Континентальные водоемы. Большая энциклопедия нефти и газа
Каждая из сфер планеты обладает своими характерными особенностями. Ни одна из них до конца пока не изучена, несмотря на то, что исследования проводятся постоянно. Гидросфера – водная оболочка планеты, представляет большой интерес как для ученых, так и для просто любознательных людей, желающих глубже изучить происходящие на Земле процессы.
Вода лежит в основе всего живого, она является мощным транспортным средством, отличным растворителем и поистине бесконечной кладовой пищевых и минеральных ресурсов.
Из чего состоит гидросфера
Гидросфера включает в себя всю воду, не связанную химически и независимо от того, в каком агрегатном состоянии (жидком, парообразном, замороженном) она пребывает. Общий вид классификации частей гидросферы выглядит так:
Мировой океан
Это основная, самая значительная часть гидросферы. Совокупность океанов — водная оболочка, не являющаяся сплошной. Она разделяется островами и материками. Воды Мирового океана характеризуются общим солевым составом. Включает в себя четыре основных океана – Тихий, Атлантический, Северный Ледовитый и Индийский океаны. В некоторых источниках также выделяют пятый, Южный океан.
Изучение Мирового океана началось много веков назад. Первыми же исследователями считаются мореплаватели — Джеймс Кук и Фердинанд Магеллан. Именно благодаря этим путешественникам европейские ученые получили бесценные сведения о масштабах водного пространства и очертаниях и размерах материков.
Океаносфера составляет примерно 96% Мирового океана и имеет достаточно однородный солевой состав. В океаны поступают и пресные воды, но доля их невелика – всего около полумиллиона кубических километров. Эти воды поступают в океаны с осадками и речными стоками. Небольшое количество поступающих пресных вод обуславливает постоянство состава соли в океанических водах.
Континентальные воды
Континентальные воды (их также называют поверхностными) — те, которые временно или постоянно находятся в водных объектах, расположенных на поверхности земного шара. К ним относятся все текущие и собирающиеся на поверхности земли воды:
- болота;
- реки;
- моря;
- прочие водостоки и водоемы (например, водохранилища).
Поверхностные воды подразделяются на пресные и соленые, и являются противоположностью подземных вод.
Подземные воды
Все воды, находящиеся в земной коре (в горных породах) называются . Могут находиться в газообразном, твердом или жидком состоянии. Подземные воды составляют весомую часть водных запасов планеты. Их общий составляет 60 миллионов кубических километров. Классифицируются подземные воды по глубине залегания. Они бывают:
- минеральными
- артезианскими
- грунтовыми
- межпластовыми
- почвенными
Минеральными называют воды, содержащие в своем , микроэлементы, растворенную соль.
Артезианские – это напорные подземные воды, располагается между водоупорными слоями в горных породах. Относятся к полезным ископаемым, и залегают обычно на глубине от 100 метров до одного километра.
Грунтовыми называют гравитационные воды, находящиеся в верхнем, самом близком от поверхности, водоупорном слое. Такой тип подземных вод имеет свободную поверхность и обычно не имеет сплошной кровли из пород.
Межпластовыми водами называют залегающие низко воды, находящиеся между слоями.
Почвенными называют воды, которые перемещаются под влиянием молекулярных сил либо силы тяжести и заполняют некоторую часть промежутков между частицами почвенного покрова.
Общие свойства составных частей гидросферы
Несмотря на разнообразие состояний, составов и мест расположения, гидросфера нашей планеты едина. Объединяет все воды земного шара общий источник происхождения (земная мантия) и взаимосвязь всех вод, включенных в круговорот воды на планете.
Круговорот воды — непрерывающийся процесс, заключающийся в постоянном перемещении под воздействием силы тяжести и солнечной энергии. Круговорот воды – связующее звено для всей оболочки Земли, но и объединяет между собой другие оболочки – атмосферу, биосферу и литосферу.
В ходе данного процесса может находиться в основных трех состояниях. На протяжении всего существования гидросферы происходит ее обновление, причем каждая из ее частей обновляются за разный период времени. Так, период обновления вод Мирового океана составляет примерно три тысячи лет, водяной пар в атмосфере полностью обновляется за восемь суток, а покровным ледникам Антарктиды для обновления может потребоваться до десяти миллионов лет. Интересный факт: все воды, находящиеся в твердом состоянии (в вечной мерзлоте, ледниках, снежных покровах) объединяет название криосфера.
Гидросфера – водная оболочка нашей планеты, включает в себя всю воду, химически не связанную, независимо от ее состояния (жидкую, газообразную, твердую). Гидросфера является одной из геосфер, располагающейся между атмосферой и литосферой. Эта прерывистая оболочка включает все океаны, моря, континентальные пресные и соленые водоемы, ледяные массивы, атмосферную воду и воду в живых существах.
