Лекции по "Экологии"

Наиболее актуальными  экологическими проблемами сектора  являются:

• Разработка глубинных «подсолевых» пластов (месторождения Карачаганак, Кенкияк, Жанажол, Тенгиз и др.) с высоким содержанием сернистого газа, диоксида серы, сероводорода, сульфидов, дисульфидов, меркаптанов, очень резко воздейству¬ющих на окружающую среду и представляющих опасность для здоровья населения;

• Увеличение объемов технических и технологических отходов: попутные воды, попутные газы, шламы, отходы, связанные с обезвоживанием, обессоливанием нефти при подготовке, миллионы тонн комовой серы;

• Добыча нефти в заповедной зоне Каспийского моря. Производство буровых работ на море увеличивает вероятность аварий (выбросов сероводорода, нефти) и создает угрозу катастрофического загрязнения моря, образования донных отложений, прибрежных зарослей, а также отравления живых организмов на значительных площадях.

Крупные нефтегазовые предприятия  воздействуют на все компоненты окружающей среды — воздух, воду, почву, растительный животный мир и др. Технологические цепочки поставки потребителям газа и нефти включают: бурение нефтяных и газовых скважин, добычу нефти и газа, подготовку и переработку нефти, газа и газового конденсата и транспорт их на значительные расстояния. Каждое из этих звеньев влияет на экологическую ситуацию регионов, а в случае аварийных ситуаций может явиться причиной крупных экологических катастроф.

ЭКОЛОГИЯ и УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

Лекция 3

Глобальное загрязнение гидросферы. Виды загрязнений. Загрязнение Мирового океана. Нефть и нефтепродукты как загрязнители Мирового океана.

Гидросфера представляет собой  водную оболочку Земли, расположенной между атмосферой и литосферой. В ее состав включаются океаны, моря и поверхностные воды суши. Довольно часто в географической литературе гидросфера определяется в более широком смысле и в ее состав дополнительно включают подземные воды, ледяной покров Гренландии и Антарктиды, горные ледники, атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах.

В стабилизации природных  условий на поверхности Земли  особенно велика роль Мирового океана. Это обусловлено, прежде всего, его  массой и значительной занимаемой площадью.

Основная часть акватории  океана – 52,6% относится к глубинам от 4000 до 6000м. При средней глубине океана 3800 м участки с глубинами более 6000 м занимают небольшую часть акватории –всего 1,2%. Мелководные участки до 200м также занимают небольшую площадь- 7,5%. Остальная часть т.е. 38,7% относится к акватории с глубинами от 200 до 4000м. Наибольшая глубина океана 11 022м находится в Марианском желобе Тихого океана. Большая часть Мирового океана расположена в южном полушарии, где она занимает 81% площади поверхности, в северном полушарии он занимает 61% поверхности.

Гидросфера обычно характеризуется площадью 361,2 млн.кв.км и утверждением, что эта площадь, которая на поверхности Земли покрыта водой. Но на самом деле это только площадь морей и океанов, вся гидросфера занимает заметно большую территорию. Ледники покрывают 16,3 млн.кв. км или почти 11% суши. Озера и реки –2,3 млн.кв.км или 1,7% суши, а еще около 3 млн. кв. км – болота и сильно увлажненные земли. Поэтому гидросфера на нашей планете – это основная часть ее поверхности: более 380 млн.кв. км или свыше 75% площади поверхности Земли.

Масса воды в Мировом  океане оценивается в 91,3% всей массы гидросферы, поэтому гидросферу отождествляют с океанами и морями.  Средняя толщина земной коры в десятки раз больше средней толщины гидросферы, если ее равномерно распределить по поверхности планеты. Поэтому, если земной шар уподобить яйцу, то земная кора будет соответствовать скорлупе, а гидросфера – тончайшей, менее микрона толщиной, пленке. Но тончайшая в масштабах Земли пленка воды на ее поверхности, тем не менее, оказывает огромное стабилизирующее воздействие на условия среды, прилегающей к поверхности, в которой развивалась и существует биосфера.

Средняя глобальная температура  у поверхности нашей планеты  за 4 млрд. лет ее существования  изменилась незначительно. Гидросфера за этот период никогда не кипела и не испарялась полностью, также  она никогда полностью не замерзала. Это говорит о достаточно узком диапазоне колебаний температур. При средней глобальной температуре ниже 5С начался бы необратимый процесс полного оледенения планеты.

В океанической воде находятся  растворенные газы, которые образуются при обмене газами с земной атмосферой, при участии биохимических процессов  в океане и на  его дне, при  дегазации мантии в районах рифовых  долин и подводных вулканов. Так, если в атмосфере Земли больше всего по массе азота –  75,5%, и кислорода  – 23,2% кислорода и немного углекислого газа и др., то в растворенной атмосфере океана основу по массе составляет углекислый газ, которого в 100 раз больше, чем в земной атмосфере. Кислорода же в океане почти в 100 раз меньше и совсем мало азота.

В океане в заметных количествах  растворены и др. газы, такие как, сероводород, аргон, метан. Известно, например, что Черное море с глубин 150-200 м является сероводородным до самого дна. В целом растворенная в океане атмосфера ближе к первичной земной, в которой углекислого газа могло быть заметно больше, а кислорода много меньше, чем сейчас.

Вода является самым  мощным поглотителем солнечного тепла  на поверхности Земли. Решающую роль в поглощении солнечной энергии на нашей планете принадлежит Мировому океану. Способность Мирового океана поглощать солнечную энергию в 2-3 раза больше, чем у поверхности суши. От поверхности океана отражается лишь 8% солнечной радиации. Из-за особых тепловых свойств воды океан выступает накопителем солнечной энергии на планете. Нагревается он в основном в экваториальном поясе, а в более высоких широтах обоих полушарий он отдает тепло, полученное в поясе нагревания.

Поверхностные течения являются основными  переносчиками накопленного в океане солнечного тепла. Средняя температура поверхности океана ровняется 17,8 С, самая «горячая» поверхность – у Тихого океана 19,4 С, а самая «холодная» - подо льдом Северного Ледовитого океана – о,75 С. Температура поверхности Мирового океана в среднем на 3,6 С выше, чем температура воздуха у поверхности Земли.

Наименьшее количество воды на поверхности  Земли находится в такой важной для человека малой составляющей гидросферы, как реки. Но реки в отличии  от других малых составляющих гидросферы, являются быстрыми транспортерами воды. Вода в реках возобновляется намного быстрее, чем в любой другой составляющей гидросферы. Поэтому, несмотря на сравнительно небольшой мгновенный запас воды в руслах, реки в течение года доставляют к устьям массу воды, равную 4,5х10 в 19 степени кг.

Реки весьма разнообразны по своим  размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, крупнейшая река в мире, имеет длину почти  равную радиусу Земли. Количество воды, переносимое Амазонкой через  поперечное сечение,  в устье составляет около 200 тыс.куб.м\с. Амазонка собирает воду с территории 6,915 млн.кв.км, что лишь не на много меньше такого континента, как Австралия.

Рассматривая гидросферу как кибернетическую  систему, в соответствии с законом  Эшби, можно сделать вывод, что гидросфера может быть устойчивой к внешним и внутренним возмущениям только при достаточном внутреннем разнообразии. Занимая большую часть поверхности планеты, гидросфера обладает очень большим разнообразием природных условий. Значительное разнообразие создается одновременным существованием воды в трех фазах, резко различающимися составляющими, большим набором растворенных в ней веществ и газов, формированием разнообразных статических и динамических структур.

Гидросфера Земли как компонент экосистемы представляет собой глобальную термодинамически открытую систему со своим «входом» и «выходом». Вход – это поток солнечной энергии, который приводит в движение гидросферу, а выход – вещества, накаливающиеся в результате потоков энергии и вещества в сообществах. На вход этой системы поступает также энергия из недр нашей планеты и энергия гравитационного притяжения Луны и Солнца, но эти величины намного меньше потока солнечной радиации.

В гидросфере существуют устойчивые структуры, которые противостоят различным антропогенным воздействиям, например возрастанию концентрации  углекислого газа в атмосфере от сжигания органического топлива. Поэтому первостепенным экологическим требованием при взаимодействиях в системе «человек-природа» должно быть сохранение гидросферы, как и любого другого экологического компонента экосистем, в устойчивом равновесии.

Вода и ее свойства. Жизнь на Земле возникла тогда, когда на ней появилась вода. Где есть вода, ищи рядом жизнь. На земле, как уже было сказано, ее очень много – около 70% поверхности планеты покрыто морями и океанами, но это вода соленая. Все основные наземные экосистемы, включая и человеческую, зависят от наличия пресной воды, содержащей менее 0,01% солей. Ее гораздо меньше – менее 1% всего мирового запаса воды, при чем растущее человечество растрачивает и загрязняет это бесценное богатство.

Современное потребление в мире этого драгоценнейшего минерала достигает 4000 куб.м в год, т.е. воды на каждого жителя планеты приходится по 900 куб.м. Это огромное количество. Если бы удовлетворялись только физиологические потребности человека, нужна была бы минимальная часть указанной величины – около 2,5 л в день на человека. Но и этого мизерного количества воды не везде хватает. Около 60% общей площади Земли приходится на зоны, в которых нет достаточного количества пресной воды (в этих регионах живет только 5% всего населения). Пятая часть человечества ощущает недостаток пресной воды и плохое ее качество. Большие объемы воды на нашей планете создают впечатление ее изобилия и неисчерпаемости, Между тем, вы уже знаете, что гидросфера самая тонкая оболочка Земли.

Известно, что взрослый человек  в сутки должен получать 2,5-3 л  воды. Столько же выводить из организма. Т.е. в организме человека существует водный  баланс. Если он нарушится, человек может просто погибнуть. Например, потеря человеком всего 1.2% вызывает  жажду, а 5% - повышает температуру тела вследствие нарушения терморегуляции. Возникает сердцебиение, наблюдается мышечная слабость, наконец, возникают галлюцинации. При потере 10% и более воды в организме возникают такие изменения, которые уже могут быть необратимы. Человек погибнет от обезвоживания. Вода выполняет главную функцию в живых организмах, она несет питание клеткам. Поглощение воды клеткой является следствием различия осмотического давления по обе стороны мембраны и может происходить только в том случае, если концентрация солей в воде меньше, чем во внутриклеточной жидкости. Вот почему для живых организмов нужна пресная вода. Человек, который будет пить морскую воду, умрет от обезвоживания организма, так как вода не сможет питать клетку. Процесс старения организма тоже идет на фоне его обезвоживания. Эмбрион человека содержит 97% воды, годовалый ребенок – уже 66%, лица в возрасте от 18 до 50 лет –61%. У женщин уровень падения обезвоживания может достичь 54%, у мужчин – 57%.

Водный баланс в системе живого организма так же важен, как и  водный  баланс в окружающей человека среде и биосфере в целом. Вся  вода на Земле непрерывно переочищается  и совершает круговорот. В круговороте воды в биосфере суммарное испарение уравновешивается выпадение осадков. Удаление некоторого количества водорода в космос компенсируется в основном за счет ювенильной воды (подземной воды, поднимающейся на поверхность из магматических очагов). В общих чертах круговорот воды всегда состоит из испарения, конденсации и осадков. Но он включает три основные «петли»: 1) поверхностного стока: вода становится частью поверхностных вод; 2) испарения-транспирации: вода впитывается почвой, удерживается в качестве капиллярной воды, а затем возвращается в атмосферу, испаряясь с поверхности земли, или же поглощается растениями и выделяется в виде паров при транспирации; 3) грунтовых вод: вода попадает на землю и движется сквозь нее, питая колодцы и родники  и таким образом вновь попадая в систему поверхностных вод.

Вся вода, которую мы потребляем, в  той или иной точке изымается  из круговорота. Еще  страшнее то, что  в гидрологический цикл могут  попасть все производимые нами отходы и загрязнители. Более того, развитие городов, потребности сельского хозяйства, сведение лесов и опустынивание значительно повышают поверхностный сток и снижают инфильтрацию.

Загрязнение гидросферы. Экологические последствия загрязнения гидросферы.

Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.

Установлено, что под  влиянием загрязняющих веществ в  пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и  ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эфтрофирования и др. крайне неблагоприятных процессов. Наиболее изучен процесс эфтрофирования водоемов. Это естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, но в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась. Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация  связана с поступлением в водоемы биогенных веществ – азота, фосфора и др. элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т.д. Они  весьма отрицательно влияют на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитотопланктона благодаря  массовому размножению синезеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшающих ее качество и условие жизни гидробионтов ( к тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но для человека токсины). Возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции.

Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные озера  мира – Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки.

Загрязнителем гидросферы может быть любой физический агент, химическое вещество или биологический вид, поступающий в окружающую среду  или возникающий  в ней в количестве, выходящим за рамки обычного и вызывающий загрязнение среды.

Различают естественные и антропогенные  источники загрязнения воды. Первые, в отличие от вторых, сбалансированы процессами самоочищения вод за счет их круговорота в природе. Этим механизмом природа пользуется в течение всей истории существования биосферы. Антропогенные загрязнения делятся на биологические, химические и физические.