Разработка элективного курса по теме: "Экологический мониторинг водных объектов"

Исключительное строение и свойства, а также роль воды в жизни человека и всего живого на Земле обуславливает большое и постоянно возрастающее внимание к изучению гидросферы, режиму водных объектов, и, к сожалению, проблем и последствий деятельности в XX веке индустриальной цивилизации. Острота современной экологической ситуации с гидросферой привела к пониманию необходимости экологизации наук и производства, международного сотрудничества в этой сфере, а главное - формирование нового, уже экологического типа мышления, переосмысления проблемы взаимодействия природы и общества в структуре мировоззрения. Для достижения этого существует много путей; один из наиважнейших - посредством образования. Актуальность этой работы видится в том, что в воспитании у школьников экологического мышления тесная связь преподавания с содержательной, целенаправленной, оригинальной внеклассной работой, приобщающей учащихся к экологическому восприятию окружающего мира. Одним из путей реализации целей школьного экологического образования являются элективные курсы. Они способствуют развитию познавательных интересов учащихся, помогают формировать личность с глубоким экологическим мировоззрением и психологической готовностью к про-экологической деятельности в отношении защиты гидросферы, помогают профессиональной ориентации в рамках модернизации современного образования. В соответствии с выявленной актуальностью выдвигаем цель - исследование на основе теоретических разработок возможности создания такой программы проведения элективных занятий для изучения экологических аспектов водных объектов, чтобы ее претворение способствовало воспитанию личности с высоким уровнем экологической культуры, сознание и поведение, готовности к соответствующей, в том числе профессиональной деятельности, мотивы которой определяются мировоззрением, основывающемся на экологической картине мира сформированной в течение курса занятий. Для выполнения этой цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

ь сделать обзор и критический разбор литературных данных по состоянию элективных курсов данного экологического содержания; с учетом результатов этого анализа разработать собственную программу проведения факультативных занятий по теме «Экологический мониторинг водных объектов»;

ь апробировать среди учащихся 10-х классов МОУ СОШ №14 некоторые формы организации элективных занятий;

ь оценить повышение уровня познавательной активности, сформированности экологического мировоззрения, а также профессиональной ориентации методами наблюдения, тестирования, анкетирования.

Объектом в нашем исследовании стала реализация целей школьного экологического образования путем введения в практику обучения специализированных, обобщающих элективных курсов, отбора эффективных методов и форм их проведения, для раскрытия и решения вопросов экологии и защиты окружающей среды будущими специалистами.

Предметом этого исследования, в свою очередь, оказался поиск особенностей организации элективных занятий «Экологический мониторинг водных объектов». Было предположено, что разработанная нами программа элективных занятий поможет заметно повысить уровень экологической культуры, уверенности в своих способностях и склонностях к профессиональной деятельности в области защиты гидросферы исходя из переосмысленного взгляда на мир - и эту гипотезу мы попытались доказать

Глава 1. Факультативные курсы в российской школе в начале XXI века и их перспективы

1. Первый этап - это возникновение факультативных курсов по предметам. Целями их являлось - углубление знаний, развитие интересов и способностей, связи с другими науками, профессиональное самоопределение так как факультативы возникли в 1966 году в связи с назревшей потребностью дифференциации обучения, которой нельзя было добиться иным путем в условиях единообразия школ и действия стабильных программ. Факультативы были призваны в какой-то мере удовлетворить интересы учащихся в той или иной области знаний.

Изначально возникшие они были хорошо методически обеспечены - для них были изданы учебные и методические пособия, они были интересно продуманы.

Различают несколько видов факультативов: дополнительные главы, специальные факультативы (спецкурсы), практикумы, с соответствующим содержанием. К факультативу предъявлялись определенные требования - в нем тесно увязывают теорию и практику, он должен в больше степени, чем основной курс, вооружать учащихся практическими знаниями и навыками по экспериментам, решению задач, формированию трудовых навыков и т.д.

Методы занятий на факультативе отличаются от методов обычного учебного занятия, приближаясь к методам высшей школы (лекции, семинары, коллоквиумы), большая роль отводится самостоятельной работе, личной инициативе учащихся, проблемному подходу, работе с литературой.

Существуя таким образом, факультативные курсы до некоторых пор смягчали ситуацию, но, когда началась широкая дифференциация школ, а учебные планы стали все более перегружаться, о факультативах стали забывать, так как учащиеся получили возможность выбора школы желаемого направления. Кроме того, прежние факультативы были более или менее жестко привязаны к основному предмету учебного плана и уже не соответствовали текущим нуждам общества.

Упрочнению факультативных курсов в школе мешало и еще одно обстоятельство. Поскольку факультативные занятия включались в расписание и в нагрузку учителя (в отличие от внеклассных занятий), некоторые учителя и администраторы школ начали использовать факультаивные курсы просто как дополнительные уроки для неуспевающих, искажая тем самым главную идею факультатива.

Постепенно в школах стали возникать совсем самостоятельные факультативы (валеологические, экономические, экологические и др.) для которых не было соответствующих предметов в основном учебном плане, но которые все чаще встречались в школах как самостоятельные предметы, и, наконец, прочно заняли свое место[10].

2. Второй этап - элективные курсы. Главное отличие их от факультативных занятий в том, что какой-нибудь элективный курс учащийся должен выбрать[11;15]. Аналогия с факультативами усматривается в структуре основы профильного обучения - инвариант (базовый курс) и вариативная составляющая (элективный курс), представленная профильным, культуроведческим, региональным и творческим компонентами. На схеме видно, что они суть факультатива, но в более совершенной форме.

3. Третий этап - факультативный курс по экологии. Так же как и в случае с дифференциацией образования, положение факультативов по экологии очевидно предсказывает признание в скорейшем будущем экологии предметом основного курса и появления соответствующего профиля. Этот момент ознаменует «экологизацию образования».

1.2 Треугольник «Цели образования - школьное образование - факультативные курсы»

Основные неприятности c водой, с которыми приходится сталкиваться пользователям следующие:

Наличие в воде нерастворенных механических частиц, песка, взвесей, ржавчины, а также коллоидных веществ. Их присутствие в воде приводит к ускоренному абразивному износу сантехники и труб, а также к их засорению. Присутствие в воде растворенного железа и марганца. Такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагреве приобретает желтовато-бурую окраску, что является причиной ржавых подтеков на сантехнике. При повышенном содержании железа вода также приобретает характерный "железистый" привкус. Жесткость, которая определяется количеством растворенных в воде солей кальция и магния. При их высоком содержании возможны выпадение осадка и появление белесых разводов на поверхности ванны, мойки и т.д. Соли кальция и магния, называемые также солями жесткости, являются причиной возникновения всем хорошо известной накипи. Сравнительно безобидная в чайнике, накипь, откладываясь на стенках водонагревательных устройств (бойлеров, колонок и т.п.), а также на стенках труб в линии горячей воды, нарушает процесс теплообмена. Это приводит к перегреву нагревательных элементов, перерасходу электроэнергии и газа. Отложение накипи является причиной до 90% аварий водонагревателей. Наличие в воде неприятного привкуса, запаха и цветности. На эти три параметра, которые принято называть органолептическими показателями, могут оказывать влияние находящиеся в воде органические вещества, остаточный хлор, сероводород. Бактериологическая загрязненность. Вызвана наличием в воде различных микробов или бактерий. Некоторые из них могут представлять непосредственную угрозу здоровью и жизни человека, но даже сравнительно безопасные бактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют органические вещества, которые не только влияют на органолептические показатели воды, но и, вступая в химические реакции (например с хлором), способны создавать ядовитые и канцерогенные соединения. Естественно, что приведенный выше список не исчерпывает всего многообразия проблем, возникающих с водой, однако знакомит нас с основными из них.

2.5 Загрязнение водных ресурсов

Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ. Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие. В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний. В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья. 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.

В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на одного человека. Из анализа водопользования за 5-6 прошедших десятилетий вытекает, что ежегодный прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100 г. человечество может исчерпать все запасы пресной воды. Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты. 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.

2.5.1 Загрязнение поверхностных вод

Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (Свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах. Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло опасного уровня для здоровья человека. Службы санитарно-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностных вод. Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники с поверхностным и ливневым стоком с территорий санитарно неблагоустроенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе и в Новосибирске. В связи с этим проводится гиперхлорирование воды, что, однако небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений. Одним из основных загрязнителей поверхностных вод является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья. Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК -- 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны -- аммонийный и нитритный азот, лигнин, ксантогенаты, анилин, метил меркаптан, формальдегид и др. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.

Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения. Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками. Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме. Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».

Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов. Эвтрофизация -- обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. От этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, сокращается концентрация растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине рыбы и моллюски.

Во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами.

2.5.2 Загрязнение подземных вод

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения. Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров. Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Перечень веществ контролируемых в подземных водах не регламентирован, поэтому нельзя составить точную картину о загрязнении подземных вод.

Комплексный и взаимосвязанный характер пресноводных систем требует целостного подхода к управлению ресурсами пресной воды (предполагающего хозяйственную деятельность в пределах водосборного бассейна) на основе сбалансированного учета потребностей населения и окружающей среды. Еще в принятом в Мар-дель-Плата Плане действий было указано на внутреннюю связь между водохозяйственными проектами и серьезными последствиями их осуществления, которые носят физический, химический, биологический и социально-экономический характер. В области оздоровления окружающей среды была поставлена следующая общая цель: "производить оценку последствий различных видов водопользования для окружающей среды, поддерживать меры, направленные на борьбу с передаваемыми посредством воды заболеваниями, а также охранять экосистемы". Масштабы и степень загрязнения зон аэрации и водоносных горизонтов всегда недооценивались в силу относительной недоступности водоносных горизонтов и отсутствия информации о водоносных системах. В этой связи охрана подземных вод является одним из важнейших элементов рационального использования водных ресурсов.

Для включения элементов регулирования качества водных ресурсов в водохозяйственную деятельность необходимо одновременно стремиться к достижению следующих трех целей:

1. сохранение целостности экосистемы благодаря ведению хозяйственной деятельности на основе принципа, предусматривающего охрану водных экосистем, включая живые ресурсы, и их эффективную защиту от любых видов деградации в пределах водосборного бассейна; 2. охрана здоровья населения, что предусматривает не только снабжение питьевой водой, не содержащей патогенных микроорганизмов, но и борьбу с переносчиками инфекции в водной среде;

3. развитие людских ресурсов, являющееся залогом формирования потенциала и необходимым условием для налаживания деятельности по регулированию качества воды.

Все государства, в зависимости от своих возможностей и имеющихся ресурсов и через двустороннее или многостороннее сотрудничество, в том числе с Организацией Объединенных Наций и, при необходимости, с другими соответствующими организациями, смогли бы установить следующие цели:

1. определить те ресурсы поверхностных и подземных вод, которые можно было бы освоить для использования на устойчивой основе, и другие основные зависящие от воды ресурсы, которые могут быть освоены, и одновременно начать осуществление программ по охране, сохранению и рациональному использованию этих ресурсов на устойчивой основе; 2. определить все потенциальные источники водоснабжения и подготовить проекты их защиты, сохранения и рационального использования; 3. приступить к осуществлению эффективных и соизмеримых с уровнем их социально-экономического развития программ по борьбе с загрязнением вод, соответствующим образом сочетая реализацию стратегий сокращения загрязнения у источника с проведением экологических экспертиз и применением практически осуществимых норм для выбросов из крупных точечных источников и неточечных источников с высокой степенью риска; 4. принимать, насколько это возможно, участие в осуществлении международных программ мониторинга и регулирования качества воды, например, таких, как Глобальная программа мониторинга качества воды (ГСМОС-ВОДА), Программа ЮНЕП по экологически обоснованному использованию внутренних водных ресурсов (ЭМИНВА), Программа ФАО по региональным внутренним водоемам, используемым для рыбного промысла, и Конвенция о водно-болотных угодьях, имеющих международное значение главным образом в качестве местообитаний водоплавающих птиц (Конвенция РАМСАР);

5. уменьшить распространенность передаваемых через воду заболеваний, начиная с ликвидации дракункулза (ришта) и онхоцеркоза (речная слепота) к 2000 году;

6. установить, согласно своим возможностям и потребностям, биологические, санитарно-гигиенические, физические и химические критерии качества воды в отношении всех видов водоемов (поверхностные и подземные воды) с целью постоянного улучшения качества воды;

7. осуществлять комплексный подход к экологически безопасному управлению водными ресурсами, включая защиту водных экосистем и живых пресноводных ресурсов;

8. разработать стратегии по экологически безопасному управлению запасами пресной воды и соответствующими прибрежными экосистемами, включая рассмотрение проблем, связанных с рыболовством, аквакультурой, пастбищным хозяйством, сельскохозяйственной деятельностью и биологическим разнообразием [24, 25].

Глава 3. Методические разработки

К сожалению, провести весь курс занятий, логически связанных между собой, оказалось невозможным, и были апробированы только некоторые формы организации элективных курсов по изучению темы «Экологический мониторинг водных объектов».

Занятие №1. Водные ресурсы планеты

В ходе эволюции вода создала окружающую нас природу, живой мир, да и самого человека: именно водная среда (мировой океан) могла обеспечить все требования к возникновению и развитию жизни. Она стала тем «питательным бульоном», в котором 3,5 млрд лет назад при специфических внешних условиях зародилась жизнь на Земле.

Есть ли вода в нашем организме и много ли ее? Как вы полагаете, отчего это?

Вода обеспечивает существование жизни на нашей планете: сложнейшие биохимические реакции в клетках животных и растительных организмов могут протекать только при наличии воды. Все живые существа на Земле содержат воду в большем или меньшем количестве, в среднем около 70-80%, т.е. на 3/4 состоят из воды. С химической точки зрения живое вещество - это водный раствор, и почти все процессы, обеспечивающие его жизнедеятельность, сводятся к химическим реакциям в водном растворе.

На что похожа кровь? Такая соленая? О чем это может свидетельствовать?

По солевому составу кровь человека и морская вода очень близки. Кровь человека составляет десятую часть от всей жидкости в его теле (в среднем 5 л крови, из них 3,5 л - жидкая составляющая - плазма) и обеспечивает возможность обмена веществ в организме. Одна из ее главных функций, подобно воде в природе, - транспортная (перенос кислорода, питательных веществ, шлаков). Для поддержания жизни человек должен получать около 2,5 л воды в сутки (непосредственно и с пищей).

Попробуйте догадаться, сколько всего человек за жизнь потребляет и выделяет воды?

В среднем за всю жизнь человек потребляет и выделяет около 75 т воды, а все человечество - почти четвертую часть годового стока всех рек мира.

А сколько человек может прожить без воды? Не высохнет ли он как трава без дождя?

Без воды человек не проживет и недели, погибнет от жажды. Обезвоживание организма приводит к серьезным нарушениям функционирования различных органов. Человек тяжело переносит потерю 5% воды, а обезвоживание на 15-20% приводит к необратимым изменениям в организме и к смерти.

Как известно, кислород атмосферы, играющий исключительно важную роль в функционировании всех аэробных живых организмов, в том числе и человека, - биогенного происхождения.

А наши организмы выделяют кислород? Что это за процесс?

Более 150 млрд. тонн кислорода поставляют ежегодно в атмосферу фитопланктон и наземные растения за счет фотосинтеза - важнейшего биохимического процесса на нашей планете. С помощью масс-спектрометрии и использованием изотопной разновидности воды H₂ ¹⁸O было доказано, что источником кислорода при фотосинтезе служит вода. Попытайтесь написать эту реакцию сами, а потом запишем ее вместе.

nCO₂ +n H₂ ¹⁸O [CH₂O] + n¹⁸O₂

(формула [CH₂O]_n отражает не реальное вещество, а состав углевода).

Было также установлено, что более точное итоговое уравнение фотосинтеза имеет вид:

nCO₂ + 2 n H₂ ¹⁸O [CH₂O]_n + n H₂ ¹⁸O + n¹⁸O_2,

откуда следует, что в процессе фотосинтеза вода не только используется, но и образуется.

