Антропогенные воздействия на природные воды. Антропогенное воздействие на гидросферу. Самоочищение водной среды

Загрязнение атмосферы, принявшее крупномасштабный характер, нанесло ущерб рекам, озерам, водохранилищам, почвам, рано или поздно загрязняющие вещества из атмосферы попадают на поверхность Земли. Эта и без того большая беда значительно усугубляется тем, что и в водоемы, и на землю непосредственно идет поток отходов.
Выброс отходов на различных реках
Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды прямо в реки. Стоки с полей также поступают в реки и озера. Загрязняются и подземные воды -важнейший резервуар пресных вод. Загрязнение пресных вод и земель бумерангом вновь возвращается к человеку в продуктах питания и питьевой воде.
Еще несколько десятилетий назад загрязненные воды представляли собой как бы острова в относительно чистой природной среде. Сейчас картина изменилась, образовались сплошные массивы
загрязненных территорий, несмотря на то, что на многих предприятиях работают очистительные фильтры и предпринимаются различные операции по очистке вод.

Очистка вод

До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой.
Обычно загрязняющие вещества разделяют на несколько классов в зависимости от их природы, химического строения и происхождения. Органические материалы поступают из бытовых, сельскохозяйственных или промышленных стоков. Их разложение происходит под действием микроорганизмов и сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода. Если кислорода в воде достаточно и количество отходов невелико, то аэробные бактерии довольно быстро превращают их в сравнительно безвредные остатки.
Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.

Загрязнение нефтью

Помимо загрязнения отходами, воды нашей планеты страдают от загрязнения нефтью. Нефтяное загрязнение Мирового океана, несомненно, есть самое распространенное явление. От 2 до 4% водной поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной пленкой.
В море нефтяное загрязнение имеет различные формы. Оно может тонкой пленкой покрывать поверхность воды, а при разливах толщина нефтяного покрытия вначале может составлять несколько сантиметров. С течением времени образуется эмульсия нефти в воде или воды в нефти. Позже возникают комочки тяжелой фракции нефти, которые способны долго плавать на поверхности моря. К плавающим комочкам мазута прикрепляются разные мелкие животные, которыми охотно питаются рыбы и усатые киты. Вместе с ними они заглатывают и нефть.
У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бензпирен.
К сожалению на данный момент единственным способом локализации нефтяного загрязнения является инициатива сотрудников Greenpeace

Статистика

Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 --35 тыс. км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км очищенной сточной воды "портит" 10 км речной воды, а не очищенной -- в 3--5 раз больше.
Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека.
Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии -- 1%. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды -- сельское хозяйство: на его нужды уходит 70--80% всей пресной воды.

вывод

В целом для Мирового океана ожидается на ближайшие 20--25 лет рост его загрязнения в 1,5--3 раза. Соответственно этому будет ухудшаться и экологическая ситуация. Концентрации многих токсических веществ могут достигнуть порогового уровня, затем наступит деградация естественной экосистемы. Ожидается, что первичная биологическая продукция океана может понизиться в ряде крупных районов на 20--30% по сравнению с нынешней.
Сейчас уже ясен путь, который позволит людям избежать экологического тупика. Это безотходные и малоотходные технологии, превращение отходов в полезные ресурсы. Но потребуются десятилетия для воплощения идеи в жизнь.

Вода представляет собой один из наиболее важных компонентов, обеспечивающих жизнь на нашей планете. Обладая рядом аномальных свойств, она влияет на протекающие в экосистемах сложнейшие физико-химические и биологические процессы. Нелишне упомянуть, что к таким свойствам относятся очень высокие и максимальные среди жидкостей теплоемкость, теплота плавления и испарения, поверхностное натяжение, растворяющая способность и диэлектрическая проницаемость, прозрачность. Перечисленные свойства создают потенциальную возможность накопления в воде очень высоких количеств самых разнообразных загрязняющих веществ, в том числе патогенных микроорганизмов.

Но дело не только в загрязнениях, с водой у человека и у человечества весьма сложные отношения. Человек в последние десятилетия стал оказывать существенное влияние на гидросферу и водный баланс планеты. Антропогенные преобразования вод континентов уже достигли глобальных масштабов, нарушая естественный режим даже крупнейших озер и рек земного шара. Этому способствовали строительство гидротехнических сооружений (водохранилищ, оросительных каналов, систем переброски вод), увеличение площади орошаемых земель, обводнение засушливых территорий, урбанизация, загрязнение пресных вод промышленными, коммунальными стоками и т. д.

Под водопотреблением понимают использование водных ресурсов для удовлетворения нужд населения, промышленности, сельского хозяйства и т. д. Различают возвратное водопотребление - с возвращением забранной воды в источник (промышленность водохранилища, коммунальное хозяйство) и безвозвратное водопотребление - с расходом ее на фильтрацию, испарение и т. п. (в основном сельское хозяйство). Хотя запасы речных вод невелики (всего 1200 км 3 или 0,0001 % объема всей гидросферы), но, обладая значительной способностью к возобновлению и самоочищению, они обеспечивают основной объем потребляемой воды в быту и хозяйстве.

Бытовое потребление воды в современном городе составляет от 200 до 300 л на человека, поэтому город с населением 3 млн. чел. в сутки потребляет до 20 млн. м 3 воды, а в год - до 1 км 3 , причем к качеству бытовой воды предъявляются высокие требования по совокупности органических качеств.

Основной объем воды (около 96 %) сосредоточен в Мировом океане. Воды суши, представляющие наибольший интерес в экологическом отношении, подразделяют на поверхностные, не защищенные от загрязнения (озера, водохранилища, водотоки) и более защищенные подземные воды.

В естественных условиях химический состав вод регулируется природными процессами. Поддерживается равновесие между поступлением химических элементов в воду и выведением их из нее. Лишь на отдельных (обычно небольших) участках наблюдаются аномальные концентрации некоторых микроэлементов. Антропогенное изменение химического состава вод обусловлено попаданием в гидросферу огромного количества сточных вод, содержащих отходы промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунально-бытовые стоки. Они уменьшают в реках, озерах и фунтовых водах количество растворенного кислорода, изменяют условия разложения органических веществ, увеличивают концентрации азота, фосфора, различных металлов, хлорорганических соединений и прочих ядохимикатов, т. е. а конечном счете влекут за собой ухудшение качества воды.

Основными показателями качества воды являются ионный состав, общее солесодержание, цветность, запах и вкус, жесткость, щелочность, содержание железа, марганца и некоторых других элементов.

Под истощением вод понимается сокращение количества воды в водном объекте, происходящее под влиянием человеческой деятельности и носящее устойчивый характер. Зачастую недостаток пресной воды обусловлен качественным истощением водных ресурсов, т. е загрязнением и засорением водотоков и водоемов различными химическими веществами и «мусором».

Водотоки и водоемы считаются загрязненными, если состав или состояние их вод изменены в результате деятельности человека до такой степени, что они стали непригодными для целей, которым они служили до начала их использования человеком. Загрязнение поверхностных природных вод - это процесс изменения физических, химических или биологических свойств природных вод при попадании в них различных веществ, который может оказать вредное воздействие на человека и природу, а также ограничить возможность использования воды. Веществом, загрязняющим воду, является каждое соединение, вызывающее нарушение норм качества воды.

Под засорением поверхностных природных вод следует понимать поступление в водотоки и водоемы посторонних нерастворимых предметов, например древесины, металлолома, шлака, строительного мусора и т. д. Серьезный вклад в засорение вносит лесосплав. Лесосплав не предъявляет к качеству воды требований, но сам является источником загрязнения водотоков затонувшей древесиной и различными попутными отходами.

