Источники загрязнения гидросферы.
Лекция 3.
Гидросфера – водная оболочка земли.
Загрязнение гидросферы.
Гидросфера - водная оболочка Земли.
Источники загрязнения гидросферы.
Методы контроля качества воды.
Меры по охране воды.
Методы очистки сточных вод.
Гидросфера - водная оболочка Земли.
Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая все воды, находящиеся в жидком, твердом и газообразном состояниях.
Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах.
Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % общей площади земной поверхности).
Гидросфера уже 4 млрд лет назад была представлена следующими тремя составляющими: наземной (Мировой океан, речные, почвенные, озерные воды, ледники), подземной (воды литосферы), воздушной (парообразная вода атмосферы). Гидросфера включает следующие виды вод (в скобках доля от общего объема вод в гидросфере, %, по М.И. Львовичу, 1974):
Мировой океан (94,0);
подземные воды (4,3);
ледники (1,7);
воды суши (озера, речные воды, почвенная влага) (0,03);
пары атмосферы (0,001).
Вода входит в состав живого вещества как обязательный компонент (70–99 %). По сути, живое вещество – это водный раствор «живых» молекул. Именно вода обеспечивает их жизнедеятельность. Земная жизнь зародилась в водной среде, и поэтому ее можно считать производной воды.
|
|
|
Фундаментальные свойства воды:
1. Первое свойство гидросферы – единство и «всюдность» (по выражению В. И. Вернадского) природных вод. Все воды связаны между собой и представляют единое целое. Такое единство природных вод определяется:
а) легким переходом воды из одного фазового состояния в другое. В пределах земных температур известно три состояния: жидкое, твердое, парообразное. Плазменное состояние воды существует при высоких температурах и давлениях в глубоких частях недр;
б) постоянным присутствием в воде газовых компонентов. Природная вода – это водный раствор (газ, взвешенные твердые частицы, минеральные вещества).
2. Второе свойство гидросферы определяется особым строением молекулы воды. Строение и свойства воды обеспечивают наиболее благоприятные условия для развития жизни на Земле. Из физики мы знаем, что все тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Вода ведет себя иначе. Если бы при превращении в лед (охлаждении) она сжималась, лед бы был тяжелее воды и тонул на дно рек и озер. Реки были бы проморожены до дна, и жизнь в этих водоемах была бы невозможна. Лед – изолятор, который предохраняет от замерзания воду подо льдом, что защищает всю подводную жизнь. Если бы не было этого свойства, то Земля превратилась бы в закованную льдом планету.
|
|
|
Особое строение молекулы воды обеспечивает многообразие структуры ее при изменении внешних факторов (температура, давление, химического состава). Нам зимой приходилось наблюдать многообразие и красоту ледяных узоров на окнах, снежинку, иней на деревьях. Как нет абсолютно одинаковых двух капель воды, так нет двух типов воды, одинаковых по структуре.
3. Третье свойство гидросферы выражается в геологически вечной подвижности ее. Движение воды весьма многообразно и проявляется в многочисленных круговоротах. Главное движение воды – геологический круговорот вещества. Каждую секунду под влиянием солнечного тепла миллионы кубических метров воды поднимаются вверх и образуют облака. Ветер приводит облака в движение. При подходящих условиях влага выпадает в виде дождя или снега. Дождевые капли имеют благоприятный размер для всего земного и падают тихо, мягко. Случайны ли все благоприятные для жизни совпадения? Так, вода участвует в своеобразных круговоротах вещества и энергии. Эта система установилась на Земле с появлением свободной воды и продолжается по сей день.
|
|
|
Почему происходит движение? Движение может происходить под действием: а) силы тяжести; б) солнечной (тепловой) энергии; в) молекулярного движения при смене фазового состояния.
4. Четвертое свойство гидросферы определяется высокой химической активностью воды. В условиях земной коры нет природных тел, которые в той или иной мере не растворялись бы в природных водах. Вода в биосфере выступает в роли универсального растворителя, ибо, взаимодействуя со всеми веществами, как правило, не вступает с ними в химические реакции. Это обеспечивает обмен веществ между сушей и океаном, организмами и окружающей средой.
Важнейшими абиотическими факторами водной среды являются следующие:
1. Плотность и вязкость.
Плотность воды в 800 раз, а вязкость - примерно в 55 раз больше, чем воздуха.
2. Теплоемкость.
Вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому океан является главным приемником и аккумулятором солнечной энергии.
3. Подвижность.
Постоянное перемещение водных масс способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических свойств.
4. Температурная стратификация.
По глубине водного объекта наблюдается изменение температуры воды.
|
|
|
5. Периодические (годовые, суточные, сезонные) изменения температуры
Самой низкой температурой воды считают - 2°С, самой высокой + 35-37°С. Динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха.
6. Прозрачность и мутность воды.
Определяет световой режим под поверхностью воды. От прозрачности (и обратной ей характеристики - мутности) зависит фотосинтез зеленых бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества.
Мутность и прозрачность зависят от содержания взвешенных в воде веществ, в том числе и поступающих в водные объекты вместе с промышленными сбросами. В связи с этим прозрачность и содержание взвешенных веществ - важнейшие характеристики природных и сточных вод, подлежащие контролю на промышленном предприятии.
7. Соленость воды.
Содержание в воде карбонатов, сульфатов, хлоридов имеет большое значение для живых организмов.
По степени солености все водоемы условно подразделяются на
пресные с соленостью менее 0,5 0/00,
солоноватоводные - соленость колеблется в пределах 0,5 – 160/00 ,
соленые – больше 16 0/00.
Соленость океанических водоемов составляет 32 - 380/00,
Самое высокое содержание солей в соленых озерах, где концентрация электролитов доходит до 370 0/00.
Главное отличие морской воды от речной состоит в том, что подавляющую часть морской соли составляют хлориды, а в речной воде преобладают углекислые соли. Человек для обеспечения жизнедеятельности использует только пресную воду. Из общего количества водных ресурсов на земле на долю пресной воды приходится не более 3%.
8. Растворенный кислород и диоксид углерода.
Перерасход кислорода на дыхание живых организмов и на окисление поступающих в воду с промышленными сбросами органических и минеральных веществ ведет к обеднению живого населения вплоть до невозможности обитания в такой воде аэробных организмов.
9. Концентрация водородных ионов (pH).
Все гидробионты приспособились к определенному уровню pH: одни предпочитают кислую среду, другие - щелочную, третьи - нейтральную. Изменение этих характеристик может привести к гибели гидробионтов.
Источники загрязнения гидросферы.
Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Загрязнение гидросферы огромно и началось давно, особенно загрязнение поверхностных вод.
Загрязнение представляет собой качественное истощение вод, основной причиной которого является поступление неочищенных или недостаточно очищенных стоков. Главные потребители воды — промышленность и сельское хозяйство, а также жилые кварталы крупных городов и населенных пунктов, расположенных по берегам рек и озер.
Источники загрязнения водоемов более разнообразны:
сточные воды промышленных предприятий;
сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов;
стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов;
атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоемов и водосборных бассейнов.
Наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод России являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые примеси, соединения металлов, аммонийный и нитритный азот, а также специфические загрязняющие вещества — лигнин, формальдегид и др.
Выделяют три вида основных загрязнений океана и континентальных вод планеты: биологическое, химическое, физическое.
1. Биологическое загрязнение – сброс в воды водоемов большого количества органических веществ, способных к брожению. Их происхождение различно: сточные городские и промышленные воды, содержащие пищевые продукты и фекалии, сточные воды сахарных заводов и целлюлозно-бумажных комбинатов и т. д. Большое количество почвы, органики и минеральных удобрений смывается в водные объекты с сельскохозяйственных территорий во время половодья и после сильных дождей. Органические отходы окисляются бактериями и другими микроорганизмами. Для окисления микроорганизмам необходим кислород, растворенный в воде. Вследствие чего содержание кислорода в водоеме снижается. Многие полезные обитатели рек с трудом переносят пониженное содержание кислорода в воде или вообще не способны существовать в таких условиях.
