Рациональное использование и охрана водных ресурсов

Проблема обеспечения надлежащего количества и качества воды является одной из наиболее важных и имеет глобальное значение Еще до нашей эры Аристотель указывал на необходимость рационального использования чистой воды и и отделения ее от той, которая используется для хозяйственных потребностиб.

Состояние 2/3 водных источников за качеством воды не отвечает нормативным требованиям Из-за использования некачественной воды в 4 - 5 раз выросла заболеваемость людей

Вода используется для охлаждения машин и механизмов, функционирования технологических процессов и входит в состав производимой продукции Удельные нормы водопотребления для производства 1 тонны гот товой продукции составляют, м3: чугун - 160-200; сталь - 150; прокат - 10-15; никель - 4000; медь - 500; синтетический каучук - 2000 - 3500; бумага - 400-800; пластмассы - 500-1000 0.

Большое количество воды потребляют тепловые и атомные электростанции На 1 млн кВт мощности тепловые станции тратят 1,2-1,6 км3 воды в год, а атомные - в 1,5-2 раза больше

Охрана вод - это система мероприятий, направленных на предотвращение и устранение последствий загрязнения, засорения и истощения вод Охрана воды предусматривает установление видов и значений показателей водопотребления и во одовид ведения, а также качества воды Она предусматривает разработку методов и средств очистки стоков, контроль качества воды и стоковів.

В природе происходит постоянный круговорот воды, который обеспечивается испарением, транспирацией воды растениями, выпадением осадков Скорость водообмена характеризуется следующими данными, годы: Мировое ный океан - 2500 (перемешивания 63); подземные воды - 400; воды озер - 17, воды болот - 5 В реках водообмен происходит за несколько дней, а в организме человека - за несколько годыин.

В процессе кругооборота вода транспортирует тепло, растворяет и переносит природные элементы, разрушает и превращает литосферу, участвует в метеорологических и гидрологических процессах, являются средой обитания водных организмов и растений, которые обеспечивают производство значительной части кислорода Количество и качество воды восстанавливаются, если обеспечиваются необходимые для этого условия Однако развитие промышленности, т транспор, сельского хозяйства, урбанизация привели к тому, что естественные водоемы уже не могут самоочищаться, поэтому нужны искусственные сооружения для очистки водди.

Водоемы характеризуются площадью зеркала, длиной, глубиной, объемом и расходом воды, скоростью течения и уровнем воды, ее температурой, продолжительностью условий, неблагоприятных по вредности, и условий водооб бмину периодов (межень, ледостав, отсутствие стока и др.), показателями водообмена, фильтрующими свойствами почве.

В зависимости от степени загрязнения водные объекты бывают допустимого, умеренного, высокого и очень высокой степени загрязнения (табл. 325) Это следует учитывать при организации водопотребления

34. Физико-химические свойства морской воды.

Водная масса Мирового океана обладает определенными химическими, физическими, динамическими и биологическими свойствами. Рассмотрим их с позиции их роли в жизни биосферы и географической оболочки.

Океанская вода—раствор, в котором, по последним данным (А. П. Виноградов), обнаружены все химические элементы. Минерализация воды называется ее соленостью. Она измеряется в тысячных долях, в промилле и обозначается %.

Средняя соленость Мирового океана 34,7%₀ (округлено 35%о). В 1 т воды содержится 35 кг солей, а общее их количество так велико, что если бы извлечь все соли и рассыпать по поверхности материков, то образовался бы слой мощностью в 135 м (Л. А. Зенкевич).

Океанская вода может рассматриваться в качестве жидкой многоэлементной руды. Из нее добываются поваренная соль, калийные соли, магний, бром и многие другие элементы и соединения.

Первый вопрос, который возникает у географа при ознакомлении с составом морской воды: благоприятна или нет ее соленость для жизни? Прежде всего океанская вода, как и почва материков, обладает плодородием. Она всегда содержит элементы, которые входят в состав пищи морских зеленых растений. И только фосфаты и иногда нитраты могут быть в-недостаточном количестве. Их содержание зависит от циркуляции водных масс (см. ниже).

Минерализация воды — непременное условие зарождения жизни и развития биосферы в океане. Ультрапресная вода, проникая в клетки, оказывает на них вредное действие: будучи сильным растворителем, она изменяет состав протоплазмы. Пресноводные организмы имеют приспособления в виде водонепроницаемых слизистых покровов, которыми «изолируются» от среды. В морской соленой воде осмотическое давление такое же, как внутри организма; токи между средой и тканями не возникают. С другой стороны, растворы высокой концентрации, например сильно соленые воды озер, совсем убивают жизнь. Морская вода оказывается оптимальной для жизни.

Почти все морские животные стеногалинны—могут жить только в узких рамках солености, эвригалинные малочисленны.

