Куренщиков ДК_Экология_лекции_2013_2

в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу. ХФУ при испарении охлаждаются, что позволило применять их в следующих целях:

1)в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах;

2)в электронной промышленности, при очистке компьютерных микросхем;

3)в аэрозольных баллончиках.

● Второй аспект проблемы озона, которая относится к локальным проблемам, – увеличение его количества в нижних слоях атмосферы. Здесь его повышенная концентрация проявляет себя как сильный яд (класс опасности – II). У людей отмечается затрудненное дыхание, раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. У растений озон вызывает разрушение хлорофилла, что влечет за собой нарушение процесса фотосинтеза и синтеза биомассы.

По оценкам специалистов количество озона в приземном слое возросло в 2 раза по сравнению с началом индустриальной эпохи и ежегодно увеличивается на 1–1,5 %. Основной причиной этого является фотохимические реакции продуктов сгорания ископаемого топлива в нижних слоях атмосферы под воздействием яркого солнца, в результате которых образуется озон (процесс образования фотохимического смога).

Таким образом, антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но и отрицательно влияют на животных, птиц, состояние растений и экосистем и биосферу в целом.

7.3. Экологические проблемы в гидросфере

7.3.1. Гидросфера Земли, строение, функции

Гидросфера (греч. hydro вода, sphera шар) – совокупность вод земного шара, водная оболочка Земли. Около 75% земной поверхности покрыто водой. Вода на Земле присутствует в трех агрегатных состояниях:

•жидком – вода;

•твердом – лед;

•газообразном – водяной пар.

Вода – количественно неисчерпаемый природный ресурс, но человеку и всем другим живым орга-

низмам нужна не просто вода как вещество, а вода с определенными качествами, пригодными для жизнедеятельности. В настоящее время вода – самое драгоценное сырье. Вода пока ничем незаменима. Потеря 10% воды может привести к необ-

ратимым изменениям в организме, а потеря 15–20% приводит к смерти.

71

В питьевой воде растворены важные для жизнедеятельности организма органические и неорганические вещества. Химический состав воды Мирового океана по ряду химических элементов (Cl, Na, О2, Ca, K) очень близок к химическому составу крови человека (табл. 7).

Таблица 7

Основные элементы плазмы крови и морской воды

Вероятно, с близким химическим составом воды и плазмы крови связано оздоровительное влияние морской воды на организм человека.

Вода, благодаря электролитической диссоциации содержащихся в ней солей, кислот и щелочей, является катализатором разнообразных процессов обмена веществ в организме.

Вода гидросферы используется:

1)как сырье;

2)теплоноситель;

3)транспортная система;

4)растворитель;

5)почти всегда как среда, в которую удаляются всевозможные отходы. Классификация водных ресурсов 1. Поверхностные воды (98,3%) подразделяются:

на Мировой океан (океаны, моря, озера) – 97,5%. Средняя соленость воды Мирового океана около 35‰ (промилле – т.е. в каждом килограмме воды содержится 35 г соли), в тропических морях соленость может достигать 42‰ и выше. Наибольшая часть вод Земли сосредоточена именно в океанах: Тихом океане, Атлантическом океане, Индийском океане и Ледовитый океане. Все океаны соединяются между собой, образуя единый Мировой океан. В глубинах океанов все время поддерживается относительно постоянная температура воды, что обусловливает спокойное динамическое равновесие без всяких катастроф. Вполне вероятно, такие условия и позволили появиться жизни на нашей планете именно в океане;

пресную воду (реки, озера, льды) – 2,5%. Доступные для использования запасы пресной воды составляют только 1%.

72

Реки с притоками образуют речную систему, характер и развитие которой зависят в основном от климата, рельефа, геологического строения и размеров бассейна. Реки подразделяются на малые, средние и большие. Большинство рек земного шара именно малые. Они протекают в пределах одной географической зоны. Их можно сравнить с кровеносными сосудами организма. Малые реки питают большие реки, протекающие через несколько географических зон. Поэтому неблагополучие малых рек сказывается на всей речной системе. На малые реки длиной менее 100 км приходится около 99% общего числа рек России [30].

Кбольшим рекам мира относятся самая многоводная река – Амазонка

вБразилии, за ней следует Конго в Центральной Африке, затем Ганг с Брахмапутрой в Южной Азии и Янцзы – главная водная магистраль Китая. Из российских рек самые водоносные – Енисей, Лена, Обь (табл. 8).

Озера – водоемы, не имеющие непосредственного соединения с морем. Озера занимают около 1,8% поверхности суши. Большинство озер на Земле – пресноводные озера и находятся в основном в Северном полушарии, в более высоких широтах (табл. 9).

73

На территории России свыше 2 млн озер. Однако крупных озер всего два – озеро Байкал и Ладожское. Они входят в число 18 крупнейших озер мира. Озеро Байкал – самое глубокое озеро мира (максимальная глубина 1637 м).

Большие запасы пресной воды сосредоточены в водохранилищах. На территории России их около 30 тысяч. Самые крупные водохранилища находятся в Восточной Сибири: Братское, Красноярское, Зейское, Усть-Илимское и другие. На Дальнем Востоке: Бурейское, Колымское, Вилюйское и другие.

2. Подземные воды (1,7%): реки и льды. Значительная часть мировых ресурсов пресных вод формируется в областях полярных и горных ледников. Ледники покрывают около 10% всей суши. Самые знаменитые и уникальные ледники: Антарктида и Гренландия. В Антарктиде сосредоточено наибольшее количество льда, а, следовательно, запасов пресной воды на планете. Остров Гренландия, несмотря на то, что переводится название как «Зеленая страна», является вторым на планете покровным ледником после Антарктиды (рис. 40, 41).

Общая масса льда на суше очень велика. Если весь лед равномерно распределить по поверхности суши, то получится корка льда толщиной более 100 м. Масса ледников примерно в 32 раза больше массы всех поверхностных вод суши (табл. 10).

Таблица 10

Распределение водных масс в гидросфере Земли

74

Таким образом, ледники служат «кладовыми» пресной воды. В них сконцентрировано почти 69% мировых запасов резервной пресной воды. Ледники также влияют на климат, создают специфические ледниковые формы рельефа и неповторимые по красоте и суровости высокогорные ландшафты.

7.3.2. Загрязнение и истощение природных вод

Более 80% всех заболеваний в мире вызвано неудовлетворительным качеством питьевой воды (гастроэнтериты, многие паразитарные заболевания, малярия, кишечные отравления и др.). Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Усиление антропогенной нагрузки ведет к обмелению, загрязнению и даже уничтожению малых рек.

Главные источники загрязнения:

1)сточные воды промышленных предприятий и коммунального хозяйства;

2)стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и др.;

3)атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоемов, неорганизованный сток воды осадков (ливневые стоки, талые воды);

4)воды шахт, рудников, нефтепромыслов;

5)сбросы водного и железнодорожного транспорта и др.;

6)вырубка лесов в водоохранной зоне и распашка освободившейся площади;

7)осушение пойменных болот, озер и распашка пойм; при этом хозяйство лишается заливных лугов и сенокосных угодий.

Состояние воды малых рек зависит от ведения хозяйства на их берегах. Поэтому в задачу рационального использования водных ресурсов малых рек входит:

во-первых, установление равновесия между поступлением воды и годовым стоком во всех звеньях речного бассейна;

во-вторых, устранение губительного воздействия сточных вод предприятий, в том числе и сельскохозяйственных (стоки от животноводства, смыва удобрений с полей и другие). Только комплексные государственные мероприятия могут замедлить катастрофический процесс потери водности малых рек и превращения их в сухие овраги и балки.

Экологической катастрофой для Аральского моря обернулось использование водных ресурсов рек Амударья и Сырдарья для создания оросительной системы целинных земель. Аральское море – бессточное соленое озеро в Средней Азии, на границе Казахстана и Узбекистана.

75

С 1960-х гг. XX в. уровень моря (и объем воды в нем) быстро снижался вследствие забора воды из основных питающих рек Амударья и Сырдарья с целью орошения. До начала обмеления Аральское море было четвертым по величине озером в мире. Образовавшаяся на большей части высохшего моря солончаковая пустыня была прозвана Аралкумом и является источником пылевых бурь. Пыльные бури разносят соль, пыль и ядохимикаты на расстояние до 500 км. Бикарбонат натрия, хлорид натрия и сульфат натрия переносятся по воздуху и уничтожают или замедляют развитие естественной растительности и сельскохозяйственных культур. Согласно расчетам ученых спасти Аральское море уже невозможно. Некоторые предсказывают Аральскому морю полное исчезновение уже к 2020 г. (рис. 42).

Рис. 42. Деградация Арала

У Малого (cеверного) Арала, расположенного на территории Казахстана, надежда на восстановление еще есть и, в принципе, она не призрачная. Решение по восстановлению уровня Малого Арала было принято в 1990-е гг.

В рамках проекта «Регулирование русла реки Сырдарьи и Северного Аральского моря» в 2003–2005 гг. Казахстан построил от полуострова Кокарал до устья реки Сырдарьи Кокаральскую дамбу с гидротехническим затвором, который позволяет пропускать лишнюю воду для регулирования уровня водоема. Затвор сумел отгородить Малый Арал от Большого. Благодаря этому сток Сырдарьи начал скапливаться в Малом Арале, следовательно, уровень воды в море вырос, соленость уменьшилась, что

76

теперь позволяет разводить здесь некоторые промысловые сорта рыб. В будущем предполагается, что водой будет покрыта территория площадью 870 км2, что позволит восстановить флору и фауну Приаралья.

