существенно влияет на химизм водоёмов: гуминовые кислоты связывают растворенные химические элементы, в том числе биогенные («дающие жизнь»), то есть гумификация снижает биологическую продуктивность водоёмов. Так что чем ниже цветность, тем выше качество воды. У воды Пандозера, Пертозера и Мунозера показатель равнялся нулю, в предел до 20° укладывалась цветность Суны, Гебозера, Чудесной ламбы. На противоположном краю спектра находятся река Сандалка (80°), озеро Хемолампи (100°) и безымянная ламба на северном мысу заповедника (160°). В среднем по Карелии цветность в исследованных водоёмах определяется в 90°, в заповеднике «Кивач» — 37°.
Содержание железа в крупных водоемах варьирует от аналитического нуля (река Нива, большинство станций отбора проб на Суне, Мунозеро, Пертозеро) до 0,2 в воде Гимойлампи, в среднем 0,07 мг/л. И в этом случае абсолютным рекордсменом оказываются подземные воды. В исследованных родниках заповедника содержание растворенного железа составило в среднем 1,9 мг/л, в болотной воде его уже на порядок меньше, и так далее — до рек (0,03 мг/л).
В обширном спектре исследованных водоемов Кивача (более сорока пунктов отбора проб, некоторые с двух- трехкратной повторностью) есть Чудесная ламба — озеро с парадоксальным химизмом. Ламба имеет глубину до 8 м и является остаточным озером сильно заболоченной котловины в гряде водно-ледниковых отложений (см. фото 2; вид сверху — в «подвале» раздела озера заповедника). По дну — мощный слой слизи из полуразложившихся растительных остатков. Несмотря на столь выраженную болотную принадлежность, вода прозрачна и бесцветна, так как растворенной органики в воде очень мало — под стать чистейшим Мунозеру и реке Суне в среднем течении. Но, хотя следовало бы ожидать высокого содержания минеральных элементов, величина минерализации колеблется в разные сезоны от 6 до 20 мг/л, что в несколько раз меньше нижнего предела в «белых» озерах заповедника. Чудесная ламба существует как бы сама по себе, наполняемая лишь атмосферными осадками.
* * *
В южную часть Сундозера, по северной границе заповедника, донные родники несколько тысяч лет выносят воду из горизонтов, расположенных под сильно заболоченной равниной (см. фото в «подвале» раздела озера заповедника). Содержание растворенного железа в одном из них (6,5 мг/л) до 100 крат превышает таковое в воде рек, ручьев и озер Кивача. Прибрежные мелководья этой части Сундозера местами усыпаны плоскими, округлыми, с концентрическим рисунком конкрециями осаждённого железа, диаметром от 3 мм до 10 см. Их народное название — монеты водяного, а геологическое — монетная (денежная) озёрная руда.
«Монеты водяного» (конкреции озерной железной руды) среди камней на отмели Сундозера (фото А. Кутенкова)
Железо является одним из самых распространённых элементов земной коры и входит в состав большинства минералов, слагающих горные породы. Когда железосодержащие минералы разлагаются под действием природных сил, железо, будучи химически высокоактивным, легко вступает в биогеохимический круговорот. При взаимодействии с различными кислотами, содержащимися в проникающей в грунт воде, образуются растворимые соединения железа.
Наибольшей кислотностью обладает вода болот, и в нее непрерывно переходит железо подстилающего болотные котловины минерального грунта, а также содержащееся в торфе и освобождающееся по мере его разложения. Просачивание болотной воды пополняет запасы грунтовых вод, — так растворенное железо перемещается в водоносные горизонты. Основной транспорт железа в наших условиях осуществляют именно подземные воды).
Водоносные горизонты — резервуары подземных вод — открываются донными родниками в озёра, где их встречает нейтральная (не кислая) водная среда. При этом в ходе химических реакций образуются нерастворимые соединения железа (например, гидрат окиси железа по химической терминологии), выпадающие в осадок. Накапливаясь на участках дна, концентрируясь вокруг мелких обломков камня, постепенно сцепляясь друг с другом и с песчинками и глинистыми частицами, крупицы такой «ржавчины» формируют отложения плотных, но достаточно хрупких землистых образований. Они имеют разную форму: в виде шаровидных конкреций, твердых корок и слоёв, желваков, ноздреватых или рыхлых слоистых масс. Вариант конкреций в виде плоских кружков, которые во множестве образуются на дне озерных отмелей вблизи источников железистых вод, — это и есть монеты водяного.
На листе миллиметровой бумаги разложены образцы желваковой (сверху), бобовой и монетной (нижний ряд) озёрной руды, собранные на Сундозере (фото А. Кутенкова)
Общее название таких осадочных железных руд — бурый железняк (лимонúт), основу которого составляют гидроокислы железа (соединения его солей и окислов с молекулами воды).
Монетные руды обильно представлены в озёрах таёжной зоны в районах распространения древних разрушенных выветриванием горных пород и широкого развития плоско-волнистого рельефа с множеством болот. Это определение в точности подходит к местности, где расположен заповедник «Кивач».
Вид северной части территории заповедника «Кивач» с высоты (фото С. Луганникова)
«Самородное» железо первобытные жители края начали использовать ещё в первом тысячелетии до нашей эры, выплавляя его из озёрной руды в примитивных печах. Во времена Петра I (XVIII век) и позже экономика южной Карелии во многом основывалась на добыче и переработке именно этого сырья и следующего за ней литейного и кузнечного производства.
При железоплавильных заводах Олонецкого округа в 1891 году извлечение этих руд достигало 535000 пудов, и было выплавлено 189500 пудов чугуна (https://fb.ru/article/426251/ruda-bolotnaya-sostav-mestorojdeniya-osobennosti-dobyichi).