Конспект лекций по Экологии Лекция 1

Вид материала

Конспект

Содержание Решение проблемы Загрязнение и защита гидросферы. Распространение и состояние воды Мировые запасы воды Часть гидросферы Земли. При средней глубине океана в 3800 м общий объем воды достигает 1370 млн км'. Мировой океан. Поземные воды Воды в атмосфере. Водные ресурсы россии 2. Роль воды в природе Состав природной воды Круговорот воды в природе 3. Потребление воды Проблема недостатка пресной воды Причины недостатка пресной воды. К антропогенным причинам истощения и загрязнения пресной воды 4. Источники загрязнения водоемов

Подобный материал:

• Предлагаемый конспект опорных лекций отражает традиционный набор тем и проблем курса, 1047.31kb.
• Конспект лекций 2008 г. Батычко В. Т. Административное право. Конспект лекций. 2008, 1389.57kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко Вл. Т. Муниципальное право. Конспект лекций. 2010, 2365.6kb.
• Конспект лекций 2011 г. Батычко В. Т. Семейное право. Конспект лекций. 2011, 1718.16kb.
• Конспект лекций 2011 г. Батычко Вл. Т. Конституционное право зарубежных стран. Конспект, 2667.54kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко В. Т. Уголовное право. Общая часть. Конспект лекций., 3144.81kb.
• Конспект лекций для студентов по специальностям 190302 «Вагоны», 783.17kb.
• Конспект лекций бурлачков в. К., д э. н., проф. Москва, 1213.67kb.
• Конспект лекций по курсу «Основы права» Кафедра экологии, 1252.59kb.
• Конспект лекций для студентов специальности 080504 Государственное и муниципальное, 962.37kb.

Решение проблемы

В 1987 г. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписа­ли Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство фторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой. Позднейшие соглашения (в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене) содержат призыв постепенно прекратить производство таких веществ.

К 1996 г. промышленно развитые страны полностью прекрати­ли производство фреонов, а также разрушающих озон галлонов и тетрахлорида углерода. Развивающиеся страны сделают это только к 2010 г. Россия — один из крупнейших производителей и потре­бителей ОРВ (в 1990 г. она выпустила 205 тыс. т этих веществ, что составило около 20% мирового объема) — из-за тяжелого финан­сово-экономического положения попросила отсрочки на три-че­тыре года.

2. Новая холодильная установка, обходящаяся без фреона или ка­кого-либо иного хладона, испытана в 1996 г. во Всероссийском ин­ституте легких сплавов (ВИЛС). Экологически чистого производства холода удалось добиться благодаря использованию эффекта Пельте. Этот французский ученый установил, что при пропускании элект­рического тока через полупроводниковую систему на одной обклад­ке кристалла возникает тепло, а на другой — холод. При этом чем интенсивнее сбрасывается тепло, тем быстрее растет холод. Впервые этот эффект был применен в военной технике (в системах наведе­ния боевых ракет) и в космонавтике (охлаждение устройств наведе­ния лазера), но позже был использован в больших холодильниках.

3. Российские физики (Институт общей физики РАН) пред­ложили уничтожать сам источник разрушения озона, организовывать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. Образовавшаяся плазма избирательно чистит атмосферу от ХФУ.


В 1992 г. был опубликован доклад Программы ООН по окружа­ющей среде. В нем, в частности, говорилось, что к 2000 г. толщина озонового слоя может уменьшиться на 5 — 10%. Это приведет к увеличению вирусных заболеваний, в том числе СПИДом, раку кожи (дополнительно 300 тыс. случаев ежегодно) и ката­ракте, расстройству иммунной системы и росту числа инфекцион­ных заболеваний, а также снижению урожаев в сельском хозяйстве.


Лекция 3

ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ.


