Тема: «Антропогенна діяльність та екологічні проблеми гідросфери»

План: 1. Водні ресурси світу та їх використання. 2. Зміни водозабезпечення географічних регіонів та їхні причини. 3. Забруднення водойм та їх наслідки. 4. Проблеми водних ресурсів в Україні та світі. 5. Законодавчі основи щодо водних ресурсів.

Мета. Розкрити функції, основні характеристики та сучасний екологічний стан водних ресурсів, а також шляхи поліпшення якості води.

1. Водні ресурси. Водадо XVIII ст. вважалася не хімічною сполукою, а елементом. ЇЇ формула була запропонована лише в 1805 р. О. Гумбольдтом і Ж. Гей-Люсаком – Н₂О. В 1932 р. Г. Юрі і Е. Осборн відкрили, а в 1933 р. Г. Льюіс і Г. Макдональд вперше виділили в чистому вигляді важку воду молекулярну вагу яка була на дві одиниці більша звичайної –Д₂О.

Людина може прожити без їжі два місяці, але без води загине менш ніж за тиждень. Тіло дорослої людини вміщує в середньому 47,3л (65% ваги тіла). В емалі зубів – 2%, в мозку та м`язах – 75%, в нирках – 83%. Вода – розчинник, підвищує хімічно активні речовини, це засіб транспортування гормонів, ферментів, поживних речовин, мінералів, азотних відходів та дихальних газів. Вона виконує функцію терморегуляції. Втрати людиною води– 1,4-2,4 л з сечою; 0,6 л – з потом; 0,6 л – з диханням. Втрати які повертаються через споживання води (1,4 л) та вживанням їжі (1 л). Смерть неминуча при знижені води в організмі більше, ніж на 12%. У земляних черв`яків – 80%, медуза – 95%, гризуни в пустелі – 65%; кукурудза – 70%, зернові злаки – 87%, томати – 95%.

Першоджерело води на Землі – Світовий океан. Колообіг води. Об’єм води на землі – 1500 млн. м³. З поверхні океану щорічно випаровується 411 тис. км³, ²/₃ повертається у вигляді опадів в океан, ¹/₅ – на суходіл. 71% поверхні Землі займають моря та озера. Наприклад: якщо зібрати всю воду земної кулі в єдину краплину – її діаметр складе 1500 тис.км.

Велику цінність для людини має прісна вода на долю якої випадає тільки 2% від загальних світових запасів або 20 тис. км³. Цього цілком достатньо для забезпечення населення у 20 млрд. людей. Однак, тільки 0,3% води доступні для використання людиною. Потреби у воді необмежені. За добу мешканці планети витрачають кілька мільярдів тонн – майже стільки, скільки видобувається корисних копалин за цілий рік.

2. Зміни водозабезпечення Водні ресурси вичерпуються, не дивлячись на колообіг води. Проблема відзначається двома факторами:

1) неоднаковий розподіл прісної води по поверхні Землі;

2) витрати великої кількості чистої води та скидом забрудненої різними речовинами води.

Основний річний стік (82%) – басейни Льодовитого океану, де проживає менш ніж 20% населення, а на Антлантичний припадає тільки 9%.

Світове виробництво щорічно хімічно зв’язує близько 100 млн. м³ води, промисловість використовує – 215 км³; енергетика – 240 км³; сільське господарство – 4200 км³/рік. Зараз лише комунальне водоспоживання складає понад 920 км³. На сьогодні загальний водозабір сягає 3500 км³/рік, та одночасно об’єм води в річках земної кулі складає 1200 км³, а щорічний стік – 32 тис. км³. Темпи росту водних затрат оцінюються в середньому 5-6%, а в окремих країнах 10-12%. Разом з прямим ростом водозабору на різні господарські потреби людина виснажує водні ресурси побічною вирубкою лісів, осушенням боліт, будівництвом водосховищ.

