Доля гидросферы в общей массе земли составляет. Распределение воды в гидросфере

Вопрос 1. Что такое гидросфера?

Вопрос 2. Что такое Мировой океан?

Мировой океан - основная часть гидросферы, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова, и отличающаяся общностью солевого состава. Мировой океан покрывает почти 70 % земной поверхности.

Вопрос 3. Могут ли отдельные части гидросферы существовать независимо друг от друга?

Гидросфера образована всеми видами природных вод независимо от их состояния: жидкого, твёрдого и газообразного. Все они взаимосвязаны кругооборотом воды.

Вопрос 4. Что такое гидросфера?

Гидросфера - водная оболочка Земли. Совокупность вод морей, океанов, континентальных водоёмов, рек, подземных источников, болот и ледяных покровов Земли.

Вопрос 5. Перечислите составные части гидросферы.

Гидросфера образована всеми видами природных вод независимо от их состояния: жидкого, твёрдого и газообразного.

Вопрос 6. Какую часть гидросферы составляют воды Мирового океана?

Большая часть воды сосредоточена в Мировом океане. 97% всех вод планеты составляют солёные воды морей и океанов.

Вопрос 7. Каковы свойства гидросферы?

Гидросфера объединяет все виды природных вод. Отдельные части гидросферы связаны в единую оболочку процессом круговорота воды.

Вопрос 8. Как влияет гидросфера на жизнь нашей планеты?

Вода - основа жизни на нашей планете. Роль воды в жизни нашей планеты, отдельных компонентов природы, каждого живого существа огромна. Она входит в состав всех организмов. Богатство и разнообразие природы напрямую зависит от наличия воды.

Вопрос 9. Приведите доводы в пользу утверждения: «Гидросфера образует сплошную оболочку Земли».

Отдельные части гидросферы связаны в единую оболочку процессом круговорота воды. Основными его элементами являются испарение воды, перенос водяного пара ветром, выпадение осадков, сток воды по руслам рек, подземный сток.

Вопрос 10. Почему воду называют основой жизни на Земле?

Она входит в состав всех организмов. Клеточный сок – цитоплазма – это водный раствор различных солей. Из клеток состоят абсолютно все организмы планеты. А значит, вода - это основа жизни.

Вопрос 11. Используя иллюстрации учебника, докажите, что все части гидросферы связаны круговоротом воды.

С поверхности водоёмов испаряется вода. Солёные воды Мирового океана, как и пресные воды рек и озёр, превращаются в водяной пар, который, концентрируясь, образует облака. Кстати, испаряется только вода. Содержащиеся в морской воде соли так и остаются в океане. Поэтому водяной пар и облака состоят из пресной воды. Облака переносятся ветрами на сотни и тысячи километров. Рано или поздно из них выпадают осадки в виде дождя или снега. Часть выпавших осадков просачивается в почву и становится частью подземных вод, а другая часть стекает в реки. Талые воды, образующиеся при таянии снега или горных ледников, также частично просачиваются и поступают в состав подземных вод, а частично попадают в реки. Реки возвращают воду в озёра, моря и океаны.

Гидросферой называют водную оболочку Земли. Это совокупность океанов, морей, озер, прудов, болот и подземных вод. Гидросфера - самая тонкая оболочка нашей планеты, она составляет лишь 10 3% об щей массы планеты.

Сельское хозяйство является основным потребителем пресной воды. Вода идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов. Так, необходимо воды для выращивания: 1 т пшеницы - 1500 т. 1 т риса- 7000 т. 1 т хлопка - 10 000 т. Вода необходима практически всем отраслям промышленно сти. Так, требуется воды на роизводство: п 1 т чугуна - 50- 150 т. 1 т пластмасс - 500- 1000 т. 1 т цемента - 4500 т. 1 т бумаги - 100 000 т. На электростанциях мощностью 300 тыс. к. Вт расход воды со ставляет 300 млн. т/год.

Расчеты показывают, что количество пресной воды составляет всего 2, 5% всей воды на планете; 85% - морская вода, содержащая до 35 г/л солей. Запасы пресной воды распределены крайне неравномер но: 2, 2% - 7 льды; 22, 4% - грунтовые воды; 0, 35% - атмосфера; 5, 05% - устойчивый сток рек и вода озер. На долю воды, кото рую ы можем м использовать, приходится всего 10 2% всей пре сной воды на Земле.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОДЫ Вода принимает активное участие в физиологических процессах организма. Суточный баланс воды у человека в организме составляет около 2, 5 л. Количество потребляемой воды подвержено значительным колебаниям в зависимости от климатических условий, микроклимата и интенсивнос ти выполняемой работы. Потеря воды в количестве 10% от массы тела приводит к нарушению обмена веществ, потеря 15 20% смертельна при температуре воздуха 30°С, а потеря 25% абсолютно смертельна. Гигиеническое значение воды велико. Она используется для поддержания в надлежащем санитарном состоянии тела человека, предметов обихода, жилища и пр. , оказывает благоприятное влияние на климатические условия, условия отдыха населения, на уровень культуры и быта.

Сегодня в России потребление воды достигает 350 л на одного человека в сутки. Это в 2 3 раза больше, чем в европейских странах: Москва - 400 Лондон - 170 С. Петербург - 500 Париж - 130 Берлин - 250 Брюссель - 85

Оценка состояния поверхностных вод имеет два аспекта: количественный и качественный. И тот и другой аспекты составляют одно из важнейших условий существования живых существ, в том числе и человека. Оценка качества поверхностных вод относительно хорошо разработана и базируется на законодательных, нормативных и директивных документах. Основополагающим законом в данной области является Водный кодекс РФ (от 16. 11. 1995 N 167 ФЗ (С ИЗМЕНЕНИЯМИ НА 30 ДЕКАБРЯ 2001 ГОДА). ФЗ "О санитарно эпидемиологическом благополучии населения“ от 30. 03. 1999 N 52 ФЗ ст. 18 определяет объектам. санитарно эпидемиологические требования к водным

К нормативным и директивным документам относятся: постановление Правительства РФ от 19 декабря 1996 г. № 1504 "О порядке и утверждении нормативов предельно допустимых вредных воздействий ПДВВ на водные объекты"; Методические указания по разработке нормативов ПДС вредных веществ в поверхностные водные объекты, утвержденные приказом Минприроды России 17 декабря 1998 г. ; Методические указания по разработке нормативов ПДВВ на поверхностные водные объекты, утвержденные Минприроды России, Госкомэкологии России 26 февраля 1999 г. , Методические указания по разработке нормативов ПДВВ на подземные водные объекты и ПДС вредных веществ в подземные водные объекты, утвержденные Минприроды России 29 декабря 1998 г. ;

Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения (1988 г.), а также существующие стандарты. Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 1074 01 " Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» . ГН 2. 1. 5. 1315 03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно питьевого и культурно бытового водопользования. ГН 2. 1. 5. 2307 07 Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно питьевого и культурно бытового водопользования.

В качестве критериев оценки ресурсов поверхностных вод рекомендуются два наиболее емких показателя: величина поверхностного (речного) стока или изменение его режима применительно к определенному бассейну и величина объема единовременного отбора воды. Эти критерии с ранжированием по классам состояния приведены в табл.

Наиболее распространенным и существенным фактором, обуславливающим дефицит водных ресурсов является загрязнение водных источников, о котором обычно судят по данным наблюдений служб мониторинга Росгидромета и других ведомств, контролирующих состояние водной среды. Каждый водный объект обладает присущим ему природным гидрохимическим качеством, являющимся его исходным свойством, которое формируется под влиянием гидрологических и гидрохимических процессов, протекающих в водоеме, а также в зависимости от интенсивности его внешнего загрязнения. Совокупное воздействие этих процессов способно как нейтрализовать вредные последствия попадания в водоемы антропогенных загрязнений (самоочищение водоемов), так и привести к стойкому ухудшению качества водных ресурсов (загрязнение, засорение, истощение).

Основным критерием загрязнения воды являются ПДК, среди которых различают санитарно гигиенические (нормируют по влиянию на организм человека), и рыбохозяйственные, разработанные для защиты гидробионтов (живых существ водных объектов). Последние, как правило, строже, так как обитатели водоемов обычно более чувствительны к загрязнению, чем человек. Соответственно водоемы подразделяются на две категории: 1) питьевого и культурно бытового назначения; 2) рыбохозяйственного назначения. В водных объектах первого типа состав и свойства воды должны соответствовать нормам в створах, расположенных на расстоянии 1 км от ближайшего пункта водопользования.

Виды водопользования на водных объектах определяются органами Министерства природных ресурсов РФ и Государственного комитета РФ по охране окружающей среды и подлежат утверждению органами местного самоуправления субъектов РФ. К хозяйственно питьевому водопользованию относится использование водных объектов или их участков в качестве источников хозяйственно питьевого водоснабжения, а также для снабжения предприятий пищевой промышленности. В соответствии с Санитарными правилами и нормами Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 1074 01, питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства. К культурно бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. Требования к качеству воды, установленные для культурно бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от вида их использования объектами для обитания, размножения и миграции рыб и других водных организмов.

Рыбохозяйственные водные объекты могут относиться к одной из трех категорий: к высшей категории относят места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого типа для разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений; к первой категории относят водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода; ко второй категории относят водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

Предельно допустимая концентрация вещества в воде устанавливается: для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) с учетом трех показателей вредности: органолептического; общесанитарного; санитарно токсикологического. для рыбохозяйственного водопользования (ПДКвр) с учетом пяти показателей вредности: органолептического; санитарно токсикологического; рыбохозяйственного.

Органолептический показатель вредности характеризует способность вещества изменять органолептические свойства воды. Общесанитарный определяет влияние вещества на процессы естественного самоочищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием естественной микрофлоры. Санитарно токсикологический показатель характеризует вредное воздействие на организм человека, а токсикологический показывает токсичность вещества для живых организмов, населяющих водный объект. Рыбохозяйственный показатель вредности определяет порчу качеств промысловых рыб.

Нормирование качества воды состоит в установлении для воды водного объекта совокупности допустимых значений показателей ее состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения, благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта. Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно питьевого и культурно бытового водопользования (ПДКв) это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования. Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

Методы комплексной оценки загрязненности поверхностных вод. А. Методы, позволяющие оценивать качество воды по совокупности гидрохимических, гидрофизических, гидробиологических, микробиологических показателей.

Критерии качества воды. Качество воды – характеристика свойств и состава воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования. Критерий качества воды – признак, по которому оценивается качество воды. В зависимости от прозрачности воды, содержания в ней кислорода, нитратов, аммиака определяют 4 класса воды: I – чистая питьевая вода; II – чистая техническая вода; III – умеренно загрязненная вода для водопоя скота, пригодная для промышленных нужд; IV – недопустимо загрязненная вода.

Б. Методы, основанные на использовании обобщенных числовых характеристик качества воды, определяемых по ряду основных показателей и видам водоиcпользования. Такими характеристиками являются индексы качества воды, коэффициенты ее загрязненности. К категории наиболее часто используемых показателей для оценки качества водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения воды ИЗВ и гидробиологический индекс сапробности S. Индекс загрязнения воды (ИЗВ), как правило, рассчитывают по шести семи показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель р. Н, биологическое потребление кислорода БПК 5) является обязательной. Ci концентрация компонента (в ряде случаев значение параметра); N число показателей, используемых для расчета индекса; ПДКi установленная величина для соответствующего типа водного объекта.

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 1. 2). Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени, и так далее). Таблица 1. 2. Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды

Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности водных объектов, который рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне): Si значение сапробности гидробионта, которое задается специальными таблицами; hi относительная встречаемость индикаторных организмов (в поле зрения микроскопа); N число выбранных индикаторных организмов.

Сапробность водоема (от греч. Sapros – гнилой) характеристика степени загрязненности водоема органическими веществами. Сапробность водоема устанавливается по видовому составу обитающих в нем организмов сапробионтов. Различают олигосапробные, мезосапробные и полисапробные водоемы. Индекс сапробности численное выражение способности сообщества гидробионтов выдерживать определенный уровень органического загрязнения. Таблица 1. 3. Классы качества вод в зависимости от индексов сапробности

Индекс загрязнения воды и индекс сапробности следует отнести к интегральным характеристикам состояния. Уровень загрязненности и класс качества водных объектов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей (табл. 1. 4). Таблица 1. 4. Классы качества воды по микробиологическим показателям

В гидрохимической практике используется метод оценки качества воды, разработанный в Гидрохимическом институте. Метод позволяет производить однозначную оценку качества воды, основанную на сочетании уровня загрязнения воды по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. Суть метода заключается в следующем. Для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДК – Кi и повторяемости случаев превышения Нi, а также общий оценочный балл – Вi где Сi – концентрация в воде i го ингредиента; ПДКi – предельно допустимая концентрация i го ингредиента; N ПДКi – число случаев превышения ПДК; N – общее число анализов.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды (табл. 4. 6).

При комплексной оценке водных объектов, учете загрязнения, как воды, так и донных отложений используют: cуммарный показатель загрязнения Zс, отражающий эффект воздействия группы элементов. где Kс – коэффициент концентрации химического элемента определяется как отношение реального содержания элемента в воде к фоновому содержанию: Kс = С/Сф; n – число учитываемых элементов.

ОБЩИЕ И СУММАРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОД Минерализация Суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ; обычно выражается в мг/дм 3 (до 1000 мг/дм 3) и % (промилле или тысячная доля при минерализации более 1000 мг/дм 3). По количеству солей вода делится на: пресную (25). В океане, например, - 35 г/л; Балтийском море - 8- 16 г/л; Каспийском - 11 13 г/л; Черном 17- 22 г/л. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40 50 мг/дм 3 до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводность атмосферных осадков (с минерализацией от 3 до 60 мг/дм 3) составляет величины 20 120 мк. См/см.

Химический состав природных вод необычайно разнообразен и зависит от характера и состава почв в данной местности. В результате создается неравномерное распределение химических веществ в почве и воде определенных географических районов. В. И. Вернадский, а позднее А. П. Виноградов разработали теорию «биогео химических провинций» . Биогеохимические провинции - это географические районы, где причинным фактором заболеваний является характерный минеральный состав воды, растительных и животных организмов вследствие недостатка или избытка микроэлементов в почве, а заболевания, возникающие в этих районах, получили название геохимических эндемий или эндемических заболеваний. На земном шаре отмечены зоны, где мочекаменная болезнь носит характер эндемии - районы Средиземноморья, Индии, Китая, Средней Азии, Закавказья, Закар патья. Причиной этого является повышенная жесткость воды, обусловленная высоким суммарным содержанием кальция и магния. Причиной другой эндемической патологии - флюороза - является длительное употребление воды, содержащей фтор в концентрации свыше 1, 5 мг/л. Флюороз характеризуется своеобразной крапчатостью и буроватой окраской зубной эмали. При длительном (в течение 10 20 лет) потреблении воды с концентрацией фтора 10 мг/л и выше могут наблюдаться изменения со стороны костно суставного аппарата: остеосклероз, костные отложения на ребрах, деформация скелета. При длительном употреблении воды, бедной солями фтора (0, 5 мг/л и меньше), поражение населения кариесом зубов достигает 50% и более. Наименьшее количе ство тора выявлены в воде водоисточников Беларуси, ф Латвии, Грузии.

Температура воды в водоеме является результатом нескольких одновременно протекающих процессов, таких как солнечная радиация, испарение, теплообмен с атмосферой, перенос тепла течениями, турбулентным перемешиванием вод и др. Обычно прогревание воды происходит сверху вниз. Годовые и суточные изменения температуры воды на поверхности и глубинах определяется количеством тепла, поступающего на поверхность, а также интенсивностью и глубиной перемешивания. Суточные колебания температуры могут составлять несколько градусов и обычно наблюдаются на небольшой глубине. На мелководье амплитуда колебаний температуры воды близка к перепаду температуры воздуха. В требованиях к качеству воды водоемов, используемых для купания, спорта и отдыха, указано, что летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3°С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца за последние 10 лет. В водоемах рыбохозяйственного назначения допускается повышение температуры воды в результате спуска сточных вод не более, чем на 5°С по сравнению с естественной температурой.

Взвешенные вещества (грубодисперсные примеси) Взвешенные твердые вещества, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и режимом стока, зависит от пород, слагающих русло, а также от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, горные разработки и т. п. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру, состав растворенных компонентов поверхностных вод, адсорбцию токсичных веществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осадкообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно питьевого и культурно бытового назначения содержание взвешенных веществ в результате спуска сточных вод не должно увеличиваться соответственно более, чем на 0, 25 мг/дм 3 и 0, 75 мг/дм 3. Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/дм 3 природных минеральных веществ, допускается увеличение концентрации взвешенных веществ в пределах 5%.

Органолептические наблюдения. Запах. Свойство воды вызывать у человека и животных специфическое раздражение слизистой оболочки носовых ходов. Запах воды характеризуется интенсивностью, которую измеряют в баллах. Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно бытовыми сточными водами. Таблица. Определение интенсивности запаха воды

Мутность природных вод вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Качественное определение проводят описательно: слабая опалесценция, слабая, заметная и сильная муть. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды мутность не должна превышать 1, 5 мг/дм 3 по каолину. Мутность воды определяют турбидиметрически (по ослаблению проходящего через пробу света) путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результаты измерений выражают в мг/дм 3 (при использовании основной стандартной суспензии каолина) или в ЕМ/дм 3(единицы мутности на дм 3 при использовании основной стандартной суспензии формазина); 1, 5 мг/дм 3 каолина соответствует 2, 6 ЕМ/дм 3 формазина.

Цветность. Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений; выражается в градусах платиново кобальтовой шкалы. Определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами. Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т. п. Сточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды. Цветность природных вод колеблется от единиц до тысяч градусов. Различают "истинный цвет", обусловленный только растворенными веществами, и "кажущийся" цвет, вызванный присутствием в воде коллоидных и взвешенных частиц, соотношения между которыми в значительной мере определяются величиной p. H. Предельно допустимая величина цветности в водах, используемых для питьевых целей, составляет 35 градусов по платиново кобальтовой шкале. В соответствии с требованиями к качеству воды в зонах рекреации окраска воды не должна обнаруживаться визуально в столбике высотой 10 см.

Водородный показатель (р. Н). Содержание ионов водорода (гидроксония H 3 O+) в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов: CO 2 + H 20= H+ + HCO 3 = 2 H+ + CO 32 . Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком: p. H = lg. Значение p. H в речных водах обычно варьирует в пределах 6, 5 8, 5, в атмосферных осадках 4, 6 6, 1, в болотах 5, 5 6, 0, в морских водах 7, 9 8, 3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина p. H для большинства речных вод составляет 6, 8 7, 4, летом 7, 4 8, 2. Величина p. H природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения, величина p. H не должна выходить за пределы интервала значений 6, 5 8, 5.

Окислительно восстановительный потенциал (Eh). Мера химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах. Значения окислительно восстановительных (редокс) потенциалов выражаются в вольтах (милливольтах). В природной воде значение Eh колеблется от 400 до + 700 м. В и определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов, и в условиях равновесия характеризует среду сразу относительно всех элементов, имеющих переменную валентность. Изучение редокс потенциала позволяет выявить природные среды, в которых возможно существование химических элементов с переменной валентностью в определенной форме, а также выделить условия, при которых возможна миграция металлов.

Различают несколько основных типов геохимических обстановок в природных водах: окислительный характеризуемый значениями Еh+ (100 150) м. В, присутствием свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe 3+, Mo 6+, As 5 , V 5+, U 6+, Sr 2+, Cu 2+, Pb 4+); переходный окислительно восстановительный определяемый величинами Еh + (100 0) м. В, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов; восстановительный характеризуемый отрицательными значениями Еh. В подземных водах присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe 2+, Mn 2+, Mo 4+, V 4+, U 4+), а также сероводород.

Растворенный кислород. Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O 2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в широких пределах от 0 до 14 мг/дм 3 и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2, 5 мг/дм 3 растворенного кислорода. В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого и санитарного водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/дм 3 в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения концентрация растворенного в воде кислорода не должна быть ниже 4 мг/дм 3 в зимний период (при ледоставе) и 6 мг/дм 3 в летний.

Содержание кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания, называется степенью насыщения кислородом. Эта величина зависит от температуры воды, атмосферного давления и солености. Вычисляется по формуле: M степень насыщения воды кислородом, %; а концентрация кислорода, мг/дм 3; Р атмосферное давление в данной местности, Па; N нормальная концентрация кислорода при данной температуре, минерализации (солености) и общем давлении 101308 Па.

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Жесткость - зависит от содержания солей Са 2+ и Mg 2+. Различают три вида жесткости воды: общая, обусловленная содержанием солей кальция и магния независимо от содержания анионов; постоянная, обусловленная содержанием ионов С 1 и SO 42 после кипячения в течение 1 ч (она не удаляет ся); устранимая (временная) - устраняется кипячением: Са (НСО 3)2 →Са. СО 3 + СО 2 + Н 2 О. Жесткость измеряется в мг экв/л солей магния и кальция (1 мг экв соответствует 28 мг Са. О) и в градусах (1 о - количество солей кальция и магния, соответствующее 10 мг Са. О в 1 л воды). 1 мг экв/л = 2, 8° жесткости; Жесткость воды колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 4 мг экв/дм 3 считается мягкой, от 4 до 8 мг экв/дм 3 средней жесткости, от 8 до 12 мг экв/дм 3 жесткой и выше 12 мг экв/дм 3 очень жесткой. Величина общей жесткости в питьевой воде не должна превышать 10, 0 мг экв/дм 3. Особые требования предъявляются к технической воде (из за образования накипи).

Биохимическое потребление кислорода (БПК). Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся ("биологически мягким") веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются "биологически жесткие" вещества, такие как гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др. В лабораторных условиях определяется БПК 5 биохимическая потребность в кислороде за 5 суток. В поверхностных водах величины БПК 5 изменяются обычно в пределах 0, 5 4 мг O 2/дм 3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Сезонные колебания зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2 3 раза при повышении температуры на 10 o. C. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности.

Величины БПК 5 в водоемах с различной степенью загрязненности Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно бытовыми сточными водами, БПК 5 составляет обычно около 70% БПКп. В зависимости от категории водоема величина БПК 5 регламентируется следующим образом: не более 3 мг O 2/дм 3 для водоемов хозяйственно питьевого водопользования и не более 6 мг O 2/дм 3 для водоемов хозяйственно бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК 5) при 20 о. С не должна превышать 2 мг O 2/дм 3.

БПКп Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКп) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК 20, считая, что эта величина близка к БПКп. Полная биологическая потребность в кислороде БПКп для внутренних водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II категории) при 20 о. С не должна превышать 3 мг O 2/дм 3.

ВОДА КАК ПУТЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ Исключительно большое значение имеет водный фактор в распространении острых кишечных инфекций и инвазий. В воде водоисточников могут присутствовать сальмонеллы, шигеллы, лептоспиры, кишечная палочка, пастреллы, вибрионы, микобактерии, энтеровирусы и аденовирусы, а также цисты лямблий, яйца аскариды и власоглава, личинки анкилостомы, возбудители шистосамоза и др. Природные водные объекты не являются естественной средой обитания патогенных микроорганизмов. Патогенная микрофлора, как правило, отмирает в течение определенного времени. Однако некоторые патогенные микроорганизмы могут длительно сохраняться и даже размножаться в природной воде. Длительность выживания в воде патогенных микроорганизмов зависит от состава воды, наличия и концентрации биологического субстрата, от свойств микробных клеток (способность к спорообразованию, высокое содержание в бактериальной клетке липидов и др.), а также температуры воды, интенсивности инсоляции и др.

