Гидросфера Земли: описание, объем, схема, объекты, состав и загрязнение

Общий объем вод гидросферы

Земля имеет площадь около 510 066 000 км²; почти 71% поверхности планеты покрыто соленой водой объемом ок. 1,4 миллиарда км³ и средней температурой ок. 4°C, ненамного выше точки замерзания воды. Мировой океан содержит почти 94% объема всей воды на Земле. Остальное происходит в виде пресной воды, три четверти которой заперты в виде льда в полярных регионах. Большая часть оставшейся пресной воды — это подземные воды, содержащиеся в почве и горных породах; и менее 1% водных ресурсов находятся в озерах и реках мира. В процентном отношении атмосферный водяной пар незначителен, но перенос воды, испаряющейся из океанов, на поверхность суши является составной частью гидрологического круговорота, возобновляющего и поддерживающего жизнь на планете.

Основные источники загрязнения атмосферы

Основной объем пресной воды сосредоточен в снежном покрове и ледниках. И лишь малая его часть распространяется в пресноводных водоемах. И даже этого количества хватило бы на нужды всего человечества, если бы не масштабное загрязнение Мирового океана.

Научно-технический прогресс в ХХ веке привел к активному загрязнению водоемов, скорость которого с каждым годом только увеличивается.

Все загрязнители условно делятся на 3 основных типа:

• химический;
• биологический;
• физ.

Во всем мире наиболее распространенными химическими токсинами окружающей среды являются пестициды, тяжелые металлы, нефть и нефтепродукты и различные синтетические компоненты. Химическое загрязнение является наиболее распространенным и стойким и оказывает сильное воздействие на гидросферу. Полное самоочищение природной воды при данном виде загрязнения в большинстве случаев невозможно.

Рис. 1. Загрязнение воды нефтепродуктами

К биологическим загрязнителям относятся различные патогенные микроорганизмы. Бактериальное обсеменение сводится к распространению грибов, простейших, болезнетворных бактерий и носит временный характер.

К физическим загрязнителям относятся тепло, промышленные отходы, радиоактивные вещества. Содержание последних в воде даже в малых количествах крайне опасно, так как такие компоненты вызывают радиоактивное заражение. Радиоактивные элементы распространяются в гидросфере, когда токсичные отходы закапываются на дно и сбрасываются в воду. Они просачиваются вглубь земной поверхности вместе с подземными реками.

Помимо основных видов загрязнения гидросферы, происходит засорение вод остатками лесосплава, бытовыми и промышленными отходами, что значительно ухудшает состояние воды и нарушает хрупкий баланс экосистем.

Рис. 2. Бытовые отходы в природных водоемах

Круговорот воды в природе

Схема круговорота природы

Гидрологический цикл включает движение воды из океанов через атмосферу на континенты, а затем обратно в океаны над, на и под поверхностью земли. Цикл включает такие процессы, как осаждение, испарение, транспирация, инфильтрация, просачивание и сток. Эти процессы происходят во всей гидросфере, которая простирается примерно на 15 км в атмосферу и примерно до 5 км вглубь земной коры.

Около трети солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, используется для испарения океанской воды. Образовавшаяся атмосферная влага конденсируется в облака, дождь, снег и росу. Влажность является решающим фактором в определении погоды. Это движущая сила штормов и отвечает за разделение электрических зарядов, что вызывает молнии и, следовательно, естественные лесные пожары, которые влияют на некоторые экосистемы. Дожди увлажняют почву, пополняют подземные водоносные горизонты, разрушают ландшафт, питают живые организмы и наполняют реки, несущие растворенные химические вещества и отложения обратно в океаны.

Значение гидросферы

Вода играет важную роль в круговороте углерода. Под действием воды и растворенной углекислоты кальций выветривается из континентальных пород и переносится в океаны, где образуется карбонат кальция (в том числе раковины морских организмов). Наконец, карбонаты откладываются на морском дне и литифицируются, образуя известняк. Часть этих карбонатных пород впоследствии погружается в недра Земли в результате глобального процесса тектоники плит и плавления, что приводит к выбросу углекислого газа (например, из вулканов) в атмосферу. Гидрологический круговорот, циркуляция углерода и кислорода в геологических и биологических системах Земли, лежит в основе поддержания жизни планеты, образования эрозии и выветривания континентов и резко контрастирует с отсутствием таких процессов, например, на Венере.