3. Забруднення виникло наприкінці XIX ст. Про актуальність проблеми нестачі водних ресурсів свідчить той факт, що 1980-1990 рр. були оголошені міжнародним десятиріччям води. Щорічно в річки скидається близько 160 км³ промислових стоків, більша частина з яких або не очищена зовсім, або очищена недостатньо. Вони забруднюють 4000 км ³ річкових вод – більш 12% всього річкового стоку. Дуже скоро на розбавлення промислових, сільськогосподарських та побутових стоків може знадобитися уся прісна вода, що зосереджена в річках земної кулі. За даними різних вчених, (міжнародний гідрологічний симпозіум – Великобританія, 1970): щорічний скид – 450 км³ стічних вод, на їхнє обеззараження потрібно 5500 км³ чистої річкової води. Це ¹/₇ світового річкового стоку.

Всю важливість проблеми показує зараз забруднення прісної води промисловими та господарсько-побутовими стоками. В США 66% фосфору, 75% азоту і 33% органічних речовин потрапляє в річки з-за сільськогосподарської діяльності. Теплове забруднення – 97% тепла буде надходити в поверхневі води до 2000 року від ТЕС. Найбільш брудні водойми – Великі озера, де наразі проживає 30 млн. людей. Кількість води не сильно лімітується чисельністю населення, а якість – так. В багатьох водостоках США зростає вміст солей. За даними бюро Меліорації, вміст солей в низовині Колорадо становить 1160 м²/літр.

В невеликій за площею і за щільністю мешканців країні Німеччині проблема збереження чистоти поверхневих вод стоїть дуже гостро. В Рейн на території Німеччини скидається 12 млрд. м³ стічних вод, що складає 17% поверхневого стоку країни. 71% стоків – хімічна, 31% – целюлозно-промислова промисловість. У всіх містах розташованих на Рейні – великий дефіцит чистої води. Але більш за все на землях Північного Рейну – Вестфалія, де потреба у воді на 25% з Рейну. В 1976 р. в Німеччині – мапа якості річкових стоків з виокремленням за біологічними показниками: не забрудненні, помірні, забрудненні, сильно забрудненні та надзвичайно забрудненні Екологічна програма Німеччини покладає великі надії на розвиток системи очисних споруд і є досить ефективною.

Основні забруднюючі компоненти.

Детергенти – емульгатори,спінювання, змочування. Знижують здатність до насичення води киснем, паралізують діяльність бактерій руйнуючих органічні речовини та утворюють піну. У своїй більшості вони токсичні за невеликих доз від 10 до 25м/л. Наприклад: водяний лютик гине за 1м/л, рдести не витримують 2,5 мг/л.

Нафтопродукти – вуглеводні утворюють плівку, перешкоджаючу проникненню кисню, вони токсичні. Небезпечні для тварин, порушуючи терморегуляцію. До початку 70-х років – 57 тис. суден вантажопідйомністю 58 т регіструють / хвилину.

Танкерний флот. 1954 р. – 200 млн. т. нафти на рік; 1974 р. – 100 млн. т. на день. 65% нафти – морським шляхом. Супертанкери більше 200 тис.т.

"Юнівер-Кувейт" – 312 тис.т. Збільшилася небезпека аварійних скидів. З 1973 до 1975р. аварія з 3200 нафтово-паливними суднами – 49 загинули. За даними страхового англійського товариства "Ллойд", у 1978 р. зазнали руйнування 243 судна. Найбільше нафтове забруднення березень 1978 р. американський супертанкер "Амоко Кади" 230 тис. т. біля французьких берегів.

Свердлові установки. В Європі більш 3 тис. свердловин на морі. (15% нафти та газу). Загибель свердловини "Екофікс" 1977 р. біля норвежських берегів та у 2011 р. у Мексиканській затоці. Окрім нафти видобувають – арсеній, кобальт, нікель, мідь, кухонну сіль, магній, бром, поташ, калій, соду тощо. Через катастрофічні випадки, нафта у Світовий океан потрапляє при промиванні танкерів. Наприклад: сучасний танкер при прочищенні резервуарів використовує до 5 тис.т. води. В якій вміст нафти і мазуту не менш ніж 200 т. Таким чином в морські води потрапляє 12 млн. т. нафти на рік.

Методи боротьби з розлитою нафтою. 1. Огороджувальні бони; 2. Скіммер; 3. Сепаратор; 4. Збирання сорбентами (солома, стружка, склад кори, торф, пінопласт); 5. Емульгатори.

Англійські судновласники ще в минулому столітті добровільно висунули рішення не скидати у воду нафтопродукти ближче ніж 50 миль від власних берегів.