Печальную судьбу Арала начинают повторять другие крупные водоемы мира и, в первую очередь, озеро Чад в Центральной Африке (рис. 43, 44). Из-за неумеренного забора воды для орошения полей вода в нем становится все более соленой. Опыт, связанный с потерей, а затем с частичным восстановлением Аральского моря, может пойти всем на пользу.

Наиболее опасными загрязнителями являются:

•диоксины;

•соли тяжелых металлов;

•фенолы;

•пестициды и другие органические яды;

•нефтепродукты;

•насыщенная бактериями биогенная органика;

•ПАВ (поверхностно активные вещества);

минеральные удобрения и т.д.

В результате повышения биогенной органики очень часто наблюдается такое негативное явление как эвтрофикация водоемов и водотоков (греч. eutrophia хорошее питание) – обогащение рек, озер и морей биогенами, сопровождающееся повышением продуктивности растительности в водоемах. Для эвтрофных водоемов характерны богатые и разнообразные литоральные и сублиторальные растительность и обилие планктона. Однако чрезмерное поступление биогенных элементов мо-

77

жет приводить к взрывному развитию одноклеточных водорослей, так называемому «цветению воды», дефициту кислорода и, как следствие, гибели высшей растительности, рыб и других животных. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоема, так и антропогенных воздействий. Пусковым механизмом эвтрофикации является повышенное содержание фосфора и азота.

Источниками этих элементов служат:

удобрения, вымываемые с полей и садов;

отходы животноводства, смываемые с пастбищ, ферм и конюшен;

смываемые из городов и пригородов отходы домашних животных;

экскременты человека;

фосфатсодержащие детергенты (моющие средства: стиральные порошки, гели и др.);

кислотные дожди.

канализационные стоки.

Промышленные и сельскохозяйственные сточные воды содержат

морские экосистемы (рис. 45).

Во многих странах запрещено использование ортофосфата натрия в стиральных порошках для уменьшения эвтрофикации водоемов.

Меры борьбы с эвтрофикацией:

противоэрозионные и биолого-технические мероприятия по защите склонов водоемов;

контроль за отходами на стройплощадках и в горном деле;

охрана болот;

запрещение использования фосфатных детергентов;

усиление очистки канализационных стоков.

78

7.4. Антропогенное воздействие на литосферу

7.4.1. Строение и функции литосферы

Литосфера (греч. lithos камень, sphaira шар) – внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород (рис. 46).

Рис. 46. Строение литосферы

Актуальность экологического изучения литосферы обусловлена тем, что она является «кладовой» всех минеральных ресурсов планеты и одним из основных объектов антропогенной деятельности человечества.

Глобальный экологический кризис. В верхней части континен-

тальной земной коры развиты грунты, значение которых для человека тяжело переоценить. Грунты – органо-минеральный продукт многолетней (сотни и тысячи лет) общей деятельности живых организмов, воды, воздуха, солнечного тепла и света – является одним из важнейших природных ресурсов. В зависимости от климатических и геолого-географи- ческих условий грунты имеют толщину от 15–25 см до 2–3 м.

В границах литосферы периодически происходили и происходят грозные экологические процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических ситуаций в определенном регионе планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофам.

Экологические функции литосферы:

1)«базовая подсистема биосферы» (вся континентальная и почти вся морская биота опираются на земную кору);

2)вещественная – литосфера служит основным поставщиком мине- рально-сырьевых ресурсов;

79

3) энергетическая – большая часть которых относится к невозобновимым (нефть, каменный уголь и др.).

Верхний плодородный слой литосферы – почва.

Почва – рыхлый поверхностный слой земной коры, образовавшийся в результате длительного воздействия на литосферу атмосферы, воды, деятельности животных и растений.

Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана капиллярами, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества живых организмов: от бактерий до высших растений и млекопитающих. В почве температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха сглажены, а наличие грунтовых вод и капиллярной влаги создают запасы воды и обеспечивают режим влажности. В почве концентрируются запасы как органических, так и минеральных веществ, пополняемые в результате деятельности редуцентов, т.е. при разложении отмирающей растительности и трупов животных.

Экологическая функция почвы – способность обеспечить урожай растений за счет почвенного плодородия.

Почва сохраняет плодородие до тех пор, пока населена многочисленными живыми организмами, участвующими в сложных процессах гумификации (лат. humus земля, почва и facio делаю) (рис. 47).

Рис. 47. Почвенная биота. Живой и неживой компоненты

80