Проблемы загрязнения вод и механическое и химическое загрязнения гидросферы

Содержание

 

Введение

Актуальность темы заключается в том, что проблема загрязнения гидросферы Земли в настоящее время, обусловленная чрезмерным эксплуатированием водных ресурсов, определяет необратимое изменение естественного состояния водных объектов. Вместе с этим, в случае отсутствия гидросферы на Земле было бы невозможным существование человека, животного и растительного мира, так как большинство организмов состоит в основном из воды. Главная особенность гидросферы Земли заключается в наличии в ней различных форм жизни.

Основной проблемой в данной области является тот факт, что гидросфера, поддерживая относительно стабильный климат, подвергается загрязнению, что ведет к угрозе в масштабе всей планеты.

Цель исследования заключается в изучении проблем загрязнения гидросферы.

В соответствии с целью исследования определены следующие задачи:

• описать гидросферу, представляющую собой водную оболочку Земли;
• охарактеризовать проблемы загрязнения вод;
• изучить аспекты механического и химического загрязнения гидросферы.

Объектом исследования является гидросфера Земли.

Предмет исследования составляют вопросы загрязнения гидросферы.

Сложность поставленных задач определила структуру исследования, которая представлена введением, основной частью, состоящей из трех разделов, заключением, списком литературы.

 

1. Гидросфера

Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли и занимает около трех четвертей поверхности планеты.

Общий объем воды на планете составляет около 1 532 млн. км3. При этом подавляющую часть гидросферы составляют соленые воды океанов и морей.

М.И. Львович дает следующее определение понятия «гидросфера»: «Гидросфера – это прерывистая водная оболочка Земли»1. По его мнению по некоторым прежним представлениям, рамки гидросферы ограничивались Мировым океаном. Поскольку океан един, постольку гидросфера прежде не нуждалась в таком определении. Но воды рек и озер, так же как и подземные воды, являются составными частями гидросферы. А эти воды в отличие от океана дискретны. Отсюда и появляется необходимость определения гидросферы как прерывистой оболочки. Замечу, что противопоставление дискретности вод речной сети, озер и подземных вод континуальности океана не лишено условности, поскольку относится к стационарному состоянию гидросферы, чего в природе не существует. Гидросфера отличается высокой динамичностью, движущей силой которой служит круговорот воды. Этому грандиозному процессу на Земле посвящена отдельная глава. Поэтому следует в понятие о гидросфере ввести определение ее динамичности, подвижности.

Из сказанного следует, что понятие «гидросфера» равнозначно понятию о всех свободных водах Земли. Свободных в том смысле, что воды гидросферы не связаны химически и физически с минералами земной коры, т. е. могут двигаться под влиянием гравитационной силы, а также под влиянием тепла. В понятие «движение» входит и переход воды из одного агрегатного состояния в другое. Переход воды через парообразную фазу служит механизмом естественного опреснения воды.

Происхождение гидросферы связывается с дегазацией воды из мантии Земли, в которой содержится около 2*1025 г воды, или 20 млрд. км3.

Из приведенного определения гидросферы и ее краткой характеристики видно, что эта сфера Земли находится в тесной взаимосвязи с другими сферами – литосферой, атмосферой и биосферой. Связь гидросферы с земной корой происходит посредством подземных вод, а с мантией Земли – как с ее генетическим источником. Атмосферные воды (парообразная влага) связывают гидросферу с атмосферой. Гораздо сложнее взаимодействие гидросферы с биосферой. Общеизвестно, что большую часть живых организмов – растений и животных – составляет вода, но общая масса воды как часть органического мира незначительна относительно объема гидросферы, и не по этому признаку следует судить о биологической роли воды. В данном случае взаимосвязь гидросферы с биосферой гораздо сложнее, чем с литосферой и атмосферой. Важный фактор – участие воды в биологических процессах, начиная от возникновения жизни. Следует «исключить совершенно сухие участки из числа мест зарождения жизни и рассматривать жизнь как явление, присущее лишь гидросфере», и «жизнь в сущности есть производное воды», – писал Д. Бернал. В своей теории происхождения жизни на Земле этот автор в значительной мере следует теории A. П. Опарина2.

Переходя к количественной характеристике гидросферы, следует отметить, что представления по этому вопросу имеют свою историю, обзор которой довольно полно освещен в литературе, поэтому отсылаю читателя к основному из таких источников.

Об объеме гидросферы дают представление данные, помещенные в таблице. 1.

 

Таблица 1. Гидросфера

Части гидросферы	Объем воды тыс. км3	% от общего  объема
Мировой океан Подземные воды В том числе зоны активного водообмена Ледники Озера Почвенная влага Пары атмосферы Речные воды Итого	1 370 323 60000 4 000 24 000 280* 85** 14 1,2 1454193	93,96 4,12 0,27 1,65 0,019 0,006 0,001 0,0001 100
* В том  числе около 5 тыс. км3 воды в водохранилищах. ** В том числе около 2 тыс. км3 оросительных вод.

 

Границы гидросферы определяются границами распространения воды как химического соединения. Верхняя граница обнаружения воды находится на высоте 8–18 км, где молекулы воды разлагаются под действием УФ-излучения. Нижняя граница водной оболочки располагается на глубине около 10 км ниже дна океана и на 6–14 км ниже уровня земной поверхности. По определению В. И. Вернадского, нижняя граница гидросферы – это та область земной коры, где при высоких температурах (до 1800° С) протекают не только процессы разложения, но и синтез молекул воды. С точки зрения экологии, границы гидросферы определяются более четко и совпадают с границами3.

Основную массу воды на планете составляют соленые воды Мирового океана. Средняя соленость этих вод–35 % (то есть в 1 л океанической воды помещается 35 г солей). Самая соленая вода в Мертвом море-260 % в (в Черном- 18 %. Балтийском – 7%).

Химический состав океанических вод, как считают специалисты, очень похожий на состав человеческой крови – в них помещаются почти все известные нам химические элементы, но, конечно, в разных пропорциях. Частица кислорода, водорода, хлора и натрия составляет 95,5 %.

Химический состав подземных вод очень разнообразный. В зависимости от состава вмещающих пород и глубины залегания они изменяются от гидрокарбонатно-кальциевых к сульфатных, сульфатно-натриевых и хлоридно-натриевым, за минерализацией от пресных к рассолу с концентрацией 600 %, часто с наличием газовой компоненты. Минеральные и термальные подземные воды имеют большое бальнеологическое значение, есть одним из рекреационных элементов природной среды.

Из газов, раскрытых в водах Мирового океана, наиболее важными для биоты есть кислород и углекислый газ. Общая масса углекислого газа в океанических водах превышает его массу в атмосфере приблизительно в 60 раз.

Следует отметить, что углекислый газ океанических вод потребляется растениями во время фотосинтеза. Часть его, которая вошла в кругооборот органического вещества, расходуется на построение известняковых скелетов кораллов, ракушек. После отмирания организмов углекислый газ возвращается у воды океана за счет растворения остатков скелетов, панцирей, ракушек. Частично он остается в карбонатных осадках на дне океанов.

 

2. Проблемы загрязнения вод

Под загрязнением – не только воды, но и среды в целом, понимается поступление в неё (или возникновение в ней) вещества и энергии в количествах, превышающих естественный для неё (фоновый) средний многолетний уровень.

Загрязнение воды – в настоящее время эта проблема угрожает всему человечеству. Обеззараживание питьевой воды проводится для уничтожения в загрязненной воде, используемой человеком, возбудителей заболеваний, передающихся водным путем и для предупреждения передачи кишечных инфекций через воду.