2. Химическое загрязнение. К наиболее опасным загрязнителям этого вида относят: соли тяжелых металлов (свинца, ртути, железа, меди).
По результатам анализа волоса с головы великого композитора Бетховена доказано, что его болезни (глухота, боли желудочно-кишечного тракта и т. д.) были вызваны водой, которую он пил из реки Дунай, и рыбой (форель), которую подавали к столу. Волос содержал очень большое количество свинца. Отравителем гения был свинец. Известно, что при попадании в организм через желудочный тракт он быстро всасывается в кровь, а в дальнейшем накапливается в мягких тканях и костях. Период полураспада свинца в крови равен 20 дням, в костной ткани – 20 годам.
Другим загрязнителем является нефть и нефтепродукты. По оценкам специалистов, нефтью уже загрязнена 1/5 часть акватории Мирового океана. В водоемы Сибири ежегодно сбрасывается 4 000 т нефтепродуктов, топлива, горюче-смазочных материалов.
Следующим видом химического загрязнения являются нитраты, фосфаты. Нитраты поступают в воды водоемов через удобрения, а фосфаты как синтетические моющие средства. Вносимые в природные водоемы фосфаты и нитраты служат источником питания для фотосинтезирующих водорослей, численность которых достигает катастрофических размеров («цветение» воды). Изменение состояния водной экосистемы в результате повышения концентрации в воде питательных элементов, как правило, фосфатов и нитритов называют эвтрофикацией. Основным источником дополнительного поступления фосфатов в природные воды служат бытовые сточные воды, содержащие фосфаты моющих средств и конечных продуктов жизнедеятельности животных и человека. Уже эвтрофированные озера могут восстанавливаться, если поступление фосфатов и нитратов в них прекращается. Озера, не способные к восстановлению естественным путем, могут потребовать дополнительных условий: устройства дренажных сооружений, кислородного обогащения, осаждения фосфатов или биообработки.
В силу различий гидрологических характеристик водных потоков (режим и водность), в зависимости от климатических и ландшафтных условий, а также неравномерного размещения населения и промышленности, создающих загрязнение, в ряде регионов России возникают особо напряженные ситуации с водными ресурсами.
3. Физическое загрязнение– сброс в поверхностные водоемы нерастворенных материалов (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 охота. Использование патронов, заряженных сплавами свинца и сурьмы, вызывает загрязнение биосферы. Подсчитано, что если 2 млн охотников сделают хоть один выстрел, то выпустят 32 т свинца. Свинец способен накапливаться в водоемах.
К этому виду загрязнения относится и тепловое загрязнение. Подогретая вода от ТЭЦ и других предприятий, поступая в водоем, приводит к повышению температуры воды в нем. Это приводит к уменьшению кислорода в воде. Начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы.
С загрязнением связана угроза истощения водных ресурсов и необратимого экологического изменения водных систем и всей гидросферы.
К относительно чистым отнесены водные объекты, бассейны которых характеризуются большой залесенностью, отсутствием крупных промышленных предприятий, регулярного судоходства и молевого лесосплава. Притоки Печоры, Хатанги.
Умеренно загрязненные водные объекты имеют признаки эвтрофирования, что позволяет использовать их как для промышленного, так и для питьевого водоснабжения. Ангара, Лена, Колыма, Енисей, Северная Двина.
В загрязненных водных объектах повышенные концентрации вредных веществ опасны для рыбоводства; для питьевого водоснабжения использование воды ограничено и допустимо лишь для некоторых технических целей. Волга, Дон.
Грязные и чрезвычайно грязные воды представляют собой по существу стоки промышленных предприятий. Высокая концентрация загрязняющих веществ полностью подавляет самоочищаюшую способность рек и водоемов. При аварийных сбросах эта концентрация достигает очень высоких значений. Кама, Иртыш, Обь, Амур.
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 102; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!