Состав гидросферы - раздел Экология, Дисциплина Химические основы экологии
Гидросфера — Водная Оболочка Земли, Совокупность Океанов, Мор...
Гидросфера — водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота, водохранилища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (ледники, снежный покров). Гидросфера Земли представляет собой единую водную оболочку, основным компонентом которой является химическое соединение Н2О. Гидросфера — это глобальная открытая система, а вода — самое распространенное на Земле вещество. Почти 3/4поверхности земного шара покрыто водой.
Основная часть воды гидросферы (94%) сосредоточена в морях и океанах второе место приходится на долю подземных вод (4%), около 2 % объема гидросферы образовано льдом и снегом. Поверхностные воды континентов и островов составляют всего лишь 0,03 % общего объема гидросферы.
Мировой океан — непрерывная водная оболочка Земли, окружающая континенты и острова, — занимает около 70,8 % земной поверхности. Океанические воды распределены между полушариями неравномерно: в Северном полушарии они покрывают 66%, а в Южном — 81 % поверхности.
Вода — это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Вода имеет ковалентный тип химической связи. Она представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, без запаха, обладающую рядом аномальных физико-химических свойств:
- высоким поверхностным натяжением и зависящим от него значительным капиллярным поднятием, что обеспечивает питание растений по корневым системам;
- высокими температурами замерзания и кипения;
- плотность воды в жидком состоянии больше плотности льда, поэтому лед плавает на поверхности воды, и природные водоемы не промерзают до дна.
Аномальные свойства воды объясняются существованием в ней водородных связей, которые связывают молекулы Н2О в газообразном, жидком и в твердом состояниях. Известно около 42 стабильных и нестабильных молекулярных структур воды. В кристаллах льда молекулы воды расположены тетраэдрически.
Вода является прекрасным растворителем многих веществ, так как характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью (е = 81), ослабляя в 81 раз силы притяжения между частицами веществ при растворении их в воде. По этой причине гидросфера представляет собой сложную экосистему с большим разнообразием и видом компонентов.
Огромное значение имеет решение проблемы чистой воды для всего живого на Земле. Почти все биохимические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организмов, сводятся к реакциям в водных растворах. При этом биосфера является огромным фильтром, через который вся масса гидросферы Земли прогоняется не менее двух раз в год.
Природная вода — это раствор многих веществ, в том числе солей, газов, а также веществ органического происхождения, некоторые из них находятся во взвешенном состоянии. В большинстве случаев природная вода имеет атмосферное происхождение (дождевая вода), реже — глубинное (конденсация паров, поднимающихся из недр Земли). Состав грунтовых, озерных, речных, морских и океанических вод изменяется в широких пределах в зависимости от состава почв, пород, растительного мира, с которыми вода контактирует.
Существует несколько классификаций химического состава природных вод. Так, в гидрохимии компоненты химического состава природных вод делятся на шесть групп.
1. Главные ионы (макрокомпоненты): К+, Nа+, Мg2+, Са2+, С1-, SО42-, НСО3-, СО32- в открытом океане независимо от абсолютной концентрации соотношение между главными компонентами основного солевого состава остается примерно постоянным.
2. Растворенные газы: О2, N2, Н2S, NН3, СН4 и др. Концентрация газов в воде определяется их парциальным давлением и законом Генри.
3. Биогенные вещества (продукты жизнедеятельности организмов), главным образом неорганические соединения азота и фосфора. Их концентрация в пределах пресных поверхностных вод изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/л. К биогенным элементам относятся также соединения кремния, находящегося в воде в виде коллоидных или истинно растворенных форм мета- и ортокремневой кислот (Н2SiО3 и Н4SiО4), соединения железа, в основном в форме гидроксилов железа или органических комплексов.
4. Растворенные органические вещества (РОВ), т.е. органические формы биогенных элементов. Эта группа включает практически все классы органических соединений. Средний элементный состав РОВ природных вод соответствует химической формуле С13Н17О12. Эту группу составляют вещества, придающие воде запах и цвет.
5. Микроэлементы: все металлы, кроме главных ионов, а также анионы. Например: Са2+, Мg2+ и другие ионы переходных металлов; анионы и др., которые встречаются в природных водоемах в очень малых концентрациях.
6. Бактерии и микроорганизмы.
Из природных вод человек чаще всего сталкивается с так называемыми поверхностными природными водами. Они характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ и, в частности, органических соединений. Помимо частиц песка и глины они содержат илистые вещества, различные карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, гидроксиды алюминия, марганца, железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения (иногда в виде органоминеральных комплексов), планктон и др.
В химический состав природных вод можно внести еще одну разновидность соединений, связанных с деятельностью человека, — токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы и т.д. При хлорировании природной воды в ней могут также образоваться диоксины.
Всего в природных водах в заметных количествах содержится около 50 химических элементов. Общее количество растворимых в гидросфере солей оценивается в 4,5-106 т, что по порядку величины сравнимо с массой всей атмосферы.
Все темы данного раздела:
Атмосфера
Атмосфера — газообразная (газовая) оболочка планет. Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твердых веществ. Основа атмосферы, воздух, представляет собой смесь газов,
Состав атмосферы
Атмосфера представляет собой чрезвычайно сложную систему. Ее пронизывает излучение Солнца и испускаемые им частицы высокой энергии, а также космическое излучение. Этот поток энергии
Химические процессы в атмосфере
К особенностям химических процессов в атмосфере относят следующие:
1) Большинство химических реакций инициируются не термически, а фотохимически, т.е. при воздействии квантов света,
Реакции, способствующие разрушению озона в атмосфере Земли
Азотный цикл (NOx):
N2O + O(1D) → NO + NO
О3 + NO → NO2 + О2
NO2 + О → NO + О
Действие озона на живые организмы и материалы
Действие озона на человека. Вдыхание озона — компонента фотохимического смога — вызывает кашель, одышку, раздражение носоглотки и осложняет хронические болезни, такие, как астма, бронхиты, сердечна
Химия аэрозолей и пыли
Возникновение атмосферной пыли и аэрозолей
Подобно тому, как в природных водах присутствуют растворенные вещества и тонкие взвеси, в атмосфере содержатся не только свободные молекулы и ион
Экологические проблемы, связанные с химией атмосферного аэрозоля
1. Влияние на формирование радиационного режима планеты. Аэрозоли, в зависимости от размера и состава частиц, вносят существенный вклад в отражение, рассеяние и поглощение коротковолновой радиации
Летучие органические соединения
Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в атмосферу больших масс различных химических соединений. Основные антропогенные источники сконцентрированы в городах, занимающих
Соединения серы и азота
Поступление в атмосферу соединений серы
1. Биологические процессы. С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органич
Парниковый эффект
Основной причиной влияния на климат считают нарастание в атмосфере доли парниковых газов, ведущее к повышению температуры, за которой следует таяние ледников и повышение уровня океана, что вызовет
Парниковые газы
Метан. Глобальное потепление на 12% обусловлено метаном (СН4). Он образуется в процессе анаэробного бактериального разложения в болотах, на рисовых полях и свалках, в желудках кор
Чтo тaкoе фреoны
В 1931 гoду, кoгдa был синтезирoвaн безвредный для челoвеческoгo oргaнизмa хлaдaгент – фреoн. Впoследствии былo синтезирoвaнo бoлее четырех десяткoв рaзных фреoнoв, oтличaющихся друг oт другa пo кa
Городская атмосфера
Лондонский смог — первичное загрязнение
В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу и называемые первичными загрязнителями. Дым — п
Последствия первичного и вторичного загрязнения воздуха
Фотохимический смог, с которым сталкиваются все чаще в современных городах, создает в них атмосферу, непохожую на дымный воздух городов в прошлом. В отличие от угля бензин как топливо дает мало дым
Качество природной воды
Показатели качества природной воды обычно подразделяют на физические (температура, цветность, взвешенные вещества, запах, вкус и др.), химические (жесткость, активная реакция, окисляе
Химические процессы в гидросфере
Рассмотрение химических процессов в гидросфере — задача очень сложная, более сложная, чем изучение процессов в атмосфере. Причина заключается в том, что природная вода представляет
Речные воды
Особенности речных вод:
1) в растворенном состоянии в химическом составе пресной воды преобладают четыре металла, присутствующие в виде простых катионов (Са2+
Основные особенности океанической воды
Вода в океанах и морях вода представляет собой слабый (около 4%), полностью ионизированный, исключительно однородный раствор, в состав которого входит 95 % воды,
Соленость воды.
Соленость определяется как вес в граммах неорганических ионов в 1 кг воды. Измеряется по проводимости электрического тока (электропроводности). Воды открытого океана имеют соленость порядка 32– 37
Активность
Свойства морской воды как концентрированной системы существенно отличаются от свойств идеальных растворов. Поэтому в физико- химии морских вод необходимо учитывать снижение реакционной способности
Состав ионов в морской воде и закон Дитмара
Среди катионов в водах Мирового океана преобладающими являются в порядке убывания: натрий — 0,47, магний — 0,053, калий — 0,01, кальций — менее 0,01 моль/л; из анионов: хлор — 0,55, сульфат-анион —
Химический состав неосновных ионов.
В химии морской воды преобладают семь основных ионов. Однако оказалось, что в ней есть и другие ионы и элементы (практически вся таблица элементов Менделеева). Концентрации растворенных металлов до
Вынос ионов
К основным процессам удаления ионов относят:
• выброс ионов в атмосферу (потоки «море — воздух»);
• процессы отложения в виде эвапоритов, химического осаждения карбонатов, абиоген
Эвапориты
Испарение воды способствует осаждению составляющих ее солей, так называемых эвапоритных минералов. Осаждение начинается с наименее растворимых солей и заканчивается наиболее растворимыми. Когда исп
Подземные воды
Подземные воды — часть водных ресурсов Земли; общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн. км³. Подземные воды содержатся в земной коре, находятся в активном взаимодейс
Происхождение подземных вод и их распространение
В земной коре находится большое количество воды, физически и химически связанной, свободной гравитационной, капиллярной, а также в виде водяного пара и льда.
По современным представлениям,
Формирование кислотности поверхностных вод
Выпадение кислых атмосферных осадков может привести к серьезным изменениям в состоянии поверхностных водных систем (озер, прудов и т. д.). Можно условно выделить три стадии процесса их закисления.
Особенности окислительно-восстановительных процессов в подземных водах
• Содержание кислорода в инфильтрационных водах. Если инфильтрационные воды поступают в водоносный горизонт по трещинам обнаженных пород, то они обогащены кислородом и характеризуются значительной
Глобальное загрязнение Мирового океана
Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления
Загрязнения речных и морских вод
90 % забираемой воды для водоснабжения городов и промышленных предприятий сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйственной деятельности. Сточные воды —
Органическое загрязнение
При наличии кислорода органические вещества распадаются на более простые в результате активности бактерий — биохимическое окисление (биологическая очистка воды), т.е. при достаточном количестве O
Нефть и нефтепродукты
Категория веществ, которые плохо поддаются разложению. Вода становится непригодной для использования при попадании 1 л нефти в объем воды 106 л. Нефть и нефтепродукты являются наиболее
Неорганические токсины
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, ка
Соединения тяжелых металлов.
Решением Европейской экологической комиссии ООН в группу наиболее опасных тяжелых металлов выделены ртуть, свинец, кадмий, хром, марганец, никель, кобальт, ванадий, медь, железо, цинк, сурьма, а
Поведение тяжелых металлов в водной среде.
В водные экосистемы атомы тяжелых металлов поступают из почв и горных пород в результате химического и микробиологического выщелачивания минералов, с паводковыми и дождевыми водами, а также при
SiО2 + СаО →СаSiО3 — метасиликат кальция
Образующиеся соли часто входят в состав минералов, объединенных общим названием — алюмосиликаты. Минералы — основа земной коры. Среди них большую часть составляют (масс. %): сили
Химические процессы в литосфере
В недрах Земли и на ее поверхностях постоянно происходит разрушение горных пород. Разрушающее действие оказывают высокая и низкая температуры (резкое колебание температур), вода, С
Химические реакции и процессы в почве
Почва — самый верхний и плодородный слой литосферы, является связующим звеном между всеми оболочками планеты и живыми организмами, играет важную роль в процессах обмена веществом (энергией) между
Глобальные экологические функции почв
Гидросферные
Атмосферные
Литосферные
Общебиосферные и этносферные
Трансформация поверхностных вод в грунтовые
Химическое загрязнение почв
В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей истории человечества. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1
Пестициды.
Пестициды без исключений являются ядами широкого спектра действия.
Обычно пестициды подразделяют следующим образом:
инсектициды — химические средства для борьбы с вредными
Методы и способы утилизации и ликвидации отходов
Основными направлениями оперирования промышленными твердыми отходами являются:
- захоронения на полигонах и свалках;
переработка конкретных твердых отходов по заво
Некоторые особенности биосферы
1. Биосфера – закономерный продут эволюции планеты Земля.
2. Биосфера Земли – большая (глобальная) открытая система, у которой на входе – поток солнечного излучения, а на выходе – минералы
Процессы в биосфере
Специфической чертой биосферы как особой оболочки Земли является происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Живое вещество выполняет в биосфере следующие би
Основные функции живого вещества в биосфере
Функции
Краткая характеристика процессов
Энергетическая
Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, химической энергии в результат
Химические процессы в биосфере
Для химических процессов в биосфере характерны следующие особенности:
– участие в химических и биохимических реакциях большого числа органических и неорганических веществ;
– проте
Химические основы экологического анализа
Изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как разнообразные воды, атмосферный воздух, почвы, совокупность этих систем в плане определения в них
Меры токсичности веществ
Количественная характеристика токсичности веществ сложна. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная вариабельность, т.е.
Экологическое нормирование
Регулирование качества природной среды основано на определении экологически допустимого воздействия на нее, когда самоочищение природы еще способно работать. Определенными нормами т
Аналитическая химия в экологических исследованиях
Высокоэффективные методы контроля состояния окружающей среды исключительно важны для диагностики токсикантов. Принципиально важно, чтобы предел обнаружения загрязняющих веществ аналитическими метод
Токсичные металлы
Установлено, что 70 % токсичных металлов попадает в организм человека с пищей. Контролируется восемь наиболее опасных токсичных примесей: ртуть, свинец, олово, кадмий, медь, цинк, железо, мышьяк. Э
Вредные вещества в пищевых продуктах. Нитраты
Само по себе присутствие нитратов в растениях — нормальное явление, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т. к. они обладают высокой токсичностью для человека. Особой токсичностью обладает
Пестициды
Будучи малополярными органическими веществами, хлорорганические пестициды обладают кумулятивным токсическим эффектом — накапливаются в жировых тканях. Способность атома хлора к нукл
Диоксины
Особую опасность представляют содержащиеся в летучей золе полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ).
Диоксины и близкие им по структуре хлорорганич
Биотрансформация экотоксикантов
Неорганические экотоксиканты. Многие организмы имеют естественные механизмы метаболизма и удаления тяжелых металлов, чаще всего в форме металлорганических соединений. Один из наиб
Новости и инфо для студентов