Биогеоценоз. Загрязнение природных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

27

Министерство образования и науки Украины

Контрольная работа

по дисциплине: екология

на тему: «Биогеоценоз. Загрязнение природных вод»

Киев-2009

План

Введение

1. Круговорот веществ в биогеоценозе

2. Пищевые связи, экологическая пирамида

3. Возможные направления изменения биогеоценоза

Литература

Введение

Биогеоценоз - это комплексы взаимосвязанных видов (популяций разных видов) , обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Это определение понадобится для пользования в дальнейшем. Дубрава - это совершенная и устойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Понятно, что при таком разнообразии видов, населяющих дубраву, поколебать устойчивость данного биогеоценоза, истребив один или несколько видов растений или животных, будет сложно. Сложно, потому что в результате длительного сосуществования видов растений и животных из разрозненных видов они стали единым и совершенным биогеоценозом - дубравой, которая, как уже было сказано выше, способна при неизменных внешних условиях существовать веками.

Основные компоненты биогеоценоза и связи между ними; растения - главное звено в экосистеме. Основу подавляющего большинства биогеоценоза составляют зеленые растения, которые, как известно, являются производителем органического вещества (продуцентами) . А так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные и плотоядные животные - потребители живого органического вещества (консументы) и, наконец, разрушители органических остатков - преимущественно микроорганизмы, которые доводят распад органических веществ до простых минеральных соединений (редуценты) , то не трудно догадаться, почему растения являются главным звеном в экосистеме. А потому, что в биогеоценозе все потребляют органические вещества, или соединения образующиеся после распада органических веществ и ясно, что если растения - главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически исчезнет.

1. Круговорот веществ в биогеоценозе

Круговорот веществ в биогеоценозе - необходимое условие существования жизни. Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ, необходимо наличие в экосистеме организмов, создающих органические вещества из неорганических и преобразующие энергию излучения солнца, а также организмов, которые используют эти органические вещества и снова превращают их в неорганические соединения. Все организмы по способу питания разделяются на две группы - автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы (преимущественно растения) для синтеза органических веществ используют неорганические соединения окружающей среды. Гетеротрофы (животные, человек, грибы, бактерии) питаются готовыми органическими веществами, которые синтезировали автотрофы. Следовательно, гетеротрофы зависят от автотрофов.

В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами. Таким образом, в биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником энергии является Солнце. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, оно может быть использовано многократно, в то время как поток энергии в этом процессе имеет однонаправленный характер. Энергия излучения Солнца в биогеоценозе преобразуется в различные формы: В энергию химических связей, в механическую и, наконец, во внутреннюю. Из всего сказанного ясно, что круговорот веществ в биогеоценозе - необходимое условие существования жизни и растения (автотрофы) в нем самое главное звено.

Характерная черта дубравы заключается в видовом разнообразии растительности. Как уже было сказано выше биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. В результате длительного естественного отбора у растений дубравы выработались приспособления, позволяющие разным видам существовать совместно. Это ярко проявляется в характерной для дубравы ярусности. Верхний ярус образую наиболее светолюбивые древесные породы: дуб, ясень, липа. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья: клен, яблоня, груша и др. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками: лещиной, бересклетом, крушиной, калиной и т.п. Наконец на почве произрастает ярус травянистых растений. Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения. Ярусность выражена также в расположении корневых систем. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.

2. Пищевые связи, экологическая пирамида

Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих. Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: волк, лисица, горностай, ласка, куница. Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных внутренних паразитов, преимущественно насекомых и клещей, а также внутренних паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий. Пищевые цепи в дубраве переплетены в очень сложную пищевую цепь, поэтому выпадение какого- нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему.

Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: оленей, косуль, лосей - слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а, следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей. Правилом экологической пирамиды называется следующая закономерность: всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается.

