Техногенное загрязнение атмосферного воздуха
Воздействие загрязняющих веществ а атмосферу зависит от их физических и химических свойств. Важнейшим параметром, определяющим масштабы распространения загрязнителя в атмосфере, является время его жизни в ней. Исходя из этого, выбросы загрязняющих веществ делятся на три типа: 1. Выбросы, приводящие к загрязнению в глобальном масштабе. К ним относятся выбросы веществ с большим временем жизни в атмосфере (годы или месяцы) и способные распространяться в окружающей среде в глобальном масштабе независимо от места их выброса (углекислый газ, фреоны, радионуклиды и п.). Сохранение и распространение газов аэрозолей зависит от их химической устойчивости, размера аэрозолей и присутствия в атмосфере сопутствующих активных химических соединений (озон, пероксид водорода). Поэтому в трансграничных переносах загрязняющих веществ участвуют главным образом химические элементы и соединения в виде газов, неспособных к химическим реакциям и термодинамически устойчивых в условиях атмосферы. 2. Выбросы, приводящие к загрязнению в региональном масштабе. Такие выбросы веществ отличаются ограниченным (до нескольких суток) временем жизни в атмосфере. Но этого времени достаточно, чтобы привести к загрязнению крупного региона, за пределами которого концентрация загрязнителя быстро падает. В следовых количествах такие загрязнения могут распространяться и далеко за пределы региона (оксиды серы и азота, пестициды, тяжелые металлы). 3. Выбросы, приводящие к загрязнению в локальном масштабе. Локальное загрязнение наблюдается при выбросах веществ с малым временем жизни в атмосфере (грубодисперсные аэрозоли, сероводород и другие вещества, а также загрязнители регионального типа, например, оксиды серы и азота, если они выбрасываются из низких источников).
После выхода из источника загрязняющие вещества подвергаются физическим и химическим изменениям. Они перемещаются и распространяются в пространстве, разбавляются в общей массе атмосферного воздуха, окисляются и образуют аэрозоли. Аэрозолипредставляют собой твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Разделяются на первичные (выбрасываются из источников загрязнения), вторичные (образуются в атмосфере), летучие(на далекие расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовых выбросов). Устойчивые и токодисперсные аэрозоли (например, кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 идр.) имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени – на водоразделах. Аэродинамическими барьерами являются также крупные лесные массивы и активные глубинные разломы значительной протяженности. В зависимости от периодичности различают выбросы постоянные (или непрерывные) и периодические (или залповые), в том числе аварийные. Газообразные загрязнители и аэрозоли выбрасываются в атмосферу через дымовые трубы, аэрационные фонари и различные вентиляционные устройства. В зависимости от высоты источники выброса подразделяются на высокие (высота более 50 м), средней высоты (высота от 10 до 50 м), низкие (высота от 2 до 10 м), наземные (высота более 2 м). При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда более холодный воздух располагается над теплым, т.е. возникает инверсия. Это задерживает перенос примесей вверх, способствует их концентрации под слоем инверсии, что становится одной из причин образования фотохимического смога. Фотохимический смог представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного происхождения, а также химических соединений. Образующихся в результате вторичных химических реакций. Эти реакции протекают наиболее эффективно при солнечном свете между окислами азота и несгоревшим топливом, содержащимся в выхлопных газах. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог впервые был отмечен в Лос-Анжелесе во время второй мировой войны. Пусковым механизмом этой химической реакции является сжигание бензина в автомобильном двигателе не в присутствии чистого кислорода, а в воздухе, в котором наряду с кислородом присутствует азот. Несмотря на то что азот относится к инертным газам, при высокой температуре его молекула окисляется с образованием оксида азота. При интенсивной солнечной радиации и при повышенной инверсии продолжительностью не менее суток между оксидом азота, углеводородами и другими загрязнителями в атмосфере происходят фотохимические реакции. Оксид азота окисляется в атмосфере до диоксида азота, который поглощает солнечный свет, т.е. фотохимически активен. Под действием солнечной радиации диоксид азота разлагается на оксид азота и атомарный кислород, который способствует образованию озона. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. В условиях фотохимического смога оксид азота вступает в реакции с органическими веществами, поступающими в атмосферу с выбросами несгоревшего топлива с образованием альдегидов (молекул, содержащих СНО-группу) и избытка озона. Таким образом, возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливаются озон и различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического смога оксиданты. Окси-данты фотохимического смога являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. В последнее время в качестве автомобильного топлива используется бензин, не содержащий свинец. Свинец наряду с бензолом добавлялся в топливо в качестве антидетонатора для предотвращения преждевременного возгорания. При переходе на бензин, не содержащий свинец, количество выбросов свинца в атмосферу уменьшилось. Но вместо свинца в бензин стали добавлять повышенное количество ароматических углеводородов, таких, как бензол, толуол. Это привело к резкому увеличению фотохимического смога и накоплению в атмосфере канцерогенных органических соединений. То есть решение одной экологической проблемы породило другую (антропоэкологический парадокс). Основными загрязнителями атмосферы техногенного происхождения являются следующие: 1. Оксид углерода, который попадает в атмосферу в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросамипромышленных предприятий. Ежегодно в атмосферу поступает до7 миллиардов тонн оксида углерода, выделяющегося при сгоранииуглеводородного топлива для автомобилей, заводов и т.п. 2. Сернистый ангидрид, который выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд.Ежегодно в атмосферу выбрасывается до 70 миллионов тонн сернистого ангидрида. При окислении сернистого ангидрида в атмосфереобразуется серный ангидрид, а затем аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде. Выпадение кислотных атмосферных осадков способствует вымыванию кальция, гумуса и микроэлементов из почв, нарушению процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений, исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки способствуют интенсивному выветриванию горных пород и ухудшению качества несущих грунтов, а также химическому разрушению техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков. В рамкахНациональной программы по оценке влияния кислотных атмосферных осадков, утвержденной в 1980 году, многие федеральные ведомства США начали финансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих природоохранных мер. Сероводород и сероуглерод, которые поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса этих соединений являются коксохимические и нефтеперерабатывающие предприятия, предприятия по изготовлению искусственного волокна, а также нефтепромыслы. 3. Оксиды азота, которые присутствуют в выбросах предприятий, производящих азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк ицеллулоид. Ежегодное поступление оксидов азота в атмосферу составляет 20 миллионов тонн. 4. Соединения фтора, которые превалируют в выбросах предприятий по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. 5. Соединения хлора, поступающие в атмосферу с выбросами химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. 6. Пыль и сажа. 7. Техногенные радионуклиды. 8. Тяжелые металлы. 9. Полициклические ароматические углеводороды. К источникам антропогенного загрязнения атмосферы тяжелыми металлами относят предприятия по добыче и переработке металлов, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения, заводы по переработке аккумуляторных батарей, автомобильный транспорт. Но самым мощным источником поступления в атмосферу многих металлов является процесс сжигания угля и нефти. В угле и нефти присутствуют почти все тяжелые металлы. При сжигании топлива с выбросами в атмосферу поступает такое количество ртути, кадмия, кобальта, мышьяка, которое в 3-8 раз превышает количество добываемых металлов. Современная ТЭЦ, работающая на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1-1,5 т паров ртути. В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной элементной форме (например, ртуть). При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно из мельчайших частиц диаметром 0,5-1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта - из крупнодисперсных частиц диаметром более 1 мкм. Крупнодисперсные аэрозоли образуются в основном при сжигании дизельного топлива. Наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, котельных и других энергетических установок, работающих на угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине. Вклад автотранспорта в общее загрязнение атмосферного воздуха достигает здесь 40-50%. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на АЭС и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории. К антропогенным источникам загрязнения атмосферного воздуха относятся химические и биохимические производства. Они несут в себе потенциальную возможность аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среди населения и животных. Антропогенное воздействие на атмосферу может быть прямым и косвенным. Косвенное воздействие- результат нарушения человеком экологического равновесия в других компонентах биосферы, отражающегося в конечном итоге на состоянии атмосферы. К нему могут быть отнесены сведения лесов на больших площадях, мелиоративные работы, добыча полезных ископаемых открытым способом. Это в свою очередь негативно влияет: - на обменные процессы в энергетической системе «Земля-атмосфера»; - на поверхностное альбедо; - на термические характеристики земной поверхности и, соответственно, отдачу тепла в атмосферу; - на влагосодержание поверхности, изменение которого вызывает перераспределение влагообмена между поверхностью планеты и атмосферой в пространстве и времени. Одним из примеров косвенного влияния транспортных и индустриальных выбросов на атмосферу является подъем тропосферы над землёй на сотни метров по сравнению с 1979 годом. Техногенные выбросы способствовали разрушению озонового слоя, вследствие чего стратосфера, расположенная над тропосферой, стала охлаждаться и сжиматься. В результате сжатия стратосферы произошел подъем границы тропосферы. Источниками прямого воздействияна атмосферу являются теплоэнергетика, транспорт, промышленность, нефтепереработка и др. Наиболее негативное воздействие на атмосферный воздух оказывают автомобильный транспорт и автомобильные дороги. На уровень загрязнения атмосферного воздуха значительное влияние оказывает трансграничное загрязнение. Только на европейской территории России за год выпадает 2,4 млн. тонн окисленных серы и азота, в том числе -1,39 млн. тонн (57%) в результате трансграничного переноса. Основной вклад в трансграничное загрязнение территории России вносят Украина, Польша, Беларусь, Румыния и Германия. Техногенное загрязнение атмосферы сопровождается прямым или косвенным воздействием на здоровье человека, растительность, почву, воду, строительные конструкции. Реакция организма человека на загрязнение атмосферы может иметь острую или хроническую форму, а воздействие загрязняющих веществ может быть локальным или общим. Неблагоприятное воздействие загрязненной атмосферы на растительность проявляется в ограничении процессов фотосинтеза, снижении содержания хлорофилла и изменении минерального состава зеленой массы. Более 1300000 гектаров лесов России находятся под значительным воздействием загрязняющих веществ в результате дальнего атмосферного переноса, причем на 98% этой площади отмечается повреждение древостоев. Атмосферные осадки с техногенными загрязнениями нейтрализуют щелочные компоненты в почве, что ведет к резкому ухудшению плодородия. Токсичные вещества даже в малых концентрациях ведут к интоксикации почвы, изменению ее состава, повреждению корневой системы растительного покрова. Загрязненная атмосфера существенно усиливает эффекты коррозии металлических конструкций, сокращает срок службы органических материалов. Практически две трети населения России проживает на территориях, где уровень загрязнения атмосферного воздуха не соответствует гигиеническим нормативам. Удельный вес проб атмосферного воздуха с содержанием вредных веществ, значительно превышающим средний показатель по Российской Федерации (6,28%), отмечен в республиках Алтай (29,01%) и Бурятия (24,57%), Красноярском крае (26,6%), Ивановской (19,90%), Кемеровской (18,02%), Ульяновской (16,5%) и Калужской (15,12%) областях. В зонах с наибольшими уровнями загрязнения атмосферного воздуха общая смертность населения возрастает на 200-600 дополнительных случаев на 1 млн. жителей. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь. Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические, респираторные заболевания и многие другие болезни человека. Ученым давно известно о связи между качеством воздуха и заболеваемостью детей. Маленькие дети за сутки поглощают количество воздуха, которое в три раза превышает их вес. Они дышат часто и поверхностно, находясь при этом в гораздо худших условиях, чем взрослые. Концентрация вредных веществ на уровне дыхания пятилетнего ребенка в 30-50 раз выше, чем на уровне дыхания взрослого человека. Загрязнение атмосферы значительно повышает вероятность рождения детей с пороками развития.
Лекция № 3 Гидросфера Гидросфера - водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и литосферой и представляющая собой совокупность океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных вод, ледников и водяного пара атмосферы. Гидросфера связана с другими элементами Земли - атмосферой и литосферой. Вода представляет собой уникальное химическое соединение, благодаря которому на Земле образовалась и существует биосфера. Пресная вода является ведущим компонентом гидрологического и биогеохимического циклов, она определяет условия жизни в экосистемах. Не случайно поиск жизни на других планетах связан, прежде всего, с обнаружением следов воды. Вода является важнейшим экологическим ресурсом, главной составляющей живых организмов, одним из самых распространенных минералов в природе и главным природным ресурсом потребления. Человечество использует воды в тысячу раз больше, чем угля или нефти. Гидросфера является средой, где происходит осуществление взаимосвязей таких процессов в экосистемах, как обмен веществ, глобальные биоэнергетические экологические циклы, теплообмен, рост биомассы. Она играет огромную роль в формировании поверхности Земли, ее ландшафтов, в распределении химических веществ на ее поверхности и в земной коре, в миграции загрязняющих веществ. Из общей площади Земли в 510 млн. км2 покрыто водой 361 млн. км2 (71 %). Если все количество воды равномерно распределить по поверхности планеты, то получится слой толщиной 2718 м. Масса всей воды составляет примерно 0,022% общей массы Земли. Основной объем воды (96%) сосредоточен в Мировом океане. До 10% суши занимают льды и снега (около 2% объема гидросферы) (табл. 2). Вода Мирового океана покрывает около % поверхности планеты и насыщает почву суши. Второе место по объему занимает вода земной коры.
Таблица 2 Состав гидросферы
Вода поглощает солнечное тепло в 2-3 раза больше, чем твердая земная поверхность, и основная роль в этом процессе принадлежит Мировому океану. От поверхности океана отражается лишь около 8% солнечной радиации. Поэтому он играет важнейшую роль в кругообороте воды, а также в формировании климата на планете за счет динамики огромной массы океанических вод, находящихся в постоянном движении под влиянием неодинаковой интенсивности солнечного прогревания поверхности на разных широтах. В воде океанов присутствуют почти все известные химические элементы, но преобладающими являются кислород, водород, натрий и хлор. Содержание растворённых в морской воде химических соединений (солёность) определяется в весовых процентах или промилле (1 промилле = 0,1 %). Средняя солёность океанской воды -35 промилле (в 1 л воды 35 г солей). Солёность меняется в широких пределах. Так, в Красном море она достигает 52 промилле, в Чёрном море до 18 промилле, а в Балтийском море до 7 промилле. Самая соленая вода в Мертвом море (до 260 промилле). Из соли, содержащейся в морях и океанах, можно выстроить виртуальный столб диаметром один километр и высотой в 47 раз больше расстояния от Земли до Луны. Из газов, содержащихся в водах Мирового океана, наиболее важными для биоты являются кислород и углекислый газ. Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул О2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, относят: - процесс абсорбции кислорода из атмосферы; - выделение кислорода водной растительностью в процессе - поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности водного объекта. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. Обогащение глубинных слоев воды кислородом (аэрация) происходит в результате естественного перемешивания водных масс. Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью. Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше питательных веществ в воде. Фотосинтетическое выделение кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды. К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции окисления органических и неорганических веществ. На скорость потребления кислорода влияет температура, количество микроорганизмов и водных организмов, концентрация веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Общая масса углекислого газа в океанических водах превышает его массу в атмосфере приблизительно в 60 раз. Он потребляется водными растениями во время фотосинтеза, расходуется на построение известняковых скелетов кораллов, ракушек. После отмирания организмов углекислый газ возвращается в водную среду за счет растворения остатков скелетов, панцирей и ракушек, а частично накапливается в карбонатных осадках на дне океанов. Воды суши (около 0,02% объема гидросферы) разделяются на не защищенные от загрязнения поверхностные (озера, водохранилища, водотоки) и более защищенные подземные воды. На территории Российской Федерации протекает свыше 2,5 миллионов рек, большинство которых (94,9%) имеют длину 25 км и менее (малые реки). Общий объем речного стока страны уступает лишь Бразилии и составляет 4043 км3/год (10% мирового речного стока). Основная часть ресурсов пресных вод сосредоточена в крупных озерах: Байкал (23 тыс. км3, или 80% российских и 20% часть мировых запасов), Ладожское (908 км3), Онежское (285 км3), Чудско-Псковское (35,2 км3). Всего же в России находится около 2 млн. пресных и соленых озер, из которых 90% - мелководные с площадью от 0,01 до 1 км2. Российские болота покрывают территорию в 1,4 млн. км2 и аккумулируют около 3 тыс. км3 запасов природных вод. В водный фонд России входят и подземные воды, естественные запасы которых оцениваются в 790 км3/год. Почти половина этих запасов (316 км3/год) относится к потенциальным эксплуатационным ресурсам, из которых подготовлено для промышленного освоения почти 20 км3/год. Всего же по стране эксплуатируются 1777 месторождений подземных вод. В связи с непрерывно возрастающим загрязнением поверхностных вод подземные воды становятся практически единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Поэтому их охрана от загрязнения и истощения, рациональное использование имеют стратегическое значение. В настоящее время принято считать, что полный объем подземной гидросферы достигает 60 млн. км3, но из них лишь около 4 млн. преимущественно пресных вод находится в верхнем километровом слое земной коры и активно участвует во влагообороте. Тем не менее даже этот объем значительно превосходит запасы пресной воды в озерах (0,23 млн. км3) и реках (0,001 млн. км3). Пополнение запасов подземных вод зависит главным образом от количества атмосферных осадков, их интенсивности, продолжительности. При интенсивных, но кратковременных или при незначительных дождях атмосферная влага не успевает глубоко просочиться в почву, поэтому она испаряется из нее после окончания дождя. Увеличение запасов подземных вод происходит при продолжительных дождях, орошающих большие территории, особенно в осенний период, когда потеря атмосферной влаги на испарение мала. Осадки летнего периода играют значительно меньшую роль в пополнении запасов грунтовых вод, так как они интенсивно расходуются на испарение. В условиях умеренных широт, где в холодный период накапливаются большие запасы снега, талая вода является основным источником питания подземных вод. Наиболее благоприятные условия для пополнения их запасов создаются в конце весеннего таяния снега, особенно если оно имеет затяжной характер. Химический состав подземных вод очень разнообразен. В зависимости от состава вмещающих пород и глубины залегания они изменяются от пресных до солевого рассола. Минеральные и термальные подземные воды имеют большое бальнеологическое значение и являются одним из рекреационных элементов природной среды. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и живых организмах. Первостепенная роль воды в живых организмах связана с тем, что она является средой, в которой и протекают все процессы жизнедеятельности. Например, в теле взрослого человека весом 70 кг на воду приходится до 50 кг. При потере 6-7% влаги от веса тела у человека наступает тяжелое предобморочное состояние. Более высокие потери воды приводят к смертельному исходу. Животные погибают при потере 20-25% воды. Суточная потребность в воде взрослого человека равна 30-40 г на 1 кг веса тела. Принято считать, что в среднем человек потребляет суммарно 2,5 л воды в сутки и столько же выводится из организма. Около 1,2 литров воды поступает в организм человека с пищей, около 1,0 литра воды поступает в виде жидкости, а около 0,3 литра образуется в организме в процессе метаболизма. Воды Земли находятся в непрерывном движении. Круговорот воды увязывает воедино все части гидросферы, образуя в целом замкнутую систему. Круговорот воды или гидрологический цикл представляет собой процесс, в результате которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды. Испаряющаяся с поверхности земли вода общим объемом 525 тыс. км3 образует атмосферные воды в форме водяного пара. Водяной пар выполняет экологическую функцию мощного фильтра солнечной радиации, а также регулятора климата на планете. При охлаждении в верхних слоях атмосферы водяной пар конденсируется в мельчайшие капли воды или кристаллы льда, которые возвращаются на землю в виде атмосферных осадков. Вода, испаряющаяся с поверхностей морей и океанов, вносит существенный вклад в круговорот гидросферы. Большую роль в этом процессе играют микроорганизмы (микроводоросли - динофлагел-лята). Огромное количество этих микроводорослей скапливается у поверхности морей и океанов, интенсивно поглощает солнечный свет и синтезирует диметилсульфид. Это способствует прогреванию поверхности воды и прилегающих к ней воздушных потоков. Турбулентные потоки воздуха захватывают микроводоросли, а диметилсульфид на воздухе превращается в сульфат, кристаллы которого стимулируют конденсацию паров воды. Ежегодно морские микроводоросли выделяют в атмосферу от 15 до 40 миллионов тонн серы. Это примерно в три раза больше, чем выделяют ежегодно все вулканы на нашей планете. Так как над поверхностью морей и океанов практически нет пыли, то кристаллы сульфатов являются единственными конденсаторами влаги, из которой формируются облака. Многочисленные бактерии и споры грибов, содержащиеся в облаках, разрушают стенки микроводорослей, превращая воду в лед. Замороженные частички воды извлекают воду из окружающих их капелек, формируя крупные ледяные шарики, которые падают вниз на Землю. Хотя содержание влаги в одном кубометре облаков невелико (от 0,1 до 10 г), - а их объемы достигают десятков кубических километров, - в них накапливаются сотни тонн воды. Вода, испаряющаяся с поверхности морей и океанов и вновь возвращающаяся в виде осадков в эту водную среду, включается в малый круговорот. Если же атмосферные осадки выпадают на поверхность суши, то часть из них с поверхностным стоком поступает в реки, а с ними в моря и океаны. Но большая часть атмосферных осадков, попадающих на почву, фильтруется, обогащается солями, формируя подземные воды. Приблизительно 80% воды испаряется с поверхности океанов, а остальные 20% испаряются растениями и поверхностью суши. Вода, испаряющаяся с поверхности суши, в виде атмосферных осадков вновь возвращается в моря и океаны, замыкая большой круговорот воды (рис. 1).
Рис. 1. Круговорот воды в природе В среднем на поверхность Земли в течение года выпадает около 1 м осадков. Вопреки сложившимся представлениям, дождевая вода содержит достаточно большое количество солей и микроорганизмов, что дает основание некоторым ученым приравнивать их к экосистемам. Капля воды, падающая с высоты одного километра, поглощает загрязнения, содержащиеся в 10-15 литрах воздуха. Таким образом, литр дождевой воды поглощает примеси, содержащиеся в 250-300 тыс. литров воздуха. Эти примеси содержат соединения хлора, йода и бора океанического происхождения, а также различные загрязнения антропогенного происхождения. Подсчитано, что приблизительно за 2 млн. лет вся вода на планете проходит через живые организмы. Средняя продолжительность общего цикла биологического кругооборота воды составляет 300-400 лет. Приблизительно 37 раз в год (то есть каждые десять дней) изменяется вся влага в атмосфере. Полное обновление состава воды в атмосфере происходит за 9-10 дней. Это самое активное и короткое звено круговорота воды в природе. В пределах отдельной экосистемы происходят четыре основных процесса круговорота воды, входящие в элементы малого круговорота: адсорбция, транспирация, инфильтрация, сток. Вода атмосферных осадков, прежде чем попасть на поверхность земли, адсорбируется растениями. Величина адсорбции воды в умеренных широтах может достигать 25% общей суммы осадков. Позднее происходит физическое испарение этой воды в атмосферу. Достигая почвы, вода просачивается в нее (процесс инфильтрации)или образует поверхностный сток. Если вода атмосферных осадков достигает грунтовых вод, она включается в их состав. Подземный сток связывает почвенную влагу с поверхностными водами и гидросферой в целом. Процесс инфильтрации зависит от состава почвы и наличия в ней перегнойного коллоидального комплекса. Чем массивнее этот комплекс, тем интенсивнее задерживается в почве инфильтрованная вода. Транспирацияпредставляет собой биологический процесс испарения воды растениями, которые потребляют около 40% общего количества осадков. При этом испаряется не адсорбированная влага, а вода, заключенная в растениях. Транспирация растениями вносит существенный вклад в круговорот воды. В некоторых районах транспирация даже превышает испарение воды со свободной поверхности водных объектов. Ежегодно на формирование биомассы используется 1% воды, выпавшей в виде атмосферных осадков. Общий вклад воды, которая испаряется растениями, в глобальный гидрогеологический цикл весьма значителен. Водный баланс растений является важнейшим фактором продуктивности, особенно в экосистемах с недостаточным увлажнением. Поэтому растения играют заметную роль в круговороте воды. Избыток выпавшей с осадками воды стекает в водоемы, реки, моря и океаны. Таким образом, вода проходит через экосистемы почти без потерь. Человек вмешивается в круговорот воды двумя способами. 1. Интенсивный забор больших количеств пресной воды из рек,озер и водоносных горизонтов, который привел к истощению запасов грунтовых вод или к вторжению соленой океанической воды в подземные водоносные горизонты. Сведение растительного покрова суши в интересах развития сельского хозяйства, при добыче полезных ископаемых, строительстве дорог, автостоянок, жилья и других видах деятельности. Это приводит к уменьшению просачивания поверхностных вод под землю, что сокращает пополнение запасов грунтовых вод, увеличивает риск наводнений и повышает интенсивность поверхностного стока, тем самым усиливая эрозию почв.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (5562)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |