Лекции по "Экологии"

Концентрация нефтепродуктов в различных районах Мирового океана колеблется в широких пределах:

Тихий океан – 1-200 мкг/л; Атлантический океан – 1-160 мкг/л; Северное море – 0-950 мкг/л; Балтийское море – 0,8-8мг/л;

Нефтяное загрязнение  представляет собой особую опасность  для морских экосистем, так как 20-30 % поверхности Мирового океана покрыто нефтяными пленками.

Нефть представляет собой  вязкую маслянистую жидкость, имеющую  темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит  преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических  углеводородов. Основные компоненты нефти – углеводороды (до 98%) – подразделяются на 4 класса:

1. Парафины (алкены) - до 90% от общего состава. Легкие парафины обладают максимальной летучестью  и растворимостью в воде.

2. Циклопарафины  (30-60% от общего состава). Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

3. Ароматические углеводороды (20-40% от общего состава)

4. Олефины (алкены)- (до 10% от общего состава)

Нефть и нефтепродукты  являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80- х годов в океан ежегодно поступало  около 16 млн. т нефти, что составляло 0.23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны  с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод – все это обуславливает присутствие  постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. За 1962 –1979 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т нефти. За 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2 тыс. скважин в Мировом океане, из них только в Северном море тысяча, и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0.1 млн. т нефти. Со стоками промышленности ежегодно попадают в морскую среду 0,5 млн.т нефти, где она сначала растекается в виде пленки, образуя слои различного объема.

Пропускание света тонкими  пленками сырой нефти составляет 10-11% (280нм), 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 0,5мкм, менее устойчивы и характерны для видов нефти, 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.

Республика Казахстан  относиться к маловодообеспеченным районам. Потребности населения в питьевой воде удовлетворяются как за счет стоков рек, так и за счет подземных вод, значительные запасы которых имеются почти во всех областях. Главным источником,  питающим реки Казахстана являются  ледники, площадь которых ровна почти 2 тыс кв км, а объем – более 98 куб.км или почти равен объему  воды в оз. Балхаш. За сезон абляции (с июля до середины сентября) толщина ледников в среднем уменьшается на 3 м, когда лето очень жаркое – на 6м. Крупные ледники Казахстана на Джунгарском Алатау (объем 46 куб.км), Илийском Алатау (28), Терскей Алатау (11), казахстанской части Алтая (3,5) и Таласском Алатау (2,3). В Казахстане более 8 тыс. рек с длиной русла каждой их них больше 10 км. К важнейшим рекам можно отнести  Урал, Иртыш, Сырдарью, Есиль, Уил, Тобол, Сагиз, Жем, Большой и Малый Узень, Торгай, Иргиз, Нуру,  Арысь, Талас, Чу, Каратал, Или, Аксу и др. На реках Большая и Малая Алматинка, Каратал, Иссык берущих начало в горах часто повторяются селевые потоки.

В Республике 48232 озера  площадью более 1 гектара каждая. Средняя глубина от 1до 8м. Есть более глубоководные, как, например, оз.Алакуль глубиной до 45 м, Большое Чебачье – 37м, Шортандинское –31м, Маркокольское – 27м и Балхаш до 26м.

Самое большое среди  озер –Балхаш, длина которого 605  км, ширина до 74 км, объем воды д 112 кум. Км. На втором месте оз. Алаколь длиной 104 км , шириной 52 км, объем воды 56, 6 куб.км. Общий объем воды в озерах Казахстана 190 куб.км, из них пресные воды (содержащие соли до 1 г\л) около 20 куб.км.

В Казахстане 2 моря.  Аральское - было длиной 428 и шириной 235 км с объемом воды 1000 куб. км. Самое глубокое место было 67 м. Что осталось от Арала сейчас  вы уже знаете.

Каспийское море в  пределах Казахстана имеет длину 2430 км, самое глубокое место 1025 м. Здесь  встречаются около 500 видов растений и 854 вида рыб и др. морских животных. Растения в основном – сине-зеленые водоросли. В последнее время появились красные и темно-коричневые виды водорослей. Из животного мира встречаются осетровые.

Мировой океан на службе человека. Экологические области и сообщества организмов в океане. Охрана морей и океанов.

Как известно, на земле  три основных океана – Тихий, Атлантический  и Индийский, но антарктические и  арктические воды тоже считаются  океанами. Тихий океан по своей  площади превосходит все материки вместе взятые. Эти пять океанов представляют собой не обособленные водные бассейны, а единый океанический массив с условными границами. Поэтому нашу планету вполне  можно было бы назвать Океанией, так как площадь, занимаемая водой, в 2.5 раза превышает территорию суши. Океанические воды покрывают почти 3\4 поверхности  земного шара слоем толщиной около 4000м, составляя 97% гидросферы, тогда как воды суши содержат всего 1%  а в ледниках сковано только 2%.

Мировой океан, являясь  совокупностью всех морей и океанов Земли, оказывает огромное влияние на жизнедеятельность планеты. Огромная масса вод океана формирует ее климат, служит источником атмосферных осадков. Из него поступает более половины кислорода, и он же регулирует содержание углекислоты в атмосфере, так как способен поглощать ее избыток.

На дне Мирового океана происходит накопление и преобразование огромной массы минеральных и  органических веществ, поэтому геологические  и геохимические процессы, протекающие  в океанах и морях, оказывают очень сильное влияние на всю земную кору. Именно Океан стал колыбелью жизни на Земле; сейчас в нем обитает около 4/5 всех живых существ планеты.

В наше время, в «эпоху глобальных проблем», Мировой океан играет все большую роль в жизни человека, являясь огромной кладовой минеральных, энергетических, растительных и животных богатств, которые при рациональном их потреблении и искусственном воспроизводстве могут считаться практически неисчерпаемыми. Океан способен решить одну из самых остро стоящих задач: необходимость обеспечения быстро растущего населения продуктами питания и сырьем для развивающейся промышленности, а также ликвидировать опасность энергетического кризиса, недостатка пресной воды.

Основной ресурс Мирового океана – морская вода. Она содержит 75 химических элементов, среди которых такие важные, как уран, калий, бром, магний. И хотя основной продукт морской воды все еще поваренная соль – 33% от мировой добычи, - но уже добывают магний и бром, давно запатентованы методы получения целого ряда металлов, среди них и необходимые промышленности медь и серебро, запасы которых на суше неуклонно истощаются, тогда как в океанских водах их содержится до 0.5 млрд.т

В связи с развитием  ядерной энергетики существуют неплохие перспективы для добычи урана  и дейтерия из вод Мирового океана, тем более что запасы урановых руд на земле уменьшаются, а в Мировом океане его 10 млрд.т. Дейтерий вообще практически неисчерпаем – на каждые 5000 атомов обычного водорода приходится один атом тяжелого.

Помимо выделения химических элементов, морская вода может быть использована для получения необходимой человеку пресной воды. Сейчас имеется в наличии много промышленных методов опреснения: применяются химические реакции, при которых примеси удаляются из воды; соленую воду пропускают через специальные фильтры; наконец производится обычное кипячение. Но опреснение не единственная возможность получения пригодной для питья воды. Существуют донные источники, которые все чаще обнаруживаются на континентальном шельфе, т.е. в областях материковой отмели, прилегающей к берегам суши и имеющей одинаковые с ней геологическое строение. Один из таких источников, расположенный у берегов Франции, -  в Нормандии, имеет такое количество воды, что его называют подземной рекой.

Минеральные ресурсы  Мирового океана, представлены не только морской водой, но и тем, что «под водой». Недра океана, его дно богаты залежами полезных ископаемых. На континентальном шельфе находятся прибрежные рассыпные месторождения- золото, платина; встречаются и драгоценные камни – рубины, алмазы, сапфиры, изумруды. Например, вблизи Намибии идут подводные разработки алмазного гравия уже с 1962 года. На шельфе и частично материковом склоне Мирового океана расположены большие месторождения фосфоритов, которые можно использовать в качестве удобрений, причем запасов хватит на ближайшие несколько сот лет.

Самый же интересный вид  минерального сырья Мирового океана- это знаменитые железомарганцевые  конкреции, которыми покрыты громадные  по площади подводные равнины. Конкреции  представляют собой своеобразный коктейль из металлов: туда входят медь, кобальт, никель, титан, ванадий, но, конечно же, больше всего железа и марганца. Места их расположения общеизвестны, но результаты промышленной разработки пока еще очень скромны.

Зато полным ходом идет разведка и добыча океанских нефти и газа на прибрежном шельфе, доля морской добычи  приближается  к 1\3  мировой добычи этих энергоносителей. В особо крупных размерах идет разработка месторождений в Персидском, Венесуэльском, Мексиканском заливах, в Северном море; нефтяные платформы протянулись вдоль берегов Калифорнии, Индонезии, в Средиземном и Каспийском морях. Мексиканский залив, кроме того, знаменит открытым во время разведки нефти месторождением серы, которая вытапливается со дна с помощью перегретой воды.

Другой, пока еще не тронутой, кладовой океана являются глубинные  расщелины, где образуется новое  дно. Так, например, горячие (свыше 60 С) и тяжелые рассолы Красноморской впадины содержат огромные запасы серебра, олова, меди, железа и др. металлов. Все более важное значение придается добыче металлов на мелководье. Вокруг Японии, к примеру, отсасывают по трубам подводные железосодержащие пески, страна добывает из морских шахт около 20% угля – над залежами породы сооружают искусственный остров и бурят ствол, вскрывающий угольные пласты.

Многие природные процессы, происходящие в Мировом океане –движение, температурный режим вод, -являются неистощимыми энергетическими ресурсами. Например, суммарная мощность приливной  энергии  Мирового океана оценивается  от 1до 6 млрд. кВт*ч. Это свойство приливов и отливов использовалось во Франции еще в средние века: в ХХ11 веке строились мельницы, колеса которых приводились в движение приливной волной. В наши дни во Франции существуют современные электростанции, использующие тот же принцип работы: вращение турбин при приливе происходит в одну сторону, а при отливе в другую.

Главное богатство Мирового океана – его биологические ресурсы (рыба, зоо- и фитопланктон и др.). Биомасса океана насчитывает 150 тыс. видов  животных и 10 тыс. водорослей, а ее общий объем оценивается в 35 млрд.т., чего вполне может хватить, чтобы прокормить 30 млрд (!) человек. Вылавливая ежегодно 85-50млн. т рыбы (на нее приходится 85% от используемой морской продукции), моллюсков, водорослей, человечество обеспечивает около 20% своих потребностей в белках животного происхождения. Живой мир океана – это огромные пищевые ресурсы, которые могут быть неистощимы при правильном и бережном их использовании. Максимальный вылов рыбы не должен превышать 150-180 млн.т в год: превзойти этот предел очень опасно, т.к. произойдут невосполнимые потери. Многие сорта рыб, китов, ластоногих вследствие неумеренной охоты почти исчезли из океанских вод, и не известно восстановится ли когда-нибудь их поголовье. Но население Земли растет бурными темпами, все больше нуждаясь в морской продукции.

Существует несколько  путей поднятия ее продуктивности. Первый – изымать из океана не только рыбу, но и зоопланктон, часть которого – антарктический криль- уже пошла  в пищу. Можно без всякого ущерба для океана вылавливать его в гораздо больших количествах, чем вся добываемая в настоящее время рыба. Второй путь- использование биологических ресурсов открытого океана. Биологическая продуктивность Океана особенно велика в области подъема глубинных вод. Один из таких апвеллингов, расположенный у побережья Перу, дает 15% мировой добычи рыбы, хотя площадь его составляет не более 0.02% от всей поверхности Мирового океана. Наконец, третий путь – культурное разведение живых организмов, в основном в прибрежных зонах. Все эти три способа успешно опробованы во многих странах мира, но локально, поэтому продолжается губительный по своим объемам вылов рыбы. В конце ХХ века наиболее продуктивными акваториями считались Норвежское, Берингово, Японское море.

Океан, будучи кладовой разнообразнейших ресурсов, также является бесплатной и удобной дорогой, которые связывает  удаленные друг от друга континенты и острова. Морской транспорт  обеспечивает почти 80% перевозок между  странами. Мировой океан может  служить переработчиком отходов. Благодаря химическому  и физическому воздействию своих вод и биологическому влиянию живых организмов он рассеивает и очищает поступающие в него отходы, сохраняя относительное равновесие экосистем Земли. В течении 3 тыс. лет в результате круговорота воды в природе вся вода Мирового океана обновляется.

Охрана морей и океанов.

Наиболее серьезной  проблемой морей и океанов  в нашем столетии является загрязнение  нефтью, последствия которого губительны для всей жизни на Земле. Поэтому, начиная с первой Лондонской международной конференции (1954г.),  все последующие  были посвящены принятию конвенций по охране морской среды от загрязнения нефтью и по охране живых ресурсов моря. Были приняты документы по предотвращению загрязнения с судов. Каждое судно должно иметь сертификат – свидетельство об исправности судна, которая проверяется инспекцией при заходе в порт. Запрещен слив нефтесодержащих вод с танкеров: для очистки и обеззараживания судовых сточных вод созданы электрохимические установки; разработан эмульсионный метод очистки морских танкеров с помощью ПАВ. Совершенствуются конструкции морских судов: многие танкеры имеют двойное дно.

Для систематической  очистки акваторий от случайных  разливов применяются плавучие нефтесборщики и боновые заграждения. В целях предотвращения растекания нефти  также используются физико-химические методы. Создан  препарат пенопластовой группы, который при соприкосновении с нефтяным пятном полностью его обволакивает. Кроме того, существуют сорбирующие вещества на основе растительных, минеральных и синтетических компонентов. После сбора нефти на поверхности воды всегда остается тонкая пленка, которую удаляют путем разбрызгивания разлагающих ее химических препаратов (не всегда биологически безопасны).