В связи с бурным развитием хозяйства и неразумного использования воды сточные воды промышленных и бытовых предприятий часто загрязняют реки и озера. Уже теперь в ряде стран на протяжении десятков тысяч километров вода в реках непригодна для питья. Гибнет рыба, чахнет растительность. Загрязняется и Мировой океан. Отдельные страны сбрасывают в него радиоактивные отходы, химические отравляющие вещества. Океан загрязняется и от судоходства. В течение года в воды океанов и морей сбрасывается не менее 14 тыс.т. мусора.
Свойства воды. Единство и части гидросферы
Вода обладает следующими важными свойствами:
– вода – единственный минерал, существующий на нашей планете одновременно в твердом, жидком и газообразном состояниях. Вода – самое теплоемкое вещество на земле;
– при понижении температуры от +40С до замерзания вода увеличивает объем. Вот почему лопается на морозе закупоренная бутылка, разрываются трубы, в которых замерзла вода;
– вода обладает самой высокой после ртути способностью прилипать к поверхности многих тел, высоко подниматься по капелькам.
Развитие гидросферы. Подземная оболочка Земли развивалась вместе с литосферой, атмосферой и живой природой. В архее в жарком климате интенсивно протекал круговорот воды по сокращенной схеме: океан – атмосфера – океан.
В палеозое в литосфере Лавразии и Гондваны происходило бурное биологическое развитие, моря заливали геосинклинали.
В мезозое и палеогене в результате расколов Лавразии и Гондваны и дрейфа блоков литосферы сформировались современные океаны.
Возраст океанов различный. Впадина Тихого океана древнейшая, ее дно образованно архейской литосферой. Индийский океан возник в палеозое, южная часть Атлантического в мелу, а северная – в палеогене.
В гидросферу обычно не включают парообразную и капельно-жидкую воду атмосферы, в которой одновременно содержится 13-15 тыс. км3 воды (приблизительно 0,001% объема гидросферы).
Роль атмосферной влаги больше в сравнении с местом, которое она занимает по объему, и определяется она интенсивностью влагооборота. Вся атмосферная влага сменяется через 9-10 дней.
Количество воды на Земле до сих пор достаточно надежно не определено, и главным образом в связи с трудностью подсчета ее массы внутри земной коры.
По последним расчетам, объем гидросферы приблизительно равен 1,5 млрд. км3. Верхний слой образован наземными водоемами. Второй нижний слой состоит из подземных вод.
Главная масса природной воды сосредоточена в океанах –1,3 млрд. км3 (94%). Из них около 32-35 тыс. км3 приходится на айсберги – большой резерв пресной воды.
Поверхностные воды суши сосредотачивает небольшую долю (0,04-0,06%)=0,05% воды планеты. Объем озерной воды оценивается в 230 тыс. км3, в водохранилищах – 5 тыс. км3. В реках сосредоточено всего 1,2 тыс. км3 или около 0,0001% (1/10 тыс. %) всей гидросферы, но вода рек весьма активна, и ее роль определяется не столько удельным объемом, сколько быстротой смены.
Таким образом, единовременный запас пресной воды на Земле – около 32 млн. км3 (ледники, пресные озера, реки и подземные воды верхнего слоя).
Гораздо больше, чем в реках, содержится воды в почве, около 0,005% или 75-80 тыс. км3. Почвенная влага играет в географической оболочке огромную роль: она участвует в питании растений, в обеспечении урожая.
Воды Антарктиды и Гренландии обновляются за 15 тыс. лет, подземные воды – за 300 лет, озерные воды – за 3,5 года, почвенные воды – за 10 месяцев, речные – за 12 суток.
Второе место по объему занимают воды земной коры. Ее объем не поддается точному учету. Во-первых, не всегда можно точно подсчитать количество связанной воды, соединение солями кристаллов, во-вторых, благодаря мозаичности нижней границы слоя, в котором отмечены термодинамические условия литосферы существования воды, в-третьих, в силу недостаточной гидрогеологической изученности некоторых частей материков.
В настоящее время объем подземной части гидросферы оценивается следующим образом:
а) в верхнем пятикилометровом слое доступной для использования воды находится 60 млн. км3;
б) из этого числа в верхнем километровом слое содержится 4 млн. км3 активно циркулирующей воды;
в) в 10-15 км толще литосферы в химически и физически связанном состоянии находится 150 млн. км3 воды, не участвующей во влагообороте, но представляющей собой резерв жидкой воды для географической оболочки.
Третье место по объему воды занимают ледники Антарктиды и горных стран. В них сосредоточено около 24 млн. км3 пресных вод. Это тоже резерв чистой пресной воды, и Европейские страны его уже используют. Объем воды в ледниках составляет около 1,65 % гидросферы и около 90 % запаса пресной воды на Земле.
Лекция13. Охрана водных ресурсов земли
Глобальная проблема Мирового океана. Мировой океан определяет лицо нашей биосферы: огромная масса его вод формирует климат планеты, служит источником атмосферных осадков. Более половины кислорода поступает в атмосферу из вод Мирового океана. Океан – уникальный регулятор количества углекислоты в атмосфере. Он способен поглощать её избыток. В Мировом океане ежегодно вылавливается около 70 млн. тонн рыбы и других морепродуктов. Это, хотя и составляет 1% мирового производства продовольствия, но, с другой стороны, это – 15% потребляемых человеком животных белков.
Морские водоросли используются как сырьё для пищевой и фармацевтической промышленности. Из них получают твёрдые спирты, эфиры, уксус, алгинат натрия и др. Морские котики, тюлени и нерпы дают ценные меха, которые пользуются большим спросом на мировом рынке. Шельф – морские нивы человечества, самая продуктивная часть океана. Почти вся рыба, добываемая в мире, ловится на шельфе. Ежегодно на шельфах Мирового океана добывается около 700 млн. тонн нефти и 300 млрд. куб. м газа, что составляет 25% общей добычи нефти и газа в соответствующих странах.
Океаны мира – неиссякаемый источник урана, однако добыча его была до сих пор делом достаточно дорогим. Также богатства морей используются для промышленного получения пресной воды.
Экологические проблемы Мирового океана обуславливаются и "нагрузкой" на прибрежные районы, и непосредственно – на экосистемы морей. "Сдвигом к морю" называют глобальный процесс притяжения к морским берегам самой разнообразной экономической деятельности, а значит и населения. Многие отрасли индустрии были "морскими" исконно (рыбоконсервная промышленность, цветная металлургия на импортном сырье, судостроение и обслуживающие его отрасли). Но куда больше и значимее добавившиеся в последние десятилетия крупная переработка нефти и нефтехимия, "приморская" чёрная металлургия (связанная с массовым переходом на импортную руду – дешёвую и качественную, доставляемую крупными рудовозами), целый ряд отраслей, экспортирующих свою продукцию морем (вплоть до автомобильных заводов Японии).
В итоге в прибрежных районах сложились мощные портово-промышленные комплексы. Наметился и "сдвиг к морю" населения – за последние 40 лет доля приморских районов в населении Земли увеличилась с 30-35 до 40-45 % . Только в агломерациях здесь жило 617 млн. человек (1980 г.), а в 2002 г. будет около 1 млрд. человек. Показательно, что почти все крупнейшие мегалополисы мира сформировались на побережье: Босваш (Бостон – Вашингтон) и Калифорнийский в США, "Тихоокеанский пояс" в Японии.
Океан рассматривается как даровая свалка отходов – антропогенный "сток" уже стал гораздо больше природного: по свинцу его доля – 92 %, по нефти – больше 90%, по ртути – 70%. Только нефтяное загрязнение Мирового океана оценивается до 15 млн. тонн в год, причём большая часть его падает на загрязнение суши (НПЗ, вынос его реками) – больше половины.
В мировой статистике главным загрязнителем Мирового океана считается нефть. К началу 80-х годов в океан ежегодно поступало около 6 млн. т нефти, что составляло 0,23% мировой добычи. Почти половину (44%) её приносят в океан реки и сточные воды расположенных на морских берегах предприятий и городов.
На втором месте в мировой статистике стоит морской флот. Это и загрязнённые нефтепродуктами промывочные воды, и балласт, которые сбрасывают суда за борт, и льяльные воды, которые накапливаются в машинном отделении любого судна; и мелкие, многочисленные разливы при бункеровке, разгрузке и перегрузке нефти. А в общей сложности насчитывается около 2,5 млн. тонн нефти в год. Для сравнения: из всех танкеров, потерпевших крушение за 1995 год, вылилось всего лишь 320 тыс. тонн нефти, т.е. почти в 9 раз меньше.
За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.
Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн. т/год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т. нефти.
Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности.
Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света (пропускание 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую – «нефть в воде» и обратную – "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
Естественно, что сильнее всего загрязнение проявляется в прибрежных районах, на шельфе, куда сбрасывается особенно много отходов (в США – более 50 млн. тонн в год), и попадают все загрязнения, выносимые реками из внутренних районов. В Северное море, например, попадает 90 млн. тонн отходов, причём особенно опасная ситуация создаётся в устьях рек: загрязняющий "шлейф" Рейна прослеживается вдоль всего датско-германского побережья, достигая на востоке Скагеррака. Северное море подвергается наиболее концентрированному воздействию многих факторов загрязнения – сброс промышленных отходов, постоянное загрязнение от танкеров и буровых платформ, сброс радиоактивных отходов от АЭС Великобритании. Всё это особо опасно, учитывая высокую биопродуктивность (50 кг рыбы с гектара при среднем улове в Мировом океане 2 кг с га). В устье Эмса (Германия) в 80-х годах доля больных рыб и угрей достигала 60 %. Сильнейшим образом проявилось загрязнение Мирового океана у берегов Японии – новая болезнь "минамата" – была следствием ртутного загрязнения: бухта Токио относится к числу максимально загрязнённых акваторий мира. В середине 80-х гг. многократно закрывались для отдыхающих пляжи Италии, только южнее Ливорно было выявлено 26 "заражённых зон". Большую опасность для открытого океана представляют катастрофы танкеров и ещё большую – атомных подводных лодок.