Вода содержит около 12 тысяч токсичных элементов. Плутоний, уран, цезий, торий, стронций, являющиеся радиоактивными, приводят к генетическим изменениям, онкологическим образованиям, врожденным порокам, ослаблению иммунитета. Тяжелые металлы, которые находятся в воде: свинец, никель, кадмий, хром, ртуть, цинк, вызывают гипертонию, полиневрит, атеросклероз, снижение остроты зрения, поражение костного мозга. Фосфор и азот, попав в организм человека, ослабляют его иммунитет, а также вызывают рост в водопроводных станциях и разнообразных скважинах сине-зеленых водорослей, которые плохо поддаются фильтрации и помимо этого образуют около 300 опасных токсинов. С питьевой водой в организм человека могут попасть всевозможные микробы, возбудители многих инфекционных и паразитарных заболеваний: холера, брюшной тиф, дракункулез, лямблиоз, вирусный гепатит, полиомиелит, дизентерия, сальмонеллезы, шистосомозы и становятся причиной гастроэнтерита, гепатита, миокардита и различного вида кишечных расстройств, которые связаны с загрязнением питьевой воды канализационными и сточными водами4.

Загрязнение воды связано, в первую очередь, со сбросом в водоёмы неочищенных или недостаточно очищенных жидких промышленных, сельскохозяйственных, бытовых стоков.

В данном случае, прежде всего, существенна и опасна химическая составляющая загрязнения – поступление в воду опасных для жизни химических элементов и соединений. Кроме того, со сбросами стоков связано, в ряде случаев, механическое, а также тепловое загрязнение.

Часть естественного водного стока разбирается на хозяйственные нужды, после чего возвращается в гидросферу, но уже в ином, худшем, качестве. И это более серьёзная проблема, чем первичное изъятие воды5.

В России в настоящее время в поверхностные водоёмы ежегодно сбрасывается более 70 куб. км. сточных вод, или 70% от 100 куб.км всей воды, используемой для хозяйственных и бытовых целей (остальное – в основном, вода, используемая для полива в сельском хозяйстве). Из этих 70 куб.км. 30%, или 21 куб. км, не очищены или недостаточно очищены. Большая часть стоков приходится, чаще всего, на городские водохозяйственные комплексы. Министерство природных ресурсов России приводит данные по объёму загрязнённых сточных вод в ряде областей России. По данным на 2011 год лидерами по загрязнению являются, что вполне ожидаемо, наиболее населённые и промышленно развитые регионы. Только на Москву приходится почти 8% загрязнённых сточных вод, также выделяются промышленно развитые регионы Сибири, Урала, Поволжья и Московская область6.

Каждый человек в среднем потребляет в сутки 2,7 литра воды: 1,3 литра для питья, 1,1 литр для приготовления пищи. Среднестатистическая норма потребления воды – 200 литров в сутки – обеспечивает мытье, работу сливных бачков и стирку. 18 – 20 % воды, поступающей в очищенном виде в водопроводную сеть, просто вытекает через прохудившиеся трубы в результате аварий. В связи с увеличением расходов воды приходится сокращать цикл ее обработки, что может сказываться на ее качестве7.

Для решения проблемы загрязнения воды ключевые подходы:

сокращение, за счёт более совершенных технологий, водопотребления в целом и, как следствие – объёмов загрязнения, а также развитие безотходных технологий;

очистка сточных вод.

Методы очистки можно разделить на механические, химические, биологические, хотя это деление до определённой степени условно.

Механическая очистка предполагает различные способы улавливания отходов: решётки, сита, отстойники, ловушки различного характера.

Химическая очистка – добавление к сточным водам реагентов, вызывающих осаждение загрязняющих веществ или перевод их в безвредные соединения.

При биологической очистке используются микроорганизмы (водоросли, бактерии), поглощающие вредные вещества. Несложно заметить, что эвтрофирование водоёмов является побочным эффектом естественной биологической очистки.

В целом, очистка может иметь свои побочные эффекты. Тем более, опасность того или иного вещества для живых организмов устанавливается, как правило, путём наблюдений и опытов. То же можно сказать и о применении различных технологий очистки, которые тоже связаны с попаданием в окружающую среду вещества и энергии в количествах, превышающих фоновый уровень.

 

3. Механическое и химическое загрязнения  гидросферы

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ – загрязнителей, ухудшающих качество воды.

Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).

Неорганическое загрязнение. Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам.