История возникновения, состав и характеристика гидросферы Земли.

Гидросфера образовалась на Земле около 4 млрд. лет назад.

Был ли первоначальный океан солёным? Каковы были размеры и глубина первичного океана? Ответить на эти вопросы очень непросто. Учёные, рассматривая проблему состава первичного океана разделяют, два источника растворимых соединений. С одной стороны в воде растворяются атмосферные газы, а с другой – соли входящие в состав извержённых горных пород на дне Мирового океана и его берегах, а как же то, что приносилось водами с суши.

Не следует забывать, что из атмосферы в воду поступали соединения серы, аммиак, хлористый и фтористый водород, а в воде, как известно, они образуют сильные кислоты, разъедающие горные породы на дне и берегах и извлекающие из них щёлочные и щёлочноземельные элементы.

В результате в воде возникли соли и поныне содержащиеся в водах Мирового океана мало отличается от современной.

По предварительным данным средняя температура морских вод в раннем периоде составляла 90⁰ – 150⁰С, а атмосферное давление на земной поверхности составляло примерно 10 – 20 атмосфер.

Оказалось, что в таких условиях вода не только растворяется, но и не кипит. В течении времени, в связи с изменением состава атмосферы и её толщины атмосферное давление стало снижаться. Предполагают, что вода виде паров, как и газы атмосферы, возникла в недрах Земли и поступила на поверхность в результате внутреннего разогрева совместно с более лёгкоплавкими веществами первичной мантии в процессе вулканической деятельности, а так же в результате бомбардировки метеоритами поверхности Земли 4,5 – 4,3 млрд. лет назад.

Гидросфера – это водная сфера планеты, тесно связанная с атмосферой и литосферой, покрывает более 70% поверхности Земли и содержит примерно 1,6 млрд. км³ свободной воды. Масса гидросферы примерно 1,46х10²¹кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы Земли. На поверхности Земли 1,39х10 т. а в атмосфере – 1,3х10 т.

В составе гидросферы выделяют три основных типа природных вод, обладающим различным составом и физическими свойствами:

- океаносферу – воды морей и океанов – 1,37 млрд. км;

- воды суши (континентальные воды) – 90 млн. км. из них 60 млн. км. воды находится под землёй;

- ледники – 27 млн. км. запасено в ледниках Антарктиды, Арктики и высокогорья.

Солёная морская вода составляет 92,2%, воды океанов и морей, которые содержат в среднем 35 г. солей в 1 литре. Концентрация солей в водах суши и морях различна, что зависит от многих факторов. Пресными водами принято считать воды, содержащие до 1 г. солей в 1 л. воды. Между пресными и солёными выделяются солоноватые воды полезный запас пресных вод сосредоточенных в реках, озёрах и под землёй до глубины 1 км. исчисляется 3 млн. км Водные ресурсы Украины составляют 50 – 70 млрд. м На территории нашей страны есть около 63000 речек, запасы подземных вод равняются 1млрд. м .

Вода как фактор среды

Вода – жидкость без запаха, вкуса и цвета, при замерзании образует лёд. Одно из наиболее распространённых соединений в природе. Входит в состав многих минералов и горных пород, всех живых организмов (45 – 98%, в том числе и в организме человека около 60% массы тела), присутствует в почве. В особой чистоты необходима в производстве продуктов питания, полупроводников, люминофоров, в ядерной технике, химическом анализе и др.

Как лечебные применяют природные воды, содержащие повышенное количество минеральных солей, газы, некоторые химические элементы.

В сфере деятельности человека включены все компоненты гидросферы. Значение воды настолько многогранно, уникально и трудно назвать сферу деятельности, где бы она не использовалась.

Начнём с того, что жизнь зародилась в океане. Живые организмы природы приблизительно на 2/3 состоит из воды, т. е. без воды нет живого. Вода принимает участие в физиологических процессах организма. Она является универсальным растворителем газообразных, жидких, твёрдых веществ. Вода участвует в процессах окисления, промежуточного обмена, пищеварения. Растворимые в воде минеральные соли оказывают влияние на поддержание важнейших биологических констант организма, осматического давления, кислотно-щелочного равновесия.

Вода является участником процессов: гидролиза жиров, гидролитического и окислительного дезаминирования аминокислот и других реакций промежуточного обмена.

Без воды невозможен фотосинтез, который осуществляется в зелёных растениях и лежит в основе биологического круговорота веществ на нашей планете.

Вода на Земле выполняет четыре очень важные экологические функции.

Первая – является важнейшим минеральным сырьём.

Вторая – основным инструментом в механизме совершенствования взаимосвязей всех процессов в экосистемах (обмен веществ, тепла, роста биомассы).

Третья – является главным агентом-переносчиком глобальных биоэнергетических экологических циклов.

Четвёртая – является основной частью всех живых организмов.

Вода имеет большое значение в состоянии здоровья населения, и качество питьевой воды, рекомендуемое для населения, нормируется. Если длительное время люди потребляли маломинерализованную воду, что приводило к развитию эпидемических заболеваний, таких как зоб.

Вода с повышенной минерализацией отрицательно влияет на секреторную функцию кишечника, нарушает водо-солевое равновесие в организме, хуже утоляет жажду.

Вода с низкой минерализацией нарушает водо-солевое равновесие организма, в основе которого, лежит повышение выхода натрия в кровь и перераспределение воды между внеклеточной и внутриклеточной жидкостями. Нижним пределом минерализации, при котором поддерживается гомеостаз организма, является сухой остаток 100 г/л., оптимальный уровень минерализации составляет 200 – 400 г/л.

Химический состав природных вод необычайно разнообразен и зависит от характера и состава почв в данной местности. На земном шаре отмечены зоны, где развивается у населения мочекаменная болезнь – районы Средней Азии, Закавказья. Причиной этого является повышенная жёсткость воды, обусловленная высоким содержанием кальция и магния. Жёсткая вода оказывает негативное влияние на работу почек и желудка, оптимальное содержание кальция в воде рекомендуется 50 – 70 мг/л., но не ниже 25 мл./л. Мягкая вода содержит мало кальция, магния, ванадия, выполняющих защитные функции в отношении сердечно-сосудистой системы. Повышение содержания хлоридов в воде способствует развитию гипертонической болезни.

Известна и другая эпидемическая патология флюороз – употреблением воды с высоким содержанием фтора, свыше 1,5мг./л. Флюороз характеризуется своеобразной крапчатостью и буроватой окраской зубной эмали. При длительном потреблении воды (10 – 30 лет) с концентрацией фтора 10 мг./л. могут возникнуть изменения костно-суставного аппарата, остеохондроз, костные отложения на рёбрах, деформация скелета.

Вода является переносчиком инфекционных заболеваний, таких как дизентерия, холера, чума и др.

Вода участвует в образовании структурных элементов тела человека, необходима для нормального течения физиологических процессов.

В условиях комнатной температуры при работе средней тяжести организм взрослого человека расходует около 2,5 – 3 л. воды в сутки. При тяжёлой физической работе в условиях жаркого климата или в горячих цехах потеря воды организмом за счёт усиленного потовыделения может вырасти до 8 – 10 л. в сутки.

Человеческий организм плохо переносит обезвоживание.

Потеря 1 – 1,5 л. воды уже вызывает необходимость восстановления водного баланса, сигналом для чего является ощущение жажды. Если потеря воды не восстанавливается, то в результате нарушения физических процессов – ухудшается сомочувствие, падает работоспособность, а при высокой температуре воздуха нарушается терморегуляция и может наступить перегрев организма. Потеря воды в количестве 10% массы тела приведёт к заметному нарушению обмена веществ.

Потеря воды в количестве 15 – 20% массы тела при температуре воздуха свыше 30⁰С является уже смертельной.

Потеря воды в количестве 25% массы тела смертельна и при более низких температурах.

Даже при температуре 24⁰С человек может пребывать в воде не более 10 часов, при температуре 15⁰С не более 3 – 4 часа, при температуре 2⁰ – 3⁰С не более 10 – 15 минут.

Без воды человек может прожить не более 5 дней.

Человеческая цивилизация не может существовать без воды, ибо вода используется людьми не только для питья, а чтобы обеспечить санитарно-гигиенические и хозяйственно-бытовые потребности.

Для удовлетворения большинства потребностей людей необходима не любая вода, а пресная с содержанием солей до 1 г. на литр.

Несмотря на громадные объёмы гидросферы, пресные воды составляют лишь 3% от общего объёма. Доступной для использования является лишь небольшая часть пресных вод, которая сосредоточена в пресноводных озёрах, водохранилищах и подземных водоносных горизонтах.

Одной из острых проблем на Земле является недостаток чистой пресной воды. В развивающихся странах от загрязнения чистой воды ежегодно умирает около 9 млн. человек. Вода подвергается отходами жизнедеятельности человека и отходами производства, т. к. она выполняет роль растворителя в технологических процессах и роль транспортного средства. Воду используют для смыва загрязнений, удаления твёрдых отходов, для перемещения материалов, образующихся в технологии. Вода, выйдя из технологического цикла, содержит загрязняющие вещества.

Создавая комфортные условия существования, обеспечивая социально-культурные и производственные потребности человека, природная вода претерпевает изменения, превращаясь после использования в жидкие отходы, сточные воды.

По данным ВОЗ к 2010 году 2,5 млрд. человек на планете будут испытывать недостаток питьевой воды.

В среднем в мире для бытового водоснабжения в год расходуется 30 м. воды на одного человека, из которых около 1м. предназначено для питья. Несмотря на громадное потребление воды для нужд промышленных и сельскохозяйственных, мировых запасов воды хватало бы для 20 – 25 млрд. людей. Однако водяной кризис в ближайшем будущем нам угрожает. И не потому, что воды не хватает, а потому, что человек загрязняет её, делает непригодной не только для питья, но и вообще для жизни всех обитателей водоёмов и рек, сберечь и оградить воду от вредных воздействий – значит сохранить жизнь на Земле.

Человечество ежегодно потребляет около 4400 км³ воды, из которой большая часть – 3000км³ используется в сельском хозяйстве (орошение земель). Мировая промышленность за год использует – 1300 км³ или 1,3 триллиона тонн.

Крупнейшим промышленным потреблением воды является энергетика. Чтобы обеспечить 1 кВт мощности требуется от 1,2 до 1,6 млрд. тонн воды.

Производство 1 тонны стали требует 20 т. воды, бумаги - 20 т., хлопчатобумажной ткани – 200 т. Для производства обычного персонального компьютера расходуется 25 т. воды.

Город с населением 1 млрд. человек потребляет в сутки 0,5 – 1млн. т. воды, в среднем на каждого жителя приходится 470 т. воды в год.

Днепропетровскому Горводоканалу около 140 лет. Ежегодно на каждом из 1767 км. трубопроводов случается не менее трёх порывов. За год около 4900 аварий. И это только те, что выявлены и отремонтированы. А сколько на самом деле порывов и спрятанных под землёй утечек не знает никто. Пока «подземное озеро» не станет наземным.

Реальные потери воды достигают 40 – 45%. Специалисты утверждают, что потери 32% воды для нашего города являются нормальной, т. е. разрешённой. Вода поступает в город из двух водозаборных городских станций – Ломовской и Кайдакской. Кайдакской станции более 100 лет, а некоторое оборудование эксплуатируется 50 – 70 лет.

Качество воды формально проверяется ответственными службами как «соответствующее санитарным нормам».

Фактически – водоканал не может поменять очистные фильтры, нет оборотных средств. Мы пьём «тяжёлую» воду, отягощенную практически всеми элементами периодической таблицы. Плюс механические примеси, избыточное хлорирование воды. Все эти «добавки» реально фильтруются в наших организмах.

По взглядам ВОЗ до 80% всех инфекционных заболеваний человек получает от некачественной воды.

В естественном состоянии в воде всегда содержатся:

- растворимые газы и соли;

- взвешенные частички.

Поэтому вкус воды из различных источников различен.

Не всякая пресная вода может использоваться людьми. К качеству воды выдвигаются определённые требования в зависимости от отраслей её использования. Наиболее жёсткими являются требования к питьевой воде и воде в водоёмах, которые используются для разведения рыбы.

Органолептические свойства воды характеризуются компонентом таких показателей: как прозрачность, цвет, запах и температура.

Вода с плохими органолептическими свойствами:

- неприятна для питья;

- хуже утоляет жажду;

- вызывает у человека представление о её непригодности.

Вода, используемая населением для питья и хозяйственно-бытовых целей должна отвечать следующими гигиеническими требованиями:

- отвечать хорошими органолептическими свойствами: иметь освежающую температуру, быть прозрачной. бесцветной, не иметь какого-либо привкуса или запаха;

- быть пригодной по своему химическому составу. Концентрация токсических веществ не должна превышать предельно допустимую, а для ряда нетоксичных веществ (соль, железо, карбонаты и др.) допустимые концентрации, которые ухудшают её органолептические свойства;

- вода должна быть безопасной в эпидемическом отношении. Не иметь в своём составе патогенных бактерий, вирусов и др.

Качество воды во многом зависит:

- от вида источника;

- от его санитарного состояния.

Соответствие качества воды водоисточника гигиеническим требованиям устанавливают на основе:

- санитарно-топографического обследования водоисточника;

- данных лабораторного анализа.

При санитарно-топографическом обследовании обследуют территорию, окружающую водоисточник с целью: выявления объектов, загрязняющих почву, осмотра почвы, осмотра водоисточника, его водозаборные устройства и прочее оборудование, определения возможности проникновения загрязнений в воду источника, намечают место отбора проб воды для лабораторного анализа.

Если источники водоснабжения не отвечают нормам, их заранее очищают. Водоочистка заключается в повышении качества воды. Она включает очистку, смягчение, обессоливание (опреснение), обескисливание, обесщёлочивание, нейтрализация, дегазация (дезактивация, дезинфекция).