· Конференція в Вашингтоні (1935 р), Лондон (1953). В 1954 р. конвенція про обмеження промивання танкерів в прибережних водах та встановила спеціальні зони для цієї мети.

· 1977 р. Аргентина. Міжнародна конференція ООН з водних ресурсів 160 держав і більш ніж 100 міжміських організацій.

Триває забруднення Тихого та інших океанів азотом. Рівень нітратів в прибережних водах Китаю, Японії і Кореї неухильно зростає. Дослідники з Південної Кореї і США проаналізували виміри концентрації азоту і фосфору на різних глибинах, зроблені за останніх тридцяти років в Жовтому, Східно-Китайському і Японському морях, і зіставили їх з даними про атмосферний азот. З'ясувалося, що з 1980-х років швидке зростання населення і виробництва в регіоні, особливо в Китаї, привів до збільшення азотного забруднення. Перш за все це оксиди азоту, що утворюються при спалюванні викопного палива, і з'єднання аміаку, вироблювані сільським господарством. Цей азот потрапляє в моря перш за все з повітря, а також з річок. Учені попереджають, що збільшення концентрації азоту в порівнянні з фосфором приведе до помітного зрушення в морській біології. Організми, яким треба багато азоту і мало фосфору, відчуватимуть себе краще за останніх. Серед таких щасливчиків — водорості, шкідливі для багатьох морських форм життя. Рівень нітратів найбільше виріс у Жовтому морі поблизу гирла Янцзи. У одному з районів їх концентрація за чверть століття збільшилася з 2 до 8 мкмоль на літр. Це в 30 разів вище, ніж в Мексиканській затоці, знаменитій своїми «мертвими зонами». Учені США намагаються створити мережу датчиків, які будуть безперервно вимірюватимуть вплив клімату на круговорот поживних речовин, у тому числі азоту, а також стежити за підкисленням океанів і морськими запасами кисню.

4. Проблеми водних ресурсів. Забруднення: Відходи, целюлозно-паперова промисловість. Феноли, метали тощо сплав лісу. Тільки Рубіжнянський хімкомбінат скидав у Сіверський Донець близько 1 млн. м ³ стічних вод/рік.

Якість питної води контролюється відповідно до вимог нового нормативного документу ДержСанПіН 2.2.4-171-10 «Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною» від 16.07.2010 року. Підготовка питної води повинна починатися з ретельного очищення стічних і зливових вод перед їх поверненням у природні водойми. Для отримання питної води треба пропускати поверхневі води І класу якості через на двошарові англійські фільтри (щебінь, пісок) в українській модифікації. Наприклад, у Києві поверхнева вода з Дніпра та Десни на очисних водопровідних спорудах проходить повний цикл очистки за допомогою коагулянтів, флокулянтів, хлору, аміаку. На Дніпровській водопровідній станції на кінцевому етапі вона кондиціонується озоном. Після очищення та знезараження вона надходить у водопровідні мережі міста. Хімічний, бактеріологічний, гідробіологічний і радіологічний контроль якості води на всіх етапах очистки здійснює лабораторія станції.

Очищення:

А) Механічне– забезпечується проціджуванням, відстоюванням, висушуванням стоків. З побутових стоків можна дістати до 60% не розчинених домішок, а з промислових – до 95%.

Б) Хімічне– а) коагулювання; б) нейтралізування – введення речовин з кислою або лужною реакцією, для позначенні РН – 6,5 – 8,5. Кількість не розчинених домішок зменшується до 95% а розчинених до 25%. Для коагулювання застосовується сірчанокислий алюміній та гідроксихлорид алюмінію.

В) Фізико-хімічне– для розчищення від колоїдів та розчинених речовин – а) сорбція; б) екстракція – (введення не змішуваних речовин, але розчинних); в) флотація – (пропускання повітря, бульбашки захвачують частину вгору); г) евапорація – (відгонка речовин з води..); д) іонізація – (осадження на іонообмінному матеріалі); е) електролітний спосіб.

Г) Біологічне очищення – окислення та мінералізація органічних стічних вод за допомогою аеробних біохімічних процесів. Воно передбачає створення зрошувальних полів, полів фільтрації та біологічних ставків 2-5 шт. (глибиною 0.5-1,5 м), біологічних фільтрів і аеротенків.

