Лекция № 6. Тема:Гидросфера. Наиболее уязвимые компоненты Мирового океана

Тема: Гидросфера. Наиболее уязвимые компоненты Мирового океана

Цель: Дать основную информацию об уязвимых звеньях водных экосистем; сформировать у студентов умение предсказать последствия загрязнения водной среды

Гидросфера - это водная оболочка Земли, в которую входят воды Мирового океана, воды суши и подземные воды. Площадь гидросферы составляет 70,8% от поверхности земного шара, тогда как ее объем - всего около 0,1% от объема нашей планеты.

Доля поверхностных вод весьма мала, но они обладают исключительной активностью (меняются в среднем каждые 11 дней) и являются источником образования пресных вод на суше. Пресной называют воду, соленость которой не превышает 1%, т.е. содержащую не более 1 г солей в 1 л (соленость океанской воды около 35%). Количество пресной воды составляет 2,5% от общего объема, при этом почти две трети этой воды заключено в ледниках Антарктиды, Гренландии, полярных островов, льдин и айсбергов, горных вершин.

Подземные воды располагаются в толще земной коры на различной глубине (до 200 м и более). Глубокозалегающие воды минерализованы, многие из них соленые.

Антропогенные преобразования достигли глобальных масштабов, нарушая естественный режим озер и рек земного шара. В результате многообразного давления, природные системы в значительной степени утратили свои защитные свойства, и сейчас мы приходим к осознанию того, каким злом является загрязнение и истощение вод.

Загрязнение водоемов - это снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Загрязнение вод проявляется в изменении их физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запаха, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Загрязнение возникает при сбросе вредных веществ в поверхностные водные объекты, который причиняет вред или создает угрозу причинения вреда здоровью населения, нормальному осуществлению хозяйственной или иной деятельности, состоянию окружающей среды, а также биологическому разнообразию.

Основной объем воды (около 96%) сосредоточен в Мировом океане. Химический состав океанических вод очень похож на состав человеческой крови - в них помещаются почти все известные нам химические элементы, но, конечно, в разных пропорциях.

В естественных условиях поддерживается равновесие между поступлением химических элементов в воду и выведением из нее. Антропогенные преобразования нарушают этот баланс и влекут за собой ухудшение качества воды.

Качество воды - это характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования.Основными показателями качества воды являются ионный состав, общее солесодержание, цветность, запах и вкус, жесткость, щелочность, содержание железа, марганца и некоторых других элементов.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство.Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.

В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие подземные источники также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.Уже сейчас недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

Нарушено равновесие в водной среде Байкала - уникального озера, которое могло бы обеспечивать человечество чистой водой в течении почти полувека. На его акваторию ежегодно поступает более 8500 т нефтепродуктов, 750 т нитратов, 13000 т хлоридов и других загрязнителей.

Загрязнители воды - это все химические вещества, так или иначе загрязняющие воду, делающие ее непригодной для питья или же вредной для гидробионтов.

Установлено, что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод.Различают химические, биологические и физические загрязнители.

· Химическое загрязнение - это увеличение количества химических компонентов в водной среде, а так же проникновение в нее химических веществ, которые ей не присущи, или в концентрациях, превышающих обычную норму. Химическое загрязнение - самое стойкое. Оно может быть органическим (фенолы, пестициды) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным и нетоксичным. Его очаг может достигать 10 км и более.

· Биологическое загрязнение - это случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в природные экосистемы чуждых им растений, животных и микроорганизмов (патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов и др.). Оно опасно, но носит временный характер. Особенно загрязняют среду предприятия микробиологической промышленности, которые изготавливают антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок, биоконцентраты и т. п.

· Физическое загрязнение - это влияния различных механических примесей, тепла, радиоактивных элементов.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду твердых отходов (мусора), песка, ила и т. п., которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на состояние экосистем. Серьезный вклад в засорение вносит лесосплав. Потери при молевом сплаве нередко достигают 30% от первоначального количества древесины, что является серьезным фактором ухудшения качества воды, в частности, для рыбного хозяйства.

Тепловое загрязнение вызывается сбросом в водоемы нагретой воды. Это приводит к изменению химического состава воды и выделению ядовитых газов - сероводорода и метана, что стимулирует рост водорослей, вызывающих "цветение" водоемов. С повышением температуры в водоеме начинают быстро размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

Радиоактивное загрязнение образуется в результате сбрасывания или захоронения на дне радиоактивных отходов и весьма опасно даже при очень малых концентрациях. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Серьезнейшая экологическая проблема - восстановление водности и чистоты малых рек (т.е. рек длиной не более 100 км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивы к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение.

В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в европейской части России, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них, катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое существование.

К очень серьезным негативным экологическим последствиям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек. Так, уровень некогда многоводного Аральского моря катострофически понижается в связи с недопустимо высоким перезабором воды из Амударьи и Сырдарьи. По закону целостности биосферы, изменение одного звена влечет за собой изменение всех остальных. В результате объем Аральского моря сократился более чем на половину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды увеличилась в 2,5 раза.

Осушенное дно Аральского моря становится сейчас крупным источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сырдарьи на месте гибнущих тугайных лесов и тростниковых зарослей появляются бесплодные солончаки. Трансформация фитоценозов на берегу Аральского моря и в дельтах Амударьи и Сырдарьи происходит на фоне высыхания озер, проток, болот и повсеместного снижения уровня грунтовых вод, обусловленного падением уровня моря. В целом перезабор воды из Амударьи и Сырдарьи и падение уровня моря вызвали такие экологические изменения приаральского ландшафта, которые могут быть охарактеризованы как опустынивание.

Для сохранения и восстановления Аральского моря, нормализации экологической, санитарно-гигиенической и социально-экономической ситуации в Приаралье необходимы совместные усилия государств Средней Азии и Казахстана по перестройке экономики этих стран (отказ от ориентации на чрезвычайно водоемкие сельскохозяйственные культуры, сокращение орошаемых площадей и т. д.), постоянная ориентация на экологически устойчивое развитие.

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В связи с индустриализацией производства и резким увеличением отходов возникла необходимость обезвреживать и очищать сточные воды.

Очистка сточных вод - это их обработка с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с растворенными и нерастворенными загрязняющими веществами и способствуют их выпадению в отстойниках, откуда их удаляют механическим путем. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%, но этот способ непригоден для очистки стоков, содержащих большое количество разнородных загрязнителей.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются только дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяются коагуляция, окисление, сорбция и экстракция. Широкое применение нашел также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая чистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления. Хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физеологического самоочищения рек и других водоемов. Биологический метод применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и в специальных биоочистных сооружениях. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения.Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее (для удаления болезнетворных бактерий) и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы: ультразвук, электролиз, озонирование и др.

Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

Литература

1. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967

2. Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1976

3. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, М.: Наука, 1965

4. Биосфера: Сб./под ред. М.С. Гилярова. М.: Мир, 1972

5. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983

6. Каталог биосферы. М.: Мысль, 1991

7. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рандерс И. За пределами роста – М.: Прогресс Пангея, 1994

Дата добавления: 2014-01-15