Состав и значение гидросферы

Состав  и значение гидросферы

      Гидросфера  — водная оболочка нашей планеты  — это безбрежные просторы морей  и океанов, синева озёр, сверкающие ленты рек и топи болот, облака и туманы, серебристый иней и капли  росы. Водой покрыто около 3/4 поверхности  Земли. Молекула воды Н2О состоит  из трех атомов — одного атома кислорода  и двух атомов водорода. Это бесцветное химическое соединение, не имеющее  вкуса и запаха, — самое распространённое на планете, без него невозможно существование  жизни, и его роль в формировании географической оболочки огромна.

Общий объём воды на земном шаре 1390 млн. км3, основная его часть приходится на моря и океаны — 96,4%. На суше наибольшее количество воды содержат ледники и  постоянные снега — около 1,86% (при  этом в горных ледниках — 0,2%). Около 1,7% от общего объёма гидросферы приходится на подземные воды и примерно 0,02% — на воды суши (реки, озёра, болота, искусственные водоёмы). Некоторое  количество воды находится в живых  организмах биосферы и в атмосфере. Пресная вода составляет лишь 2,64%.

 
Состав гидросферы Земли

На нашей  планете в естественных условиях вода может существовать в трёх агрегатных состояниях — твёрдом (лёд), жидком (вода) и газообразном (водяной пар), в отличие от других веществ, которые  находятся или в твёрдом (минералы, металлы) или в газообразном (кислород, азот, углекислый газ) состоянии.

Жизнь на Земле зародилась благодаря тому, что на ней появилась вода —  удивительное вещество, обладающее аномальными  химическими и физическими свойствами. Молекулы воды необычайно сильно притягиваются друг к другу, примерно в 10 раз сильнее, чем молекулы других жидкостей. Поэтому при нормальном атмосферном давлении вода кипит при 100 °С и плавится при 0 °С. Если сравнить воду — оксид водорода — с другими веществами, представляющими собой соединения водорода с элементами, находящимися в периодической таблице Менделеева в одном ряду с кислородом, — теллуром, селеном и серой, то окажется, что температура замерзания и кипения воды необычно высока. Следовало ожидать, что лёд должен был бы таять при —90 °С, а вода кипеть при —70 °С. При этом все льды на Земле расплавились бы, а океаны и моря — выкипели. Нормальным в условиях нашей планеты стало бы только газообразное состояние воды.

Теплоёмкость  воды аномально высока, поэтому для  плавления льда, нагревания и испарения  воды необходимы гораздо большие  затраты энергии, чем для других веществ. А теплопроводность воды очень  мала, поэтому вода медленно нагревается  и медленно остывает.

Некоторые удивительные свойства воды определяют многие важнейшие природные процессы, происходящие на планете. Например, вода обладает наибольшей плотностью не при 0 °С — температуре плавления, а  при 4 °С. Пресная вода, охлаждённая  до температуры ниже 
4 °С, становится менее плотной и поэтому остаётся в поверхностном слое. Это позволяет водоёмам не промерзать до дна, что сохраняет жизнь их обитателям.

При замерзании вода расширяется, и её плотность  в жидком состоянии больше, чем  в твёрдом. Поэтому лёд легче  воды — это ещё одно замечательное  свойство воды, которым она отличается от подавляющего большинства других веществ. Благодаря этому свойству лёд не тонет, не опускается на дно  водоёма, а в океанах плавают  гигантские айсберги. Вечным льдом  покрыты Антарктида, остров Гренландия и многие другие острова в высоких  широтах. В горах на больших высотах  образуются горные ледники.

Вода  обладает большим поверхностным  натяжением, поэтому дождевые капли  очень упруги и успешно разрушают  горные породы.

Благодаря особенностям молекулярного строения вода хорошо растворяет различные химические соединения.

За долгую геологическую историю планеты  не раз менялись очертания материков  и океанов, развивались крупные покровные ледники, мощные реки уносили в моря и океаны огромные массы разрушенных горных пород. Во всех этих процессах принимала участие вода. Вода может течь вверх — она самостоятельно поднимается по почвенным капиллярам, питая влагой почвенный слой. Двигаясь вверх по капиллярным сосудам трав и деревьев, вода снабжает их питательными веществами.

Велика  роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как аккумулятор тепла, обеспечивая постоянство средней планетарной температуры атмосферы, а с другой – за счет фитопланктона продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы.

Водная  среда используется для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи подводных залежей руды (марганца, никеля, кобальта) и нефти, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной деятельности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения специфических процессов, например выработки электроэнергии и т.п.

Важным  обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно 80% всех заболеваний). Простота процесса затопления по сравнению с другими видами захоронения, недоступность глубин для человека и кажущаяся изолированность воды привели к тому, что человечество активно использует водную среду для сброса отходов производства и потребления. Интенсивное антропогенное загрязнение гидросферы ведет к серьезным изменениям ее геофизических параметров, губит водные экосистемы и потенциально опасно для человека.

Экологическая угроза гидросфере поставила перед  международным сообществом задачу принятия срочных мер по спасению среды обитания человечества. Их особенностью является то, что ни одно государство в отдельности даже с помощью строгих мер не способно справиться с экологической угрозой. Поэтому необходимо международное сотрудничество в этой области, принятие оптимальной экологической стратегии, включающей концепцию и программу совместных действий всех стран. Эти меры должны соответствовать принципам современного международного права. 

