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

 

Виды вод	Объем млн. км3	Количество по отношению к общему объему гидросферы, %
Морские
Подземные (за исключением почвенных)	61,4
Лед и снег	24,0
Поверхностные воды (озера, водохранилища, реки, болота, почвенные воды)	0,5	0,4
Атмосферные	0,015	0,01
Вода, содержащаяся в живых организмах	0,00005	0,0003

 

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
фотосинтеза;

- поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами,
которые обычно пересыщены кислородом.

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.