Лекции мудл / 2.4-2.5_Современное состояние и охрана гидросферы

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОХРАНА ГИДРОСФЕРЫ

Водные ресурсы — сырье особого рода, без которого невозможна реализация любых технологий. Вода используется на всех этапах, и она же является одним из конечных продуктов, необходимых каждому человеку.

В состав гидросферы входят все природные воды Земли, объединенные глобальным круговоротом вещества и энергии. Гидросфера включает следующие виды вод: Мировой океан, подземные воды, ледники, воды суши (к ним относятся озера, речные воды и почвенная влага), а также пары атмосферы.

Подавляющая часть гидросферы приходится на Мировой океан, затем идут подземные воды и ледники. На долю поверхностных вод приходится малый объем, но исключительная их активность служит началом формирования всех источников пресных вод на суше.

Вода, как и другие химические вещества, обладает рядом интересных, полезных и даже уникальных физических и химических свойств.

Свойства воды с точки зрения экологических особенностей.

1. Способность существовать в различных агрегатных состояниях. благодаря строению молекулы воды. Таким образом, вода при определенных внешних условиях может наблюдаться в окружающей среде во всех фазовых состояниях.

2.Способность растворять многие вещества. Молекулы воды сильно электрически поляризованы, и поэтому ей свойственны чрезвычайно мощное взаимное притяжение молекул, очень высокая диэлектрическая проницаемость Её молекулы притягивают, окружают и отделяют ионы от кристаллов солей, образуя комплексы гидратированных ионов. Именно это свойство воды обусловило существование соленой и минерализованной воды на планете. Вода растворяет большое количество биогенных элементов. Это свойство воды имеет значительные экологические последствия, увеличивая количество водных растворов и соединений, переносящих энергию и информацию на большие расстояния.

3.Вода имеет парадоксальную зависимость плотности от температуры. Максимум плотности жидкой воды достигается при 4 °С. Вода при такой температуре и плотности может переносить на дно загрязнения, захваченные по пути прохождения водного потока. Вредные химические вещества могут оседать на дно и включаться в трофические цепи, отравляя практически всю пищевую цепочку. Более того, при замерзании, то есть переходе в кристаллическое состояние, вода не уменьшает, а почти на 1/10 увеличивает свой объём. Благодаря этому образующийся на водоёмах лёд не опускается на дно, а остаётся на поверхности, предохраняя водоёмы от промерзания. Теплоёмкость воды, её теплоты испарения

иплавления очень велики. Вследствие большой теплоёмкости воды океаны и моря, медленно накапливая и отдавая тепло, существенно уменьшают перепады температуры и смягчают климат планеты. Испаряясь с поверхности океанов, вода запасает энергию в виде теплоты парообразования и впоследствии отдаёт её при образовании облаков и выпадении осадков. Таким образом, климатообразующее влияние воды невозможно переоценить.

4.Текучесть вод. С этим свойством связана способность воды очень быстро

ина большие расстояния распространять любые загрязнения.

5.Оптические свойства воды таковы, что свет от их поверхности отражается, преломляется, рассеивается и поглощается. Все многообразие указанных процессов зависит от многих факторов, основными из которых являются интенсивность волнения, цвет водной массы, интенсивность газообмена и течений, чистота вод и многие другие.

6.Акустические свойства. Звук в воде распространяется в 4—5 раз быстрее, чем в воздухе, и достигает колоссальных скоростей, до 1600 м/с. Причем с увеличением температуры, солености и давления скорость звука в водной среде значительно возрастает. Наиболее значимым экологическим следствием этого свойства воды оказалось шумовое воздействие, оказываемое двигателями водных транспортных средств на морских животных.

7.Электропроводность воды, которая возрастает с увеличением температуры. Также электрический потенциал зависит от степени минерализации воды, поэтому морская вода обладает большей электропроводностью. Это свойство воды часто используется в лечебной практике при проведении медицинских процедур, таких как электрофорез и в других целях.

Экосистемые функции гидросферы.