Использование водных ресурсов

 

      В зависимости от того, каким образом  используют водные ресурсы, все отрасли  народного хозяйства подразделяют на две категории:

1) водопользователи  – это отрасли, которые используют  водоемы для различных целей,  но безвозвратный водозабор не  ведут. К ним относятся гидроэнергетика,  водный транспорт, рыбное хозяйство,  местные органы, использующие воду  для целей и нужд населения,  т.е. службы хозяйственно-питьевого  потребления.

2) водопотребители – это отрасли, которые берут воду из водоемов, причем часть ее используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика (особенно АЭС), сельское хозяйство, а из промышленности - химическая и металлургическая.

Современный город с населением 1 млн человек потребляет в сутки 300 тыс.м³ воды, из которых 75-80% превращаются в сточные воды.

Существует  следующая классификация пресных  вод по целевому назначению.

      

      Вода  питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и  показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.

Вода  минеральная – вода, компонентный состав которой отвечает лечебным требованиям.

Вода  промышленная – вода, компонентного  состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов  в промышленных масштабах.

Вода  теплоэнергетическая – термальная вода, теплоэнергетические ресурсы  которой могут быть использованы в любой отрасли народного  хозяйства.

Вода  техническая – любая вода, кроме  питьевой, минеральной и промышленной, пригодная для использования  в народном хозяйстве. При этом различают:

- хозяйственно-бытовые  воды – воды, используемые для  бытовых и санитарно-гигиенических  целей населением, а также прачечными, банями, столовыми, больницами и  т.д.;

- поливную  воду, используемую для орошения  земель и полива сельскохозяйственных  растений.

- энергетическую  воду, используемую для получения  пара и нагревания помещений,  оборудования и сред, а также  для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, а твердых тел – непосредственно; может быть оборотной и подпиточной (добавочной).

Воду  весьма часто используют для охлаждения жидких и газообразных продуктов  в теплообменных аппаратах. В  этом случае она не соприкасается  с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В  промышленности 65-80% расхода воды потребляется для охлаждения.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывочную и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывочную – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий, а также реакционную – в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах. Таким образом, технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и изделиями.

Наиболее  перспективный путь уменьшения потребления  свежей воды – это создание оборотных  и замкнутых систем водоснабжения, что позволяет в 10-50 раз уменьшить  потребление природной воды.

Основные  пути решения проблемы обеспечения  чистой водой:

очистка сточной воды от загрязнений;

очистка пресной воды, поступающей к потребителю;

обеспечение режима и регулирование качества воды в водных объектах. 
 

Последствия нерационального  использования водных ресурсов 

• 1. Перерасход  поверхностных вод.

При долгосрочном планировании следует  учитывать неизбежные засушливые годы, когда речной сток падает до аномально  низкого уровня. Считается, что нельзя использовать больше 30% среднегодового речного стока без риска испытать недостаток воды. На ряде рек потребности  в воде превышают 90% среднегодового стока.

Экологические последствия перерасхода поверхностных  вод затрагивают не только саму реку, а весь биоценоз связанный с рекой (пересыхание болот, гибель растительности и животных и т.д.).

• 2. Перерасход грунтовых вод.

      Подземные водохранилища, как любые другие, истощаются, если потребление из них  воды идет быстрее пополнения. Проблема стоит особенно остро в регионах с низким количеством осадков, где  скорость пополнения очень невелика, а потребность в воде высока из-за недостатка поверхностных водоемов.

Падение уровня грунтовых вод влияет на поверхностные  водоемы, т.к. это падение приводит к сокращению родников и связанных  с ними поверхностных водоемов, что усугубляет их экологические проблемы.

• 3. Просадка грунта.

Грунтовые воды вымывают в недрах земли полости, которые заполняются водой. Вода сама отчасти поддерживает вышележащие породы и почвы. Когда уровень грунтовых вод падает, эта опора исчезает, и может происходить постепенное опускание поверхности суши называемое просадкой грунта. Скорость ее может составлять 15-30 см в год.

Особый  вид просадки грунта – образование  карстовых воронок – может  быть внезапным и вести к катастрофическим последствиям.

• 4. Подток соленой воды.

Из-за истощения запасов грунтовых  вод возникает еще одна проблема - подток соленой воды. Понижение  уровня грунтовых вод или большая  скорость их потребления могут снизить давление в водоносном горизонте, что позволит проникать в него, а, следовательно, и в колодцы и артезианские скважины соленой воде. 
 
 
 
 
 

Загрязнение водных ресурсов

 

      1.     Загрязнение нефтью  и нефтепродуктами. Приводит к появлению нефтяных пятен, что затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель

растений  и животных. Каждая тонна нефти  создает нефтяную пленку на площади  до 12 км квадратных. Восстановление пораженных экосистем занимает 10 – 15 лет;

      2.      Загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, минеральными и органическими удобрениями в результате сельскохозяйственного производства, а также коммунально-бытовыми стоками. Ведет к эвтрофикации водоемов – обогащению их питательными веществами, приводящим к чрезмерному развитию водорослей и гибели других экосистем водоемов с непроточной водой