Популяцией в биологии называют совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которые длительно существуют в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. К факторам, вызывающим изменения в численности популяций относятся следующие: охота (то есть деятельность человек, направленная на убийство одной или нескольких особей с целью получения шкуры, мяса или чисто спортивного интереса) , рыбалка (то же самое, только на водном пространстве) . Но самый важный фактор - это баланс рождаемости и гибели. В результате взаимных приспособлений разных видов в биогеоценозе устанавливается определенный для каждого вида уровень колебаний. Для одних видов колебания не велики, для других могут быть значительными, и вид редкий в данном году, в следующем году может стать обычным, или наоборот. К примеру, уменьшение пищи ведет к уменьшению популяции. В следующем году пищи много - популяция увеличивается. А увеличение популяции быстрыми темпами очень скоро тормозится, так как резко увеличивается число паразитов. Очень часто на численность влияет погода. Процесс саморегуляции в дубраве проявляется в том, что все разнообразное население существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем. К примеру, при отсутствии ограничивающих факторов численность любого вида вредных насекомых возросла бы очень быстро и привела ба к разрушению экологической системы. Наблюдения показывают, что некоторая часть потомства погибает под воздействием различных неблагоприятных условий погоды. Но основную массу уничтожают другие члены биогеоценоза: хищные и паразитические насекомые, птицы, болезнетворные микроорганизмы. Таким образом жить остается столько особей, сколько необходимо для регуляции в биогеоценозе. Ограничивающее действие экологической системы все же не исключает полностью случаев массового размножения отдельных видов, которое бывает связано с сочетанием благоприятных факторов среды. Однако после массовой вспышки особенно интенсивно проявляются регулирующие факторы (паразиты, болезнетворные бактерии и др.) , которые снижают численность вредителей до средней нормы.

Весенние изменения в жизни Весенние изменения в жизни растений. животных. Еще не распустив листья зацветают Прилетают перелетные птицы, некоторые ивы, ольха, лещина; на появляются перезимовавшие проталинах даже сквозь снег насекомые, пробуждаются от зимней пробиваются ростки первых весенних спячки некоторые животные. Период растений. К середине весны почти на формирования пар и брачный период. Период активного цветения у растений и цветов. В общем, растения оживают из зимнего спокойствия.

3. Возможные направления изменения биогеоценоза

Любой биогеоценоз развивается и эволюционирует. Ведущее значение в процессе смены наземных биогеоценозов принадлежит растениям, но их деятельность неотделима от деятельности остальных компонентов системы, и биогеоценоз всегда живет и изменяется как единое целое. Смена идет в определенных направлениях, а длительность существования различных биогеоценозов очень различна. Примером изменения недостаточно сбалансированной системы может служить зарастание водоема. Вследствие недостатка кислорода в придонных слоях воды часть органического вещества остается неокисленной и не используется в дальнейшем круговороте. В прибрежной зоне накапливаются остатки водной растительности, образующие торфянистые отложения. Водоем мелеет. Прибрежная водная растительность распространяется к центру водоема, образуются торфяные отложения. Озеро постепенно превращается в болото.

Окружающая наземная растительность постепенно надвигается на место бывшего водоема. В зависимости от местных условий здесь может возникнуть осоковый луг, лес или иной тип биогеоценоза. Дубрава тоже может превратится в иной тип биогеоценоза. К примеру, после вырубки деревьев она может превратится в луг, поле (агроценоз) или во что-то другое. Влияние деятельности человека на биогеоценоз; мероприятия, которые необходимо проводить в целях его охраны. Человек с недавних пор стал очень активно влиять на жизнь биогеоценоза.

Хозяйственная деятельность людей - мощный фактор преобразования природы. В результате этой деятельности формируются своеобразные биогеоценозы. К числу их можно отнести, например, агроценозы, представляющие собой искусственные биогеоценозы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека. Примерами могут служить искусственно создаваемые луга, поля, пастбища. Создаваемые человеком искусственные биогеоценозы требуют неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь. Конечно, в искусственных и естественных биогеоценозах много сходного и различного, но на этом мы останавливаться не будем. Влияет человек и на жизнь естественных биогеоценозов, но, конечно, не настолько сильно, как на агроценозы.

Примером могут служить лесничества, создаваемые для высадки молодых деревьев, а также для ограничения охотничьего промысла. Примером могут также служить заповедники и национальные парки, создаваемые для охраны каких-то определенных видов растений и животных. Создаются также массовые общества, пропагандирующие сохранение и охрану окружающей среды, такие как общество “зеленых” и т.п.

Вывод: на примере экскурсионной прогулки по естественному биогеоценозу - дубраве выяснили и разобрали, почему дубрава целостна и устойчива, каковы основные компоненты биогеоценоза, какова их роль и какие существуют между ними связи, разобрали также, почему круговорот веществ в биогеоценозе - необходимое условие существования жизни, выяснили также как все разнообразие видов, обитающих в дубраве не конфликтует между собой, позволяя нормально развиваться друг - другу, разобрали какие существуют пищевые связи в дубраве и разобрали такое понятие как экологическая пирамида, обосновали факторы, вызывающие изменение в численности и такое явление как саморегуляция, выяснили какие происходят изменения в биогеоценозе весной и разобрали возможные направления эволюции биогеоценоза, а также как человек влияет на жизнь в биогеоценозах. В общем, на примере дубравы полностью разобрали жизнь биогеоценозов

Водная среда.

Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. кубических километров--около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. квадратных километров. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. квадратных километров (см.карту). Вода в океане соленая, причем большая ее часть (более 1 млрд. кубических километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру, примерно равную 3,7^oС. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров.

Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру(более 30`С). Для производственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. кубических километров. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. кубическим километрам. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000 кубических километров, приходится на малоплодородные и малозаселенные северные территории. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, производя ее опреснение или гиперфильтрацию: пропускают под большим перепадом давлений через полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли (см. схему).

Оба эти процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интерес предложение, состоящее в использовании в качестве источника пресной воды пресноводных айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по воде к берегам, не имеющим пресной воды, где организуют их таяние. По предварительным расчетам разработчиков этого предложения, получение пресной воды будет примерно вдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением и гиперфильтрацией. Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно 80% всех заболеваний). Впрочем, некоторые из них, например коклюш, ветрянка, туберкулез, передаются и через воздушную среду. С целью борьбы с распространением заболеваний через водную среду Всемирная организация здраво охранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.

Водный баланс земли

Чтобы представить, сколько воды участвует в круговороте, охарактеризуем различные части гидросферы. Более 94% ее составляет Мировой океан . Другая часть(4%)-подземные воды. При этом следует учесть ,что большая их часть относится к глубинным рассолам, а пресные воды составляют 1/15 долю. Значителен также объем льда полярных ледников: с пересчетом на воду он достигает 24 млн. куб. км., или 1,6% объема гидросферы. Озерной воды в 100 раз меньше -230 тыс. км³ , а в руслах рек содержится всего лишь 1200 км³ воды, или 0,0001% всей гидросферы. Однако , несмотря на малый объем воды, реки играют очень большую роль: они, как и подземные воды, удовлетворяют значительную часть потребностей населения , промышленности и орошаемого земледелия. Воды на Земле довольно много . Гидросфера составляет около 1/4180 части всей массы нашей планеты. Однако на долю пресных вод, исключая воду, скованную в полярных ледниках, приходится немногим более 2 млн. км³, или только 0,15% всего объема гидросферы.

Химический состав воды.

Огромная роль воды в жизни человека и природы послужила причиной того, что она была одним из первых соединений, привлекших внимание учёных. Тем не менее изучение воды ещё далеко не закончено.

Общие свойства воды.

Вода в силу популярности её молекул способствует разложению контактирующих с ней молекул солей на ионы, но сама вода проявляет большую устойчивость и в химически чистой воде содержится очень мало ионов по H⁺ и OH^-.

Вода - инертный растворитель; химически не изменяется под действием большинства технических соединений, которые она растворяет. Это очень важно для всех живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало измененном виде. В природных условиях вода всегда содержит то или иное количество примесей, взаимодействия не только с твердыми и жидкими веществами, но растворяя также и газы.

Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить несколько десятков миллиграммов различных растворенных в ней веществ на каждый литр объема. Абсолютно чистую воду никогда и никому ещё не удавалось получить ни в одном из её агрегатных состояний; химически чистую воду, в значительной мере лишенную растворенных веществ, производят путем длительной и кропотливой очистки в лабораториях или на специальных промышленных установках.

В природных условиях вода не может сохранить “химическую чистоту”. постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, она фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного свойства. В пресной воде содержание растворенных веществ обычно превышает 1 г./л. От нескольких единиц до десятков граммов на литр колеблются содержание солей в морской воде: например, в Балтийском море их всего 5 г./л., в Чёрном - 18, а в Красном море - даже 41 г./л.

Солевой состав морской воды в основном на 89% слагается из хлоридов (преимущественно хлорида натрия, калия и кальция), 10% приходится на сульфаты (натрия, калия, магния) и 1% - на карбонаты (натрия, кальция) и другие соли. Пресные воды содержат обычно больше всего - до 80% карбонатов (натрия и кальция), около 13% сульфатов (натрия, калия, магния) и 7% хлоридов (натрия и кальция).