Примеси, поступающие в водные объекты, можно подразделить на минеральные, органические и биологические. К минеральным загрязняющим веществам относятся песок, глина, различные золы, шлаки, растворы солей, кислот, щелочей, эмульсии масел, радиоактивные и другие неорганические соединения. Органические загрязнители - это разнообразные вещества растительного и животного происхождения, а также многочисленные отходы в виде смол, фенолов, красителей, спиртов, альдегидов, серо- и хлорсодержащих органических соединений и т. д. Биологические загрязняющие вещества играют особую роль в жизни водоемов. С бытовыми сточными водами и стоками некоторых производств в водоемы и водотоки попадают болезнетворные бактерии и вирусы, возбудители инфекций.

Качество природных вод во многих районах Земли ухудшилось настолько, что использовать их для водоснабжения невозможно.

Специфическими токсическими свойствами обладают сточные воды содовых, сернокислотных, азотно-туковых заводов, электрохимических производств, заводов черной металлургии, машиностроительных предприятий, рудников по добыче руд, содержащих цветные металлы. Эти стоки содержат оксиды, гидроксиды, соли тяжелых металлов, цианиды, роданиды, щелочи, мышьяк. Столь же опасны сточные воды химических, коксохимических, газосланцевых предприятий, содержащих смолистые вещества, фенолы, меркаптаны, органические кислоты, альдегиды, спирты, красители. Свой негативный вклад вносят горнодобывающие предприятия.

Помимо взвешенных веществ в состав стока входят различные растворенные химические вещества и биогенные элементы. Органическое вещество в поверхностном стоке (как, впрочем, и во всех природных водах) имеет настолько разнообразный состав, что его охарактеризовать химически довольно затруднительно. Поэтому оценку уровня загрязнения производят по косвенным показателям, используя тест на биохимическую потребность в кислороде (БПК 5), который позволяет определить количество кислорода, расходуемого в процессе бактериального разложения органического вещества за 5 суток при стандартных условиях. Для этой же цели иногда используют тест на химическую потребность в кислороде (ХПК), но он характеризует общее содержание органики, а не ту часть, которая более легко разлагается бактериями и не дает представления о скорости потребления кислорода. ХПК дождевого стока может изменяться в пределах 30 -1500 мг кислорода на 1 л, а БПК 5 в пределах 3 - 150 мг кислорода на 1 л.

Одним из опасных загрязняющих водные ресурсы веществ, в настоящее стали время поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти вещества снижают способность воды к насыщению кислородом, парализуют деятельность микроорганизмов, разрушающих органические вещества; сами же ПАВ плохо поддаются биохимическому разложению.

Важным источником загрязнения внутриконтинентальных водотоков и водоемов следует считать речной транспорт, с которого поступают подсланевые воды, содержащие нефтепродукты, отработанные масла и канцерогенные полициклические углеводороды, хозяйственно-бытовые стоки, сухой мусор с судов, нефть и другие жидкие и твердые отходы.

В последние годы в связи с нарастающими объемами сельскохозяйственного производства все большую значимость приобретает проблема загрязнения природных вод поверхностным стоком с полей, лесов и других угодий. Условно загрязнение природных вод этим видом стока можно подразделить на три группы:

Биогенные вещества, поступающие в реки и водоемы в результате вымывания удобрений из почвы;

Ядохимикаты (пестициды, инсектициды, гербициды, дефолианты и др.), смываемые с полей или распыляемые с самолетов;

Продукты водной эрозии почв, включающие в себя органические и неорганические вещества, а также ядохимикаты.

Эвтрофикация. Главным источником биогенных элементов в поверхностных водах все больше становятся удобрения. Одним из наиболее неблагоприятных последствий загрязнения водоемов является ускоренное повышение биопродуктивности водоемов в результате накопления в воде биогенных веществ. Это явление носит название эвтрофикации (эвтрофирования). Иногда биопродуктивность водоемов повышается и за счет естественных факторов, но, как правило, последствия его достаточно быстро компенсируются внутренними «способностями» экосистемы.

В связи с непрерывно возрастающим загрязнением поверхностных вод подземная гидросфера становится практически единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Поэтому ее охрана от загрязнения и истощения, рациональное использование имеют важнейшее экологическое значение. Положение усугубляется тем, что природные для питья подземные воды залегают в самой верхней, наиболее подверженной загрязнению части артезианских бассейнов и других гидрогеологических структур, а реки и озера составляют всего 0,019 % общего объема воды. Опасность загрязнения подземных вод заключается в том, что подземная гидросфера (особенно артезианские бассейны) является конечным резервуаром накопления загрязнителей как поверхностного, так и глубинного происхождения.

Загрязнение Мирового океана. Выше мы отмечали колоссальное экологическое значение Мирового океана в функционировании биосферы Земли. Он представляет собой географический объект со специфическим геологическим и геоморфологическим строением, геохимическими и физико-химическими процессами, которые протекают в толще вод и донных отложений. Отличается особым характером обмена энергии, вещества, информации в процессах взаимодействия с атмосферой и поверхностью литосферы - дном, а также своим растительным и животным миром.

Общеизвестно, что вода в океане соленая. Морская вода - это многоэлементный и к тому же питательный раствор, в котором природа выращивает миллиарды тонн растительного вещества. Масса растворенных солей достигает астрономической величины - 48 млрд. т; при этом на долю хлористого натрия приходится 38 млрд. т. Самое удивительное в этом растворе - не огромное количество солей, а постоянство их соотношения между собой. Соленость меняется в зависимости от испарения, речного стока и атмосферных осадков, но состав солен - это глобальная константа. Средняя соленость воды океана - 35 %. В открытом океане она практически неизменна.

Сегодня Мировой океан привлекает серьезное внимание человека как хранилище огромных минерально-химических и энергетических ресурсов. Во многих районах дно Мирового океана устлано крупными железомарганцевыми конкрециями, запасы которых выражаются астрономическими цифрами до 300 - 350 млрд. т; обнаружены месторождения меди, алмазов, каменного угля, не говоря уже о запасах нефти и газа, в частности, прогнозные оценки запасов морской нефти составляют 60 - 150 млрд. т.

Мировой океан является источником богатейших биологических, промышленно-сырьевых и энергетических ресурсов, но их эффективное освоение возможно только в случае радикального решения проблемы защиты океанских вод от загрязнения.

Это загрязнение связано главным образом с поступлением огромного количества антропогенных вредных веществ на его акваторию (нефтяные углеводороды, биогенные компоненты, пестициды, тяжелые металлы, радионуклиды и др.). Постоянно увеличивающаяся нагрузка на Мировой океан ведет к постепенной деградации морских экосистем с неблагоприятными экологическими последствиями.

Нефтяное загрязнение представляет особую опасность для морских экосистем, так как по последним оценкам от 20 до 30 % поверхности Мирового океана покрыто нефтяными пленками. Эти пленки, чрезвычайно тонкие, но весьма активные, способны нарушать важнейшие физико-химические процессы в океане, что приводит к весьма нежелательным последствиям глобального масштаба, а на более низких уровнях отрицательно влияет на функционирование гидробиоценозов. Нефтяные пленки, будучи молекулярно устойчивыми, накапливаются в поверхностном слое воды, в донных осадках, морских организмах и, передаваясь по трофическим цепям, создают угрозу здоровью человека при употреблении в пищу рыбы и морепродуктов.

