ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2020
Просмотров: 223
Скачиваний: 4
1. Природная вода и ее распространение
Вода - химическое соединение водорода и кислорода (Н2О) - жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотностью 1,000 г/см3 при температуре 3,98 °С. При 0°С вода превращается в лед, при 100°С - в пар. Молекулярная масса воды 18,0153. Вода - уникальное вещество по своим физическим и химическим свойствам. Полярность молекул и наличие между ними «водородных» связей определяет уникальные свойства воды. Наибольшая плотность воды при температуре 3,98 °С, при дальнейшем охлаждении вода переходит в лед, что сопровождается уменьшением ее плотности. Уменьшение объема вместо расширения происходит при плавлении (таянии) льда. Летучесть воды небольшая. У нее очень высокие теплота плавления и удельная теплоемкость: при плавлении льда теплоемкость увеличивается более чем вдвое. Теплоемкость воды с повышением температуры до 27 °С уменьшается, а затем вновь начинает возрастать. Вязкость воды (при температуре от 0 до 30 °С) уменьшается с повышением давления.
Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. В природе она находится в трех фазах: газообразной (пары воды), жидкой и твердой. Различают воду атмосферную, поверхностную (гидросфера) и подземную.
В горных породах литосферы она присутствует в различных состояниях: пленочная, гигроскопическая, гравитационная, капиллярная, кристаллизационная, а также в виде пара.
Наибольшие запасы поверхностных вод сконцентрированы в Мировом океане.
Большие запасы поверхностных вод сосредоточены в ледниках, озерах и реках.
Из всех видов поверхностных пресных вод приоритетное практическое значение имеет речной сток. По объему речного стока Россия стоит на втором месте после Бразилии. Реки являются основой водного фонда нашей страны. Почти 65% крупных городов России (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Екатеринбург, Пермь, Красноярск и др.) используют для питьевых и технических нужд поверхностные, в основном речные воды.
Подземные воды также входят в основу водного фонда страны. Подземные воды так называемой зоны активного водообмена - пресные и используются для питьевых и хозяйственных целей. Минеральные лечебные подземные воды используются санаторно-курортными и оздоровительными учреждениями, а также заводами розлива, теплоэнергетические (с температурой от 35 до 200 °С) подземные воды - для теплоснабжения и получения электрической энергии; подземные воды, содержащие ценные компоненты (йод, бром, соли калия, магния, натрия) - для их промышленной добычи.
2. Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения,конденсации и осадков.
Моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, насуше — положение обратное. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным.
Три четверти поверхности земного шара покрыты водой. Водную оболочку Земли называют гидросферой. Большую ее часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньшую — пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар.
На земле вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование живых организмов. В любом организме вода является средой, в которой происходят химические реакции, без которых не могут жить живые организмы. Вода является самым ценным и самым необходимым веществом для жизнедеятельности живых организмов.
Понятие
Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды.
Виды
Различают несколько видов круговоротов воды в природе:
-
Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.
-
Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.
-
Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.
В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.
Скорость
|
Среда |
Среднее время обновления |
|
Океаны |
3 200 лет |
|
Ледники |
от 20 до 100 лет |
|
Сезонный снежный покров |
от 2 до 6 месяцев |
|
Почвенная корка |
от 1 до 2 месяцев |
|
Грунтовые воды: паводок |
от 100 до 200 лет |
|
Грунтовые воды: углубленные |
10 000 лет |
|
Озера |
от 50 до 100 лет |
|
Реки |
от 2 до 6 месяцев |
|
Атмосфера |
9 дней |
Скорость переноса различных видов воды изменяется в широких пределах, так и периоды расходов, и периоды обновления воды также разные. Они изменяются от нескольких часов до нескольких десятков тысячелетий. Атмосферная влага, которая образуется при испарении воды из океанов, морей и суши и существует в виде облаков, обновляется в среднем через восемь дней.
Воды, входящих в состав живых организмов, восстанавливаются в течение нескольких часов. Это наиболее активная форма водообмена. Период обновления запасов воды в горных ледниках составляет около 1 600 лет, в ледниках полярных стран значительно больше — около 9 700 лет.
Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно через 2 700 лет.
За 10 миллионов лет фотосинтез перерабатывает массу воды равную всей гидросфере.
3. Роль воды в природе и хозяйственной деятельности человека
Вода играет исключительно важную роль в природе. Температура воды в жидком состоянии наиболее благоприятна для жизненных процессов. Для огромной массы организмов она является средой обитания. Уникальные свойства воды являются ценными для организмов и, казалось, созданы специально для их жизнедеятельности. Вода в водоемах замерзает сверху вниз, что имеет большое значение для обитающих в них организмов.
Аномально высокая удельная теплоемкость воды благоприятствует аккумуляции колоссального количества тепла, способствует медленному нагреванию и охлаждению. Вода в атмосфере оказывает смягчающее влияние на погодно-климатические условия. Она постоянно перемещается во всех сферах Земли. На большие расстояния она переносится циркуляционными потоками атмосферы. Циркуляция воды в океане (морские течения) приводит к планетарному тепло-, массо- и влагообмену.
Известна роль воды как мощного геологического фактора. Размыв и разрушение горных пород, эрозия почв, перенос и отложение веществ -важные геологические процессы, связанные с водой.
Большинство органических веществ биосферы представляют собой продукты фотосинтеза . (рис). Без воды не может происходить фотосинтез. Вода - единственный источник кислорода, выделяемого в атмосферу при фотосинтезе. Она необходима для биохимических и физиологических процессов, происходящих в организме. Живые организмы, в том числе человек, состоящий на 80% из воды, не могут обойтись без воды. Потеря 10-20% воды приводит к их гибели.
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 эстетическое и рекреационное значение.
Сейчас потребление воды в народном хозяйстве в количественном отношении превышает суммарное использование всех иных природных ресурсов. Это определяется сложившимися особенностями производства в основных отраслях промышленности, при которых затрачивается огромное количество пресной воды.
Вода превращается в самое драгоценное сырье, заменить которое невозможно. Запасы и доступность водных ресурсов определяют размещение новых производств, а проблема водоснабжения становится одной из важных в жизни и развитии человеческого общества.
4. Загрязнение водных ресурсов
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%. Ресурсы пресной воды распределены крайне неравномерно, часто обилие воды не совпадает с районами повышенной хозяйственной деятельности. В этой связи возникает проблема недостатка и истощения водных ресурсов и особенно пресной воды. Она усугубляется все возрастающими объемами ее использования.
Проблема истощения водных ресурсов возникает по нескольким причинам, главные из которых: неравномерное распределение воды во времени и пространстве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транспортировке и использовании, ухудшение качества воды и как крайний случай - ее загрязнение (рис).
Основные причины загрязнения и истощения пресной воды антропогенные.
Рост потребления пресной воды населением на планете определяется в 0,5 - 2 % в год. В начале XXI столетия общий водоотбор достиг объема в 12-24 тыс. км3. Потери пресной воды увеличиваются с ростом ее потребления на душу населения и связаны с использованием воды для хозяйственных нужд. Чаще всего это объясняется несовершенством технологии промышленного, сельскохозяйственного производства и коммунальных служб.
В ряде случаев недостаток пресной воды связан с негативными последствиями деятельности человека Потери воды и истощение водных ресурсов во многом связаны с недостаточным знанием природных условий (геолого-литологических и гидрогеологических, климатических и метеорологических, биологических), внутренних закономерностей и механизмов развития экосистем.
Ухудшение качества и загрязнение воды связано с попаданием в реки и другие поверхностные водоемы загрязняющих веществ, продуктов деятельности человека. Этот вид истощения пресных вод наиболее опасен и становится все более угрожающим для здоровья людей и состояния жизни на Земле. Его крайнее проявление - катастрофическое загрязнение вод.
Естественные изменения, в том числе ухудшение качества воды, связанные с соприкосновением с водой и переносом различных веществ, происходят постоянно. Они носят циклический, реже спонтанный, характер: они бывают при извержениях вулканов, землетрясениях, цунами, наводнениях и других катастрофических явлениях. В антропогенных условиях такие изменения состояния воды имеют однонаправленный характер.
За последнее время большую тревогу вызывает загрязнение вод морей и Мирового океана в целом (фоновое загрязнение). Основными источниками их загрязнения служат бытовые и промышленные сточные воды (в прибрежных районах находится 60% крупных городов), нефть и нефтепродукты, радиоактивные вещества. Особую опасность представляют загрязнения нефтью и радиоактивными веществами. Предприятия приморских городов выбрасывают в море тысячи тонн различных, как правило, неочищенных отходов, в том числе канализационные стоки. В моря выносятся загрязненные речные воды.
