реферат. Экологические проблемы гидросферы
 Скачать 2.2 Mb.
|
Содержание
Введение Актуальность темы работы. Поверхность нашей планеты Земля по большей части покрыта водой. Вода необходима всем населяющим планету живым существам, поэтому она является неотъемлемой частью жизни всего живого. Важна как пресная, так и солёная вода. Многие виды рыб обитают только в пресных водоёмах. Воды морей и океанов являются средой обитания для огромного количества животных и растений, источником пищи, транспортным путем. Существование человека невозможно воды, поэтому люди старались селиться на берегу водоемов. Огромно значение вод с экономической точки зрения. Вода используется в сельском хозяйстве, причем чистая и пресная, в промышленности. Особенно много воды требуется, например, для охлаждения различных печей, машин и аппаратуры (металлургическая, нефтеперерабатывающая, химическая промышленность и т. п.). Жизнь невозможна без воды во всех аспектах. Цель работы — изучить экологические проблемы гидросферы. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: - дать понятие гидросфера; - изучить экологические проблемы гидросферы, сделать вывод. Объект исследования — гидросфера. Предмет исследования в работе — экологические проблемы в гидросфере. Методами исследования в работе является теоретический метод. 1 Понятие гидросферы Гидросфера (греч. «Hidro» — вода и «sphaira» — шар) — это водная оболочка Земли. Она включает в себя всю химически не связанную воду, независимо от ее состояния: твердую, жидкую, газообразную [1]. Из общего объема вод гидросферы около 96,5 % составляют моря и океаны; 1,7 % приходится на подземные воды, около 2 % на ледники и постоянные снега (в основном Антарктиды и Гренландии), менее 0,02 % на поверхностные воды суши (реки, озера, болота, искусственные водоемы). Некоторое количество воды находится в атмосфере и в живых организмах. Объем гидросферы постоянно меняется. В будущем, по прогнозам ученых, количество воды на Земле, по-видимому, также будет возрастать. Предполагают, что поступление воды в гидросферу будет происходить не только выделением ее из мантии, но и при вулканических извержениях [1]. Гидросфера играет очень большую роль в жизни нашей планеты. Она накапливает солнечное тепло и перераспределяет его на Земле; с Мирового океана на сушу поступают атмосферные осадки. Мировой океан особенно влияет на климат прибрежных территорий. В настоящее время гидросфера охвачена невиданными по скорости и размерам преобразованиями, связанными с технической деятельностью человека. Некоторые страны начали ощущать нехватку пресной воды. Гидросфера взаимодействует со всеми оболочками Земли: - с литосферой, об этом свидетельствует эрозионная и аккумулятивная работа вод, влияющая на формирование рельефа; - взаимодействие с атмосферой: облака состоят из паров воды, испарившихся с поверхности морей и океанов; - так как живые существа, населяющие биосферу, не могут жить без воды, можно говорить о взаимосвязи гидросферы и с биосферой. Взаимодействуя с различными оболочками планеты, гидросфера выступает, в свою очередь, как часть целостной природы Земли [1]. 2 Экологические проблемы гидросферыВсе существующие экологические проблемы гидросферы условно делятся на внешние и внутренние. Внешние проблемы обусловлены тем, что гидросфера — это составная часть биосферы и поэтому она находится в неразрывной связи с атмосферой и литосферой. При этом, в результате тесного взаимодействия между собой эти слои влияют друг на друга. Любая экологическая проблема, возникающая в одном слое, вызывает в остальных немедленные реакции. Таким образом, идет процесс своеобразного «обмена» проблемами. Внутренние проблемы гидросферы обусловлены загрязнением главной составляющей ее части, т. е. воды. Загрязнение водных ресурсов — это любые изменения ее физических, химических и биологических свойств, что связано со сбросом в водоемы жидких, твердых и газообразных веществ. Данные вещества причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб экономике, а также здоровью и безопасности населения [2]. 2.1 Загрязнение гидросферыОсновной экологической проблемой гидросферы является загрязнение океана. Загрязняющими веществами являются сточные воды, нефть, химические вещества, мусор, радиоактивные отходы. Общий глобальный объем сточных вод в начале 1990 г. достиг 1800 км3. Эта цифра может показаться не такой уж большой, но необходимо учитывать, что для разбавления загрязненных сточных вод до приемлемого к употреблению уровня на единицу объема требуется от 10 до 100 (иногда до 200) единиц чистой воды. Все вышеперечисленные виды загрязнений в той или иной степени вредны, но наибольший урон может нанести радиоактивное и химическое загрязнения. Нефтепродукты и твердые бытовые отходы, бытовые и промышленные стоки считаются наиболее крупными источниками загрязнения. Кроме них в водоемы попадают выброшенные в атмосферу и выпавшие вместе с осадками различные химические соединения [2]. Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов. Основные источники загрязнения гидросферы: - атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха полютантов (загрязнителей) промышленного происхождения; - городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностноактивные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные; - промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду чёрная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленности. Основные источники загрязнения воды представлены на рисунке 2.1.1.
Рисунок 2.1.1. — Источники загрязнения гидросферы Самым отрицательным химическим загрязнением является нефтяное загрязнение. Оно отрицательно сказывается прежде всего на состоянии морской и воздушной среды, поскольку нефтяная пленка ограничивает газообмен, теплообмен и влагообмен между ними. Ежегодно в Мировой океан попадает примерно 5 млн. т нефти и нефтепродуктов: - природные источники 250 тыс. т; - танкерные операции и аварии 1 млн. т; - другие виды транспорта 400 тыс. т; - бытовые отходы 700 тыс. т; - промышленные отходы 300 тыс. т; -утечка 200 тыс. т; - из атмосферы 300 тыс. т. Нефть отрицательно воздействует на все группы морских организмов, особенно живущих у поверхностной пленки воды. Нефтяные углеводороды концентрируются в поверхностном слое воды (до 1 мм). По всей акватории Мирового океана в этом слое содержится 2 млн. га нефти. Особенно загрязнены нефтью тропические и субтропические широты в Атлантическом океане. В Саргассовом море концентрация углеводородов достигает до 180 мг/м2. В Тихом океане покрыты нефтяной пленкой большие площади в Южно-Китайском и Желтом морях. Нефтяная пленка разливается слоем толщиной в 1 молекулу, поэтому 1 кг нефти разливается на площади в 1 га (планктон погибает при концентрации нефти более 1 мг/л воды). Существует два пути загрязнения Мирового океана водным транспортом: - загрязнение морскими и речными судами от их эксплуатационной деятельности; - загрязнение в результате аварийных ситуаций, в течение которых в воду попадают радиоактивные, токсические и нефтехимические вещества. Следующим видом загрязнения гидросферы земли является загрязнение через сточные воды. Оно происходит через периодические или постоянные сбросы промышленных производств непосредственно в реки и пруды. Данные сбросы богаты некоторыми видами химических элементов и попадая в водную среду водоёмов они меняют их химический состав. При данном воздействии возможно чрезмерное развитие отдельных видов растений или же полное вымирание жизни в данных водоёмах. В промышленности вода используется в следующих направлениях: - в качестве химического реагент; - как растворитель (большинство реакций идёт в растворах), как поглотитель многих веществ; - как теплоноситель в современных энергосистемах (ТЭЦ, ГЭС, АЭС); - для транспортировки сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов; - для промывки продукции и других целей. С развитием промышленности и увеличением потребления воды растёт и количество жидких отходов сточных вод. При технологических процессах появляются следующие основные виды сточных вод [4]: - реакционные воды, образующиеся в процессе реакций с выделением воды. Эти воды загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции; - воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах, (свободная или связанная вода) в результате переработки загрязняются всевозможными веществами; - промывные воды — воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы; - водные экстрагенты и абсорбенты; - охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения, несут в себе тепловое загрязнение; - бытовые воды — воды столовых, прачечных, душевых, туалетов, воды после мытья помещений; - атмосферные осадки, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий, загрязненные различными химическими веществами. Чёрная и цветная металлургия, металлообрабатывающая промышленность занимают одно из первых мест по объёму загрязнений, выбрасываемых в окружающую среду. Сточные воды этих предприятий наряду с солями тяжёлых металлов содержат цианиды, тиоцианаты, сульфиды, сероводород и соединения мышьяка, отравляющие гидробиоту и делающие воду непригодной для питья, водопоя, орошения, а зачастую и для технического использования. Производство цветных металлов, сплавов и гальваническое производство поставляют в биосферу. Кроме твёрдых отходов, металлургические и металлообрабатывающие заводы сбрасывают в реки и другие водоприёмники сточные воды, содержащие твёрдые взвеси, растворы солей, кислот и щелочей, соединения тяжёлых металлов, цианиды и углеводороды. Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности в большом количестве сбрасывают в воду целлюлозное волокно, растворённые органические вещества, смолы, жиры. Все они легко окисляются при участии аэробных микроорганизмов, что связано с интенсивным потреблением кислорода, растворённого в воде, и пресыщением водоёмов органикой. Очень опасны сточные воды заводов искусственного волокна, коксохимических и газосланцевых предприятий, содержащие смолистые вещества, фенолы, меркаптаны, органические кислоты, альдегиды, спирты, красители. Их токсическое действие распространяется на большие расстояния, особенно в реках с сильным течением, так как органические примеси сточных вод минерализуются медленно. Машиностроительная промышленность со сточными водами сбрасывает значительное количество загрязняющих веществ, в первую очередь нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов, взвешенных веществ, цианидов, соединений азота, солей железа, меди, цинка, никеля, хрома, молибдена, фосфора, кадмия. Радиоактивное загрязнение связано со сбросом радиоактивных отходов. Функционирование предприятий ядерного топливного цикла, атомного флота и предприятий военно-промышленного комплекса привело к появлению большого количества радиоактивных отработанных отходов, в том числе на территории бывшего Советского Союза. К таким объектам, прежде всего, следует отнести радиохимические заводы и атомные электростанции, в результате деятельности которых осуществляются сбросы и выбросы радионуклидов в пресноводные экосистемы. Причинами радионуклидного загрязнения водных объектов кроме сбросов радиоактивных отходов могут быть радиационные аварии [5]. В настоящее время взаимосвязь между энергетическими и водными ресурсами находится на переднем крае исследований. Быстрое развитие промышленного сектора привело к увеличению спроса на электроэнергию. Это связано с реконструкцией существующих и созданием новых тепловых и атомных электростанций, а также расширением мощности и значительным увеличением объема охлаждающей воды, необходимой для эксплуатации энергоблоков на электростанциях. Из-за экономической составляющей и по соображениям безопасности большинство электростанций расположены в прибрежной зоне. На этих электростанциях используются системы постоянного водотока, в которых вода извлекается непосредственно из резервуаров, которые действуют как охладители. Как следствие, тепловой шлейф, нагретый до высоких температур на электростанциях, истекает непосредственно в резервуар. Огромное количество тепла, переносимого термальной водой, сбрасывается в приемный резервуар, тем самым увеличивая естественную температуру принимающей воды, которая оказывает прямое или косвенное воздействие на экологическую среду. Также существует бактериальное и биологическое загрязнение, связанное с разными патогенными организмами, грибами и водорослями [4]. Чаще всего такое загрязнение связано с близостью животноводческих ферм и сельскохозяйственных угодий, стоки с которых содержат патогенные микроорганизмы или приводят к росту водорослей. Установлено, что интенсивная вырубка хвойных лесов влечет за собой многочисленные отрицательные последствия, в том числе повышенное содержания растворённых в воде химических веществ, снижение уровня кислотности, ускорение эрозии и увеличение стока наносов. Загрязнение рек, озёр, морей и даже океанов происходит с нарастающей скоростью, так как в водоёмы поступает огромное количество взвешенных и растворённых веществ (неорганических и органических). 