Радиоактивное загрязнение морей и океанов. Основными источниками радиоактивного загрязнения Мирового океана являются:

Испытания ядерного оружия;

Сброс радиоактивных отходов непосредственно в море;

Крупномасштабные аварии (ЧАЭС, аварии судов с атомными двигателями-реакторами);

Захоронение радиоактивных отходов на дне.

Воздействия на морские побережья. С географической точки зрения, морское побережье - это пограничная полоса между сушей и морем, характеризующаяся современными и древними береговыми формами рельефа и своеобразными сообществами организмов.

С побережьями океана связана разнообразная и экономически важная хозяйственная деятельность человека, которая с каждым годом увеличивает антропогенные нагрузки на береговую зону практически во всех районах земного шара.

Глобальное потепление климата и связанное с ним повышение уровня Мирового океана;

Гидротехнические сооружения (буны, волноломы и т. п.), сильно способствующие размыву морских берегов;

Добыча минерального сырья (песок, галька, коралловый материал для производства цемента и др.) в береговой зоне, приводящая к увеличению воздействия волн на берег и к истощению пляжей.

Сельское хозяйство представляет собой значительный источник загрязнений подземных вод. Навозохранилища при крупных животноводческих комплексах, построенные из сборного железобетона, протекают повсеместно, впрочем в те годы, когда строили эти сооружения, никто не помышлял о необходимости их изоляции от внешней среды. Кроме протечек, в весеннее время они, как правило, переполняются за счет полой воды и становятся мощными точечными источниками загрязнений. Наибольшую опасность представляют указанные сооружения при свиноводческих фермах за счет гельминтозного и другого патогенного загрязнения.

Применение пестицидов опасно широким площадным распространением, их высокой миграционной способностью, стойкостью некоторых продуктов их распада и загрязненностью самих примесями, токсичность которых зачастую еще не полностью оценена.

Использование удобрений в растениеводстве при неразвитой агротехнике способно, при всех успехах в повышении урожайности, нанести большой вред качеству грунтовых вод.

Тепловые электростанции опасны для подземных вод тепловым загрязнением, т. е. формированием повышенного температурного поля, в котором процессы взаимодействия подземных вод с естественными и искусственными органическими веществами идут более интенсивно.

Освоение подземного пространства не может пройти незаметно для режима подземных вод. Заглубление фундаментов под уровень грунтовых вод, укладка тоннелей, в том числе и метрополитенов, коллекторов и т. п. уменьшает площадь поперечного сечения потока грунтовых вод, что вызывает подъем их уровня.

Особое внимание при изучении современного состояния загрязненных водных систем необходимо уделить долговременному эффекту воздействия низких доз загрязнителей (близких, но не равных ПДК). Установлено, что это оказывает более пагубное влияние на популяции водных организмов, чем острое, но кратковременное токсическое воздействие. Кроме того, каждый водоем уникален из-за больших различий в химическом составе, скорости перемешивания, температурного режима, вертикальной зональности водной массы и других характеристик.

Филиал НОУ ВПО «Московский институт предпринимательства и права» в г. Новосибирске

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: Экология и защита окружающей среды

Тема: Биосфера. Антропогенное влияние на среду

Специальность: экономика

Студент: Телина Е.С.

Шифр зачетной книжки:05751

Преподаватель: Ляпина О.П.

Новосибирск

2009 год

Введение ……………………………………………………………………......................3

I. Биосфера ………………………………………………………………………………...4

1. Биосфера как глобальная экосистема ……………………………….....................4

2. Свойства биосферы ………………………………………………………………..5

3. Границы и структура биосферы …………………………………………………..7

3.1 Атмосфера ……………………………………………………………………...8

3.2 Гидросфера ……………………………………………………………..............9

3.3 Литосфера ……………………………………………………………..............10

II. Антропогенное воздействие на среду …………………………………....................12

1. Воздействие на биосферу………………………………………………...............12

2. Воздействие на атмосферу……………………………………………………….13

3. Воздействие на гидросферу……………………………………………................15

4. Воздействие на литосферу………………………………………………………..17

Заключение ………………………………………………………………………………19

Список литературы ……………………………………………………………………...20

Задание № 2 ……………………………………………………………………………...21

Введение

Человек и природа неотделимы друг от друга и тесно взаимосвязаны. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимых для существования ресурсов. Природа и природные ресурсы - база, на которой живет и развивается человеческое общество, первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей людей. Человек - часть природы и как живое существо своей элементарной жизнедеятельностью оказывает ощутимое влияние на природную среду.

Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека.

I . Биосфера

1. Биосфера как глобальная экосистема.

Биосфера (от греч. bios - жизнь, sphaira - шар) - область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты. Она представляет собой глобальную экосистему - совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты. Первые представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочке Земли были высказаны в начале XIX в. Ж. Ламарком. В 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс впервые ввел в научную литературу современный термин «биосфера», понимая под ним область взаимодействия основных оболочек Земли: атмо-, гидро- и литосферы, где встречаются живые организмы. Заслуга создания целостности учения о биосфере принадлежит В. И. Вернадскому. Используя этот термины, он создал науку «биосфера», ввел понятие «живое вещество» - совокупность всех живых организмов, а также отвел живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая деятельность организмов не только в настоящее время, но и в прошлом. Поэтому биосфера - это все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, т. е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Жизнь в биосфере зависит от потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами. Круговороты веществ называются биогеохимическими циклами. Существование этих циклов обеспечивается энергией Солнца. Наглядное представление о путях прохождения энергии дают пищевые цепи. Каждое их звено – это определенный трофический уровень. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т.д. Продуценты – это растения, цианобактерии (сине-зеленые «водоросли») и некоторые другие типы бактерий. Часть энергии, связанной продуцентами в процессе фотосинтеза, расходуется при собственном дыхании, другая часть сохраняется в их клетках и тканях и доступна для консументов. Организмы, не способные к фотосинтезу или хемосинтезу, – это гетеротрофы, или консументы. К ним относятся животные, грибы, большая часть бактерий и немногие растения, утратившие способность к фотосинтезу. Консументы зависят прямо (травоядные) или косвенно (хищники) от величины чистой первичной продукции как источника энергии и веществ. Прохождение энергии через живое вещество представляет собой путь от света к продуцентам, далее к консументам, а от тех и других – к теплу. Этот путь – поток, а не круговорот, поскольку в виде тепла энергия рассеивается в окружающей среде и не может снова использоваться для фотосинтеза. Таким образом, энергетический поток через живое вещество – это процесс потери накопленной организмами энергии. Поддержание динамического равновесия между биотическим и абиотическим компонентами биосферы является необходимым условием существования всех форм жизни. Воздействие человека на биосферу, сопровождающееся ухудшением качества воды, сведением лесов или выбросом в атмосферу загрязняющих веществ, может создать угрозу жизни на Земле.

2. Свойства биосферы.

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.

· Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В.И. Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается человеком и в настоящее время: в центр биосферы или ее звеньев ставится только один вид - человек (антропоцентризм).

· Биосфера - открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые организмы (гелиобиология) разработаны А. Л. Чижевским (1897-1964), который показал, что многие явления на Земле и в биосфере тесно связаны с активностью солнца.

· Биосфера - саморегулирующаяся система , для которой, как отмечал В.И. Вернадский, характерна организованность . В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями, рассмотренными выше.

· Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием . Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. Последнее обусловливается многими причинами и факторами. Это и разные среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого - углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоротам и наличию неисчерпаемого источника солнечной энергии обеспечивается непрерывность процессов в биосфере и ее потенциальное бессмертие.

3. Границы и структура биосферы.

Границы нео- и палеобиосферы различны.

