Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.

В разных странах широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных 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. Также работы ведутся в других отраслях водной промышленности, сельском хозяйстве и быту.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

вода земля планета запас загрязнение

1. РОЛЬ ВОДЫ

Вода - один из важнейших природных ресурсов Земли. Она является своеобразным минералом, обладающими чрезвычайно ценными свойствами, обеспечивающими существование живых организмов на Земле и развитие процессов их жизнедеятельности. Вода является важнейшей составной частью живой материи. У многих животных она может составлять до 70-90% массы тела. У обитателей водной среды её содержание может даже доходить до 98%, а у ряда наземных животных не превышает 50% от массы тела (личинки мучного хруща, рисовый долгоносик). Тело медузы состоит из воды на 99,9%, тело человеческого трёхдневного зародыша - на 97%, тело взрослого человека содержит 60-80% воды. В огурцах, салате, спарже вода составляет около 95% их массы, в помидорах и моркови - около 90%.

Природная вода представляет собой смесь нескольких форм: лёгкой (в состав входит лёгкий изотоп водорода протий), тяжёлой (включает дейтерий) и сверхтяжёлой (включает тритий). В химически чистом виде вода в природе не встречается. В её состав входят обычно не менее 18 веществ, в том числе газо-солевые растворы, взвешенные твёрдые и жидкие вещества, определяющие вкус, запах, цвет и другие её свойства.

Из всех жидкостей вода служит наилучшим растворителем, обладает самой большой теплоёмкостью. Живые организмы не могут обойтись без воды. Вода входит в состав клеток и тканей животных и растений. Вода играет важную роль в физиолого-биохимических процессах в организме. Сложнейшие реакции в растительных и животных организмах могут протекать только при наличии водной среды. Физиологическую потребность живого организма в воде можно удовлетворить только водой и ничем иным. Процесс пищеварения у человека протекает при участии не менее 9-10 л воды в сутки. Поэтому потери воды могут приводить к гибели живых организмов. Обычно это происходит при потере порядка 30-50% воды по отношению к веса тела. Лишь очень немногие беспозвоночные могут сохранить жизнеспособность при потере воды более 50%.

Позвоночные поставлены в более тяжелое положение. Человеку грозит смертью потеря воды более 10% от массы тела, верблюд может потерять не более 27%, овца - 23%, собака - 17%. Вода способна к образованию сложных химических соединений, которые обусловили возникновение органической жизни, а затем формирование высокоорганизованных живых организмов. Особенно важна роль воды в процессе фотосинтетической деятельности растений. В среднем вода составляет около 90% массы всех растений и 75% массы животных. Таким образом, в биомассе организмов Земли объём воды достигает 1,1 тыс. км³.

Потребление воды живыми организмами осуществляется разными путями. В водной среде это диффузия - получение воды через наружные покровы. Насекомые, моллюски, черви и амфибии могут абсорбировать воду из воздуха. Например, у леопардовой лягушки при температуре +20°С ежедневное количество воды, поглощённой через кожные покровы и выделенное затем с мочой, может достигать 31% от общего содержания воды в организме.

Другие животные потребляют воду в процессе питания. Наконец, в организме многих животных образуется так называемая метаболическая вода. Особенно много её даёт метаболическое окисление жиров. Примером тому служат верблюд, кенгуровые крысы, платяная моль и другие.

В отличие от животных, основной путь получения воды растениями - потребление её из окружающей среды через корневую систему. Наземные растения по отношению к влажности почв делятся на две большие группы: 1) с экстенсивной и 2) с интенсивной корневой системой. У растений первой группы корневая система охватывает большой объём почвы, слабо ветвится (берёза, саксаул). Интенсивная корневая система густо ветвится, но охватывает незначительный по объёму ком земли (степные дерновинные злаки, рожь и др.)

Наконец, есть группа растительных организмов, которые могут потреблять воду всей поверхностью. К ним относятся мхи и лишайники.

