Гідросфера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Гідросфера - водна оболонка земної кулі, розташована в нижній частині атмосфери, на поверхні земної кори і в її товщі, що становить сукупність океанів, морів та водних об'єктів суші (річок, озер, боліт, підземних вод, сніжного покриву і льодовиків). Поверхневі води в основному зосереджені в Світовому океані, що містить близько 91% усієї води на Землі. Поверхня океану (акваторія) складає 361 млн. кв. км. Вона приблизно в 2,4 рази більше площі суші - території, що займає 149 млн. кв. км.

Вода - одна з найдивовижніших речовин на нашій планеті. Ми можемо бачити її в твердому (сніг, лід), рідкому (річки, моря) і газоподібному (пари води в атмосфері) станах. Вся жива природа не може обійтися без води, яка присутня у всіх процесах обміну речовин. Всі речовини, що поглинаються рослинами з ґрунту, надходять в них тільки в розчиненому стані. Взагалі вода - інертний розчинник, тобто розчинник, який не змінюється під впливом речовин, які розчиняє. Саме у воді колись зародилося життя на нашій планеті. Завдяки світовому океану відбувається терморегуляція на нашій планеті. Без води не може жити людина. Нарешті, у сучасному світі вода - один з найважливіших факторів, що визначають розміщення виробничих сил, а дуже часто й засіб виробництва.

Важливість води і гідросфери, водної оболонки Землі, неможливо переоцінити. Саме зараз, коли темпи зростання водоспоживання величезні, коли деякі країни вже відчувають гострий дефіцит прісної води, особливо гостро стоїть питання зниження забруднення прісної води.

Збільшення витрат води промисловістю зв'язано не тільки зі швидким зростанням останньої, але і зі зростанням водомісткості виробництва, тобто збільшенням витрат води на одиницю продукції.

Використання води для господарських цілей - одна з ланок круговороту води в природі. Але антропогенна ланка круговороту відрізняється від природної тим, що в процесі випаровування лише невелика частина використаної людиною води вертається в атмосферу опрісненою. Інша частина (близько 90%) скидається у річки та водойми у вигляді стічних вод, забруднених відходами виробництва.

Велике значення має задоволення потреб населення у питній воді в місцях його проживання через централізовані (пріоритетно) або нецентралізовані системи питного водопостачання. Джерелами централізованого водопостачання є поверхневі води, частка яких у загальному обсязі водозабору становить 68%, а підземних вод - 32%. У сільській місцевості переважає використання в питних цілях споруд і пристроїв систем децентралізованого господарсько-питного водопостачання. Вода з колодязів, джерел та ін. (децентралізоване водопостачання) не захищена від забруднення і тому представляє високу епідеміологічну небезпеку.

Зміст і перенесення вологи в атмосфері, гідрологічний і гідрохімічний режим океанів і морів, річок та озер, штучних водойм, підземних вод, коливання балансу маси льоду і стоку води з льодовиків, коливання розмірів сніжників в горах і зміни запасів води в сезонному сніговому покрові, коливання запасів води в ґрунті і випаровування з її поверхні (включаючи транспірацію рослинністю) вивчаються наземними засобами спостережень, радіолокації, зондуванням атмосфери літальними апаратами, в тому числі з космосу. Інформація про стан гідросфери та її об'єктів широко використовується в сільському господарстві, транспорті, енергетиці, будівництві, водопостачанні, у попередженні про стихійні лиха (повені, посухи, селеві потоки та сході сніжних лавин), визначенні стану водних і навколоводних екосистем, ступеня забруднення об'єктів гідросфери. Організація спостережень, передачі, обробки, зберігання і розповсюдження інформації вимагає наукового обґрунтування, а результати спостережень служать підставою для глобальних і локальних узагальнень по гідрологічному та екологічному стану водних об'єктів.

1. Склад і значення гідросфери

Гідросфера -- водна оболонка нашої планети -- це безмежні простори морів і океанів, синява озер, блискучі стрічки річок і топи боліт, хмари і тумани, сріблястий іній і краплі роси. Водою покрито близько 3 / 4 поверхні Землі. Молекула води Н2О складається з трьох атомів - одного атома кисню і двох атомів водню. Це безбарвна хімічна сполука, що не має смаку і запаху, - найпоширеніше на планеті, без нього неможливе існування життя, і його роль у формуванні географічної оболонки величезна.

Загальний об'єм води на земній кулі 1390 млн. км3, основна його частина припадає на моря і океани - 96,4%. На суші найбільшу кількість води містять льодовики і постійні сніги - близько 1,86% (при цьому в гірських льодовиках - 0,2%). Близько 1,7% від загального обсягу гідросфери приходиться на підземні води і приблизно 0,02% - на води суші (ріки, озера, болота, штучні водойми). Деяка кількість води знаходиться в живих організмах біосфери і в атмосфері. Прісна вода становить лише 2,64%.

На нашій планеті в природних умовах вода може існувати в трьох агрегатних станах - твердому (лід), рідкому (вода) і газоподібному (водяна пара), на відміну від інших речовин, які знаходяться або в твердому (мінерали, метали) або в газоподібному (кисень, азот, вуглекислий газ) стані.

Життя на Землі зародилося завдяки тому, що на ній з'явилася вода - дивна речовина, що володіє аномальними хімічними і фізичними властивостями. Молекули води надзвичайно сильно притягаються один до одного, приблизно в 10 разів сильніше, ніж молекули інших рідин. Тому при нормальному атмосферному тиску вода кипить при 100 °С і плавиться при 0°С. Якщо порівняти воду - оксид водню - з іншими речовинами, що представляють собою з'єднання водню з елементами, що знаходяться в періодичній таблиці Менделєєва в одному ряду з киснем, - телуром, селеном і сіркою, то виявиться, що температура замерзання і кипіння води незвично висока. Слід було очікувати, що лід мав би танути при -90 °С, а вода кипіти при -70 °С. При цьому всі льоди на Землі розплавилися б, а океани і моря - википіли. Нормальним в умовах нашої планети став би тільки газоподібний стан води.

Теплоємність води аномально висока, тому для плавлення льоду, нагрівання і випаровування води необхідні набагато більші витрати енергії, ніж для інших речовин. А теплопровідність води дуже мала, тому вода повільно нагрівається і повільно остигає.

Деякі дивовижні властивості води визначають багато найважливіші природні процеси, що відбуваються на планеті. Наприклад, вода володіє найбільшою щільністю не при 0 °С (температурі плавлення), а при 4 °С. Прісна вода, охолоджена до температури нижче 4 °С, стає менш щільною і тому залишається у поверхневому шарі. Це дозволяє водоймам не промерзати до дна, що зберігає життя їх мешканців.

При замерзанні вода розширюється і її щільність у рідкому стані більше, ніж у твердому. Тому лід легший за воду - це ще одна чудова властивість води, яким вона відрізняється від переважної більшості інших речовин. Завдяки цій властивості лід не тоне, не опускається на дно водоймища, а в океанах плавають гігантські айсберги. Вічним льодом покриті Антарктида, острів Гренландія і багато інших островів у високих широтах. У горах на великих висотах утворюються гірські льодовики.

Вода володіє великим поверхневим натягом, тому дощові краплі дуже пружні й успішно руйнують гірські породи.

Завдяки особливостям молекулярної будови вода добре розчиняє різні хімічні сполуки.

За довгу геологічну історію планети не раз мінялися обриси материків і океанів, розвивалися великі покривні льодовики, потужні річки несли в моря й океани величезні маси зруйнованих гірських порід. У всіх цих процесах брала участь вода. Вода може текти вгору - вона самостійно піднімається по ґрунтових капілярах, живлячи вологою ґрунтовий шар. Рухаючись вгору по капілярних судинах трав і дерев, вода постачає їм поживні речовини [1].

Вода займає особливе місце в житті всіх живих істот на Землі. Без неї життя неможливе. Вона входить до складу будь-якого організму, від одноклітинного до високоорганізованого. Тіло дорослої людини приблизно на 65% складається з води, а кров і лімфа - більш ніж на 90%. Вода в організмі будь-якої біологічної істоти виконує дуже багато функцій: у ній розчиняються хімічні речовини, які воно отримує з їжі; у воді проходять всі відомі біологічні реакції; випаровуючись через легені і шкіру, вона регулює тепловий режим; з водою виводяться шкідливі речовини. Без води неможливо приготувати їжу, її використовують для водних процедур і прибирання території і приміщень. Без води неможлива виробнича і сільськогосподарська діяльність. Для людини важливі фізико-хімічні якості води: мутність, кольоровість (забарвлення), запах і смак. Вони визначають її органолептичні властивості (від слова «орган» і грецького leptikos - вибирає), тобто властивості, які виявляються і оцінюються за допомогою органів відчуттів.

Доброякісна питна вода повинна відповідати всім вимогам органолептики. Вона повинна бути прозорою, безбарвною, без запаху, мати приємний смак і не містити мікроорганізмів, що викликають інфекційні захворювання. Найбільш сприятлива температура питної води 7-12 °С.

Водою вкрито більше 71% всієї поверхні Землі. Однак більша її частина зосереджена в океанах і морях, містить значну кількість мінеральних солей і інших речовин і без відповідного очищення мало придатна для використання у виробництві, сільському господарстві і в побуті [2].

гідросфера океан вода підземний

2. Хімія гідросфери

Джерело води при утворенні гідросфери досі є незрозумілим, незнайденим. Можливо, це були метеорити або комети, збагачені водяною парою. У будь-якому випадку, коли поверхня Землі охолола до 100 °С, водяна пара, що виділяється з мантії, повинна була сконденсуватися. Це сталося близько 3,8 млрд. років тому, коли утворилися океани.

Наближені складові гідросфери нашої планети представлені у таблиці 1.

Таблиця 1. Складові гідросфери

Загальний об'єм води на земній поверхні після основної фази дегазації Землі змінювався мало. В даний час з мантії виділяється дуже невелику кількість води. Втрати води з атмосфери в космос також невеликі, оскільки на висоті близько 15 км водяна пара конденсується і випадає у вигляді атмосферних опадів.

Вода в природі знаходиться в постійному русі. У різних фазах свого природного круговороту вона переходить з рідкого в твердий або газоподібний стан. Вода з поверхні океанів і морів, річок, озер та інших водойм випаровується і потрапляє в атмосферу. Тут водяна пара конденсується, утворюючи хмари, а потім вода випадає у вигляді дощу, снігу і граду на земну поверхню. Незважаючи на короткий час перебування в атмосфері (близько 10 днів), вода переноситься на значну відстань - до 1000 км, де повертається або в океани, або на континенти.

Води морів і океанів містять, в середньому, 3,5% розчинених речовин. В основному це солі - хлориди і сульфати натрію і магнію, які знаходяться в морській воді у вигляді іонів. Відносні концентрації основних іонів морської води в усіх океанах Землі відрізняються дивовижною постійністю. Крім іонів, морська вода містить розчинені гази та органічні сполуки.

Велика частина дощових опадів, що потрапляють на континенти, просочується через відкладення, пористі або роздроблені породи, утворюючи підземні води. Решта вод тече по поверхні у вигляді річок або знову випаровується в атмосферу. Вода, що стікає по поверхні суші, захоплює багато хімічних речовин. Річкові води містять іони, нейтральні молекули, зважені частинки і істотно відрізняються за складом від вод Світового океану. Солей тут набагато менше. Хімічний склад природних вод наведений в таблиці 2.

Таблиця 2. Склад природних вод

Вміст різних речовин в прісних водах змінюється в залежності від місця розташування водойми. Хімічний склад річок, озер і ґрунтових вод залежить від складу дощових опадів і сухих атмосферних випадінь, процесів руйнування гірських порід і розкладання органічної речовини в ґрунтах, різного залучення у біологічні процеси. Крім того, сильний вплив на прісні води може надавати діяльність людини.

Руйнуючи гірські породи, прісні води збагачуються елементами, що в них містяться. Однак, незважаючи на те, що майже всі катіони у річковій воді з'являються в результаті вивітрювання, іонний склад розчинених речовин в прісній воді принципово відрізняється від складу континентальної кори. Це особливо помітно для алюмінію і заліза. Причиною низької концентрації в природних водах цих досить поширених у земній корі елементів є їх схильність до утворення малорозчинних сполук. У той же час катіони з низькими зарядами легко переходять в розчин.