2.2 Истощение запасов чистой воды Миллионы людей живут в условиях дефицита пресной и солёной воды. А там, где имеются большие источники питьевой воды, в первую очередь Запасы пресной воды не используются рационально, в соответствии с существующим спросом и потребностями. Основным источником обеспечения человечества пресной водой являются в целом активно возобновляемые поверхностные воды, составляющие 39 тыс. км3 в год. Еще в 1970 г. эти огромные ежегодно возобновляемые ресурсы пресной воды обеспечивали на одного жителя земного шара в среднем около 11 тыс. м3, в 1980 г. обеспеченность водными ресурсами на душу населения снизилась до 9 тыс. м3/год, а к концу XX в. до 7 тыс. м3/год. С учетом прогнозируемого роста численности населения Земли к 2050 г. (до 9 млрд. чел.) обеспеченность водой одного жителя составит 4 тыс. м3/год [6]. Подземные воды обеспечивают потребности одной трети населения Земли. Особую озабоченность человечества вызывает их нерациональное использование и методы эксплуатации. Добыча подземных вод во многих регионах земного шара ведется в таких объемах, которые значительно превышают способность природы к их возобновлению. Это широко распространено на Аравийском полуострове, в Индии, Китае, Мексике, странах СНГ и США. Отмечается средние падение уровня подземных вод на 2 м в год. Одной из основных фундаментальных проблем является то, что подземные воды бывают высокоминерализованными, в составе их присутствуют множество газов, ионы твердых полезных ископаемых, или какие-то живые организмы, что требует дополнительных затрат на очистку подземных вод. Можно уверенно отметить, что запасы подземных вод велики и представляют промышленный интерес. Так, на сегодняшний день мировым трендом является своеобразный перенос водоемкого сельского хозяйства на другие территории путем скупки водоносных земель. В основном такие операции сейчас осуществляются в Африке, однако основным источником ресурсов подобного рода считается и Россия, которая также распродает собственные земли. Рост водопотребления в ближайшие десятилетия будет связан в первую очередь с увеличением потребности в продовольствии. Исследования показали, что около 70 % потребляемой в мире воды из поверхностных источников и грунтовых вод идет на ирригацию сельскохозяйственных земель, 20 % используется в промышленности и только 10 % для бытовых целей, отмечает ведущий научный сотрудник [5]. К 2050 г. ожидается рост производства продуктов питания, что приведет к глобальному потреблению воды в сельском хозяйстве. Проще говоря, если человечество будет развиваться в русле нынешних тенденций, экологические катастрофы и войны за воду просто неизбежны. Только за последние полстолетия зафиксировано порядка 40 конфликтов из-за водных ресурсов с применением оружия. Поэтому необходимо реализовывать методы борьбы с пересыханием вод. Одними из которых являются: - формирование прибрежных защитных полос; - очистка дна от загрязнений; - восстановление лесных насаждений в водоохраной зоне; - устранение береговых эрозионных процессов; - восстановление малых водотоков, питающих большую реку; - строительство в прибрежной зоне с учётом природоохранных рекомендаций; - сокращение забора речной воды на орошение; - регулирование работы ГЭС. 2.3 Антропогенное эвтрофирование водоемов Гидросфера служит естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу или литосферу. Это связано с наличием глобального цикла круговорота воды, со способностью воды к растворению различных газов и минеральных солей, а также с тем, что любой водоем служит местом, куда вместе с потоками воды смываются с суши всевозможные твердые частицы. Кроме того, вода в силу своего широкого использования в промышленности, сельском хозяйстве, в быту подвержена и непосредственному антропогенному загрязнению. Вместе с тем, будучи естественной средой обитания живых организмов (гидробионтов), вода находится в динамически равновесном состоянии обмена биогенными веществами с водной биотой. Присутствие загрязняющих веществ в водной среде, чуждых живой природе, оказывает влияние на процессы жизнедеятельности отдельных живых организмов и на функционирование водной экосистемы. Согласно формулировке, принятой в 1976 г. на Международном симпозиуме по вопросам эвтрофирования поверхностных водоемов, антропогенное эвтрофирование — это увеличение поступления в воду питательных для растений веществ вследствие деятельности человека в водосборных бассейнах и вызванное этим повышение продуктивности водорослей и высших водных растений представлено на рисунке 2.3.2.  