Примерно 70% поверхности Земли покрыты гидросферой. Ее объем около 1400 млн. кубометров, что составляет 1/800 объема всей планеты. 98% вод гидросферы – Мировой океан, 1,6 % заключено в материковых льдах, остальная часть гидросферы приходится на долю пресных рек, озер, подземных вод. Таким образом, гидросфера делится на Мировой океан, подземные воды и континентальные воды, причем каждая группа, в свою очередь, включает подгруппы более низких уровней. Так, в атмосфере вода находится в стратосфере и тропосфере, на земной поверхности выделяют воды океанов, морей, рек, озер, ледников, в литосфере – воды осадочного чехла, фундамента.
Несмотря на то, что основная масса воды сосредоточена в океанах и морях, а на долю поверхностных вод приходится лишь малая часть гидросферы (0,3%), именно они играют главную роль в существовании биосферы Земли. Поверхностные воды – это основной источник водоснабжения, обводнения и орошения. В зоне водообмена пресные подземные воды быстро обновляются в ходе общего круговорота воды, поэтому при рациональной эксплуатации можно использовать их неограниченно долгий срок.
В процессе развития молодой Земли гидросфера формировалась при становлении литосферы, которая за геологическую историю нашей планеты выделила огромное количество водяного пара и подземных магматических вод. Гидросфера образовалась в ходе длительной эволюции Земли и дифференциации ее структурных компонентов. В гидросфере впервые на Земле зародилась жизнь. Позднее в начале палеозойской эры состоялся выход живых организмов на сушу, и началось постепенное расселение их на континентах. Жизнь без воды невозможна. В тканях всех живых организмов содержится до 70-80% воды.
Воды гидросферы постоянно взаимодействуют с атмосферой, земной корой литосферы и биосферой. На границе между гидросферой и литосферой формируются практически все осадочные горные породы, которые составляют осадочный слой земной коры. Гидросферу можно рассматривать как часть биосферы, так как она полностью заселена живыми организмами, которые, в свою очередь, оказывают влияние на состав гидросферы. Взаимодействие вод гидросферы, переход воды из одного состояния в другое проявляется как сложный круговорот воды в природе. Все виды круговорота воды различных объемов представляют собой единый гидрологический цикл, в ходе которого осуществляется возобновление всех типов вод. Гидросфера является незамкнутой системой, воды которой тесно взаимосвязаны, что обусловливает единство гидросферы как природной системы и взаимовлияние гидросферы и других геосфер.
Похожие материалы:
Две группы водоемов:
l Стоячие
l Текучие
Водоемы – водотоки:
l Естественные (реки озера)
l Искусственные (пруд, водохранилище)
По степени солености:
1. пресные (подземные.воды, реки)
2. солоноватые
3. соленые
4. горькосоленые
РЕКИ
Водотоки, вода в которых перемещается от истока к устью под действием силы тяжести
Две группы рек:
l главные (впадают непосредственно в океаны, моря, озера)
l притоки (впадают в главную реку)
Первого
Второго
Третьего порядка
Водосборная площадь – площадь с которой главная река собирает притоки
Ложе – где непосредственно течет река
Пойма – часть суши, которая заливается водой при половодье
РЕКА + ПОЙМА + ТЕРРАСА = ДОЛИНА
Рипаль – часть воды, прилегающая к берегу
Стрежень – участки реки с более быстрым передвижением воды
Медиаль – середина реки (более глубокая)
Русло реки от истока к устью:
l верхнее течение (скорость более высок., каменистое дно, отсут.осадочных грунтов)
l среднее (замедляется;отложение частиц седиментация ; формирование грунта; более полноводная)
l нижнее (плавное течение, песчаные грунты, мощные осадочные наносы, полновод)
2 формы устья:
l дельта (обширные мелководья)
l эстуарии (глубоководные морские заливы)
Реобионты – организмы, которые населяют реки
Реопланктон:
l бактерии
l водоросли (зеленые, диатомовые)
l простейшие
l мелкие ракообразные
Реобентос :
l реозообентос
Сиртон – обитатели бентоса, которые оказались в толще воды.
l Эконосиртон – всплыли добровольно
l Эврисиртон – вымытые потоком воды
Биосток – снос организмов
Литофилы – обитатели каменистых грунтов (личинки ручейников, пиявки)
Аргиллофилы – на глинистых грунтах (паденки, ручейники)
Псаммофилы – в песчаных грунтах (нематоды,моллюски, раки)
Пелофилы – илистые грунты (моллюски, простейшие)
Реонектон:
Реонейстон : очень беден из-за течения воды
Перифитон : - обрастатели субстратов (Бенинг)
ОЗЕРА
Континентальный водоем, котловина которого заполнена водой.
Классификация по генезису :
1. Реликтовые (остатки обширных др.морей; Тетис о.Балхаш)
2. Тектонические (движение плит разломы; о.Байкал)
3. Пойменные (остатки былого русла реки)
4. Морские (остатки отшнуровавшегося моря; лагуна, лиманы)
5. Термокарстовые (протаивание ледников; в Карелии)
Части озера
1 – литораль – прибрежное мелководье
2 – сублитораль – снижение ко дну
3 – профундаль – глубоководная часть
Классификация озер по наличию органики (Тинеман):
1. Олиготрофные (много кислорода, глубоководные, дно каменистое, мало органики)
2. Эвторфные (более прогреваются, больше органики, есть осадочные грунты)
Осадочные грунты: автохтонные (образ.в самом дне)
аллохтонные (переносятся с суши)
3. Мезотрофные (промежуточные св-ва м/у 1 и 2)
4. Дистрофные (много гуминовых в-в, кислая рН, много органики, мало кислорода)
Классификация озер по солености:
1. пресные (менее 0,5 %о)
2. солоноватые (16 %о)
3. соленые (до 47 %о)
4. горькосоленые (больше 47 %о)
Сапропель – автохтонного происхождения слой органики-минералов
Лимнобионты – организмы, населяющие озера
l Лимнопланктон (водоросли, бактерии, простейшие)
Лимнобентос (богат в литорали, сублиторали; Макрофиты – полупогруж. раст.)
l Лимнонейстон (насекомые, клопы)
l Лимнонектон (рыбы, ластоногие)
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
3 группы:
l Пещерные (крупные полости)
l Фриатические
l Интерстициальные (пустоты в песчаных грунтах)
Условия:
l Темнота (афотические, олигофотические, эвфотические)
l Жесткость воды
Троглобионты – обитатели подземных вод. Древние, малоизменившиеся формы.
Редукция органов зрения; Отсутствие яркой окраски.
l Простейшие
l Бактерии (хемосинтетики)
l Водоросли (в афотической зоне)
l Фитофаги (рачки – гелиофобы)
Аридные экосистемы: степи, пустыни, саванны.
Степи
Травянистый тип растительности, ксерофитного характера, занимает значительные пространства в умеренном поясе сев.полушария.
Безлесные сообщества многолетних ксерофитных трав (злаковые ассоциации). Лесные группировки встречаются лишь по долинам круп.рек, а также на песках надпойменных террас (сосновый бор). Для сев.степей СНГ характерно преобладание разнотравий и высокая видовая насыщенность. Для юж.растительных группировок характерно господство злаков и разреженный травяной покров.
Целинные степи только в заповедниках:
· Аскания-Нова
· Стрелецкая степь
· Хамутовская степь
· Степи Наурзумского заповедника в сев.Казахстане
В Сев.Америке злаковые экосистемы называются прерии (от юж.Канады до Мексиканского нагорья)
Многолетники (ковыль, житняк). В настоящее время это пашни/пастбища.
Пампасы и Пампы .
Злаковые экосистемы юж.Америки отлич.отсутствием –t в зимний период.
Аналоги степей юж.Африки – вельды.
Условия среды в степях Евразии:
1. континентальный климат (жаркое лето и малоснежная суровая зима)
2. незначительное кол-во осадков (250-450 мм/год и неустойчивый режим)
3. постоянные ветры (летом суховеи)
Адаптации растений:
l доминирует жизненная форма – гемикриптофиты
Многолетники > 60%
Однолетники 15%
Хамефиты 10%
Фанерофиты <1%
l широко распространены узколистные, ксероморфные, дерновинные злаки (типчак)
l преобладают ксерофиты с разными адаптациями (опушение, восковой налет)
l многообразие геофитов (террафиты) – это эфемерные луковичные раст.-тюльпан
Адаптации животных:
Фауна разнообразна: преоблад.гадюки, грызуны, ящерицы и др.
Пампы – лисица, патогонская ласка
Прерии – коеты, антилопы, луговые собачки.
l Бег на большие расстояния
l Преобладание фолеобионтов
l Эстивация (сурки)
l Сумеречный, ночной образ жизни
Пустыни
Засушливая территория, которая характеризуется скудной растительностью или ее полным отсутствием из-за малого кол-ва осадков или почвенной аридности.
Засуха – глав.особенность пустыни. Климатическое или почвенное явление, характеризующееся длительным отсутствием атм.осадков при высокой Т и инсоляции (солнечная радиация) приводящая к падению относит.влажности воздуха до 30% и ниже и влажности почвы < 50% от наименьшей влагоемкости, к повышению концентрации почв.р-ра до токсической величины.
35% суши занимают.
По хар-ру сезонного распределения осадков 4 типа пустынь:
1. с осадками в зимний период (Средиземноморский тип)
– Каракумы
Север Аравийского п/ова
Пустыня Виктория в Австралии
Пустыни Ирана
2. с осадками летом
Тар – Пакистан
Мексиканские пустыни
3. с нерегулярными осадками (экстрааридные)
Центр Сахары
Такламакан – центр.Азия
Атакама – Чили
- «пустыни туманов» - влага от туманов, нет дождей – Намиб
4. пустыни без ясно выраженного сезона дождей
Классификация пустынь по особенностям почвогрунтов и подстилающих пород: литоэдафические, 1973 – Петров :
1. песчаные на рыхлых отложениях древ. аллювиальных равнин
2. песчано-гпаличные и галичные на третичных и меловых структурных плато
3. щебнистые гипсированные на третичных плато
4. щебнистые на предгорных равнинах
5. каменистые на низкогорьях и мелкосопочниках
6. суглинистые на слабокарбонатных покровных суглинках
7. лессовые на предгорных равнинах
8. глинистые такыровые на предгорных равнинах и в дельтах рек
9. солончаковые в засоленных депрессиях и по морским побережьям
Условия среды в пустынях:
1. сухой климат (атм.осадки <250 мм/год или их полное отсутст;высок.испоряемость)
2. высокие Т летом; мах +58С; низкие Т зимой в умеренном поясе.
3. гиперинсоляция
4. резкий перепад суточной Т
5. глубокое залегание грунтовых вод
6. перегрев пов-ых горизонтов почв до +87,8С
7. подвижность и засоленность субстрата
8. постоянные ветры: Сахара - сирокко
Ср.Азия – санум
Египет - хамсин
Уровень экстремальности среды – сочетание всех факторов лимитирующих жизнедеятельность и распространение организмов.
Индексы оценки экстремальности среды:
1. «Годовая испаряемость» (с открытой водн.пов-ти)
l Сухие степи / полупустыни 75-120 см
l Пустыни умер.пояса 120-175 см
l Пустыни субтропиков 175-225 см
J = R / Q где R - радиационный баланс
Q – сумма тепла необход.для испарения годов.кол-ва осадков
п/пустыни 2,3 – 3,4
пустыни > 3,4
Адаптации растений:
Возникают адаптивные дилеммы: открыв. устьица для поглощения СО2 они теряют влагу в результате транспирации. Подставляя листья для поглащения света, возможен перегрев.
l Однолетники (цветут во время дождей, быстрое созревание семян)
l Эфимероиды – гелиофиты, геофиты, террафиты
l Псаммофиты – приспособлены от засыпания песком
l Многолетники с надземн.пост.органами. Листья редуцированы в колючки.
l Низкие кустарники (хамефиты ) в период активного роста во влажн.сезон. В сухой сезон листья отмирают в акропетальной последовательности (от верхушки побега к основанию назыв. Засухолистопадные - полыни)
l Кустарники с редуцированными чешуйчатыми листьями (саксаул)
l Злаки – листья в трубочку и корневая с-ма на большую глубину
l Растения с полным отсутствием листьев (фотосинтез в стеблях – эфедра песчаная)
l Разреженность раст.покрова – низкое проективное покрытие
l Суккуленты (алоэ, кактус)
l Защита от перегрева путем отражения солнечной радиации (тонкие волоски, восков.налет)
Адаптации животных:
l Снабжение водой: - животные которые пью редко (верблюд, сайгак)
Преобладание фитофагов (песчанка)
l Защита от перегрева:
Прекращение активности
Ночно – сумеречный образ жизни
Длинные лапки у насекомых
Яйца насек. и др.б/позв. могут сохраняться в почве неск.лет до дождя (эфимеры)
Бледные перья птиц и светлая шерсть млекопитающих
Длинные тонкие конечности, длин.шея увеличив. площадь пов-ти тела, с которой
можно излучать тепло
Эстивация
Запасание семян в период дождей
Учащенное дыхание, потоотделение, облизывание меха
l Пищевая: сниж.пищевая элективность полифагия
Саванны
Тропические злаково-древесные сооб-ва с ярковыраженной сезонной ритмикой развития.
Африка до 40%
Юж.Америка - льянос
С-В Австралии
Кол-во осадков 500 – 1500 мм/год
3 типа саванн по продолжительности засухи:
l Влажные (засуха 2,5 – 5 мес; высота жестколиств.злаков 2-5 м. – баобаб, акация)
l Сухие (засуха до 7,5 мес; высота деревьев ниже; нет сплошного покрова злаков; листопадные деревья)
l Колючие (засуха до 10 мес; разреженный травостой сочетается с низкорослыми деревьями и кустарниками - терновник,кактус)
Саванны по генезису:
l Климатические (коренные)
l Вторичные (на месте пожаров и вырубок тропич.лесов)
l Эдафические (на затвердевших латеритах, где корни деревьев не могут добраться до водоносных горизонтов)
Адаптации растений:
l Сбрасывание листвы в засушливый период
l Листья превращаются в колючки
l Характерны суккуленты (баобаб, бутылочное дерево)
Адаптации животных:
l Миграции и кочевки по саванне период засухи.
44. Экосистемы умеренных и высоких широт (тайга, тундра)
Тундра
Зональный тип растительности. Занимает сев.окраины Евразии и Сев.Америки. Южные границы совпадают с июльской изотермой +10С
1. низкие Т воздуха
2. краткий вегетационный период (60 дней)
3. многолетняя мерзлота
4. низкое кол-во атм.осадков 200-400 мм
5. глеево-болотные почвы
Классификация с севера на юг:
1. Полярные пустыни (арктическая тундра)
l о-ва Франца – Иосифа
l сев.Земля
l о-в Шпицберген
l о-в Гренландия
l сев.часть п/ова Таймыр
Наземное оледенение. Полярная ночь – день. Разреженная раст-ть (мох, лишайник)
2. Мохово-лишайниковые тундры
Мхи и лишайники нуждаются в снеговой защите от сильных ветров. Среди мхов преобладают хеонофилы (ягель). Среди мхов встречаются злаки, осоки, карликовая береза и полярная ива.
3. Кустарниковые тундры
Карликовая береза, голубика, черника, некоторые виды ивы. Роль мхов и лишайников снижена – не образуют сплошного покрова. Кустарнички образуют густой сомкнутый ярус 30-50 см, который способствует задержанию снега.
4. Лесотундра
Классификация растительных сообществ тундр на основании 3-х глав.признаков:
1. Характеристика растительности
l Лишайниковая
l Моховая
l Травяно-моховая
2. Характеристика субстрата
· Глинистый
· Суглинки
· Каменистый
3. Характеристика рельефа
· Бугристый
· Кочковатый
· Полигональный
Адаптации растений:
1. флора относительно бедна < 500 видов
2. в Евразии 2 тундровых однолетника – кенигия, горечавка. Отсутствие однолетников обусловлено коротким вегетационным периодом.
3. распространены растения – долгожители
l ива арктическая 200 лет
l карликовая береза 80 лет
l багульник 95-100 лет
4. многие тундровые растения начин.фенологический цикл с подснежной вегетации.
5. зимостойкость (корневища до -60С, наземные части до -50С)
6. преобладают 2 жизнен.формы растений: стелющиеся и подушкообразные
7. поверхностная корневая система
8. деревья (фанерофиты) проникают только в самые южные части тундры. Ветви у деревьев располаг. По направлению преобладающих ветров (форма флага)
9. растительные сообщества отличаются малой ярусностью
10. разреженный характер растительности
Тайга
Бореальные хвойные леса умеренного пояса сев.полушария (Евразия и Сев.Америка)
Флористический состав древесных пород беден:
Сибирь – 2 вида лиственницы
2 вида ели (Сибирская, Альянская)
2 пихты (Сибирская, Дальневосточная)
2 сосны (Сибирская, Кедровая)
Причина однообразия : четвертичное оледенение, которое уничтожило третичные леса
Характеристика среды:
l умеренный (бареальный) климат
l широкое распространение вечной мерзлоты
l короткий безморозный период
l холодная зима с устойчивым снежным покровом
l значительная среднегодовая сумма осадков до 800 мм.
Адаптации растений:
1. Господствующее положение у древесных пород, способных длительное время пребывать в состоянии покоя при минимальных тратах на дыхание и испарение
2. Низкие Т почвы, обусловленные вечной мерзлотой (один из ф-ов ограничивающих географическое распространение хвойных)
3. Явное преимущество мерзлотных районов у деревьев с боковыми корнями.
Адаптации животных :
Разнообразен животный мир: 90 видов млекопитающих; 250 видов птиц в РФ
Дендрофилы и кровососущие
l Гипернация (зимняя спячка)
l Миграции и кочевки
l Адаптации к экстремальным зимним условиям (к снегу, запасание кормов, теплоизолирующие покровы, переход к социальному образу жизни – волки)
Континентальные воды очень важны для человека, поскольку являются единственным надежным источником питьевой воды. Химический состав рек, озер и грунтовых вод сильно варьирует и контролируется преимущественно тремя факторами:
- - химией элементов;
- - режимами выветривания;
- - биологическими процессами.
Кроме того, сильное влияние на некоторые системы, обеспечивающие питьевой водой, может оказать деятельность человека.
Двадцать крупнейших рек Земли несут около 40% общего континентального стока, из которых на одну Амазонку приходится 15%. Но реки, в отличие от других малых составляющих гидросферы, являются быстрыми транспортерами воды. Вода в реках возобновляется намного быстрее, чем в любой другой части гидросферы. Поэтому, несмотря на сравнительно небольшой мгновенный запас воды в руслах, реки в течение года доставляют к устьям массу воды, равную 4,5 10 19 г.
Реки весьма разнообразны по своим размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, крупнейшая река мира, характеризуется следующими показателями:
Длина почти равна радиусу Земли;
количество воды, проносимое через поперечное сечение, в устье составляет около 200 тыс. и 3 /с;
- площадь водосбора с территории 6,915 млн км 2 , что лишь ненамного меньше такого континента, как Австралия.
Характеристики десяти крупнейших рек мира приведены в табл. 2.2
Но большая часть рек - это средние, малые и совсем небольшие речушки и ручьи, длина которых может измеряться метрами.
Реки длиной от 101 до 200 км и площадью водосбора от 1 тыс. до 2 тыс. км 2 называются малыми. На территории СНГ насчитывается около 150 тыс. рек с длиной 10 км и более. Но если считать все реки с длиной много меньше 10 км, то тогда таких рек будет порядка 3 млн.
Общая длина малых, средних и больших рек превышает 3,9 млн км. В табл. 2.3 сравниваются средний глобальный химический состав речных вод и средний состав континентальной коры. Такое сравнение позволяет выделить две особенности:
- в растворенном состоянии в химическом составе пресной воды преобладают четыре металла, присутствующие в виде простых катионов (Са 2+ , Na + , К + и Mg 2+);
- ионный состав растворенных веществ в пресной воде принципиально отличается от состава веществ в континентальной коре, а именно концентрация ионов в растворе ниже концентрации ионов в коре.
Характеристики десяти крупнейших рек мира
Таблица 2.2
|
Наименование |
Площадь бассейна, млн км 2 |
Расход воды в устье, м 3 /с |
Континент |
||
|
Амазонка (с Мараньо- ном) |
|||||
|
Миссисипи (с Миссури) |
Северная |
||||
|
Обь (с Ирты- шом) |
|||||
Таблица 23
Сравнение среднего состава основных катионов в породах континентальной коры и речных водах
Общий характер растворимости солей в воде зависит от заряда и ионных радиусов z/r (рис. 2.1). Ионы с низкими значениями z/r высокорастворимы, образуют в растворе простые ионы, и ими обогащена фаза раствора речной воды по сравнению с фазой взвеси.
Рис. 2.1.
Ионы со средними значениями z/r относительно нерастворимы и имеют сравнительно большие отношения част- ица/раствор в речной воде. Ионы с большими значениями z/r образуют комплексные анионы (так называемые оксиа- нионы) и снова становятся растворимыми.
Ион кальция, высвобождаемый в процессе растворения известняка, выступает в качестве индикатора процесса выветривания. Отсюда отношение Na + /(Na + + Са 2+) можно использовать для разграничения источников ионов для пресной воды - дождевого и процесса выветривания.
Когда доминирующим катионом является натрий (существенен вклад морской соли), относительное содержание Na + /(Na + + Са 2+) приближается к единице.
Когда преобладает кальций (существенен вклад процессов выветривания), значения NaV(Na + +Ca 2+) приближаются к нулю. Состав растворенных солей в речной воде можно классифицировать, сравнивая относительное содержание Na + /(Na + +Ca 2+) с общим количеством ионов, присутствующих в растворе (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Изменение весового отношения Na + /(Na + + Са 2+) в зависимости от общего содержания растворенных твердых веществ и ионной силы для поверхностных вод.
Стрелки показывают эволюцию химического состава от истока и вниз по течению
Концентрация раствора электролита может быть выражена через ионную силу (/), определяемую как
где С - концентрация ионов i, моль л -1 ; z { - заряд иона г п - число ионов в растворе.
Поскольку ионная сила учитывает влияние зарядов разновалентных ионов, ее лучше использовать в качестве меры концентрации сложного раствора электролита, чем простую сумму молярных концентраций. Пресные воды имеют значения ионной силы в пределах от 10~ 4 до 10 _3 моль л -1 . Морская вода имеет довольно постоянную ионную силу, равную 0,7 моль -л -1 .