Вода, поступающая в растения, на 97-99% теряется ими в результате процесса транспирации (испарения). Испарение охлаждает листья и способствует (в числе других процессов) круговороту биогенных элементов.

Поскольку большие потери воды неблагоприятны для живых организмов, они выработали ряд приспособлений, позволяющих максимально снижать потери воды. У многих пустынных растений листья жёсткие, кожистые, что не позволяет испарятся большому количеству влаги. Устьица у них либо глубоко спрятаны, либо закрываются в жаркое время. Многие из этих растений при высокой температуре опускают листья, направляя их параллельно солнечным лучам. В засушливый период эти растения могут даже сбрасывать листья, переходя в состояние покоя.

По своим морфологическим характеристикам на эту группу растений похожи обитатели наших сфагновых болот: багульник, подбел, мирт и другие. Листья у них также плотные, кожистые, чисто сильно подвёрнуты вниз, от чего становятся очень узкими. Корневая система у этих растений развита слабо. Все строение их свидетельствует о том, что эти растения болот стремятся экономить воду. Но почему? Оказывается, холодная и кислая вода болот труднодоступна растениям. Поэтому последние и вынуждены беречь воду, добываемую с трудом.

Для уменьшения потерь воды при испарении у многих видов растений выработана специальная форма листьев. Чем больше у листа краёв, тем легче теряется тепло и меньше потери воды. Поэтому многие растения засушливых областей имеют мелкие или сильно рассечённые листья.

Широким спектром приспособлений, позволяющих сберегать воду, обладают животные: водонепроницаемый покров (пустынные беспозвоночные), превращение органов дыхания во внутренние, укрытие их глубоко в теле (насекомые, паукообразные и другие беспозвоночные, имеющие трахеи).

Потери воды тесно связаны с солевым балансом организма. Если воды достаточно, то соли разбавляются ею и легко удаляются. При недостатке воды животные должны выводить соли так, чтобы вода терялась организмом в минимальном количестве. Это происходит вследствие концентраций солей в почках и некоторых солевых железах. Концентрирование солей позволяет удалять их избыток, избегая сильных потерь воды.

Вода необходима и для удаления избытка метаболитного азота, поступающего в организм с белковой пищей. В зависимости от среды обитания и наличия достаточного количества воды, конечным продуктом азотистого обмена могут быть различные соединения. Большинство наземных млекопитающих, получающих достаточное количество воды, выделяют мочевину.

Наконец, сохранение влаги в организме может быть обеспечено за счет всевозможных поведенческих реакций.

Как и прочие экологические факторы, вода влияет на разные жизненно важные функции организмов. Так, если относительная влажность воздуха понижается до 40% и меньше, перестают питаться некоторые комары. У рисового долгоносика откладывание яиц идёт быстрее при относительной влажности воздуха 50-70%.

Влажность довольно сильно влияет на биотопическое и географическое распределение организмов. На расстоянии всего 30м от болота под пологом сосняка сфагновые мхи уже не встречаются, поскольку влажность почв (порядка 50%) для них здесь недостаточна.

Расселение многих насекомых также непосредственно зависит от влажности среды. В сухом климате Средней Азии виноградная листовёртка заселяет только виноградники с большой влажностью. Большой еловый лубоед распространён только во влажных еловых лесах и сфагновых сосняках, где заселяет только нижние участки стволов деревьев. Осушение территории приводит к исчезновению данного вида.

Изменение влажности территории может приводить и к существенным перестройкам внутри сообществ растительных и животных организмов. Осушение и освоение переувлажнённых почв приводит к исчезновению болотных видов червей, многоножек, цикад и клопов.

Особенно велика роль воды в историческом процессе геологического преобразования нашей планеты. Многие миллионы лет вода разрушала каменные глыбы, растворяла неорганические соединения, активизировала вместе с животными и растительными организмами в процесс почвообразования.

