Мировой океан, как важнейшая экосистема Земли

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды – это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения, что позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды.

Основные пути решения проблемы обеспечения чистой водой:

• очистка сточной воды от загрязнений;

• очистка пресной воды, поступающей к потребителю;

• обеспечение режима и регулирование качества воды в водных объектах.

Последствия нерационального использования водных ресурсов:

1. Перерасход поверхностных  вод.

При долгосрочном планировании следует учитывать неизбежные засушливые годы, когда речной сток падает до аномально низкого уровня. Считается, что нельзя использовать больше 30% среднегодового речного стока без риска испытать недостаток воды. На ряде рек потребности в воде превышают 90% среднегодового стока.

Экологические последствия перерасхода поверхностных вод затрагивают не только саму реку, а весь биоценоз связанный с рекой (пересыхание болот, гибель растительности и животных и т.д.).

2. Перерасход грунтовых  вод.

Подземные водохранилища, как любые другие, истощаются, если потребление из них воды идет быстрее пополнения. Проблема стоит особенно остро в регионах с низким количеством осадков, где скорость пополнения очень невелика, а потребность в воде высока из-за недостатка поверхностных водоемов.

Падение уровня грунтовых вод влияет на поверхностные водоемы, т.к. это падение приводит к сокращению родников и связанных с ними поверхностных водоемов, что усугубляет их экологические проблемы.

3. Просадка грунта.

Грунтовые воды вымывают в недрах земли полости, которые заполняются водой. Вода сама отчасти поддерживает вышележащие породы и почвы. Когда уровень грунтовых вод падает, эта опора исчезает, и может происходить постепенное опускание поверхности суши называемое просадкой грунта. Скорость ее может составлять 15-30 см в год.

Особый вид просадки грунта – образование карстовых воронок – может быть внезапным и вести к катастрофическим последствиям.

4. Подток соленой воды.

Из-за истощения запасов грунтовых вод возникает еще одна проблема - подток соленой воды. Понижение уровня грунтовых вод или большая скорость их потребления могут снизить давление в водоносном горизонте, что позволит проникать в него, а, следовательно, и в колодцы и артезианские скважины соленой воде.

5. Загрязнение вод.

 
Загрязнение воды.

В результате деятельности людей гидросфера меняется: количественно (уменьшение количества воды, пригодной для использования) и качественно (загрязнения).

Среди загрязнений различают

• физическое, 

• химическое, 

• биологическое 

• тепловое.

Физическое загрязнение воды происходит в результате накопление в ней нерастворимых примесей - песка, глины, ила в результате смывания дождевыми водами с распаханных участков (полей); поступления суспензий с предприятий горнорудной промышленности; попадания пыли, которая переносится ветром при сухой погоде и т.д. Твердые частицы снижают прозрачность воды, подавляют развитие водных растений, забивают жабры рыб и других водных животных, ухудшают вкусовые качества воды, а иногда делают ее вообще непригодной для потребления.

 
Химическое загрязнение происходит из-за поступления в водоемы со сточными водами различных вредных примесей неорганического (кислоты, щелочи, минеральные соли) и органического (нефть и нефтепродукты, моющие  средства, пестициды и т.д.) состава. Вредное воздействие токсичных веществ, попадающих в водоемы, усиливается за счет так называемого кумулятивного эффекта (прогрессирующее увеличение содержания вредных соединений в каждой последующей звене трофической цепи. Так, в фитопланктоне концентрация вредного соединения часто оказывается в десятки раз выше, чем в воде, в зоопланктоне (личинки, мелкие рачки и т.д.) - в десятки раз выше, чем в фитопланктоне, в рыбе, которая питается зоопланктоном, - еще в десятки раз выше . А в организме хищных рыб (таких, как щука или судак) концентрация яда увеличивается еще в десять раз и, следовательно, будет в десять тысяч раз выше, чем в воде. 
Особого вреда водоемам наносят нефть и нефтепродукты, которые образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой и снижает содержание в воде кислорода. В результате разлива 1 т нефти пленкой покроется 12 км2 воды. Сгустки мазута, оседая на дно, убивают донные микроорганизмы, участвующие в процессе самоочищения воды. Вследствие гниения донных осадков, загрязненных органическими веществами, выделяются вредные соединения, в частности сероводород, отравляющих всю воду в реке или в озере.

К основным загрязнителям воды относятся химические, нефтеперерабатывающие и целлюлозно-бумажные комбинаты, крупные животноводческие комплексы, горнорудная промышленность. Среди загрязнителей воды особое место занимают синтетические моющие средства. Эти вещества чрезвычайно устойчивы, сохраняются в воде годами. 
Загрязнение воды веществами, содержащими фосфор, способствует бурному размножению сине-зеленых водорослей и «цветению» водоемов, которое сопровождается резким снижением в воде содержания кислорода, «заморам» рыбы, гибелью других водных животных. Во время «цветения» Каховского и других «рукотворных» морей на Днепре стоит смрад, а волны выбрасывают на берег трупы задохнувшейся рыбы.

 
Биологическое загрязнение водоемов заключается в поступлении к ним со сточными водами различных микроорганизмов (бактерий, вирусов), спор грибов, яиц гельминтов и т. д., многие из которых являются болезнетворными для человека, животных и растений. Среди биологических загрязнителей первое место занимают коммунально-бытовые стоки (особенно, если они не очищены или очищенные недостаточно), а также стоки сахарных заводов, мясокомбинатов, предприятий по обработке кожи, деревообрабатывающих комбинатов. Особенно опасно биологическое загрязнение водоемов в местах массового отдыха людей (курортные зоны на побережье морей). Из-за плохого состояния канализационных систем и очистных сооружений в последние годы нередко закрывались пляжи в Одессе, Мариуполе и других городах на побережьях Черного и Азовского морей, поскольку в морской воде были обнаружены возбудители таких опасных заболеваний, как холера, дизентерия, вирусный гепатит и другие.

 
Тепловое загрязнение воды происходит в результате спуска в водоемы подогретых вод от ТЭС, АЭС и других энергетических объектов. Теплая вода изменяет термический и биологический режимы водоемов и вредно влияет на их обитателей. Как показали исследования гидробиологов, вода, нагретая до температуры 26-30 ° С, действует на рыб и других обитателей водоемов подавляемое, а если температура воды поднимается до 36 ° С, рыба гибнет. Наибольшее количество теплой воды сбрасывают в водоемы атомные электростанции.

К мерам, которые должны обеспечить нормальное состояние водных объектов, относятся:

• Нормирование качества воды, то есть разработка критериев ее пригодности для различных видов водопользования;

• Сокращение объемов сброса загрязнителей в водоемы совершенствованием технологических процессов;

• Очистка сточных вод.

О нормировании качества воды, и ее использовании исходя из этого мы уже говорили в главе «Использование водных ресурсов». Поэтому перейдем сразу к второму пункту.

Совершенствование технологических процессов предусматривается действующими законами России. К примеру, для различных хозяйственных нужд должно использоваться вода определенного качества. Недопустимо, например, использовать питьевую воду для охлаждения блоков ТЭС, запрещается сбрасывать в водоемы сточные воды, содержащие ценные отходы, которые могут быть изъяты с применением рациональной технологии. Основное направление защиты водной среды - переход предприятий к работе по схеме замкнутого цикла водоснабжения, когда они после очистки собственных сточных вод повторно используют их в технологическом цикле, и загрязненные сточные воды вообще не попадают в водоемы. 
В сельском хозяйстве (основной потребитель воды) следует ввести строгую экономию воды, рациональное ее использование. Так, замена сплошного поверхностного полива на орошаемых землях дождеванием или капельным поливом позволяет собирать те же урожаи при меньших (в 5-7 раз) расходов воды. Сократить количество пестицидов, фосфатов, нитратов, которые попадают в водоемы, можно частичной заменой химизации сельского хозяйства биологическими методами борьбы с вредителями и болезнями растений, четким соблюдением севооборотов, введением более продуктивных и устойчивых к болезням и вредителям растений.

Очистка сточных вод - это разрушение или удаление из них загрязнителей и уничтожение в них болезнетворных микробов (стерилизация). Сегодня применяются два метода очистки сточных вод: в искусственных условиях (в специально созданных сооружениях) и в естественных (на полях орошения, в биологических прудах и т.д.). Загрязненные сточные воды последовательно подвергают механическому, химическому и биологическому очищению. 
Механическая очистка заключается в удалении из сточных вод нерастворимых веществ (песка, глины, ила), а также жиров и смол. Для этого используются отстойники, сита, фильтры, центрифуги и т.д. Современные передовые методы с применением лучших зарубежных установок позволяют удалять из сточных вод до 95% твердых нерастворимых загрязнителей. 
Химическая очистка сточных вод осуществляется после их механической очистки. В загрязненную различными соединениями воду добавляют специальные вещества-реагенты. Эти вещества, вступая в реакцию с загрязнителями, образуют безвредные вещества, которые выпадают в осадок и удаляются. 
Биологическая очистка сточных вод, как правило, - завершающий этап. Органическое вещество, содержащееся в сточной воде, окисляется аэробными бактериями до углекислого газа и воды, а также потребляется гетеротрофами-консументами (прежде простейшими). Чем больше в Очищаемый воде является гидробионтов-гетеротрофов и чем выше их биологическая активность, тем интенсивнее идет процесс очищения. Кроме того, организмы-фильтраторы, поглощая и впоследствии осаждая различные взвеси, способствуют их захоронению на дне и освещают воду. Биологическая очистка осуществляют в специальных гидротехнических сооружениях и установках - на так называемых полях орошения, на полях фильтрации, на биофильтрах, в аэротенках. Иногда эти сооружения и установки искусственно заселяют специально подобранными или выведенными штаммами бактерий и культурами простейших и водорослей. Комплекс организмов, участвующих в процессах биологической очистки, называют активным илом. 
Некоторые особо токсичные сточные воды химических предприятий вообще не поддаются очистке никакими современными методами. Тогда их приходится закачивать в подземные хранилища, например в отработанные нефтяные месторождения. Таким образом, создаются опасные объекты, поскольку никто не может дать стопроцентной гарантии, что ядовитые воды не попадут прежде в подземные водоносные горизонты. Иногда сточные воды подвергают испарению в отстойниках, чтобы уменьшить массу и объем отходов, которые необходимо захоронить.

Самоочищения воды. 
Все естественные водоемы способны самоочищаться. Самоочищения воды - это нейтрализация стеновых вод, выпадение в осадок твердых загрязнителей, химические, биологические и другие природные процессы, способствующие удалению из водоема загрязнителей и возврата воды к ее первоначальному состоянию. 
Однако способность водоема к самоочищению имеет свои пределы. Сегодня в водоемы поступает такое огромное количество сточных вод, столь загрязненных различными токсичными для их обитателей веществами, много водоемов начали деградировать. Поэтому человечество, если оно хочет иметь будущее, должен немедленно принять специальные меры для очистки загрязненных вод и возврат источников водоснабжения до такого состояния, при котором они стали бы пригодными для использования.

Способность природных водоемов к самоочищению (периодичность естественной очистки): 
- Мировой океан - 2500 годов; 
- Подземные воды - 1400 годов; 
- Полярные ледники - 9700 годов; 
- Горные ледники - 1600 годов; 
- Подземный лед районов вечной мерзлоты - 10 000 лет; 
- Фунтовая влага - 1 год; 
- Воды озер - 17 лет; 
- Воды болот - 5 лет; 
- Воды в руслах рек - 16 дней; 
- Влага в атмосфере - 8-10 дней; 
- Вода в живых организмах - несколько часов.

Экосистема Мирового океана.

