Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Гидросфера как главный регулятор климатических и геологических процессов на Земле

Тема 1.

Информация об оказываемых коммунальных услугах

ООО «Домсервис» предоставляет коммунальные услуги ТСЖ и лицам, пользующимся помещениями в этих многоквартирных домах в соответствии с обязательными требованиями, установленными Правилами предоставления коммунальных услуг гражданам, качества в соответствии с требованиями законодательства, Правил и договора управления в, необходимом объеме, определяемом исходя из нормативов потребления коммунальных услуг, показаний приборов учета или иным способом, указанным в Правилах, безопасные для жизни, здоровья потребителей и не причиняющих вреда их имуществу, в том числе:

а) холодное водоснабжение;

б) горячее водоснабжение;

в) водоотведение;

г) электроснабжение;

д) отопление.

 

1. Цели и задачи курса

Любое инженерное решение проблем защиты и охраны окружающей среды требует ясных представлений о природной обстановке в регионе и на изучаемом объекте. Для того, чтобы студент научился оценивать эту обстановку, вводится комплексный курс основ гидрогеологии, климатологии и общей геологии, цель которого – помочь будущему специалисту-экологу разбираться в общих особенностях этой обстановки, в значительной степени определяющих экологическую ситуацию на изучаемых объектах и обуслов­ливающих комплекс мероприятий по защите окружающей среды. Основные задачи курса: познакомить студента с главными факторами, определяющими физико-географические условия, геологическое строение участков исследо­ваний и условия распространения и залегания подземных вод, часто являющихся одним из главных объектов природной среды, требующих защиты от загрязнения и истощения.

Студент должен научиться: квалифицированно оценивать физико-географические особенности территорий, в частности климатические параметры, результаты метеорологических наблюдений и прогнозов; составить ясное представление о геологическом строении участков работ, в том числе о таких геологических явлениях как карст, оползни и обвалы, суффозия, эрозионная и абразионная деятельность поверхностных и подземных вод; оценивать гидрогеологические особенности участков – распространение водоносных горизонтов и водоупоров, фильтрационные свойства водовмещающих пород, химический состав подземных вод, защищенность водоносных горизонтов.

Климатология, геология и гидрогеология объединяются в рамках гидросферы. Вода, как будет показано в курсе, формирует климат, участвует в образовании любой горной породы, является важнейшей составной частью недр Земли. Поэтому теме, связаной с водой, как объединяющей составные части этого курса, уделяется особое внимание.

2. Понятие "гидросфера".

Под гидросферой понимаются все природные воды, вне зависимости от формы их существования. Только при таком понимании понятия "гидросфера" можно подойти к представлениям о единстве природных вод. В Геологическом Словаре дано определение гидросферы как "прерывистой оболочки между литосферой и атмосферой", с которым вряд ли можно согласиться.

Можно выделить 3 части гидросферы: надземную, наземную и подзем­ную.

 

3. Развитие представлений о воде.

¤ Фалес Милетский – вода как первооснова всего существующего, первичное вещество Вселенной. Наблюдения над полыньей.

¤ Древние культы великих рек. Нил, Ганг, Сена, Волга

¤ Культ воды в древнем Египте

¤Работы лорда Генри Кавендиша (1731-1810). Власть флогистонной гипотезы. Водород, вытесняемый цинком из соляной кислоты как гидрат флогистона; Вода как простой элемент. Установление физических параметров воды.

¤ Работы Антуана Лавуазье (1743-1794). Опыты с окислением раска­ленного железа водяным паром. Синтез воды. Выступление А. Лавуазье и П.Лапласа на заседании Французской Академии 24.6.1793 г – веха в истории изучения воды. Вода была охарактеризована как сложное вещество, которое можно синтезировать из простых газов – водорода (родящего воду) и кислорода (окисляющего вещества). Быстрая реакция на опыты Лавуазье – воздушные шары Жозефа и Этьена Монгольфье (горячий воздух) и Жака Шарля (водород). Гибель Лавуазье.

¤ Работы А.Гумбольта и Ж.Гей-Люссака, (1805 г), установивших соотно­ше­­ние объемов водорода и кислорода 2/1 – Н2О имолекулярную массу воды –18.

 

4. Уникальность свойств воды как регулятора природных процессов

¤ Открытие периодического закона Д.И.Менделеева (1869 г). Несоот­вет­­ствие физических параметров воды Периодическому Закону.

¤ Температуры плавления и кипения

Избрание воды для создания температурных шкал. Цельсий (1701-44). Шкала Цельсия –1741 г. Реомюр (1683-1757). Шкала Реомюра 1730 г. Т-ра кипения воды принята за 80о (1оС = 5/4оR). Фаренгейт (1686-1736). Точка таяния льда принята 32оF, точка кипения воды – 180оF (tоС = 5/9 tоF - 32).

Несоответствие периодическому закону видно из сравнения т-р кипения и плавления водородных соединений элементов группы кислорода. Данные для Н2Se cнимаются с графика. Для воды видно, что при соответствии периоди­ческому закону температура плавления воды составляла бы около минус 90о, а т-ра кипения – около -70о. Вода при “нормальных” условиях была бы токсич­ным дурнопахнущим газом. Жизнь на Земле была бы невозмож­на.

¤ Теплоемкость

Удельная теплоемкость воды – самая высокая из всех жидкостей. И здесь вода принята за эталон: для того, чтобы нагреть 1 г воды на 1оС надо затратить 1 калорию тепловой энергии (calor – тепло, лат.). Для сравнения: гипс - 0,27, сухая глина 0,22 кал. (1 кал = 4,187 Дж.) Удельная теплоемклсть льда и пара вдвое ниже – 0,5 кал/г.град. Необычайно велики и скрытые теплоты плавления и парообразования воды – 79 и 539 кал. Таким образом, чтобы перевести 1г льда с температурой 0оС в пар надо затратить 79+100+539 = 718 калорий тепла. Благо­да­ря такой чрезвычайно высокой теплоемкости вода является главным регулятором теплового режима на нашей планете. Крупные водоемы, и прежде всего, Мировой океан, – регуляторы теплового режима Земли. Для почвенного слоя годовой теплооборот 1,5-3 ккал/см2, для,например, Балтийского и Черного морей 48-52. При отсутствии водоемов летом температура поднималась бы, а зимой опускалась на несколько сот градусов и жизнь на Земле была быневозможна; наоборот, если бы Земля полностью была бы покрыта океаном, годовая амплитуда воздуха изменялась бы от 0 на экваторе до 5-6оС на полюсах. Влияние океана распространяется на всю планету, включая полюса холода в Антарктиде.

¤ Диэлектрическая постоянная воды (e) при температуре около 0оС составляет около 82 – самая высокая из всех жидкостей. У большинства рас­тво­рителей не выше 50, у неполярных жидкостей (бензин, керосин) не более 3. Это свойство воды предопределяет явление электролитической диссоциации, т.е. способность солей, кислот, щелочей распадаться в водных растворах на разноименно заряженные ионы. Вода инертна как растворитель. Она привносит питательные вещества в живые организмы и выносит шлаки и заменить ее нечем. Т.о. и без этого свойства воды жизнь на Земле была быневозможна.

Вода растворяет минералы, но они вновь возрождаются, если воду испарить. Это – формирование многих осадочных пород, процессы денудации.

¤ Все вещества обладают максимальной плотностью при температуре плавления, кроме воды. Максимальная плотность воды (1,0 г/см3) соответствует т-ре 3,98о; плотность льда 0,918 г/см3; только вода не тонет в собственном расплаве; на это обратил внимание еще Фалес Милетский. При замерзании воды образуется тонкая защитная корка льда, обеспечивающая сохранение водоемов, прежде всего – Мирового океана – главного регулятора воздушного режима планеты. И без этого свойства воды жизнь обрела бы совсем другие формы.

5.Представления о структуре воды

¤ Строение молекулы воды. Представление о валентной (1 А) и водо­родной (1,78 А) связи

¤ Идеи В.Рентгена; Дж. Бернала (лед-тридимит, кварц, аммиак); П.Флоренского 2О; (H2O)2; (H2O)3]; О.Я.Самойлова (модели пустот); М.Аджено; Можно представить: [(H2O)n <====> (H2O)n-1 + H2O]. Ассоциации до 30 А.

¤ Влияние температуры на структуру воды

Разрушение toC e % структуированных

структуры: молекул

 

0 82 50

100 55 30

300 20

370 10

 

Особенность свойств талой воды. “Цветение” воды в прибрежной зоне арктических морей; приближение к свойствам крови; использование талой воды фермерами, врачами; “подготовленность”.

¤ Влияние давления

Изменение вязкости воды при приложении высоких давлений. Сначала – уменьшение и только при 1000 атм. начинается увеличение. Причина –перестройка структуры на первых этапах повышения давления.

 

 

¤ Представления об активированной воде

Опыты новосибирских ученых (Ф.А.Летников и др.) по обработке воды в автоклавах. Температуры до 400оС, давления до 1000 атм (100 Мпа). Повышение растворяющей способности (к сульфидам, гипсу, кварцу); Интерпретации по современному сульфидному рудоотложению (термы Челекена, Красное море). Биологическая активность, попытки объяснения целебных свойств некоторых типов минеральных вод.

