Вода - основа всех жизненных процессов, источник кислорода в процессе фотосинтеза. Виды глобального круговорота: большой, малый, внутриконтинентальный. Средний годовой водный баланс земли. Влияние на процессы водопотребления деятельности человека.
Аннотация к работе
Растения на 90%, а животные на 75% состоят из воды. Потери 10 - 20% воды живым организмом приводит к его гибели. Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Глобальный круговорот воды составляют большой, или мировой, круговорот, малый, или океанический, круговорот, а также внутриконтинентальный круговорот.Все водные ресурсы планеты связаны между собой грандиозным природным процессом - круговоротом воды, охватывающим атмосферу, гидросферу и земную кору. Деградация водных и околоводных систем и ландшафтов, являющихся средой обитания многих живых существ, уже сегодня поставила под угрозу вымирания 24% видов млекопитающих, 12% птиц и треть из 10% подробно изученных рыб.
Введение
Вода - самое распространенное неорганическое соединение, "самый важный минерал" на Земле. Вода - это основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Растения на 90%, а животные на 75% состоят из воды. Потери 10 - 20% воды живым организмом приводит к его гибели.
Круговорот воды на Земле - основа возобновляемости водных ресурсов, он создает основной механизм перераспределения на Земле вещества и энергии. В нем проявляются закономерности сохранения вещества и водного баланса, а также единство природных вод Земли и их связь с атмосферой, литосферой, биосферой.
Человек активно вмешивается в природный круговорот, используя грунтовые и поверхностные воды во все возрастающем количестве для удовлетворения своих многообразных потребностей.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. Помимо этого человек, не подразумевая, к каким серьезным последствиям приведет его вмешательство в природную среду, загрязняет ее, используя для своих нужд.
1. Сущность круговорота воды
Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично - просачиваются в землю и образуют подземные воды.
Глобальный круговорот воды составляют большой, или мировой, круговорот, малый, или океанический, круговорот, а также внутриконтинентальный круговорот.
Рисунок 1. Схема глобального круговорота воды
1.1 Большой круговорот воды
При большом круговороте вода, испарившись с поверхности океана, частично возвращается в него в виде осадков, а частично переносится на сушу, где также выпадает в виде осадков и распределяется по трем основным направлениям: 1) часть идет на поверхностный сток;
2) часть - на просачивание в грунт (подземный сток);
3) часть - на испарение в атмосферу.
С океана ежегодно испаряется в среднем 505 тыс. км куб, возвращается, в океан в виде атмосферных осадков 458 тыс. км. испаряется таким образом больше чем возвращается с осадками.
1.2 Малый круговорот воды
Океанический круговорот воды - это непрерывный процесс испарения, перенос влаги воздушными течениями над океаном и выпадение ее в виде осадков на поверхность океана.
За время существования планеты круговорот меняется в зависимости от площади океана и объема гидросферы. Сейчас ежегодно в океаническом круговороте участвует 458 тыс. км3 воды. Это почти шесть таких водоемов, как Каспийское море. Но испаряется с поверхности океана каждый год 505 тыс. км3. Разница в 47 тыс. км3 уходит на континенты, выпадая в виде дождя и снега на суше. Но благодаря этой небольшой части океанического круговорота воды на суше возник континентальный круговорот, положивший начало жизни на Земле, а затем и появлению человека.
1.3 Внутриконтинентальный круговорот
Вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадает на сушу в виде атмосферных осадков. Этот процесс называется внутриконтинентальным круговоротом воды.
Осадки на любом участке суши складываются из «внешних», сконденсировавшихся из водяного пара, пришедшего извне, и «внутренних», или местных сконденсировавшихся из влаги, испарившейся с поверхности данного конкретного участка суши. Этот сложный многократно повторяющийся процесс называется внутриматериковым влагооборотом.
Рисунок 2. Схема внутриматерикового влагооборота
Где: z - величина испарения с поверхности земли; х - осадки (А - внешние, т. е. состоящие из водяного пара, пришедшего извне, z - внутренние); у - поверхностный сток; w - подземный сток; С - водяной пар, вынесенный за пределы участка.
Уравнение водного баланса для участка суши: x = z y w.
Рисунок 3. Средний годовой водный баланс земли. вода круговорот фотосинтез кислород
2. Антропогенное вмешательство в процесс круговорота воды
Вода - источник жизни на Земле. Человек нуждается в воде не только в физиологических процессах, но также использует во многих отраслях своей трудовой деятельности.
На сегодняшний день водопотребление повсюду быстро растет вследствие увеличения численности населения, а также урбанизации, индустриализации и в особенности развития сельскохозяйственного производства, в частности орошаемого земледелия. К 2000 суточное мировое потребление воды достигло 26 540 млрд. л, или 4280 л на человека. 72% от этого объема расходуется на орошение, а 17,5% - на промышленные нужды. Около 69% ирригационных вод утрачено безвозвратно.
Использованная вода не всегда утрачивается полностью, часть ее или даже вся она может быть возвращена в круговорот и вновь использована. Как правило, более 70% городских стоков возвращается в реки или подземные водоносные горизонты. При орошаемом земледелии посевы потребляют огромное количество воды, высасывая ее корнями и безвозвратно теряя до 99% в процессе транспирации. В минувшем столетии существенно возросли объемы безвозвратного водопотребления. Но заметного влияния на глобальный круговорот эти объемы воды не оказали. В качестве исключения можно рассматривать сокращение в результате изъятия воды для орошения стоков рек Индии, устьев рек Днепра (Амударьи, Сырдарьи, Терека).
Существенное влияние на круговорот воды оказало накопление воды в водохранилищах. Их создание привело к задержке повышения уровня океана. Водохранилища могут препятствовать пополнению запасов грунтовых вод, влияя, таким образом, на водоснабжение других потребителей. Также, потери воды в результате фильтрации в каналах приводят к нарушениям в водообеспечении болот и тем самым неблагоприятно отражаются на состоянии их экосистем.
2.1 Использование воды в сельском хозяйстве
Самое крупное количество воды и по сей день тратится на земледелие. В сельском хозяйстве вода идет не только на полив посевов, но также на пополнение запасов подземных вод (чтобы предупредить слишком быстрое опускание уровня грунтовых вод). На вымывание (или выщелачивание) солей, накопившихся в почве, на глубину ниже корнеобитаемой зоны возделываемых культур; для опрыскивания против вредителей и болезней; защиты от заморозков; внесения удобрений; снижения температуры воздуха и почвы летом. Для ухода за домашним скотом; эвакуации обработанных сточных вод, используемых для орошения (преимущественно зерновых культур); и переработки собранного урожая.
2.2 Пищевая промышленность
Примерное количество воды, затрачиваемое только на выращивание пищевых культур, потребляемых ежедневно одним человеком в западных странах, - на завтрак около 760 л, на обед (ланч) 5300 л и на ужин - 10 600 л, что в целом за сутки составляет 16 600 л.
Для переработки разных пищевых культур требуется неодинаковое количество воды в зависимости от продукта, технологии изготовления и доступности воды соответствующего качества в достаточном объеме. В США на производство 1 т хлеба расходуется от 2000 до 4000 л воды, а в Европе - лишь 1000 л и всего 600 л в некоторых других странах. Для консервирования фруктов и овощей требуется от 10 000 до 50 000 л воды на 1 т в Канаде, а в Израиле, где вода представляет собой большой дефицит, - только 4000-1500. "Чемпионом" по затратам воды является лимская фасоль, на консервирование 1 т которой в США расходуется 70 000 л воды. На переработку 1 т сахарной свеклы затрачивается 1800 л воды в Израиле, 11 000 л во Франции и 15 000 л в Великобритании. На переработку 1 т молока требуется от 2000 до 5000 л воды, а на производство 1000 л пива в Великобритании - 6000 л, а в Канаде - 20 000 л.
2.3 Промышленное водопотребление
Вода используется во многих видах промышленности. Например, в целлюлозно-бумажной промышленности. Эта промышленность является одной из самых водоемких вследствие огромного объема перерабатываемого сырья. На производство каждой тонны целлюлозы и бумаги в среднем затрачивается 150 000 л воды во Франции и 236 000 л в США. В процессе производства газетной бумаги на Тайване и в Канаде расходуется около 190 000 л воды на 1 т продукции, производство же тонны высококачественной бумаги в Швеции требует 1 млн. л воды.
Топливная промышленность и текстильная промышленность также требуют затрат водных ресурсов. В последние годы стало возрастать количество воды, требующееся в металлургической промышленности. В ЮАР при добыче 1 т золотой руды расходуется 1000 л воды. В США при добыче 1 т железной руды 4000 л и 1 т бокситов - 12 000 л. Для производства железа и стали в США, требуется примерно 86 000 л воды на каждую тонну продукции. Но до 4000 л из них составляют безвозвратные потери (главным образом, на испарение), и, следовательно, примерно 82 000 л воды может быть использовано повторно. Водопотребление в черной металлургии значительно варьирует по странам. На производство 1 т чугуна в чушках в Канаде тратится 130 000 л воды, на выплавку 1 т чугуна в доменной печи в США - 103 000 л, стали в электропечах во Франции - 40 000 л, а в Германии - 8000-12 000 л.
Для производства электроэнергии на ГЭС используется энергия падающей воды, приводящая в движение гидравлические турбины. Сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных. Повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) изза недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.
Вода необходима для эвакуации бытовых, промышленных и сельскохозяйственных стоков. Хотя около половины населения обслуживается канализационными системами, стоки из многих домов все еще просто сбрасываются в отстойники.
3. Последствия антропогенного вмешательства
По мере интенсификации водопользования все с большей силой начинает проявляться экологический дефицит воды. Первоначально как загрязнение питьевых вод, крупных водоемов, морей, а затем и как угроза полного исчезновения отдельных рек и озер.
Запасы мировых океанических и континентальных вод составляют 1,5 млрд.куб.км, они чрезвычайно высокого содержания солей и не пригодны для питья. Доля пресной воды в общем объеме мировых вод составляет 2,53% или 31-35 млн. куб. км. Но эти воды, заключенные в ледниках, находящиеся в виде атмосферной и почвенной влаги, в подземных морях, не доступны для освоения. Таким образом, человечество условно располагает 0,3% или 93,0 тыс. куб. км пресных вод, которые могли быть использованы для хозяйственно-экономических целей.
По прогнозам ООН, к 2050 г. население Земли составит 8,9 млрд. чел., от дефицита воды будут страдать от 2 до 7 млрд. чел.
Таким образом, проблема пресной воды становится глобальной, охватывая со временем все новые и новые страны. Ситуация усугубляется еще и тем, что нарастание дефицита воды повсеместно сопровождается загрязнением располагаемых водных ресурсов благодаря антропогенной деятельности человека.
4. Пути преодоления дефицита водных ресурсов
Одним из путей преодоления нарастающего дефицита пресной воды является ее экономия на производственные и бытовые нужды, а также прекращение сброса промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых сточных вод во внутренние водоемы и моря. На предприятиях выполняются значительные работы по вводу в действие сооружений по очистке сточных вод. В результате этих мер объемы загрязненных сточных вод, сбрасываемых в открытые водоемы, заметно уменьшились.
Другой путь связан с восполнением недостающих водных ресурсов за счет использования других источников. Такими источниками могут быть опресненная морская вода, перераспределенные речные стоки, айсберги, отбуксированные в районы дефицита пресной воды. Значительное количество воды можно получить сбором в подземных хранилищах дождевых и талых вод.
Слабо используются в мире подземные воды. Между тем во многих районах планеты они расположены достаточно близко к поверхности, как правило, хорошего качества. Даже в пустыне Сахаре обнаружены огромные запасы подземных вод, обещающих облегчить существование местных жителей.
Ресурсы пресных вод можно увеличить путем использования замкнутого оборотного водоснабжения, также внедрением безводных производств. Применение такого способа пользования технологической водой в производстве может дать большой эффект в защите как открытых водоемов, так и подземных вод. При этом можно не только сберечь огромное количество воды, но и утилизировать тепло, которое может пойти на обогрев жилых помещений, производственных зданий и т. д.
Вывод
Все водные ресурсы планеты связаны между собой грандиозным природным процессом - круговоротом воды, охватывающим атмосферу, гидросферу и земную кору. Вмешательство человека в естественный процесс может повлечь за собой необратимые последствия.
Деградация водных и околоводных систем и ландшафтов, являющихся средой обитания многих живых существ, уже сегодня поставила под угрозу вымирания 24% видов млекопитающих, 12% птиц и треть из 10% подробно изученных рыб. Биологическое разнообразие пресных вод (насчитывающее от 9 до 25 тыс. видов) резко сокращается. Нарушение экосистем влечет за собой также и рост природных катастроф.
Сейчас уже ясен путь, который позволит людям избежать экологического тупика. Но потребуются десятилетия для воплощения идеи в жизнь.
Список литературы
1. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология Учебник для вузов - 2-е изд. исп. / Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. // Высшая школа. - 2007. - с. 89-93.
2. Василенко В. А. Водные ресурсы для устойчивого развития / Василенко В. А. // Эко. - 2008. - с. 133.