Роль воды в природе и обществе. Практическое значение гидрологии

Оглавление

1. Роль воды в природе и обществе. Практическое значение гидрологии.

Вода — важнейший компонент многих экосистем, причем не только водных (пресноводных, морских), но и наземных, поэтому наличие воды — непременное условие поддержания экологического равновесия и биоразнообразия как в водных объектах, так и на суше. Без использования воды нельзя преодолеть в глобальном масштабе ни продовольственный, ни энергетический кризисы.

Хотя вода на Земле в целом — это в основном возобновляемый природный компонент, водные ресурсы в отдельных районах подвержены антропогенному истощению и загрязнению. Вода —бесценное богатство человечества, поэтому водные ресурсы люди должны бережно и экономно использовать и охранять.

Практическое значение гидрологии. Гидрологи обеспечивают водопотребителей и водопользователей данными о количестве и качестве воды, о пространственно-временных изменениях гидрологических характеристик.

2. В последние десятилетия важной частью гидрологических исследований в России стали изучение реакции вод суши на глобальное потепление и оценка изменений режима водных объектов суши под влиянием хозяйственной деятельности. 
   Понятие о гидросфере, её общая характеристика.

Большая часть воды, участвующей в круговороте веществ на Земле, представлена в виде водных объектов, т. е. скоплений природных вод на земной поверхности и в верхних слоях земной коры, обладающих определенным гидрологическим режимом. Выделяют три группы водных объектов — водотоки, водоемы и особые водные объекты.

К водотокам относятся водные объекты на земной поверхности с поступательным движением воды в руслах в направлении уклона (реки, ручьи, каналы). Водоемы — это водные объекты в понижениях земной поверхности с замедленным движением вод (океаны, моря, озера, водохранилища, пруды, болота). Группу водных объектов, не укладывающихся в понятие водотоков и водоемов, составляют особые водные объекты — ледники и подземные воды (водоносные горизонты).

Многие водные объекты обладают водосбором, под которым понимается часть земной поверхности и толщи почв и горных пород, откуда вода поступает к данному водному объекту. Водосборы имеются у всех океанов, морей, озер, рек. Граница между смежными водосборами называется водоразделом. Различают поверхностный (орографический) и подземный водоразделы.

Под гидрографической сетью обычно понимают совокупность водотоков и водоемов в пределах какой-либо территории. Однако правильнее гидрографической сетью считать совокупность всех водных объектов, находящихся на земной поверхности в пределах данной территории (включая ледники). Часть гидрографической сети, представленная водотоками (реками, ручьями, каналами), называется русловой сетью, а состоящая только из крупных водотоков — рек — речной сетью.

Природные воды Земли формируют ее гидросферу. Под гидросферой понимают прерывистую водную оболочку земного шара, расположенную на поверхности земной коры и в ее толще, представляющую совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод), включая снежный покров и ледники.

Любой водный объект и его режим могут быть описаны с помощью некоторого набора гидрологических характеристик:

1. Характеристики водного режима: уровень воды (Д м в Балтийской системе высот (БС) или см над 0 поста), скорость течения (v, м/с), расход воды (Q, м3/с), сток воды за интервал времени At (W, м\ км3), уклон водной поверхности (I, величина безразмерная) и т. д. Большинство этих характеристик может быть отнесено не только к водотокам и водоемам, но и к особым водным объектам — ледникам, подземным водам.
2. Характеристики теплового режима: температура воды, снега, льда ( Т, °С), теплосодержание водного объекта или тепловой сток за интервал времени At (0, Дж) и т. д.
3. Характеристики ледового режима: сроки наступления и окончания различных фаз ледового режима (замерзания, ледостава, таяния, вскрытия, очищения ото льда), толщина ледяного покрова, сплоченность льдов и т. д.
4. Характеристики режима наносов: содержание в воде взвешенных наносов или мутность воды (s, кг/м3), расход наносов (R, кг/с), распределение наносов по фракциям (крупности) и т. д.

3. Характеристики формы и размера водного объекта: его длина (L, м, км), ширина {В, м, км), глубина (А, м) и т. д. 
   Физические «аномалии» воды и их гидрологические значение.

Вода — это простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом. По своей химической природе — это оксид (окись) водорода Н20. В чистом виде вода — вещество бесцветное, не имеющее ни вкуса, ни запаха.

Несмотря на кажущуюся простоту своего строения, молекулярная структура воды очень сложна, изменчива и недостаточно изучена. Но именно благодаря особенностям молекулярной структуры вода представляет собой уникальное соединение, обладающее множеством «аномалий», отличающих ее от других веществ и определяющих многие природные процессы на Земле.

Наиболее важные физические аномалии воды и их географическое значение

4. Данные об основных физических аномалиях воды. В табл. приведены сведения о 10 основных аномалиях воды и их влиянии на гидрологические процессы и природные условия на Земле в целом. 
   Мировой океан. Ресурсы Мирового океана, их использование и охрана.

Воды океанов и морей обладают гигантскими запасами биологических, минеральных, энергетических ресурсов, используемых еще слабо и весьма неравномерно.

Морская вода — это среда, которая очень благоприятна для развития жизни, ее состав сходен с составом человеческой крови. Считается, что жизнь на нашей планете началась в океане. И воды океанов и морей населены огромным количеством живых организмов, качественно необычайно разнообразных.

Под биологическими ресурсами океана понимается потенциальная продукция полезных организмов, которая всегда больше возможного изъятия биологических продуктов человеком. Эти ресурсы необходимо знать, чтобы вести промысел рационально, не подрывая базы для воспроизводства объектов промысла. Продукция (П) океана (табл. 10.6) характеризует производительность (продуцирование) группы организмов, т. е. это понятие преимущественно экологическое; биомасса (Б) — количество живых организмов (по массе или объему) в одном кубическом метре воды (для планктона и нектона) или на одном квадратном метре площади дна (для бентоса); П/Б — отношение продукции к биомассе — величина, характеризующая активность организмов.

Ограниченность промысловых запасов, неравномерность их распространения, увеличение числа пользователей, «перелов» некоторых видов рыбопродуктов приводят к возникновению международных конфликтов в области морского хозяйства. Для их предотвращения нужны меры по регулированию и ограничению промысла, прежде всего, заключение специальных международных конвенций. Другая мера ограничения промысла — введение «экономических зон»: районов открытого моря, прилегающих к территориальным водам государства, где это государство имеет суверенные права на разведку, разработку и сохранение природных ресурсов (как живых, так и всех других), находящихся на дне, в его недрах и в воде.

Минерально-сырьевые ресурсы океанов и морей начинают играть важнейшую роль в экономике многих государств: запасы нефти на морском дне; в россыпях добывают титан, цирконий, касситерит, золото, платину, серебро, цинк, алмазы, фосфориты; шахтным способом (с берега) добывают каменный уголь, руды железные, медные, никелевые, ртутные, железомарганцевые конкреции; янтарь, строительные материалы (песок, гравий и ракушечник) и минеральных солей.

Энергетические ресурсы океана представлены энергией волнения, течений (прежде всего струйных, а также сильных течений в морских проливах и узостях), термоядерной энергией (возможно выделение сверхтяжелого изотопа водорода — трития), разностью температуры воды на различных горизонтах, осмотическим давлением в районах смешения пресных и соленых вод и энергией приливов.

5. Одно из главных богатств Мирового океана — его рекреационные ресурсы, имеющие важное значение для туризма, отдыха и лечения. 
   Мировой океан. Экологическое состояние.

Несмотря на огромные размеры океана, человек все сильнее влияет на его природные условия. Если раньше негативные последствия хозяйственной деятельности проявлялись лишь в прибрежных районах океана, то теперь они сказываются и в открытых его частях. Неблагоприятное влияние человека на океан заключается прежде всего в изменении его экологического состояния, загрязнении его вод и чрезмерной добыче промысловых морских организмов.

Современное негативное антропогенное влияние на морскую среду в основном состоит в увеличении поступления загрязняющих веществ. Антропогенная составляющая стока некоторых загрязняющих веществ (нефть, свинец, ртуть, мышьяк и т. д.) сравнима и иногда даже превышает природную. Океаны представляют собой зону аккумуляции загрязняющих веществ, «конечный пункт», независимо от того, в какую среду они были сброшены первоначально.

При анализе последствий загрязнения выделяют группу наиболее распространенных загрязняющих веществ, таких, как нефтяные углеводороды, тяжелые металлы, поверхностно-активные вещества, хлорорганические и фосфорорганические вещества, искусственные радионуклиды, биогенные и органические вещества, которые формируют крупномасштабное фоновое загрязнение гидросферы.

Антропогенное воздействие влияет не только на биотическую составляющую морских экосистем. Оно проявляется в нарушениях гидрологического и гидрохимического режимов, процессов тепло-, влаго- и газообмена между океаном и атмосферой, естественньгх биогеохимических циклов, определяя экологические условия в тонком приповерхностном слое океана, в котором обитает специфическое сообщество организмов — нейстон и плейстон.

Огромный вред морской фауне нанесла чрезмерная и неконтролируемая добыча промысловых рыб и некоторых других животных. Почти полностью истреблены котики на Командорских островах, сократилась численность китов, нарушено воспроизводство осетровых в Каспийском море, сельди в Атлантике.

Самоочищение — совокупность всех природных процессов, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды, разложение, утилизацию загрязняющих веществ. Гидродинамические факторы, не являясь по существу факторами самоочищения, могут способствовать ускорению или торможению самоочищения. Главным фактором самоочищения природных вод от загрязняющих органических веществ выступает, прежде всего, жизнедеятельность микроорганизмов — деструкторов, способных трансформировать эти вещества и переводить их в минеральную форму. Проблема количественной оценки всех факторов самоочищения очень сложна и далека от окончательного решения.