¤ Влияние электрического поля

Разрушение структуры; увеличесние на 11-18 % скорости испарения; увеличение т-ры замерзания; изменение интенсивности поглощения световых лучей.

¤ Влияние магнитного поля

Биологическое действие: наблюдения де-Герсю (Женева, XIII в); замачивание семян (огурцы, картофель, кукуруза и др.) – повышение продуктивности на 15-20%; разрушение эритроцитов; активность ферментов, клеточных мембран.

Технологические эффекты: патент Вермейера (Бельгия, 1945 г) по борьбе с накипью; буровое дело; стоматология; гидротехника; обогащение полезных ископаемых; строительное дело (качество кирпича, бетона) и т.д.

Изменение рН: рН –––> 7; D pH до 0,6;

¤ Эффекты перемешивания. Мельницы Иоганеса Хинта (1980) в строительном деле, рыбоводстве, с/х (всхожесть семян); судьба Хинта.

¤ Влияние естественных полей. Опыты Дж. Пиккарди по выпадению коллоидов под влиянием изменения интенсивности магнитного поля в связи с изменением солнечной активности.

¤ Представления о “структурной памяти” воды

 

5. Изотопия воды

Работы Вл.Ив. Ферронского, Иг. Нест. Толстихина

1H – протий – 99,98 %

2Н (D) – дейтерий – 0,02 %

3Н (Т) – тритий – 3 . 10-16 %

На Земле 3-10 кг ест. трития. Период полураспада 12,26 лет

16О; 17О; 18О – стабильные изотопы кислорода;

14О; 15О; 19О – короткоживущие;

16О – 99,76 %

17О – 0,04 %

18О – 0,20 %

D2O: плотность – 1,1 г/см3; температура плавления 3,81о; температура кипения 101,4о; максимальная плотность при 11,3о.

SMOW- Standart Marine Ocean Water (D – 0,0158 о/оо; 18О – 0, 1985 о/оо)

Прямая Крейга: DD = 8 D18O + 10 о/оо

Т2О: r – 1,33 г/см3; температура плавления 9о; температура кипения 104о; Ест. фон 3-5 Т.Е.; Теперь 20 Т.Е. Ижорское плато под С.-Петербургом).

7. Гидросфера и происхождение жизни на Земле

Всё развитие гидросферы связано с удивительным феноменом нашей планеты – жизнью. Вопрос о происхождении жизни остается открытым. Разные точки зрения можно свести к следующим:

а) жизнь возникла в глубоких недрах Земли; сложные углеводородные соединения, давшие начало жизни были синтезированы в недрах при высоких давлениях и температурах (Евг. Конст. Мархинин, Вулканы и жизнь, 1980);

б) жизнь возникла в результате эволюции из неживой материи (Ал-др Ив. Опарин, Происхождение жизни);

в) жизнь – космический феномен, занесенный на Землю (Вл. Ив. Вернадский, Начало и вечность жизни, из-во “Советская Россия”, 1989);

г) единый творческий акт;

Ни одна из этих гипотез до конца не доказана. В беседах двух замечательных ученых геохимика В.И.Вернадского и биохимика Ник. Вл. Тимофеева-Ресовского на проблему происхождения жизни было наложено табу. Уже 4 млрд. лет назад гидросфера была представлена наземной, поверхностной и подземной составляющими. Океан представлял собой резервуар, в котором могла существовать и развиваться жизнь.

8. Общие свойства и функции гидросферы

 

1) включает все виды воды

2) мимикрия

3) водообмен

4) повсеместная населенность живыми организмами

5) регулирование теплового режима

6) перенос веществ

 

9. Водные круговороты

¤ Климатический

Бурные события на внутренних границах гидросферы,энергетическим источником для которых служит энергия Солнца, счете в многолетнем балансе описываются простыми уравнениями климатического круговорота.

Количество воды на планете 2,4 млрд куб.км. На соленые воды и рассолы приходится ~ 98 %. Распределение (тыс. куб.км, %)

океан 1370 55,8

подземные воды (по В.Ф.Дерпгольцу 1050 42,8

ледники 35 1,4

поверхностные воды 0,5 0,02

атмосферные воды 0,01 0,0004

В уравнении климатического круговорота проф. М.И.Львович "прокручивает" наиболее подвижные 525 тыс. куб.км

океан:

суша:

бессточные области:

итого:

 

В климатическом круговороте можно очертить отдельные циклы с разной интенсивностью водообмена. В каждом из них осуществляется интенсивная работа по переносу растворенного вещества, формирующая или разрушающая горные породы.

Атмосферный сток; продолжительность цикла 8-10 дней; 3-4 т/кв.км в год

Поверхностный сток: цикл – дни, месяцы; 6-10 т/кв.км в год.

Подземный сток: цикл – до сотен лет; 20-30 т/ кв.км в год.

 

¤ Геологический

Продолжительность полного круговорота (от попадания воды в недра до ее возвращения в океан может достигать сотен миллионов лет. Геологические круговороты замкнуты на главный водный резервуар Мировой океан.

Химический состав воды Мирового океана:

г/кг %-экв г/кг %-экв

19,35 90,20 10,76 77,32

0,07 0,14 0,39 1,64

2,70 9,28 0,41 1,36

0,14 0,38 1,29 17,62

0,01 0,06

Важные константы:

 

океан – осадочная порода – океан

океан – осадочная порода – зона метаморфизма – океан

океан – атмосфера – суша – осадочная порода – зона метаморфизма – океан

океан – атмосфера – вулканический очаг – океан и т.д.

 

10. Антропогенный этап развития гидросферы

Примерно 6-7 тысяч лет назад начинает проявляться активное влияние Homo sapiens на природную обстановку (распашка земель, строительство жилищ, первые ирригационные сооружения). Наиболее серьезные глобальные последствия – ХХ-ХI века.

 

¤ Ситуация с углекислым газом.

естественная концентрация для начала ХХ века – 0,030 %

семидесятые годы – 0,033 %

современная – подходит к 0,04 %

по скромным прогнозам (рост 4% в год) к 2100 году – 0,08%

далее – медленный спад (сожгут уголь и основные запасы нефти)

 

Современный рост концентраций СО2: Выброс СО2 в год:

50-60 гг – 6,4% 1950 г – 6,4 млрд. т.

60-80 гг – 7,2% 1960 г – 10,5

1980 г – 26

 

М.И.Будыко прогнозирует к 2100 г подъем уровня океана до 5-6 м. Некоторые исследователи увязывают с ростом СО2 усилиние фотосинтеза, замедляющего процесс (В.И.Лебедев, О.Г.Сорохтин) и рассмат­ривают выброс углекислого газа как благо (повышение продуктивности лесов,урожайности). Нужен надежный мониторинг. “Благо” выгодно для нефтебизнеса – причины многих бедствий. Извлечение всего накопленного природой углерода –противоестественный процесс.

 

¤ Ситуация с кислотностью.

Годовой выброс SO2 ~ 300 млн. тонн.

Главное – добыча угля, а не сульфидов

сжигание угля – 70 % SO2

жидкое топливо – 19

металлургия – 11

Сопутствующий процесс:

Проблемы: подкисление природных вод; 20 тыс озер Швеции (из 90 тыс), 50 тыс. озер Канады, 1/2 озер Норвегии закислены как рыбные (рН <5). Исследования осадков парка Адиронак (Канада): изменения состава диатомей, начиная с 1945 года.; рН снизилось с 6 до 4,5. Разрушение памятников культуры (Парфенон, др.храмы)

¤ Добыча и переработка радиоактивных компонентов.

Концентрации трития в природных водах как индикатор происходящих процессов.

¤ Ноосфера

Построения Пьера Тейяра де Шардена (“Феномен человека”). “Удача и честь нашего краткого существования заключена в его совпадении с преобразованием ноосферы”

“Земля, дымящая заводами. Земля, трепещущая делами. Земля, вибрирующая сотнями новых радиаций. Этот великий организм в конечном счете живет лишь для новой души и благодаря ей. Под изменением эры – изменение мысли”... ” Я не знаю более волнующей, более яркой картины ноогенеза, чем картина разума, стремящегося со времени своего возникновения преодолеть шаг за шагом стискивающую иллюзию близости”.

Идея ноосферы была подхвачена великим В.И.Вернадским. Сфера разума. У другого великого мыслителя ХХ века – Павла Александровича Флоренского пневматосфера – сфера духа.

¤ Гридсфера

Внутри ноосферы подобно злокачественной опухоли развивается гридсфера, сфера алчности. Человек возомнил себя хозяином всего, создан­ного природой, прежде всего водой, на поверхности и в недрах на протяжении почти четырех миллиардов лет и счел возможным в течение нескольких сот лет перевести обратно в гидросферу и атмосферу накопленные в процессе длительной эволюции скопления угля, нефти, сульфидов, урана. Природа жестоко мстит за эту алчность экологическими катастрофами, войнами, скрытая или открытая подоплека которых – борьба за энергетическое сырье или возможность его транспортирования. Нужна новая идеология в отношении к накопленным природой спрятанным в недра скоплениям химических элементов. Важный составная часть решения глобальных экологи­ческих про­блем прекращение роста населения планеты. Решить эти проблемы можно только на международном уровне.

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Ресурсоснабжающих предприятий на 2015 год | Етапи розвитку Тз
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-07-13; Просмотров: 609; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.098 сек.