По данным ВОЗ, 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством воды либо нарушением санитарно гигиенических норм вследствие ее недостатка. Инфекционные заболевания водной этиологии регистрируются преимущественно в развивающихся странах с низким санитарным уровнем жизни. В настоящее время треть населения земного шара - около 2 млрд. человек - лишена возможности потреблять в достаточном количестве чистую пресную воду, 61% сельских жителей развивающихся стран не могут пользоваться безопасной в эпидемиологическом отношении водой и лишь 13% из них обеспечены канализацией. Анализ более 200 вспышек заболеваний вследствие потребления или воздействия недоброкачественной воды 80 е гг. XX в. , %: Гастроэнтерит неустановленной этиологии. . . . . 65 Лямблиоз. . . . . . 11 Бактериальная дизентерия. . . . 6 Гепатит А. . . . . . 8 Легионеллез. . . . . . 4 Сальмонеллез. . . . . . 4 Брюшной тиф. . . . . . 2

Необходимо обратить внимание на менее известные заболевания, водный путь передачи для которых неоспорим, а характер их распространения всецело зависит от состояния водоснабжения и очистки питьевой воды в конкретных населенных пунктах. Наибольшую опасность в этом смысле представляют энтеро и ротавирусы, легионеллы и некоторые простейшие. Они характеризуются повсеместным распространением, высокой устойчивостью к внешней среде и к действию дезинфектантов, патогенностью для человека и отсутствием мер специфической профилактики. Имеющиеся к настоящему времени данные позволяют считать ротавирусы причиной возникновения значительного количества случаев небактериального гастроэнтерита. Кишечные вирусы способны вызвать ряд самых разнообразных симптомов и синдромов, в том числе сыпь, лихорадку, гастроэнтерит, миокардит, менингит, респираторные болезни и гепатит. Типичны и бессимптомные инфекции. При загрязнении питьевой воды сточными водами чаще всего могут возникать два заболевания, принимающие форму эпидемий - гастроэнтерит и инфекционный гепатит. Вирусные гастроэнтериты продолжительностью обычно 24- 72 ч с тошнотой, рвотой и диареей отмечаются у чувствительных индивидов всех возрастов, причем энтерит является основным клиническим синдромом болезни. Другие органы и системы реже вовлекаются в патологический процесс, и признаки поражения их менее выражены. У детей и престарелых наблюдаются наиболее серьезные проявления, когда может происходить обезвоживание и нарушение баланса электролитов, что представляет угрозу для жизни, если быстро не принять необходимых мер.

Легионеллёз («болезнь легионеров» ; др. названия - питтсбургская пневмония, понтиакская лихорадка, легионелла инфекция, лихорадка форта Брэгг) - сапронозное острое инфекционное заболевание, обусловленное различными видами микроорганизмов, относящихся к роду Legionella. Заболевание протекает, как правило, с выраженной лихорадкой, общей интоксикацией, поражением легких, центральной нервной системы, органов пищеварения, возможно развитие синдрома полиорганной недостаточности. Микрофотография L. pneumophila, полученная способом трансмиссионной электронной микроскопии

Название заболевания связано со вспышкой 1976 года в Филадельфии тяжёлого респираторного заболевания, протекавшего по типу пневмонии. В июле 1976 года более 4000 участников съезда Американского легиона собралось в Филадельфии (штат Пенсильвания). Это был 49 ежегодный съезд организации. После того, как съезд благополучно завершился, участники вместе со своими семьями разъехались по домам. Через три дня после окончания мероприятия, а именно 27 июля 1976 года, один из участников скоропостижно скончался от заболевания, протекавшего подобно пневмонии. Ещё через три дня один из пенсильванских терапевтов обратил внимание на то, что трое больных пневмонией, которых он лечил, тоже посещали съезд Американского легиона. В тот же день медицинская сестра одной из окрестных больниц обнаружила похожее заболевания ещё у трех участников съезда. Однако официальные органы власти штата объединили все случаи, связав заболевание со съездом, только 2 августа 1976 года. К этому моменту 18 легионеров уже умерли. Всего же во время этой вспышки заболел 221 человек, из них 34 скончалось.

Анализ предыдущих случаев заболевания пневмониями неясной этиологии после выделения возбудителя рода Legionella доказал, что массовая заболеваемость на съезде Американского легиона - не первый случай пневмонии, вызванной бактериями рода Legionella. Несмотря на этот факт, болезнь получила название «болезни легионеров» , и лишь впоследствии была предложена классификация легионеллезов. Впервые грамотрицательная палочка, отнесенная к роду Legionella была выделена Дж. Мак Дейдом и С. Шепардом в 1977 году, через полгода после описанной вспышки. Бактерия была высеяна с фрагмента легкого погибшего от легионеллеза человека. Вспышку заболевания, по мнению учёных, спровоцировали колонии легионелл, размножавшиеся в жидкости вентиляционной системы, установленной в гостинице, где остановились участники съезда.

В соответствии с современным санитарным законодательством питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Из перечисленных требований наибольшую сложность представляет обоснование критериев эпидемической безопасности воды. Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 1074 01 " Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» . Использование типичных кишечных микроорганизмов в качестве индикаторов биологического загрязнения является общепризнанным принципом мониторинга и оценки безопасности воды. В идеале индикаторные организмы должны удовлетворять следующим условиям: Легко обнаруживаться и идентифицироваться. Иметь схожую с патогенными организмами природу. Присутствовать в воде в гораздо больших количествах, чем патогенные организмы. Иметь жизнестойкость такую же или лучшую, чем у патогенных организмов. Самим быть не патогенными (не болезнетворными).

Так как микробиологическое загрязнение воды происходит в большинстве случаев за счет фекальных сточных вод, то в качестве индикаторных организмов была выделена небольшая группа непатогенных бактерий (точнее условно непатогенных, так как при определенных условиях они тоже способны вызывать у человека заболевания), также содержащихся в фекальных выделениях человека и животных. К числу этих микроорганизмов относятся фекальные стрептококки, колиформные бактерии и сульфитредуцирующие клостридии. Все эти микроорганизмы относительно легко выделяются и идентифицируются, поэтому могут служить надежным индикатором фекального загрязнения воды. Эти три группы бактерий способны выживать в воде на протяжении разных периодов времени. Фекальные стрептококки способны выживать в воде непродолжительное время, поэтому их присутствие в воде свидетельствует о недавнем загрязнении. Колиформные бактерии способны выживать в воде в течение нескольких недель и их наиболее легко идентифицировать, что обусловило их повсеместное применение в качестве основного индикаторного организма. Однако существует целый ряд микроорганизмов, более устойчивых к дезинфекции (хлорированию, облучению ультрафиолетовым светом и т. п.). При обоснованном подозрении на их наличии в воде, отсутствие фекальных стрептококков и колиформных бактерий не является гарантией бактериологической безопасности воды. В этом случае применяют такие индикаторные организмы, как сульфитредуцирующие клостридии, которые могут существовать в воде неограниченное время.

При оценке чистоты водопроводной воды учитывают следующие показатели: ОМЧ воды – количество клеток микроорганизмов, выросших из 1 мл воды на среде мясо пептонный агар (МПА) при ее термостатировании в чашках Петри в течение суток при температуре 37 0 С. ; Коли титр минимальное количество материала (воды, почвы и др.), в котором содержится 1 кишечная палочка, показатель фекального загрязнения исследуемой среды. Титр кишечной палочки водопроводной воды должен быть не меньше 300, то есть в 300 мл воды может быть обнаружена только 1 кишечная палочка; Коли индекс количество кишечных палочек, обнаруживаемое на 1 л жидкости, 1 кг твердого вещества (для пищевых продуктов) и в 1 г почвы. Коли индекс водопроводной воды не должен превышать 3, то есть в 1 л воды должно содержаться только 3 кишечных палочки; количество патогенов, наличие которых в чистой водопроводной воде вообще не допускается.

При анализе вод источника и по этапам очистки исследуемый объем воды выбирают исходя из предполагаемого загрязнения для получения изолированных колоний и, соответственно, количественного результата. При обнаружении искомых бактерий их число пересчитывают на объем воды и выражают в числе колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий или бляшкообразующих единиц (БОЕ) колифагов. При наличии показаний к исследованию питьевой воды на патогенные бактерии или вирусы поиск возбудителя определяется эпидемической ситуацией и его циркуляцией в объектах окружающей среды данного региона.

При этом методе анализа воды определенное количество воды пропускается через специальную мембрану с размером порядка 0. 45 мкм. В результате, на поверхности мембраны остаются все находящиеся в воде бактерии. После чего мембрану с бактериями помещают на определенное время в специальную питательную среду при температуре 30 37 о. С. Во время этого периода, называемого инкубационным, бактерии получают возможность размножиться и образовать хорошо различимые колонии, которые уже легко поддаются подсчету. В результате можно наблюдать такую:

Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 1074 01 " Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» . Для предотвращения эпидемиологической и других видов опасности, исходящих от водных ресурсов, органами Госсанэпиднадзора в обязательном порядке проводятся мероприятия: контролируются источники централизованного водоснабжения в больших городах и эффективность обеззараживания питьевой воды; подвергаются проверке артезианские скважины, индивидуальные питьевые источники (родники, колодцы), вода открытых водоемов (озер и рек) и плавательных бассейнов; осуществляется контроль степени очистки сточных вод; расследуются вспышки инфекционных болезней.

Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ). Всемирная Организация Здравоохранения (World Health Organization) это специализированное учреждение Организации Объединенных Наций, основная функция которого состоит в решении международных проблем здравоохранения и охраны здоровья населения. "Руководство по контролю качества питьевой воды", выпущенное этой организацией в 1984 году (пересмотренное и дополненное в 1992 году) является основным стандартом, на основании которого разрабатываются нормативы других государств. Рекомендации ВОЗ явились результатом многолетних фундаментальных исследований и основаны на понятии Переносимого Суточного Потребления (ПСП). Агентство по охране окружающей среды США (U. S. EPA) Агентство по охране окружающей среды США (U. S. Environment Protection Agency) правительственное учреждение США, в задачу которого входит защита здоровья населения и охрана окружающей среды. Этим агентством был разработан федеральный стандарт качества питьевой воды США. Данный стандарт включает в себя два раздела: National Primary Drinking Water Regulations это обязательный для соблюдения стандарт, объединяющий на сегодняшний день 79 параметров (органические и неорганические примеси, радионуклиды, микроорганизмы), потенциально опасных для здоровья человека; National Secondary Drinking Water Regulations стандарт, носящий рекомендательный характер и включающий перечень из 15 параметров, превышение нормативов по которым может ухудшить потребительские качества воды.

Европейское сообщество (EC) Директива Европейского Сообщества (European Community, EC), касающаяся "качества воды, предназначенной для потребления населением" (80/778/EC) была принята Европейским Советом 15 июля 1980 года. Более известный под названием "Директива по Питьевой Воде" (Drinking Water Directive), данный документ лег в основу водного законодательства европейских стран членов ЕС. В Директиве нормируются 66 параметров качества питьевой воды, разбитые на несколько групп (органолептические показатели; физико химические параметры; вещества, присутствие которых в воде в больших количествах нежелательно; токсичные вещества, микробиологические показатели и параметры умягченной воды, предназначенной для потребления). ЕС устанавливает для большинства параметров два уровня предельно допустимой концентрации. Уровень G это долговременная цель, которую странам членам ЕС желательно достигнуть в перспективе. Уровень I это обязательный для выполнения всеми странами порядок величин, определяющих качество воды. В Директиве эти нормы закреплены в виде величин MAC (Maximum Admissible Concentration) для каждого параметра. Законодательство стран членов ЕС должно устанавливать нормы качества воды не хуже, чем величина МАС.

При прямоточном водообеспечении промышленных предприятий вода, забираемая из природного источника, после участия в технологическом процессе возвращается в водоем в виде сточной (отработанной) воды за исключением того количества, которое безвозвратно расходуется в производстве. Образующиеся на предприятии сточные воды перед сбросом в водоем должны проходить через очистные сооружения, однако не все предприятия их имеют и сточные воды могут без очистки сбрасываться в водоем. При таком способе водообеспечения производства из природных источников забираются большие количества чистой воды, которая возвращается в природные среды в несколько меньшем объеме, но содержит токсичные для гидробионтов загрязняющие вещества.

При оборотном водообеспечении промышленных предприятий часть сточных вод повторно используется в производстве после их очистки (и охлаждения при необходимости). В ряде отраслей промышленности (черная металлургия, нефтеперерабатывающая промышленность) 90 95% сточных вод используются в системах оборотного водообеспечения (водоснабжения).

МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ Создание замкнутых водооборотных систем. Для характеристики замкнутых водооборотных систем исполь зуется критерий кратности использования воды в обороте: где (Qисп - общий объем воды, потребляемый предприятием (м 3/ч; м 3/т сырья или продукции); Q 3 - забор потребления свежей воды. Чем больше кратность использования, тем совершеннее схема водоснабжения. В США в 1995 г. среднее значение кратности рав нялось 7, 5. В России в 1995 г. критерий кратности использования воды по отраслям составлял: Нефтехимия - 7, 00 Черная и цветная металлургия - 5, 25 Пищевая промышленность - 3, 00 Теплоэнергетика - 2, 25 Производство стройматериалов - 1, 60 Легкая промышленность - 1, 30 В нашей стране планировалось довести этот показатель в бли жайшие годы до 7, 00 в среднем по предприятиям, а в США - до 27.