Когда кислорода стало очень много он стал превращаться в озон. Что случилось потом?

В свою очередь, кислород, образующийся как побочный продукт фотосинтеза, под действием мощного солнечного ультрафиолетового излучения образовал в стратосфере озоновый слой, защищающий белковые соединения от жесткой радиации, что позволило живым организмам выйти из Мирового океана на сушу.

Теперь, когда все приблизилось почти к современным условиям, установились круговорот веществ и энергии.

Опишите круговорот воды в городе?

Одновременно с образованием первичных гидросферы и атмосферы на земле зародился геологический круговорот воды. Этот планетарный круговорот воды продолжается до сих пор, в нем участвует и живая природа, теперь он имеет геобиохимический характер. «Любое проявление природной воды - глетчерный лед, безмерный океан, почвенный раствор, гейзер, минеральный источник - составляет единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанное между собой», - считал В.И. Вернадский.

Попытайтесь дать определение круговороту. Это очень важное понятие - необходимо осознать что в нашей крови есть вода, например, с древних ледников Антарктиды. Итак…

Круговорот воды в природе - это непрерывный процесс движения и обмена водой между различными составляющими гидросферы. Примерно за 3000 лет вся современная масса гидросферы испаряется, т.е. интенсивность возобновления воды достаточно велика. Обладая в миллион раз меньшей массой воды, чем масса гидросферы, живые организмы, главным образом растения, пропускают ее через себя (за время порядка 1 млн. лет). Таким образом, природная вода - это тоже продукт жизнедеятельности живых организмов. В круговороте воды на суше доминирующая роль принадлежит растениям, 2/3 осадков образуются за счет транспирации - испарения с поверхности листьев растений. «Вся масса воды, - писал В.И. Вернадский, - и в жидкой, и в газообразной, и в твердой форме находится в непрерывном движении, переполнена действенной энергией, сама вечно меняется и меняет все окружающее. Картина видимой природы определяется водой».

Важна ли была вода для древних? Как они относились к ней?

Велика роль воды в истории человеческой цивилизации. Вся практическая (хозяйственная) деятельность человека с самой глубокой древности связана с использованием воды. Вода - ценнейший природный ресурс, и нет ни одной отрасли хозяйства, где она не использовалась бы.

Как можно получить энергию из воды? Нарисуйте схему извлечения энергии из воды в домашних условиях.

Вода - один из важнейших техногенных источников получения энергии, прежде всего электрической. В настоящее время пятая часть вырабатываемой в мире электроэнергии приходится на гидроэлектростанции, при этом следует заметить, что и на тепловых электростанциях (в том числе и на АЭС) именно вода, превращенная в пар, вращает турбины и связанные с ними электрогенераторы.

Объемы воды в составляющих гидросферы

Около 70% поверхности Земли (361,2 млн. км²) покрыто водой морей и океанов. Вся же гидросфера занимает заметно большую поверхность, если учитывать ледники (16,3 млн. км², или 11% суши), озера и реки (2,3 млн. км², или 1,6%), а также болота и сильно увлажненные земли (около 3 млн. км², или 2%). Таким образом, гидросфера на нашей планете - это основная часть ее поверхности: более 380 млн. км², или свыше 75% площади поверхности Земли.

Гидросфера Земли содержит около 1,4 млрд. км³ воды. Данные о содержании воды в отдельных составляющих гидросферы приведены в таблице.

Когда отмечают, что 3/4 планеты покрыты водой, то имеют в виду только нижний предел этого значения, так как на самом деле поверхность, занимаемая гидросферой, существенно меняется. Ежегодно снежный покров зимой в Северном и Южном полушариях закрывает огромные пространства суши. Особенно большую территорию - более 42 млн. км² в среднем - снежный покров занимает на суше в зиму Северного полушария. Таким образом, в этот период площадь, занятая гидросферой, составляет более 83% поверхности Земли.

Общее количество воды в гидросфере постоянно, по крайней мере, в течение последнего геологического периода. Утечка воды в космос из-за фотодиссоциации молекул водяного пара в экзосфере компенсируется приходом воды на Землю за счет метеоритного вещества космического пространства (около 0,5 км³ в год) и первозданной (ювенильной) воды, извергаемой подводными вулканами и виде пара и горячих растворов (около 1 км³ в год). Учитывая вышесказанное и имея в виду планетарный круговорот воды, можно отнести воду к неисчерпаемым возобновляемым природным ресурсам.

Общие ресурсы пресной воды

Большое значение для жизни на Земле и хозяйственной деятельности человека имеет водный баланс пресной ветви планетарного круговорота воды. Пресной считается вода, в 1 л которой содержится не более 1 г. растворенных веществ (солей). Другими словами, пресная вода - это вода с соленостью не более 1%_о (одной промилле). Для сравнения: средняя соленность морской воды составляет 35%_о.

Как вы думаете связаны между собой соленая и пресная вода?

Отметим важнейший момент происхождения пресной воды - испарение и выпадение атмосферных осадков в системе «океан-атмосфера». Таким образом, соленая вода Мирового океана обеспечивает Землю пресной водой!

Где можно найти пресную воду? Многие города расположены по берегам рек, о чем это говорит?

Основные запасы пресной воды на земле сосредоточены в снежно-ледовых образованиях и в подземных водах - около 35 млн. км³, или 2,5% от всего объема воды в гидросфере. Хотя снежно-ледовые образования и подземные воды и играют существенную роль в водоснабжении некоторых районов, все же они труднодоступны, и в мировом масштабе их использование пока не имеет практического значения. Кроме того, пресные подземные воды располагаются лишь до глубины активного водообмена, формирующегося за счет атмосферных осадков, т.е. до глубины 200-1500 м.

Большая часть подземных вод, находящихся на нижних горизонтах, - соленые воды.

Непосредственно доступные пресные воды (пресные озера, содержащие 91 тыс. км³ воды, и реки) составляют лишь 0,007% от всей воды на земле, или 0,26% от общего запаса пресных вод на Земле. Самое большое в мире по запасам пресной воды оз. Байкал содержит 23 тыс. км³ воды, столько же - Великие американские озера. Таким образом, на эти озера приходится половина запасов воды пресных озер всего мира.

Структура водного фонда России такова:

Мировой океан - 93,6%;

подземные воды - 4%;

ледники, снежный покров - 2 %;

реки, озера и другие источники пресной воды - 0,4%.

По данным Атласа мирового водного баланса, с поверхности суши ежегодно испаряется и вновь возвращается на сушу примерно 70 тыс. км³ воды; с поверхности Мирового океана ежегодно испаряется около 500 тыс. км³ воды, большая часть этой испарившейся воды возвращается обратно в океан в виде осадков, а примерно 1/10 часть выпадает над сушей, пополняя через поверхностный и подземный стоки водные запасы рек. Это разность между осадками и испарениями определяет значение речного стока. Кроме этого, речной сток в скрытом виде включает в себя часть ресурсов подземных вод, которые также относятся к источникам питания рек и поддерживают их водный режим.

К этому значению можно добавить ледяной сток Антарктиды - 2,5 тыс. км³/ год и Гренландии - 0,5 км³/год, исходя из этих цифр, можно оценивать экологическую ситуацию с ресурсами пресной воды на Земле.

Обеспеченность водными ресурсами регионов и стран

Для определения степени обеспеченности регионов водными ресурсами необходимо рассчитывать удельные характеристики - объем воды, приходящийся на единицу территории или на одного человека.

В среднем на одного жителя Земли приходится 8 тыс. м³ пресной воды в год, на одного жителя Европы - 4,6 тыс. м³/год, для Азиатского контингента эта величина равна 5,2 тыс. м³/год. За последние 20 лет произошло существенное уменьшение водообеспеченности Азии, Африки и Южной Америки в связи с демографическим взрывом в этих районах.

Если рассматривать отдельные страны, то более других обеспечена пресной водой Бразилия (свыше 140 тыс. м³/год), где располагается бассейн крупнейшей реки мира - Амазонки, на втором месте по суммарному стоку (около 30 тыс. м³/год) стоит Россия.