Дефицит пресной воды

Содержание

Общая характеристика водных ресурсов……………………………………..…3

Мировой океан…………………………………………………………………….4

Воды суши…………………………………………………………………………4

Пресная вода………………………………………………………………………5

Причины дефицита пресной воды……………………………………………….6

Загрязнение пресных вод…………………………………………………………7

Меры по охране и экономному расходованию водных ресурсов………..….10

Управление водными ресурсами……………………………………………….12

Библиографический список……………………………………………………..16

Общая характеристика водных ресурсов.

 
     Водная оболочка земного шара — океаны, моря, реки, озера — называется  гидросферой. Она покрывает 70,8% земной поверхности.

     Для производственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7% 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. км°. Подземные воды бывают солеными, солоноватыми и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30). Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. км³. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000 км³, приходится на малоплодородные и малозаселенные северные территории. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, производя ее опреснение или гиперфильтрацию: пропускают под большим перепадом давлений через полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли. Оба эти процесса весьма энергоемки, поэтому используют пресную воду пресноводных айсбергов, которые с этой целью буксируют по воде к берегам, не имеющим пресной воды, где организуют их таяние. По предварительным расчетам разработчиков этого предложения, получение пресной воды будет примерно вдвое менее энергоемким по сравнению с опреснением и гиперфильтрацией.

     Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания. Впрочем, некоторые из них, например, коклюш, ветрянка, туберкулез, передаются через воздушную среду. С целью борьбы с распространением заболеваний через водную среду Всемирная организация здравоохранения объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды. 

Мировой океан.

     Мировой океан — основная часть гидросферы, составляющая 94,2% всей её площади, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова, и отличающаяся общностью солевого состава. 
     Средняя глубина Мирового океана 3700 м., наибольшая – 11022 м. (Марианский желоб). Объем вод Мирового океана 1338000000 км³. 
     В морской воде растворены почти все известные на Земле вещества, но в разных количествах. Основная часть растворенных в морской воде солей – хлориды (89%) и сульфаты (почти 11%), значительно меньше карбонатов (0,5%). Поваренная соль (NaCl) придает воде соленый вкус, соли магния (MqCl) – горький. Общее количество всех солей, растворенных в воде, называется соленостью. Она измеряется в тысячных долях – промилле (%о).

     Мировой океан — мощный накопитель тепла и регулятор теплового режима Земли.

Воды  суши.

 
     К водам суши относятся воды, реки, озера, болота, ледники. Они содержат 3,5% общего количества вод гидросферы. Из них лишь 2,5% - пресные воды. 
     Подземные воды находятся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии.

     Река — природный постоянный водный поток значительных размеров с естественным течением по руслу от истока вниз до устья и питающийся за счёт поверхностного и подземного стока с его бассейна.

     Важнейшей характеристикой рек является их питание. Выделяются четыре источника питания: снеговое, дождевое, ледниковое и подземное. От питания рек в значительной мере зависит режим рек. Водный режим реки характеризуется расходом воды и стоком. Самая многоводная река в мире – Амазонка, в ее устье средний годовой расход воды равен 220000 м³/с.        
     Озера - это природные водоемы в углублениях суши, заполненные в пределах озерной чаши разнородными водными массами и не имеющие одностороннего уклона. Для озер характерно отсутствие непосредственной связи с Мировым океаном. Озера занимают около 2,1 млн. км²  или почти 1,4% площади суши.

     Болото – это участок суши с избыточным застойным увлажнением грунта, заросший влаголюбивой растительностью. Для болот характерен процесс накопления неразложившихся растительных остатков и образования торфа. Болота распространены главным образом в Северном полушарии, особенно в равнинных районах, где развиты многолетнемерзлые грунты, и занимают площадь около 350 млн. га. 
     Ледники – это движущиеся естественные скопления льда атмосферного происхождения на земной поверхности; образуются в тех районах, где твердых атмосферных осадков отлагается больше, чем истаивает и испаряется. В пределах ледников выделяют области питания и абляции. Ледники делятся на наземные ледниковые покровы, шельфовые и горные. Общая площадь современных ледников около 16,3 млн. км², общий объем льдов около 30 млн. км³.

Пресная вода.

 
     Пресная вода - вода, солёность которой не превышает 0,1 %, даже в форме пара или льда. Все имеющиеся на Земле запасы пресной воды составляют лишь небольшую часть общего количества воды. Они возникают в результате испарения воды из океанов и с поверхности суши, а также с листьев растений. Накапливающиеся в атмосфере пары воды переносятся вследствие глобальных циркуляций атмосферы в другие географические широты, где выпадают в виде осадков - дождя или снега. Выпадающая в виде осадков вода сбегает в реки или собирается в озера и подземные резервуары. В конце концов, она испаряется или уносится реками обратно в океаны.

     Запасы пресной воды находятся под угрозой из-за увеличения потребности в ней. В ХХ в. население земного шара выросло в три раза. За это же период потребление пресной воды увеличилось в семь раз, в том числе на коммунально-питьевые нужды - в 13 раз. При таком росте потребления стало резко не хватать водных ресурсов в целом ряде регионов мира. Основное количество пресной воды потребляется сельским хозяйством, расход на которое почти в два с половиной раза превышают промышленное и коммунальное использование воды. 

     Загрязнение пресных вод, в большинстве случаев, остается невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но исключения тоже есть: плавающие на поверхности нефтепродукты, пенящиеся моющие средства, неочищенные стоки.

Причины дефицита пресной воды.

 
   Важный резерв водоснабжения  — подземные воды. Наибольшую  ценность для общества представляют  пресные подземные воды, составляющие 24% от объема пресной части  гидросферы. Резервом в обеспечении  водой могут служить также  солоноватые и соленые подземные  воды при использовании их  в смеси с пресной водой или после их искусственного опреснения. К факторам, лимитирующим подземный водозабор, относятся: 

1. Неравномерность их распределения по территории земли; 
2. Трудности в переработке солёных подземных вод;
3. Быстро снижающиеся темпы естественного возобновления с увеличением глубины залегания водоносных пластов. 

     Утилизация воды, находящейся в твердой фазе (льды, ледниковые покровы), предполагается, во-первых, путем увеличения водоотдачи горных ледников, во-вторых, с помощью транспортировки льда из полярных районов. Однако оба эти способа практически труднореализуемы и еще не изучены экологические последствия их осуществления.  
     Таким образом, на современном этапе развития, возможности привлечения дополнительных объемов водных ресурсов ограничены.

     Следует указать и на неравномерность распределения водных ресурсов по территории земного шара. Наиболее высокая обеспеченность ресурсами речного и подземного стоков приходится на экваториальный пояс Южной Америки и Африки. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. Основными способами управления водными ресурсами являются создание водохранилищ и территориальная переброска стока. 

Загрязнение пресных вод.

     Существует несколько природных загрязнителей. В почве содержатся определенные питательные вещества, такие как нитраты, выходящие на поверхность при вспашке старых пастбищ и смываемые поверхностными стоками. Алюминий, который находится в земле, попадает в систему пресных водоемов, в результате рядя химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов магний, что наносит огромный ущерб рыбным запасам.

     Однако объем полу-естественных и естественных загрязняющих веществ – ничто по сравнению с производимыми человеком. Фермеры используют разные химикаты, которые, в конечном итоге, попадают в пресную воду: инсектициды, фунгициды, акарициды, гербициды, и дезинфицирующий раствор для овец, которые, в целом содержат 450 активных ингредиентов – биоцидов.  

     Фосфаты и нитраты, стимулирующие рост растений, вносятся в землю, а источником большого количества ядовитых стоков являются птицефермы, свиноводческие фермы и силосные бурты.

     Пресную воду, помимо дезинфицирующих средств, заражают и применяемые в сельском хозяйстве фармацевтические препараты – гормоны, антибиотики и ингибиторы роста.

     Химические реагенты используются для получения питьевой воды. А следы этих реагентов остаются в воде. Побочным продуктом хлорирования воды является тригалометан, который считается канцерогенным.

     В 1988 году в прессе широко освещалось применение сульфата алюминия при очистке воды: тогда в систему водоснабжения одного английского городка было сброшено несколько тонн этого вещества, что вызвало среди местных жителей массовое заболевание.

     Тяжелые металлы: свинец, кадмий и цинк, являются наиболее опасными загрязнителями промышленного происхождения.

     Кислотные дожди, вызываемые сжиганием ископаемого топлива – это другой серьезный источник загрязнения пресных вод.

    Вредное  воздействие  на  гидросферу  оказывают  продукты нефтехимических предприятий, сырая нефть, перевозимая танкерами.    Исследования Атлантического океана и шельфовых вод Европы и Северной Америки показывают, что уровень загрязнения в открытом океане  в 2  -  3  раза  меньше,  чем в прибрежных водах, где плёнка из нефти держится более продолжительное время. 1 т нефти способна  покрыть тонкой  плёнкой поверхность водного массива площадью 1200га. Кроме того, в различных отраслях  промышленности  используется  громадное количество  новых соединений,  отсутствующих   в   природе. Ежегодно их синтезируется в мире более 250 тыс., из них около  300  находят  промышленное применение  и  могут  попасть  в  окружающую  среду.  По  данным Всемирной организации здравоохранения, среди  химических  соединений, используемых  в промышленном  масштабе,  примерно  40  тыс.  вредны  для  человека.  Процесс загрязнения окружающей среды несвойственной  ей веществами, раньше  носивший локальный характер, в последнее время принял глобальные  масштабы.  Особенно загрязнение среды такими несвойственными биосфере  элементами,  как  свинец, ртуть, кадмий. Мощность техногенного воздействия на живую  природу  достигла такой  величины,  что  возникла  опасность  необратимых  изменений  за  счёт нарушения  слагавшихся  в  течение  миллионов  лет  природных динамических равновесий.  Даже  загрязнение  среды  такими  характерными  для   природных круговоротов веществами, как нитраты, соли  аммония,  фосфаты,  достигло  на значительных  участках  земной   поверхности   концентраций, при которых природные механизмы оказываются недостаточными для плавного включения этих веществ в круговорот. В результате, например, во  многих  крупных  водоёмах земного шара произошло  резкое   изменение  в  экосистемах,  что  привело  к большому обеднению видами живых организмов.

      Фермерские хозяйства являются крупнейшими потенциальными источниками загрязнения. В источники пресной воды проникает часть необработанного навоза животных, покрывающего почву. Кроме того, фермеры Уэльса и Англии ежегодно вносят в почву 2,5  млн. тонн азота, калия и фосфора, и часть этих удобрений попадает в пресную воду.  Некоторые из них – стойкие органические соединения, проникающие в пищевые цепи и вызывающие экологические проблемы. Причиной серьезной экологической катастрофы может стать навозная жижа попав в реку. Потому что ее концентрация больше в 100 раз, чем у сточных вод, обработанных на очистных сооружениях. В Великобритании сегодня свертывают производство хлорорганических соединений, которые в 1950-е годы выпускались в большом количестве.

    Пресноводным водоемам все большую угрозу представляют стоки, сбрасываемые рыбоводческими хозяйствами, ввиду широкого применения ими фармацевтических средств борьбы с болезнями рыб.

    Источники большого количества питательных веществ, которые попадают в пресную воду, кадмия, алюминия и железа, в первую очередь, – это лесные хозяйства и открытый дренаж.

     Кислотность лесной почвы увеличивается с ростом деревьев, и проливные дожди образуют очень кислые стоки, которые губительны для живой природы.

     Особенно пагубно атмосферное загрязнение пресной воды. Есть 2 таких вида загрязнителей: газы (закись азота и сернистый газ) и грубодисперсные (капельки жидкостей, зола, пыль и сажа).

     Они все продукты сельскохозяйственной и промышленной деятельности. Концентрированные кислоты, азотная и серная, образуются, если в дождевой капле эти газы соединяются с водой.

Меры по охране и экономному расходованию водных ресурсов.

     Одним из направлений решения водных проблем является привлечение на цели водоснабжения малоиспользуемых в настоящее время водных ресурсов опресненных вод Мирового океана, подземных вод и вод ледников. В настоящее время доля опресненных вод в общем, объеме водоснабжения мира невелика — 0,05%, что объясняется высокой стоимостью и значительной энергоемкостью технологических процессов опреснения. Даже в США, где число опреснительных установок увеличилось с 1955 г в 30 раз, опресненные воды составляют лишь 7% водопотребления. 

     Какой  же  выход  видит  наука,  в  частности  химия, из создавшегося экологического кризиса? Ведь химизация промышленного и  сельского  хозяйства не означает разрушения всего живого, а, наоборот,  предлагает  пути  решения проблем современности. Прежде всего, это создание  технологий,  по  которым большая  часть  природных  ресурсов,  вовлекаемых  в  хозяйственный  оборот, должна будет преобразовываться в полезную продукцию. Ту  часть,  которую  на современном уровне развития науки и техники нельзя использовать,  необходимо обезвредить. Уже  сегодня промышленные  объекты  имеют  очистные  сооружения для сточных вод, газо- и пылеулавливающие устройства,  внедряются  замкнутые системы водоснабжения, малоотходные  технологические системы.

     Для очистки воздуха  и  жидкостей  от  вредных  примесей  химики-технологи применяют   абсорбционные,   адсорбционные   и   каталитические   методы. При абсорбции  вредных веществ происходит  их  растворение  во  всём объёме поглотителя или химическое взаимодействие в абсорбционной жидкости  (чаще всего в  воде)  с  реагентом.  Процесс  адсорбции  основан  на  способности некоторых мелкопористых веществ   (уголь, силикагель) поглощать  растворённые или газообразные вещества своей поверхностью. Например, если  в  камеру,  где образуется  нежелательный  оксид  серы  (IV),  ввести  известняк,  негашёную известь или доломит CaMg(CO3)2, то произойдёт реакция:

                                           2CaO+2SO2+O2=2CaSO4

     Cульфат  кальция находит применение  в сернокислотном  производстве  и строительстве.

     Известняк, а вернее, раствор  карбоната  кальция  для  улавливания  оксида

серы (IV) применяется на ТЭС.  К  сожалению,  это  не  решает экологической проблемы полностью, так как образуются   отходы  в  виде  сульфита  кальция, идущего   просто   в   отвал.   Кроме   того,   затраты   на   строительство сероулавливающих установок ныне действующих  ТЭС  составляют  50%  стоимости всей станции.

     Большое  внимание  химики-технологи  уделяют  производству  таких   новых химических средств защиты растений, которые полностью разлагаются в  течение нескольких недель, а то и часов после их  внесения  на  поля.  Синтетические моющие средства, производимые в нашей стране, в  сточных  водах  разрушаются биологическим путём до безвредных продуктов.

     Экологической химией разрабатываются отдельные  промышленные  производства по схеме биоценозов, в которых виды живых  организмов  связаны  между  собой так, что не происходит "выпадения" из круговорота химических  элементов  или веществ: отходы одного предприятия  служат  сырьём  для  другого.  Создаются системы комплексного производства путём территориального  и  функционального объединения производств, использующих разные стороны используемого сырья.

     В решении экологической проблемы химики   работают в тесном сотрудничестве с биологами, физиками,  географами,  применяя  математическое моделирование и кибернетику.

Управление  водными ресурсами.

 
     Из-за высокой стоимости опреснение используется лишь там, где совершенно отсутствуют или чрезвычайно труднодоступны ресурсы поверхностных или подземных пресных вод, а их транспортировка оказывается дороже по сравнению с опреснением воды повышенной минерализации непосредственно на месте. В перспективе опреснение воды будет осуществляться в едином техническом комплексе с извлечением из нее полезных компонент: хлористого натрия, магния, калия, серы, бора, брома, йода, стронция, цветных и редких металлов, что повысит экономическую эффективность опреснительных установок.

     Проблему дефицита пресной воды в мире пытаются устранить различными способами:

- Экспорт воды. Соглашения по транспортировке воды заключены между Турцией и Израилем; Белоруссией и Объединёнными Арабскими Эмиратами, Кенией, Киргизией и Германией и другими странами. Между Израилем и Турцией заключен договор на 20 лет на доставку по морю 50 млн. м³ ежегодно по цене 0,7 долларов за кубический метр воды. Объёмы других подобных контрактов измеряются сотнями миллионов долларов.

- Создание искусственных водоёмов. В Туркмении в пустыне Каракум планируется реализовать проект крупнейший в мире водоёма. Срок реализации проекта 20 лет, стоимость 12 млрд. долларов.

- Экономия расхода воды. Американский Конгресс принял еще в 1992 г. специальный закон об уменьшении на 70 % объёма воды на коммунальные нужды.

- Опреснение морской воды или солёной воды из подземных источников. Выработка пресной воды в мире растет непрерывно и высокими темпами. Так, если в 1960 году опреснение составило 0,09 км³, то в 1985 году получали 7,5 км³. Тогда же был сделан прогноз на 2000 год – 40 км³, которому не суждено было сбыться. На самом деле смогли достичь величины в 15,3 км³. Распределение количества получаемой воды по регионам неравномерно. На Средний Восток приходится 60%, Северную Америку - 13%, Европу - 10%, Африку - 7%, на остальной мир - 10%. На страны СНГ приходится всего 0,6% от общего объема выработки опресненной воды в мире.

     В настоящее время основным источником пресной воды продолжают оставаться воды рек, озер, артезианских скважин и опреснение морской воды. В то же время, если во всех речных руслах находится 1,2 тыс. км³, то количество воды находящееся в каждый данный момент в атмосфере равно 14 тыс. км³. Ежегодно испаряется с поверхности суши и океана 577 тыс. км³ и столько же потом выпадает в виде осадков. Вода в атмосфере в течение года обновляется 45 раз.

     Ресурс пресной воды в атмосфере постоянно обновляется, качество конденсата для большинства районов нашей планеты очень высокое: в нем на два-три порядка меньше токсичных металлов (по сравнению с требованиями санитарных служб), практически нет микроорганизмов, он хорошо аэрирован. Как показывают экономические оценки, вода из атмосферы может стать самой дешевой из всех, что получаются иными способами.

     Для процесса конденсации воды из атмосферного воздуха помимо всего прочего следует учитывать географические условия. Из них наиболее важными являются следующие:

1. Глобальная циркуляция воздуха.  Для конденсации воды из атмосферного  воздуха наиболее приемлемы устойчивые  ветра в одном направлении.  Такая ситуации возможна там,  где воздух циркулирует вокруг  области высокого давления, например, в юго-восточной части Тихого  океана. Это позволяет существовать  здесь на протяжении сухих  летних месяцев устойчивым ветрам, как например, на юго-западном  берегу северного Чили и вдоль  побережья Перу. Аналогичная ситуация  имеет место на юго-западном  побережье Африки.

2. Горные области.     Для повышения вероятности конденсации воды из атмосферы необходимо, чтобы горы служили  преградой для насыщенного влажного воздуха. В масштабах континентов таковыми являются, например, Анды в Южной Америке. На микроуровне – изолированные холмы, позволяющие накапливаться там влажному воздуху. В случае горного побережья важно, чтобы горы были приблизительно перпендикулярны направлению ветра, приходящего со стороны океана. Это расширяет возможность выбирать приемлемые для конденсации места.

3. Высота над уровнем моря. Толщина слоистого или слоисто-кучевого облака с высотой меняется. Наиболее насыщенна верхняя часть облака. Эта область имеет наиболее приемлемое содержание воды. В различных районах мира такая «рабочая» для возможного получения конденсационной воды область располагается на высоте от 400 до 1500 м над уровнем моря.

4. Расстояние от побережья. Перемещение потоков перенасыщенного морского воздуха может достигать вглубь суши на расстоянии 5 км, но возможно и до 25 км. По мере того как морской поток воздуха проникает вглубь континента, есть большая вероятность того, что он смешается с воздухом суш и рассеивается. Кроме того, для процесса конденсации в прибрежных областях особенно важным является бризовая циркуляция. Во многом поэтому, прибрежные районы являются наиболее подходящим местом для получения конденсационной воды из атмосферного воздуха.

     Эксперименты по получению воды данным методом проводятся во многих районах мира. В 47 местах в 22 странах на 5 континентах сбор воды данным методом подтвержден экспериментально.

     Принудительная конденсация воды из воздуха в приземном слое могла бы со временем решить проблему водоснабжения во многих регионах, страдающих от нехватки пресной воды. Использование конденсационных установок, например, в развивающихся странах позволит экономить энергию, которая требуется при опреснении морской воды.

Библиографический список

1. Авакян А. Б., Широков В. М. Комплексное использование и охрана водных ресурсов : Учеб. пособие. – М.: Ун-кое, 2010. 
2. Баринова И.И. География России. Природа. 8 кл.: Учеб. Для общеобразоват. Учреждений. – 9-е изд. – М.: Дрофа, 2009.
3. Макар С.В. Основы экономики природопользования: Учеб. Пособие. М.: ИМПЭ, 2008.
4. Полный энциклопедический справочник. - М.: Русское энциклопедическое товарищество, 2007.
5. http://eco.priroda.ru/
6. http://www.rgo.ru/2011/09/globalnaya-problema-nexvatki-presnoj-vody/