Джерела та екологічні наслідки забруднення гідросфери
План
1.Екологічні функції води.
2.Споживання прісної води.
3.Джерела забруднень природних вод.
4.Очищення стічних вод.
5.Роль Світового океану в стабілізації природних умов на поверхні Землі. Закон Ешбі.
1. Екологічні функції води.
Вода є найважливішою складовою живої речовини, без якої неможливе життя на планеті.
Гідросфера або водна оболонка Землі – це її моря й океани, криги приполярних районів, ріки, озера й підземні води. Запаси води на Землі – 1,46 * 109 км3 або 0,025% усієї маси Землі. Але більшість цієї маси – гірко-солона морська вода, непридатна для пиття та технологічного використання. Прісна вода складає 2% від її загальної кількості, причому 85% її зосереджено в льодовиках Гренландії, Антарктиди, айсбергах, гірських льодовиках. 1% прісної води складають річки, озера, підземні води. Найпоширенішою є морська вода – 71% поверхні Землі.
Вода виконує екологічні функції:
- це головна складова частина всіх живих організмів (напр., тіло людини складається на 70% з води, медуза, огірок – 98 – 99%)%;
- вода є основним механізмом здійснення взаємозв’язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепла, ріст біомаси тощо);
- вона є головним агентом-переносником глобальних біоенергетичних екологічних циклів;
- води Світового океану є основним кліматоутворюючим фактором, основним акумулятором сонячної енергії і “кухнею” погоди для всієї планети;
- вода є одним з найважливіших видів мінеральної сировини, головним природним ресурсом споживання людства (людство використовує набагато більше води, ніж вугілля, газу та ін. мінеральних ресурсів);
- гідросфера відіграє велику роль у формуванні поверхні Землі, її ландшафтів, у розвитку екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід; ерозії, карсту тощо). в переносі хімічних речовин, забруднювачів довкілля;
- для багатьох організмів вода – це середовище життя (хімічний склад морської води схожий на склад людської крові):
| № п/п | Назва хімічного елемента | % від суми розчинених солей | |
| у водах Світового океану | в крові людини | ||
| Cl- | 49,3 | ||
| Na+ | 30,6 | 30,0 | |
| O2- | 5,6 | 9,9 | |
| Ca2+ | 1,1 | 1,8 | |
| K+ | 1,2 | 0,8 |
Солоність океанічних вод складає 35%. Найсолоніша вода в Мертвому морі 260%, у Чорному морі – 18%, Азовському – 12%.
Якщо концентрація води – до 1 г/кг – вода прісна, до 25 г/кг – солонувата, понад 25 г/кг – солона. Хімічний склад підземних вод різноманітний.
Основним джерелом водопостачання для людства є річковий стік. Перше місце за цим показником посідає Бразилія з річкою-гігінтом – Амазонкою. Річковий стік України складає в середньому – 83,5 млрд. м3, а в засушливі роки зменшується до 48,8 млрд. м3. Він розподіляється по території України нерівномірно: 70% стоку припадає на Південно-Західний економічний район, де проживає 40% населення, а на Донецько-Придніпровський та Південний економічні райони, де проживає 60% населення та зосереджені найбільш водомісткі галузі народного господарства (металургійні, паливно-енергетичні комплекси, хімічна, нафтохімічна, целюлозно-паперова тощо) припадає лише 30% стоку. Сучасна ТЕС потужністю 1 млн кВт/год. потребує протягом року 1,5 км3 води, атомна – 3 км3. Сільське господарство використовує від 60 до 85% водозабору. У зв’язку з цим у багатьох районах півдня України відчувається гострий дефіцит води.
Основним водопостачальником води для України є Дніпро. Іншими річками є Дунай, Дністер, Південний Буг, Тиса, Прут та ін. Повноводдя їх залежить від стану їх приток (близько 63 тисяч річок). 90% населених пунктів України розташовані в долинах річок.
Гідросфера Землі сьогодні деградує. Основною причиною сучасної деградації природних вод Землі є антропогенне забруднення. Головними його джерелами є:
- стічні води промислових підприємств;
- стічні води комунального господарства міст та інших населених пунктів;
- стоки систем зрошення. поверхневі стоки з полів і інших сільськогосподарських об’єктів;
- атмосферні опади забруднювачів на поверхню водойм.
На сьогодні в світі понад 1 млрд. осіб споживає воду, яка не відповідає санітарним нормам. Інтенсивність використання водних ресурсів набагато перевищує процес їх відновлення в біосфері. Щорічно водозабір становить 3500 км3, а скид неочищених промислових стоків – 160 км3; це призводить до забруднення понад 12%, а в промислово розвинених країнах – до 25% річного стоку. З інтенсифікацією сільськогосподарського виробництва, а надто з такими її напрямами як хімізація, меліорація, значна кількість добрив і пестицидів надходить до водойм, потрапляє в підземні води. В Україні щороку в річки та водойми змивається в середньому 120 млн т грунту, а це – 240 тис. т азоту, 120 тис. т фосфору, 2,4 млн. т калію. В Україні функціонує понад 45 тис. ферм і комплексів тваринництва. Річковий об’єм становить 300 млн м3 і вміщує до 1,5 млн. т азоту; понад 10% його надходить до природних водойм, просочується в підземні горизонти.
Значним водокористувачем є й комунальне господарство. Комунальні стоки великих міст – небезпечне джерело забруднення водойм побутовою хімією, миючими засобами, бактеріологічними забрудненнями, що їх несуть стоки міських каналізаційних систем.
Одна з найпоширеніших проблем раціонального використання водних ресурсів країни – проблема малих річок. В Україні їх 22,5 тис, в їхніх басейнах формується понад 60% водних ресурсів. Їхня протяжність 100тис. км.
До найважливіших проблем малих річок України належать:
1.Замулення внаслідок розорювання заплав і вирубування лісових смуг. Нині в Україні замулені та потребують розчищення понад 300 тис. км. Вартість його висока: за 1 км – 130 – 180 тис. грн.
2.У малі річки потрапляє велика кількість хімічних добрив.
3.Значне забруднення тваринницькими комплексами.
4.У басейнах малих річок розташовано 180 полів фільтрації цукрових заводів.
5.Склалася ганебна традиція створювати на берегах річок звалища для сміття.
6.Значне забруднення малих річок у промислових районах.
Способи раціонального використання водних ресурсів:
1.У промисловості – впровадження водооборотних систем. Замкнені цикли промислового водокористування дають можливість повністю ліквідувати стоки.
2.Впровадження нових радикальних технологій зі зменшеним споживанням води.
3.Через брак коштів створювати системи ліквідації промислових стоків поетапно, насамперед на тих підприємствах, які дають найбільше забруднення. Наприклад, створення водооборотних систем на лісокомбінатах Закарпаття вимагало близько 10 млн.грн. Коли розділили каналізацію і забруднену воду, збагачений висококонцентрованими фенолами розчин почали спалювати, зменшивши в такий спосіб забруднення за мінімальних затрат.
4.У сільському господарстві – дотримання норм зрошення.
Споживання прісної води.
Усі галузі господарства за відношенням до водних ресурсів поділяються на споживачів і користувачів води. Споживачі забирають воду з джерела водопостачання, використовують її для виготовлення продукції, а потім повертають в меншій кількості і якості. Користувачі води не забирають, а використовують її як середовище (напр. водний транспорт, рибальство, спорт тощо) або як джерело енергії (ГЕС). Проте вони можуть змінювати якість води (напр. водний транспорт).
Промисловість використовує близько 20% споживаної людством води. Кількість води, що споживається підприємством залежить від того, яку продукцію воно випускає, від системи постачання (прямоточної чи оборотної). При застосуванні прямоточної системи вода з водного джерела надходить на промисловий об’єкт, використовується в процесі виробництва продукції, потім проходить очищення і після цього подається у водостік чи водойму. При оборотній системі водопостачання відпрацьована вода після очищення не повертається у водойму, а знову використовується в процесі виробництва. Витрати води в такій системі значно менші. Наприклад, ТЕС потужністю 1 млн кВт при прямому водопостачанні (для охолодження агрегатів) споживає 1,5 км3 води щорічно, а при оборотній схемі – 0,12 км3.
Кількість води (м3), необхідної для виробництва 1 т продукції називають водоємністю виробництва. За цим показником різні виробництва дуже відрізняються. Наприклад, на виробництво 1 т прокату необхідно 10-15 м3 води, а хімволокна відповідно 2000-5000 м3. Одним з найбільших споживачів води є електростанції. Наприклад Хмельницька АЕС (р.Горинь) повністю “випиває” воду з неї, яка була основним водопостачальником Рівненської обл.
Одним з основних споживачів води є сільське господарство (70% її загального використання). Це зумовлено зрошуванням землеробства (на сьогодні зрошувальні землі складають 15% усіх сільськогосподарських угідь і дають 50% всієї продукціїЇ. Питоме водоспоживання під час зрошення залежить від виду сільськогосподарських рослин, клімату, технічного стану зрошувальних систем, способів поливу. Так, якщо норми поливу (м3/га) для зернових культур складають 1500-3500, то для цукрових буряків – 2500-6000, рису – 8000-15000.
Більша частина води (20-60%) використаної для зрошення, безповоротно втрачається, деяка кількість її повертається назад у водойми у вигляді так званих зворотних вод, які сильно забруднені солями.
Водопостачання населення (близько 10% всієї споживаної людством води) задовольняє потреби в питній воді та комунально-побутові потреби (робота підприємств побутового обслуговування, полив вулиць, протипожежні заходи тощо). Існує поняття питоме водоспоживання, що означає об’єм води в л, необхідний для задоволення потреб одного жителя міста (села). У великих містах світу питоме водоспоживання складає (в л/добу): Нью-Йорку – 600, Парижі – 500, Москві – 400, Києві – 333, Лондоні – 263.
4. Забруднення води.
В результаті антропогенної діяльності гідросфера Землі змінюється. Серед цих змін розрізняють кількісні (зміна кількості води, придатної для використання) і якісні (природа забруднень).
Забруднення води поділяються на:
- фізичне забруднення, яке виникає в результаті збільшення у воді нерозчинних домішок – піску, глини, намулу, за рахунок зливу дощовими водами з рорзораних ділянок, надходження суспензій з діючих підприємств, гірничорудної промисловості, пилу, що переноситься вітром у суху погоду. Тверді частинки знижують прозорість води, пригнічуючи розвиток водних рослин.
- хімічне забруднення – відбувається за рахунок надходження у водойми зі стічними водами різних шкідливих домішок неорганічного надходження ( нафта, миючі засоби, пестициди тощо). Шкідлива дія токсичних речовин, що потрапляє у водойми, посилюється за рахунок т.з. кумулятивного ефекту, що полягає в прогресуючому збільшенню вмісту шкідливих сполук у кожній послідовній ланці харчового ланцюга. Наприклад, в організмі хижих риб концентрація отрути збільшується у 10 разів ( у фітопланктоні вміст у 10 разів вищий, ніж у воді, в зоопланктоні – теж у 10 разів, отже, всього у 10 тис. раз. Так, вміст ртуті у балтійській трісці складає 800 мг на 1 кг маси риби, і, з’ївши 5-8 рибин людина отримує в організм кількість ртуті вагою в одному термометрі.
Особлива шкода – від нафти і нафтопродуктів, які утворюють плівку, припиняють газообмін, знижують вміст кисню, так, 1 т нафти розпливається на 12 км2 поверхні.
Основними забруднювачами води є хімічні, нафтопереробні, целюлюзопаперові заводи, тваринницькі комплекси, гірничорудна промисловість, СМС, які спричиняють “цвітіння води”.
- біологічне забруднення – відбувається при надходженні зі стічними водами різних мікроорганізмів (бактерій, вірусів, спор, грибків, яєць червів, які є хвороботворними для людей, тварин, рослин. Основними забруднювачами є комунально-побутові стоки, стоки підприємств цукрових заводів, м’ясокомбінатів, деревообробних комбінатів. Особливої шкоди завдає масовий відпочинок людей.
- теплове забруднення – спричиняється виливом у водойми підігрітих вод від ТЕС, АЕС та інших енергетичних установок. Тепла вода змінює термічний та біологічний режими водойм.
5. Очищення стічних вод.
Усі природні водойми мають здатність до самоочищення.
Самоочищення води – це нейтралізація стічних вод, випадання в осад твердих забруднювачів, хімічні, біохімічні та інші природні процеси. що призводять до видалення з водойми забруднювачів і повернення води до її первісного стану. Здатність води до самоочищення має свої межі. У водойми надходить багато стічних вод, забруднені токсичними забруднювачами, внаслідок чого водойми деградують.
Заходи, що забезпечують нормальний стан водних об’єктів:
- нормування якості води, тобто розробку критеріїв щодо її придатності для різних видів водокористування;
- скорочення обсягів скидів забруднень у водойми шляхом вдосконалення технологічних процесів;
- очищення стічних вод.
Діючими в Україні законами передбачено, що для різних народногосподарських потреб має використовуватися вода певної якості. Недопустимо використовувати питну воду для охолодження блоків ТЕС, забороняється скидати у водойми стічні води з цінними відходами, які вилучаються шляхом раціональних технологій. Головним напрямом захисту водного середовища в промисловості є перехід підприємств до роботи за схемою замкненого циклу водопостачання. У сільському господарстві запроваджують сувору економію води, раціонально використовується заміна суцільного поливу зрошуванням, зменшення кількості пестицидів, гербіцидів, фосфатів, нітратів тощо.
Очищення стічних вод – це руйнування або видалення з них забруднювачів і знищення в них хвороботворних мікробів (стерилізація).
Існує 2 методи очищення стічних вод:
- в штучних умовах;
- в природних умовах.
Забруднені стічні води піддають механічній, хімічній та біологічній очистці.
Механічне очищення полягає у видаленні із стічних вод нерозчинних речовин, жирів, смол. Для цього використовують відстійники, сита, фільтри, центрифуги. Сучасні методи дозволяють очистити на 95% від твердих нерозчинних забруднювачів.
Хімічне очищення проводиться після механічного очищення. При цьому у забруднену воду додають спеціальні речовини реагенти, які, вступаючи в реакцію із забруднювачами, утворюють нешкідливі або нерозчинні речовини, що випадають в осад і видаляються.
Біологічне очищення полягає у використанні природних або штучних водойм, де в стічні води (вже очищені механічним та хімічним шляхом) додають спеціальні мікроорганізми, які харчуються органічними домішками, наявними в стічних водах (органічними кислотами, білками, фенолами тощо), розкладаючи їх до простих нешкідливих сполук.
6. Роль Світового океану в стабілізації природних умов на поверхні Землі. Закон Ешбі.
В стабілізації природних умов на поверхні Землі велика роль належить Світовому океану. Основна частина акваторії океану – 52,6%. Стан його вод викликає тривогу, його забруднюють річки, з якими щорічно надходить понад 320 млн. т солей заліза, 6,5 млн. т сполук фосфору та інші сполуки. Багато забруднень потрапляє з атмосфери – 200 тис. т солей свинцю, 1 млн. т вуглеводнів, 5 тис. т сполук ртуті. 1/3 мінеральних добрив, що вносяться в грунт вимиваються дощовими водами і виносяться в моря, 62 млнн. т за рік потрапляють в Світовий океан сполук азоту і фосфору. Ці речовини викликають розвиток одноклітинних водоростей, які утворюють на поверхні води “ковдри” товщиною 2 м.
Найбільшим забруднювачем Світового океану є нафта і нафтопродукти. Щорічно у води Світового океану потрапляє 5-10 млн. т нафти та нафтопродуктів, які поступають сюди з морських родовищ, аварій танкерів тощо. Так, внаслідок аварії танкера “Екссон валдіз” у 1990р. поблизу Аляски в океан потрапило 40 тис. т нафти. Потрапляє сюди значна кількість промислових та побутових відходів, яких в світовому океані накопичилося понад 20 млн. т, значна кількість радіоактивних забруднень – внаслідок випробування атомної зброї, роботи атомних реакторів, військових підводних човнів, криголамів, АЕС тощо. Загальна кількість радіоактивності , яка потрапила у води світового океану складає 1,5 * 106 Кі.
Найбільше забруднюється Світовий океан – в його мілководній прибережній зоні. Шельф океану – це райони, де більшість морських організмів проводить значну частину свого життя.
Проблема захисту Світового океану – одна з найактуальніших. ООН розроблено й прийнято ряд угод, що регулюють судноплавство, рибальство, добування корисних копалин, найбільш відомою є угода, підписана більшістю країн світу в 1982р. “Хартія морів”.
Вода є потужним поглиначем тепла на поверхні Землі. Вирішальну роль в поглинанні сонячної енергії належить Світовому океану, який в 2-3 рази більше поглинає сонячну енергію, ніж суша. Із-за особливих теплових властивостей води, океан виступає накопичувачем сонячної енергії на планеті. Поверхневі течії – основний переносник накопиченого тепла.
Води Світового океану весь час знаходяться в активному русі. Цьому сприяє атмосферна циркуляція, нерівномірне нагрівання планети, температурні контрасти, сили тяжіння Сонця, Місяця.
Розглядаючи гідросферу як кібернетичну систему, у відповідності до закону Ешбі, можна зробити висновок, що гідросфера може бути стійкою до зовнішніх і внутрішніх збурень тільки при достатньому внутрішньому різноманітті. Займаючи значну частину поверхні планети, гідросфера володіє великою різноманітністю природних умов. Більша частина різномаїття створюється одночасним існуванням води в трьох фазах, які різко відрізняються складовими, формуванням динамічних і статичних структур.
Тема 5.3.