Гидросфера

Гидросфера — важнейший  элемент биосферы, объединяет все  воды земного шара, включая океаны, моря и поверхностные воды суши. К гидросфере относят так же подземные  воды, лед и снег Арктики и Антарктиды, атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Водные массы на поверхности земли образуют тонкую оболочку, которая занимает большую часть поверхности планеты и образует Мировой океан. Водная поверхность планеты составляет 71%, а с учетом ледников и снежного покрова — 86% ее общей поверхности. Согласно современным оценкам, объем воды на планете составляет около 1390 миллионов кубических метров. Но 96,4% всей воды гидросферы приходится на минерализованные воды морей и океанов, а пресная вода составляет только 2,65% — хотя и эта цифра не отображает реальное количество доступной для потребления пресной воды. Если принять всю пресную воду за 100%, то становится очевидным, что большая ее часть — 70,2% «заперта» в виде льда и постоянного снежного покрова, главным образом в ледниковых щитах Антарктиды и Гренландии. Другая значительная часть — 28,7% находится в литосфере. И только 0,27% общего количества пресной воды, легкодоступной для использования, течет по поверхности планеты в виде рек, скапливается в озерах и водохранилищах. Но и этих небольших процентов пресной воды хватило бы, если бы она была равномерно распределена по планете и, ее расходование предполагалось исключительно в бытовых целях. В отличие от минеральных ресурсов, вода является возобновляемым природным ресурсом. Находясь в природном круговороте, вода выпадает на землю в виде дождей, твердых осадков, с речными потоками возвращается в моря, затем с поверхности морской глади испаряется в атмосферу и вновь превращается в облака, чтобы затем опять выпасть на землю живительной влагой.

Вода обеспечивает существование живых организмов на Земле и протекание процессов их жизнедеятельности. Она входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. В среднем вода составляет около 90% массы всех растений и 75% массы животных. Климат и погода на Земле во многом зависят и определяются наличием водных пространств и содержанием водяного пара в атмосфере.

В деятельности человека вода находит  самое широкое применение. Вода используется в промышленности, выступает в  роли теплоносителей, используется в  строительстве и. Сельскохозяйственная деятельность человека связана с потреблением огромного количества воды. Реки, каналы, озера — важные пути сообщения.

Исторически люди всегда селились около  водных источников. Они обеспечивали их пресной водой, давали воду для полива и развития производства. В середине XX века у человечества появились новые возможности в устойчивом обеспечении водными ресурсами: стали строиться водохранилища и каналы, бурились артезианские скважины. Параллельно с увеличением возможностей и появлением все больших потребностей в пресной воде — росла и способность тратить воду впустую, без оглядки. При пересчете на каждого жителя планеты величина водозабора увеличилась с 140 до 780 литров в сутки. И во всех расчетах водопотребления, учитывающих сельское хозяйство, промышленность и бытовые нужды, никогда не учитывался другой важный потребитель воды — окружающая среда.

В результате неразумного потребления  расходование воды стало превышать  темпы ее возобновления. Реки, больше не достигающие морей, высыхающие озера, истощающиеся водоносные слои, деградирующие экосистемы — все связано с перерасходом воды и недооценкой стоимости этого ресурса в условиях непродуманной политики потребления.

Вот уже век, как потребление  воды растет быстрее, чем население  планеты. За последнее 100 лет ее население увеличилось в 4 раза, а потребление воды возросло в 7 раз. Наиболее высокий расход пресной воды проявляется в регионах орошаемого земледелия, а также в городских агломерациях и промышленных центрах.

Сейчас в мире на сельскохозяйственное, промышленное и бытовое водоснабжение расходуется более 4-х тысяч кубических километров в год, что составляет около 4,5% пресной воды, сконцентрированной в озерах, водохранилищах и реках. За один день тратится около 10 миллиард тонн воды, что сопоставимо с годовой добычей всех видов полезных ископаемых.

Наибольшая величина расхода пресной  воды приходится на Азию (60% общемирового расхода), где располагаются основные орошаемые площади планеты, около 15% — на Северную Америку, в пределах 13% — на Европу, оставшиеся 12% распределяются примерно поровну между Южной Америкой и Африкой.

И, несмотря на долю воды, используемой в промышленном производстве и для  муниципальных нужд, львиная доля потребления воды как в начале XX века, так и сейчас приходится на сельское хозяйство, в развивающихся странах на него приходится до 80% совокупного водопотребления.

Основные потери воды связаны с  небольшими фермерскими хозяйствами  в развивающихся странах, использующими  устаревшие методы орошения. Многие исследования в области селекции сейчас направлены на выведение новых засухоустойчивых культур растений и разработку капельной системы орошения, позволяющей сэкономить до 70% пресной воды.