Географически важно, что морская фауна легко переносит повышение солености и отрицательно реагирует на ее снижение. Например, рифовые кораллы чувствительны даже к слабому опреснению, поэтому коралловые постройки всегда прерываются против устьев рек. Фауна внутренних морей обедняется параллельно снижению их солености. Морских рыб в Кильской бухте 75, в средней части Балтийского моря 40, а в Ботническом заливе 23 вида. Соленость 4% исключает существование каких бы то на было морских форм.

Многие животные для построения тела усваивают кальций, к ним относятся планктонные организмы с известковым скелетом и кораллы. Усвоение протекает нормально при высокой температуре и прекращается даже при небольшом ее понижении По этой причине коралловые постройки распространены только в жарком поясе и служат его индикатором, а в расположенных илов органического происхождения прослеживается климатическая зональность.

Вопрос о том, какой была соленость на заре жизни, в какой воде возникло органическое вещество, решается сравнительно уверенно. Вода, выделявшаяся из мантии, захватывала и транспортировала подвижные компоненты магмы, и в первую очередь соли. Поэтому первичные океаны были минерализованы. С другой стороны, фотосинтезом разлагается и изымается только чистая Н₂О, следовательно, соленость океанов неуклонно повышается. Данные исторической геологин свидетельствуют о том, что водоемы архея были солоноватыми — соленость около 25% и может быть, даже около 10%.

35. Воды Мирового океана – источник биогенных ресурсов.

В антропогенной составляющей терригенного и речного стока преобладают загрязняющие вещества, содержащиеся в промышленных и коммунальных водах, а также в смывах с сельскохозяйственных полей. Это прежде всего тяжелые металлы, биогенные соединения, пестициды и нефтепродукты. Важно отметить, что в поверхностных водах, поступающих в Мировой океан, антропогенный сток нередко сравним с природными потоками химических элементов и их соединений или даже превышает его.[...]

В океанах локальные высокие уровни первичной продукции связаны с двумя источниками поступления большого количества биогенных элементов. Во-первых, они могут непрерывно выноситься в прибрежную шельфовую зону из эстуариев (рис. 17.13).[...]

В седиментологическом отношении зона перехода от континента к океану представляет собой область смешения гетерогенного материала: герригешгого (поступающего с континента), биогенного (производимого в океане) и вулканогенного (извергаемого из недр Земли). Климатические факторы, прежде всего широтное распределение тепла и солнечной радиации, эффективно регулируют состав и объемы вещества, высвобождающегося при эрозии внутренних и приокеанических районов континента [14]. Они во многом определяют и минеральную природу форменных элементов организмов, живущих в фотическом слое водной толщи и на дне подводной окраины материка. С тектоническим режимом связано поступление вещества из третьего по важности источника — недр Земли, а также распределение объемов терригенного материала, выносимого из внутренних районов континента. Тектонические процессы, контролировавшие рельеф земной поверхности в зонах перехода различного типа, во все времена играли роль того переменного, который во много раз усиливал или ослаблял действие климатических факторов.[...]

Открытый океан беден биогенными элементами. Эти районы можно считать «пустынями» по сравнению с прибрежными водами. Арктические и антарктические зоны более продуктивны, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным, и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче. Продуцентом выступает фитопланктон, им питается зоопланктон, а тем в свою очередь нектон. Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной. На глубине в стабильных местообитаниях сохранились виды из далеких геологических эпох.[...]

Большую роль в жизни океана играет процесс, названный апвел-лингом. Он происходит там, где ветры постоянно перемещают поверхностную воду прочь от крутого материкового склона. В этих местах на поверхность поднимается холодная глубинная вода, богатая накопленными биогенными элементами. Наиболее продуктивные области океанов сосредоточены в районах апвеллинга, которые располагаются главным образом вдоль западных берегов континентов, о чем свидетельствует развитое здесь рыболовство. Один из богатейших районов мирового рыболовства приурочен к области поднятия холодных вод, образованной Перуанским течением (оценки вылова в этом районе приведены в табл. 13). Этот подъем вод поддерживает, кроме того, большие популяции морских птиц, откладывающих на прибрежных островах бесчисленные тонны богатого нитратами и фосфатами гуано. Там, где нет поверхностных течений, подъемов вод или глубинных течений, вызванных различиями температуры и солености в самой воде, трупы животных, остатки растений и другие органические вещества будут постоянно опускаться на глубину. Таким образом биогенные элементы выносятся из богатых продуцентами освещенных поверхностных слоев и на длительное время «теряются» в донных осадках (гл. 4).[...]