1. СВОЙСТВА ВОДЫ

Вода - химическое соединение водорода и кислорода (Н2О) -жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотностью 1 г/см³ при температуре 3,98 °С. При О "С вода превраща­ется в лед, при 100 °С - в пар. Молекулярная масса воды 18,0153. По В.И.Вернадскому, химический состав воды может быть представлен формулой Н2О при значении п, равном 1 -6. Не все молекулы воды одинаковы: наряду с обычными молекулами, имеющими массу 18, присутствуют молекулы с молекулярной'массой 19,20, 21 и даже 22.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ ВОДЫ

Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. Она на­ходится в трех фазах; газообразной (пары воды), жидкой и твердой. Различают воду атмосферную, поверхностную (гидросфера) и подземную.

В атмосфере вода встречается в парообразном состоянии в воздушной оболочке, окружающей Землю, в капельно-жидком состоянии - в облаках, туманах и в виде дождя, твердом - в виде снега, града и кристалликов льда высоких облаков.

В жидком состоянии вода находится в гидросфере: вода океанов, морей, озер, рек, болот, прудов и водохранилищ. В твердом состоя­нии вода в виде льда и снега находится у полюсов планеты, на гор­ных вершинах, зимой покрывает водоемы на значительных площа­дях. В горных породах литосферы вода встречается в виде пара. Су­ществует капиллярная, гравитационная, кристаллизационная вода.

МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ ВОДЫ

Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере. Гидросфера Земли на 94% представлена солеными водами океанов и морей, более 75% всей пресной воды законсервировано в полярных шапках Арктики и Антарктиды (табл. 5.1).

Т а б л и ц а 1


Распределение водных масс в гидросфере Земли

Часть гидросферы	Объем воды, тыс. км3	Доля в общем объеме вод, %
Мировой океан	1 370 000	94,1
Подземные воды	60 000	4,1
Ледники	24 000	1,7
Озера	280	0,02
Вода в почве	80	0,01
Пары атмосферы	14	0,001
Реки	1,2	0,0001

Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши, а объем воды на Земле составляет 1,5*10' км³. Более 95% виды - соленая.

Мировой океан занимает площадь 361 млн км-, что составля­ет 70,8% поверхности Земли. При средней глубине океана в 3800 м общий объем воды достигает 1370 млн км'.


Мировой океан. Общая площадь Мирового океана в 2,5 раза превышает площадь суши. Основная площадь суши сосредоточе­на в Северном полушарии, а основная площадь воды - в Южном.

Океаниче­ские воды — главный накопитель и распределитель солнечной энергии. Океаны также дают до 50% атмосферного кислорода. Растительность в океане распределена на глубинах до 100 м, где прозрачности воды достаточно для нормального фотосинтеза, животные обитают по всей толщине океана.

Воды суши. К ним относятся материковые воды, переносимые реками, сосредоточенные в озерах, болотах, ледниках, снежном покрове и заключенные в земной коре. Самая большая река ми­ра - Амазонка, ее сток в океан составляет 16% стока всех рек ми­ра. В ее бассейне расположен самый большой лесной массив пла­неты. Планетарный резерв пресной воды высокого качества сосредоточен в озере Байкал, которое содержит пресной воды больше, чем все пресные озера мира. Территория Земли на 2%
покрыта болотами. В России и Белоруссии расположено свыше 60%.

Ледники покрывают 16 млн км² суши, основная их часть распо­ложена в Антарктиде. Если бы все ледники растаяли, то уровень Мирового океана поднялся по сравнению с нынешним на 64 м.

Поземные воды (подземная гидросфера). Пресные, соленые и геотермальные (температура свыше 30°С) воды залегают под поч­вой на разной глубине в земной коре. Часто образуют водоносные пласты. Объем подземных пресных вод примерно в 100 раз боль­ше объема поверхностных пресных вод озер, рек, болот и пр.

Воды в атмосфере. Представляют собой главным образом во­дяной пар или его конденсат; почти весь водяной пар (90%) сосре­доточен в тропосфере.