Верхняя граница. В большинстве случаев в качестве верхней теоретической границы биосферы указывают озоновый слой без уточнения его границ, что вполне приемлемо, если не обсуждать разницу между нео- и палеобиосферой. Иначе следует учитывать, что озоновый экран образовался всего лишь около 600 млн. лет назад, после чего организмы смогли выйти на сушу. Практически же максимальная высота над уровнем моря, на которой может существовать живой организм, ограничена уровнем, до которого сохраняются положительные температуры и могут жить хлорофиллосодержащие растения – продуценты (6200м в Гималаях). Выше, до «линии снегов», обитают лишь пауки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром. Еще выше живые организмы могут попадаться лишь случайно.

Нижняя граница. Нижняя граница существования активной жизни традиционно определяется дном океана 11 022 м (максимальная глубина Марианской впадины) и глубиной литосферы, характеризующейся температурой 100°С (около 6000 м, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове). В основном жизнь в литосфере распространена лишь на несколько метров вглубь, ограничиваясь почвенным слоем. Однако по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров, достигая глубин 3000-4000 м. Возможно, пределы биосферы намного шире, так как в гидротермах дна океана на глубинах около 3000 м при температуре 250°С обнаружены организмы. Теоретически на глубинах 25 000 м относительно уровня моря должна иметь место критическая температура 460°С, при которой при любом давлении вода существует только в виде пара, а следовательно, жизнь невозможна. Осадочные породы, практически все претерпевшие переработку живыми организмами, определяют нижнюю границу былых биосфер, которая, тем не менее, не опускается на материках ниже самых больших глубин океана.

Структура биосферы.

Биосфера включает в себя:

Аэробиосферу - нижнюю часть атмосферы;

Гидробиосферу - всю гидросферу;

Литобиосферу - верхние горизонты литосферы (твердой земной оболочки). Рассмотрим немного подробнее каждую из составляющих.

3.1 Атмосфера

Атмосфера (от греч. athmos - пар, sphaira - шар) - газовая оболочка планеты. На Земле сформировалась в результате геологической эволюции и непрерывной деятельности организмов.

Состав современной атмосферы - результат динамического равновесия, поддерживаемого процессами жизнедеятельности организмов и различными геохимическими явлениями глобального масштаба. Атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение. Нижний, наиболее плотный слой воздуха - тропосфера. В зависимости от широты Земли ее высота 10-15 км. Здесь содержится 80 % массы атмосферы и до 80% водяного пара, развиваются физические процессы, формирующие погоду и влияющие на климат различных районов нашей планеты. Над тропосферой до высоты 40 км расположена стратосфера. В ней находится озоновый слой, поглощающий большую часть ультрафиолетовой радиации и предохраняющий жизнь на Земле. Выше находится ионосфера, которая обладает повышенной ионизацией молекул газа. Этот слой высотой до 1300 км также оберегает все живое от вредного воздействия космической радиации, влияет на отражение и поглощение радиоволн. Далее до 10 000 км простирается экзосфера, где плотность воздуха с увеличением высоты убывает, приближаясь к разреженности вещества в максимальном пространстве. Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ.

Параметры, характеризующие атмосферу (температура, давление, химический состав и др.), изменяются, прежде всего, с высотой относительно уровня моря, а характеризующие нижние слои зависят и от географической широты. Давление, так же как и плотность газов атмосферы, связаны с изменением сил гравитации по мере удаления от поверхности планеты, а температура зависит от того, как взаимодействует излучение Солнца с разными газами в различных слоях атмосферы, а именно - как эти газы поглощают излучения разных длин волн. При этом все же большая часть излучения Солнца, имеющая длины волн вблизи максимума спектра, не поглощается атмосферой и доходит до поверхности Земли, согревая ее.

Поскольку атмосфера является наружной оболочкой Земли, она «разграничивает» планету и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучений и сглаживая резкие колебания температуры в биосфере. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а также местообитанием многих насекомых, птиц и млекопитающих.

Первичный состав атмосферы Земли определили газообразные продукты химических реакций, происходивших в первичном веществе под действием высоких давлений и температур; при этом в земной атмосфере оказалось так много паров воды, что большая их часть сконденсировалась, образовав первичный океан. Эти процессы продолжаются на Земле и сейчас, хотя уже совсем не так интенсивно, как в начале эволюции. И ныне обновляется земная кора, а вулканы выбрасывают разнообразные газы, присутствие которых в современной атмосфере незаметно.

3.2 Гидросфера

Гидросфера (от греч. hydor - вода, sphaira - шар) - жидкая оболочка планеты. Как особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь воды, находящиеся на поверхности планеты - материковые и океанические. Человек, являясь сухопутным обитателем, воспринимает Землю, прежде всего как сушу, однако при рассмотрении из космоса наша планета представляется планетой воды ибо более 3/4 ее занимают водные поверхности океанов, морей, континентальных водоемов и ледников, причем 3/4 - это нижний предел величины, т.к. площадь, покрываемая гидросферой, существенно меняется.

Понятие «гидросфера» включает все свободные воды Земли, которые не связаны химически и физически с минералами земной коры, т.е. могут двигаться под действием гравитационной силы либо теплоты. Гидросфера состоит из всех океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников, снежного покрова, включает атмосферную и почвенную влагу, а также биологическую воду (например, в организме человека содержится около 70% воды). Если условно воду всей гидросферы равномерно распределить по поверхности планеты, то она покроет ее слоем толщиной около 3000 м. Если земной шар уподобить яйцу, то земная кора будет соответствовать скорлупе, а гидросфера - тончайшей, менее микрона толщиной, пленке на ее поверхности. Тончайшая в масштабах нашей планеты пленка воды на ее поверхности оказывает стабилизирующее воздействие на условия среды, прилегающей к поверхности, в которой развивалась и существует биосфера.

Далеко не вся поступающая из недр Земли вода остается в составе гидросферы. Одна часть воды затрачивается на серпентинизацию вновь образующихся порций океанической коры, а другая вместе с осадочными толщами, накопившимися на ложе океана, погружается снова в недра Земли в зонах субдукции. В наши дни общий баланс прихода и расхода воды на Земле за счет геологического круговорота остается положительным и масса гидросферы непрерывно возрастает.

3.3 Литосфера

Литосфера (от греч. lithos - камень, sphaira - шар) - верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли.

Характерная особенность верхней мантии - ее расслоенность, установленная геофизическими методами исследований. На глубине около 100 км под материками и 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится астеносфера (от греч. asthenes - слабый, sphaira - шар). В данном слое установлено резкое снижение скорости распространения упругих колебаний, что объясняют размягченностью вещества в нем. Предполагают, что вещество там находится в твердожидком состоянии; твердые гранулы окружены пленкой расплава. Выше астеносферы породы мантии находятся в твердом состоянии. Ниже астеносферы располагается слой, в котором плотность вещества возрастает, что увеличивает скорость распространения сейсмических волн. Слой назван в честь русского ученого Б.Б. Голицына, впервые указавшего на его существование. Предполагается, что он состоит из сверхплотных разновидностей кремнезема и силикатов. Верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая под влиянием механического и химического воздействий погодно-климатических факторов, растений и животных, выделяется в отдельный слой, называемый корой выветривания.

Литосфера разбита на блоки - литосферные плиты, которые двигаются по относительно пластичной астеносфере. Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами. Для обозначения внешней оболочки литосферы применялся ныне устаревший термин cиаль , происходящий от названия основных элементов горных пород Si (лат. Silicium - кремний) и Al (лат. Аluminium - алюминий). Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.

II . Антропогенное воздействие на среду.