Экосистемными называют функции природных сред, которые обеспечивают и поддерживают на надлежащем уровне параметры функционирования жизненной среды (биотической и абиотической составляющих) для живых организмов.

1.Физические функции воды как жизненного пространства.

Организмы, живущие в воде, называют гидробионтами, для них вода является жизненной средой, вне ее они существовать не могут. Такие организмы берут из воды питательные вещества, адаптируются к условиям среды и генетически приспособлены именно к такой среде обитания. В случае ее нарушения или разрушения гидробионты не могут адаптироваться к изменяющимся условиям и погибают. Особенно важен для обитания гидробионтов так называемый фотический

слой т.е. слой максимального проникновения света и тепла, в котором происходят основные жизненные процессы. Изменение температуры в зависимости от широты и глубины местности также является физическим фактором, влияющим на распространение жизни, условия питания, размножения и миграции живых существ.

2. Химические и биохимические функции среды.

Огромное значение имеют такие характеристики как количество, состав и интенсивность поступления питательных веществ, а также количество тепла и энергии. Эти показатели формируются в водной среде в зависимости от широты местности, глубины водоема, скорости течения в нем, качественного и количественного состава смываемых с материков веществ, особенностей природопользования в акваториях и множества других, не менее значимых факторов.

3. Скорость протекания биохимических и других процессов.

В водную среду постоянно поступают продукты жизнедеятельности живых организмов, загрязнения токсического характера, например, нефтяные пленки или поверхностно-активные вещества от моющих средств. Реакции на подобное воздействие могут быть:

Содной стороны, ингибирующими, когда все процессы у гидробионтов и в экосистеме в целом замедляются, а при увеличении дозы или интенсивности поступления загрязняющих веществ и вовсе останавливаются. Прекращение естественных процессов ведет к застою и разрушению экологической системы.

Сдругой стороны, может проявляться стимулирующее воздействие, когда новые поступающие вещества воспринимаются участниками трофической цепи как увеличение кормовой базы. Казалось бы, не так плохо и тем более не катастрофично. Однако если такой процесс будет продолжаться длительное время и бесконтрольно, количество гидробионтов увеличится до критической массы. И как следствие поступление в воду биологических отходов сильно возрастет, при том, что количество растворенного в воде кислорода будет стремительно падать.

4. Физико-химические экологические функции водной среды.

Примерами проявления данной функции могут быть химические реакции вод с привнесенными веществами, адсорбирующие свойства вод, преобразование химических веществ в процессе переноса на большие расстояния. Одним из факторов в последнее столетие становится аккумуляция в водной среде и телах гидробионтов тяжелых металлов. Проблема осложняется еще и тем, что при прохождении по пищевой цепи в организме высшего потребителя (т.е. крупных морских животных или человека) количество тяжелых металлов увеличивается в разы.

С общеэкологических позиций важно понять, что именно эволюцией гидросферы планеты определились в прошлом условия развития органического мира на Земле, состоянием гидросферы они определяются в настоящем и будут определяться в будущем.

Хочется отметить, что для живых организмов определяющее значение имеют постоянство и сохранение на высоком уровне параметров состояния окружающей среды. Происходящие в настоящее время изменения качества водной среды слишком быстротечны и не дают эволюционной возможности жизненным формам выработать механизмы адаптации к ним.

Загрязнение водных объектов — это привнесение в них чужеродных компонентов в различных агрегатных состояниях, негативно влияющих на экологическое состояние и снижающих их экологические, физические и химические функции.

В настоящее время установлено более 5 сотен видов загрязнителей гидросферы разной степени активности и вредности. Общепринято деление всех за-

грязнителей на следующие группы: физические, химические и биологические

Первая группа загрязнителей – это физические загрязнители. Они изменяют температуру, цвет, вид, запах, параметры течения вод. Со многими из них природным водам помогает справиться такое свойство, как буферная емкость вод т.е. способность накапливать, преобразовывать или удалять негативные воздействия. Конечно, эта емкость не бесконечна и на нее оказывают существенное влияние следующие факторы:

Во-первых, температура вод. Чем холоднее водные массы, тем медленнее идут процессы очищения водоема, но и растворимость загрязнителей в холодной воде ниже.