Биологическая вода. Это важнейшая составляющая живого вещества, надолго которой приходится в среднем 80% общей мас­сы живого существа. Общий объем биологической воды оценива­ется около 1000 км³. Необходимость воды для организмов очень велика. Например, человек за год потребляет около 10 т воды, а на образование 1 кг биомассы расходуется около 500 кг .

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РОССИИ

Россия омывается водами 12 морей, принадлежащих трем океа­нам. На территории России находится свыше 2,5 млн больших и малых рек, более 2 млн очер. водные ресурсы России слагаются из статических (вековых) и возобновляемых. Первые считаются отно­сительно постоянными в течение длительного времени, возобнов­ляемые водные ресурсы оцениваются объемом годового стока рек. Речной сток формируется за счет таяния снега и дождевых осад­ков, источниками питания рек служат болота и подземные воды.

Таблица 2

Суммарные водные ресурсы России

Виды ресурсок	Возобнов­ляемые, км}	% от общих ресурсов	Статические, км1	% от общих ресурсов
Речной сток	4270	42
Озера	532	5	26600	27
Болота	1000	10	3000	3
Ледники	ПО	1	39890	41
1 !одземньте воды	787	8	28000	29
Почвенная влага	350(1	34
Всего	10 199		Более 97000	-

По территории России протекает свыше 120 тыс. рек длиной более 10 км и общей протяженностью свыше 2,3 млн км. Около 90% годового речного стока России приходится на бассейны Се­верного Ледовитого и Тихого океанов и лишь 8% - на бассейны Каспийского и Азовского морей. Однако именно в бассейнах этих морей проживает более 80% населения России, сосредоточена ос­новная часть хозяйственной инфраструктуры.

В России насчитывается более 2 млн пресных и соленых озер. Среди них самое глубокое пресноводное озеро Байкал и наи­больший по площади замкнутый солоноватый водоем Каспийское море. Основная часть ресурсов озерных пресных вод сосредоточе­на в озерах: Байкал (23 тыс. км³, или 20% мировых и 90% нацио­нальных запасов), Ладожское (903 км³). Онежское (285 км³), Чудско-Псковское (35,2 км³). В крупнейших водохранилищах России на­ходится около 450 км³ пресной воды.

Ледники являются существенным аккумулятором воды, они со­средоточены в основном в приполюсных районах: в Антарктиде, на арктических островах, в том числе российского сектора Арк­тики, и в горных районах.

Подземные воды вместе с поверхностными водами рек, озер и прудов являются основой водного фонда России, служат для питье­вых целей. Естественные ресурсы пресных подземных вод состав­ляют 787,5 км вгод, прогнозируемые пригодные для использова­ния - свыше 300 км³/год. По территории страны ресурсы распре­делены неравномерно. Основная их часть - 229,7 км³/год (72,5%) сосредоточена в четырех экономических районах: Западно-Сибирском - 96,1 км^!/год (30,3%), Дальневосточном - 58,2 км³/год (18,4%), Восточно-Сибирском - 42,8 км-'/год (13,5%) и Северном -32,6 км³/год (10,3%).

2. РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

1. Вода играет исключительно важную роль в природе. Она соз­дает благоприятные условия для жизни растений, животных, мик­роорганизмов. Вода остается жидкостью в температурном интер­вале, наиболее благоприятном для их жизненных процессов, для огромной массы организмов она является средой обитания. Обитающие в воде орга­низмы защищены от резких спонтанных колебаний температуры и состава, так как постоянно приспосабливаются к медленным рит­мическим колебаниям -суточным, сезонным, годовым и т.д.
   
2. Вода оказывает смягчающее влияние на погодно-климатические условия. Она постоянно перемещается во всех сферах Земли, вместе с цир­куляционными потоками атмосферы - на большие расстояния.
   
3. Циркуляция воды в океане (морские течения) приводит к плане­тарному тепло- и влагообмену (Степанов, 1974). Известна роль воды как мощного геологического фактора.
   
4. Вода - единственный источник кислорода, выделяемого в атмосферу при фотосинтезе. Вода необходима для биохимических и физиологических процес­сов, происходящих в организме. Живые организмы, в том числе человек, состоящий на 80% из воды (Кюнцель,1988), не могут обойтись без нее. Потеря 10-20% воды приводит их к гибели.
   
5. Вода играет огромную роль в жизнеобеспечении человека. Она используется им непосредственно для питья и хозяйственных нужд, как средство передвижения и сырье для получения промышленных и сельскохозяйственных продуктов, имеет рекреационное значение, велика ее эстетическая значимость.
   

СОСТАВ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

В природе вода не встречается в химически чистом виде. Она представляет собой растворы сложного состава, которые вклю­чают газы (О₂. СО2, HS, CH₄ и др.). органические и минеральные вещества. В движущихся потоках воды присутствуют взвешенные частицы. В природных водах найдено подавляющее большинство химических элементов. Воды океанов содержат в среднем 35 г/дм³ (34,6-35,0%о) солей. Их основную часть составляют хлориды (88,7%), сульфаты (10.8%) и карбонаты (0.3%). Наименее минера­лизованы воды атмосферных осадков, ультрапресные воды гор­ных потоков и пресных озер.

В зависимости от содержания растворенных минеральных ве­ществ различают воды: пресные с содержанием растворенных солей ДО 1 г/дм^э, солоноватые - до 1-25 г/дм³, соленые - более 25 г/дм³. Граница между пресными и солоноватыми водами принята по среднему нижнему пределу вкусового восприятия человека. Гра­ница между солоноватыми и солеными водами установлена на том основании, что при минерализации 25 г/дм-⁵ температура за­мерзания и максимальной плотности количественно совпадает.

КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Вода постоянно находится в движении - циркуляции (рис. 1). Ее перемещение происходит в результате механического движе­ния - потоки воды в реках, течения в толще океана; в результате ичменения фазового состава - вода испаряется и попадает в атмо­сферу посредством диффузионного и конвективного потоков. Таким образом, происходит не­прерывный замкнутый процесс циркуляции воды на Земле, име­нуемый круговоротом, или влагооборотом. Различают малый, большой и входящий в него внутриматериковый круговороты.

Вода, испарившаяся с поверхности океана, большей частью конденсируется и возвращается обратно в виде атмосферных осадков (малый, или океанический, круговорот) и частично перено­сится воздушными течениями на сушу. Атмосферные осадки, вы­павшие на сушу, просачиваясь в почву и зону аэрации, создают запасы почвенной влаги. Проникшие глубже атмосферные осадки образуют подземные воды: грунтовые, пластовые и воды глубоких горизонтов. Часть атмосферных осадков стекает по земной поверх­ности, образуя ручьи и реки, а остальная часть снова испаряется. В конце концов, вода, принесенная воздушными течениями на сушу, снова достигает океана, завершая большой круговорот воды на земном шаре. Из большого круговорота может быть выделен еще местный, или внутриматериковый, круговорот, при котором вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь попадает на сушу в виде атмосферных осадков. Небольшая часть воды из общего объема, участвующего в круговороте, порядка 7,7 тыс. км³/год, совершает круговорот в пределах бессточных областей.

Ежегодно в круговороте на поверхности Земли участвует более 1 млн км³ воды, что составляет около 0,1% объема вод активного водообмена. С поверхности морей и океана ежегодно испаряется примерно 510, а с поверхности суши - около 70 тыс.км-¹ воды. В океан возвращается в виде осадков 90% испарившейся с его по­верхности влаги и I % попадает в океан в виде речных, подземных и ледниковых вод. На сушу в виде атмосферных осадков попадает около 120 тыс. км³ воды, из которых 58% идет на испарение, а 42% стекает обратно в моря и океаны (Клиге, 1998).


3. ПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДЫ

В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. км³ воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. км³. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25 — 30 лет. Выкачивание грунтовых вод при­водит к оседанию почвы и зданий (в Мехико и Бангкоке) и пони­жению уровней подземных вод на десятки метров (в Маниле).

Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 м³ воды в год (1780 л в сутки). Однако для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 л в день, т.е. около 1 м³ в год. Боль­шое количество воды требуется сельскому хозяйству (69 %) глав­ным образом для орошения; 23 % воды потребляет промышлен­ность; 6 % расходуется в быту.

С учетом потребностей воды для промышленности и сельского хозяйства расход воды в нашей стране от 125 до 350 л в сутки на человека (в Санкт-Петербурге 450 л, в Москве 380 л).

В развитых странах на каждого жителя преходится 200 — 300 л воды в сутки, в городах — 400 — 500, Нью-Йорке — более 1000, Париже — 500, Лондоне — 300 л. В то же время 60 % суши не имеет достаточного количества пресной воды. Четвертая часть человече­ства (примерно 1,5 млрд) ощущает ее недостаток, а еще 500 млн страдают от недостатка и плохого качества питьевой воды, что приводит к кишечным заболеваниям.


ПРОБЛЕМА НЕДОСТАТКА ПРЕСНОЙ ВОДЫ

Ресурсы пресной воды. Пресные воды составляют ничтожную (около 2% гидросферы) долю от общих запасов воды в природе. Пресная вода, доступная для использования, находится в реках, озерах и подземных водах. Ее доля от всей гидросферы составляет 0,3%.

Причины недостатка пресной воды. Проблема недостатка пре­сной воды возникает по нескольким причинам, основные из кото­рых: неравномерное распределение воды во времени и простран­стве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транс­портировке и использовании, ухудшение качества воды и ее за­грязнение.

1. К антропогенным причинам истощения и загрязнения пресной воды относятся следующие: отбор поверхностных и под­земных вод; водоотлив из шахт, Штолен; разработка месторожде­ний - твердых полезных ископаемых, нефти и газа, промышлен­ных вод, выплавка серы; урбанизация - жилая застройка, энергетические объекты (АЭС, ТЭЦ). Сильно загрязняют пресные воды предприятия промышленности: химической, пищевой, целлюлозно-бумажной, черной и цветной металлургии, нефтеперерабатываю­щей, строительных материалов, машиностроительной.
   
2. Рост потребления пресной воды населением на планете опре­деляется в 0,5- 2% в год.. Потребление воды увеличивается в связи с ростом благосостояния, это видно на сле­дующем примере. Потребление воды одним городским жителем южных районов России составляет: в доме без канализации 75, в доме с канализацией 120, с газовым водонагревателем 210 и со всеми удобствами 275 л/сут. и при централизованном горячем водоснабжении 250-350 л/сут.
   

3. Потери пресной воды растут с ростом ее потребления на душу населения и связаны с использованием воды на хозяйственные нужды. Чаще всего это объясняется несовершенством технологии промышленного, сельскохозяйственного производства и комму­нальных служб. Потери воды из водонесущих коммуникаций в городах России составляют 30-35%.

4. В ряде случаев недостаток пресной воды связан с непредска­зуемостью негативных последствий деятельности человека. Так, строительство каналов (Волга-Чограй. Волга-Урал), каскадов водохранилищ, орошение и обводнение пастбищ, осушение болот и т.д. не привели к ожидаемым положительным эффектам, напро­тив, эти проекты закончились потерей и загрязнением водных ре­сурсов. При создании водохранилищ не всегда учитываются увеличение фильтрации в их борта и увеличение испарения при увеличении водной поверхности.

5. Ухудшение качества воды связано с попаданием продуктов дея­тельности человека как непосредственно в воду рек и другие по­верхностные водоемы, подземные воды, так и через атмосферу и почвы. Ухудшение качества пресных вод наиболее опасно и ста­новится угрожающим для здоровья людей и распространения жизни на Земле. Его крайним состоянием является катастрофиче­ское загрязнение вод.

4. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ

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.