Вода хорошо растворяет газы (особенно при низких температурах), главным образом кислород, азот, диоксид углерода, сероводород. Количество кислорода иногда достигает 6 мг./л. В минеральных водах типа нарзан общее содержание газов может составлять до 0,1%. В природной воде присутствуют гумусовые вещества - сложные органические соединения, образующиеся в результате неполного распада остатков растительных и животных тканей, а также соединения типа белков, сахаров, спиртов.

Вода обладает исключительно высокой теплоемкостью. Теплоемкость воды принята за единицу. Теплоемкость песка, например, составляет 0,2, а железа - лишь 0,107 теплоемкости воды. Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колебания на прибрежных участках Земли в различные времена года и в различную пору суток: вода выступает как бы регулятором температуры на всей нашей планете.

Следует отметить особое свойство воды - её высокое поверхностное натяжение - 72,7 эрг/см² (при 20^о С). В этом отношении из всех видов жидкостей вода уступает только ртути. Подобное свойство воды во многом обусловлено водородными связями между отдельными молекулами H₂O. Особенно наглядно проявляется поверхностное натяжение в прилипании воды ко многим поверхностям - смачивании. Установлено, что вещества - глина, песок, стекло, ткани, бумага и многие другие, легко смачиваемые водой, непременно имеют в своем составе атомы кислорода. Такой факт оказался ключевым при объяснении природы смачивания: энергетически не уравновешенные молекулы поверхностного слоя воды получают возможность образовать дополнительные связи с “чужими” атомами кислорода.

Смачивание и поверхностное натяжение лежат в составе явления, названного капиллярностью: в узких каналах вода способна подниматься на высоту гораздо большую, чем та, которую “ позволяет” сила тяжести для столбика данного сечения.

В капиллярах вода обладает поразительными свойствами. Б.В.Дерягин установил, что в капиллярах вода, сконденсировавшаяся из водяного пара, не замерзает при 0⁰ и даже при снижении температуры на десятки градусов.

Молекулы воды отличаются большой термической устойчивостью, при деструкции по схеме: 2H₂O 2H₂ + O₂ + 2 245,6 Кдж.

начинается при температуре выше 1000⁰С, и при 2000⁰С составляет лишь 1,8%. При 5000⁰С водяной пар со взрывом нацело разлагается на водород и кислород.

Вода относится к слабым электролитам.

H₂O H⁺ + OH^-

K_дисс== 1,810^-16

[H⁺][OH^-]

[H₂O]

биогеоценоз круговорот пирамида пищевой

Вода весьма реакционно-способное вещество: может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Так, под действием сильных восстановителей вода проявляет окислительные свойства: на холоде окисляет щелочные и щелочноземельные металлы, а при температуре накаливания - железо, углерод и др.

2Na + 2H₂O 2NaOH + H₂

3Fe + 4H₂O Fe₃O₄ + 4H₂

Под действием сильных окислителей (фтор, хлор, электрический ток) вода проявляет восстановительные свойства. Так, реакцию взаимодействия со фтором можно представить следующим образом:

2F₂+2H₂O 2H₂F₂+O₂

Существует три типа присоединения воды к молекулам других веществ: по ионному, координатному и адсорбционному типу.

Присоединение по ионному типу происходит к оксидам щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, а также к кислотным оксидам:

CaO + H₂O Ca (OH)₂

P₂O₅ + 3H₂O 2H₃PO₄

Вода, присоединяемая по ионному типу, называется конституционной. Она удаляется при нагревании с большим трудом. Так отщепление от едкого натра начинается при 1388^oС :

2NaOH Na₂O + H₂O

К ионам металлов - комплексообразователей присоединение идёт по координатному типу :

CaCl₂ + CH₂O Ca(H₂O)₆ Cl₂

Полученные соединения называются аквакомплексами, а вода, вошедшая в их состав, - кристаллизационной. Кристаллизационная вода удаляется легче, чем конституционная, например, при выветривании.

Различные вещества адсорбируют на своей поверхности некоторое количество воды за счет межмолекулярных сил притяжения. Вода, присоединенная по адсорбционному типу, называется гигроскопической; она удаляется легче, чем кристаллизационная.

Ионный состав природных вод.

Происходящее в почвах процессы окисления органических веществ вызывают расход кислорода и выделение углекислоты, поэтому в воде при фильтрации её через почву возрастает содержание углекислоты, что приводит к обогащению природных вод карбонатами кальция, магния и железа, с образованием растворимых в воде кислых солей типа:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ Ca(HCO₃)₂

Бикарбонаты присутствуют почти во всех водах в тех или иных количествах. Большую роль в формировании химического состава воды играют подстилающие почву грунты, с которыми вода вступает в соприкосновение, фильтруясь и растворяя некоторые минералы. Особенно интенсивно обогащают воды осадочные породы, такие, как известняки, доломиты, мергели, гипс, каменная соль и др. В свою очередь почва и породы обладают способностью адсорбировать из природной воды некоторые ионы ( например, Ca²⁺ , Mg²⁺ ), замещая их эквивалентным количество других ионов ( Na⁺ , K⁺ ).

Подпочвенными водами легче всего растворяются хлориды и сульфаты натрия и магния, хлорид кальция. Силикатные и алюмосиликатные породы (граниты, кварцевые породы и т.д.) почти нерастворимы в воде и содержащей углекислоту и органические кислоты.

Наиболее распространенными в природных водах являются следующие ионы : Cl- ,SO ,HCO ,CO ,Na⁺ ,Mg²⁺ ,Ca²⁺ ,H⁺.

Ион хлора присутствует почти во всех природных водоемах, причем его содержание меняется в очень широких пределах. Сульфат - ион также распространен повсеместно. Основным источником растворенных в воде сульфатов является гипс. В подземных водах с содержанием сульфат - иона обычно выше, чем в воде рек и озер. Из ионов щелочных металлов в природных водоемах в наибольших количествах находится ион натрия, который является характерным ионом сильноминерализованных вод морей и океанов.

Ионы кальция и магния в маломинерализованных водах занимают первое место. Основным источником ионов кальция является известняки, а магния - доломиты (MgCO₃ ,CaCO₃). Лучшая растворимость сульфатов и карбонатов магния позволяет присутствовать ионам магния в природных водах в больших концентрациях, чем ионов кальция.

Ионы водорода в природной воде обусловлены диссоциацией угольной кислоты. Большинство природных вод имеют pH в пределах 6,5 - 8,5. Для поверхностных вод в связи с меньшим содержанием в них углекислоты pH обычно выше, чем для подземных.

Соединения азота в природной воде представлены ионами аммония, нитритными, нитратными ионами за счет разложения органических веществ животного и растительного происхождения. Ионы аммония, кроме того, попадают в водоемы со сточными промышленными водами.

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот ( угольной, органических(. Так например, при окислении весьма распространенного в породах пирита получается сернокислое железо:

FeS₂ + 4O₂ Fe²⁺ + 2SO

а при действии угольной кислоты - карбонат железа:

FeS₂ + 2H₂CO₃ Fe²⁺ + 2HCO₃ + H₂S + S.

Соединения кремния в природных водах могут быть в виде кремниевой кислоты. При pH < 8 кремниевая кислота находится практически в недиссоциированном виде; при pH >8 кремниевая кислота присутствует совместно с HSiO, а при pH >II - только HSiO. Часть кремния находится в коллоидном состоянии, с частицами состава HSiO₂H₂O , а также в виде поликремнеивой кислоты: XSiO₂?H₂O. В природных водах присутствуют также Al³⁺ ,Mn²⁺ и другие катионы.

Помимо веществ ионного тапа природные воды содержат также газы и органические и грубодисперсные взвеси. Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород и углекислый газ. Источником кислорода является атмосфера, углекислоты - биохимические процессы, происходящие в глубинных слоях земной коры, углекислота из атмосферы.

Из органических веществ, попадающих извне, следует отметить гуминовые вещества, вымываемые водой из гумусовых почв (торфяников, сапропелитов и др.). Большая часть из них находится в коллоидном состоянии. В самих водоемах органические вещества непрерывно поступают в воду в результате отмирания различных водных организмов. При этом часть из них остается взвешенной в воде, а другая опускается на дно, где происходит их распад.

Грубодисперсные примеси, обуславливающие мутность природных вод, представляют собой вещества минерального и органического происхождения, смываемые с верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время весенних паводков.

Подземные воды.

Советский ученый Лебедев на основе многочисленных экспериментов разработал классификацию видов воды в почвах и грунтах. Представления А.Ф.Лебедева, получившие дальнейшее развитие в более поздних исследованиях, позволили выделить следующие виды воды в горных породах: в форме пара, связанную, свободную, в твердом состоянии.

Паро-образованная вода занимает в породе поры, не заполненные жидкой водой, и перемещается за счет различной величины упругости пара или потоком воздуха. Конденсируясь на частицах породы, водяные пары переходят в другие виды влаги.

Различают несколько видов связанной воды. Сорбированная вода удерживается частицами породы под влиянием сил, возникающих при взаимодействии молекул воды с поверхностью этих частиц и с обменными катионами. Сорбированную воду разделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную. Если влажную глину подвергать давлению, то даже под давлением в несколько тысяч атмосфер часть воды невозможно удалить из глины. Это прочносвязанная вода. Полное удаление такой воды достигается лишь при температуре 150 - 300^оС. Чем меньше минеральные частицы, слагающие породу, и, следовательно, выше их поверхностная энергия, тем большее количество прочносвязанной воды в этой породе. Рыхлосвязанная, или пленочная, вода образует плёнку вокруг минеральных частиц. Она удерживается слабее и довольно легко удаляется из породы под давлением. Особенно важную роль играет сорбированная вода в глинистых породах. Она влияет на прочностные свойства глин и фильтрационную способность.

Как уже указывалось, связанная вода участвует в строении кристаллических решёток некоторых минералов. Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решётки. Гипс, например содержит две молекулы воды CaSO₄2H₂O. При нагревании гипс теряет воду и превращается в ангидрит (CaSO₄).

Известно, что при температуре около 4^оС вода имеет максимальную плотность 1,000 г/см³. При 100^оС её плотность - 0,958 г/см³, при 250^оС -

0,799 г/см³. За счет пониженной плотности происходит конвективное, восходящее движение нагретых подземных вод.

Принято считать, что вода практически несжимаема. Действительно, коэффициент сжимаемости воды, показывающий, на какую долю первоначального объема уменьшится объём воды при увеличении давления на I aт, очень мал. Для чистой воды он равен 510^-5 I/ат. Однако упругие свойства воды, а также водовмещающих пород играют важнейшую роль в подземной гидродинамике. За счет сил упругости создается напор подземных вод. Температура и давление действуют на плотность воды в противоположном направлении.

Плотность подземных вод зависит также от их химического состава и концентрации солей. Если пресные подземные воды имеют плотность, близкую к

1 г/см³, то плотность концентрированных рассолов достигает 1,3 - 1,4 г/см³. Повышение температуры приводит к значительному уменьшению вязкости подземных вод и, таким образом, облегчает их движение через мельчайшие поры.

Подземные воды исключительно разнообразны по своему химическому составу. Высокогорные источники обычно дают очень пресную воду с низким содержанием растворенных солей, иногда менее 0,1 г. в 1 л., а в одной из скважин в Туркменистане был рассол с минерализацией 547 г/л.

Влияние состава воды на здоровье.

Здоровье населения находится в прямой зависимости от состава природных вод в источниках, из которых осуществляется регулярное водоснабжение данной территории.

Ежедневно употребляемые каждым человеком 1,5-2,5 литра воды не должны, в идеале, содержать никаких вредных примесей, вредно воздействующих на здоровье человека. В то же время, природные воды должны содержать достаточное количество микроэлементов, участвующих в обменных процессах человека. Так, например, пониженное содержание фтора в питьевой воде способствует разрушению зубной эмали и развитию стоматологической патологии. Недостаток йода, что характерно для нашего эндемичного в этом плане региона, вызывает заболевания щитовидной железы.

Бактериальное загрязнение природных вод представляет собой опасность возникновения и распространения инфекционных заболеваний, включая особо опасные инфекции.

Содержание в природных водах солей тяжелых металлов, остатков нефтепродуктов и прочих вредных примесей может вызывать онкологическую патологию и множество других опасных болезней. Наиболее подвержено население почечно-каменной болезни, предопределяемой составом употребляемой воды.

Методы очистки воды в нашем регионе, к сожалению, пока не совершенны. Существует надежда на осознание этой проблемы властными структурами и инвесторами, что позволит осуществить строительство в Тюмени станций по озонации воды, что является, на сегодняшний день, современным и прогрессивным методом по сравнению с применяемыми у нас в городе.

Связь загрязненной воды с паразитарной и инфекционной заболеваемостью населения.

Из суммы представлений о патогенетической значимости загрязнений воды следует выделить доказанные безусловные причинно-следственные связи ряда нозологических форм инфекционной кишечной патологии и некоторых паразитозов с биологическим загрязнением вод.