Рисунок 2.3.2. — Эвтрофикация водоема Особо следует подчеркнуть, что между эвтрофированием и загрязнением имеется существенная разница, заключающаяся, прежде всего в том, что загрязнение обусловлено сбросом токсических веществ, подавляющих биологическую продуктивность водоемов, а эвтрофирование до известной степени повышает продуктивность. В эвтрофировании водоемов принимают главное участие азот и фосфор [7]. Среди множества биогенных элементов, влияющих на процесс эвтрофирования (азот, кислород, углерод, сера, кальций, калий, хлор, железо, марганец, кремний и др.) для водоемов умеренной зоны решающую роль играет фосфор. Эвтрофирование представляет собой естественный процесс эволюции водоема. С момента «рождения» водоем в естественных условиях проходит несколько стадий в своем развитии: - ранняя стадия. От ультраолиготрофного до олиготрофного; - далее становится мезотрофным; - крайняя стадия, превращение в эвтрофный и гиперэвтрофный. Происходит «старение» и гибель водоема с образованием болота. Однако под воздействием хозяйственной деятельности этот естественный процесс приобретает специфические черты, становится антропогенным. Резко возрастают скорость и интенсивность повышения продуктивности экосистем. Так, если в естественных условиях эвтрофирование какого-либо озера протекает за время 1000 лет и более, то в результате антропогенного воздействия это может произойти в сто и даже тысячу раз быстрее. Такие крупные водоемы как Балтийское море, Ладожское перешли из одного трофического состояния в другое всего за 25 лет. Данный процесс охватил многие крупнейшие пресноводные озера Европы, США (Великие Американские озера), Канады и Японии [7]. Для роста водорослей наряду с азотом, фосфором, углеродом и калием необходимы еще железо, марганец, кобальт, цинк, молибден и другие микроэлементы. Общий запас микроэлементов в природных водах обычно превышает потребность водных растений. В большинстве случаев азот или фосфор ограничивают их рост. Эти биогенные элементы являются потенциальными факторами, способствующими росту фотосинтезирующих организмов. Чаще всего фосфор является основным биогенным элементом, способствующим росту водной растительности. Недостаток азота компенсируется фиксацией этого элемента. Наряду с попаданием биогенных элементов важным условием развития эвтрофирования водоема является его гидрологический режим и в первую очередь скорость течения или водообмен. Эвтрофированию больше всего подвержены водоемы с медленным водотоком или его отсутствием (водохранилища, озера). Эвтрофирование водохранилищ опасно прежде всего тем, что они располагаются на плотно населенных территориях с высокоразвитой промышленностью и сельским хозяйством, которые являются крупными потребителями чистой воды из этих водоемов. И в то же время от них в эти водоемы поступает значительное количество биогенных веществ со сточными водами и смывами атмосферных осадков с сельскохозяйственных угодий. Антропогенное эвтрофирование природных вод, как и их загрязнение, затрагивает технические, экономические и социальные стороны жизни. Особенно ощутимым становится их влияние при совместном действии эвтрофирования и загрязнения, которые часто бывают связаны между собой. Массовое размножение сине-зеленых водорослей до степени «цветения» водоема серьезно влияет на физико-химические и биологические показатели воды. При интенсивном «цветении» вода становится мутной, снижается ее прозрачность. Увеличивается трудно устранимая цветность воды на водопроводах, появляется неприятный запах, привкус. Интенсивность запаха находится в прямой зависимости от «цветения» воды. Массовое развитие водорослей влияет и на другие обще санитарные показатели воды: содержание растворенного кислорода, окисляемость, биологическое потребление кислорода, щелочность, жесткость. Отмечено, что на водопроводных очистных сооружениях при обильном «цветении» воды водоросли забивают фильтры, что сказывается на качестве очистки воды. Часть водорослей и продуктов их жизнедеятельности проходят фильтры и попадают в водопроводную сеть. Водопроводные сооружения не всегда могут задерживать фитопланктон. При массовом развитии водорослей и отмирании их в водохранилищах вода водопроводов приобретает неприятный привкус и запах. Водоросли, прошедшие через фильтры и осевшие в сборном резервуаре, способны ухудшать качество питьевой воды, так как при отмирании они могут стать субстратом для развития бактерий и актиномицетов, которые в свою очередь являются источником неприятного привкуса и запаха. Основным ограничивающим фактором «цветения» сине-зелёных водорослей является уменьшение сброса биогенных веществ (в основном фосфора) в водные экосистемы [7]. Основными критериями для характеристики процесса эвтрофирования водоемов являются: - уменьшение концентрации растворенного кислорода в водной толще; - увеличение концентрации биогенных веществ; - последовательная смена популяций водорослей с преобладанием сине-зелёных и зеленых водорослей; - увеличение концентрации фосфора в донных отложениях и т. п. ЗаключениеВ данной работе были изучены экологические проблемы гидросферы. Цель работы была достигнута путём решения следующих задач: - разъяснены причины истощение запасов чистой воды; - объяснено загрязнение гидросферы; - раскрыто антропогенное эвтрофирование водоемов. Повсеместность загрязнения вод является глобальной проблемой Земли. Все компоненты природы взаимосвязаны (воздух, вода, почва, растительность и т.д.). Поэтому, практически невозможно представить в наши дни территорию или акваторию, не затронутую антропогенным воздействием. Загрязнен воздух, значит загрязнены вода и почва. Истощение источников чистой воды также связано с загрязнением вод, в более редких случаях с иссушением, однако это тоже может быть последствием деятельности человека. Исходя из того, что гидросфера является основой жизни на Земле и очень важным фактором экономической деятельности, следует заметить, что данные экологические проблемы требуют продуманного решения. Хорошо, если бы попытки решения экологических проблем были закреплены на глобальном, в том числе правовом, уровне. Список использованных источников 1 StudFiles.net: Российский государственный торгово-экономический университет: Лекция №2 - Физическая география: сайт – Москва, 2014 – URL: 6. Гидросфера (studfile.net) (дата посещения 28.12.2022). 2 scienceforum.ru: Студенческий научный форум: Вольский военный институт материального обеспечения: сайт – Вольск, 2018, – URL: ГИДРОСФЕРА: ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ - Студенческий научный форум (scienceforum.ru) (дата посещения 28.12.2023). 3 StudFiles.net: Ухтинский государственный технический университет: сайт – Ухтинск, 2016 – URL: 12.3. Экологические проблемы гидросферы (studfile.net) (дата посещения 03.01.2023). 4 Роман А.Т. Современные прикладные проблемы гидросферы и инновационные пути их решения // Вестник Российского университета Дружбы Народов. Серия: Инженерные исследования. – 2012. - №4. – С. 36; 5 Живов А.А. Радионуклидное загрязнение пресных водных объектов вследствие сбросов радиоактивных отходов и радиационных аварий // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2014. - №1. – С. 55; 6 StudFiles.net: Пензенский Государственный Университет: сайт – Пенза, 2015 – URL: Истощение запасов пресной воды и загрязнение вод Мирового океана (studfile.net) (дата посещения 03.01.2023). 7 StudFiles.net: Санкт-Петербургский государственный университета: Л_11-Источники и виды загрязнения природных вод: сайт – Санкт-Петербург, 2016 – URL: Антропогенное эвтрофирование водоемов (studfile.net) (дата посещения 05.01.2023). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