В результате орошения возникли кризисы  целых речных систем, характеризующихся чрезмерным водопотреблением и сниженным водостоком, к которым в первую очередь относятся реки Колорадо, Ганг, Инд, Иордан, Нил, Тигр, Евфрат и другие. Усугубляют складывающуюся ситуацию загрязнение поверхностных вод и активная разработка грунтовых вод.

Чрезмерное водопользование приводит к резкому понижению уровня грунтовых  вод. Так, фермеры Йемена, живущие  вблизи реки Сана, за последние годы были вынуждены углубить свои колодцы  в среднем на 50 метров, а количество извлекаемой воды из них сократилось  на две трети. В некоторых районах Индии уровень грунтовых вод падает более чем на 1 метр в год, обусловливая кризисную ситуацию для сельскохозяйственного производства.

Но самый яркий пример экологической  катастрофы, возникшей в результате непродуманного орошения, — Аральское море. В результате забора воды из рек Сырдарья и Амударья были получены рекордные урожаи хлопка, но практически потеряно навсегда море с уникальным биоразнообразием. Предпринятые в последние годы действия приостановили катастрофу, но прежних очертаний моря и сочетания флоры и фауны добиться уже не удастся.

Для защиты от наводнений и сохранения запасов воды на засушливый период года издавна сооружали плотины  и водохранилища. Сейчас в мире существует не менее 30 тысяч водохранилищ с  общей площадью более 500 миллионов кубических метров, что, например, превосходит площадь Черного моря. Водохранилища предназначаются в первую очередь для выравнивания стока, а также для гидроэнергетики и орошения. Однако зарегулирование стока рек имеет и отрицательные последствия для экосистем: сокращается водообмен, транзитный в природе тип круговорота становится все более замкнутым.

Кроме уменьшения стока рек на функционирование водных и прибрежных экосистем оказывает  свое действие строительство гидротехнических сооружений. Так, сейчас лишь 21 из 177 крупнейших рек мира имеют свободный доступ к морю, а большая их часть перекрыта плотинами, системами водозабора. И если в середине XX столетия крупных дамб было около 5 тысяч, то сейчас их количество возросло до 45 тысяч. Соответственно все виды организмов, обитающие в этих реках, живут по режиму, существенно отличающемуся от привычной среды обитания. По данным Фонда дикой природы, из 10 тысяч разновидностей пресноводных видов около 20% уже либо вымерли, либо находятся на грани вымирания.

Очевидно, что в условиях роста  населения и увеличивающихся  потребностей в продуктах питания, процессов урбанизации и промышленного  роста конкуренция за воду в ближайшие  десятилетия увеличится. По оценкам  ООН запасы питьевой воды в мире год от года сокращаются, а в мировой океан попадают миллионы тонн нефти и отходов. Употребление непригодной для питья воды — причина почти 10% всех заболеваний в мире и 6% всех смертей. Главными жертвами оказываются дети: у детей до 14 лет эта причина вызывает 22% всех заболеваний.¹

Согласно данным Международного комитета по изменению климата, в ближайшем  будущем климатические контрасты  будут усиливаться: изменение распределения  количества осадков приведет к увеличению засух в одних уголках планеты  и наводнениям в других. Это  еще более обострит снабжение пресной водой в зонах пустынного климата, характеризующихся малым количеством осадков и понижающимся уровнем залегания грунтовых вод. По прогнозам, к 2015 году в странах с хронической нехваткой воды будет проживать более половины населения планеты, а к 2025 году 2/3 человечества уже будут испытывать ее недостаток. Недостаток пресной воды в свою очередь может спровоцировать нехватку продовольственных ресурсов. Проблема обостряется тем фактом, что в настоящий момент не существуют ни влиятельная международная организация, ни нормы международного права, которые регулировали бы распределение воды.

И некоторые страны Персидского  залива, столкнувшиеся с острой нехваткой  пресной воды, уже приступили к  опреснению морской воды. В течение последних лет серьезно обсуждаются проекты по транспортировке антарктических айсбергов. Но многие считают, что основная проблема заключается не столько в недостатке пресной воды, сколько в нерациональном ее использовании. Многие западные страны уже разработали целый комплекс водосберегающих технологий.

Антропогенное воздействие  на атмосферу проявляется в загрязнении  и истощении вод. Природная способность  самоочищения имеет свои пределы. Впервые  проблемы загрязнения рек возникли во время промышленной революции вместе с ростом городов и становлением машинно-фабричного производства. Промышленные и бытовые стоки сливались в водоемы, а затем неочищенные, загрязненные воды поступали в водопровод, вызывая вспышки инфекционных заболеваний.

Основными источниками загрязнения поверхностных вод являются: сбросы в водоемы неочищенных сточных вод; смыв пестицидов, минеральных и органических удобрений; газовые выбросы; утечки нефти и нефтепродуктов.

Прошло 200 лет, в течение  которых росло количество землян, происходила интенсификация сельского хозяйства, развивалась промышленность, росли города. По мере увеличения всех этих составляющих объем загрязняющих веществ и число их видов росли в геометрической прогрессии, приводя источники природных вод к удручающим показателям загрязненности. Многие реки, «поглощающие» отходы, стали похожи на сточные безжизненные канавы, по которым течет уже не вода, а «химический коктейль».

Загрязнением водной среды  уже охвачена не только суша, но и  Мировой океан. Океан аккумулирует загрязнение всех воздушных и речных потоков, являясь конечным пунктом разгрузки. Под воздействием завихрений подводных течений весь пластиковый мусор, выброшенный людьми в океан, собирается в одном месте. Эта помойка начинается примерно в 500 милях от побережья Калифорнии, тянется через северную часть Тихого океана мимо Гавайев и доходит почти до Японии. 100 миллионов тонн плавучего мусора занимают площадь, вдвое превышающую континентальную часть США. Океанологи, следящие за этим явлением, что помойка передвигается по планете. Когда она приближается к суше, на берег попадает огромное количество пластика. Еще 50 лет назад мусор, попавший в океан, подвергался гниению, но современный пластик настолько прочный, что сохраняется в морской воде десятилетиями.² По мере увеличения степени загрязнения, возрастает опасность не только снижения разнообразия живых организмов в природных водах — критическая загрязненность может привести к тому, что выловленную рыбу употреблять в пищу скоро будет небезопасно.

К началу ХХ века более 40% Мирового океана пострадало от хозяйственной  деятельности человека и лишь 4% не испытало разрушительного воздействия, сохранив природные экосистемы в неприкосновенности. Совместными усилиями ряда ведущих научных центров США в последнее время подготовлен первый в истории науки Атлас Мирового океана, где отражены последствия деятельности человека по 17 характеристикам. По данным, отраженным в Атласе, наибольший урон нанесен таким районам, как Северная Атлантика, западная часть Тихого океана, Берингово, Восточно-Китайское, Карибское, Красное, Средиземное и Южно-Китайское моря, а также Персидский залив, многие нарушения экосистем которых признаны необратимыми. В лучшем положении находятся Северный Ледовитый океан и воды остальных океанов, омывающие Антарктиду.³

Среди промышленных сточных  вод и наиболее емких отраслей хозяйства «лидируют» крупные потребители  воды, к которым относятся энергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, химическая, нефтехимическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленность, а также жилищно-коммунальное и сельское хозяйство. При этом сливные трубы часто достаточно тяжело обнаружить, поскольку они погружены в водоем и находятся, как правило, вне черты поселения. Промышленные сточные воды в зависимости от специфики отраслей промышленности содержат нефтепродукты, синтетические поверхностно активные вещества (СПАВ), фенолы, фториды, тяжелые металлы и так далее.

Газодымовые выбросы попадают в водные объекты с атмосферными осадками и в процессе механического  оседания. Они содержат как грубодисперсные  загрязнители, к которым можно  отнести золу, сажу, пыль, так и  газы, в первую очередь сернистый  газ и закись азота, которые при соединении с водой образуют серную и азотную кислоту.

Минеральные удобрения и  пестициды появились в качестве загрязнителя вместе с «зеленой революцией». Только 30-50% удобрений и инсектицидов, вносимых на поля для повышения урожайности и избавления посевов от вредителей, поглощаются растениями, а остальная часть накапливается в почве и вместе с талыми и дождевыми водами выносится в водоемы. В тех местах, где вода слабопроточная и хорошо прогрета, добавление азота и фосфора в водную среду является идеальной «подкормкой» для водорослей и цианобактерий. Начинается их бурное размножение, а вследствие этого — «цветение» и помутнение воды. Соответственно глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, что приводит к гибели донных растений. Дефицит кислорода впоследствии приводит к массовой гибели рыб. Этот процесс получил название «эвтрофикация водоемов».

Именно нефть и нефтепродукты  вышли на первое место среди загрязнителей  Мирового океана и морей. Основными  причинами загрязнения этими веществами морей и океанов являются крушение танкеров и выбросы нефти на буровых скважинах, расположенных в открытом море. Известно, что одна тонна нефти, растекаясь по поверхности океана, занимает площадь 12 квадратных километров. Ежегодно в океан, по разным оценкам, попадает около 10 миллионов тонн нефти. Нефть, создавая пленку на поверхности воды, препятствует газообмену, в том числе поглощению водой кислорода. Отсутствие аэрации и дефицит кислорода приводят к гибели многих водных организмов.

На водных экосистемах отражается также влияние кислотных осадков. Наиболее сильно это проявляется во внутренних морях, например в Балтийском море. Развитие атомной энергетики обусловило распространение радионуклидов, источниками которых являются отходы атомных электростанций и судов с атомными двигателями.