Климат и погода на Земле во многом зависят и определяются наличием водных пространств и содержанием водяного пара в атмосфере, которые регулируют ритм термодинамических процессов, возбуждаемых энергией Солнца. Океаны и моря благодаря большой теплоёмкости воды накапливают солнечное тепло и способны изменять погоду и климат на планете. Океан растворяет атмосферные газы (СО₂), регулируя состав воздуха.

Деятельность человеческого общества немыслима без воды. Огромное значение имели реки и моря для возникновения центров цивилизации, что связывают с возможностью использовать водные пространства в качестве средств сообщения (для торговли и других целей), для рыбной ловли, добычи соли и других отраслей хозяйства. В период расцвета судоходства наиболее экономически развитыми и богатыми были морские державы.

Потребление воды во всех странах мира имеет тенденцию к увеличению. На нужды населения планеты за сутки используется 7-8 км³ воды. По мере роста народонаселения и городов увеличивается потребление воды на коммунально-бытовые нужды.

Водные ресурсы имеют большое значение как промышленное сырьё, нередко дефицитное и весьма дорогое. На промышленные и бытовые нужды расходуется её очень много. Для современной техники характерно наличие водоёмких производств. Основная масса воды в промышленности идёт для производства энергии для охлаждения, а также для растворения, смешивания, очищения и других технологических процессов. В последнее время значительно увеличилось её потребление при гидромеханизированных разработках в горнодобывающей промышленности в связи с применение приёмов флотации для отделения минералов от низкокачественных руд.

Для того, чтобы обеспечить продуктами питания население Земли, необходимо использование огромных количеств воды в земледелии. Для производства 1 кг растительной массы разные растения в различных условиях расходуют на транспирацию от 150-200 до 800-1000 м³ воды. Расходы на транспирацию значительно больше, чем на всё хозяйственно-питьевое водоснабжение и нужды животноводства. Так, 1 га площади, занятой кукурузой, испаряет за вегетационный период 2-3 млн л воды.

Водоёмы и водотоки обладают способностью к самоочищению, вода ежегодно в процессе влагооборота в том или ином количестве возобновляется. Но большие потери воды в промышленности и в быту, нерациональные способы ведения сельского хозяйства, химическое, механическое тепловое её загрязнение привели к тому, что в последнее время положение изменилось. В некоторых районах Земного шара ощущается дефицит воды. Наряду с количественным истощением произошло ухудшение её качества. Во многих местах вода непригодна для использования.

2. ЗАПАСЫ ВОДЫ НА ЗЕМЛЕ

Воды, находящиеся на поверхности планеты (материковые и океанические), образуют геологическую оболочку, называемую гидросферой. Гидросфера объединяет все свободные воды Земли, т.е. не связанные физическими и химическими с минералами земной коры, которые могут передвигаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации, переходить из одного состояния в другое. Гидросфера находится в тесной связи с другими сферами Земли: литосферой, атмосферой и биосферой.

Водные пространства (акватории) занимают значительно большую часть поверхности земного шара, поверхность суши занимает лишь около 11% общей площади земного шара. Если бы Земля представляла собой идеально гладкий шар, её покрывал бы океан глубиной 4000 м.

Большие запасы воды на нашей планете создают иллюзию её неисчерпаемости. Однако следует иметь в виду, что гидросфера - самая тонкая оболочка Земли. На воду во всех её состояниях и во всех сферах приходится меньше 0,001 массы планеты. Разное состояние и различное качество воды, а также особенности её круговорота на Земле приводят к тому, что лишь незначительная часть запасов воды оказывается доступной и пригодной для практического использования.

Запасы вод Мирового океана исчисляются 1 370 323 км³ и составляют 93,9% общего количества воды в гидросфере. Площадь Мирового океана равна 361,3 млн км², средняя глубина - 3790 м. Из-за большой солёности эти запасы воды мало используются для хозяйственных нужд.

Наибольшие запасы пресных вод сосредоточены в природных льдах.

Объём всех поверхностных вод суши вместе с ледниками составляет около 25 млн км³, т.е. в 55 раз меньше объёма океана. Запасы почвенной влаги исчисляются в 85 тыс. км³, около 280 тыс. км³ сосредоточено в озёрах, примерно половина приходится на проточные пресные озёра, а остальные - на озёра бессточных областей с водами различной степени засоленности. Меньше всего воды в речных руслах - примерно 1,2 тыс. км², т.е. менее 0,0001% общего запаса.

Самые большие запасы воды нашей планеты сосредоточены в её недрах. В.И. Вернадский оценивал все воды земной коры в 1,3 млрд км³, что примерно соответствует объёму воды в океане. Но значительная часть этой воды находится в состоянии, химически связанном с минералами.

Использование глубинных подземных вод сопряжено со значительными трудностями и практически осуществляется ещё мало. Химический состав подземных вод весьма разнообразен: от чистейших пресных вод до глубинных крепких «рассолов», содержащих более 250 г солей в 1 л воды. Преобладают хлоридно-натриевые воды, реже - натриево-кальциевые и натриево-магниевые. Пресные подземные воды большей частью располагаются поверхностно. Как правило, на глубине более 1,5-2 км встречаются солёные воды.

Общий объём пресных вод на Земле достигает примерно 28 млн км³, что составляет около 2% от общего объёма гидросферы. Но если учесть, что основная часть пресных вод, законсервированных в виде льда в полярных ледниках, недоступна для использования, то объём остальной части пресных вод составляет всего лишь около 4,2 млн км³, или 0,31% объёма гидросферы.

3. КАЧЕСТВО ВОДЫ

Поскольку вода-хороший растворитель, она редко встречается в абсолютно чистом виде. Пригодность воды для питья и наполнения плавательных бассейнов зависит от ее качества. Некоторые характеристики, которыми определяется качество воды:прозрачность, температура, вкус, запах, pН, электропроводность, жесткость.

Водопроводная вода в регионах с высокой плотностью населения часто представляет собой очищенную воду повторного использования. Хотя рециклировавная вода совершенно безопасна для питья, некоторые люди находят перспективу повторного использования неприятной. Они предпочитают пить натуральную, в том числе газированную, воду из бутылок.

Наличие в воде микроорганизмов определяется в результате измерения ее биохимической потребности в кислороде (БПК). С этой целью определяют содержание кислорода в воде до и после выдерживания ее в темноте в течение 5 сут при температуре 20°С. БПК измеряется в мг/дм3. БПК обычно рассматривается как мера загрязнения воды. Если загрязняющие органические вещества сбрасываются в воду, в ней начинается их естественная очистка. Она происходит в результате действия определенных микроорганизмов, которые используют растворенный в воде кислород для окисления загрязняющих веществ. Считается, что в зависимости от степени загрязненности воды БПК имеют следующие значения:

Степень загрязнения воды БПК, мг/дм3

Практически чистая 30

Слабое загрязнение 30-80

Сильное загрязнение >80

4. ПРИЧИНЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ

Загрязнение воды-это понижение ее качества в результате попадания в реки, ручьи, озера, моря и океаны различных физических, химических или биологических веществ. Загрязнение воды имеет много причин.

Сточные воды

Промышленные стоки, содержащие неорганические и органические отходы, нередко спускаются в реки и моря. Ежегодно в водные источники попадают тысячи химических веществ, действие которых на окружающую среду заранее не известно. Сотни из этих веществ представляют собой новые соединения. Хотя промышленные стоки во многих случаях подвергаются предварительной очистке, они все-таки содержат токсичные вещества, которые трудно обнаружить.

Бытовые сточные воды, содержащие, например, синтетические моющие средства, в конце концов попадают в реки и моря. Удобрения, смываемые с поверхности почвы, попадают в водостоки, ведущие к озерам и морям. Все эти причины приводят к сильному загрязнению воды, особенно в замкнутых бассейнах-озерах и прудах.

Твердые отходы.

Если в воде находится большое количество взвешенных твердых веществ, они делают ее непрозрачной для солнечного света и тем самым препятствуют процессу фотосинтеза в водных бассейнах. Это в свою очередь вызывает нарушения в цепи питания в таких бассейнах. Кроме того, твердые отходы вызывают заиливание рек и судоходных каналов, что приводит к необходимости частого проведения дноуглубительных работ.

Эвтрофикация.

В промышленных и сельскохозяйственных сточных водах, которые попадают в водные источники, велико содержание нитратов и фосфатов. Это приводит к перенасыщению удобряющими веществами замкнутых водоемов и вызывает в них усиленный рост простейших микроорганизмов-водорослей. Особенно сильно разрастается сине-зеленая водоросль. Но, к сожалению, она несъедобна для большинства видов рыб. Разрастание водорослей приводит к поглощению из воды большего количества кислорода, чем может естественно образовываться в ней. В результате происходит увеличение БПК такой воды. Попадание в воду биологических отходов, например древесной целлюлозы или необработанных канализационных вод, также приводит к повышению БПК. Другие растения и живые существа не могут выжить в такой среде. Однако в ней сильно размножаются микроорганизмы, способные разлагать мертвые растительные и животные ткани. Эти микроорганизмы поглощают еще больше кислорода и образуют еще больше нитратов и фосфатов. Постепенно в таком водоеме значительно уменьшается число видов растений и животных. Наиболее важными жертвами происходящего процесса оказываются рыбы. В конце концов, уменьшение концентрации кислорода в результате разрастания водорослей и микроорганизмов, разлагающих мертвые ткани, приводит к старению озер и их заболачиванию. Этот процесс называется эвтрофикацией.

Классическим примером эвтрофикации является озеро Эри в США. За 25 лет содержание азота в этом озере повысилось на 50%, а содержание фосфора-на 500%. Причиной послужило главным образом попадание в озеро бытовых сточных вод, содержащих синтетические моющие средства. Синтетические моющие средства содержат много фосфатов.

Очистка сточных вод не дает необходимого эффекта, поскольку позволяет удалять из воды только твердые вещества и лишь небольшую долю растворенных в ней питательных веществ.

Токсичность неорганических отходов.

Сброс промышленных сточных вод в реки и моря приводит к повышению в них концентрации токсичных ионов тяжелых металлов, например кадмия, ртути и свинца. Существенная их часть поглощается или адсорбируется определенными веществами, и это иногда называют процессом самоочищения. Однако в замкнутых бассейнах тяжелые металлы могут достигать опасно высоких уровней.

Наиболее известный случай такого рода произошел в заливе Минамата в Японии. В этот залив сбрасывались промышленные сточные воды, содержащие ацетат метил-ртути. В результате ртуть стала попадать в цепь питания. Она поглощалась водорослями, которые поедали моллюски; моллюсками питались рыбы, а рыба употреблялась в пищу местным населением. Содержание ртути в рыбе оказалось настолько высоким, что это привело к появлению детей с врожденными уродствами и к смертельным случаям. Это заболевание получило название болезни Минамата.

Большую озабоченность вызывает также повышение уровня нитратов, наблюдаемое в питьевой воде. Высказывается мнение, что высокое содержание нитратов в воде может приводить к возникновению рака желудка и являться причиной повышенной детской смертности.

Микробиологическая загрязненность воды.

По данным Международной организации труда, 70% населения земного шара пользуется некачественной водой. Эта проблема особенно остро стоит в развивающихся странах. Приблизительно 90% всех сельских жителей постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой. По оценкам Всемирной организации здравоохранения 80% заболеваний в мире обусловлены недостаточным качеством и антисанитарным состоянием воды. Из-за этого возникают такие заболевания, как холера, тиф, малярия, паразитарный цирроз (глистное заболевание) и проказа. От заболеваний, связанных с антисанитарным состоянием воды, на земном шаре страдает около 500 млн. людей.

Однако проблема загрязненности воды и ее антисанитарного состояния не ограничивается развивающимися странами. Четвертая часть всего Средиземноморского побережья считается опасно загрязненной. Согласно отчету о загрязнении Средиземного моря, опубликованному в 1983 г. в рамках Программы охраны окружающей среды ООН, употребление в пищу выловленных там моллюсков и омаров небезопасно для здоровья. В этом регионе распространены тиф, паратиф, дизентерия, полиомиелит, вирусный гепатит и пищевые отравления, периодически возникают вспышки холеры. Большинство этих заболеваний вызывается сбросом в море неочищенных сточных вод. По имеющимся оценкам, 85% отходов из 120 прибрежных городов сбрасывается в Средиземное море, в котором купаются и ловят рыбу отдыхающие и местные жители. Между Барселоной и Генуей на каждую милю береговой линии приходится приблизительно 200 тонн сбрасываемых отходов в год.

Утечка нефти

Только в США ежегодно происходит приблизительно 13000 случаев утечки нефти. В морскую воду ежегодно попадает до 12 млн. т нефти. В Великобритании ежегодно выливается в канализацию свыше 1 млн. т использованного машинного масла.

Нефть, пролитая в морскую воду, оказывает много неблагоприятных воздействий на жизнь моря. Прежде всего гибнут птицы-тонут, перегреваются на солнце или лишаются пищи. Нефть ослепляет живущих в воде животных-тюленей, нерпу. Она уменьшает проникновение света в замкнутые водоемы и может повышать температуру воды. Это особенно губительно для организмов, способных существовать только в ограниченном интервале температур. Нефть содержит токсичные компоненты, например ароматические углеводороды, которые губительно действуют на некоторые формы водной жизни даже в таких концентрациях, как несколько миллионных долей.

Другие формы загрязнения воды

К ним относятся радиоактивное и тепловое загрязнения. Главным источником радиоактивного загрязнения моря являются слабоактивные отходы, удаляемые с атомных электростанций. Одной из наиболее важных проблем, возникающих в связи с этим загрязнением, является то, что морские организмы, например водоросли, накапливают, или концентрируют, радиоактивные изотопы.

Тепловое загрязнение воды вызывается тепловыми или атомными электростанциями. Тепловое загрязнение вносится в окружающие водоемы отработанной охлаждающей водой. В результате повышение температуры воды в этих водоемах приводит к ускорению в них некоторых биохимических процессов, а также к уменьшению содержания кислорода, растворенного в воде. Это вызывает быстрые и нередко очень существенные изменения в биологической среде поблизости от электростанций. Происходит нарушение тонко сбалансированных циклов размножения различных организмов. В условиях теплового загрязнения, как правило, наблюдается сильное разрастание водорослей, но вымирание других живущих в воде организмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.

В разных странах широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных 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. Также работы ведутся в других отраслях водной промышленности, сельском хозяйстве и быту.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Маврищев, В. В. Основы экологии: учебник / В. В. Маврищев. - 3-е изд., испр. и доп. - Мн.: Выш. шк., 2007. - 447 с.

2. Савенок, А. Ф. Основы экологии и рационального природопользования / А. Ф. Савенок. - Мн.: Сэр - Вит, 2004. - 432 с.

3. Чумаков, Л. С. Экология для всех: Пособие для учащихся ст. кл. общеобразов. шк. / Л. С. Чумаков. - Мн.: Бел. Наука, 2001. - 288 с.

4. http://provodu.kiev.ua/oleg-mosin/voda-ee-svoistva-i-ochistka-vody

Размещено на Allbest.ru