Серед аніонів найбільш високий вміст гідрокарбонат- і сульфат-іонів, видобутих водою з гірських порід. Так, при проходженні через карбонатні гірські породи (наприклад, вапняк) природні води насичуються гідрокарбонатами. Під дією розчиненого у воді діоксиду вуглецю малорозчинний карбонат кальцію перетворюється в гідрокарбонат, добре розчинний у воді:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2

При випаровуванні води, що містить гідрокарбонат кальцію, йде зворотна реакція з виділенням діоксиду вуглецю та твердого карбонату кальцію:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2

Велика частина грунтових вод, які живлять річки, і грунтові води мають середу, близьку до нейтральної. Підкислення прісних вод може відбуватися в результаті надходження дощової води, зазвичай має слабокислотних реакцію (за рахунок розчинення діоксиду вуглецю та інших газів), а також розкладання органічних речовин з утворенням карбонових кислот. Незважаючи на все більше поширення кислотних дощів, підкислені прісні води зустрічаються не дуже часто. Це пов'язано з витратою катіонів водню в процесах руйнування деяких мінералів. Підкислення прісної води особливо помітно в гірських областях з великою кількістю дощових опадів. З 1930 до 1975 року величина рН в деяких озерах на північному сході США зменшилася з 6,7 до 5,1, що викликало загибель риби та інших тварин. Поява лужних вод менш імовірна, так як вони нейтралізуються такими атмосферними газами, як діоксид вуглецю і діоксид сірки. Тим не менш, річки з лужним середовищем відомі, наприклад, на Ямайці. Зазвичай це - результат забруднення води відходами з високими значеннями рН.

Біологічна активність у воді особливо помітно впливає на її склад в озерах і великих річках зі слабкою течією. Поблизу поверхні йде активний фотосинтез, в результаті чого вода збагачується киснем. Утворені органічні речовини опускаються в глибинні води з меншим вмістом кисню, де вони окислюються, ще більше знижуючи концентрацію кисню. У деяких випадках вона падає нижче рівня, необхідного для підтримки життя.

Крім діоксиду вуглецю, води і світла рослинам для зростання потрібні певні живильні речовини, в тому числі сполуки азоту і фосфору, які містяться в природних водах у низьких концентраціях. Якщо потреба в азоті і фосфорі починає перевищувати їх доступність, може мати місце хімічне обмеження зростання. Високі концентрації сполук азоту та фосфору характерні для районів з інтенсивним сільським господарством. Вони можуть бути небезпечними при використанні води в якості питної. Крім того, активне зростання водоростей приводить до засмічення водних фільтрів, зменшення концентрації кисню, отруєння водойм, зниження в них біологічного розмаїття.

Людина часто порушує природні процеси в прісних водоймах і прибережних областях морів і океанів в результаті своєї господарської діяльності. У результаті роботи промислових підприємств і транспорту в природних водах накопичуються важкі метали (таблиця 3). Найбільш небезпечними визнані ртуть, свинець та кадмій, так як вони отруйні навіть у малих кількостях. Хоча ці метали до цих пір незамінні в техніці, від деяких областей їх застосування людство відмовилося.

Серед інших забруднюючих речовин найбільш помітні нафта і нафтопродукти, що потрапляють у природні води при експлуатації нафтових танкерів. Під час розливів нафти особливо страждають птахи. Чималої шкоди природі завдають органічні сполуки, що містяться у відходах підприємств і в побутових стічних водах. Попадання цих речовин у природні водойми призводить до зменшення вмісту розчиненого кисню, який витрачається на їх окислення. У результаті гинуть риби й інші мешканці водойм.

Таблиця 3. Найбільш небезпечні важкі метали

Особливо чутливі до забруднення підземні води. Це пов'язано з низькими швидкостями потоку і слабкою мікробіологічної активністю. Основну загрозу для підземних вод становлять витоки з підземних цистерн, а також стік з сільськогосподарських полів, місць поховання міських відходів, занедбаних сховищ шкідливих речовин. Забруднені підземні води можуть потрапляти в річки і озера, в результаті чого забруднення поширюється на поверхневі води [3].

3. Світовий океан

Світовий океан - основна частина гідросфери, складова 94,1% всієї її площі, безперервна, але не суцільна, водна оболонка Землі, що оточує материки й острови і що відрізняється спільністю сольового складу. Континенти і великі архіпелаги поділяють світовий океан на п'ять великих частин (океанів):

* Атлантичний океан

* Індійський океан

* Північний Льодовитий океан

* Тихий океан

* Південний океан

Менші регіони океанів відомі як моря, затоки, протоки і т. п.

Води Світового океану складають основну частину гідросфери Землі - океаносферу. На води океану припадає більше 96% (1338 млн куб.км.) води Землі. Обсяг прісних вод, що надходять в океан з річковим стоком і опадами, не перевищує 0,5 мільйонів кубічних кілометрів, що відповідає шару води на поверхні океану товщиною близько 1,25 м. Це обумовлює сталість сольового складу вод океану і незначні зміни їх щільності. Єдність океану як водної маси забезпечується її безперервним рухом як в горизонтальному, так і у вертикальному напрямках. В океані, як і в атмосфері, немає різких природних меж, всі вони більш-менш поступові. Тут здійснюється глобальний механізм трансформації енергії та обміну речовин, який підтримується нерівномірним нагрівом сонячною радіацією поверхневих вод і атмосфери [4].

Ступінь забрудненості світового океану постійно зростає. Здатності води до самоочищення часом виявляється недостатньо, щоб упоратися з постійно зростаючою кількістю відходів, що скидаються. Під впливом плинів забруднення перемішуються й дуже швидко поширюються, впливаючи на зони, багаті тваринами й рослинністю, наносячи серйозний збиток стану морських екосистем. Людство губить саме себе.

До числа найбільш шкідливих хімічних забруднень відносяться нафта й нафтопродукти. Щорічно в океан попадає більше 10 млн. т нафти. Забруднюють поверхню танкери, витік сировини при буравленні.