Во-вторых, скорость течения. При высоких скоростях течений эта емкость выше из-за высокой степени изменений, происходящих в водоеме. При низких скоростях течений загрязняющие вещества или отходы успевают вступить в химическую реакцию с водой и микроорганизмами, и из физических загрязнителей переходят в химические.

Большое влияние оказывает размер водного объекта. Чем он крупнее, тем большее количество загрязнителей он может ассимилировать, преобразовать и обезвредить, также общий объем водной массы обеспечивает значительное обезвреживание загрязнителя за счет его разбавления.

Частной характеристикой физических загрязнений является тепловое загрязнение. Оно может происходить как по природным причинам, так и в результате антропогенного воздействия. Повышение температуры вод приводит к уменьшению количества растворенного в воде кислорода, формированию анаэробной т.е. бескислородной среды, росту количества ядовитых газов как продуктов жизнедеятельности гидробионтов (таких как сероводород, метан и др.). Для водных объектов умеренной климатической зоны допустимым уровнем подъема температуры из-за сброса теплых вод относительно естественной температуры является 3-5°С;

Активно перемещаются в водных массах такие радиоактивные загрязнители, как стронций-90, уран, радий-226, цезий и другие. Атропогенный путь поступления таких загрязнителей известен — это сброс зараженных вод и захоронение радиоактивных материалов на дне водных объектов. Однако существует и естественный источник, например, в районах с выходом скальных пород на поверхность или при их близком залегании к грунтовым водам, таких как граниты, гранитоиды, базальт и др.

Так же к физическим загрязнениям относится сброс в поверхностные водоемы нерастворимых материалов, например, глин, как отходов производства при разработке карьеров и шахт. Оседая на дно, глинистая тонкодисперсная фракция может погубить выметанную икру рыб.

Другим видом физического загрязнения является засорение вод остатками лесосплава, а также бытовыми и промышленными отходами, которые значительно ухудшают состояние вод и нарушают равновесие экосистем.

Следующий вид загрязнителей– это химические загрязнители.

Они вызывают изменение кислотности среды, влияют на количество растворенного кислорода, изменяют ход биологических реакций, а также условия жизненной среды экосистемы вплоть до полного ее разрушения. Особой проблемой в химическом загрязнении водоемов становится то, что водная среда чрезвычайно мобильна и подвижна, поэтому любые загрязнения распространяются в ней быстро и могут наносить вред далеко от места своего сброса. Следовательно, и масштаб ущерба от них увеличивается многократно.

В отдельную группу принято выделять загрязнение особо опасными веществами и соединениями, сюда относятся тяжелые металлы, мышьяк и т.п.

Другим загрязнителем является нефть и нефтепродукты. Общее загрязнение ими Мирового океана превышает 10 миллионов тонн в год. Каждая тонна

нефти покрывает тонкой пленкой порядка 12 км2 водной поверхности. По оценкам специалистов, нефтью уже загрязнена 1/5 часть акватории Мирового океана. Если пятно нефти небольшое (до 10 м2), то оно исчезает с поверхности за 24 часа, образуя эмульсию, а тяжелые фракции нефти оседают на дно. Если размер нефтяного пятна больше, то нефтяная пленка приводит к гибели большого количества живых организмов (млекопитающих и птиц), нарушает процессы фотосинтеза и газообмен между гидросферой и атмосферой.

Следующим видом химического загрязнения являются нитраты и фосфаты. Нитраты поступают в воды водоемов через удобрения, а фосфаты как синтетические моющие средства. Присутствие в воде таких веществ придает ей неприятный вкус и запах. Там, где в водоемах течение быстрое, образуется пена. Если концентрация синтетических моющих средств в воде 1 мг/л – погибает планктон, а если

5мг/л – происходят заморы рыб.