С водным фактором связаны многие кишечные инфекции, которые относят к группе инфекционных болезней, вызываемых патогенными микроорганизмами, характеризующиеся «заразительностью» и, как правило, острым течением. К кишечным инфекциям, возбудители которых передаются через воду, относят: брюшной тиф, паратифы, дизентерию, холеру, сальмонеллез, вирусный гепатит и некоторые другие, реже встречающиеся заболевания.

Загрязнение водоемов инфицированными бытовыми сточными водами является установленной причиной многих вспышек инфекций. Возможность водного пути распространения этих инфекций сейчас вполне доказана.

С гидроэкологическим фактором также тесно связаны многие паразитозы, вызываемые патогенными кишечными простейшими ( лямблиоз, амебиаз и др.); простейшими паразитами крови (малярия); гельминтами (описторхоз, дифиллоботриоз и др.).

Самая тесная связь многих паразитозов с гидроэкологическим фактором определяется еще и тем, что жизненные циклы их возбудителей протекают с обязательным участием различных животных, выполняющих роль промежуточных хозяев и переносчиков паразитов (рыб, моллюсков, ракообразных, комаров и т.д.), являющихся массовыми водными организмами. Стадии развития возбудителей, попадающих во внешнюю среду, в свою очередь, теснейшим образом связаны с гидроэкологическим фактором.

Среди паразитарных болезней особенное место занимает лямблиоз - заболевание, вызываемое возбудителем типа простейших, способным вызвать у человека поражение кишечника и печени. Современные эпидемиологические данные относят питьевую воду к основному пути передачи возбудителя. Обнаружение лямблий в питьевой воде - достаточно трудоемкий и сложный процесс.

Влияние компонентов химического состава питьевой воды на здоровье населения

Компонентный состав употребляемой нами питьевой воды весьма сложен и химически разнообразен.

Компоненты состава воды	Необходимая суточная потреб. Граммы	ПДК мг/л	Влияние на состояние здоровья населения при избыточном и недостаточном поступлении в организм и при превышении ПДК
Кальций	0,4-0,7	3,5	Недостаток - увеличение числа смертельных исходов при кардио-васкулярных заболеваниях (далее - КВЗ), увеличение тяжести рахита, остемаляция, нарушение функционального состояния сердечной мышцы и процессов свертывания крови. Избыток - мочекаменная болезнь, нарушение состояния водно-солевого обмена, раннее обызвествление костей у детей, замедление роста скелета.
Магний	0,2-0,3	20	Недостаток - внезапная смерть младенцев, увеличение тяжести течения и числа неблагоприятных исходов КВЗ, нейро-мускулярные и психиатрические симптомы, тахикардия и фибрилляция сердечной мышцы, гипомагнезимия. Избыток - возможность развития синдромов дыхательных параличей и сердечной блокады, желудочно-кишечного тракта.
Медь	2-3	10	Недостаток - атеросклеротические заболевания кровеносных сосудов и сердца, анемия, гиперхолистеринемия. Избыток - наличие врожденных заболеваний, изменения водно-солевого и белкового обменов, окислительно-восстановительных реакций, течения беременности, идиопатическое снижение чувства вкуса и обоняния, гипер- и паракератоз.
Фтор	1,3-1,9	1,5	Недостаток - кариес. Избыток - флюороз, полиневриты, остеосклеротические изменения костей, артериальная гипотония.
Марганец	0,0015	0,1	Недостаток - снижение скорости роста, нарушения липидного обмена. Избыток - анемия, нарушения функционального состояния.
Кобальт	0,7-5	0,1	Недостаток - заболевания системы крови, изменение морфологического состава крови, подавление иммунных и окислительно-восстановительных реакций. Избыток - нарушение функционального состояния ЦНС и щитовидной железы.
Селен	не уст.	-	Недостаток - увеличение детской смертности, развитие синдрома «болезнь белых мышц». Избыток - кариес, злокачественные новообразования.
Общее солесодержание	-	-	В зависимости от содержания основных солевых компонентов отмечена связь со смертностью от КВЗ; связь с заболеваниями сердечно-сосудистой, желудочно-кишечной и выделительной систем организма.
Алюминий	-	0,5	Нейротоксическое действие.
Барий	-	0,1	Воздействие на сердечно-сосудистую и кроветворную систему.
Бор	-	0,5	Снижение репродуктивной функции у мужчин, нарушение овариально-менструального цикла у женщин (ОМЦ), углеводного обмена, активности ферментов, раздражение ЖКТ.
Кадмий	-	0,001	Болезнь «итай-итай», увеличение КВЗ, почечной, онкологической заболеваемости (ОЗ), нарушения ОМЦ, течения беременности и родов, мертворождаемость, повреждение костной ткани.
Молибден	-	0,25	Увеличение КВЗ, заболеваемость подагрой, эндемическим зобом, нарушения ОМЦ.
Мышьяк	-	0,05	Нейротоксическое действие, поражение кожи, ОЗ.
Натрий	-	200	Гипертензия.
Никель	-	0,1	Поражение сердца, печени, ОЗ, кератит.
Нитраты, нитриты	- -	45 33	Рак желудка, метгемоглобинемия.
Ртуть	-	0,0005	Нарушения функции почек, нервной системы.
Свинец	-	0,03	Поражение почек, нервной системы, кроветворных органов, КВЗ, авитаминозы С и В.
Стронций	-	7	Стронциевый рахит.
Хром	-	0,5	Нарушение функции печени и почек.
Цианиды	-	0,1	Поражение нервной системы, щитовидной железы.
Дибромхлор-метан	-	0,03	Мутагенное действие, ОЗ.
Тетрахлор-этилен	-	0,02	Мутагенное действие, ОЗ.
Бензол	-	0,5	Воздействие на печень и почки.
Бензапирен	-	0,000005	ОЗ
Пентахлор-фенол	-	0,01	ОЗ
Гексахлор-бензол	-	0,05	ОЗ
Железо	-	0,3	Аллергические реакции, болезни крови.
Сульфаты	-	500	Диарея, увеличение числа гипоацидных состояний.
Хлориды	-	350	Гипертензия.
Дихлорфенол	-	0,002	ОЗ
Трихлорфенол	-	0,004	ОЗ

Медико-экологическая классификация рисков питьевого водопользования

Казалось бы, достаточно разработанные подходы к оценке факторов риска обеспечивают выход на установление степени опасности и приемлемости для питьевого водопользования различных водоисточников. Для этой же цели предназначены и две официально принятые гигиенические классификации:

1.Распределение вредных веществ (согласно новым санитарным правилам и нормам качества питьевой воды) по 4 классам опасности:

I - чрезвычайно опасные

II - высоко опасные

III - опасные

IV - умеренно опасные.

2.Классификация водных объектов по характеру загрязнения - критерий, основой которого является их иерархия по степени превышения ПДК.

К веществам, нормируемым по токсикологическому показателю вредности, установлены 4 степени загрязнения (в терминах N-кратного превышения ПДК):

допустимая (1-кратное)

умеренная (3-кратное)

высокая (10-кратное)

чрезвычайно высокая (100-кратное).

Сочетание этих двух классификаций позволяет оценить и степень опасности выявленного уровня загрязнения водоисточника и степень его пригодности для питьевого водопользования.

Так, обнаружение веществ, принадлежащих к 1 и 2 классам опасности, в водоисточнике с «умеренной» степенью загрязнения, может привести к появлению начальных симптомов интоксикации у части населения.

При «высокой» степени загрязнения этими веществами выявлены выраженные симптомы интоксикации и развития характерных для обнаруженных веществ патологических эффектов.

Заключение

Таким образом, совершенно очевидна потребность нашего населения в чистой, прозрачной, без цвета, вкуса и запаха, питьевой воде. Это позволит сохранить здоровье миллионов людей, даст экономию огромных денежных средств, которые потенциально предстоит затратить на оказание медицинской помощи при заболеваниях, возникающих под воздействием употребления некачественной воды.

Литература

1.“Состав, свойства и методы очистки сточных вод предприятий горной промышленности” Е.Ф. Панина, М., «Экология»,1995 г., №4.

2. И.Ф.Ливчак, Ю.В.Воронов "Охрана окружающей среды", С-Пб, 1996.

3. Н.М.Чернова,А.М.Былова "Экология", «Знание», 1997 г..

4. Рахманин Ю.А. Региональные проблемы управления здоровьем России. М., 1996 г.

5. Руководство по контролю качества питьевой воды. 2-е издание., т.1, ВОЗ, Женева, 1994.

6. Журнал "ЗНАНИЕ" (народный университет естественнонаучный факультет), "Земля людей", №2, 1997 г.

7. Журнал «Инженерная экология», №1, 1998 г.

Размещено на Allbest.ru