В зависимости от условий образования сточные воды делятся на три группы: бытовые сточные воды - стоки душевых, прачечных, бань, столовых, туалетов, от мытья полов и т. д. Их количество в среднем составляет 0, 5- 2 л/с, с 1 га жилой застройки горо да; они содержат примерно 58% органических и 42% мине ральных веществ; атмосферные сточные воды, или ливневые; их сток неравно мерен: раз в год - 100- 150 л/с, с 1 га; 1 раз в 10 1 лет - 200- 300 л/с. с 1 га. Особенно опасны ливневые стоки на промышленных предприятиях. Из за их неравномерности сбор и очистка этих стоков затруднены; промышленные сточные воды - жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке сырья. Расход воды при этом исчисляют из удельного водопотребления на еди ницу продукции. Различают физические, химические, биологические и бактерио логические показатели качества воды.

Методы очистки воды. Механическая очистка стоков Промышленные сточные воды часто содержат загрязнения, которые образуют гетерогенные системы с различной степенью дисперсности загрязняющих веществ – взвеси, частицы дисперсной фазы которых образованы нерастворимыми в воде твердыми веществами. Для удаления таких частиц из воды используют процессы процеживания, отстаивания, фильтрования, которые составляют сущность методов механической очистки промышленных сточных вод. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют в тех случаях, когда получаемую очищенную воду можно использовать в производстве или спускать в природные водоемы. Во всех других случаях механическая очистка служит предварительной стадией перед другими видами очистки сточных вод. .

Процеживание представляет собой процесс пропускания загрязненной сточной воды через решетки и сита с целью улавливания крупных примесей. Неподвижная решетка выполняется в виде металлической рамы, внутри которой устанавливается ряд параллельных стержней. Решетку ставят на пути движения сточных вод под углом 60 – 75 О. Вода со скоростью 0, 8 – 1, 0 м/с проходит между стержнями решетки, крупные загрязнения задерживаются на решетке и затем снимаются специальными механическими устройствами. Полученные твердые отходы подлежат дальнейшей переработке. Один из способов их утилизации обезвоживание на механическом прессе с последующим сжиганием с примесью дешевого топлива. Для удаления взвешенных частиц с размерами порядка 0, 5 – 1 мм применяют сита (барабанные и дисковые). Частицы задерживаются на поверхности сита, затем смываются с нее водой и отводятся в специальный желоб.

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей и выделения всплывающих примесей. Песколовки, отстойники, осветлители – аппараты для осаждения грубодисперсных примесей. Песколовки предназначены для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом песка, с крупностью частиц 0, 2 – 0, 25 мм. Их устанавливают перед отстойниками. Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали тяжелые минеральные частицы, но не выпадал легкий осадок органического происхождения. По характеру движения воды песколовки разделяются на горизонтальные – с круговым или прямолинейным движением воды, вертикальные – с движением воды снизу вверх и песколовки с винтовым движением воды. Конструкцию песколовок выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации загрязнений. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки. Они представляют собой лоток, состоящий из одной или нескольких секций шириной от 0, 8 до 8 м, глубиной до 1, 2 м.

Отстойники представляют собой сооружения, в которых из большого объема сточной воды осаждаются или всплывают грубодисперсные примеси. В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они делятся на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники перед сооружениями для биохимической очистки сточных вод, вторичными отстойники, используемые для осветления сточных вод, прошедших биохимическую очистку. По режиму работы различают отстойники периодического действия и отстойники непрерывного действия. По направлению движения основного потока воды различают отстойники горизонтальные, вертикальные, радиальные. В промышленности применяют различные конструкции отстойников. Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения.

Схема горизонтального отстойника Вода движется от одной стороны отстойника к другой стороне. Глубина отстойника 1, 5 – 4 м, длина в 8 12 раз больше глубины, ширина коридора 3 6 м. Поперечный лоток предназначен для обеспечения равномерного распределения сточной воды в отстойнике. Эффективность отстаивания достигает 60%. Получаемый в отстойнике осадок необходимо удалять и обезвреживать. При залеживании осадка в отстойниках в течение длительного периода он загнивает с выделением газов и всплывает.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем. Сточная вода подводится по трубе вниз отстойника и движется затем снизу вверх. Осаждение проходит в восходящем потоке жидкости, скорость которого составляет 0, 5 0, 6 м/с. Высота зоны осаждения 4 5 м.

Осветлители применяются для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускается вода, предварительно обработанная коагулянтом. Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Агрегаты коагулянта в виде рыхлых хлопьев захватывают частицы взвеси и поднимаются восходящим током воды на некоторую высоту, образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется вода. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает на дальнейшую очистку. Конструкции осветлителей весьма разнообразны. Нефтеловушки и жироловушки. Для выделения из сточных вод всплывающих примесей нефти, масел, жиров в промышленности используют нефтеловушки и жироловушки. По сути эти приспособления являются также отстойниками, но примеси здесь концентрируются на поверхности водного зеркала, собираются и удаляются из верхней части такого отстойника. Нефтеловушки применяют для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефть и нефтепродукты при концентрации более 100 мг/л. Нефтеловушки представляют собой прямоугольные вытянутые в длину резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разницы в их плотностях. Остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде 100 мг/л. Для улавливания жиров применяют жироловушки, имеющие конструкцию, по основным элементам подобную конструкции нефтеловушек.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ. Основной конструкционный элемент очистных установок – фильтр, представляющий собой пористую перегородку, проницаемую для воды, но задерживающую частицы дисперсной фазы. В качестве фильтров используют металлические перфорированные листы и сетки из коррозионно стойкой стали или других металлов и сплавов, ткани, керамику. Роль пористой перегородки (фильтра) может выполнять слой зернистого материала – песка, гравия, кокса и др. Материал фильтра должен быть устойчив к воздействию очищаемой воды, термически стоек, механически прочен. По конструкции фильтры с зернистым слоем могут быть медленные и скоростные (однослойные и многослойные), открытые и закрытые. Скоростные многослойные фильтры характеризуются большей производительностью и степенью очистки сточных вод. Промывка фильтра проводится чистой водой при подаче ее снизу вверх.

Химическая, или реагентная, очистка а) Реакции нейтрализации. Нейтрализация - химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора - с помощью кислот. Поскольку химическая природа отходов различна, для нейтрализации одного вида отходов необходимо уменьшить кислотные свойства, а для другого - щелочные. О степени кислотности или щелочности раствора судят по величине водо родного показателя р. Н. Значение величины р. Н растворов различ ных еществ колеблется от 0 до 14. Небольшие значения в р. Н сви детельствуют о наличии кислотной среды. Чтобы контролировать реакцию нейтрализации, необходимо знать, какое количество кислоты или щелочи надо добавить в раствор для получения нужного значения р. Н. Для этого используют метод титрования, по объему израсходованного титранта вычисляя количество определяемого вещества.

Нейтрализация щелочных и особенно кислых сточных вод до p. H 6, 5– 8, 5 – наиболее распространенная и обязательная операция перед сбросом этих вод в водоемы. Используются следующие виды очистки стоков нейтрализацией. 1. Смешение между собой кислых и щелочных сточных вод. 2. Добавление к кислым растворам сточных вод щелочных реагентов: известкового молока, раствора соды: H 2 SO 4 + Ca(OH)2 (5% Са. О) = Ca. SО 4 (осадок) + 2 Н 2 О. 3. Фильтрация кислых сточных вод через крупнозернистые фильтры из известняка, доломита. 4. Нейтрализация щелочей кислыми дымами (CO 2, SO 2, NOx). Образующиеся осадки выделяются отстаиванием в шламовых болотах или аппаратах.

б) Реакции окисления восстановления. Любая реакция окисления восстановления есть одновременное окисление одних компонентов и восстановление других. Наибо лее распространенные окислители и восстановители: Один из важнейших окисляющих агентов - хлор. Поэтому большинство химических операций со сточными водами начинается с хлорирования, так, чтобы высокотоксичный хлор к концу реагентной обработки полностью удалялся из воды. Окислительно восстановительные реакции используются для превращения токсичных веществ в безвредные. Окисление токсичных примесей хлором, хлорной известью Са(ОСl)2, озоном, кислородом: СN– + OCl– = CNO– + Cl–; CNO– + H+ + H 2 O = CO 2 (газ) + NН 3 (газ), 2 CNO– + 4 OH– + 3 Cl 2 = 2 CO 2 (газ) + N 2 (газ) + 6 Cl– + 2 H 2 O. Для обеззараживания воды от бактерий также используют хлор и хлорсодержащие окислители. Озонирование более эффективно. Озон убивает не только бактерии, но и вирусы. Он окисляет фенолы (хлор их не окисляет), нефтепродукты, сероводород, ПАВ, цианиды, пестициды. Получают его из кислорода воздуха в озонаторах– трубчатых или пластинчатых конденсаторах – в условиях коронного электрического разряда.

Восстановление применяется для очистки от соединений хрома (VI), мышьяка, ртути и других металлов. В качестве восстановителей используют активированный уголь, SO 2, сульфиты, соли Fe 2+. Пример: восстановление примесей гидросульфитом натрия при р. Н 3 4: хрома (VI) 2 Cr 2 O 7 2–+ 5 H 2 SO 4 + 6 Na. HSO 3 = 4 Cr 3+ + 3 Na 2 SO 4 + 8 SO 42– + 8 H 2 O Далее Cr 3+ может быть осажден щелочным раствором и отделен. Для восстановления ртути растворы ее соединений обрабатывают сероводородом, гидросульфитом натрия, сульфидом железа (II), железным порошком.

Физико химические методы. Для очистки воды и сточных вод от примесей эффективны следующие физико химические методы: коагуляция, флотация, кристаллизация, сорбция, ионообмен, экстракция, ректификация. Коагуляционная очистка – это метод очистки сточных вод от коллоидных частиц, основанный на свойстве коллоидной системы в определенных условиях терять агрегативную устойчивость. Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления (агрегаты). Метод флокуляции применим к очистке производственных сточных вод, содержащих коллоидные частицы размером 0, 001 – 0, 1 мкм. Сточную воду, содержащую такие частицы, можно рассматривать как устойчивую коллоидную систему, состоящую из дисперсионной среды (жидкость) и частиц дисперсной фазы, несущих определенный электрический заряд. Агрегативная устойчивость обусловлена, главным образом, взаимным отталкиванием частиц, несущих электрические заряды одного знака. Добавление в сточную воду электролита приводит к коагуляции – слипанию – частиц дисперсной фазы с образованием агрегатов, оседающих в поле силы тяжести. Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов: состава сточных вод, вида коллоидных частиц, их концентрации и степени дисперсности. Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц загрязнений с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.

В промышленности находят применение различные коагулянты: соли алюминия: cульфат алюминия (глинозем) Al 2(SO 4)3. 18 H 2 O, алюминат натрия Na. Al. O 2, оксихлорид алюминия Al 2(OH)5 Cl, алюмокалиевые квасцы Al K(SO 4)2 . 18 H 2 O , алюмоамонийные квасцы Al (NH 4)(SO 4)2. 12 H 2 O ; соли железа: железный купорос Fe. SO 4 . 7 H 2 O , хлорид железа () Fe. Cl 3. 6 H 2 O , сульфат железа ()Fe 2(SO 4)3. 6 H 2 O; соли магния: хлорид магния Mg. Cl 3 . 6 H 2 O , сульфат магния Mg. SO 4. 7 H 2 O, известь, шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств. Флокулянты – вещества, используемые при коагуляционном методе очистки для повышения плотности и прочности образующихся хлопьев, снижения расхода коагулянтов. В качестве флокулянтов в промышленности применяются оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, кремниевая кислота, полиакриламид, белки и др. Процесс проводят в осветлителях.

Кристаллизация. Она используется обычно тогда, когда образующиеся кристаллы пригодны для использования в производственных целях. Ее варианты: а) кристаллизация с охлаждением раствора; охладитель обычно вода, реже воздух; б) кристаллизация с частичным удалением растворителя испарением или вымораживанием; в) комбинированная кристаллизация. Адсорбция. Она используется для глубокой очистки сточных вод от органических веществ, фенолов, гербицидов, ПАВ, пестицидов, красителей. Эффективность очистки зависит от химической природы и структуры адсорбента и адсорбируемых примесей и достигает 80– 95%. Адсорбенты: активированный уголь, силикагель, шлаки, торф. Ионный обмен. Его применяют для глубокой очистки прозрачных сточных вод, содержащих до 3– 4 г/л солей, от ионов цветных и тяжелых металлов, цианидов, мышьяка, радиоактивных веществ. Экстракция (лат. extrahere – извлечение) – это извлечение обычно органической жидкостью компонентов твердого вещества или другой жидкости, несмешивающейся с первой. Она применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, анилин, тяжелые металлы в повышенной концентрации примесей: 3– 4 г/л и более. Эффективность извлечения фенолов достигает 90– 98%. Экстракционная очистка состоит из следующих стадий: смешение сточной воды с органическим экстрагентом, разделение образующихся фаз, регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Экстрагент – органический растворитель или раствор, содержащий экстракционный реагент, извлекающий нужный компонент из другой фазы. Экстракционный реагент – вещество, которое образует с извлекаемым компонентом соединение, способное растворяться в органической фазе. Экстракт – органическая фаза, содержащая извлеченный компонент. Рафинат (фр. raffiner – очищать) – водной раствор, оставшийся после экстракции. Экстрагенты. В качестве экстрагентов используются эфиры (бутилацетиловый, диизопропиловый), спирты, CCl 4, бензол, толуол, хлорбензол, трибутилфосфат в керосине и др Перегонка и ректификация. Их включают в состав технологических схем основных производств и применяют, когда необходимо практически полное выделение из сточных вод малых кон центраций примесей, обычно растворенных органических жидкостей. Выделенные вещества, как правило, используются снова в технологическом процессе. Ректификация (лат. rectificare – исправлять, очищать) – способ разделения и очистки легко кипящих жидкостей путем многократного их нагрева до кипения и конденсации. Виды ректификации: простая, азеотропная и пароциркуляционная.

Биохимическая очистка а) Аэробная биохимическая очистка минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков, происходящая в результате его окисления при содействии аэробных микроорганизмов (минерализаторов) в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания в условиях интенсивного потребления микроорганизмами растворенного в воде кислорода: С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О. Технология биохимической очистки. Аэробную очистку проводят в естественных условиях и в искусственных сооружениях. Естественные условия: поля орошения и фильтрации, биологические пруды. Поля орошения – это сельскохозяйственные угодья, предназначенные для очистки сточных вод и одновременного выращивания растений. На полях фильтрации растения не выращивают. Обычно это резервные участки типа прудов для принятия сточных вод. На полях орошения очистка сточных вод основана на воздействии микрофлоры почвы, воздуха, солнца и жизнедеятельности растений. Солей в стоках должно быть меньше 4– 6 г/л. Сточные воды подаются на поля орошения в летний период через 5 дней. Биологические пруды – искусственные водоемы глубиной 0, 5– 1 м, хорошо прогреваемые солнцем и заселенные водными организмами. Они могут быть проточные (серийные или каскадные) и непроточные. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией от 7 до 60 суток, с искусственной – 1– 3 суток. В последних ступенях каскадных прудов разводят рыбу, что позволяет из бежать образования ряски. В непроточных прудах сточная вода по дается после ее отстаивания и разбавления. Продолжительность очистки – 20– 30 суток. Достоинства биологических прудов – невысокая стоимость строительства и эксплуатации. Недостатки: сезонность работы, большая площадь, низкая окислительная способность, трудность чистки.

Биохимическая очистка в аэротенках. Аэротенки – крупные 1 500– 15 000 м 3 железобетонные сооружения глубиной 3– 6 м. В окситенках вместо воздуха применяется технический кислород. Это позволяет увеличить в 5– 10 раз окислительную способность процесса, повысить дозы активного ила до 6– 10 г/л.

б) Анаэробная биохимическая очистка. В случае если БПК намного выше нормы, а также для удаления избытка активного ила и отходов сельскохозяйственных продуктов применяют анаэробную биохимическую очистку в метантенках (реактор с мешалкой и теплообменником). При этом источником кислорода в воде служат группы кислородосодержащих анионов: NO 3 ; SO 42 ; СО 32. В основе метанового брожения лежит способность сообществ определенных микроорганизмов в ходе жизнедеятельности сначала в фазе кислого водородного брожения с помощью бактерий гидролизовать сложные органические соединения до более простых, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в метан и в угольную кислоту. Процесс окисления-восстановления - это переход электронов от субстрата донора к конечному акцептору. Для аэробной реакции конечным акцептором является кислород, а при ферментации (анаэробной очистке) - органическое соединение, образующееся в результате «простого перемещения» водорода из одной органической молекулы в другую: С 6 Н 12 О 6 = 3 СН 3 СООН + 15 ккал; 2 СН 3 СООН = 2 СН 4 + 2 СО 2. Образующийся газ состоит из метана (65%) и СО 2 (33%) и может быть использован для нагрева до 45- 55°С в самом метантенке, где происходит анаэробное брожение. Сброженный осадок имеет высо кую лажность (95- 98%), в его уплотняют, сушат, затем используют в качестве удобрения или, если есть токсичные примеси, сжигают.

Специальные методы очистки воды Существует много специальных методов выделения солей из природных и сточных вод. а) Дистилляция (выпаривание) - хорошо освоенный и широко применяемый метод. Мощность выпарных установок со ставляет 15- 30 тыс. м 3 в сутки. Самые мощные выпарные установки располагаются на предприятиях атомной энергетики, где необходимо опреснение морской воды, например в г. Шевченко (реактор на быстрых нейтронах). Основной недостаток этого способа - большой расход энергии - 0, 020 Гкал/т. Существуют также геоопреснительные установки, однако они неэкономичны, поскольку обладают малой мощностью (

Метод обратного осмоса - это процесс разделения водных растворов путем их фильтрования через полупроницаемую мемб рану под действием давления выше осмотического (до 6- 8 МПа). Процесс характеризуется небольшими энергозатратами. За рубе жом освоено производство установок производительностью до 1 тыс. м 3/с. У нас работают установки меньшей мощности, но есть разработки и проекты на большие мощности. Основные трудности этих методов - создание полупроницаемых мембран и давления. г) Ионный обмен. Широко применяется во всех странах мира; до настоящего времени был основным для приготовления глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с котлами сверхвысо кого и критического давления. Кроме того, метод ионного обмена широко используется в водооборотных циклах на предприятиях для концентрирования и извлечения из сточных вод ценных ком понентов (например, тяжелых металлов).

Основной недостаток общепринятых технологических схем ионного обмена - избыток растворов солей после регенерации ионообменных фильтров. Велик расход воды на собственные нужда (20- 60% от производительности). Существует необходимость удаления органических веществ, чтобы избежать отравления ионитами. Ионный обмен с большим допущением можно назвать мето дом обессоливания сточных вод, скорее это технологический при ем получения воды высокой степени очистки. Очень широкое применение данный метод нашел в практике умягчения воды, т. е. избавления ее от солей постоянной жесткости.

Лекция 3.

Гидросфера – водная оболочка земли.

Загрязнение гидросферы.

Источники загрязнения гидросферы.

Методы контроля качества воды.

Меры по охране воды.

Методы очистки сточных вод.

Гидросфера - водная оболочка Земли.

Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая все воды, находящиеся в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах.

Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % общей площади земной поверхности).

Гидросфера уже 4 млрд лет назад была представлена следующими тремя составляющими: наземной (Мировой океан, речные, почвенные, озерные воды, ледники), подземной (воды литосферы), воздушной (парообразная вода атмосферы). Гидросфера включает следующие виды вод (в скобках доля от общего объема вод в гидросфере, %, по М.И. Львовичу, 1974):

Мировой океан (94,0);

подземные воды (4,3);

ледники (1,7);

воды суши (озера, речные воды, почвенная влага) (0,03);

пары атмосферы (0,001).

Вода входит в состав живого вещества как обязательный компонент (70–99 %). По сути, живое вещество – это водный раствор «живых» молекул. Именно вода обеспечивает их жизнедеятельность. Земная жизнь зародилась в водной среде, и поэтому ее можно считать производной воды.

Фундаментальные свойства воды:

1. Первоесвойство гидросферы – единство и «всюдность » (по выражению В. И. Вернадского) природных вод. Все воды связаны между собой и представляют единое целое. Такое единство природных вод определяется:

а) легким переходом воды из одного фазового состояния в другое. В пределах земных температур известно три состояния: жидкое, твердое, парообразное. Плазменное состояние воды существует при высоких температурах и давлениях в глубоких частях недр;

б) постоянным присутствием в воде газовых компонентов. Природная вода – это водный раствор (газ, взвешенные твердые частицы, минеральные вещества).

2. Второе свойство гидросферы определяется особым строением молекулы воды . Строение и свойства воды обеспечивают наиболее благоприятные условия для развития жизни на Земле. Из физики мы знаем, что все тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Вода ведет себя иначе. Если бы при превращении в лед (охлаждении) она сжималась, лед бы был тяжелее воды и тонул на дно рек и озер. Реки были бы проморожены до дна, и жизнь в этих водоемах была бы невозможна. Лед – изолятор, который предохраняет от замерзания воду подо льдом, что защищает всю подводную жизнь. Если бы не было этого свойства, то Земля превратилась бы в закованную льдом планету.

Особое строение молекулы воды обеспечивает многообразие структуры ее при изменении внешних факторов (температура, давление, химического состава). Нам зимой приходилось наблюдать многообразие и красоту ледяных узоров на окнах, снежинку, иней на деревьях. Как нет абсолютно одинаковых двух капель воды, так нет двух типов воды, одинаковых по структуре.

3. Третье свойство гидросферы выражается в геологически вечной подвижности ее. Движение воды весьма многообразно и проявляется в многочисленных круговоротах. Главное движение воды – геологический круговорот вещества. Каждую секунду под влиянием солнечного тепла миллионы кубических метров воды поднимаются вверх и образуют облака. Ветер приводит облака в движение. При подходящих условиях влага выпадает в виде дождя или снега. Дождевые капли имеют благоприятный размер для всего земного и падают тихо, мягко. Случайны ли все благоприятные для жизни совпадения? Так, вода участвует в своеобразных круговоротах вещества и энергии. Эта система установилась на Земле с появлением свободной воды и продолжается по сей день.

Почему происходит движение? Движение может происходить под действием: а) силы тяжести; б) солнечной (тепловой) энергии; в) молекулярного движения при смене фазового состояния.

4. Четвертое свойство гидросферы определяется высокой химической активностью воды . В условиях земной коры нет природных тел, которые в той или иной мере не растворялись бы в природных водах. Вода в биосфере выступает в роли универсального растворителя, ибо, взаимодействуя со всеми веществами, как правило, не вступает с ними в химические реакции. Это обеспечивает обмен веществ между сушей и океаном, организмами и окружающей средой.

Важнейшими абиотическими факторами водной среды являются следующие:

1. Плотность и вязкость.

Плотность воды в 800 раз, а вязкость - примерно в 55 раз больше, чем воздуха.

2. Теплоемкость.

Вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому океан является главным приемником и аккумулятором солнечной энергии.

3. Подвижность.

Постоянное перемещение водных масс способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических свойств.

4. Температурная стратификация.

По глубине водного объекта наблюдается изменение температуры воды.

5. Периодические (годовые, суточные, сезонные) изменения температуры

Самой низкой температурой воды считают - 2 ° С, самой высокой + 35-37 ° С. Динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха.

6. Прозрачность и мутность воды.

Определяет световой режим под поверхностью воды. От прозрачности (и обратной ей характеристики - мутности) зависит фотосинтез зеленых бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества.

Мутность и прозрачность зависят от содержания взвешенных в воде веществ, в том числе и поступающих в водные объекты вместе с промышленными сбросами. В связи с этим прозрачность и содержание взвешенных веществ - важнейшие характеристики природных и сточных вод, подлежащие контролю на промышленном предприятии.

7. Соленость воды.

По степени солености все водоемы условно подразделяются на

пресные с соленостью менее 0,5 0 / 00 ,

солоноватоводные - соленость колеблется в пределах 0,5 – 16 0 / 00 ,

соленые – больше 16 0 / 00 .

Соленость океанических водоемов составляет 32 - 38 0 / 00 ,

Самое высокое содержание солей в соленых озерах, где концентрация электролитов доходит до 370 0 / 00 .

Главное отличие морской воды от речной состоит в том, что подавляющую часть морской соли составляют хлориды , а в речной воде преобладают углекислые соли . Человек для обеспечения жизнедеятельности использует только пресную воду. Из общего количества водных ресурсов на земле на долю пресной воды приходится не более 3%.

8. Растворенный кислород и диоксид углерода.

Перерасход кислорода на дыхание живых организмов и на окисление поступающих в воду с промышленными сбросами органических и минеральных веществ ведет к обеднению живого населения вплоть до невозможности обитания в такой воде аэробных организмов.

9. Концентрация водородных ионов (pH).

Все гидробионты приспособились к определенному уровню pH: одни предпочитают кислую среду, другие - щелочную, третьи - нейтральную. Изменение этих характеристик может привести к гибели гидробионтов.

Реферат на тему:

«ВОДНАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ»

1. Общие сведения о воде

2. Мировой океан

3. Подземные воды

4. Реки

5. Озера и болота

Список использованной литературы

1. Общие сведения о воде

Гидросфера. Гидросферой называют водную оболочку Земли. В ее состав входят воды суши – реки, болота, ледники, подземные воды и воды Мирового океана.

Основная масса воды на Земле находится в морях и океанах – там ее почти 94 %; 4,12 % воды содержится в земной коре и 1,69 % – в ледниках Антарктиды, Арктики и в горных странах. На долю пресной воды приходится всего лишь 2 % из общих ее запасов.

Свойства воды. Вода – это самый распространенный в природе минерал. Чистая вода прозрачна, бесцветна, не имеет запаха. Она обладает удивительными свойствами, отличающими ее от других природных тел. Это единственный минерал, существующий в естественных условиях в трех состояниях – жидком, твердом и газообразном. Переход ее из одного состояния в другое происходит постоянно. Интенсивность этого процесса обусловлена в первую очередь температурой воздуха.

При переходе воды из газообразного состояния в жидкое выделяется тепло, а при испарении жидкой воды тепло поглощается. В солнечные дни и летом толща воды прогревается на значительную глубину и как бы конденсирует тепло, а при отсутствии солнечного освещения или его снижении тепло постепенно выделяется. По этой причине ночью вода теплее окружающего воздуха.

При замерзании вода увеличивается в объеме, поэтому кубик льда легче кубика воды такого же объема и не тонет, а плавает.

Самой плотной и соответственно самой «тяжелой» вода становится при температуре +4 °C. Вода этой температуры опускается на дно водоемов, где такая температура сохраняется стабильно, что делает возможным существование живых организмов в замерзших водоемах зимой.

Воду называют универсальным растворителем. Она растворяет почти все вещества, с которыми соприкасается, кроме жиров и некоторых минералов. В результате чистой воды в природе не бывает. Она всегда встречается в виде растворов большей или меньшей степени концентрации.

Будучи подвижным (текучим) телом, вода проникает в разные среды, движется во всех направлениях и выступает как транспортировщик растворов. Этим она обеспечивает обмен веществ в географической оболочке, в том числе между организмами и средой.

Вода обладает способностью «прилипать» к поверхности других тел и подниматься вверх по тонким капиллярным сосудам. С этим ее свойством связаны циркуляция воды в почвах и горных породах, кровообращение животных, движение соков растений вверх по стеблю.

Вода вездесуща. Она наполняет крупные и мелкие водоемы, содержится в недрах Земли, в виде водяного пара присутствует в атмосфере, служит непременным компонентом всех живых организмов. Так, организм человека на 65 %, а тела обитателей морей и океанов на 80–90 % состоят из воды.

Значение воды не ограничивается воздействием на жизнь и хозяйственную деятельность. Она оказывает огромное влияние на всю нашу планету. Академик В. И. Вернадский писал, что «нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней (водой) по влиянию на ход основных, самых жизненных геологических процессов».

Происхождение воды. Казалось бы, о воде человечество знает все. Тем не менее вопрос о происхождении воды на Земле до сих пор остается открытым. Одни ученые считают, что вода образовалась в результате синтеза водорода и кислорода, выделяющихся из недр Земли, другие, например академик О. Ю. Шмидт, считают, что вода на Землю привнесена из космоса при образовании планеты.

Вместе с космической пылью и минеральными частицами на нарождающуюся Землю падали кусочки и глыбы космического льда. При разогревании планеты лед превратился в водяной пар и воду.

2. Мировой океан

Деление Мирового океана. Мировой океан делят на четыре основные части – океаны – Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый.

Воды Мирового океана имеют ряд общих признаков:

– все воды Мирового океана соединены между собой;

– уровень водной поверхности в них практически одинаков;

– вода Мирового океана содержит значительное количество растворенных минеральных солей и имеет горько-соленый вкус, что не позволяет в естественных условиях использовать эту воду в пищевых целях. Соленость воды измеряется в промилле (%о). Число промилле показывает, сколько граммов соли содержится в 1 л воды. Средняя соленость Мирового океана составляет 35%о.

Воды Мирового океана распределены неравномерно. В Южном полушарии между 30–70° широты океан занимает более 95 %, а в Северном – чуть более 44 %, что позволило называть Южное полушарие океаническим, а Северное – материковым.

Воды Мирового океана, вдаваясь в сушу, образуют моря и заливы. Море – это относительно изолированная часть океана, отличающаяся от него соленостью и температурой воды, а иногда наличием течения. Так, соленость Балтийского моря колеблется от 3 до 20%о, а Красного – более 40%о.

Заливы меньше изолированы от океана, их воды мало отличаются по свойствам от вод тех океанов или морей, к которым они относятся.

Исторически сложилось так, что некоторые типичные моря называют заливами. Таковы, например, Бенгальский, Гудзонов, Мексиканский заливы. Некоторые части океана названы морями условно в связи с особенностями их природы. Таково, например, Саргассово море.

В зависимости от географического положения моря делятся на материковые (Средиземное и др.) и внутриматериковые (Балтийское и др.). По степени обособленности и особенностям выделяют внутренние (Черное, Белое и др.), окраинные (Баренцево, Охотское и др.) и межостровные (Яванское, Банда и др.).

Моря и океаны соединяются между собой проливами – более или менее узкими участками воды, расположенными между частями суши. В проливах обычно имеется течение. Некоторые проливы очень обширны и несут огромные массы воды (пролив Дрейка), другие – узкие, извилистые и мелководные (Босфор, Магелланов пролив).

Кроме солей в океанской воде растворено множество газов, в том числе и кислород, который необходим для дыхания живых организмов. В холодных водах полярных морей кислорода содержится больше.

Морские животные используют углекислый газ, содержащийся в водах океана, для строительства скелетов и раковин.

Температура воды в океанах неодинакова и колеблется от 27–28 °C на экваторе до -20 °C в полярных широтах.

В умеренных широтах имеют место сезонные колебания температур от 0 до +20 °C.

Воды полярных морей и океанов замерзают. Граница ледяного покрова проходит от берегов Ньюфаундленда к западному побережью Гренландии, далее к берегам Шпицбергена и Кольского полуострова. В Тихом океане эта граница опускается южнее и проходит от северной части полуострова Корея к острову Хоккайдо и далее через Курильские острова к берегам Америки.

В Южном полушарии граница ледяного покрова поднимается до 40–45° ю. ш.

Движение. Вода в Мировом океане находится в постоянном движении. Выделяют три вида движений: волновые, поступательные и смешанные.

Волновые движения возникают под воздействием ветра и охватывают только поверхность океана. Под напором ветра в верхней части волны частицы воды движутся в направлении движения волны, а в нижней – в противоположном направлении, совершая путь по круговым орбитам. По этой причине предметы, находящиеся на воде и не имеющие парусности, не движутся по горизонтали в направлении ветра, а колеблются на месте. Не случайно эти волны называют колебательными.

Каждая волна имеет гребень, склон и подошву (рис. 30). Расстояние между гребнем и подошвой по вертикали называется высотой, а между двумя гребнями – длиной волны. Чем сильнее ветер, тем крупнее волны. В отдельных случаях они достигают высоты до 20 м и даже до 1 км. С глубиной волны затухают.

Рис. 30. Строение волны

К берегу под напором ветра волны движутся быстрее, чем от берега, в результате чего пенистые гребни их сдвигаются вперед, наклоняются и обрушиваются на берег. У скалистых берегов сила, с которой волна бьется о береговые скалы, достигает нескольких тонн на 1 м 2 .

При подводных землетрясениях возникают волны цунами, которые охватывают всю толщу воды. Длина этих волн очень велика и составляет несколько десятков километров. Эти волны очень пологие, и встреча с ними в открытом океане неопасна. Скорость перемещения волны цунами достигает 900 км/ч. При приближении к берегу в результате трения волны о дно океана скорость ее падает, волна стремительно укорачивается, но при этом растет в высоту, достигая иногда 30 м. Эти волны производят опустошительные разрушения в береговой зоне.

Поступательные движения огромных масс океанской воды приводят к появлению морских или океанических течений. Такие течения возникают на разных глубинах, в результате чего вода перемешивается.

Основная причина возникновения течений – постоянные ветры, дующие в одном направлении. Такие течения называют дрейфовыми (поверхностными). Они вовлекают в движение массу воды глубиной до 300 м, а шириной в несколько сотен километров. Этот гигантский водный поток – река в океане – движется со скоростью от 3 до 9-10 км/ч. Протяженность таких «рек» может достигать нескольких тысяч километров. Например, течение Гольфстрим, начинаясь в Мексиканском заливе, имеет протяженность более 10 тыс. км и достигает острова Новая Земля. Это течение переносит в 20 раз больше воды, чем все реки земного шара, взятые вместе.

Среди дрейфовых течений Мирового океана в первую очередь следует назвать северные и южные пассатные течения, имеющие общее направление с востока на запад, вызванные пассатами – постоянными ветрами, дующими к экватору со скоростью 30–40 км/ч. Встречая на своем пути препятствие в виде материков, течения изменяют направление движения и движутся вдоль берегов материков на юг и север.

В зависимости от температуры воды течения бывают теплыми, холодными и нейтральными.

Воды теплых течений имеют температуру более высокую по сравнению с прилегающей океанской водой, холодные – более низкую, нейтральные – одинаковую. Обусловлено это тем, откуда течение принесло воды, – из низких, высоких или тех же широт.

Значение течений на Земле огромно. Они служат то «отопительными батареями», то «холодильными камерами» для прилегающих частей океана и материка. Течение Гольфстрим, например, имеет температуру 20–26 °C, чего вполне достаточно для того, чтобы «отапливать» Западную Европу и обогревать Баренцево море. В то же время холодное Лабрадорское течение обусловливает суровый, холодный климат полуострова Лабрадор, расположенного на широте Франции.

Кроме того, морские течения обеспечивают водообмен и перемешивание экваториальных, тропических, умеренных и полярных водных масс, способствуют перераспределению морских животных и растений. Там, где встречаются теплые и холодные течения, органический мир океана намного богаче и продуктивнее.

Кроме дрейфовых известны течения компенсационные, стоковые и плотностные.

Компенсационные течения обусловлены дрейфовыми и образуются в тех случаях, когда ветры с материка отгоняют поверхностные воды. На место этих вод, компенсируя их недостаток, поднимается вода из глубин. Она всегда холодная. По этой причине у жарких берегов Западной Сахары, Калифорнии, Чили проходят холодные Канарское, Калифорнийское и Перуанское течения.

Стоковые течения образуются из-за нагона воды дрейфовыми течениями, выносом речных вод или сильного испарения воды, в результате начинается выравнивание за счет стока сопредельных вод. Так, например, благодаря стоку из Мексиканского залива появилось течение Гольфстрим.

Плотностные течения образуются в том случае, когда два морских бассейна, вода которых имеет разную плотность, соединяются проливом. Например, более соленая и плотная вода Средиземного моря вытекает в Атлантический океан по дну Гибралтарского пролива, а навстречу этому потоку по поверхности пролива идет стоковое течение из океана в море.

К смешанным движениям океанских вод относят приливы и отливы, возникающие в результате притяжения Луной водной поверхности океана и вращения Земли вокруг оси.

В течение суток приливы и отливы наступают дважды, через каждые 6 ч. В открытом океане приливные и отливные волны незаметны, так как высота их не превышает 1,5 м, а длина очень велика. У берегов, особенно скалистых, длина волны сокращается, а так как масса воды остается прежней, высота волны стремительно растет. Например, в заливе Фанди (Северная Америка) высота приливной волны достигает 20 м, в Охотском море (у берегов России) превышает 13 м.