Впроцессе химического и экологического мониторинга выявлено, что химические загрязнения часто не только распространяются в водной массе, но и переходят в другие среды, например, при попадании в тела живых организмов подвергаются биохимическому преобразованию. Химические загрязнители, как правило поступают в водные объекты с атмосферными осадками, сточными водами, сбрасываются транспортными средствами, смываются с полей поверхностным стоком, а в грунтовые воды просачиваются по порам почвы и трещинам горных пород.

Последняя группа загрязнителей – это биологические загрязнители. Биологическое загрязнение характеризуется сбросом в водоемы большого количества органических веществ, способных к брожению. Их происхождение различно: сточные городские и промышленные воды, содержащие пищевые продукты и отходы жизнедеятельности, сточные воды сахарных заводов и целлюлозно-бумаж- ных комбинатов и т. д. Многие биогенные вещества дают животноводческие комплексы. Большое количество почвы, органики и минеральных удобрений смывается в водные объекты с сельскохозяйственных территорий во время половодья и после сильных дождей.

Чрезмерное обогащение водоемов биогенами приводит к их эвтрофикации, т.е. резкому повышению биопродуктивности. При этом начинается массовое размножение фитопланктона, в первую очередь неприхотливых сине-зеленых водорослей. «Цветение» воды и постепенное отмирание массы водорослей становится источником вторичного загрязнения и это может нарушить равновесие экосистемы.

Биологическое загрязнение приводит к сильному бактериологическому заражению воды. С этим видом загрязнения связан ряд проблем в области общественной гигиены, т.к. через водную среду чаще всего происходит заражение следующими заболеваниями: кишечными инфекциями, иерсиниозами, гепатитом А и др.

Биологическое загрязнение вод подвержено значительным сезонным или просто температурным колебаниям. Наиболее серьезные заболевания, вызванные водными паразитами, отмечаются в тропической зоне.

К общим последствиям загрязнения водных сред можно отнести изменение параметров водного режима (т.е. снижение водности, проточности, скорости течения и т.п.), существенное изменение или коренное преобразование биохимических процессов вплоть до создания невыносимых условий для жизни гидробионтов и невозможность использовать эти воды ни в одной из отраслей хозяйства без существенной очистки, возможны также структурные нарушения вплоть до разрушения водного объекта, когда распадается береговая линия. Любое загрязнение вод со временем приводит и к ухудшению органолептических свойств водоемов и водотоков.

Для защиты поверхностных вод от загрязнения предусматриваются следующие экозащитные мероприятия:

Развитие безотходных и безводных технологий;Внедрение систем оборотного водоснабжения, т.е. создание замкнутого

цикла использования производственных и бытовых сточных вод, когда сточные воды все время находятся в обороте, и попадание их в поверхностные водоемы исключено;

Совершенствование методов очистки сточных и канализационных вод;Комплексная программа утилизация отходов;Создание водоохранных зон.

Загрязнение природных вод становится сильным фактором отрицательного воздействия человека на окружающую среду и гидросферу, в частности. С загрязнением связана угроза истощения водных ресурсов и необратимого экологического изменения водных систем и всей гидросферы.

Загрязнение водной оболочки нельзя понимать, как простое накопление вредных веществ. Загрязнение и истощение подземных и поверхностных вод вызывают изменения в биологическом круговороте веществ, сказываются на качестве питьевой воды, на состоянии всей окружающей среды и самое важное – на здоровье людей.

1.Гальперин, М. В. Общая экология : учебник / М.В. Гальперин. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2019. — 336 с. — (Среднее профессиональное образование). - ISBN 978-5-16-102790-5. - Текст: элек-

тронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1005929

2.Данилов-Данильян В. И., Лосев К. С. Экологический вызов и устойчивое развитие: Учебное пособие. - М.: Прогресс-Традиция, 2000-418 С.

3.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда: Учебник для студентов вузов / 2-е изд., перераб. и дополн. – М.: ЮНИТИ. – 2009. – 556 с.