Часто встречающаяся классификация экологических факторов

Л.Н. Блинов, Н.Н. Ролле

Экология

Опорный конспект лекций

Основные понятия, термины, законы, схемы

Для студентов заочной и дистанционной

форм обучения

Санкт-Петербург

Л.Н. Блинов, Н.Н. Ролле. Экология: опорный конспект лекций. Основные понятия, термины, законы, схемы. СПб.: Изд. СПбГПУ. 2005. 110с.

Настоящее издание предназначено прежде всего для студентов заочной и дистанционной форм обучения СПбГПУ, изучающих курс «Экология». Оно также может быть полезно для студентов очно-заочной и очной форм обучения, изучающих данный курс.

В кратком опорном конспекте лекций даны базовые понятия, термины и законы, составляющие основу курса. Для более интегрального и системного подходы к курсу, а также с учетом современного рассмотрения экологии как большой экологии или мегаэкологии, в конспект включены новые разделы «Экология и кибернетика», «Системный подход», а также различные функциональные схемы и построения, способствующие более качественному пониманию курса «Экология» в целом.

Опорный конспект лекций содержит необходимое количество табличных данных, рисунков и схем.

Приведенный в конце издания список литературных источников может быть использован студентами при написании рефератов по курсу. Примерная тематика рефератов приведена там же. В приложениях студенты найдут конкретные данные, необходимые для проведения сопоставительных анализов и расчетов.

В целом, настоящий опорный конспект лекций будет также полезным и нужным для повышения качества подготовки к экзамену по курсу «Экология».

© Блинов Л.Н., Н.Н. Ролле, 2005

© Санкт-Петербургский

государственный политехнический

университет, 2005

Содержание

1. Основные понятия. 4

2. Биоценоз, биотоп, биогеоценоз, окружающая среда. 21

3. Атомные и молекулярные частицы.. 28

4. Основные законы, правила и принципы экологии. 30

5. Оболочки планеты: состав, основные процессы. 34

Атмосфера. 34

6. Гидросфера. 38

7. Литосфера. 44

8. Биосфера – особая оболочка планеты.. 47

9. Взаимодействие веществ в оболочках планеты.. 58

10. Природные ресурсы.. 60

11. Загрязнение и загрязнители окружающей среды.. 64

12. Токсичность. 72

13. Локальная среда обитания. Факторы воздействия. 75

Пищевые добавки. 75

14. Экология и кибернетика. Системный подход. 81

15. Полезные мысли и высказывания. 86

16. Список примерных тем для рефератов и. 92

компьютерных работ. 92

17. Приложения. 94

18. Список литературы.. 101

Основные понятия

Экология – наука о взаимоотношениях и закономерностях взаимосвязей организмов и их систем между собой и средой их обитания (окружающей их средой), о круговороте веществ и потоках энергии, делающих возможной жизнь на Земле. Предметом экологии является изучение совокупности и структуры связей между организмами и средой.

Сегодня экология превращается из раздела биологии в своеобразную гипернауку, в комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, в так называемую мегаэкологию, т.е. «большую экологию» или «макроэкологию».

До середины 19 века развитие экологии неотделимо от развития естествознания, поскольку накопление эмпирических знаний происходило на протяжении всей истории человечества. Огромный вклад в развитие естественных наук и накопление экологических знаний внесли лучшие умы античности (Анаксимандр, Демокрит, Фалес, Гиппократ, Пифагор, Евклид, Архимед, Платон, Аристотель, Лукреций, Птолемей) и средневекового Ближнего Востока (Ибн Сина, Ибн Рушд, Ибн Юнас). Эпоха Возрождения изменила фундаментальные воззрения в естествознании благодаря трудам Н. Коперника, Дж. Бруно, Г. Галиллея, Л. да Винчи, И. Кеплера, Р. Декарта, дав новый мощный толчок развитию наук о природе, а в 18 веке работы К. Линнея, И. Канта, П. Лапласа, Ж. Кювье, Ж. Ламарка, Ч. Дарвина позволили систематизировать накопленные естественнонаучные знания, используя диалектический метод познания.