Во время прилива крупные океанские суда могут входить в морские порты, недоступные для них в другое время.

Приливные волны несут огромную энергию, которую используют для строительства приливных электростанций (ПЭС). В России создана и действует такая станция в Кислой губе на Баренцевом море. Значение ПЭС чрезвычайно велико в первую очередь потому, что они являются экологически чистыми и не требуют создания гигантских водохранилищ, занимающих ценные земли.

3. Подземные воды

Подземными называются воды, находящиеся под поверхностью Земли в жидком, твердом и газообразном состоянии. Они скапливаются в порах, трещинах, пустотах горных пород.

Подземные воды образовались в результате просачивания воды, выпавшей на поверхность Земли, конденсации водяных паров, поступивших по порам из атмосферы, а также в результате образования водяных паров при остывании магмы на глубине и конденсации их в верхних слоях земной коры. Решающее значение в образовании подземных вод имеют процессы просачивания воды с поверхности Земли. В отдельных регионах, например в песчаных пустынях, основную роль играют воды, поступившие из атмосферы в виде водяных паров.

Вода, испытывающая влияние силы тяжести, называется гравитационной. Она движется по наклонной поверхности водоупорных слоев.

Вода, удерживаемая молекулярными силами, называется пленочной. Молекулы воды, которые непосредственно соприкасаются с зернами пород, образуют гигроскопическую воду. Пленочную и гигроскопическую воду можно удалить из породы только при прокаливании. Поэтому растения эту воду не используют.

Корневые системы растений усваивают капиллярную воду (находящуюся в капиллярах почвы) и гравитационную.

Скорость движения грунтовых вод незначительна и зависит от структуры горных пород. Различают мелкозернистые породы (глины, суглинки), зернистые (пески), трещиноватые (известняки). Через пески и по трещинам гравитационная вода беспрепятственно стекает со скоростью 0,5–2 м в сутки, в суглинках и лёссах – 0,1–0,3 мм в сутки.

Горные породы в зависимости от их способности пропускать воду подразделяют на водопроницаемые и водоупорные. К водопроницаемым горным породам относятся пески, к водоупорным – глины и кристаллические породы. Воды, прошедшие через водопроницаемые породы, на глубине скапливаются над водоупорным слоем, образуя водоносные слои. Верхний уровень водоносного слоя, называемый зеркалом подземных вод, повторяет изгибы рельефа: над холмами повышается, под котловинами – понижается. Весной, когда при таянии снега грунт сильно переувлажняется, уровень грунтовых вод повышается, зимой понижается. Повышается уровень грунтовых вод и при сильных дождях.

Выход водоносного слоя на поверхность называют родником (источником, ключом). Обычно они находятся в оврагах, балках, речных долинах. Иногда родники можно встретить и на равнинах – в небольших понижениях или на склонах возвышенностей и холмов (рис. 31).

Рис. 31. Нисходящий (1) и восходящий (2) источники

Подземные воды, заключенные между двумя водонепроницаемыми слоями, обычно находятся под давлением, поэтому их называют напорными или артезианскими. Обычно они встречаются на больших глубинах – в понижениях изгибов водонепроницаемых пластов (рис. 32).

Рис. 32. Простой (1) , артезианский (2) колодцы и источник (3)

Глубинные подземные воды, находящиеся вблизи магматических очагов, дают начало горячим источникам. В России они встречаются на Камчатке, Северном Кавказе и в других местах. Температура воды в них достигает 70–95 °C. Фонтанирующие горячие источники называются гейзерами. В Долине гейзеров на Камчатке открыто более 20 крупных гейзеров, среди них Великан, выбрасывающий воду на высоту 30 м, а также множество мелких. За пределами нашей страны гейзеры распространены в Исландии, Новой Зеландии, США (Йеллоустонский национальный парк).

Проходя через различные горные породы, подземные воды частично растворяют их – так образуются минеральные источники. В зависимости от химического состава выделяют серные (Пятигорск), углекислые (Кисловодск), щелочно-солевые (Ессентуки), железисто-щелочные (Железноводск) и другие источники. Они используются в лечебных целях. В местах их выхода строят курорты.

4. Реки

Текучие воды – временные водотоки, ручьи и реки, выравнивающие поверхность Земли; они разрушают возвышенности, горы, уносят продукты разрушения в более низкие места.

Велико значение текучих вод и в хозяйственной деятельности человека. Родники, реки и ручьи – основные источники водоснабжения. Вдоль ручьев и рек расположены населенные пункты, реки используют как пути сообщения, для строительства гидроэлектростанций и лова рыбы. В засушливых областях вода рек идет на орошение.

Реки – это естественные постоянные водотоки, текущие по уклону и заключенные в берега.

Начало рекам часто дают источники, выходящие на земную поверхность. Многие реки берут начало в озерах, на болотах, в горных ледниках.

Каждая река имеет исток, верхнее, среднее и нижнее течение, притоки, устье. Исток – это место, откуда река берет начало. Устье – место впадения в другую реку, озеро или море. В пустынях реки иногда теряются в песках, их вода расходуется на испарение и фильтрацию.

Реки, протекающие по какой-либо территории, образуют речную сеть, которая состоит из отдельных систем, включающих главную реку и ее притоки. Обычно главная река длиннее, полноводнее и занимает осевое положение в речной системе. Как правило, она старше своих притоков. Иногда бывает и наоборот. Например, Волга несет воды меньше, чем Кама, но считается главной рекой, поскольку ее бассейн исторически был заселен раньше. Некоторые притоки бывают длиннее главной реки (Миссури длиннее Миссисипи, Иртыш – Оби).

Притоки главной реки подразделяют на притоки первого, второго и последующих порядков.

Бассейном реки называют территорию, с которой она получает питание. Площадь бассейна можно определить по крупномасштабным картам с помощью палетки. Бассейны различных рек разделяют водоразделы. Они чаще проходят по возвышенностям, в отдельных случаях по равнинным заболоченным местам.

Густота речной сети – это отношение суммарной протяженности всех рек к площади бассейна (км/км 2). Она зависит от рельефа, климата, местных горных пород. В местах, где выпадает большее количество осадков и испарение незначительное, речная сеть имеет большую густоту. В горах густота речной сети больше, чем на равнине. Так, на северных склонах Кавказских гор она составляет 0,49 км/км 2 , а в Предкавказье – 0,05 км/км 2 .

Питание рек. Осуществляется подземными водами, а также атмосферными осадками, выпадающими в виде дождей и снегов. Дождевая вода, выпавшая на поверхность, частично испаряется, а часть ее просачивается в глубь земли или стекает в реки. Выпавший снег весной тает. Талые воды стекают по склонам и в конечном счете попадают в реки. Таким образом, постоянными источниками питания рек являются подземные воды, дожди летом и талые воды снегов весной. В горных районах реки питаются водами от таяния ледников и снега.

От характера питания зависит уровень воды в реках. Наибольший подъем воды на территории нашей страны наблюдается весной, во время таяния снегов. Реки выходят из берегов, заливая огромные пространства. В период весенних разливов стекает более половины годового объема воды. В местах, где больше осадков выпадает летом, реки имеют летний разлив. Например, Амур имеет два разлива: менее мощный – весенний и более сильный – в конце лета, во время муссонных дождей.

Наблюдения за уровнем рек позволяют выделить периоды самой высокой и низкой воды. Они получили названия «половодье», «паводок» и «межень».

Половодье – ежегодно повторяющийся подъем воды в один и тот же сезон. Весной при таянии снега в течение 2–3 месяцев в реках удерживается высокий уровень воды. В это время происходят разливы рек.

Паводок – кратковременный непериодический подъем воды в реках. Например, при сильных продолжительных дождях некоторые реки Восточно-Европейской равнины выходят из берегов, затопляя обширные пространства. На горных реках паводки происходят в жаркую погоду, когда снега и ледники интенсивно тают.

Высота подъема воды во время половодья различна (в горных странах – выше, на равнинах – ниже) и зависит от интенсивности таяния снега, выпадения дождей, лесистости территории, ширины поймы и характера ледохода. Так, на больших сибирских реках во время образования заторов льда подъем воды достигает 20 м.

Межень – наиболее низкий уровень воды в реке. В это время река питается в основном грунтовыми водами. В средней полосе нашей страны межень наблюдается в конце лета, когда вода сильно испаряется и просачивается в грунт, а также в конце зимы, когда нет поверхностного питания.

По способу питания все реки можно подразделить на следующие группы:

– реки дождевого питания (в экваториальном, тропическом и субтропическом поясах – Амазонка, Конго, Нил, Янзцы и др.);

– реки, получающие питание от таяния снегов и ледников (реки горных областей и Крайнего Севера – Амударья, Сырдарья, Кубань, Юкон);

– реки подземного питания (реки склонов гор в засушливом поясе, например небольшие реки северного склона Тянь-Шаня);

– реки смешанного питания (реки умеренного пояса с ярко выраженным устойчивым снежным покровом – Волга, Днепр, Обь, Енисей и др.).

Работа рек. Реки постоянно производят работу, которая проявляется в эрозии, переносе и аккумуляции материала.

Под эрозией понимают разрушение горных пород. Различают эрозию глубинную, направленную на углубление русла, и боковую, направленную на разрушение берегов. На реках можно видеть излучины, которые называют меандрами. Один берег реки обычно подмывается, другой – намывается. Намытый материал река может переносить и откладывать. Отложение начинается, когда течение замедляется. Сначала оседает более крупный материал (камни, галька, крупный песок), потом мелкий песок и т. д.

Особенно активно накопление принесенного материала происходит в устьях рек. Там образуются острова и мели с протоками между ними. Такие образования называют дельтами.

На карте можно видеть большое количество рек, образующих дельты. Но есть реки, например Печора, устья которых походят на расширяющийся клин. Такие устья называют эстуариями. Форма устья обычно зависит от устойчивости дна моря в районе впадения реки. Там, где оно постоянно понижается в результате вековых движений земной коры, образуются эстуарии. В местах, где дно моря поднимается, формируются дельты. Реки могут не иметь дельт в том случае, если в море в районе впадения реки проходит сильное течение, уносящее речные наносы далеко в море.

Строение речной долины. У речных долин различаются следующие элементы: русло, пойма, террасы, склоны, коренные берега. Руслом называют пониженную часть долины, по которой протекает река. Русло имеет два берега: правый и левый. Обычно один берег пологий, другой – крутой. Русло равнинной реки чаще имеет извилистую форму, поскольку кроме силы тяжести и трения на характер движения потока влияет и центробежная сила, возникающая на поворотах реки, а также отклоняющая сила вращения Земли. Под действием этой силы на повороте поток прижимается к вогнутому берегу, а струи воды разрушают его. Направление течения меняется, поток направляется к противоположному, пологому берегу. Отклоняющая сила вращения Земли заставляет поток прижиматься к правому берегу (в Северном полушарии). Он разрушается, русло реки перемещается.

Процесс образования излучин (меандров) непрерывен. Иногда петли меандров приближаются друг к другу на такое расстояние, что соединяются, и вода начинает течь по новому руслу, а часть бывшего русла становится старицей, озером серповидной формы.

В русле равнинных рек обычно чередуются плёсы и перекаты. Плёсы – наиболее глубокие участки реки с медленным течением. Они образуются на ее изгибах. Перекаты – мелкие части реки с быстрым течением. Они образуются на спрямленных участках. Плёсы и перекаты постепенно смещаются по реке.

Река постоянно углубляет русло, однако глубинная эрозия останавливается, когда уровень воды в реке опустится до той же отметки, что и в месте впадения реки в другую реку, озеро, море. Этот уровень называют базисом эрозии. Конечным базисом эрозии для всех рек является уровень Мирового океана. При понижении базиса эрозии река сильнее эродирует, углубляет русло; при повышении этот процесс замедляется, идет отложение наносов.

Поймой называют часть долины, заливаемую вешними водами. Поверхность ее неровная: обширные вытянутые понижения чередуются с небольшими возвышениями. Наиболее высокие участки – береговые валы располагаются вдоль берегов. Обычно они покрыты растительностью. Террасы представляют собой выровненные площадки, тянущиеся вдоль склонов в виде ступенек. На крупных реках наблюдают по нескольку террас, счет их ведут от поймы вверх (первая, вторая и т. д.). У Волги прослеживается от четырех до семи террас, а на реках Восточной Сибири – до 20.