Стурбованість громадськості нафтовим забрудненням обумовлено неухильним ростом економічних втрат у рибальстві, туризмі й інших сферах діяльності. Тільки 1 т нафти здатна покрити 12 куб. км поверхні моря. А нафтова плівка змінює всі фізико-хімічні процеси: підвищується температура поверхневого шару води, погіршується газообмін, риба йде або гине. Міняються гідробіологічні умови в океані, виявляється вплив на баланс кисню в атмосфері, а значить безпосередньо на клімат. Зменшується первинна продукція океану - фітопланктон - своєрідний харчовий фундамент всього його життя.

Дуже отруйні розчинні компоненти нафти. Вони нерідко стають причиною загибелі риби, морських птахів. Якщо запліднену ікру риби помістити в акваріум з досить незначною концентрацією нафтопродуктів, то більшість зародків загинуть, а багато хто з уцілілих виявляються виродками. А адже саме на поверхні, куди й попадають ці отруйні речовини, розвивається найбагатше співтовариство найрізноманітніших організмів - нейстон [5].

Нафтове забруднення Світового океану, безсумнівно, є саме розповсюджене явище. Від 2 до 4% водяної поверхні Тихого й Атлантичного океанів постійно покрито нафтовою плівкою. У морські води щорічно надходить до 6 млн. т нафтових вуглеводнів. Майже половина цієї кількості зв'язана з транспортуванням і розробкою родовищ на шельфі. Континентальне нафтове забруднення надходить у океан через річковий стік. Ріки світу щорічно виносять у морські й океанічні води більш 1,8 млн. т нафтопродуктів.

У морі нафтове забруднення має різні форми. Воно може бути плівкою покривати поверхню води, а при розливах товщина нафтового покриття спочатку може складати кілька сантиметрів. З часом утвориться емульсія нафти в воді чи води в нафті. Пізніше виникають грудочки важкої фракції нафти, нафтові агрегати, що здатні довго плавати на поверхні моря. До грудочок мазуту, що плавають, прикріплюються різні дрібні тварини, якими охоче харчуються риби і вусаті кити. Разом з ними вони заковтують і нафту. Одні риби від цього гинуть, інші наскрізь просочуються нафтою і стають непридатними для вживання в їжу через неприємний запах і смак.

Усі компоненти нафти токсичні для морських організмів. Нафта впливає на структуру морських тварин. При нафтовому забрудненні змінюється співвідношення видів і зменшується їх різноманітність. Так, рясно розвиваються мікроорганізми, що харчуються нафтовими вуглеводами, а біомаса тих мікроорганізмів отрутна для багатьох морських мешканців. Доведено, що дуже небезпечним є тривалий хронічний вплив навіть невеликих концентрацій нафти. При цьому поступово падає первинна біологічна продуктивність моря. У нафти є ще одна неприємна побічна властивість. Її вуглеводи здатні розчиняти в собі ряд інших забруднюючих речовин, таких, як пестициди, важкі метали, які разом з нафтою концентруються в приповерхневому шарі і ще більш отруюють його. Ароматична фракція нафти містить речовини мутагенної і канцерогенної природи, наприклад бензопірен. Зараз отримані численні докази наявності мутагенних ефектів забрудненості морського середовища. Бензопірен активно циркулює по морським харчовим ланцюгам і попадає в їжу людей.

Найбільші кількості нафти зосереджені в тонкому приповерхневому шарі морської води, що грає особливо важливу роль для різних сторін життя океану. У ньому зосереджено безліч організмів, цей шар відіграє роль "дитячого садку" для багатьох популяцій. Поверхневі нафтові плівки порушують газообмін між атмосферою й океаном. Змінюються процеси розчинення і виділення кисню, вуглекислого газу, теплообміну, міняється відбивна здатність (альбедо) морської води [6].

Не менше, ніж нафта, небезпечне забруднення важкими металами. Французькі дослідники встановили, що дно Атлантичного океану забруднено потрапляючим із суходолу свинцем на відстані 160 км від берега і на глибині до 1610 м. Більш висока концентрація свинцю у верхньому шарі донних відкладень, чим у більш глибоких шарах, свідчить про те, що це наслідок людської діяльності, а не природних процесів.

Разом з річковим стоком в океан надходять і важкі метали, багато з яких мають токсичні властивості. Загальна величина річкового стоку складає 46 тис. км води в рік. Разом з ним у Світовий океан надходить до 2 млн. т свинцю, до 20 тис. т кадмію і до 10 тис. т ртуті. Найбільш високі рівні забруднення мають прибережні води і внутрішні моря. Чималу роль у забрудненні Світового океану грає й атмосфера. Так, наприклад, до 30% усієї ртуті і 50% свинцю, що надходять у океан щорічно, переноситься через атмосферу.

По своїй токсичній дії в морському середовищі особливу небезпеку представляє ртуть. Під впливом мікробіологічних процесів токсична неорганічна ртуть перетворюється в більш токсичні органічні форми ртуті. Накопичені завдяки біоакумуляції в рибі чи молюсках з'єднання метильованої ртуті являють пряму загрозу життю і здоров'ю людей. Згадаємо хоча б сумно відому хворобу "мінамато", що одержала назва від японської затоки, де так різко проявилося отруєння місцевих жителів ртуттю. Вона віднесла чимало життів і підірвала здоров'я багатьом людям, що вживали в їжу морські продукти з цієї затоки, на дні якого нагромадилося чимало ртуті від відходів прилеглого комбінату.

Ртуть, кадмій, свинець, мідь, цинк, хром, миш'як і інші важкі метали не тільки накопичуються в морських організмах, отруюючи тим самим морські продукти харчування, але і згубно впливають на мешканців моря. Коефіцієнти нагромадження токсичних металів, тобто концентрація їх на одиницю ваги в морських організмах стосовно морської води, міняються в широких межах - від сотень до сотень тисяч, у залежності від природи металів і видів організмів. Ці коефіцієнти показують, як накопичуються шкідливі речовини в рибі, молюсках, ракоподібних, планктонних і інших організмах.

Масштаби забруднення продуктів морів і океанів настільки великі, що в багатьох країнах установлені санітарні норми на вміст у них тих чи інших шкідливих речовин. Цікаво відзначити, що при концентрації ртуті у воді, тільки в 10 разів більшої її природного змісту, забруднення устриць уже перевищує норму, встановлену в деяких країнах. Це показує, як близька та межа забруднення морів, який не можна переступити без шкідливих наслідків для життя і здоров'я людей.

Власники хімічного комбінату «Тіссо» у містечку Мінамата на острові Кюсю довгі роки скидали в океан стічні води, насичені ртуттю. Прибережні води й риба виявилися отруєними, що призвело до загибелі місцевих жителів. Отримали тяжкі психопаралітичні захворювання сотні людей.

Ще одним згубником океану є пестициди. Їх світове виробництво досягає 200 тис. т на рік. Відносна хімічна стійкість, а також характер поширення сприяли їхньому надходженню в моря у великих обсягах. Постійне накопичення у воді хлорорганічних речовин являє серйозну загрозу для життя людей.

Пестициди виявлені в різних районах Балтійських, Північних, Ірландського морів, у Біскайській затоці, біля західного узбережжя Англії, Ісландії, Португалії, Іспанії. На підставі аналізу сніжного покриву Антарктиди було визначено, що на поверхні цього, досить відокремленого материка осіло близько 2300 тонн пестицидів, хоча вони там ніколи не застосовувалися. ДДТ і гексахлоран виявлені в значних кількостях у печінці й жирі тюленів і антарктичних пінгвінів. [7].

У моря й океани через ріки, безпосередньо із суши, а також із судів і барж потрапляють рідкі й тверді побутові відходи. Частина цих забруднень осідає в прибережній зоні, а частина під впливом морських течій і вітру розсіюється в різних напрямках.

Побутові відходи дуже небезпечні, тому що є переносниками хвороб людини: черевного тифу, дизентерії, холери. Вони також містять значну кількість киснепоглинаючих речовин. Тверді побутові відходи є причиною аварій у судноплавстві, обвиваючи гребні гвинти судів, засмічуючи трубопроводи систем охолодження двигунів. Відомі випадки загибелі великих морських ссавців через механічну закупорку легенів шматками синтетичної упаковки. Підраховано, що в прибережній зоні Гавайських островів, досить відвідуваних туристами місць, плаває кілька мільйонів усякого роду пластмасових пакетів.

Заховання рідких і твердих радіоактивних відходів у море в 50-60-ті роки здійснювали багато країн, що мають атомний флот. У 1950-1992 рр. Радянським Союзом у водах Льодовитого океану затоплені ядерні відходи сумарною активністю 2,5 млн. кюрі - у тому числі 15 реакторів і екранне складання атомного криголама «Ленін», 13 реакторів аварійних атомних підводних човнів (включаючи шість з невивантаженим ядерним паливом). Великобританія затоплювала радіоактивні відходи в Ірландському морі, а Франція - у Північному.

Ще кілька десятиліть тому забруднені води представляли собою би острова у відносно чистому природному середовищі. Зараз картина змінилася, утворилися суцільні масиви забруднених територій.

Забруднення Світового океану приводить до поступового зниження первинної біологічної продукції. За оцінками вчених, вона скоротилася до теперішнього часу на 10%. Відповідно до цього знижується і щорічний приріст інших мешканців моря.

У цілому для Світового океану очікується на найближчі 20 - 25 років ріст його забруднення в 1,5 - 3 рази. Відповідно до цього буде погіршуватись й екологічна ситуація. Концентрації багатьох токсичних речовин можуть досягти граничного рівня, потім наступить деградація природної екосистеми. Очікується, що первинна біологічна продукція океану може понизитися в ряді великих районів на 20 - 30% у порівнянні з нинішньою [6].

4. Охорона морів та океанів

У 1954 році в Лондоні пройшла міжнародна конференція, що ставилася метою виробити погоджені дії по охороні морського середовища від забруднення нафтою. На ній була прийнята конвенція, що визначає обов'язки держав у цій області. Пізніше в 1958 році в Женеві були прийняті ще чотири документи: про відкрите море, про територіальне море та прилеглу зону, про континентальний шельф, про рибальство й охорону живих ресурсів моря. Ці конвенції юридично закріпили принципи й норми морського права. Вони ставили за обов'язок кожній країні розробити і ввести в дію закони, що забороняють забруднювати морське середовище нафтою, радіовідходами та іншими шкідливими речовинами. Конференція в 1973 році в Лондоні прийняла документи по запобіганню забруднення з суден. Відповідно до прийнятої конвенції, кожне судно повинне мати сертифікат - свідчення про те, що корпус, механізми й інше оснащення перебувають у справному положенні й не завдають шкоди морю. Відповідність сертифікатам перевіряється інспекцією при заході в порт.

Заборонено злив нафтовмісних вод з танкерів, всі скидання з них повинні викачувати тільки на берегові приймальні пункти. Для очищення і знезараження суднових стічних вод, у тому числі господарсько-побутових, створені електрохімічні установки. Інститут океанології РАН розробив емульсійний метод очищення морських танкерів, що повністю виключає влучення нафти в акваторію. Він полягає у додаванні до промивної води декількох поверхнево-активних речовин (препарат МЛ), що дозволяє здійснити на самому судні очищення без скидання забрудненої води або залишків нафти, яку можна згодом регенерувати для подальшого використання. З кожного танкера вдається відмити до 300 т нафти.

З метою запобігання витоків нафти вдосконалюються конструкції нафтоналивних суден. Багато сучасних танкерів мають подвійне дно. При ушкодженні одного з них нафта не виллється, її затримає друга оболонка.

Капітани судів зобов'язані фіксувати в спеціальних журналах відомості про всі вантажні операції з нафтою та нафтопродуктами, відзначати місце й час здачі або зливу із судна забруднених стічних вод.

Для систематичного очищення акваторій від випадкових розливів застосовуються плавучі нафтозбірники й бічні загородження. Також з метою запобігання розтікання нафти використовуються фізико-хімічні методи. Створений препарат пінопластової групи, що при зіткненні з нафтовою плямою повністю його огортає. Після віджимання пінопласт може використовуватися вдруге як сорбент. Такі препарати дуже зручні через простоту застосування й невисокої вартості, однак їхнє масове виробництво поки не налагоджене. Також існують сорбуючі засоби на основі рослинних, мінеральних і синтетичних речовин. Деякі з них можуть збирати до 90% розлитої нафти. Головна вимога, що до них пред'являється, - це непотоплюваність.

Після збору нафти сорбентами або механічними засобами на поверхні води завжди залишається тонка плівка, яку можна видалити шляхом розбризкування розкладаючих її хімічних препаратів. Але при цьому ці речовини повинні бути біологічно безпечні.

У Японії створена й апробована унікальна технологія, за допомогою якої можна в короткий термін ліквідувати гігантську пляму. Корпорація «Кансай санге» випустила реактив ASWW, основний компонент якого - спеціально оброблене рисове лушпиння. Розпорошений по поверхні, препарат протягом півгодини всмоктує в себе викид і перетворюється в густу масу, яку можна стягнути простими тенетами.

Оригінальний спосіб очищення продемонстрований американськими вченими в Атлантичному океані. Під нафтову плівку на певну глибину опускається керамічна пластинка. До неї приєднується акустична платівка. Під дією вібрації плівка спочатку скупчується товстим шаром над місцем, де встановлена пластинка, а потім змішується з водою і починає фонтанувати. Електричний струм, підведений до пластинки, підпалює фонтан, і нафта повністю згоряє.

Для видалення з поверхні прибережних вод плям масел американські вчені створили модифікацію поліпропілену, що притягає жирові частки. На катері-катамарані між корпусами помістили своєрідну штору із цього матеріалу, кінці якої звисають у воду. Як тільки катер попадає на пляму, нафта міцно прилипає до «штори». Залишається лише пропустити полімер через валики спеціального пристрою, що віджимає нафту в приготовлену ємність.

З 1993 року було заборонене скидання рідких радіоактивних відходів (РРВ), але число їх неухильно росте. Тому з метою захисту навколишнього середовища в 90-ті роки стали розроблятися проекти очищення РРВ.

У 1996 році представники японських, американських і російських фірм підписали контракт на створення установки з переробки РРВ, що скупчилися на Далекому Сході Росії. На реалізацію проекту уряд Японії виділив 25,2 млн. доларів.

Однак, незважаючи на деякі успіхи в пошуку ефективних засобів, які ліквідують забруднення, про рішення проблеми говорити рано. Тільки впровадженням нових методик очищень акваторій неможливо забезпечити чистоту морів і океанів. Центральне питання, яке необхідно вирішувати всім країнам спільно, - запобігання забруднення [8].

5. Підземні води

Підземні води -- води, що містяться у верхній частині земної кори. Заповнюють проміжки, пори, тріщини, пустоти. У ґрунті заповнюють капіляри. Поділяються на води зони аерації, ґрунтові і артезіанські.

Підземні води розташовані нижче земної поверхні і дна поверхневих водоймищ і водотоків, що заповнюють пори, тріщини й ін. порожнечі гірських порід у рідкому, твердому або пароподібному стані. Утворюються внаслідок інфільтрації атмосферних опадів та поверхневих вод, конденсації водяної пари, магматичних процесів та метаморфізму тощо.

Шари гірських порід, що насичені гравітаційною водою, утворюють водоносні горизонти, або пласти, котрі складають водоносні комплекси, гірські породи яких характеризуються різними ступенями вологоємності, водопроникності та водовіддачі. Перший від поверхні Землі постійно існуючий безнапірний водоносний горизонт називається горизонтом ґрунтових вод. Безпосередньо над його поверхнею (дзеркалом ґрунтових вод) поширені капілярні води, які можуть бути завислими, тобто не з'єднаними з дзеркалом ґрунтових вод. Весь простір від поверхні Землі до дзеркала ґрунтових вод називається зоною аерації, в якій проходить просочування вод з поверхні. В зоні аерації на окремих розмежованих прошарках порід, які характеризуються меншою фільтраційною здатністю, в період живлення ґрунтових вод можуть утворюватись тимчасові, або сезонні, скупчення підземних вод , які називається верховодкою. Водоносні горизонти, що залягають нижче ґрунтових вод і відділяються від них пластами водонепроникних (водотривких) або слабкопроникних порід, називаються горизонтами міжпластових вод. Вони звичайно перебувають під гідростатичним тиском (артезіанські води), рідше мають вільну поверхню - безнапірні води.

Підземні води є джерелом водопостачання (іноді їх використовують для зрошування), мінеральні води - для лікування. За характером використання підземні води підрозділялись на 4 види: питні і технічні, що застосовуються для господарсько-питного та виробничо-технічного водопостачання, зрошення земель та обводнення пасовищ; лікувальні мінеральні води, що використовуються з бальнеологічною метою і як столові напої; теплоенергетичні (включаючи пароводяні суміші) - для теплопостачання промислових, сільськогосподарських та громадських об'єктів, а в окремих випадках - і для вироблення електроенергії; промислові води - для вилучення із них цінних компонентів. У ряді випадків підземні води одночасно є мінеральними і теплоенергетичними, промисловими і теплоенергетичними, у зв'язку з чим вони розглядаються як комплексна корисна копалина. Родовища прісних і солонуватих вод, що використовуються для господарсько-питного водопостачання і зрошування, підрозділяються на основні типи: родовища річкових долин, артезіанських басейнів, конусів виносу передгірських шлейфів і міжгірських западин, що обмежені по площі структур або масивів тріщинних та тріщинно-карстових порід, тектонічних порушень. піщаних масивів, пустель та напівпустель, надморенних та міжморенних водольодовикових відкладів, областей розвитку вічномерзлих порід. Див. також карстові води, ґрунтові води, мінеральні води, артезіанські води [9].

Ще нещодавно побутувала думка про те, що підземні води -- невичерпний дар і їх можна використовувати з яких завгодно джерел і в будь-якій кількості. В умовах бурхливого розвитку промисловості, інтенсифікації сільського господарства, розширення площ зрошуваних земель, а також поліпшення культурно-побутових умов життя населення водоспоживання та інші форми використання водних ресурсів значно зростають, вода стає однією з дефіцитних корисних копалин. Забір великої кількості води, що перевищує експлуатаційні запаси, може призвести до виснаження ресурсів підземних вод. Це виявляється в прогресуючому зниженні рівня водоносних горизонтів. Ресурси зменшуються також внаслідок дренування водоносних горизонтів гірничими виробками.

При видобуванні твердих корисних копалин відкачується і непродуктивно витрачається значна кількість цінної підземної води. Велике значення має і збереження високої якості підземних вод. Адже не виключені випадки бактеріального і хімічного забруднення їх. При бактеріальному у підземних водах розмножуються хвороботворні бактерії, віруси, небезпечні для здоров'я.

Проникнення і поширення бактеріального забруднення залежить від властивостей ґрунтів і гірських порід, через які фільтруються води. Масштаби забруднення залежать від інтенсивності надходження забруднень і того, наскільки виживають бактерії і віруси в зоні аерації і в підземних умовах. Патогенні бактерії або віруси тут можуть зберігати життєдіяльність протягом деякого часу, переміщуючись з ґрунтовим потоком. Усі анаеробні бактерії, до яких належить більшість патогенних, швидко гинуть у зоні аерації. Але забруднені води повністю очищаються від бактерій, проходячи через шар добре аерованого дрібнозернистого, піску товщиною 3-5 м. При цьому бактерії гинуть або сорбуються породою. Час виживання їх в умовах підземних вод ще однозначно не визначений.

Основними джерелами бактеріального забруднення підземних вод є: поля асенізації і фільтрації, двори для тварин, різного роду вигрібні ями, де має місце фільтрація забруднених вод у ґрунтові; дефектна каналізаційна мережа; забруднена денна поверхня, особливо якщо зона аерації має тріщинувату структуру, характеризується закарстованими або великоуламковими породами, через які забруднені на поверхні атмосферні опади без перешкод проникають у підземні води; забруднені поверхневі води, гідравлічно зв'язані з підземними.

Щоб запобігти забрудненню, досить ліквідувати його джерело або шляхи проникнення забруднених розчинів у підземні води. Хімічне забруднення полягає в появі у підземних водах нових речовин або в значному збільшенні компонентів природного хімічного складу, якщо при цьому відбувається значне погіршення якості води. Проникання і поширення хімічного забруднення, як і бактеріального, значною мірою визначається властивостями гірських порід, через які фільтруються розчини.

Забруднення окислюються, розкладаються або ж затримуються бактеріями, сорбуються породами водоносного горизонту і т. д. При цьому процес самоочищення багатьох фізико-хімічних сполук незначний і забруднюючі речовини можуть лишатись у водоносному горизонті невизначено довгий час, переміщуючись на досить великі відстані. Тому хімічне забруднення підземних вод є, як правило, досить серйозним і ліквідувати його дуже важко.

Основне джерело хімічного забруднення підземних вод -- стічні води промислових підприємств, які зливаються в різні ставки-відстійники, шламові ставки, ставки-випарники та ін. Значна частина забруднюючих речовин надходить у підземні води під час інфільтрації атмосферних опадів, які випадають на території, де нагромаджені тверді відходи, особливо відходи хімічних виробництв, розміщені сховища нафтопродуктів, а також склади сировини і готової хімічної продукції, або ж на сільськогосподарські поля, на яких широко застосовуються добрива і отрутохімікати.

Забруднення підземних вод відбувається і в районах деяких родовищ корисних копалин шахтними водами. Різні домішки потрапляють у підземні води в основному у вигляді водних розчинів. Тому артезіанські водоносні горизонти, перекриті водотривкими водоносними породами, знаходяться в більш сприятливих умовах, ніж ґрунтові води, в яких виявлено забруднення. Питання охорони підземних вод набуває особливо великого значення [10].

6. Стічні води

Стічні води -- побутові, промислові, забрудненні відходами промисловості води, які відводяться з території населених пунктів і промислових об'єктів через каналізацію.

Розрізняють: промислові, сільськогосподарські, комунально-побутові стоки.

Основними джерелами забруднення і засмічення водоймищ є недостатньо очищені стічні води промислових і комунальних підприємств, крупних тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних копалин; води шахт, рудників, обробці і сплаві лісоматеріалів; скидання водного і залізничного транспорту; відходи первинної обробки льону, пестициди і т. ін. Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні водоймища, призводять до якісних змін води, які, в основному, виявляються в зміні фізичних властивостей води (зокрема, поява неприємних запахів, присмаків і т. ін.), у зміні хімічного складу води (зокрема, поява в ній шкідливих речовин), в наявності плаваючих речовин на поверхні води і відкладанні їх на дні водоймищ.

Виробничі стічні води забруднені, в основному, відходами і викидами виробництва. Кількісний і якісний склад їх різноманітний і залежить від галузі промисловості, її технологічних процесів. Їх ділять на дві основні групи: неорганічні домішки, що містяться, у тому числі і токсичні, і ті, що містять отрути.

Зростання населення, розширення старих і виникнення нових міст значно збільшили надходження побутових стоків у внутрішні водоймища. Ці стоки сталі джерелом забруднення річок та озер хвороботворними бактеріями і гельмінтами. У ще більшому ступені забруднюють водоймища миючі синтетичні засоби, що широко використовуються в побуті. Вони знаходять широке застосування також в промисловості і сільському господарстві. Хімічні речовини, які в них містяться, поступаючи із стічними водами в річки і озера, роблять значний вплив на біологічний і фізичний режим водоймищ. У результаті знижується здібність вод до насичення киснем, паралізується діяльність бактерій, що мінералізують органічні речовини.

Викликає серйозну турботу забруднення водоймищ пестицидами і мінеральними добривами, які потрапляють з полів разом із струменями дощової і талої води. В результаті досліджень, наприклад, доведено, що інсектициди, що містяться у воді у вигляді суспензій, розчиняються в нафтопродуктах, якими забруднені річки й озера. Ця взаємодія призводить до значного ослаблення окислювальних функцій водних рослин. Потрапляючи у водоймища, пестициди нагромаджуються в планктоні, бентосі, рибі, а по ланцюгу живлення потрапляють в організм людини, діючи негативно як на окремі органи, так і на організм в цілому.

У зв'язку з інтенсифікацією тваринництва все більш дають про себе знати стоки підприємств даної галузі сільського господарства. Стічні води, рослинні волокна, тваринні і рослинні жири, фекальна маса, залишки плодів і овочів, відходи шкіряної і целюлозно-паперової промисловості, цукрових і пивоварних заводів, підприємств м'ясо-молочної, консервної і кондитерської промисловості є причиною органічних забруднень водоймищ.

У стічних водах зазвичай близько 60% речовин органічного походження, до цієї ж категорії органічних відносяться біологічні (бактерії, віруси, гриби, водорості) забруднення в комунально-побутових, медико-санітарних водах і відходах шкіряних і вовномийних підприємств.

Нагріті стічні води теплових електростанцій та ін. виробництв заподіюють „теплове забруднення”, яке загрожує досить серйозними наслідками: в нагрітій воді менше кисню, різко змінюється термічний режим, що негативно впливає на флору і фауну водоймищ, при цьому виникають сприятливі умови для масового розвитку у водосховищах синьо-зелених водоростей - так званого „цвітіння води” (евтрофікації). Забруднюються річки і під час сплаву, при гідроенергетичному будівництві, а з початком навігаційного періоду збільшується забруднення судами річкового флоту.

У річках й інших водоймищах відбувається природний процес самоочищення води. Проте він протікає поволі. Доки промислово-побутові скиди були незначні, річки самі справлялися з ними. У наше індустріальне століття у зв'язку з різким збільшенням відходів водоймища вже не справляються з таким значним забрудненням. Виникла необхідність знешкоджувати, очищати стічні води й утилізувати їх.

Очищення стічних вод - обробка стічних вод з метою руйнування або видалення з них шкідливих речовин. Звільнення стічних вод від забруднення - складне виробництво. В ньому, як і в будь-якому іншому виробництві, є сировина (стічні води) та готова продукція (очищена вода).

Методи очищення стічних вод можна розділити на механічні, хімічні, фізико-хімічні й біологічні, коли ж вони застосовуються разом, то метод очищення і знешкодження стічних вод називається комбінованим. Застосування того або іншого методу у кожному конкретному випадку визначається характером забруднення і ступенем шкідливості домішок.

Суть механічного методу полягає в тому, що із стічних вод шляхом проціджування, відстоювання і фільтрації видаляються механічні домішки. Грубодисперсні частинки залежно від розмірів уловлюються ґратами, ситами, пісковловлювачами, септиками, гнойовловлювачами різних конструкцій, а поверхневі забруднення - нафтопастками, бензомасловловлювачами, відстійниками й ін. Механічне очищення дозволяє виділяти з побутових стічних вод до 60-75% нерозчинних домішок, а з промислових - до 95%, багато з яких як цінні домішки використовуються у виробництві.

Використовуючи фізико-хімічні методи, у забруднену воду вводять реагенти, які сприяють більш повному виділенню нерозчинних сполук, переводу розчинних сполук у нерозчинні або перетворенню шкідливих сполук у нешкідливі. При фізико-хімічних методах обробки із стічних вод видаляються тонко дисперсні і розчинені неорганічні домішки і руйнуються органічні та речовини, які погано окислюються. Найчастіше з фізико-хімічних методів застосовуються коагуляція, окислення, сорбція, екстракція і т.д. Широке застосування знаходить також електроліз. Він полягає в руйнуванні органічних речовин у стічних водах і витяганні металів, кислот й інших неорганічних речовин. Електролітичне очищення здійснюється в особливих спорудах - електролізерах. Очищення стічних вод за допомогою електролізу ефективне на свинцевих і мідних підприємствах, в лакофарбовій і деяких інших областях промисловості.

Біологічні методи очищення базуються на життєдіяльності мікроорганізмів, які сприяють окисленню або відновленню органічних речовин, що перебувають у стічних водах у вигляді суспензій, колоїдів та розчинів і є для мікроорганізмів джерелом харчування. Механічне очищення забезпечує розділення рідкої і твердої фаз. Рідка фаза стічних вод піддається біологічному очищенню, природному або штучному. Перше здійснюється на полях фільтрації, полях зрошення, біологічних ставках тощо. Друге пов'язане із застосуванням біологічних фільтрів, аеротенків (великих резервуарів, у яких стічні води продувають потоком повітряних бульбашок і очищають активним, штучно створеним мулом). Такі системи здатні очищати сотні тисяч кубічних метрів стічних вод за добу. Ця вода може повторно використовуватись для промислового водопостачання, зрошення.

Стічні води перед біологічним очищенням піддають механічній, а після неї для видалення хвороботворних бактерій і хімічному очищенню, хлоруванню рідким хлором або хлорним вапном. Для дезінфекції використовують також інші фізико-хімічні прийоми (ультразвук, електроліз, озонування й ін.)

Біологічний метод дає великі результати при очищенні комунально-побутових стоків. Він застосовується також і при очищенні відходів підприємств нафтопереробної, целюлозно-паперової промисловості, виробництві штучного волокна.

Специфічні властивості радіоактивних відходів вимагають застосування спеціальних методів переробки (концентрування відходів або максимального розсіювання їх у навколишньому середовищі так, щоб не перевищити при цьому ГДК радіоактивних ізотопів). Концентрування можна застосовувати до стічних вод з високим рівнем радіоактивності і з великим періодом напіврозпаду радіонуклідів. Після концентрування радіоактивні відходи зберігають у спеціальних резервуарах або переводять у твердий стан.

Засоби очищення радіоактивних стічних вод поділяються на фізико-хімічні (осадження, коагулювання, сорбція, іонообмін, екстрагування, випаровування, дистиляція), електролітичні (електроліз, електродіаліз) та біологічні. Під час очищення радіоактивних стоків методом осаджування до них додають у достатній кількості нерадіоактивний ізотоп цього елемента Метод коагулювання з наступним осадженням застосовують при наявності у воді радіоактивних колоїдів.

Методи біологічної очистки використовують для обробки побутових стічних вод, що містять невеликі кількості радіоактивних речовин. Цей метод базується на здатності радіоізотопів сорбуватися на завислих частинках речовин і вибірково біологічно засвоюватися біоценозами.

Хімічний метод полягає в тому, що в стічні води додають різні хімічні реагенти, які вступають в реакцію із забруднювачами й облягають їх у вигляді нерозчинних осадів. Хімічним очищенням досягається зменшення нерозчинних домішок до 95% і розчинних - до 25%.