От нефтяного загрязнения страдают, естественно, не только морские, но и пресные воды. Сточные воды нефтеперегонных заводов, смена масла в автомобилях, утечки масла из картеров, расплескивание бензина и дизельного топлива в момент заправки автомобилей – все это приводит к загрязнению источников воды и водоносных слоев. При этом загрязняются не только и даже не столько поверхностные, сколько подземные воды. Поскольку бензин проникает в почву в семь раз быстрее, чем вода, и придает неприятный вкус питьевой воде даже при таких низких концентрациях, как 1 млн -1 , подобное загрязнение способно сделать неприемлемой для питья довольно значительное количество подземных вод.
3.Воздействие нефтепродуктов на водные экосистемы
Мазут, дизельное топливо, керосин (сырая нефть значительно легче подвергается биологической и другой деструкции), покрывая пленкой воду, ухудшают газо- и теплообмен океана и атмосферы, поглощают значительную часть биологически активной компоненты солнечного спектра.
Интенсивность света в воде под слоем разлитой нефти составляет, как правило, только 1 % интенсивности света на поверхности, в лучшем случае 5-10 %. В дневное время слой темноокрашенной нефти лучше поглощает солнечную энергию, что приводит к повышению температуры воды. В свою очередь, в нагретой воде снижается количество растворенного кислорода и увеличивается скорость дыхания растений и животных.
При сильном нефтяном загрязнении наиболее очевидным оказывается ее механическое действие на среду. Так, нефтяная пленка, образовавшаяся в Индийском океане в результате закрытия Суэцкого канала (маршруты всех танкеров с аравийской нефтью шли в этот период через Индийский океан), снизила испарение воды в 3 раза. Это привело к уменьшению облачности над океаном и развитию засушливого климата в прилегающих районах.
Немаловажным фактором является биологическое действие нефтепродуктов: их прямая токсичность для гидробионтов и околоводных организмов.
Береговые сообщества можно расположить по возрастанию чувствительности к нефтяному загрязнению в следующем порядке:
Скалистые берега, каменные платформы, песчаный пляж, галечный пляж, укрытые скалистые берега, укрытые пляжи, марши и мангровые заросли, коралловые рифы.
4.Полициклические ароматические соединения: источники бен(а)пирена, бен(а)пирен в воде, донных отложениях, планктонных и бентосных организмах, разложение бен(а)пирена морскими организмами, последствия загрязнения бен(а)пиреном
В настоящее время загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) носит глобальный характер. Их присутствие обнаружено во всех элементах природной среды (воздух, почва, вода, биота) от Арктики до Антарктиды.
ПАУ, обладающие выраженными токсическими, мутагенными и канцерогенными свойствами, многочисленны. Их количество достигает 200. Вместе с тем, ПАУ, распространенных повсеместно в биосфере не более нескольких десятков. Это антрацен, флуорантрен, пирен, хризен и некоторые другие.
Наиболее характерным и наиболее распространенным в ряду ПАУ является бенз(а)пирен (БП):
БП хорошо растворим в органических растворителях, тогда как в воде он растворим чрезвычайно мало. Минимальная действующая концентрация бенз(а)пирена мала. БП трансформируется под действием оксигеназ. Продукты трансформации БП являются конечными канцерогенами.
Доля БП в общем количестве наблюдаемых ПАУ невелика (1–20%). Его делают значимым:
Активная циркуляция в биосфере
Высокая молекулярная устойчивость
Значительная проканцерогенная активность.
С 1977 г. БП на международном уровне считается индикаторным соединением, по содержанию которого оценивается степень загрязненности среды канцерогенными ПАУ.
Источники бенз(а)пирена
В формировании природного фона бенз(а)пирена участвуют различные абиотические и биотические источники.
Геологические и астрономические источники. Поскольку ПАУ синтезируются при термических превращениях простых органических структур, БП обнаруживается в:
материале метеоритов;
магматических породах;
гидротермальных образованиях (1-4 мкг кг -1);
Вулканических пеплах (до 6 мкг кг -1). Глобальный поток вулканического БП достигает 1,2 т год -1 (Израэль, 1989).
Абиотический синтез БП возможен при сгорании органических материалов во время природных пожаров. При горении леса, травяного покрова, торфа образуется до 5 т год -1 . Биотический синтез БП обнаружен для целого ряда анаэробных бактерий, способных синтезировать БП из природных липидов в донных отложениях. Показана возможность синтеза БП и хлореллой.
В современных условиях рост концентрации бенз(а)пирена связан с антропогенным происхождением. Главными источниками БП являются: бытовые, промышленные сбросы, смывы, транспорт, аварии, дальний перенос. Антропогенный поток БП составляет примерно 30 т год -1 .
Кроме того, важный источник поступления БП в водную среду – транспортировка нефти. При этом в воду попадает около 10 т год -1 .
Бенз(а)пирен в воде
Наибольшее загрязнение БП характерно для бухт, заливов, замкнутых и полузамкнутых морских бассейнов, подверженных антропогенному воздействию (табл. 26). Самые высокие уровни загрязнения БП в настоящее время отмечены для Северного, Каспийского, Средиземного и Балтийского морей.
Бенз(а)пирен в донных отложениях
Поступление ПАУ в морскую среду в количестве, превышающем возможности их растворения, влечет за собой сорбцию этих соединений на частицах взвесей. Взвеси оседают на дно и, следовательно, БП накапливаются в донных осадках. При этом основной зоной накопления ПАУ является слой 1-5 см.
Зачастую ПАУ осадков имеют природное происхождение. В этих случаях они приурочены к тектоническим зонам, участкам глубинного термического воздействия, ареалам рассеяния газо-нефтяных скоплений.
Тем не менее, наиболее высокие концентрации БП обнаруживаются в зонах антропогенного влияния (табл. 27).
Таблица 27
Средние уровни загрязнения морской среды бенз(а)пиреном мкг л –1
Бенз(а)пирен в планктонных организмах
ПАУ не только сорбируются на поверхности организмов, но и концентрируются внутриклеточно. Для планктонных организмов характерен высокий уровень накопления ПАУ (табл. 28).
Содержание БП в планктоне может варьировать от нескольких мкг кг-1 до мг кг-1 сухой массы. Наиболее обычное содержание (2-5) 10 2 мкг кг -1 сухой массы. Для Берингова моря коэффициенты накопления (отношение концентрации в организмах к концентрации в воде) в планктоне (Сп/Св) колеблются от 1,6 10 до 1,5 10 4 , коэффициенты накопления в нейстоне (Сн/Св) колеблются от 3,5 10 2 до 3,6 10 3 (Израэль, 1989).
Бенз(а)пирен в бентосных организмах
Поскольку большинству бентосных организмов основой питания служит взвешенное органическое вещество и детрит грунтов, зачастую содержащие ПАУ в концентрациях выше, чем в воде, бентонты часто накапливают БП в значительных концентрациях (табл. 28). Известно накопление ПАУ полихетами, моллюсками, ракообразными, макрофитами.
Таблица 28
Коэффициенты накопления БП в различных объектах экосистемы Балтийского моря (Израэль, 1989)
Разложение бенз(а)пирена морскими микроорганизмами
Поскольку ПАУ – вещества, встречающиеся в природе, естественно, что существуют микроорганизмы, способные их разрушать. Так, в экспериментах в Северной Атлантике БП-окисляющие бактерии разрушали от 10-67 % внесенного БП. В опытах в Тихом океане была показана способность микрофлоры разрушать 8-30 % внесенного БП. В Беринговом море микроорганизмы разрушали 17-66 % внесенного БП, в Балтийском море – 35-87 %.
На основании экспериментальных данных была построена модель, позволяющая оценить трансформацию БП в Балтийском море (Израэль, 1989). Было показано, что бактерии верхнего слоя воды (0-30 м) за лето способны разложить до 15 т нефти, за зиму – до 0,5 т. Общая масса БП в Балтийском море оценивается в 100 т. Если предположить, что микробное разрушение БП является единственным механизмом его элиминации, то время, которое будет затрачено на разрушение всего имеющегося запаса БП, составит от 5до 20 лет.
Последствия загрязнения бенз(а)пиреном
Для БП доказаны токсичность, канцерогенность, мутагенность, тератогенность, действие на репродуктивную способность рыб. Кроме того, как и другие трудноразложимые вещества, БП способен к биоаккумуляции в пищевых цепях и, соответственно, представляет опасность для человека.
Лекция №18;Проблема повышения кислотности вод
Источники и распространение: антропогенные выбросы окислов серы и азота.
Действие кислотных осадков на окружающую среду: чувствительность водоемов к повышению кислотности, буферная емкость озер, рек, болот; действие закисления на водную биоту.
Борьба с закислением: перспективы.
Закисление окружающей среды накоплением сильных кислот, или веществ, образующих сильные кислоты, оказывает сильнейшее воздействие на химический режим и биоту десятков тысяч озер, рек, водосборных бассейнов в Северной Европе, на северо–востоке Северной Америки, части Восточной Азии и повсюду, хотя и в меньшей степени. Закисление вод определяется снижением нейтрализационной емкости (acid neutralizing capacity – ANC). Закисленные воды претерпевают химические и биологические изменения, меняется видовая структура биоценозов, снижается биоразнообразие и т.п. Высокая концентрация Н+ ведет к высвобождению из почв металлов, с последующим их транспортом в озера и болота. Высокая концентрация Н+ в водотоках также ведет к высвобождению металлов, в том числе токсичных, из речных осадков.