Вторая половина 19 века была ознаменована новыми открытиями во всех разделах естествознания: клеточная теория М. Шлейдена и Т. Шванна; теория эволюции Ч. Дарвина; геологическая эволюция Ч. Лайеля; явление электромагнитной индукции М. Фарадея и Д. Максвелла; закон сохранения энергии Г. Гельмгольца, синтез первых органических соединений Ф. Веллером; периодический закон Д. И. Менделеева; законы наследования Г. Менделя и др.

Именно в этот период в 1866 г. немецкий зоолог Эрнст Геккель, изучавший адаптации организмов к факторам среды и сформулировавший закон рекапитуляции (онтогенез организма повторяет филогенез вида), выдвинул специальный термин «экология». В своем труде «Всеобщая морфология организмов» он писал: «под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений всего живого с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт». Полный спектр экологических проблем еще за 10 лет до этого определил знаменитый русский зоолог Карл Рулье, не нашедший, однако, подходящего выразительного термина для обозначения этой науки, но четко определивший принцип взаимоотношений организма и среды: «Ни одно органическое существо не живет само по себе, каждое вызывается к жизни и живет постольку, поскольку находится во взаимодействии с относительно внешним для него миром».

К началу 20 века, когда экология уже вполне сформировалась как новое научное направление в биологии, началось изучение надорганизменных биологических систем, и благодаря работам К. Мебиуса, С. Форбса, Ф. Клементса, А. Тинеманна появилась концепция биоценозов. В 1927 году американский биолог Ч. Элтон опубликовал первый учебник-монографию по экологии, в котором он не только четко охарактеризовал своеобразие биоценотических процессов, определил понятие трофической ниши и сформулировал правило экологических пирамид, но и выделил особое направление - популяционную экологию. В 1926 г. вышел в свет труд В.И. Вернадского «Биосфера», где впервые была показана планетарная роль совокупности живых организмов – «живого вещества», определены его роль и функции и рассмотрена его роль в эволюции биосферы. В 1934 году микробиолог Г.Ф. Гаузе в книге «Борьба за существование» подробно исследовал межвидовые взаимоотношения типа «хищник-жертва» и сформулировал принцип конкурентного исключения. В 1935 году английский геоботаник А.Тенсли предложил понятие «экосистема» для любой совокупности организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот веществ, а в отечественной литературе представления об экосистемах были развиты в 1942 г. в работах В.Н. Сукачева, обобщившего их в учении о биогеоценозе. Примерно с этого времени утвердилось деление экологии на аутэкологию – экологию отдельных организмов, демэкологию – экологию популяций, и синэкологию – экологию межвидовых сообществ.

В начале 1970-х годов взгляд на экологию как на сугубо биологическую науку изменился: по-прежнему уходя корнями в биологию, экология вышла за ее рамки, став сложной и многогранной, интегрированной дисциплиной, связывающей естественные, общественные и технические науки.

Термин «экология», впервые использованный немецким биологом Эрнстом Геккелем в работе «Всеобщая морфология организмов» в 1866 г., который образовал его от греческих слов oikos, что означает дом, жилище, и logos – наука, в буквальном смысле означает «наука о местообитании».

Следует отметить, что в западной литературе и в ряде наших специальных изданий по биологии термин «экология» часто употребляют для традиционного круга объектов и методов, а все, что связано с экологией человека, окружающей средой и охраной природы называют наукой об окружающей среде (environmental science). В отечественной литературе оба эти понятия часто используют или как синонимы, или включают последнее в экологию.

Мегаэкология – межпредметная область знаний; комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин.

Уровни знаний

(I-VI)

Фактор – движущая сила совершающихся процессов или влияющее на эти процессы условие.

Все, что окружает организмы (живые системы), прямо или косвенно влияя на их состояние и функционирование, носит название окружающей среды, которая включает как природную, так и техногенную, созданную человеком, составляющие. Компоненты среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, называются экологическими факторами, которые по природе их происхождения традиционно делят на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Компоненты (части) природной среды, которые влияют на состояние и свойства организма, называют экологическими факторами.

Абиотические экологические факторы – все компоненты неживой природы. К этим факторам относятся: свет, температура, давление, влажность, ветер, состав воздуха, воды и почвы, долгота дня и т.д.

Биотические экологические факторы – факторы, которые связаны с живыми организмами, они характеризуют влияние одних организмов на другие. К этим факторам относятся: конкуренция, хищничество, паразитизм, сотрудничество и т.д.

Антропогенные экологические факторы – факторы, которые связаны с влиянием деятельности человека на природную среду. Человек загрязняет и тем самым разрушает природную среду. К этим факторам относятся: загрязнение атмосферы и водной среды, вырубка леса, осушение болот, уничтожение животных и т.д.

Экологические факторы подразделяют в зависимости от:

природы – абиотические и биотические;

происхождения – естественные и искусственные;

периодичности – периодические и непериодические;

времени образования и начала действия – первичные и вторичные;

среды – водные (гидросферные),

возникновения воздушные (атмосферные),

почвенные (литосферные);

степени воздействия– лимитирующие,

экстремальные,

летальные;

спектра воздействия – общего, избирательного действия;

характера и состава – химические,

воздействия физические,

биологические, механические,

информационные и т.д.

Кривые выживания

Кривая 1 свойственна организмам, смертность которых в течении жизни мала, но резко возрастает в конце жизни (поденки, слоны, человек). Кривая 2 характерна для видов, у которых смертность примерно постоянна в течение всей жизни (птицы, рептилии). Кривая 3 отражает массовую гибель особей в начальный период жизни (рыбы, растения).

Эволюционно в популяциях сложился комплекс свойств, направленных на повышение выживаемости – экологические стратегии выживания, разнообразие которых заключено между двумя типами стратегий:

r–стратегия – особи в популяции размножаются быстро (высокая плодовитость, быстрая смена поколений), они менее конкурентоспособны, скорость размножения не зависит от плотности популяции (J–образная кривая), расселяются широко и быстро, малые размеры особей, малая продолжительность жизни (бактерии, тли, однолетние растения).

К–стратегия – популяция состоит из медленно размножающихся, но более конкурентоспособных особей, скорость роста популяции зависит от ее плотности (S–образная кривая), расселяются медленно, населяют стабильные местообитания, имеют крупные размеры и большую продолжительность жизни (человекообразные приматы, деревья).

Между этими крайними стратегиями существует множество переходных форм. Популяции, как и другие живые системы, способны к гомеостазу – т.е. поддержанию динамического постоянства численности под воздействием ряда факторов среды и за счет саморегуляции своей численности.

Гомеостаз – это способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В его основе лежит принцип обратной связи, обусловливающей поддержание гомеостаза за счет механизмов саморегуляции. Эту закономерность можно сформулировать следующим образом: в конкретных условиях для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции (так называемый принцип Олли).

Структура биогеоценоза

Несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурнымсходством. В каждой из них можно выделить три функциональных группы организмов, связанных между собой потоками энергии, вещества и информации: фотосинтезирующие растения - продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они составляют биотическую структуру экосистем.

Все живые системы являются открытыми, и любая экосистема поддерживает свою жизнедеятельность благодаря энергии Солнца и способности живых компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду.

Из доходящей до Земли энергии Солнца 33 % отражается облаками и пылью атмосферы (это так называемое альбедо или коэффициент отражения Земли), а 67 % поглощается атмосферой, поверхностью Земли и океаном. Лишь около одного процента поглощенной энергии поддерживает существование всего живого вещества планеты, а вся остальная энергия, нагрев атмосферу, сушу и океан, рассеивается в пространстве в форме теплового (инфракрасного) излучения.

Зеленые растения улавливают энергию Солнца и превращают ее в потенциальную энергию химических связей органических веществ, создаваемых ими в ходе реакции фотосинтеза:

Кинетическая энергия солнечного излучения преобразуется в ходе этой реакции в потенциальную энергию, запасенную, например, в глюкозе С₆Н₁₂О₆. Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральными элементами питания - биогенами - образуются все ткани растительного мира - белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то есть органическое вещество планеты.

Кроме растений-фотосинтетиков продуцировать органическое вещество могут некоторые бактерии, которые используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений, например, аммиака, железа и особенно серы. Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому организмы называются хемосинтетиками.

Таким образом, растения и хемосинтетики создают органическое вещество из неорганических составляющих с помощью энергии окружающей среды. Их называют продуцентами или автотрофами. Высвобождение запасенной продуцентами потенциальной энергии обеспечивает существование всех остальных живых организмов на планете. Виды, потребляющие созданную продуцентами органику как источник вещества и энергии для своей жизнедеятельности, называются консументами (потребителями) или гетеротрофами.

Консументы - это самые разнообразные организмы от простейших до человека, которые подразделяются на ряд подгрупп в соответствии с различиями в источниках их питания.

Питающиеся непосредственно продуцентами растительноядные животные, или фитофаги, называются первичными консументами или консументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу хищники, или плотоядные – консументы второго и более высоких порядков. Например, кролик, питающийся растительной пищей - это консумент первого порядка, а лиса, охотящаяся за кроликом - консумент второго порядка. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным, как например, человек, который может быть консументом первого порядка, когда ест овощи, второго порядка, когда ест говядину, или консументом третьего порядка, когда употребляет в пищу хищную рыбу.

Мертвые растительные и животные органические остатки, например опавшие листья, экскременты и трупы животных, называются детритом. Организмы, специализирующиеся на питании детритом (например, грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.д.), называются детритофагами. Значительная часть детрита в экосистемах не поедается животными, а гниет и разлагается с участием грибов и бактерий, которых обычно выделяют в особую группу детритофагов и называют редуцентами. Редуценты замыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику на исходные неорганические составляющие - углекислый газ и воду, и препятствуют накоплению в экосистемах отходов.

Перенос энергии от растений - продуцентов через ряд других организмов в результате их поедания друг другом, называется пищевой или трофической цепью.

Различают два типа пищевых цепей – пастбищные (или цепи выедания), и детритные (цепи разложения). Из-за сложных взаимоотношений, в которые вовлечены все организмы природных экосистем, пищевые цепи тесно переплетаются и образуют сложные трофические сети. Чем сложнее и разветвленнее пищевая сеть, тем стабильнее поток вещества и энергии через нее, а также экосистема в целом.

Прирост биомассы в экосистеме за единицу времени называется биологической продуктивностью (продукцией). Различают первичную и вторичную продукцию сообщества. Первичная продукция – это биомасса, созданная за единицу времени продуцентами, превращающими в энергию пищи лишь около 1% энергии солнечного света. Большая часть валовой первичной продукции расходуется на дыхание и поддержание жизнедеятельности самих продуцентов, а оставшаяся часть идет на прирост биомассы, образуя так называемую чистую продукцию. Вторичная продукция – это биомасса, созданная за единицу времени консументами на разных трофических уровнях. Около 90 % полученной энергии консументы тоже расходуют на поддержание своей жизнедеятельности, так что каждому последующему трофическому уровню передается в среднем около 10% от количества энергии, поступившей на предыдущий (закон Линдемана или «правило 10%»). Поскольку в каждом звене пищевой цепи около 90% энергии теряется, длина пищевой цепи ограничивается размерами этих потерь и, как правило, не превышает 3 - 4 уровня.

Правило экологических пирамид, сформулированное Ч. Элтоном в 1927 году, отражает законы распределения количества энергии в пищевых цепях, показывая, что на каждом предыдущем трофическом уровне количество вещества (пирамида биомасс) и энергии, аккумулированной в единицу времени (пирамида энергии), больше, чем на последующем. Графически трофическую структуру сообщества представляют в виде пирамиды, основанием которой служит первый трофический уровень - уровень продуцентов, а последующие уровни образуют следующие этажи пирамиды. При этом высота всех блоков-этажей одинакова, а длина пропорциональна биомассе или энергии на соответствующем уровне.

Масса всех организмов в пределах экосистемы называется суммарной биомассой. Наибольшая биомасса, в среднем 45кг/м², имеется во влажных тропических лесах, а в океане – в сообществах коралловых рифов (примерно 2 кг/м²). В зрелом сообществе чистая продукция равна нулю, т.е. сколько биомассы создается продуцентами, столько же съедается и минерализуется консументами и редуцентами.

Последовательная смена сообществ на одной территории под действием экологических факторов называется сукцессией. Первичная сукцессия – развитие экосистемы на голом месте, например на возникшем в море вулканическом острове. Вторичная сукцессия – процесс восстановления нарушенного сообщества до равновесного (климаксного) состояния.

Следствие из этого закона

Токсичное для одной части живого вещества планеты не может быть безвредным для других его частей.

Закон минимума Либиха

Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его жизненных потребностей.

Закон развития системы

Любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; изолированное саморазвитие невозможно.

Закон цепных реакций

Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии.

Закон оптимальности

Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно временных пределах, а каждый биологический вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования, называемой экологической нишей.

Принцип Ле Шателье-Брауна

При любом внешнем воздействии, которое выводит экосистему из состояния равновесия, в системе усиливаются те процессы, которые ослабляют это воздействие, т.е. система стремится вернуться в состояние равновесия. При этом, чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия экосистем этому отклонению.

В более общем виде: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, произведено внешнее воздействие, то система стремится отреагировать таким образом, чтобы скомпенсировать произведенное воздействие (если это возможно).

Устойчивость экосистемы

Способность экосистемы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия каких-либо факторов, которые выводят её из равновесия.

Принцип эмерджентности

Принцип не сводимости свойств целого к сумме свойств его частей (Н.Ф. Реймерс, Ю. Одум).

Принцип Реди

Все живое происходит только от живого.

Правило «трех третей»

Стратегическое соотношение условий для экологии человека (на глобальном, региональном и локальных уровнях): треть территории должна быть занята заповедной дикой природой, треть – ограниченное хозяйственное использование с сохранением естественного ландшафта, треть – подвергаться окультуриванию (дороги, города, агроэкосистемы и др.).

Правило 1%

Изменение энергии природной экосистемы в среднем на 1% (от 0,3 до 1%) выводит экосистему из состояния равновесия.

Вывод: относительно безопасный уровень потребления ресурсов биосферы не должен превышать 1%.

Атмосфера

Атмосфера – газообразная (газовая) оболочка планет. Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твердых веществ. Основа атмосферы – воздух, представляющий собой смесь газов, в первую очередь азота, кислорода, аргона и углекислого газа.

Атмосфера Земли уникальна по содержанию в ней различных газов, в том числе инертных. Главными составляющими частями верхних слоев атмосферы являются H₂ и He, а также их ионы. Атмосфера Земли имеет массу ~ 5,15٠10¹⁵т. Содержание основных компонентов воздуха и малых добавок в нем приведено далее.

Компоненты	Содержание, %
Массовая доля	Объемная доля
Азот	75,52	78,09
Кислород	23,15	20,94
Аргон	1,28	0,93
Диоксид углерода	0,046	0,033
Неон	1,2•10-3	1,8•10-3
Гелий	7,2•10-5	5,2•10-4
Криптон	3,3•10-4	10-4
Ксенон	3,9•10-5	8•10-6
Оксид азота	2,5•10-3	2,5•10-4
Водород	3,5•10-6	5•10-5
Метан	0,8•10-4	1,5•10-4
Диоксид азота	8•10-5	1,5•10-4
Озон	10-5 – 10-6	2•10-6
Диоксид серы	-	2•10-8
Оксид углерода	-	10-5
Аммиак	-	10-6

По характеру изменений температуры с ростом высоты различают несколько сфер, разделенных узкими переходными зонами, называемыми паузами.

Тропосфера– нижний, примыкающий к Земле слой. Характеризуется средним вертикальным градиентом температуры 6 град/км.

Стратосфера – слой, следующий после тропосферы. Здесь температура остается примерно постоянной до высоты 25 км, а затем постепенно возрастает почти до0°С на нижней границе стратопаузы (около 55 км).

Мезосфера – слой, расположенный выше стратосферы. Характеризуется новым понижением температуры в среднем примерно до-100°С на высоте около80 км.

Термосфера – слой, находящийся выше мезосферы. В термосфере кинетическая температура постепенно возрастает с высотой.

Ионосфера – слой атмосферы от~60 до500 км.

Атмосфера

Зависимость содержания O₃ , O₂ , O и N₂ в атмосфере от высоты:

Примеры фотохимических и химических процессов в атмосфере

Воздух, которым мы дышим

Каждый человек делает примерно 14 вдохов за минуту. За сутки человек пропускает через свои легкие как минимум около 14-15 кг воздуха или около n*104 л (n=1,2,3…) по объему. Поэтому качество воздуха, которым мы дышим имеет первостепенное значение для нас.

Мы вдыхаем:

азот – 78,09 об.%

кислород – 20,94 об.%

углекислый газ – 0,033 об.% и т.д.

Мы выдыхаем:

азот – 78,09 об.%

кислород – 15,8 об.%

углекислый газ – 4 об.%

Гидросфера

Гидросфера– водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота водохранилища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (ледники, снежный покров); одна из геологических оболочек нашей планеты. Гидросфера Земли представляет собой единую водную оболочку, основным компонентом которой является химическое соединение H₂O . Гидросфера – это глобальная открытая система, а вода в ней – самое распространенное на Земле вещество.

Вода– единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). H₂O – соединение с ковалентным типом химической связи.

Вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, без запаха, обладающую рядом аномальных физико-химических свойств:

– высоким поверхностным натяжением и зависящим от него значительным капиллярным поднятием, что обеспечивает питание растений по корневым системам;

– высокими температурами замерзания и кипения;

– удельные энтальпии испарения и плавления H₂O (в расчете на 1г) выше, чем у большинства веществ;

– плотность воды в жидком состоянии больше плотности льда, поэтому лед плавает на поверхности воды, и природные водоемы не промерзают до дна.

Эти аномальные свойства воды объясняются существованием в ней водородных связей, которые связывают молекулы H₂O в газообразном, жидком и в твердом состояниях.

Природная вода

Природная вода– это раствор многих веществ, в том числе солей, газов, а также веществ органического происхождения, некоторые из них находятся во взвешенном состоянии. В большинстве случаев природная вода имеет атмосферное происхождение (дождевая вода), реже – глубинное (конденсация паров, поднимающихся из недр Земли)

Существует несколько классификаций химического состава природных вод.

В гидрохимии компоненты химического состава природных вод делятся на шесть групп:

1.Главные ионы (макрокомпоненты): K⁺, Na⁺, Mg²⁺ , Ca²⁺ , Cl^- , SO₄^2- , HCO₃^- , CO₃^2- .

2.Растворенные газы: O₂, N₂, H₂S, NH₃, CH₄ и др.

3.Биогенные вещества (продукты жизнедеятельности организмов), главным образом, неорганические соединения азота и фосфора.

4.Растворенные органические вещества (РОВ), т.е. органические формы биогенных элементов. Эта группа включает практически все классы органических соединений.

5.Микроэлементы. В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов, а также анионы.

6.Бактерии и микроорганизмы.

Классификация, предложенная Л.А.Кульским, основана на фазовом состоянии и дисперсности примесей, содержащихся в воде.

Примеси первой группы – образования, попадающие в воду вследствие эрозии слагающих ложе водоема пород и смыва с поверхности почв. Они представляют собой нерастворимые в воде суспензии, планктон и бактерии, кинетически неустойчивые и находящиеся во взвешенном состоянии благодаря гидродинамическому воздействию водного потока.

Примеси второй группы – гидрофильные органические и минеральные коллоидные частицы, вымываемые водой из грунтов, а также нерастворимые и недиссоциированные формы гумусовых веществ, детергенты и вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным частицам.

Примеси третьей группы – молекулярно- растворимые вещества: органические соединения, растворимые газы и т.п.

Примеси четвертой группы– вещества, диссоциирующие на ионы.

Из природных вод человек чаще всего сталкивается с так называемыми поверхностными природными водами.

Характеристика веществ, находящихся в водах поверхностных источников во взвешенном состоянии:

Взвешенное вещество	Характеристика
Размер частиц, мм	Время осаждения частиц на глубину 1 м
Коллоидные частицы	2٠10-4–1٠10-6	4 года
Тонкая глина	1٠10-3–5٠10-4	0,5-2 мес
Глина	27٠10-4	2 сут
Мелкий ил	1٠10-2–5٠10-3	4-18 ч
Ил	5٠10-2–27٠10-3	10-30 мин
Песок мелкий	0,1	2,5 мин
Песок средний	0,5	20 с
Песок крупный	1,0	10 с

За счет антропогенной деятельности в химический состав природных вод можно внести еще одну разновидность – это токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества, фенолы и т.д. При хлорировании природной воды в ней могут также образоваться диоксины.

Качество природной воды

Показатели качества природной воды обычно подразделяют на физические (температура, цветность, взвешенные вещества, запах, вкус и др.), химические (жесткость, активная реакция, окисляемость, сухой остаток и др.), биологические (гидробионты) и бактериологические (общее количество бактерий, коли-индекс и др.)

Критерий качества воды может быть представлен следующим образом:

С £ ПДК,

где С – обнаруженная концентрация, мг/дм³; ПДК – предельно-допустимая концентрация, мг/дм³_.

Если в питьевой воде обнаружено несколько веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности, то для них критерий качества воды имеет вид :

С₁ / ПДК₁ + С₂ / ПДК₂ + ... С_n / ПДК_n £ 1 ,

где С₁, С₂, ... С_n – обнаруженные концентрации веществ 1, 2 ....n, мг/дм³; ПДК_1, ПДК₂ ... ПДК_n – предельно-допустимые концентрации веществ 1, 2 ....n, мг/дм³_.

В настоящее время число установленных ПДК для водных объектов различного назначения составляет около 2000 (для атмосферного воздуха около 500, а для почвы более 100).

В качестве интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод используют классы качества воды.

Различают 7 классов качества воды: I класс - очень чистые воды, II класс - чистые, III класс - умеренно-загрязненные, IV - загрязненные, V - грязные, VI - очень грязные, VII - чрезвычайно грязные. Отнесение к классу качества проводится по величине"индекса загрязненности воды" (ИЗВ) - комплексного показателя, характеризующего сумму нормированных (отнесенных к ПДК) среднегодовых значений концентраций загрязняющих веществ.

Цветность (окраска) обусловлена присутствием в природных водах гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и других органических соединений. Кроме того, окраска воды может быть вызвана присутствием в ней соединений железа, сточных вод некоторых производств, “цветением” воды.

Мутность характеризуется наличием в воде взвешенных частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и др.

Водородный показатель (pH). Природные воды по величине pH обычно классифицируют на: кислые с pH от 1 до 3, слабокислые с pH от 4 од 6, нейтральные с pH около 7, слабощелочные с pH от 8 до 10 и щелочные с pH от 11 до 14.

Сухой остаток характеризует содержание в воде в основном примесей неорганического происхождения. Представляет собой остаток от выпаривания известного объема нефильтрованной воды, высушенный при температуре 110°С до постоянной массы.

Хлориды и сульфаты присутствуют во всех природных водах обычно в виде солей кальция, магния, и натрия.

Железо и марганец в поверхностных водах обычно встречаются в виде органических и минеральных комплексных соединений, либо в виде коллоидных и тонкодисперсных взвесей.

Окисляемость воды обусловливается присутствием в ней органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических соединений (железо (II), сульфиты, сероводород и др.).

Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитриты, нитраты) чаще всего образуются в природной воде в результате окислительно-восстановительных процессов с участием сероводорода, гумусовых веществ и др., либо в результате разложения белковых соединений.

Примеры химических процессов в гидросфере

ъ

Литосфера

Литосфера – твердая оболочка Земли, включает земную кору и часть верхней мантии планеты, имеет толщину от 50 до 75 км на континентах и 5-10 км ниже дна океана. Верхние слои литосферы (2-3 км, а по некоторым данным – до 8,5 км) иногда называют литобиосферой. В этой части литосферы существуют или способны существовать живые организмы или жизнеспособные системы, в основном особые виды анаэробных бактерий.

Одно из отличий литосферы от других объектов окружающего нас мира заключается в том, что она является постоянным местом обитания человека, а поэтому в наибольшей степени подвержена антропогенному воздействию (с учетом эксплуатации поверхностного слоя и недр Земли). При этом максим