Сущность гидросферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Кафедра инженерной геологии и геоэкологии

Реферат на тему: «Гидросфера»

Выполнил:

Студент ТГВ в/о

3 курса, 23 группы

Юдаков С.А.

Руководитель: проф. Потапов А.Д.

Оглавление

Введение

1. Гидросфера. Характеристика

2. Значение воды в биосфере

3. Загрязнение природных вод

4. Антропогенные воздействия на гидросферу

5. Вода как среда обитания. Адаптация к обитанию в воде

6. Методы очистки сточных вод

Заключение

Список литературы

антропогенный гидросфера биосфера загрязнение

Введение

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Ткани живых организмов на 70% состоят из воды, и поэтому В.И.Вернадский определял жизнь как живую воду. Воды на Земле много, но 97% - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% - пресная. Из этих три четверти почти недоступны живым организмам, так как эта вода «законсервирована» в ледниках гор и полярных шапках (ледники Арктики и Антарктики). Это резерв пресной воды. Из воды, доступной живым организмам, основная часть заключена в их тканях. Потребность в воде у организмов очень велика. Например, для образования 1 кг биомассы дерева расходуется до 500 кг воды. И поэтому её нужно расходовать и не загрязнять.

Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испаряющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши. Чем ближе район к океану, тем больше там выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды. Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца. Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при её испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень воды в озёрах. С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение океанов и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы. Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий, например, многолетняя катастрофическая засуха в зоне Сахеля. Кроме того, и сама пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоёмы с суши, часто загрязнена, практически не пригодной для питья стала вода многих рек России. Прежде неисчерпаемый ресурс - пресная чистая вода - становится исчерпаемым. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. [1,с.63-64]

Без воды не могло бы быть человека, животного и растительного мира, так как большинство растений и животных состоит в основном из воды. Кроме того, для жизни необходимы темпера-туры в диапазоне от 0 до 100° С, что соответствует температурным пределам жидкой фазы воды. Для многих живых существ вода служит средой обитания. Таким образом, главнейшей особенностью гидросферы является изобилие жизни в ней.

Велика роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как аккумулятор тепла, обеспечивая постоянство средней планетарной температуры атмосферы, а с другой - за счет фитопланктона продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы.

Водная среда используется для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи подводных залежей руды (марганца, никеля, кобальта) и нефти, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной деятельности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения специфических процессов, например выработки электроэнергии и т.п.

Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно 80% всех заболеваний). Простота процесса затопления по сравнению с другими видами захоронения, недоступность глубин для человека и кажущаяся изолированность воды привели к тому, что человечество активно использует водную среду для сброса отходов производства и потребления. Интенсивное антропогенное загрязнение гидросферы ведет к серьезным изменениям ее геофизических параметров, губит водные экосистемы и потенциально опасно для человека.

Экологическая угроза гидросфере поставила перед международным сообществом задачу принятия срочных мер по спасению среды обитания человечества. Их особенностью является то, что ни одно государство в отдельности даже с помощью строгих мер не способно справиться с экологической угрозой. Поэтому необходимо международное сотрудничество в этой области, принятие оптимальной экологической стратегии, включающей концепцию и программу совместных действий всех стран. Эти меры должны соответствовать принципам современного международного права.

1. Гидросфера. Характеристика

Гидросфера -- это водная оболочка Земли, которая включает Мировой океан, воды суши (реки, озера, болота, ледники), подземные воды. Воде принадлежит важнейшая роль в истории развития нашей планеты, так как с ней связано зарождение и развитие живого вещества, а следовательно, и всей биосферы. Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах -- почти 94 %,я остальные 6 % приходятся на другие части гидросферы. [2,c.37]

Распределение водных масс в гидросфере Земли

Часть гидросферы	Объем воды, тыс. км3	Доля в общем объеме вод, %
Мировой океан	1 370 000	94,1
Подземные воды	60 000	4,1
Ледники	24 000	1,7
Озера	280	0,02
Вода в почве	80	0,01
Пары атмосферы	14	0,001
Реки	1,2	0,0001

