Экология популяций

II. Гидросфера 

Гидросфера - (произошло от греческих слов hydor - вода и sphaira -  cфера) – водная оболочка Земли,  она занимает 70%  земной поверхности и располагается между атмосферой и твердой земной  корой (литосферой) и представляет собой совокупность океанов,  морей и поверхностных вод суши.  Кроме того, в состав гидросферы также включают подземные воды,  лед и снег Арктики и Антарктики,  а также вода, которая содержится в живых организмах.

Основная масса  воды гидросферы сосредоточена  в  морях  и океанах,  второе место по объему водных масс занимают подземные воды,  третье место - лед и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши,  атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объема воды гидросферы.   

Табл. 1. Распределение водных масс в гидросфере Земли

В океанической воде растворены почти все известные  на Земле вещества. Основная часть  солей – хлориды (89%) и сульфаты (почти 11%), меньше карбонатов (0,5). Поваренная соль (NaCl)  придает воде соленый вкус, соли магния (MgCl) – горький. Соленость воды измеряется в тысячных долях – промилле. Средняя соленость Мирового океана около 35 промилле (35г на 1кг воды). В экваториальных водах, где выпадает много осадков, -  она пониженная, в тропических – повышенная, из-за высокого испарения и малого количества осадков. Другая характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней растворенного кислорода и диоксида углерода. Особенно важен кислород, идущий на дыхание водных организмов. Все обитатели воды приспособились к определенному уровню рН: одни предпочитают кислую, другие — щелочную, третьи — нейтральную среду. Изменение этих характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к гибели гидробионтов или к замещению одних видов другими. 

В воде океанов  и морей растворены кислород, азот, углекислый газ, сероводород, аммиак и метан. Вода - химическое соединение кислорода (88,89%) и водорода (11,11%). Вода на Земле присутствует во всех трех агрегатных состояниях, однако наибольший объем ее приходится на жидкую фазу. Природные воды подразделяются на поверхностные и подземные воды. Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30`С). Весь природный водный комплекс функционирует как единое целое, находясь в состоянии непрерывного движения, развития и обновления. Велика роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как аккумулятор тепла, обеспечивая постоянство средней планетарной температуры атмосферы, а с другой – за счет фитопланктона продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы. Температура воды зависит от широты и распределяется на его поверхности зонально. С увеличением широты уменьшается величина солнечной радиации, и температура вод Мирового океана  понижается до 0 градусов. Средняя температура воды составляет ₊17,5 градусов. Вода обладает высокой теплоемкостью. Только верхний 10-метровый слой океанических вод содержит тепла больше, чем вся атмосфера.

Вода в океане не стоит на месте, а все время  перемещается. Эти перемещения осуществляются течениями. Основной причиной их образования  являются ветры. В Атлантическом  и Тихом океанах они дуют круглый  год, создают по обе стороны от экватора мощные потоки северного и южного пассатных течений.

Течения бывают: холодные (например, Течение западных ветров, Лабрадорское) и теплые (Северо-Атлантическое, Гольфстрим). Интенсивное перемещение океанских вод происходит не только за счет мощных течений, но еще и вследствие приливов и отливов.

Причины приливов и отливов одним из первых объяснил И.Ньютон. Главная из них связана с различием в притяжении частиц воды Луной. Аналогично Луне свою приливную волну создает Солнце. При расположении Солнца и Луны на одной линии (т.е. в полнолуние и новолуние), прилив оказывается самым высоким.

Поверхность океанов  и морей постоянно покрыта  волнами. Различают волны ветровые, цунами и барические. Первые из них возникают при ветре. Особенно большие волны вызывают штормы и ураганы, когда скорость ветра достигает 25 и 35 м/с соответственно. Волны цунами образуются при извержениях подводных вулканов и при подводных землетрясениях. В отличие от ветровых волн они охватывают всю толщу воды. В открытом океане скорость распространения волн цунами достигает 800 км/ч, высота - примерно полметра.

Барические волны  возникают при прохождении циклона. В его центре атмосферное давление снижается иногда до 660 мм. Вследствие этого на поверхности океана образуется выпуклость высотой до 1 м. Она и создает волну, которая подобно цунами может привести к тяжелым последствиям. 

Выдающийся вклад  в исследование Мирового океана внес французский исследователь Жак  Ив Кусто (1910 - 1997). Со своей командой на научно-исследовательском судне "Калипсо" он обследовал многие точки Мирового океана, причем не только на поверхности воды, но, главным образом, под водой. Для подобных исследований он изобрел акваланг, по его проектам были построены подводные дома, глубоководный аппарат "ныряющее блюдце". Он - автор многих книг и кинофильмов о путешествиях в "мир безмолвия" и о жизни в нем.

Для производственной деятельности человечества и его  хозяйственно-бытовых нужд требуется  пресная вода, количество которой  составляет всего лишь 2% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. кубических километров. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. кубическим километрам. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000 кубических километров, приходится на малоплодородные и малозаселенные северные территории.

Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км³, из которых 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен её основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общегодового объёма речного стока.

Реки часто  начинаются там, где выходят на поверхность  подземные воды: на склонах гор  и холмов, в оврагах, болотистых низинах. Горные реки начинаются иногда от нижних краев ледников. Некоторые реки вытекают из озер. Например, Урал начинается родничками, бегущими с гор, Волга вытекает из болота, Нева и Ангара вытекают из озер. Различают четыре вида питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое, подземное. Но первоисточником питания всегда служат атмосферные осадки: их выпадает на поверхность суши более 100 тыс. км³ ежегодно. Из них примерно треть стекает в океан. Территория, с которой река собирает атмосферные осадки, называется водосборным бассейном. Количество воды, которое река выносит в море, океан или бессточное озеро за год, называется стоком. Количество воды, протекающее в реке через ее поперечное сечение в одну секунду, называется расходом реки. Сток зависит от количества выпавших за год атмосферных осадков и может меняться от года к году в широких пределах. Расход реки меняется в течение года. Больше всего он бывает во время паводков и половодий. У каждой реки различают коренное русло и пойму. Коренное русло - это та часть поверхности Земли, по которой течет река при низком (меженном) уровне воды, а пойма - та часть, которая затопляется водой при разливе реки. Пойма, естественно, располагается по обеим сторонам коренного русла. При обильных дождях или интенсивном таянии снега часть воды стекает по поверхности Земли до ближайших ручьев. При этом образуется так называемый поверхностный сток.

Озера занимают 2% поверхности суши и содержат около 230 тыс. км³ воды. В России десятки тысяч больших и малых озер. Наиболее богаты ими Карелия, Новгородская и Калининская области, некоторые области Сибири. В Финляндии озера занимают 15% территории страны. Большие озера смягчают климат окружающей территории. Зима вокруг них теплее, а лето - прохладное. Так, на берегах Байкала средняя температура воздуха в январе редко опускается ниже -9^o С, тогда как в Верхоленске, расположенном всего в 75 км от озера, она доходит до -25^o С.

  Россия занимает  второе место в мире по богатству  водных ресурсов (она уступает  лишь Бразилии). На каждого жителя России приходится в четыре раза больше воды, чем в среднем по миру.

 Водная среда используется для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи подводных залежей руды (марганца, никеля, кобальта) и нефти, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной деятельности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения специфических процессов, например выработки электроэнергии и т.п.  

Экологические проблемы загрязнения  гидросферы.

      Человечество потребляет на свои  нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.

      Вмешательство человека в природные  процессы затронуло даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8% , а у таких рек, как Дон, Терек, Урал - на 11-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение.

      Ограниченные запасы пресной  воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.

Загрязнение поверхностных  и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Нефть и нефтепродукты  на современном этапе являются  основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде.  Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются  вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным  загрязнителем промышленных вод  является фенол. Он содержится в сточных  водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические  процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения  водоемов пагубно влияют сточные  воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.