Склоны ограничивают долину с боков. Чаще один склон крутой, другой – пологий. Например, у Волги правый склон крутой, левый – пологий. Заканчиваются склоны коренными берегами, обычно не затронутыми эрозией.

У молодых рек в продольном профиле нередко имеются участки с порогами (места с быстрым течением и выходом скального грунта на поверхность воды) и водопадами (участки, где вода падает с отвесных уступов). Водопады встречаются на многих горных реках, а также на таких равнинных, в долинах которых на поверхность выходят твердые породы.

Один из самых крупных водопадов мира – Виктория на реке Замбези – падает с высоты 120 м при ширине 1800 м. Шум падающей воды слышен за десятки километров, а водопад всегда окутан облаком брызг – водяной пылью.

Воды Ниагарского водопада (Северная Америка) падают с высоты 51 м, ширина потока 1237 м.

Многие горные водопады еще выше. Самый высокий из них – Анхель на реке Ориноко. Его вода падает с высоты 1054 м.

При строительстве населенных пунктов очень важно знать, достаточно ли воды в реке, может ли она обеспечить водой население и предприятия. С этой целью определяют расход, т. е. количество воды (в м 3), проходящее через живое сечение реки за 1 с.

Например, скорость течения реки 1 м/с, площадь живого сечения 10 м 2 . Значит, расход воды в реке составляет 10 м 3 /с.

Расход воды в реке за продолжительный период называется речным стоком. Обычно он определяется по многолетним данным и выражается в км 3 /год.

Величина стока зависит от площади бассейна реки и климатических условий. Большое количество осадков при малом испарении способствует увеличению стока. Кроме того, сток зависит от горных пород, которыми сложена данная территория, и рельефа местности.

Многоводность самой полноводной в мире реки Амазонки (3160 км 3 в год) объясняется огромной площадью ее бассейна (около 7 млн км 2) и обилием осадков (более 2000 мм в год). У Амазонки 17 притоков первого порядка, каждый из которых приносит почти столько же воды, сколько Волга.

5. Озера и болота

Озера. Около 2 % всей суши занято озерами, углублениями суши, заполненными водой. На территории нашей страны (частично) расположено самое большое озеро в мире – Каспийское и самое глубокое – Байкал.

Издавна человек использует озера для водоснабжения; они служат путями сообщения, многие из них богаты рыбой. В некоторых озерах найдено ценное сырье: соли, железные руды, сапропель. На берегах озер люди отдыхают, там построены дома отдыха, санатории.

Типы озер. По характеру стока озера делят на проточные, сточные и бессточные. В проточное озеро впадает много рек и несколько рек из него вытекает. К этому типу относятся Ладожское, Онежское.

Сточные озера принимают большое количество рек, но вытекает из них только одна река. К этому типу можно отнести озера Байкал, Телецкое.

В засушливых областях находятся бессточные озера, из которых не вытекает ни одна река, – Каспийское, Аральское, Балхаш. К этому же типу относят и многие озера тундры.

Происхождение озерных котловин чрезвычайно разнообразно. Есть котловины, возникшие в результате проявления внутренних сил Земли (эндогенные). Таково большинство крупных озер мира. Мелкие озера порождены деятельностью внешних сил (экзогенные).

К эндогенным котловинам относятся тектонические и вулканические. Тектонические котловины представляют собой опустившиеся участки земной коры. Опускание может произойти в результате прогиба слоев или сбросов вдоль трещин. Так образовались крупнейшие озера – Аральское (прогиб земных слоев), Байкал, Танганьика, Верхнее, Гурон, Мичиган (сбросовые).

Котловины вулканические представляют собой кратеры вулканов или долины, перекрытые лавовыми потоками. Подобные котловины имеются на Камчатке, например Кроноцкое озеро.

Разнообразны озерные котловины экзогенного происхождения. В долинах рек часто встречаются озера-старицы, имеющие продолговатую форму. Они возникли на месте бывших русел рек.

Много озер образовалось в ледниковый период. Ледники при своем движении выпахивали огромные котловины. Они заполнялись водой. Такие ледниковые озера встречаются в Финляндии, Канаде, на северо-западе нашей страны. Многие озера вытянуты по направлению движения ледников.

В областях, сложенных водорастворимыми горными породами – известняками, доломитами и гипсом, – нередки котловины карстового происхождения. Многие из них очень глубоки.

В тундре и тайге часто встречаются озерные котловины термокарстовые, возникшие в результате неравномерного протаивания многолетней мерзлоты.

В горах в результате сильных землетрясений могут возникнуть запрудные озера. Так, в 1911 г. на Памире буквально на глазах у людей возникло Сарезское озеро: часть горного хребта в результате землетрясения была сброшена в долину реки, и образовалась запруда высотой более 500 м.

Немало котловин создано человеком – это искусственные водоемы.

В нашей стране сток большинства крупных рек зарегулирован (Волга, Ангара, Енисей). На них построены плотины и созданы большие водохранилища.

Многие озерные котловины имеют смешанное происхождение. Например, Ладожское, Онежское озера относятся к тектоническим, но их котловины изменили свой облик под действием работы ледников и рек. Каспийское озеро – остаток большого морского бассейна, который некогда соединялся через Кумо-Манычскую впадину с Азовским и Черным морями.

Питаются озера за счет подземных вод, атмосферных осадков и впадающих в них рек. Часть воды из озера выносится в реки, испаряется с поверхности, уходит на подземный сток. В зависимости от соотношения приходной и расходной части происходит колебание уровня воды, которое приводит к изменению площадей озер. Например, озеро Чад в сухое время года имеет площадь 12 тыс. км 2 , а в дождливое увеличивается до 26 тыс. км 2 .

Изменение уровня воды в озерах связано с климатическими условиями: уменьшением количества выпавших осадков в бассейне озера, а также испарением с его поверхности. Уровень воды в озере может измениться также в результате тектонических движений.

По количеству растворенных в воде веществ озера делятся на пресные, солоноватые и соленые. Пресные озера имеют растворенных солей менее 1%о. Солоноватыми озерами считаются такие, где соленость больше 1%о, а солеными – свыше 24,7%о.

Проточные и сточные озера обычно пресные, так как приход пресной воды больше, чем расход. Бессточные озера преимущественно солоноватые или соленые. В этих озерах приход воды меньше, чем расход, поэтому соленость увеличивается. Соленые озера находятся в степной и пустынной зонах (Эльтон, Баскунчак, Мертвое, Большое Соленое и многие другие). Некоторые озера отличаются большим содержанием соды, например содовые озера юга Западной Сибири.

Жизнь озер. Озера развиваются в зависимости от окружающих условий. Реки, а также временные водные потоки приносят в озера огромное количество неорганических и органических веществ, которые отлагаются на дне. Появляется растительность, остатки которой также скапливаются, заполняя озерные котловины. В результате этого озера мелеют, на месте их могут образоваться болота (рис. 33).

Рис. 33. Схема зарастания озера: 1 – моховой покров (рям); 2 – донные отложения органических остатков; 3 – «окно», или пространство чистой воды

Распространение озер зонально. В России наиболее густая озерная сеть наблюдается в областях древнего оледенения: на Кольском полуострове, в Карелии. Здесь озера пресные, большей частью проточные и быстро зарастающие. На юге, в лесостепной и степной зонах, количество озер резко уменьшается. В пустынной зоне преобладают бессточные соленые озера. Они часто пересыхают, превращаясь в солончаки. Тектонические озера встречаются во всех поясах. У них большие глубины, поэтому изменение идет медленно, малозаметно для человека.

Болота. Болота – это избыточно увлажненные участки суши, покрытые влаголюбивой растительностью.

Заболачивание в лесной полосе нередко происходит при вырубке леса. Благоприятны условия для образования болот и в зоне тундры, где многолетняя мерзлота не пропускает грунтовых вод вглубь, и они остаются на поверхности.

По условиям питания и местонахождению болота подразделяются на низинные и верховые. Низинные болота питаются атмосферными осадками, поверхностными и подземными водами. Подземные воды богаты минеральными веществами. Это обусловливает богатую растительность на низинных болотах (ольха, ива, береза, осоки, хвощи, тростник, а из кустарников – багульник). Низинные болота широко распространены в лесной полосе на поймах больших рек.

При определенных условиях низинные болота могут превратиться в верховые. По мере нарастания торфа количество минеральных веществ уменьшается, а растения, требовательные к минеральной пище, уступают место менее требовательным. Обычно эти растения появляются в центре болота (сфагновые мхи). Они выделяют органические кислоты, которые замедляют распад растительной массы. Возникают повышения из торфа. Стекающая в болото вода уже не может попадать в центр, где распространяются сфагновые мхи, питающиеся атмосферной влагой. Верховые болота возникают на малорасчлененных водоразделах.

Болота занимают огромные пространства. Примерно 1 / 10 территории нашей страны покрыта болотами. Обширны пространства болот в Псковской, Новгородской областях, Мещере и Западной Сибири, много болот в тундре.

В болотах добывают торф, который используют как топливо и как удобрение.

Список использованной литературы

1. Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М. Концепции современного естествознания. С учебное пособие. М. 1999

2. Петросова Р.А., Голов В.П., Сивоглазов В.И., Страут Е.К. Естествознание и основы экологии. Учебное пособие для средних педагогических учебных заведений. М.: Дрофа, 2007, 303 стр.

3. Савченко В.Н., Смагин В.П.. Начала современного естествознания. Концепции и принципы. Учебное пособие. Ростов-на-Дону. 2006.

– водная оболочка Земли включает в себя всю воду планеты, находящуюся в жидком, твёрдом (лёд) и газообразном (водяной пар) состоянии. В состав гидросферы входят Мировой океан, воды суши, водяной пар атмосферы.

Предполагают, что гидросфера возникла в результате выделения из мантии Земли жидких неподвижных растворов и газов. Общий объём воды на планете остаётся неизменным и составляет около 1,5 млрд км 3 .

Главной составной частью гидросферы является Мировой океан, на его долю приходится более 96% объёма вод. Ледники составляют 1,8%, подземные воды – 1,7%, реки, озёра, болота всего лишь 0,01%. Поверхность Мирового океана занимает около 71% земной поверхности и располагается между атмосферой и литосферой.

Все воды Земли взаимосвязаны и находятся в постоянном движении: в круговоротах. Круговорот воды – это процесс непрерывного перемещения воды под воздействием солнечной энергии и силы тяжести, охватывает гидросферу, атмосферу, литосферу и живые организмы. Вода испаряется с поверхности суши под действием солнечного тепла, воздушными течениями переносится в разных направлениях и, и под действием силы тяжести выпадает на землю снова в виде атмосферных осадков. Причём большая часть осадков выпадает снова в океан.

Различают малый и большой круговорот воды. В малом круговороте участвуют только океан и атмосфера (океан – атмосфера – океан); а в большом круговороте вода «путешествует» так: океан – атмосфера – суша – океан. Этот круговорот воды, в котором кроме атмосферы и океана принимает участие суша, называется большим или мировым круговоротом воды.

Гидросфера едина: об этом свидетельствуют система Мирового круговорота воды, пространственная непрерывность Мирового океана, общность происхождения вод.

Гидросфера имеет огромное значение для существования жизни на Земле. Без воды не могло бы быть человека, растений и животных. Для жизни необходимо подержание температуры на определённом уровне (от 0 до 100˚). Гидросфера играет большую роль в поддержании относительно неизменного климата на планете: она является аккумулятором тепла, что обеспечивает постоянство средней температуры на Земле; гидросфера за счёт фитопланктона является основным источником кислорода атмосферы.

Гидросфера имеет огромное значение в хозяйственной деятельности человека. Океан является источником природных биологических ресурсов: рыба, морепродукты, жемчуг и др. Сейчас широко используют и минеральные ресурсы: нефть, газ, руда. Огромны потенциальные энергетические ресурсы. Кроме того, по океану проходят важнейшие транспортные магистрали, обслуживающие мировую торговлю.

В настоящее время остро встаёт проблема загрязнения гидросферы. Человечество активно использует водную среду для сброса отходов производства и потребления. Интенсивное антропогенное загрязнение гидросферы ведет к серьезным изменениям ее геофизических параметров, губит водные экосистемы и потенциально опасно для человека. Международное сообщество принимает срочные меры по спасению среды обитания человечества. Экологическая угроза гидросфере требует международного сотрудничества всех стран и принятия единых стратегии и программы совместных действий.

Остались вопросы? Хотите знать больше о водной оболочке Земли?
Чтобы получить помощь репетитора – .

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства