5

Тема: ОХОРОНА ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

План:

1. Поняття про гідросферу

2. Вода як особлива речовина

3. Основні види та джерела забруднень природних вод

4. Водні ресурси України

1. Поняття про гідросферу

Гідросфера — водна оболонка Землі, до складу якої входять океани, моря та континентальні водні маси, сніговий покрив і льодовики. У загальному вигляді прийнято поділяти гідросферу на:

• Світовий океан,

• континентальні води

• підземні води.

Гідросфера на нашій планеті – це основна частина її поверхні: понад 380 млн. км, або понад 75% площі поверхні Землі (загальна її площа – 510 млн. км2.). Площа морів і океанів становить – 361,2 млн. км, льодовики покривають 16,3 млн км2 або майже 11% суші, озера і річки – 2,3 млн. км2 або 1,7%, болота та перезволожені землі – 3 млн. км2.

Вода належить до найбільш поширених речовин у природі. Водні ресурси планети в рідкому, газоподібному і твердому станах становлять 1,6 млрд. куб. км, а її поверхня займає близько 4/5 поверхні Земної кулі. Значні її кількості у вигляді льоду і снігу вкривають високі гори і величезні простори Арктики і Антарктики. Багато води в атмосфері повітря — пара, туман і хмари. Великі кількості води містяться і в земній корі у вигляді підземних вод. У природі вода перебуває не тільки у вільному стані, а і в хімічно зв'язаному. Вода входить до складу багатьох гірських порід і всіх рослинних і тваринних організмів. Хімічний склад гідросфери наближається до середнього складу морської води. Гідросфера перебуває у безперервній взаємодії з атмосферою, земною корою та біосферою.

Вода – не тільки елемент природного середовища, але й активний геологічний і географічний чинник. Вона є носієм механічної і теплової енергії, транспортує речовини, здійснює роботу. Вода завдяки своїй рухливості відіграє важливу роль в обміні речовин і енергії між геосферами і різними географічними районами.

Із загального об’єму води:

• в океані - 94% солона, не придатна для пиття.

• підземні води - 4%

• льодовики - 1,6%

• озера - 0,016%

• річки - 0,0001%.

Сукупність різних форм води на планеті утворюють єдину систему, зв’язану у загальний планетарний кругообіг води, рушійною силою якого є енергія Сонця.

2. Вода як особлива речовина

Вода, Н₂0 — рідина без запаху, смаку і кольору; оксид водню. Молекула води складається з одного атому Оксигену і двох атомів Гідрогену. Атоми Гідрогену розташовані в молекулі так, що напрямки до них утворюють кут 104,45º із вершиною в центрі атома Оксигену.

Чиста вода - безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. При 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С і нормальному атмосферному тиску кипить, перетворюючись у пару. В газоподібному стані вода існує і при нижчій температурі, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.

У рідкому стані практично не стискається, у замерзлому стані розширюється на 1/11 від свого об'єму.

Найбільшу густину вода має при +4°С.

Унікальні властивості води

Вода — одна з найдивніших сполук на Землі — давно вже вражає дослідників незвичністю багатьох своїх фізичних властивостей.

1. Єдина речовина, яка в нормальних земних умовах може знаходитися одночасно в трьох агрегатних станах — твердому, рідкому і газоподібному. Це забезпечує повсюдність води, вона пронизує всю географічну оболонку Землі і проводить в ній різноманітну роботу.

2. Найбільша серед рідин теплота випаровування (енергія, необхідна для переведення води у пару). Разом з тим, при випаровуванні води поглинається багато енергії, що використовується організмами для охолодження тіла. Перехід води з одного стану в інший супроводжується витратами (випаровування, танення) або виділенням (конденсація, замерзання) відповідної кількості тепла. На танення 1 г льоду необхідно затрачувати 677 кал, на випаровування 1 г води — на 80 кал менше. Висока прихована теплота плавлення льоду забезпечує повільне танення снігу і льоду. Якщо порівняти температуру кипіння і замерзання гідридів, утворених елементами шостої групи таблиці Менделєєва (селену H₂Se, телуру Н₂Те), і води (Н₂О), то по аналогії з ними температура кипіння води повинна бути близько — 60° С, а температура замерзання — нижче 100° С. Але і тут виявляються аномальні властивості води — при нормальному тиску в 1 атм вода кипить при +100° С, а замерзає при 0° С.

3. Вода – єдина речовина, яка в твердому стані має меншу густину ніж у рідкому. Як правило, максимальна густина фізичних тіл спостерігається при температурі затвердіння. Максимальна густина дистильованої води спостерігається в аномальних умовах — при температурі + 3,98 ºС, тобто при температурі вище точки затвердіння (замерзання). При відхиленні температури води від 4° С в обидва боки густина води зменшується. Аномальна зміна густини води спричиняє за собою таку ж аномальну зміну об'єму води при нагріванні: із зростанням температури від 0 до 4° С об'єм води, що нагрівається, зменшується і лише при подальшому зростанні починає збільшуватися. Якби при пониженні температури і при переході з рідкого стану в твердий густина і об'єм води змінювалися так само, як це відбувається у переважної більшості речовин, то при наближенні зими поверхневі шари природних вод охолоджувалися б до 0° С і опускалися на дно, звільняючи місце більш теплим шарам, і так продовжувалося б до тих пір, поки вся маса водоймища не охолонула б до температури 0° С. Далі вода починала б замерзати по всій товщі, і водоймище промерзало б на всю його глибину. При цьому багато форм життя у воді були б неможливо. Але оскільки найбільшої густини вода досягає при 4° С, те переміщення її шарів, що викликається охолоджуванням, закінчується при досягенні цієї температури. При подальшому пониженні температури охолоджений шар, що володіє меншою густиною, залишається на поверхні і замерзає. А оскільки лід має погану теплопровідність – це захищає розміщені нижче шари від подальшого охолоджування і замерзання.

4. Найбільша серед рідин питома теплоємність. Зумовлює необхідність великої кількості енергії для нагрівання води до температур, вищих за гранично допустимі для живих організмів, а тим більше до кипіння. Теплоємність води в 3000 разів більша, ніж теплоємність повітря. Це означає, що при охолоджуванні 1 м³ води на 1° С на стільки ж нагрівається 3000 м³ повітря. Тому, акумулюючи тепло, Океан здійснює пом'якшувальний вплив на клімат прибережних територій.

5. Вода — універсальний розчинник, тому в природі не буває хімічно чистої води. Ця здатність води забезпечує перенесення речовин в географічній оболонці, лежить в основі обміну речовинами між організмами і середовищем, в основі живлення живих істот.

6. Вода має рекордне серед інших рідин (крім ртуті) значення коефіцієнта поверхневого натягу і поверхневий тиск. Через це крапля води прагне прийняти форму кулі, а при зіткненні з твердими тілами змочує поверхню більшості з них. Саме тому вона може підійматися вгору по капілярах гірських порід і рослин, забезпечуючи ґрунтоутворення і живлення рослин.

Наслідки:

а) велика кількість організмів рухається по поверхні води

б) вода проникає у найменші щілини, капіляри і пори. Чим вужчі капіляри, тим вище підіймається вода.

7. Вода володіє високою термічною стійкістю. Водяна пара починає розкладатися на водень і кисень лише при температурі вище 1000° С.

8. Вода має високу пружність і низьку стисливість. Звукові й ультразвукові хвилі поширюються краще, ніж у деяких металів.

9. Вода має високу світлопроникність ( у чистій воді до 100 м і більше).

10. Вода володіє великим діапазоном фазових переходів. Різниця в 100 ⁰С між кипінням і замерзанням забезпечує можливість підготовки до холодного і теплого сезонів.

Властивості води сильно змінюються під впливом тиску і температури. Так, при зростанні тиску температура кипіння води підвищується, а температура замерзання, навпаки, знижується. З підвищенням температури зменшуються поверхневий натяг, густина і в'язкість води і зростають електропровідність і швидкість звуку у воді.

3. ОСНОВНІ ВИДИ ТА ДЖЕРЕЛА ЗАБРУДНЕННЯ ПРИРОДНИХ ВОД

1 т паперу – 100 м³ води

1 т сталі – 200 м³ води

1 т нікелю – 4000 м³ води

1 т синтетичного волокна – від 3000 до 5000 м³ води

Зрошування 1 га поля – 12-14 тис. м³ води

Забруднення води поділяють на:

• механічне

• хімічне

• біологічне

• фізичне

До механічного забруднення відносять збільшення у воді вмісту нерозчинних домішок – піску, глини, мулу тощо. Такі домішки потрапляють у водойми за рахунок змиву дощовими водами грунтів із розораних ділянок, надходження суспензій із підприємств гірничо-рудної промисловості, пилу від пилових бур, куряви на дорогах і т.п.

Хімічним забрудненням води називають зміну її природних хімічних властивостей за рахунок збільшення в ній вмісту хімічних домішок. Хімічні домішки поділяють на неорганічні та органічні.