1. Воздействие на биосферу.

Человек, как и любой другой организм, с момента возникновения на Земле влиял на биосферу. Выделяют следующие основные этапы воздействия человека на окружающую среду:

Влияние на биосферу как биологического вида;

Сверхинтенсивная охота без изменения экологических систем в целом (в период становления человечества);

Изменение экосистем через естественно идущие процессы: пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т. п.;

Усиление влияния путем распашки земель и вырубки лесов;

Глобальное изменение структурных компонентов наиболее крупных экосистем, биомов и биосферы в целом.

Последний этап начался примерно 250 лет назад. Источниками антропогенного воздействия на биосферу, а, следовательно, и загрязнения являются промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, сфера потребления и быта - любая деятельность современного человека.

Воздействие на биосферу современного человека происходит по следующим основным направлениям:

Изменение структуры земной поверхности (распашка земель, горнодобыча, вырубка лесов, осушение болот, создание искусственных водоемов и водотоков и т.п.);

Изменение химического состава природной среды, круговорота и баланса веществ (изъятие и переработка полезных ископаемых, размещение отходов производства в отвалах, на полигонах, в атмосферном воздухе, водных объектах);

Изменение энергетического (в частности, теплового) баланса в пределах, как отдельных регионов земного шара, так и на планетарном уровне;

Изменения в составе биоты (совокупности живых организмов) в результате истребления одних видов животных и растений, создания других видов (пород), перемещения их на новые места обитания (интродукция).

По состоянию на конец XX в. среди существующих источников воздействия выделяют:

главные источники антропогенного загрязнения воздуха: энергетику, транспорт, черную и цветную металлургию, химию и нефтехимию;

основные загрязнители гидросферы: предприятия целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой и легкой промышленности. В последнее время значительно увеличилась доля загрязнений, поступающих в водоемы от индустриального сельского хозяйства;

основная масса промышленных твердых и жидких отходов образуется на предприятиях горнодобычи и горнопереработки, энергетики, металлургической и химической отраслей промышленности.

2. Воздействие на атмосферу.

Проблема чистоты атмосферы не нова. Она возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. Загрязнение атмосферы имеет естественное и искусственное происхождение.

Среди естественных факторов выделяются:

а) внеземное загрязнение воздуха космической пылью и космическим излучением;

б) земное загрязнение атмосферы при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, возникающих от ударов молний, выносе морских солей.

Условно разделяют естественное загрязнение атмосферы на континентальное и морское, а также неорганическое и органическое. К источникам органического загрязнения относят аэропланктон бактерии, в том числе болезнетворные, споры грибов, пыльцу растений (включая и ядовитую пыльцу амброзии) и т. д.

На долю естественных факторов в конце XX в. приходилось 75% общего загрязнения атмосферы, остальные 25% возникали в результате деятельности человека.

Искусственное загрязнение атмосферы разделяют на радиоактивное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологических процессов.

Главными и наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются промышленные транспортные и бытовые выбросы. По особенностям строения и характеру влияния на атмосферу загрязнители, как правило, подразделяют на механические и химические.

Воздух как природный ресурс представляет собой общечеловеческое достояние. Постоянство его состава (чистота) - важнейшее условие существования человечества. Поэтому любые изменения состава рассматриваются как загрязнение атмосферы. Основными ингредиентами загрязнения атмосферы являются оксиды углерода (С), азота (N) и серы (S), углеводороды и взвешенные частицы (пыль).

Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов или аэрозолей, могут:

Оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные аэрозоли);

Физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в лито- и гидросферу;

Включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и пр.);

Изменять свое агрегатное состояние (конденсироваться, испаряться, кристаллизоваться и т. п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха, после чего пойти одним из вышеуказанных путей;

Находиться в атмосфере относительно длительное время, переносясь циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в разные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их физической или химической трансформации (например, фреоны).

В результате антропогенного воздействия на атмосферу возникают:

Локальная или региональная загазованность приземного слоя;

Трансграничный перенос загрязнений на значительные расстояния;

Различные глобальные (общепланетарные) эффекты, такие, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя;

Загрязнение лито- и гидросферы как результат процессов естественного самоочищения атмосферы.

3. Воздействие на гидросферу.

Вода, как и воздух, является количественно неисчерпаемым природным ресурсом, но человеку и всему живому в биосфере нужна не просто вода как вещество с формулой Н 2 0, а вода определенного качества, т.е. имеющая определенные прозрачность, температуру, сопутствующие примеси и т. п. Вода является главным фактором, определяющим климат на поверхности Земли.

Главная роль воды состоит в том, что она является средой и источником водорода для жизненных процессов. Практически все органические вещества биосферы представляют собой продукт фотосинтеза, при котором растения используют световую энергию для соединения двуокиси углерода с водой. Без воды, как известно, фотосинтез (процесс, которому обязана вся жизнь нашей планеты) не может происходить. Вода - единственный источник кислорода, выделяемый в атмосферу при фотосинтезе. Вода необходима для биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих возможность жизни на Земле. Образно говоря, в капле воды заключена жизнь

Гидросфера - это естественный фильтр-аккумулятор загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду, что связано с циклом глобального круговорота воды и с ее универсальной способностью к растворению газов и минеральных веществ.

Статистика показывает, что 80% всех заболеваний в мире вызвано неудовлетворительным качеством питьевой воды. По мере развития цивилизации человеку требовалось все больше и больше воды. Считается, что уровень потребления воды характеризует уровень технического и культурного развития общества. На питье и приготовление пищи человек затрачивает не более 10% потребляемой воды, а в среднем бытовое потребление в развитых странах составляет 220-320 л/сут. Среди отраслей экономики нашей страны первое место по потреблению воды занимает сельское хозяйство. Второе место отводится промышленности. Ни одно промышленное предприятие не может функционировать, не используя воду из природных источников. Третье место по водоемкости занимает коммунальное хозяйство городов. Значительный объем чистой воды затрачивается на разбавление, обеззараживание стоков и отбросов промышленности, сельского хозяйства, строительства, населенных пунктов и транспортных путей, т. е. на борьбу с загрязнением гидросферы.

Все перечисленное ведет к дефицитности воды и, как следствие, к планированию ее расхода не по крупности потребителей, а по необходимости удовлетворения первоочередных потребителей.

Разнообразие сточных вод принято подразделять на следующие виды:

технологические, возникающие в технологических процессах предварительной мойки, промежуточной или финишной промывки, а также при использовании воды в качестве технологического растворителя либо носителя;

хозяйственно-бытовые (или коммунальные), образующиеся в жилищно-бытовом секторе, а также в сфере общественного питания и санитарно-гигиенического обслуживания на предприятиях;

поверхностные, формирующиеся за счет дождевых и талых снеговых вод, а также воды при мокрой уборке территорий с искусственными покрытиями (асфальтированными, бетонными и т. п.).

Вода - хранитель и распределитель на нашей планете солнечной энергии, главный творец климата, ежедневной погоды, аккумулятор тепла и, что особенно важно, необходимейшее условие жизни на планете. И нет на Земле ничего, к чему надо было бы относиться с большим вниманием и осторожностью, чем к столь привычной для нас воде. По образному выражению академика А. Л. Карпинского, «вода - это живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не было».

4. Воздействие на литосферу.

Человек интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой оболочки Земли. Преимущественно это воздействие приходится на верхний плодородный слой литосферы - почву, благодаря которой человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания. Плодородные земли относятся к условно возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, т.е. формирования плодородного слоя, достаточного для сельскохозяйственного использования, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет. На нашей планете в качестве пашни обрабатывается около 10% суши. В начале нового тысячелетия человечество, вероятно, приблизится к полной реализации всех потенциальных земельных ресурсов.