Апвеллинг — это процесс подъема холодных вод с глубины океана там, где ветры постоянно перемещают воду прочь от крутого материкового склона, взамен которой поднимается из глубины вода, обогащенная биогенами. Там, где нет этого подъема, биогенные элементы из погрузившихся органических остатков на длительное время теряются в донных отложениях. Высокопродуктивны и богаты биогенами, за счет привноса их с суши, воды эстуариев.[...]

Только 0,02 % солнечной энергии, поступающей в Мировой океан, преобразуется в нем в кинетическую энергию течений, но и это достаточно внушительная величина: при мощности 5—7ТВт она составляет примерно 60-1012 кВт-ч/год (современное потребление энергии в мире составляет примерно 80-1012 кВт X Хч/год). Приблизительно 20% этой энергии идет на преодоление сил трения, а остальное расходуется на перенос водных масс из одних районов Мирового океана в другие. В процессе этого переноса водные массы перераспределяют по планете избыток тепла, биогенных элементов, уменьшают концентрацию загрязнений в местах их поступления в океан, т. е. обеспечивают океану роль природного демпфера опасных отклонений жизненно важных показателей среды. Этот перенос идет с различными скоростями: от нескольких сантиметров до нескольких метров в секунду. Он происходит и по горизонтали и по вертикали, обеспечивая полный обмен водными массами между различными частями Мирового океана примерно один раз в 1000 лет.[...]

Математических моделей, объясняющих вертикальные распределения биогенных элементов в океане, еще не построено.[...]

Другая функция продуцентов - превращение простейших неорганических биогенных элементов в сложные органические соединения, необходимые для функционирования жизни, выражающееся в валовой продукции биосферы. При постоянной мощности внешней энергии максимально возможная валовая продуктивность продуцентов будет определяться наличием в необходимом количестве биогенных элементов в форме, доступной для фотосинтеза неорганических соединений. Реально в биосфере количество биогенов для фотосинтеза ограничивается в континентальной суше нехваткой для их транспирации воды, а в океанах- недостаточностью количества растворенных биогенов. По-этому самыми продуктивными экосистсмами на суше являются тропи-ческие леса с обильными дождями, а в водных экосистемах - тропические эстуарии - прибрежные участки океанов, в которые впадают реки, несущие большое количество питательных веществ. У большинства растений-продуцентов чистая продукция составляет примерно половину от валовой.[...]

КРУГОВОРОТ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ - это перемещения и превращения химических элементов через косную и органическую природу при активном участии живого вещества. Химические элементы циркулируют в биосфере по различным путям биологического круговорота: поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию во внешнюю среду. Такие в большей или меньшей степени замкнутые пути были названы В.И.Вернадским “биогеохимическими циклами". Эти циклы можно подразделить на два основных типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре. Во всех биогеохимических циклах активную роль играет живое вещество. По этому поводу В.И.Вернадский (1965, с. 127) писал: “Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы, действенная его энергия огромна. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени ”. К главным циклам можно отнести круговороты углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и биогенных катионов. Ниже рассмотрим в качестве примера основные черты круговорота типичных биофильных элементов (углерода, кислорода и фосфора), играющих существенную роль в жизни биосферы.[...]

Для прибрежных зон океана характерно усиление таких процессов, как эвтрофикация, цветение вод, «красные приливы», микробиологическое загрязнение. Цветение вод — массовое развитие фитопланктона, вызывающее изменение окраски воды от зеленой и желто-бурой до красной. Красные приливы» — массовое развитие пирофитовых водорослей, связанное с чрезмерным сбросом в океан органических веществ. Они неоднократно наблюдались у берегов Флориды, Индии, Австралии, Японии, Черного моря и т. д.[...]

Источники загрязняющих веществ разнообразны, также многочисленны виды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы. Биосфера загрязняется твердыми отходами, газовыми выбросами и сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и машиностроительных заводов. Огромный вред наносят водным ресурсам сточные воды целлюлозно-бумажной, пищевой, деревообрабатывающей, нефтехимической промышленности. Развитие автомобильного транспорта привело к загрязнению атмосферы городов и транспортных коммуникаций токсичными металлами и токсичными углеводородами, а постоянное возрастание масштабов морских перевозок вызвало почти повсеместное загрязнение морей и океанов нефтью и нефтепродуктами. Массовое применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений привело к появлению ядохимикатов в атмосфере, почвах и природных водах, загрязнению биогенными элементами водоемов и сельскохозяйственной продукции. При разработках на поверхность земли извлекаются миллионы тонн разнообразных горных пород, образующих пылящие и горящие терриконы и отвалы. В процессе эксплуатации химических заводов и тепловых электростанций также образуется огромное количество твердых отходов (огарок, шлаки, золы), которые складируются на больших площадях, оказывая негативное влияние на атмосферу, поверхностные и подземные воды, почвенный покров.