Основними неорганічними забруднювачами є сполуки миш’яку, свинцю, кадмію, ртуті, хрому, міді, фтору. Такі хімічні речовини особливо небезпечні внаслідок впливу кумулятивного ефекту. Кумулятивний ефект – прогресуюче збільшення вмісту шкідливих речовин у кожній наступній ланці ланцюга живлення.

1 10 100 1000

Наприклад: вода – фітопланктон – зоопланктон – риба

Вміст ртуті у тілі балтійської тріски подекуди може сягати 800 мг/кг риби. З’ївши 5-6 таких рибин, людина отримає стільки ж ртуті, скільки її міститься в медичному термометрі.

Вперше про кумулятивний ефект заговорили після опису хвороби Мінамата, яку виявили японські вчені у людей, що споживали рибу, виловлену у затоці, забрудненій ртуттю.

До небезпечних неорганічних забруднювачів відносять неорганічні кислоти й основи, котрі змінюють рівень рН до критичних для водних мешканців величин (риба існує в діапазоні рН 5,0 – 8,5)

Часто причиною забруднення вод є змив отрутохімікатів із сільськогосподарських угідь. Деякі з них є дуже стійкими і починають мігрувати по харчових ланцюгах багато років. Зокрема, отрутохімікати виявляють у тканинах пінгвінів та білих ведмедів — далеко від тих областей, де цими речовинами знищують шкідників агроекосистем. Крім цього, вимивання мінеральних добрив з полів призводить до збагачення водойм поживними речовинами. Разом із масовим скиданням сполук фосфору із каналізаційними стоками (фосфор входить до складу багатьох синтетичних миючих засобів – пральних порошків, засобів для миття посуду тощо) це призводить до евтрофікації – збагачення водойм біогенними елементами, що супроводжується підвищенням їх продуктивності і «цвітіння» (активне розмноження синьо-зелених водоростей). Як наслідок – відмерлі водорості починають гнити, що тягне за собою зменшення вмісту кисню у воді та призводить до задухи водних мешканців.

Найпоширенішими органічними забрудниками води є нафта, нафтопродукти (щороку – понад 10 млн. т) та поверхнево-активні речовини (ПАР). До складу нафти входять різні класи вуглеводнів: аліфатичні (метанові), циклічні насичені (нафтенові), циклічні ненасичені (ароматичні) та ін. Вона є токсичною речовиною для всіх мешканців гідроекосистем.

Розливи нафти найчастіше пов’язані із її втратою під час видобутку (у процесі буріння скважин, аварій на нафтових платформах), транспортуванні (аварії танкерів), при скиданні баластних вод танкерів та ін.

Розрахунки показують, що літр нафти, розлитої по поверхні моря, поглинає розчинений кисень із 400 тис. літрів морської води. Тонна нафти, розтікаючись по поверхні води, може покрити плівкою акваторію в 10 км2. Нафтопродукти, що надходять до Світового океану, знижують здатність води до природного самоочищення, змінюють санітарний режим, стимулюють розвиток деяких патогенних бактерій та вірусів. Негативний вплив нафтових забруднень позначається і на інших ланках природних екосистем, включаючи водорості, ракоподібні, молюски, риби та інші.

Біологічне забруднення водойм – розвиток у них шкідливих організмів (бактерій, вірусів, водоростей, найпростіших тощо). Основні джерела – комунально-побутові відходи, стоки підприємств харчової промисловості. Біологічні забруднювачі потрапляють у водойми із стічними водами комунального господарства, тваринницьких ферм та сільськогосподарських угідь, м’ясокомбінатів, пивних заводів тощо. Ці води часто містять хвороботворні бактерії та віруси – збудники інфекцій. Використання забрудненої ними води для пиття і купання призводить до захворювання холерою, дизентерією, інфекційним гепатитом, амебною дизентерією, гельмінтозом, ехінококоомз та іншими хворобами.

Комунально-побутові стічні води становлять 15–20% усього об’єму стічних вод. Проте, якщо обсяги промислових і сільськогосподарських стічних вод та кількість забруднюючих речовин у них можна уникнути за рахунок зворотного водопостачання (повторного використання), зміни технології виробництва, дотримання норм і термінів хімізації землеробства, то для господарсько-побутових стічних вод характерне постійне зростання їх обсягів. Це зумовлено зростанням чисельності населення, збільшенням водокористування, поліпшенням санітарно-гігієнічних умов життя у містах та інших населених пунктах.

Фізичне забруднення води – зміна природних фізичних властивостей води. Різновидом є теплове забруднення – зміна температурного режиму водойми. Основні джерела: теплові й атомні електростанції.