Читайте также: Отходы 4 класса опасности: перечень того, что к ним относится, сбор, обработка, размещение, перевозка, обезвреживание, утилизация и другие виды обращения

Классификация загрязнения воды

В настоящее время можно выделить следующие характеристики загрязнения воды:

• причина появления загрязняющих деталей;
• Количество загрязнений;
• Плотность загрязняющих частей.

Части, загрязняющие воду, обычно имеют кумулятивный эффект, но могут возникать и в результате разовых сбросов природных и технических отходов. Величина загрязнения зависит от района распространения отходов и их назначения.

Важно помнить, что отходы могут как растворяться, так и оставаться в океанах, что свидетельствует об их устойчивости.

Основные причины загрязнения воды

Гидросфера является одной из важнейших экосистем. В последнее время очень остро стоит проблема загрязнения воды, источником загрязнения является как природа, так и человек.

причины загрязнения воды можно разделить на естественные и противоестественные (антропогенные).

Естественными источниками загрязнения являются отходы природного характера, такие как вывоз грунта, извержения вулканов, процессы гниения и другие отходы, оставляющие мусор, грязь и пыль.

Но по сравнению с человеком естественные причины загрязнения не представляют реальной угрозы, так как в природе все циклично, например остатки процессов гниения поедаются насекомыми-падальщиками.

Процесс антропогенного загрязнения имеет более серьезные последствия. Рукотворная промышленность загрязняет многие водоемы и окружающую атмосферу, отравляя жителей близлежащих городов.

Текущая ситуация в мире

Проблема загрязнения воды давно актуальна и ее решают многие государства.

Ситуация в России

В России ситуация плачевная, ежегодно происходит около 3 тысяч случаев загрязнения воды. Около 70% всех отходов сбрасывается в реки.

Наиболее загрязненными территориями считаются Свердловская и Московская области.

Загрязнение воды в России в основном связано с сточными водами, отходами промышленности, сельского хозяйства и ТЭЦ.

На территории России штраф за загрязнение водоемов составляет 300 тысяч рублей.

Ситуация в других странах

В мире ситуация не лучше.

Говорящие факты:

• Наиболее загрязненные водоемы с повышенным содержанием свинца и человеческих бактерий находятся в Азии.
• 30% рек Ирландии содержат пестициды и химические удобрения.
• 85% почвы Бангладеш загрязнено мышьяком.
• Река Мюррей убила сотни птиц и животных своей кислотностью.
• 40% рек США грязные.

Загрязнение гидросферы – проблема глобальная и актуальная, требующая внимания и решения.

Проблемы гидросферы

Процесс таяния ледников

Проблем, непосредственно связанных с гидросферой, много, но наиболее глобальными являются следующие:

Повышение уровня моря

Повышение уровня моря — это новая проблема, которая может затронуть многих людей и экосистемы во всем мире. Измерения приливов показывают глобальное повышение уровня моря на 15-20 см, и МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата) предположила, что это повышение связано с расширением морской воды из-за повышения температуры окружающей среды, таяния горных ледников и ледяных шапок. Большинство ледников Земли тают из-за глобального изменения климата, и многие научные исследования показали, что скорость этого процесса увеличивается, а также оказывает значительное влияние на глобальный уровень моря.

Уменьшение арктического морского льда

В последние десятилетия арктический морской лед значительно сократился. Недавние исследования НАСА показывают, что он снижается со скоростью 9,6% за десятилетие. Это истончение и удаление льда влияет на соленость океана, тепловой баланс и среду обитания животных. Например, популяции белых медведей сокращаются из-за разрыва льда, отделяющего их от суши, и многие особи тонут, пытаясь переплыть его. Эта потеря морского льда также влияет на альбедо или отражательную способность поверхности Земли, заставляя темные океаны поглощать больше тепла.

Изменение количества осадков

увеличение количества осадков может привести к наводнениям и оползням, а их уменьшение может привести к засухе и пожарам. Явления Эль-Ниньо, муссоны и ураганы также влияют на краткосрочное глобальное изменение климата. Например, изменение океанских течений у побережья Перу, связанное с явлением Эль-Ниньо, может привести к изменению погодных условий по всей Северной Америке. Изменения характера муссонов из-за повышения температуры могут вызвать засуху в районах по всему миру, зависящих от сезонных ветров. Ураганы, которые усиливаются с повышением температуры поверхности моря, в будущем станут более разрушительными для человека.

Таяние вечной мерзлоты

По мере повышения глобальной температуры вечная мерзлота в тундре тает. В большей степени это затрагивает людей, проживающих в этой природной зоне, так как почва, на которой расположены дома, становится неустойчивой. Ученые опасаются не только немедленного эффекта, но и того, что таяние вечной мерзлоты приведет к выбросу в атмосферу огромного количества углекислого газа (CO2) и метана (CH4), что окажет серьезное воздействие на окружающую среду в долгосрочной перспективе. Высвобождаемые парниковые газы будут способствовать дальнейшему глобальному потеплению, выделяя тепло в атмосферу.

Антропогенное влияние человека на гидросферу

Люди оказали значительное влияние на гидросферу нашей планеты, и это будет продолжаться по мере роста населения мира и роста человеческих потребностей. Глобальное изменение климата, загрязнение воды, разлив рек, осушение водно-болотных угодий, сокращение стока и ирригация оказали давление на существующие системы пресной воды в гидросфере. Стабильное состояние нарушается выбросом ядохимикатов, радиоактивных веществ и других промышленных отходов, а также утечкой в ​​водные источники земли минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов.

Кислотные дожди, вызванные выделением диоксида серы и оксидов азота при сжигании ископаемого топлива, стали глобальной проблемой. Считается, что закисление пресноводных озер и повышенная концентрация алюминия в их воде ответственны за значительные изменения в озерных экосистемах. В частности, многие озера сегодня не имеют значительных рыбных запасов.

Эвтрофикация, вызванная вмешательством человека, становится проблемой для пресноводных экосистем. Поскольку избыточные питательные вещества и органические вещества из сельскохозяйственных и промышленных сточных вод попадают в водные системы, происходит их искусственное обогащение. Это влияет на прибрежные морские экосистемы, а также на поступление органического материала в океаны, которое во много раз больше, чем в дочеловеческие времена. Это вызвало биотические изменения в некоторых районах, таких как Северное море, где процветают цианобактерии и диатомовые водоросли.

По мере роста населения будет расти и потребность в питьевой воде, а во многих частях мира пресную воду получить крайне сложно из-за перепадов температуры, а поскольку люди безответственно отклоняют реки и истощают естественные запасы воды, это создает еще больше проблем.

Люди оказали большое влияние на гидросферу и будут продолжать делать это в будущем. Важно понимать, какое влияние мы оказываем на окружающую среду, и работать над снижением негативного воздействия.

Последствия для окружающей среды и человека

Загрязнение гидросферы означает изменение биологических, физических, химических параметров воды.

Естественными источниками загрязнения являются:

• вулканы во время извержения;
• отмершие части растений и животных;
• продукты жизнедеятельности организмов.

Водные экосистемы справляются с ними самостоятельно, используя естественные механизмы очистки. Хуже обстоит дело с антропогенными (химическими, радиоактивными, биологическими, термическими, бактериальными) источниками загрязнения гидросферы.

С ростом населения планеты, бурным развитием промышленности водные ресурсы истощаются и не успевают восстанавливаться под сильным прессом промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов.

Такие последствия от загрязнения гидросферы могут привести к необратимым изменениям и носят глобальный характер.

Нарушение устойчивости природных экосистем

Из-за загрязнения меняется химический состав воды, нарушаются связи между организмами в экосистеме. Биологические виды в водоеме вынуждены приспосабливаться к новым условиям или мигрировать.

В противном случае они вымирают. Обычно это происходит, если растения или животные, служившие этому виду пищи, погибли из-за смены условий.

Последствия изменения экосистем в водоемах:

• их ухудшение;
• утрата биоразнообразия;
• нарушение круговорота воды в природе.

Антропогенная эвтрофикация водных объектов

Эвтрофикация или эвтрофикация – это увеличение биологической продуктивности водоемов за счет накопления биогенных веществ (зоопланктона, ихтиофауны, зообентоса).

Процесс сводится к постепенному заболачиванию озер и занимает в природе тысячи лет. Антропогенная деятельность сокращает его до нескольких десятков лет.

В воду попадают вредные сточные воды, насыщенные соединениями азота и фосфора. Меняется трофическая структура экосистемы озера. На смену долгоживущим видам (рыбам) приходят мелкие быстро умирающие биологические организмы. Вода цветет, становится «мертвой», непригодной для питья, в ней снижается содержание кислорода.

Водоемы фильтруются, собирая вредные ядовитые органические соединения. Растения и животные умирают.

Появление «красных приливов» в морях и океанах

«Красный прилив» — тип цветения воды.

В результате деятельности человека сочетание выброса вредных веществ с потеплением прибрежной зоны моря вызывает резкое увеличение численности красных динофитов и диатомей, окрашивающих воду в розовый оттенок.

При делении (размножении) они выделяют опасный яд — бреветоксин. В результате по цепочке гибнут мелкие морские обитатели, ракообразные, питающиеся ими рыбы и морские млекопитающие.

В России такая экологическая катастрофа произошла в последнюю декаду сентября 2020 года в прибрежных водах полуострова Камчатка и стала причиной гибели нескольких тысяч животных.

У берегов полуострова Флорида «красный прилив» 2017-2018 годов длился 11 месяцев и унес жизни 92 ламантинов, 452 редких видов морских черепах и других биологических организмов.

Появление в океане островов из мусора

Люди бросают мусор на улицах. С суши сдувается ветром или падает в море с течением реки и сбивается на целые острова. Основа для таких образований – пластика.

Крупнейшее из них — Большое тихоокеанское мусорное пятно, расположенное к северо-востоку от Австралии. Морские обитатели берут кусочки пластика в пищу и поедают вредный материал. Это приводит к тяжелому пищевому отравлению или смерти.

Потепление воды в Мировом океане

По одной версии, которую поддерживают не все ученые, в результате деятельности человека температура воды в мировом океане повышается быстрее, чем предсказывали гидрологи (к 2100 году температура повысится на 0,40 С). Это приведет к общему потеплению климата, уменьшению площади ледников.

Уже сейчас сокращается количество мелких морских организмов и видов рыб, привыкших к нересту в прибрежной зоне, но в более холодной воде.

Потепление климата и повышение уровня воды в Мировом океане из-за таяния ледников считаются наиболее опасным последствием загрязнения гидросферы.

Истощение вод

Во всех густонаселенных районах и городах ежегодно производится откачка воды для хозяйственно-бытовых нужд из подземных и поверхностных источников. Из-за загрязнения вредными веществами мелкие озера и реки мелеют, обводняются или пересыхают.

Это приводит к уменьшению расхода воды ниже минимально допустимого объема. Под землей есть пустоты. В результате нарушаются установившиеся экологические связи, сокращается объем воды, участвующей в гидрологическом круговороте, который отвечает за запасы пресной воды на нашей планете.

Загрязнение прибрежных районов

Последствия загрязнения вод прибрежной зоны – заиление и заболачивание, снижение биологической продуктивности и ухудшение санитарно-гигиенических свойств.

В результате побережья морей и океанов перестают быть привлекательными для туристов. Их загрязнение приводит к экономическим потерям.

Негативные последствия для живых организмов

Объекты гидросферы служат средой обитания и источником питьевой воды для живых организмов.

Экологические последствия воздействия загрязняющих веществ на природные воды могут быть следующими:

1. Нейротоксический эффект. Центральная нервная система повреждается из-за вредных веществ в воде, тяжелых металлов. Это вызывает психические расстройства, агрессию, непредсказуемое поведение людей и животных.
2. Репродуктивная дисфункция. Под влиянием вредных примесей, поступающих в организм из воды, снижается или полностью исчезает способность животных к размножению, что может привести к фатальным последствиям — вымиранию популяции.
3. Вызывает накопление канцерогенных веществ в организме. По данным ВОЗ, вода, которую пьют люди, является вторым после бедности фактором риска для здоровья. Так, на Среднем Урале около 50 % жителей региона получают воду из поверхностных источников, содержащих продукты нефтепереработки и такие вредные вещества, как фенол и алюминий. Предельно допустимая концентрация (ПДК) часто превышается в 2 раза. В результате вредные вещества не успевают выводиться из организма и вызывают перерождение здоровых клеток в раковые опухоли.
4. Вызывает мутагенез. Соли тяжелых металлов (никель, молибден, марганец), пестициды, загрязняющие гидросферу, чаще других вредных компонентов вызывают мутации в организме.
5. Угнетает митохондрии. Митохондрии – органеллы (компоненты внутренней части клетки) отвечают в организме за выработку энергии и передачу наследственных признаков. Вредные химические вещества в воде подавляют их действие, что приводит к упадку жизненных процессов и мутациям, вызывающим наследственные заболевания у человека и животных.
6. Вызывает генотоксичность. Производные аммиака, радиоактивные вещества изменяют структуру ДНК, что приводит к негативным последствиям. В организме развиваются болезни, которые передаются потомству.

Загрязненная вода является питательной средой и средой для размножения холерной палочки, бактерий Salmonella typhi (вызывает заражение брюшным тифом), простейших Giardia и других возбудителей опасных заболеваний. Это приводит к тяжелым последствиям – вспышкам эпидемий, уносящих жизни людей.

По данным ВОЗ, ежегодно от лямблиоза страдают более 200 миллионов человек. В России с 1817 г очаги холеры регулярно возникают в Астраханской области. Одной из основных причин является просачивание сточных вод в реки и источники питьевой воды.

Дефицит пресной воды

Соленая вода составляет 93,9-97% (по разным данным) от общих запасов. Доля доступной для питья воды по-прежнему составляет всего 2,5-3%. Сейчас его дефицит испытывает 1/6 часть населения планеты.

Особенно остро проблема стоит в ОАЭ, Бахрейне и Барбадосе. В результате загрязнения гидросферы количество воды, пригодной для потребления человеком, может уменьшиться, а количество остро нуждающихся в ней территорий увеличится.

России пока не грозит дефицит. На его долю приходится 20 % мировых запасов пресной воды, что составляет 30,5 тыс м3 на одного жителя в год.

Пути решения экологической проблемы

Одним из главных виновников загрязнения гидросферы в России являются промышленные предприятия, сбрасывающие в реки плохо очищенные или неочищенные сточные воды.

Государство пытается с ними бороться. Согласно ст. 8.13 и 8.14 КоАП РФ, нарушителям грозит штраф от 20 до 400 тысяч рублей.

Для крупных производств это незначительная сумма, им выгоднее заплатить штраф, чем ставить современные дорогостоящие очистные сооружения.

Пока штрафы не станут ощутимыми, ситуация вряд ли изменится, поэтому, пока недобросовестные владельцы заводов сбрасывают в водоемы вредные отходы, другие компании предлагают услуги по устранению пагубных последствий загрязнения гидросферы.

Сточные воды очищаются следующими методами:

1. Механический способ. Он состоит из фильтрации через решетки, отстаивания и фильтрации воды. Позволяет удалить крупный мусор и включения. Обеспечивает до 60% очистки.
2. Химический метод (нейтрализация, окисление или восстановление). Стоки очищают, добавляя в них реагенты. Вредные примеси осаждаются или разрушаются. Из воды удаляется до 95% вредных примесей.
3. Физико-химический метод. Метод применяют при загрязнении жидкости токсинами, нерастворимыми неокисляемыми отходами. Позволяет укрупнить мелкие частицы с помощью физического воздействия, чтобы удалить их из воды химическим путем.
4. Биологический метод. Методика основана на способности водоемов к самоочищению с помощью микроорганизмов. Бактерии создают благоприятные условия в искусственных емкостях или естественных водоемах, полях орошения или фильтрации. В результате жизнедеятельности биоактиваторов примеси расщепляются на воду и углекислый газ.

Важным направлением работы по охране и ликвидации последствий загрязнения гидросферы является налаживание безотходных технологических процессов, при которых сточные воды не сбрасываются в водные объекты, а после очистки повторно используются в производстве.

В дальнейшем будут внедрять новейшие мембранные методы очистки сточных вод, которые считаются наиболее эффективными.