Загрязнение воды является причиной гибели морских животных: ракообразных и рыб, водоплавающих птиц, тюленей. Известны случаи гибели около 30 тыс. морских уток, массовой гибели морских звезд в начале 1990-х годов в Белом море. Нередки случаи закрытия пляжей в связи с опасными концентрациями загрязняющих веществ в морской воде, вызванными многочисленными авариями судов, которые перевозят нефть и нефтепродукты. Весьма опасны для окружающей среды несанкционированные или аварийные сбросы промышленных и хозяйственных отходов (Черное море в районе Одессы, 1999 г.; р. Тиса, Румыния, 2000 г.; р. Амур, Хабаровск, 2000 г.). В результате подобных аварий происходит быстрое загрязнение речных вод вниз по потоку. Загрязненные канализационные воды могут попасть в водозаборные сооружения.
Степень загрязнения морской воды в значительной степени зависит от отношения к этой проблеме государств, граничащих с морями и океанами. Все внутренние и окраинные моря России испытывают мощный антропогенный пресс, включая многочисленные плановые и аварийные сбросы загрязняющих веществ. Уровень загрязнения российских морей (за исключением Белого моря), поданным Государственного доклада «О состоянии окружающей среды Российской Федерации», в 1998 г. превышал предельно допустимые концентрации (ПДК) по содержанию углеводородов, тяжелых металлов, ртути, фенолов, поверхностно активных веществ (ПАВ) в среднем в 3-5 раз
5. Основные загрязняющие вещества
Три важных стадии круговорота воды: испарение (А), конденсация (Б) и атмосферные осадки (В). Если в него вовлечено слишком много природных или искусственных загрязняющих веществ из перечисленных ниже источников, естественная система не справляется с очисткой воды.
-
Радиоактивные частицы, пыль и газы поступают из атмосферы вместе со снегом, выпадающим и накапливающимся в высокогорьях.
-
Талые ледниковые воды с растворенными загрязняющими веществами стекают вниз с высокогорий, формируя истоки рек, которые на своем пути к морю увлекают частицы грунта и горных пород, размывая поверхности, по которым они текут.
-
Воды, дренирующие горные выработки, содержат кислоты и другие неорганические вещества.
-
Вырубка лесов способствует развитию эрозии. Многие загрязняющие вещества сбрасываются в реки предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности, на которых обрабатывается древесина.
-
Дождевые воды вымывают химические вещества из почвы и разлагающихся растений, транспортируют их в грунтовые воды, а также смывают со склонов в реки почвенно-грунтовые частицы.
-
Промышленные газы попадают в атмосферу, а оттуда вместе с дождем или снегом – на землю. Промышленные стоки поступают непосредственно в реки. В зависимости от отрасли промышленности сильно различается состав газов и сточных вод.
-
Органические инсектициды, фунгициды, гербициды и удобрения, растворенные в водах, дренирующих сельскохозяйственные угодья, поступают в реки.
-
Опыливание полей пестицидами загрязняет воздушную и водную среду.
-
Коровий навоз и другие остатки животного происхождения – основные загрязнители мест больших скоплений животных на пастбищах и скотных дворах.
-
При откачке пресных грунтовых вод может произойти засоление в результате подтягивания к их зеркалу минерализованных вод из эстуариев и морских бассейнов.
-
Метан продуцируется бактериями как в естественных болотах, так и в стоячих водоемах при избытке органических загрязнителей антропогенного генезиса.
-
Тепловое загрязнение рек происходит из-за поступления от электростанций нагретых вод.
-
Города являются источниками разных отходов, включая как органические, так и неорганические.
-
Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания – основные источники загрязнения воздушной среды. Углеводороды адсорбируются содержащейся в воздухе влагой.
-
Крупные предметы и частицы удаляются из коммунально-бытовых сточных вод на станциях предварительной очистки, органика – на станциях вторичной очистки. От многих веществ, поступающих с промышленными стоками, невозможно избавиться.
-
Разливы нефти от морских нефтяных скважин и из танкеров загрязняют воды и пляжи.