Стремясь повысить урожаи выращиваемых культур, человек широко применяет удобрения, пестициды, строит оросительные и осушительные системы. При этом вносятся существенные антропогенные помехи в биогеохимические круговороты биогенных элементов. Основное условие формирования высоких урожаев -

наличие в почве питательных элементов в доступных формах и в должном соотношении. Основными биогенными элементами являются углерод, азот, фосфор, калий и т. д. Естественные биоценозы - это устойчивые саморегулирующиеся системы, тогда как агробиоценозы - это системы с разрушенными обратными связями, которые могут существовать только при целенаправленной регулирующей деятельности человека.

Интенсификация сельскохозяйственной деятельности человека и прежде всего химизация вызывают изменения в устоявшихся процессах превращения веществ и энергии в природе. Значительные потери веществ, например азота, происходят

в результате их улетучивания из почвы и вымывания. К началу нового тысячелетия, ожидаемые на планете потери азота, входящего в состав удобрений, составили более 40 млн. т/г. Обогащение биосферы азотом за счет удобрений опасно, т.к. это ведет к накоплению токсичных азотсодержащих органических соединений. Для земледелия особенно важен баланс фосфора в экологических системах.

Фосфор - важнейший биогенный элемент, и его дефицит резко снижает продуктивность растений. Фосфор не имеет естественных источников пополнения запаса в почве. Восполнение потерь возможно только путем внесения фосфорных и органических удобрений. В круговорот фосфора в биосфере вовлечены почва, вода и растения. При нарушении технологии использования удобрений их неблагоприятное воздействие на окружающую природную среду многосторонне сказывается на различных компонентах биосферы. При этом может происходить:

Нарушение круговорота и баланса питательных веществ, снижение плодородия почв;

Снижение урожаев сельскохозяйственных культур и качества продуктов;

Развитие грибковых и других заболеваний растений, рост сорняков из-за нарушения соотношения макро- и микроэлементов в почве;

Попадание питательных элементов удобрений и почвы со стоками в грунтовые воды, а далее в поверхностные водоемы, что вызывает их эвтрофикацию;

Проникновение в стратосферу оксидов азота, образующихся при денитрификации азотных соединений почвы и удобрений, способствует разрушению озонового слоя.

В результате интенсивного использования недр Земли облик планеты сильно изменился. В промышленно развитых районах сформировался антропогенный ландшафт ( ландшафт, преобразованный хозяйственной деятельностью человека, при этом связь природных компонентов изменена в такой степени, что на месте ранее существовавшего природного комплекса складывается новый, развитие которого контролируется человеком). Считается, что в настоящее время антропогенные ландшафты занимают около половины территории суши., значительно отличающийся от природного.

Это привело к существенному изменению (упрощению) биоценозов, свойственных таким районам.

Заключение

Из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может привести к необратимым процессам и поставить вопрос о возможности жизни на планете. Это связано с развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности человека без учета возможностей биосферы Земли. Уже сейчас перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, требующие незамедлительного решения. Последствия вмешательства человека во все сферы природы игнорировать больше нельзя. Без решительного поворота будущее человечества непредсказуемо.

«Природа не храм, а мастерская, и человек в ней работник...». Великий русский писатель И. Тургенев, обладающий удивительным даром видеть и чувствовать природу, вложил в эту фразу особый смысл. Он глядел в будущее. Можно только восхищаться прозорливостью великого писателя. Да, природа - мастерская, где создаются все блага, необходимые для существования человека. Она требует бережного отношения к своим богатствам, которые, как известно, отнюдь не беспредельны.

Список литературы

1. Анкудимова И.А., Лебедева М.И. Экология, учебное пособие – Тамбов: Издательство ТГТУ, 2002;

2. Воронков Н.А. Основы общей экологии Учебник для студентов высших учебных заведений – М.: Агар, 1999;

3. Маглыш С.С. Общая экология Учебное пособие / С.С. Маглыш – М12 Гродно: ГрГУ, 2001;

4. Николайкин Н.И. Экология Учебник для ВУЗов / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004;

5. Степановских а.С. Экология Учебник для ВУЗов. – М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001.

Задание № 2

На берегу озера площадью 5 км 2 и средней глубиной 2 м расположено промышленное предприятие, использующее воду озера для технических нужд и затем сбрасывающее загрязненную воду в озеро.

Сделать выводы о промышленном загрязнении водоемов и дать рекомендации по сохранению озера.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ (ВВ), сбрасываемых в озеро:

Мышьяк - 0.006 мг/л

Ртуть – 0.005 мг/л

Свинец – 0.05 мг/л

1. Вычислим объем сточной воды, поступающей в озеро за 1 месяц, 1 год. Считаем сколько секунд в месяце (допустим в месяце 30 дней): 60 . 60 . 24 . 30 = 2 592 000 (сек). Следовательно, за 30-дневный месяц в озеро поступает 2 592 000 сек . 20 л/сек = 51 840 000 л сточной воды. За год (365 дней) это число составит: (60 . 60 . 24 . 365) сек . 20 л/сек = 630 720 000 л сточной воды.

2. Определим количество вредных веществ (ВВ), поступающих в озеро со сточной водой, пользуясь данными из таблицы исходных данных.

За месяц (30 дней):

Мышьяк (As) – 0,22 мг/л . 51 840 000 л = 11 404 800 мг

Ртуть (Hg) – 0,095 . 51 840 000 л = 4 924 800 мг

Свинец (Pb) – 0,71 мг/л . 51 840 000 л = 36 806 400 мг

За год (365 дней):

Мышьяк (As) – 0,22 мг/л. 630 720 000 л = 138 578 400 мг

Ртуть (Hg) – 0,095 . 630 720 000 л = 59 918 400 мг

Свинец (Pb) – 0,71 мг/л. 630 720 000 л = 447 811 200 мг

3. Вычислим фактическое загрязнение воды в озере каждым вредным веществом. Для этого вычислим объем воды в озере: V = 5 км 2 . 2 м = 5 000 000 м 2 . 2 м = 10 000 000 м 3 = 10 000 000 л.

Считаем фактическое загрязнение воды (С i) в озере по формуле:

С i = кол-во ВВ в озере / объем воды в озере (мг/л)

За месяц:

С As = 11 404 800 мг / 10 000 000 л = 0,00114048 мг/л;

С Hg = 4 924 800 мг / 10 000 000 л = 0,00049248 мг/л;

С Pb = 36 806 400 мг / 10 000 000 л = 0,00368064 мг/л.

С As = 138 758 400 / 10 000 000 л = 0,01387584 мг/л;

С Hg = 59 918 400 / 10 000 000 л = 0,00599184 мг/л;

С Pb = 447 811 200 / 10 000 000 л = 0,04478112 мг/л.

4. Определим общее загрязнение озера предприятия по формуле

С = С 1 /ПДК 1 + С 2 /ПДК 2 + С 3 /ПДК 3 = ∑С i /ПДК i ,

Где С i – фактическое загрязнение воды ВВ, ПДК i – ПДК этого ВВ.

За месяц:

С = 0,00114048 мг/л / 0,006 мг/л + 0,00049248 мг/л / 0,005 мг/л + 0,00368064 мг/л / 0,05 мг/л = 0,19008+0,098496 + 0,0736128 = 0,3621888;

С = 0,01387584 мг/л / 0,006 мг/л + 0,00599184 мг/л / 0,005 мг/л + 0,04478112 мг/л / 0,05 мг/л = 2,31264 + 1,198368 + 0,8956224 = 4,4066304.

Таким образом, через месяц озеро не «пострадает» от выброса предприятием вредных веществ, т.к. концентрация их не превышает допустимое значение, а через год без принятия каких-либо профилактических мер данное промышленное предприятие загрязнит озеро вредными веществами так, что фактическая концентрация каждого из загрязнителей будет превышать его предельно допустимую концентрацию.

· Снизить потребление чистой воды (создать замкнутые схемы промышленного водопотребления);

· Сократить сброс сточных вод по объему и количеству загрязняющих веществ в водоемы;

· Установить на территории предприятия очистные сооружения с установками для механической, физико-химической и биологической очистки.

Потребности человечества в водных ресурсах постоянно растут, это связанно как с ростом населения, так и с развитием науки и техники. Сейчас, к сожалению, защитные механизмы гидросферы уже не могут остановить сокрушительные по мощности негативные воздействия человечества, поэтому назрела острая необходимость в новых подходах во взаимодействии человека и водной среды, направленных на сохранение равновесия биосферы. В первую очередь такие подходы должны затронуть проблемы загрязнения и истощения поверхностных и подземных вод.

Загрязнение

По отношению к объектам гидросферы загрязнение - это снижение биологической функциональности и экологической значимости из-за поступления вредных веществ в гидросферу. Результатами загрязнения водных объектов становятся изменения качества воды (ухудшение вкуса, цвета, прозрачности), увеличение концентрации токсичных веществ (тяжелых металлов, активных радикалов), уменьшение концентрации кислорода в воде и т.д.

Россия имеет самые большие запасы пресной воды, приходящиеся на одного человека, но из-за загрязнений более половины источников, озер и рек стали непригодными в качестве источников водоснабжения. Кроме того, на территории России находится уникальная биосистема - озеро Байкал. Однако промышленные выбросы и стоки предприятий, расположенных поблизости (целлюлозное производство и выплавка алюминия требуют значительного потребления воды для охлаждения оборудования и технологических процессов), наносят Байкалу значительный вред - в воду попадают нефтепродукты, нитраты, хлориды и другие загрязнители. Только большой объем озера и способность к самоочищению спасают озеро от полной деградации. В целях сохранения уникальности и ценности озера Байкал в декабре 2013 г. была прекращена производственная деятельность Байкальского целлюлозного-бумажного комбината.

В зависимости от природы загрязнения выделяют следующие загрязнители:

химические - кислоты, щелочи, поверхностно-активные вещества (ПАВ), фенолы, фураны и др. Возможно разделение по типам (органические или неорганические) и воздействию на организмы (токсичные или нетоксичные). Обычно с течением времени подобные загрязнители сорбируются, связываются в нерастворимые безопасные соединения, окисляются и восстанавливаются, но чаще всего полностью ликвидировать все последствия не удается;
биологические - вирусы, бактерии, ранее не существовавшие в дайной системе виды. Этот вид загрязнения носит временный характер;
физические - твердые взвешенные частицы и более крупные отходы (в этом случае говорят о засорении ), песок, глина, ил, радионуклиды. Радиоактивное загрязнение крайне опасно из-за больших периодов полураспада радиоактивных частиц и неспособности экосистем к самоочищению от этого типа загрязнений.

Также можно выделить тепловое загрязнение, возникающее из-за сбросов воды, используемой для охлаждения механизмов (АЭС, заводы черной и цветной металлургии). Рост температуры приводит к размножению бактерий и микроорганизмов, изменению газового состава вод, поглощению сероводорода из воздуха.

Механизмы загрязнения поверхностных вод различны. К основным из них относят:

сброс в водоемы неочищенных сточных вод (коммунальных, промышленных, бытовых и дренажных). Пути уменьшения сбросов - установка фильтров и очистных сооружений, а также замыкание цикла водо- потребления. Коммунальные стоки поступают из жилых и общественных зданий, в них преобладают органические загрязнители и микроорганизмы, которые могут спровоцировать вспышку эпидемии;
смыв дождями удобрений и ядохимикатов в водоемы. Удобрения, применяемые в сельском хозяйстве, более чем наполовину смываются осадками в реки и озера. В их состав входят пестициды, нитраты, фосфор, калий, остатки селитр, аммоний, азот и др.;
осаждение газодымовых выбросов. Твердые несгоревшие частицы, зола, пыль, аэрозоли осаждаются на водную поверхность и территории водосбросных бассейнов. Такие загрязнения наиболее опасны в индустриально развитых областях, вблизи ТЭС и т.д.;
нефтяное загрязнение. Аварии нефтеналивных танкеров, нефтепромыслов в прибрежных зонах, на буровых платформах, сбросы балластных вод с судов приводят к загрязнениям, имеющим тяжелые последствия для биосферы. Нефтяная пленка закрывает доступ света и кислорода в воду, в результате гибнут водоросли и планктон, что, в свою очередь, приводит к гибели питающихся ими консументов. Кроме того, гибнут морские птицы, так как нефть и нефтепродукты осаживаются на перьях, из-за чего птицы больше не могут плавать и летать.

Процент сброса загрязненных вод от их общего объема в поверхностные водоемы России по отраслям экономики показан ниже.

П ром ышл енность..................................................................................................................................24,1

В том числе:

электроэнергетика...........................................................................................................................4,4

черная металлургия.......................................................................................................................71,5

цветная металлургия.....................................................................................................................56,5

химическая и нефтехимическая................................................................................................82,1

машиностроение и металлообработка....................................................................................42,9

деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная.............................................................87,3

строительных материалов...........................................................................................................65,5

Сельское хозяйство..............................................................................................................................31,0

Транспорт................................................................................................................................................65,1

Жилищно-коммунальное хозяйство..............................................................................................91,1

Прочие отрасли экономики...............................................................................................................66,9

Кроме поверхностных происходит загрязнение и подземных (грунтовых) вод, наиболее явно проявляющееся в промышленных районах. Источники загрязнения разнообразны - просачивание сточных вод из временных хранилищ и отстойников, через неисправные скважины и трубопроводы. Важно, что загрязнение распространяется на большой площади. Это создает опасность для питьевого водоснабжения расположенных рядом населенных пунктов. Необходимо отметить тот факт, что загрязнение грунтовых вод сразу же сказывается на состоянии атмосферы, почвы и гидросферы.

Антропогенные воздействия на гидросферу .

Из-за загрязнения или засорения около 70% рек и озер России утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения. В результате около половины населения потребляют загрязненную недоброкачественную воду.

Наиболее часто встречаются химическое и бактериальное загрязнения, реже радиоактивное, механическое и тепловое.

Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи).

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

Радиоактивное загрязнение воды весьма опасно даже при очень малых концентрациях радиоактивных веществ. Наиболее вредны «долгоживущие» и подвижные в воде радиоактивные элементы (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Они попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании радиоактивных отходов, захоронении их на дне и др., в подземные же воды - в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод (показатели, которые нормируются по интенсивности восприятия человека).

Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение (а точнее засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах.

К основным источникам загрязнения поверхностных вод относятся : 1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод; 2) смыв ядохимикатов ливневыми осадками; 3) газодымовые выбросы; 4) утечки нефти и нефтепродуктов.

Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод - промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др.

Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы фенолами, нефтепродуктами, сульфатами, фторидами, цианидами, тяжелыми металлами.

Огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смываются с сельскохозяйственных территорий, включая животноводческие комплексы. В них высока концентрация органических веществ, биогенов и других загрязнителей.

Опасны газодымовые соединения (аэрозоли, пыль и т.д.), оседающие из атмосферы на поверхность водосборных бассейнов и непосредственно на воду.

Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняет морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод и т.д.

Источники загрязнения подземных вод . Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников, неисправных скважин, через поглощающие скважины, карстовые воронки и т.д.

Загрязнения подземных вод распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20-30 км и более от источника загрязнения.

Некоторый последствия загрязнения гидросферы

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

Под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается снижение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других негативных процессов.

Процесс эвтрофирования (цветения) водоемов – это повышение уровня первичной продукции вод, благодаря увеличению в них концентраций биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. Различают естественное и антропогенное эвтрофирование . Естественное эвтрофирование длится тысячелетиями, антропогенное наступает гораздо быстрее, особенно в водоемах с замедленным стоком – озерах, водохранилищах, прудах, в прибрежной зоне морей. Поступление биогенных элементов происходит в результате смывания с полей удобрений, а также с промышленными и коммунальными стоками. Биогенные элементы поступают и с атмосферными осадками, из почв (в результате их эрозии, распашки, сведения лесов). Основным эвтрофирующим элементом для морских водоемов служит азот, для пресноводных – фосфор (иногда азот). Эвтрофирование водоемов способствует ухудшению качества воды. При эвтрофировании возникает «цветение» воды – массовое развитие микроводорослей, чаще всего сине-зеленых водорослей. В результате «цветения» уменьшаются прозрачность воды и содержание кислорода в ней. Высокая степень эвтрофирования приводит к заморам рыб и других гидробионтов. Эвтрофирование обратимо. Наиболее радикальные меры борьбы с эвторофированием водоемов: преграждение доступа биогенных элементов в водоем и очистка стоков, агротехнические и лесохозяйственные мероприятия, уменьшающие вынос биогенных элементов с площади водосбора. Для увеличения содержания растворенного кислорода водоемы аэрируют (осуществляют поступление воздуха) искусственным путем.

В последнее время резко возросли скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м 3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые, аккумулируясь гидробионтами, по трофической цепи приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных - морских птиц. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты (исторически сложившейся совокупности живых организмов, объединенных общей областью распространения) и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий и др.

На здоровье человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления по длинным пищевым цепям типа: вода - планктон - рыбы - человек или вода - почва - растения - животные - человек и др. В современных условиях увеличивается опасность таких эпидемических заболеваний, как холера, брюшной тиф, дизентерия и др., вызванных бактериальным загрязнением воды.

Истощение вод

Истощение вод - недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся экологические связи в системе человек - биосфера.

Интенсивная эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводит к изменению взаимосвязи поверхностных и подземных вод, значительному ухудшению речного стока, прекращению деятельности родников, ручьев и небольших рек. Кроме того, в связи со значительным снижением уровней подземных вод наблюдаются и другие негативные изменения экологической обстановки: осушаются заболоченные территории, иссушаются леса, гибнет растительность и др.

Серьезнейшая экологическая проблема - восстановление водности и чистоты малых рек (т.е. рек длиной не более 100 км) самого уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение.

К другим видам воздействия человека на гидросферу относится создание крупных водохранилищ , которые коренным образом преобразуют природную среду на прилегающих территориях.

Создание водохранилищ путем перегораживания русла водотоков плотинами опасно серьезными негативными последствиями для большинства гидробионтов. Из-за того, что многие нерестилища рыб оказываются отрезанными плотинами, резко ухудшается или прекращается естественное воспроизводство многих лососевых, осетровых и других проходных рыб.

Антропогенное воздействие налитосферу

Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию.

Экологическая функция литосферы выражается в том, что она является базовой подсистемой биосферы: вся континентальная и почти вся морская биота опирается на земную кору. Рассмотрим техногенные изменения следующих основных составляющих литосферы: 1) почв; 2) горных пород и их массивов; 3) недр.

Деградация почвы - это постепенное ухудшение ее свойств, которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия (свойства почвы обеспечивать потребности растений в питательных веществах и воде). Почву называют «мостом между живой и неживой природой». Она - биологический адсорбент и нейтрализатор загрязнений.

К деградации почв (земель) приводит эрозия, загрязнение, вторичное засоление, заболачивание, опустынивание.

Эрозия почв (от лат. erosio - разъедание) - разрушение и снос верхних, наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия).

По аналогии выделяют также промышленную эрозию (разрушение почв при строительстве и при разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной выпасе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др. Однако бичом земледелия у нас в стране и в мире остаются водная эрозия (ей подвержен 31% суши).

Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты.

В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления , и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах.

Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах. Заболачивание ухудшает свойства почв и снижает производительность лесов.

Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание - это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности.

Если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание - это его смерть.

Воздействия на горные породы и их массивы

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относят: статические и динамические нагрузки, тепловые, электрические и другие воздействия.

Статические нагрузки - наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений образуется зона активного изменения горных пород примерно на глубине 70-100 м.

Динамические нагрузки - вибрации, удары, толчки и другие динамические нагрузки, типичные при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов и т.д.

Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве дорог, гидротехнических плотин, добыче полезных ископаемых и т.д. Очень часто взрывы сопровождаются нарушением природного равновесия - возникают оползни, обвалы и т.п.

Тепловое воздействие - повышение температуры горных пород, наблюдающееся при подземной газификации углей, в основании доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев температура пород повышается до 40-50°С, а иногда и до 100 °С и более (в основании доменных печей). В зоне подземной газификации углей при температуре 1000-1600°С породы спекаются, «каменеют», теряют свои первоначальные свойства.

Электрическое воздействие . Создаваемое в горных породах искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП и др.), порождает блуждающие токи и поля. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое «загрязнение» окружающей природной среды.

Массивы горных пород в ходе инженерно-хозяйственного освоения подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные геологические процессы, как оползни (скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки), карст (геологическое явление, связанное с растворением водой таких горных пород, как известняков, гипса, каменной соли, с образованием при этом подземных пустот, пещер и сопровождаемое провалами земной поверхности), подтопление (повышение уровня грунтовых вод до критических величин), просадки и др. Особенно легко всевозможным нарушениям подвержены массивы вечномерзлых пород, так как они весьма чувствительны к любому антропогенному воздействию. Все эти процессы, если они вызваны деятельностью человека и нарушают природное равновесие, называют ущербообразующими , т. е. наносящими экологический и экономический ущерб окружающей природной среде.

Воздействия на недра

Недра - верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых.

Основное природное богатство недр - минерально-сырьевые ресурсы , т.е. совокупность полезных ископаемых, заключенных в них. Добыча (извлечение) полезных ископаемых с целью их переработки - главная цель пользования недрами. Недра - источник не только минеральных ресурсов, но и энергетических запасов (геотермальная энергия). Недра являются не только источником полезных ископаемых или резервуара для захоронения отходов, но и частью среды обитания человека в связи со строительством метрополитенов, подземных городов, объектов гражданской обороны и т.д.

Экологическое состояние недр определяется характером воздействия на них горнодобывающей, строительной и иной деятельности. В современный период масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны.

Недра нуждаются в постоянной экологической защите, в первую очередь от истощения запасов сырья, а также от загрязнения их вредными отходами, сточными водами и т.д. Разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом (рис.).

Рисунок. Экологические последствия разработки недр

Нет в мире другой отрасли хозяйства, которую можно было бы сравнить с горнодобывающей промышленностью по силе негативного воздействия на природные экосистемы, исключая разве что природные и техногенные катастрофы, подобно аварии на Чернобыльской АЭС.