Лекція 5. Склад і будова гідросфери. Водні ресурси на Землі та в Україні. Система водопостачання. Раціональне водокористування.

Date: 2015-10-07; view: 456.

Гідросфера – це водяна сфера нашої планети, сукупність океанів, морів, вод континентів, льодовикових покривів. Загальний об'єм природних вод становить близько 1,5 млрд. км³ (1/800 об'єму планети). Води вкривають 71% поверхні планети (361 млн. км²).

Вода виконує чотири дуже важливі екологічні функції:

а) є найважливішою мінеральною сировиною, головним природним ресурсом споживання (людство використовує її в тисячу разів більше, ніж вугілля чи нафти);

б) є основним механізмом здійснення взаємозв'язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепла, приріст біомаси);

в) є головним агентом-переносником глобальних біоенергетичних екологічних циклів;

г) є основною складовою частиною всіх живих організмів.

Для величезної кількості всіх живих організмів, особливо на ранніх етапах розвитку біосфери, вода була середовищем зародження та розвитку. Величезну роль відіграють води у формуванні поверхні Землі, її ландшафтів, у розвитку екзогенних процесів (схилових, карстових), переносі хімічних речовин в глиб Землі та на її поверхні, транспортуванні забруднювачів довкілля. Водяна пара в атмосфері виконує функцію потужного фільтра сонячної радіації, а на Землі – нейтралізатора екстремальних температур, регулятора клімату.

Основну масу води на планеті становлять солоні води Світового океану. Середня солоність цих вод – 3,5 % (тобто в 1 л океанічної води міститься 35 г солей). Найсолоніша вода в Мертвому морі – 26 % (у Чорному – 18 %, Балтійському – 0,7 %).

Хімічний склад океанічних вод, як вважають спеціалісти, дуже схожий на склад людської крові – в них містяться майже всі відомі нам хімічні елементи, але, звичайно, в різних пропорціях. Частка кисню, водню, хлору та натрію становить 95,5 %.

Хімічний склад підземних вод дуже різноманітний. Залежно від складу вміщуючих порід та глибини залягання води змінюються від гідрокарбонатно-кальцієвих до сульфатних, сульфатно-натрієвих і хлоридно-натрієвих, за мінералізацією – від прісних до рапи з концентрацією 60 %, часто з наявністю газової компоненти. Мінеральні та термальні підземні води мають велике бальнеологічне значення, є одним з рекреаційних елементів природного середовища.

З газів, розчинених в водах Світового океану, найбільш важливими для біоти є кисень та вуглекислий газ. Загальна маса вуглекислого газу в океанічних водах перевищує його масу в атмосфері приблизно в 60 разів.

Запаси води на Землі – 1,46∙10⁹ км³ (0,025% усієї маси Землі). Абсолютна більшість цієї маси – гірко-солона морська вода, непридатна для пиття та технологічного використання. Маса прісної води на планеті– 31∙10⁶ км³ (2% її загальної кількості).

Основна кількість (96%) прісної води зосереджена в льодових щитах Антарктиди та Гренландії, гірських льодовиках, айсбергах, у зоні вічної мерзлоти. Із усієї кількості прісної води лише 0,6–1% перебуває в рідкому стані (річки, прісноводні озера, частина підземних вод). Саме ця вода і використовується людством для своїх численних потреб. 80% усієї прісної рідкої води Землі зосереджено у сибірському озері Байкал. У надрах Землі зв'язаному вигляді (у складі мінералів) також містяться запаси води. За даними В.І. Вернадського, в земній корі у зв'язаному стані міститься щонайменше 1,3 млрд. км води, тобто приблизно стільки ж, як у Світовому океані.

Основним джерелом водопостачання для людства є річковий стік. Серед країн світу перше місце за цим показником посідає Бразилія з її гігантською річкою Амазонкою. Річковий стік України становить у середньому 83,5 млрд. м³, а в маловодні роки зменшується до 48,8 млрд. м³. По території України цей стік розподілено вкрай нерівномірно: 70% припадає на Південно-Західний економічний район (45% території), де мешкає лише 40% населення. На Донецько-Придніпровський та Південний економічні райони, де живе 60% населення і де розташовані найбільш водоємні галузі народного господарства, припадає всього 30% стоку.

Головним джерелом води в Україні є Дніпро. Дніпровська вода використовується для пиття і технологічних потреб. Іншими річками, що забезпечують потреби населення України в воді, є Дністер, Південний Буг, Західний Буг, Тиса, Прут та ін. Стан води й повноводдя великих річок України залежить від стану їх приток і малих річок, яких в Україні налічується понад 63 тис. Більше 20 тис. з них вже зникло, тобто висохло.

Вода може використовуватися з різною метою: для потреб промисловості, сільського, комунального господарства, транспорту та для господарсько-питних потреб тощо.

Промисловість використовує близько 20% загального рівня прісної води й її споживання. Кількість води, що споживається тим чи іншим промисловим підприємством, залежить від типу продукції, що випускається, технології виробничого процесу, системи водопостачання (прямоточної чи оборотної), кліматичних умов тощо.

У разі застосування проточної системи вода з водного джерела подається на промисловий об'єкт, використовується в процесі виробництва продукції, потім надходить в очисні споруди й після відповідного очищення скидається в водотік чи водойму. При такій системі використовується велика кількість води, але частка необоротного водоспоживання невелика.

При оборотній системі водопостачання відпрацьована вода після відповідної очистки не скидається у водойму, а багаторазово використовується в процесі виробництва. Витрати води в цьому разі набагато нижчі. Наприклад, якщо ТЕС потужністю 1 млн. кВт при прямоточному водопостачанні щорічно споживає 1,5 км води (головним чином для охолодження агрегатів), то при оборотній схемі – лише 0,12 км³, тобто в 13 разів менше.

Найбільшим споживачем води в промисловості є атомна енергетика – АЕС використовують в середньому вдвічі більше води на 1 кВт виробленої електроенергії, ніж ТЕС.

Сільське господарство є основним споживачем прісної води (70% усього її використання). Питоме водоспоживання під час зрошення залежить від виду сільськогосподарських культур, фізико-географічних умов району, технічного стану зрошувальних систем і способів поливу. Деяка кількість води після зрошення повертається у водойми у вигляді зворотних вод, які, за своїм хімічним складом значно відрізняються від вод, що використовувалася для зрошення, бо мають великий вміст солей.

Водопостачання населення задовольняє потреби в питній воді й комунально-побутові потреби (робота підприємств побутового обслуговування, полив вулиць та зелених насаджень, протипожежні заходи тощо). Існує поняття питоме водоспоживання, тобто добовий об'єм води у літрах, який необхідний для задоволення всіх потреб одного жителя населеного пункту. Питоме водоспоживання у містах більше, ніж у селах і значною мірою залежить від ступеня благоустрою (наявності водопроводу, каналізації, центрального водяного опалення тощо).

Забруднення гідросфери поділяють на хімічне, фізичне, біологічне і теплове.

Хімічне забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми з стічними водами різних шкідливих домішок неорганічної (кислоти, мінеральні солі, луги тощо) й органічної природи (нафта і нафтопродукти, органічні сполуки, поверхнево-активні речовини, миючі засоби, пестициди тощо). Більшість з них є токсичними (отруйними) для мешканців водойм. Це – сполуки миш'яку, свинцю, міді, кадмію, хрому, фтору тощо. Вони поглинаються фітопланктоном і передаються далі по харчових ланцюжках до більш високоорганізованих організмів, що супроводжується кумулятивним ефектом, який полягає в прогресуючому збільшенні вмісту шкідливих сполук у кожній наступній ланці трофічного ланцюга.

Згубно впливають на стан водойм стічні води, що містять розчинені органічні речовини або суспензії органічного походження. Більшість цих речовин сприяє зниженню вмісту кисню в воді. Особливої шкоди завдають нафта і нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообмінові між водою та атмосферою та знижує вміст кисню в воді.

Осідаючи на дно водойм, органічні суспензії замулюють його й затримують або повністю припиняють життєдіяльність донних мікроорганізмів, які беруть участь у самоочищенні, під час гниття донних осадків, забруднених органічними сполуками, утворюються шкідливі й отруйні сполуки, зокрема сірководень, що забруднює всю воду у річці або озері.

Основними постачальниками органічних речовин у стічних водах є підприємства целюлозно-паперової промисловості (одне з „найбрудніших" виробництв, створених людиною), нафтопереробні заводи, великі тваринницькі комплекси тощо.

Велику кількість органічних сполук, яких раніше не було в природі містять стоки хімічних підприємств. Багато з цих речовин біологічно активні, дуже стійкі і важко видаляються із стоків. Останнім часом особливе місце серед них посідають синтетичні миючі засоби – детергенти. Більшість з них містить фосфор. Зростання кількості фосфатів у річках, озерах і морях спричинює інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей, „цвітіння" водойм, що супроводжується різким зменшенням вмісту кисню в воді, „заморами" риб, загибеллю інших водних тварин. Детергенти також надзвичайно утруднюють роботу каналізаційних споруд, уповільнюючи процеси коагуляції під час очищення стічних вод.

Фізичне забруднення води пов'язане із зміною її фізичних властивостей – прозорості, вмісту суспензій та інших непрозорих домішок, радіоактивних речовин і температури. Суспензії (пісок, намул, глинисті частки) потрапляють у водойми, головним чином, за рахунок поверхневого змиву дощовими водами з сільськогосподарських полів, особливо тоді, коли ділянки землі розорюються до самого урізу води.

Багато суспензій потрапляє у водотоки з підприємств гірничодобувної промисловості (промивні установки, драги тощо). Пил надходить у водойми також з сильними вітрами, особливо в суху погоду. Тверді частки різко знижують прозорість води, пригнічуючи процеси фотосинтезу водяних рослин, забиваючи зябра риб та інших водяних тварин, погіршують смакові якості води.

Особливу небезпеку для всього живого становлять радіоактивні домішки, що потрапляють у водойми завдяки викидам АЕС (особливо під час аварій), з частками золи від працюючих ТЕС тощо.

Теплове забруднення водойм є особливим видом забруднення гідросфери. Воно спричинене спуском у водойми теплих вод від різних енергетичних установок. Величезна кількість тепла, що надходить з нагрітими водами в ріки і озера, істотно змінює їх термічний і, як наслідок, біологічний режими. Серед теплових забруднювачів гідросфери перше місце посідають АЕС.

Біологічне забруднення водного середовища полягає у надходженні до водойм із стічними водами різних видів мікроорганізмів, рослин і тварин (віруси, мікроскопічні гриби, бактерії, черви, личинки паразитів), яких раніше тут не було. Багато з них є хвороботворними для людей, рослин і тварин. Серед біологічних забруднювачів перше місце посідають комунально-побутові стоки, особливо коли вони надходять у водойми без очищення. Проте навіть за наявності очисних споруд деяка кількість вірусів, бактерій все ж не затримується фільтрами і потрапляє у водойми. До промислових підприємств, що забруднюють воду біологічними типами забруднювачів, належать підприємства шкірообробної промисловості, м'ясокомбінати, цукрові заводи. Особливої гостроти біологічне забруднення водойм набуває у місцях масового відпочинку людей (рекреаційні та курортні зони, узбережжя морів та озер).