Площадь гидросферы составляет 70,8 % площади поверхности земного шара, тогда как ее объем -- всего около 0,1 % объема планеты. Толщина равномерно распределенной пленки по поверхности Земли равна всего 0,03 % ее диаметра. Доля поверхностных вод в гидросфере весьма мала, но они обладают исключительной активностью (меняются в среднем каждые 11 дней), и это служит началом формирования почти всех источников пресных вод на суше. 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 находятся на различной глубине (до 200 м и более); глубокозалегающие подземные водоносные горизонты минерализованы, а иногда и засолены. Кроме воды собственно в гидросфере, водяных паров в атмосфере, подземных вод в почвах и земной коре имеется биологическая вода в живых организмах. При общей массе живого вещества биосферы 1400 млрд. т масса биологической воды составляет 80 % или 1120 млрд. т. [2,c.38]

Объем гидросферы постоянно меняется. По расчетам ученых, 4 миллиарда лет назад ее объем составлял всего 20 миллионов км3, то есть был почти в 7 тысяч раз меньше современного. В будущем количество воды на Земле, по-видимому, также будет возрастать, если учесть, что объем воды в мантии Земли оценивается в 20 миллиардов км3 -- это в 15 раз больше современного объема гидросферы. Полагают, что поступление воды в гидросферу будет осуществляться из глубинных слоев Земли и при вулканических извержениях.

По данным, учитывающим только разведанные запасы подземной воды, на пресную воду на всей планете приходится только 2,8%; из них 2,15% находится в ледниках и только 0,65% в реках, озерах, подземных водах. Главная масса воды (97,2%) -- соленая. Гидросфера -- единая оболочка, так как все воды взаимосвязаны и находятся в постоянных больших или малых круговоротах. Полное обновление вод происходит по-разному. Воды в полярных ледниках возобновляются за 8 тысяч лет, подземные воды -- за 5 тысяч лет, озера -- за 300 дней, реки -- за 12 дней, водяной пар в атмосфере -- за 9 дней, а воды Мирового океана -- за 3 тысячи лет.

Гидросфера играет очень большую роль в жизни планеты: она накапливает солнечное тепло и перераспределяет его на Земле; с Мирового океана на сушу поступают атмосферные осадки.

За геологическую историю в гидросфере происходили значительные изменения, однако известно о них мало. Подсчитано, что в ледниковые периоды резко возрастало количество льда, и за счет этого происходило уменьшение объема и понижение уровня Мирового океана на десятки метров. В настоящее время гидросфера охвачена невиданными по скорости и размерам преобразованиями, связанными с технической деятельностью человека. Ежегодно используется около 5 тысяч км3 воды, а загрязняется в 10 раз больше. Некоторые страны начали испытывать нехватку пресной воды. Это не означает, что ее на Земле мало: просто человек еще не научился ее рационально использовать.

Гидросфера взаимодействует с литосферой. Об этом свидетельствуют эрозионные и аккумулятивные процессы, связанные с работой воды. Взаимодействует гидросфера и с атмосферой: облака состоят из паров воды, испарившихся с поверхности морей и океанов. Гидросфера также взаимодействует и с биосферой, так как живые существа, населяющие биосферу, не могут жить без воды. Взаимодействуя с различными оболочками планеты, гидросфера выступает, в свою очередь, как часть целостной природы земной поверхности. [3,c.82-85]

Главную роль в жизнедеятельности живых организмов на суше играет пресная вода. Пресной называют воду, соленость которой не превышает 1 %, т. е. содержащую не более 1 г солей в 1 л (соленость 3S океанской воды составляет около 35 %). По имеющимся оценкам, общие мировые ресурсы пресной воды составляют суммарный сток --38--45 тыс. км3, запасы воды в пресных озерах -- 230 тыс. км3, а почвенной влаги -- 75 тыс. км3. Ежегодный объем испаряющейся с поверхности планеты влаги (включая транспирацию растениями) оценивается примерно в 500--575 тыс. км3, причем 430--500 тыс. км3 испаряется с поверхности Мирового океана, на долю суши приходится, таким образом, чуть больше 70 тыс. км3 испаряющейся влаги. За этоже время в виде осадков на все континенты выпадает 120 тыс. км3 воды. [2,c.38-39]

Мировой океан-- это водная оболочка Земли, за исключением водоемов на суше и ледников Антарктиды, Гренландии, полярных архипелагов и горных вершин. Мировой океан делят на четыре основные части -- Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый океаны. Воды Мирового океана, вдаваясь в сушу, образуют моря и заливы. М о р я-- это относительно изолированные части океана (например, Черное, Балтийское и др.), а заливы вдаются в сушу не столь значительно, как моря, и по свойствам вод мало отличаются от Мирового океана. В морях же соленость воды может быть выше океанской (35%), как, например, в Красном м о р е-- до 40% , или ниже, как в Балтийском море -- от 3 до 20 %.

Воды Мирового океана и его составных частей имеют некоторые общие признаки:

* все они сообщаются друг с другом;

* уровень водной поверхности в них практически одинаков;

* соленость в среднем составляет 35 %, имеет горько-соленый вкус за счет растворенного в них большого количества минеральных солей.

Кроме солей в океанской воде растворены различные газы,важнейшим из которых является кислород, необходимый для дыхания живых организмов. В различных частях Мирового океана количество растворенного кислорода разное, что зависит от температуры воды и ее состава. Наличие диоксида углерода в океанской воде обусловливает возможность фотосинтеза, а также позволяет некоторым морским животным создавать в результате жизненных процессов раковины и скелеты.

Температура воды в океанах варьирует в пределах от температуры замерзания в полярных морях до 28° С на экваторе.

Воды Мирового океана находятся в постоянном движении в виде волн, морских течений и приливно-отливных явлений. Волны возникают под действием ветра и моретрясений; морские течения образуются под действием постоянных ветров и разницы плотности океанической воды; приливы и отливы океанской воды связаны с притяжением Луны и вращением Земли вокруг оси.

Подземные воды -- это воды, находящиеся в порах, трещинах, кавернах, пустотах, пещерах в толще горных пород под поверхностью Земли. Эти воды могут находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. Подземные и поверхностные воды взаимосвязаны: в некоторых случаях одни являются зонами питания, другие -- зонами разгрузки,в иных случаях, наоборот. Подземные воды имеют различное происхождение и подразделяются на:

* ювенильные, образовавшиеся, по гипотезе еще М.В. Ломоносова, при магмагенных процессах;

* инфильтрационные, сформировавшиеся за счет просачивания атмосферных осадков сквозь толщу проницаемых почв и фунтов на водонепроницаемых слоях;

* конденсационные, скопившиеся в горных породах при переходе водяного пара в фунтовой атмосфере в жидкое состояние;

* воды, погребенные осадками в поверхностных водоемах.

Практически невозможно установить генезис подземной воды по ее характеристикам, да в этом и нет особой необходимости, гораздо более важным является состояние воды в почвах и фунтах. Вода, удерживаемая молекулярными силами, почти не участвует в процессах, обеспечивающих жизнедеятельность организмов, в частности растения не могут с помощью своей корневой системы использовать эту воду. Для этих целей пригодна капиллярная и фавитационная вода. К последней относят подземную воду, которая перемещается в недрах земной коры под действием фавитации Земли. Подземные воды имеют различную температуру, в основном она, как правило, отвечает температуре вмещающих пород, но глубинные подземные воды, находящиеся вблизи магматических очагов, являются источником горячих вод. В России они открыты на Камчатке, Северном Кавказе, где их температура достигает 70--95° С. Фонтанирующие горячие источники называют гейзерами. В долине гейзеров на Камчатке открыто их более 20, среди них такой, как «Великан», дающий фонтан высотой 30 м, или «старый служака» (Иеллоунстоун, США), который фонтанирует через равные промежутки времени. Гейзеры распространены также в Исландии, Новой Зеландии.

При фильтрации сквозь горные породы, обладающие различным минеральным и химическим составом, подземные воды естественным образом пополняют себя растворенными веществами. Так постепенно формируются минеральные воды, которые иногда бывают насыщены диоксидом углерода, сероводородом. Некоторые из этих вод имеют лечебное и курортное значение.

Поверхностные воды суши. Реки. В целом на поверхности земной суши воды движутся в различных формах: реки, ручьи, родники, временные водотоки. В последнее время серьезное значение стали иметь водотоки (каналы), созданные человеком.

Реки и ручьи -- это постоянные водотоки, расположенные в естественных понижениях рельефа. Размеры рек весьма различны: от огромных (р. Амазонка) до рек, которые известны практически каждому человеку по тому, что их можно перешагнуть. Многоводность самой полноводной реки мира Амазонки -- 3160 км3 в год -- объясняется огромной площадью бассейна (около 7 млн. км2) и обилием осадков (более 2000 мм в год). У Амазонки 17 притоков так называемого первого порядка, каждый из которых по многоводности равен реке Волге.

Ручьи -- это еще более мелкие естественные водотоки шириной не более 0,5-- 1,0 м. Реки формируют на определенной территории речную сеть из основного русла и притоков. Реки получают питание с определенной территории, называемой ее бассейном. Постоянными источниками питания рек являются подземные воды, талые воды снега и ледников, дождевые осадки. В зависимости от условий питания у рек формируется режим; по уровню воды выделяют периоды самой высокой и низкой воды. Они получили названия: половодье, паводок и межень. Реки совершают колоссальную эрозионную и аккумуляционнуюработу. Они размывают горные породы, формируют русла, а полученный материал переносят и откладывают в виде аллювиальных (речных) отложений, создавая пойму и аккумулятивные террасы у коренных берегов. Различают молодые и старые реки. У последних, как правило, широкие разработанные долины с брошенными старыми извилистыми руслами (старицами), большим числом террас и широкими поймами. Молодые реки часто имеют пороги и водопады (участки, где вода падает с высоких уступов). Один из самых крупных водопадов мира -- Виктория на р. Замбези -- падает с высоты 120 м при ширине 1800 м; Ниагарский водопад -- высота 51 м, ширина потока 1237 м. Многие горные водопады еще выше. Самый высокий из них -- Анхель на р. Ориноко -- высотой 1054 м.

Озера. Кроме водотоков, где вода движется от более высоких отметок к более низким, на суше есть постоянные водоемы в естественных понижениях рельефа. На территории нашей страны находится часть самого большого озера в мире -- Каспийского моря и самое глубокое -- озеро Байкал. Озера образовались различными путями: от вулканических кратеров до тектонических прогибов и карстовых провалов; иногда возникают запрудные озера при обвалах и селях в горах. Большое количество озер, которые находятся в Финляндии, Швеции, Карелии (Россия), Канаде, сформировались при наступлении и отступлении ледников в периоды оледенений. Большинство озер заполнены пресной водой, но есть и соленые, например Каспийское, Аральское и некоторые другие. Пресные имеют соленость менее 1 %, солоноватые -- более 1 %, соленые -- более 24,7 %.

Озера развиваются в зависимости от окружающих условий. Реки, временные водные потоки приносят в озера огромное количество неорганических и органических веществ, которые отлагаются на их дне. Появляется растительность, остатки которой также скапливаются, заполн яя озерные котловины, и дают начало образованию болот.

Болота-- это избыточно увлажненные участки суши, покрытые влаголюбивой растительностью. Заболачивание в лесной полосе нередко возникает в результате сведения лесов. Тундра является зоной, где многолетняя мерзлота не позволяет проникать воде в толщу грунтов и постепенное ее накопление ведет к образованию болот.

По условиям питания и местонахождению болота подразделяют на низинные и верховые. Первые получают питание за счет атмосферных осадков, подземных и поверхностных вод. Большое количество минеральных компонентов, поступающих с подземными водами, способствует активному развитию растительности и большой ее продуктивности. При определенных условиях низинные болота превращаются в так называемые верховые. В этих болотах осуществляется торфообразование -- весьма сложный геохимический процесс минералообразования и осадконакопления. Накопление торфа, с одной стороны, наращивает запасы плодородия в земных недрах за счет увеличения объема гумуса, а также способствует консервации избыточного углерода, но, с другой стороны, существенно обедняет минеральную составляющую, питающую растения на болоте. Происходит замена на менее требовательные растения, например сфагновые мхи, которые выделяют органические кислоты, замедляющие торфообразо- вание. Вода уже не попадает в зоны развития сфагновых мхов и процесс разрушения растительности постепенно все более развивается.

Уделенное значительное внимание болотам связано с тем, что они занимают обширные пространства на территории нашей страны и представляют зачастую истоки значительных поверхностных водотоков. Но дело не только в этом, в последнее время установлен факт определяющего влияния болота на существование леса, т. е. существует глубокая связь между оптимальными условиями развития лесных экосистем и существующими в них болотами, да и многими небольшими озерами. [2,c.43-47]

2. Значение воды в биосфере

Значение воды в биосфере огромно: вода является универсальным растворителем; большинство химических реакций осуществляется в водных растворах, в воде происходит диссоциация соединений, вода обладает огромной теплоемкостью, тепло - и электропроводностью.

Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Вода - основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых существах.

В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные газы и соли, находятся взвешенные твердые частички.

С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так как к простому явлению физического испарения (превращения воды в пар) добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов. К тому же роль человека по мере его развития становится все более значительной в этом круговороте.

Круговорот воды в биосфере происходит следующим образом. Вода выпадает на поверхность Земли в виде осадков, образующихся из водяного пара атмосферы. Определенная часть выпавших осадков испаряется прямо с поверхности, возвращаясь в атмосферу водяным паром. Другая часть проникает в почву, всасывается корнями растений и затем, пройдя через растения, испаряется в процессе транспирации. Третья часть просачивается в глубокие слои подпочвы до водоупорных горизонтов, пополняя подземные воды. Четвертая часть в виде поверхностного, речного и подземного стока стекает в водоемы, откуда также испаряется в атмосферу. Наконец, часть используется животными и потребляется человеком для своих нужд. Вся испарившаяся и вернувшаяся в атмосферу вода конденсируется и вновь выпадает в качестве осадков.

Таким образом, один из основных путей круговорота воды - транспирация, то есть биологическое испарение, осуществляется растениями, поддерживая их жизнедеятельность. Количество воды, выделяющееся в результате транспирации, зависит от вида растений, типа растительных сообществ, их биомассы, климатических факторов, времени года и других условий.

Интенсивность транспирации и масса испаряющейся при этом воды могут достигать весьма значительных величин. У таких сообществ, как леса (с большой фитомассой и листовой поверхностью) или болота (с водонасыщенной моховой поверхностью) транспирация в целом вполне сравнима с испарением открытых водоемов (океана) и нередко даже превышает его.

Величина суммарного испарения (с почвы, с поверхности растений и через транспирацию) зависит от физиологических особенностей растений и их биомассы, поэтому служит косвенным показателем жизнедеятельности и продуктивности сообществ. Растительность в целом выполняет роль грандиозного испарителя, существенно влияя при этом на климат территории. Растительный покров ландшафтов, особенно леса и болота, имеет также огромное водо-охранное и водорегулирующее значение, смягчая перепады стока (паводки), способствуя удержанию влаги, препятствуя иссушению и эрозии почв.

3. Загрязнение природных вод

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения. Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС. [5,c.318]

Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК - 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

Из других загрязнителей необходимо назвать металлы(например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения .

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий- производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно “умирает” .

Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.

В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.
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 источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.

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 современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на одного человека, В Москве, например, на каждого жителя приходится около 650 л, что является одним из самых высоких показателей в мире.

Что ежегодный прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100 г. человечество может исчерпать все запасы пресной воды.

Уже в настоящее время 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.
Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8% , а у таких рек, как Дон, Терек, Урал - на 11-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод. [3,c.94-112]

4. Антропогенные воздействия на гидросферу

Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает такие основные категории:

Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания). В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания - выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.

Количественные характеристики воздействия: сила и степень опасности (интенсивность факторов и эффектов, массы, концентрации, характеристики типа "доза - эффект", токсичность, допустимость по экологическим и санитарно-гигиеническим нормам); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).

Временные параметры и различия воздействий по характеру эффектов: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые, актуальные и потенциальные; пороговость эффектов.

Категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (т.е. способные воспринимать и реагировать) - люди, животные, растения; компоненты окружающей среды (среда поселений и помещений, природные ландшафты, поверхность земли, почва, водные объекты, атмосфера, околоземное пространство); изделия и сооружения. Действие человека как экологического фактора в природе огромно и чрезвычайно многообразно. В настоящее время ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного и всеобщего, т.е. планетарного, влияния, как человек, хотя это наиболее молодой фактор из всех действующих на природу. Влияние антропогенного фактора постепенно усиливалось, начиная от эпохи собирательства (где оно мало чем отличалось от влияния животных) до наших дней, эпохи научно-технического прогресса и демографического взрыва.

Влияние антропогенного фактора в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. [4,c.40]

Загрязнение водоемов зависит от различных факторов миграции веществ в аквальных системах, среди которых важнейшими являются степень проточности водоема (река, озеро, водохранилище), масса и состав гидрополлютантов, температура и состав воды, насыщенность ее органикой, тип бассейна, количество и состав растений и животных водоема. Этими факторами определяется соотношение между осаждением, разбавлением, выносом и гидро - и биохимической трансформацией загрязнителей, т.е. путями самоочищения водоема.

Состав, количество и опасность гидрополлютантов. Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Главными его источниками служат:

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. Кроме этого неорганизованный сток осадков (ливневые стоки, талые воды) загрязняет водоемы техногенными терраполлютантами.

Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете. Общий объем промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых стоков достигает 1300 км3 (по некоторым оценкам до 1800 км3), для разбавления которых требуется примерно 8,5 тыс. км3 воды, т.е. 20% полного и 60% устойчивого стока рек мира. Причем по отдельным водным бассейнам антропогенная нагрузка гораздо выше средних значений.

Общая масса загрязнителей гидросферы огромна - около 15 млрд т в год. К наиболее опасным загрязнителям относятся соли тяжелых металлов, фенолы, пестициды и другие органические яды, нефтепродукты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и минеральные удобрения.

Кроме химического загрязнения водоемов определенное значение имеют также механическое, термическое и биологическое загрязнение. Для определения опасности нарушений поверхностных природных водоемов важен еще и объем безвозвратного водопотребления. В основе оценки опасности всех видов нарушений лежит общий принцип, основанный на определении объемов загрязненных стоков и размеров превышений их нормативных уровней.

Загрязнение вод России. Для загрязнения природных вод наибольший интерес представляют региональные, бассейновые особенности. По существующей санитарной классификации сточные воды в зависимости от степени загрязнения подразделяют на нормативно чистые (они не проходят очистки), нормативно-очищенные и загрязненные.

В РФ на одного человека образуется примерно в 1,5 раза больше хозяйственных стоков, чем в среднем в мире. В 1996 г. в поверхностные водные объекты было сброшено 58,9 км3 сточных вод. Около 38% (22,4 км3) сточных вод отнесены к категории загрязненных. С ними сброшено в водоемы свыше 700 тыс. тонн загрязнителей: нефтепродуктов - 9,3, взвешенных веществ - 619, фосфора - 32, СПАВ - 4, соединений меди - 0,2, железа и цинка - 19,7, фенола - 0,1 тыс. т. Реальная масса загрязнителей, поступающих в водоемы, значительно больше, поскольку в приведенных данных не учтены атмосферные выпадения загрязняющих веществ, смыв органики и ядохимикатов с сельскохозяйственных угодий и др. Основной объем сброшен предприятиями промышленности (33%) и коммунального хозяйства (61%). Объем нормативно-очищенных стоков составляет 10% от всех вод, требующих очистки, что является следствием низкой эффективности работы имеющихся очистных сооружений.

Качество воды в большинстве водных объектов России не отвечает нормативным требованиям. Ежегодно растет число створов с высоким уровнем загрязнения (более 10 ПДК), есть случаи экстремально высокого загрязнения (более 100 ПДК). Учет сброса сточных вод и система их оценки пока не упорядочены. Так, коллекторно-дренажные воды с орошаемых земель условно относятся к категории нормативно чистых, хотя обычно они загрязнены ядохимикатами, соединениями азота и фосфора. Для достижения нормального качества такие условно "чистые" воды требуют разбавления в 10-50 раз.

Существенная доля хозяйственно-питьевого водоснабжения базируется на подземных водах. Хотя они лучше защищены от проникновения поллютантов, но также подвергаются техногенному воздействию из-за загрязнения почвы и наземных водотоков. Оно происходит в первую очередь вокруг крупных промышленных центров, а также в районах интенсивного земледелия с применением химических удобрений, пестицидов и в местах расположения крупных животноводческих комплексов. На территории России выявлено около 1400 очагов загрязнения подземных вод, 80% которых находится в европейской части.

Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения в Российской Федерации не может гарантировать требуемого качества питьевой воды. В 19% г.75% исследованных проб были нестандартны по вкусовым качествам, 23% проб не отвечали гигиеническим требованиям по химическим и 11,4% - по микробиологическим показателям. В целом почти половина жителей страны потребляет недоброкачественную воду.

Приведенные данные свидетельствуют, что масштабы и темпы загрязнения гидросферы намного выше, чем других природных сред. Обостряющаяся водохозяйственная обстановка в России из-за сброса загрязненных стоков в водные объекты и нерационального использования воды наносит огромный экономический ущерб. Нарастающая деградация природных вод требует решительных действий и специальных целевых программ по их спасению.

5. Вода как среда обитания. Адаптация к обитанию в воде

Вода - не только живительный источник для всех животных и растений на Земле, но является для многих из них и средой обитания. К их числу, например, относятся многочисленные виды рыб, в том числе караси, населяющие реки и озёра края, а также аквариумные рыбки в наших домах. Как видите, они прекрасно себя чувствуют среди водных растений. Дышат рыбки жабрами, извлекая кислород из воды. Некоторые виды рыб, например, макроподы дышат атмосферным воздухом, поэтому периодически поднимаются на поверхность.

Вода - среда обитания многих водных растений и животных. Одни из них всю жизнь проводят в воде, а другие находятся в водной среде лишь в начале своей жизни. В этом можно убедиться, посетив небольшой пруд или болото. В водной стихии можно обнаружить самых маленьких представителей - одноклеточные организмы, для рассмотрения которых требуется микроскоп. К ним относятся многочисленные водоросли и бактерии. Их количество измеряется миллионами на кубический миллиметр воды. Коловратки - из царства многоклеточных животных. Несмотря на крохотные размеры планктон следит за чистотой воды, перерабатывая отмёршую растительность и погибших животных. В свою очередь, они являются пищей для более крупных организмов. Таких, например, как личинки комаров, обитающие во множестве у поверхности воды. Молодой комар покидает своё временное убежище - куколку-лодочку весьма осторожно. Малейшее волнение на поверхности воды в это время губительно для комара, так как он может упасть в воду, откуда уже не в силах выбраться.

Поверхность воды имеет особую упругую плёнку - поверхностное натяжение, чем успешно пользуются мелкие водные жуки-вертячки. Они встречаются целыми стайками. Сверкая на солнце, вертячки оживлённо бороздят воду и ловят мелких беспозвоночных животных. Более крупную жертву, упавшую на поверхность воды, всегда заметит клоп-водомерка. Он хищник. Иногда жертвой водомерки становится даже стрекоза. В свою очередь, на водомерок нередко охотится тритон. Это хвостатое земноводное живёт в воде всё лето.

И под водой немало хищников. Один из них - клоп-гладыш. Это один из самых крупных водных клопов, сильный и ловкий хищник. Длина его тела более одного сантиметра. Гладыш плавает спиной вниз, брюшком кверху. Его большие красные глаза обращены при этом ко дну, высматривая добычу. Он легче воды и дышит атмосферным воздухом. В отличие от водомерки, гладыш неплохо летает, посещая подходящие для охоты водоёмы.

На дне водоёмов можно встретить странных обитателей - личинок ручейников. Их тело находится в особом футляре- чехлике, который личинка строит сама из подручных материалов, например, из камушек.

Все наши стрекозы откладывают яйца в воду или ткани водных растений. Личинка стрекозы имеет характерный облик, малоподвижна и хорошо приспособлена к жизни на дне водоёма. Она хищник в водной стихии, как и взрослые стрекозы в воздушной среде. Личинка стрекозы дышит трахейными жабрами. Нередко можно увидеть двух личинок, которые выясняют, кому именно принадлежит данный участок дна водоёма.

В воде живёт и паук-серебрянка. Это единственный из пауков, который отлично приспособился к подводному существованию. Он одинаково хорошо передвигается как на суше, так и в воде. Дышит паук атмосферным воздухом. Строит под водой из паутины жилища, которые наполняет воздухом. Такое жилище служит пауку надёжным подводным убежищем. Здесь он отдыхает и поедает пойманную добычу.

А это личинка жука плавунца. Настоящий хищник. Добычей, как правило, становится зазевавшийся головастик лягушки. Вне воды личинка плавунца беспомощна и может погибнуть.

В воде и только в воде откладывают икру все наши земноводные животные, такие как лягушки, жабы, тритоны и углозубы. Вы видите зелёных жаб во время брачных игр, предшествующих откладке икры. Обычно жабы живут вне водоёмов, но весной после зимней спячки они дружно и большими группами плавают и резвятся в воде.

Икра земноводных животных плавает на поверхности воды, среди водных растений и благодаря чёрному цвету хорошо прогревается лучами весеннего солнца. Из икринок выходят личинки, носящие название головастиков. Питаются головастики растительной пищей. Чуть позже у головастиков отрастают конечности, и форма их тела заметно изменяется.

Трагедией для жителей маленьких водоёмов является засуха. В считанные часы вода испаряется и все водные обитатели, в том числе и головастики, погибают. Лишь отдельные экземпляры чудом избегают смерти, благодаря более быстрому развитию среди собратьев.

Вода - среда обитания и некоторых млекопитающих.

Это речной бобр. В далёком прошлом бобра считали рыбой! Так тесно связан он с водой. Бобра вода кормит, поит, даёт жильё и убежище от врагов.

Зоологи называют бобров «инженерами». Бобры умеют грамотно строить настоящие плотины на реках, каналы на болотистой местности, хатки-дома с входом под водой. С помощью своих передних резцов, имеющих ярко-оранжевую окраску, бобр валит среднее деревце за две-три минуты!

Самое маленькое млекопитающее - выхухоль. Она живёт у воды и здесь же находит себе пропитание.

Вода является средою, которая во много раз плотнее воздуха. В силу этого она оказывает на живущие в ней организмы определённое давление и в то же время обладает способностью поддерживать тела, согласно закону Архимеда, по которому всякое тело, находящееся в воде, теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им вода.

Среди водных животных, как и на суше, есть прожорливые хищники и мирные растительноядные, но для их жизнедеятельности нужна чистая без вредных примесей вода.

Сохраняя и оберегая воду наших рек, озёр, прудов, мы сохраняем и жизни наших братьев меньших. [1,c.43-47]

6. Методы очистки сточных вод

Очисткой сточных вод называется их обработка с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Методы очистки можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические.

Сущность механического метода очистки состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются имеющиеся примеси. Механическая очистка позволяет выделить из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых (как ценные материалы) используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Из физико-химических методов чаще всего применяются коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д., а также электролиз. Электролиз заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ при протекании электрического тока. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной промышленности.

Сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионно-обменных 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 самоочищения рек и других водоемов. Используются различные типы биологических устройств: биофильтры, биологические пруды и др. В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем. Перед биологической очисткой сточные воды подвергают механической очистке, а после биологической (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 лучшие результаты при очистке коммунально-бытовых отходов, а также отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна.

С целью уменьшения загрязнения гидросферы желательно вторичное использование в замкнутых ресурсосберегающих, безотходных процессах в промышленности, капельное орошение в сельском хозяйстве, экономное использование воды в производстве и в быту. [6,c.345]

Заключение

Гидросфера -- это водная оболочка Земли, которая обеспечивает жизнедеятельность человека и других живых организмов.

Объем потребляемой воды зависит от региона и уровня жизни населения и составляет в среднем от 3 до 700 литров в день на одного человека. Главная причина обострения проблемы водных ресурсов заключается не в увеличении водопотребления, а в загрязнении многих водоисточников. Загрязнение воды может оказывать вредное воздействие на здоровье людей двумя путями: через заражения человека микробами и вирусами или паразитными возбудителями заболеваний и через попадание в организм ядовитых химических или радиоактивных веществ.

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Поэтому остро встает вопрос об охране водных ресурсов и очистке сточных вод. Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений это создание безотходного производства. Но в настоящее время наибольшее распространение получила очистка сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточные воды в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, для разработки новых методов уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе Человеком.

Список литературы

1. Спенглер О. А. Слово о воде. Ленинград, Гидрометиоиздат, 1980.

2. А.Д.Потапов «Экология».

3. Степановских А.С. -- М.: ЮНИТИ-ДАНА, Экология: Учебник для вузов. 2001.

4. Селиванов А. О. Изменчивая гидросфера Земли. Москва, Знание, 1990.