 
Наибольшей экосистемой в пределах биосферы Земли является Мировой океан (моря покрывают 70,8% поверхности планеты и включают в себя 1,4 млрд. км3 воды). 
С точки зрения экологии, океанский простор разделяют (Д. Генрих, М. Гергт, 1998) по глубине на епипелагиаль, мезопелагиаль, батипелагиаль, абисопелагиаль и хадопелагиаль (от мелководья до крупнейших океанских глубин в 5-7 км и океанских желобов - 7-11 км)

Достаточные световые условия для фотосинтеза обеспечиваются лишь в 10% морской воды, 90% воды находится в абсолютной темноте, и морские организмы получают питательные вещества благодаря опусканию погибших организмов и их остатков из верхних слоев. Поскольку абсорбционная система продуцентов приспособлена к различным световых зон, они могут существовать в морских экосистемах на глубинах до 200 м. 
В океанской глубинной зоне (свыше 140-300 м) колебания температуры невелики. Животные одного вида могут приспосабливаться к температуре воды через его влияние на определенной фазе развития. Для экологии имеют значение зоны температурных перепадов (термоклина), отделяющие теплые и холодные слои. Свойства зависания планктона зависят от плотности воды, в связи с чем на термоклина происходит флуктуация этих организмов. 
Соленость морских вод в среднем составляет 35%. Содержание питательных солей незначительный и является важным фактором, сдерживающим рост биомассы. 
Соленость морских вод колеблется в зависимости от времени года и географического положения (влияние температур воздуха, речного стока, таяние льда). По содержанию солей различают олиго-, мезо-, полигалинни и морские зоны. Соленая вода через осмотическое давление представляет экологическую проблему для организмов. Большинство видов предпочитают зонам со стабильным содержанием солей . Эстуарии и литоральные зоны населяющих эвригалинные виды. 
На жизнь морских организмов большое влияние оказывают различные морские течения (дрейфующие - вызванные ветрами, компенсационные, глубинные, подъемные, градиентные, приточно-отливные и др.). 
Гидростатическое давление, возрастает с глубиной (каждые 10 м водяного столба увеличивается на 1 атм, или 105 Па), также влияет на функционирование гидробионтов, но физиологию приспособления морских организмов к давлению почти не исследованы. Хотя известно, что давление вызывает изменение интенсивности обмена веществ (за повышения содержания СО2 в протоплазме), что под его влиянием где формируется белок, повышается активность плавания. 
Такие факторы, как освещенность, соленость, механические силы водных масс, обусловливают четкое распределение морских организмов по зонам условий жизни. 
Очень важную экологическую роль в Мировом океане играют кораллы, которые выполняют такую же очистительную функцию, что и тропические леса. Кораллы (коралловые полипы) имеют биологическое происхождение, растут от морского дна вверх со скоростью 0,1-3 см в год, живут колониями в группировке с зелеными водорослями в прозрачной теплой чистой воде на глубинах до 70 м. Наиболее благоприятные для тропических кораллов температуры - 25 -28 ° С. При более низких и высоких температур они погибают, как и вследствие уменьшения чистоты и прозрачности воды (от пыльных бурь, поднятие ила со дна и др.). Рост коралловых рифов тормозят организмы, их поедают (рыбы-попугаи, колючие морские звезды, бурильные губки). 
Производительность морских водных масс изменяется в очень широких пределах. В открытом море она сравнима с производительностью пустынь, а в зонах подъемных течений и литорали - с производительностью степей и саванн. 
Наибольшую биомассу одного вида на Земле имеет криль (рачки) - 400 - 500 млн. т. 
Крупнейшими позвоночными животными являются синие киты (длина - 32 м).Они питаются преимущественно рачками. 
К продуцентам принадлежит фитопланктон (диатомовые, жгутиковые, сине-зеленые водоросли, коколитофориды и силикофлягеляты), в первичных консументах - зоопланктон (70% его - рачки). 
Ближайшие десятилетия биомасса Мирового океана играть большую роль в жизни человечества, если оно своей деятельностью не повлечет деградации морских экосистем (как это происходит на континентах. Поэтому их охрана, как и водных экосистем суши, - одно из самых приоритетных задач современности.