§ Зрошувальні поля – спеціально підготовлені ділянки для вирощування сільськогосподарських культур (трав).

§ Фільтраційні поля – біологічне чищення стоків через грунт до 80 см.

§ Біологічні ставки працюють за температури вище + 16⁰, каскад.

§ Біофільтри – травний, шлаки, покриття біоплівкою, заселеною аеробними мікроорганізмами.

§ Аеротенки – залізобетонні резервуари – повільно протікають стічні води змішані з активним мулом, заселеними аеробними організмами. Однак усіх бактерій і навіть хвороботворних знешкодити неможливо – дезінфекція рідким хлором, хлорним вапном, електролізом тощо.

БПК₅ за 20^°С не повинна перевищувати 3,0 м ²/ л для водойм господарсько-побутового водопостачання і 6 м ²/ л – для купання, спорту.

5. Законодавчі основи. За «Водним кодексом України» (1995 р.), вони є національним надбанням народу України, однією з природних основ його економічного розвитку і соціального добробуту. В умовах зростання антропогенних навантажень на довкілля, виникає необхідність розробки і додержання особливих правил користування водними ресурсами, раціонального їх використання та екологічно спрямованого захисту. Тому «Водний кодекс» спрямований на формування водно-екологічного правопорядку і забезпечення екологічної безпеки населення України, а також більш ефективного, науково обґрунтованого використання вод та їх охорони від забруднення, засмічення та вичерпання.

До водного фонду належать (ст. 3):

1) поверхневі води: природні водойми (озера); водотоки (річки, струмки); штучні водойми (водосховища, ставки) і канали;

2) підземні води та джерела;

3) внутрішні морські води та територіальне море.

Для створення національної екологічної мережі велике значення мають землі водного фонду (стаття 4), які зайняті:

· морями, річками, озерами, водосховищами, ставками, болотами та островами;

· прибережними захисними смугами вздовж морів, річок та навколо водойм;

· гідротехнічними, іншими водогосподарськими спорудами та каналами, а також землі, виділені під смуги відведення для них;

· береговими смугами водних шляхів.

Державне управління в галузі використання і охорони вод та відтворення водних ресурсів здійснюється за басейновим принципом на основі державних, міждержавних та регіональних програм використання і охорони вод та відтворення водних ресурсів (ст. 13). Моніторинг та контроль за використанням, охороною вод та відтворенням водних ресурсів, який полягає в забезпеченні додержання усіма юридичними та фізичними особами вимог законодавства, здійснюється Кабінетом Міністрів України, державними органами та громадськими організаціями охорони довкілля (ст. 19-22).

Оскільки вода є важливим державним та екологічним ресурсом, від якого дуже залежить стан природних та штучних екосистем, для забезпечення екологічної і санітарно-гігієнічної безпеки досить важливою є глава 8 «Водного кодексу України». В ній розкриваються основні положення стандартизації і нормування в галузі використання і охорони вод та відтворення водних ресурсів (ст. 34-40). Досить важливим у зазначеній главі є регулювання скидання у водні об'єкти речовин, що забруднюють довкілля, та встановлення для них відповідних екологічних нормативів якості води та гранично допустимих концентрацій забрудників.

Залежно від водозбірної площі басейну річки поділяються на: великі, середні та малі. До великих у Запорізькій області належить лише Дніпро, басейн якого розташований у Лісовій, Лісостеповій та Степовій зонах, а також має площу водозбору понад 50 тис. кв. км. Більшість річок області належить до середніх та малих з незначною площею водозбору. З метою охорони водності останніх (ст. 80) забороняється:

1) змінювати рельєф басейну річки;

2) руйнувати русла пересихаючих річок, струмки та водотоки;

3) випрямляти русла річок та поглиблювати їх дно нижче природного рівня або перекривати їх без улаштування водостоків та перепусків;

4) зменшувати природний рослинний покрив і лісистість басейну річки;

5) розорювати заплавні землі та застосовувати на них засоби хімізації;

6) проводити осушувальні меліоративні роботи на заболочених ділянках та урочищах у верхів'ях річок;

7) надавати земельні ділянки у заплавах річок під будь-яке будівництво (крім гідротехнічних, гідрометричних та лінійних споруд), а також для садівництва та городництва;

Водокористувачі та землекористувачі, землі яких знаходяться в басейні річок, зобов`язані здійснювати комплексні заходи щодо збереження водності річок та охорони їх від забруднення та засмічення (ст.. 80-81). Водні об'єкти є виключною власністю народу України і надаються тільки у користування, яке може бути постійним та тимчасовим. Згідно«Водного кодексу України», у постійне користування їх надають водогосподарським та іншим організаціям, в яких створено спеціалізовані служби по догляду за водними об'єктами, прибережними захисними смугами, гідротехнічними спорудами та підтриманню їх у належному стані. У тимчасове користування можуть надаватись лише земельні ділянки прибережних смуг відведення, захисних та берегових смуг для сінокосіння, рибогосподарських потреб, культурно-оздоровчих, рекреаційних, спортивних і туристичних цілей, а також для проведення науково-дослідних робіт (ст. 85).

З метою охорони поверхневих водних об'єктів від забруднення і засмічення та збереження їх водності вздовж річок, морів і навколо озер, водосховищ та інших водойм в межах водоохоронних зон виділяються земельні ділянки під прибережні захисні смуги. Вони встановлюються по обидва береги річок та навколо водойм уздовж урізу води (у меженний період) і мають відповідну ширину з особливим режимом природокористування. (стаття 88).

Література

Основна [1, 5, 7, 18]; додаткова [22, 23, 25]

Контрольні питання

1. Розповісти про значення води для людей та для інших організмів?.

2. Основні причини нестачі води в різних регіонах світу?

3. Забруднення водойм та їх наслідки?

4. Технологія очищення води від забруднення в Україні?

5. Законодавчі основи щодо водних ресурсів?

 

Лекція № 18

Тема: Антропогенний вплив і екологічні проблеми літосфери План: 1) Будова і склад літосфери. 2) Мінерально-сировинні ресурси і причини їх нераціонального використання. 3) Недосконалість технології добування. 4) Поліпшення ступеню використання надр. 5. Законодавство про надра.

Мета: Розкрити особливості будови і складу літосфери, а також неефективного використання її ресурсів та їх скорочення у майбутньому.

 

1. Літосфе́ра - верхня тверда оболонка земної кулі. До її складу входять земна кора та верхня частина мантії Землі (рис. 1). Потужність Л. під океанами становить 5-100 км (мінімальна під серединно-океанічними хребтами, максимальна – на периферії океанів, під континентами) — 25-200 км і більше. Найменша під молодими гірськими спорудами, вулканічними дугами і континентальними рифтовими зонами, найбільша — під щитами древніх платформ. Найбільша потужність літосфери спостерігається в найменш прогрітих, а найменша – в найбільш прогрітих областях. Її найбільші структурні одиниці – плити. Їх

Рис. 1. Розріз Земної кулі: 1 – кора; 2 – зовнішня частина мантії; 3 ­– внутрішня частина мантії; 4 – зовнішнє ядро; 5 - внутрішнє ядро.

розміри в поперечнику становлять 1-10 тис. км. Зараз літосфера розділена на 7 головних і декілька більш дрібних плит.

Літосфе́рні пли́ти (великі жорсткі блоки літосфери Землі, відокремлені одна від одної тектонічними розривами (швами) по осьових лініях сейсмічних поясів Землі. Межі плит є зонами максимальної тектонічної, сейсмічної і вулканічної активності. Найбільші літосферні плити: Амурська, Анатолійська, Антарктична, Аравійська, Африканська, Євразійська, Індостанська, Індо-Австралійська, Карибська, Південноамериканська, Каролінська, Північноамериканська плити. Плити: Кокос, Наска, Скотія, Охотська, Сундська, Тихоокеанська, Філіппінська, Російська.

Рух літосферних плит і блоків, а також його можливі причини вивчаються геодинамікою. Під континентами і океанами літосфера переходить в астеносферу, твердість і в'язкість речовини якої нижчі, ніж у літосфери. Разом з астеносферою літосфера утворює тектоносферу Землі, в якій відбуваються основні геологічні процеси. Згідно з уявленнями нової глобальної тектоніки Л.п. знаходяться у постійному русі, пересуваючись по шару астеносфери від зон розтягу (середин-но-океанічні хребти) до зон стиску (зони Беньофа, зони всмоктування). -