Основи екології - Олійник Я.Б. - 5.5. Водні ресурси

Вода - основний складник усіх живих організмів (тіло людини, наприклад, на 70 % складається з води, а деякі організми, такі як медуза або огірок, - на 98-99 %). Використання людиною води з водойм для різних потреб почалося з появою на Землі людини. Воно різко збільшилося з виникненням і розвитком поливного землеробства (IX-X ст. до н. е.), а потім і промисловості (XV-XVI ст.). Перші місцеві заходи з охорони водних ресурсів почали здійснювати ще у І ст. до н. е. у Римській імперії. Сьогодні вже зрозуміло, що без інтенсивної охорони вод може початися водний голод внаслідок якісного і кількісного виснаження водних ресурсів.

За запасами вільної води Земля є найбільш "водною" планетою Сонячної системи. Гідросфера, або водяна оболонка Землі, - це її моря і океани, крижані шапки приполярних районів, річки, озера і підземні води. Весь об'єм гідросфери планети становить майже 1,45 млрд км3 (0,025 % її маси), з яких 96 % - води Світового океану. Але це переважно гірко-солона морська вода, непридатна для пиття і технологічного використання. Об'єм підземних вод становить понад 23 млн км3, у льодовиках міститься 24 млн км3, у озерах - 176 тис. км3, у болотах - 12 тис. км3, у річках - більш як 2 тис. км3. Об'єм прісної води гідросфери дорівнює лише 2 % її загального об'єму, причому 85 % її зосереджено у льодовикових щитах Гренландії та Антарктиди, айсбергах і гірських льодовиках. Доступною для використання є прісна вода, яку містять річки, озера і підземні води; саме ці джерела й використовує людство для своїх потреб - усього 0,3 % об'єму гідросфери. У багатьох районах великі річки та озера знаходяться на порівняно малоосвоєних територіях. Наприклад, Амазонка, річки Росії та Канади, що впадають у Північний Льодовитий океан.

Важливою рухомою силою відновлення ресурсів прісної води е кругообіг води, який пов'язує воєдино усі частини гідросфери. Кругообіг води часто порівнюють з вічним двигуном, який "качає" воду з океану на материки протягом мільярдів років. У планетарному масштабі розрізняють великий і малий кругообіги води. Великий включає звільнення частини хімічно зв'язаної води з гірських порід та виділення вільної води в ході вулканічної діяльності. Наслідком цього кругообігу протягом геологічної історії Землі є утворення Світового океану. Малий кругообіг відбувається набагато швидше за такою схемою: випаровування - опади - інфільтрація - стік. Його наслідком є безперервний поверхневий і підземний стік з материків у океан, поповнення підземних вод, а також збереження "замороженої" води у льодовиках.

Світовий океан - це безперервна водна оболонка земної кулі. Із 510 млн км2 поверхні Землі 361 млн км2 (70,8 %) припадає на океани і моря та 149 млн км2 (29,2 %) - на сушу. Розподіл суші та водного простору на поверхні земної кулі дуже нерівномірний. У Північній півкулі океани займають 60,7 %, у Південній - 80,9 %. Найбільшим за площею є Тихий океан (178 684 тис. км2, максимальна глибина - 11 034 м), найменшим - Північний Льодовитий (14 750 тис. км2, максимальна глибина - 5449 м). Світовий океан виконує низку найважливіших глобальних функцій, серед яких середовищетвірна, промислова, сировинна, енергетична та ін.

Середовищетвірна функція Світового океану визначається його значенням у формуванні клімату та газового складу атмосфери, а також у здійсненні кругообігу мінеральних речовин. Океан впливає на формування метеорологічних процесів. Наприклад, водні маси низьких широт у районі тропіків накопичують тепло, отримане від Сонця, а течії переносять його у високі широти. Перерозподіл тепла, у свою чергу, стимулює атмосферну циркуляцію. Обмін тепла між Океаном і атмосферою остаточно визначає клімат і погоду. У газовому балансі атмосфери значну роль відіграє фітопланктон Світового океану (мікроскопічні рослини, які мешкають на дні морів, океанів і прісних водойм) - він визнаний найважливішим джерелом кисню. Майже половина вуглекислого газу антропогенного походження, що надходить у біосферу, поглинається саме живою речовиною Океану.

Дуже важливою є промислова функція Світового океану. Щорічний дохід від рибальства і морського промислу перевищує 55 млрд доларів. 90 % усієї їжі (за вагою) одержують із продуктів, вирощених на суші, і лише 10 % - в Океані. Але чверть усього тваринного білка надходить у раціон людини з океанічних продуктів. У жителів, наприклад, М'янми, Японії, Китаю цей показник сягає 1/2. Океан був "колискою життя" на планеті і тому є його екологічною першоосновою. Нині людина активно розвиває марикультури (від англ. marine - морський) відкритого Океану, так звані океанські ранчо, тобто вирощує корисні водорості, молюски, рибу та інші організми у морях, лиманах, річкових естуаріях. На сьогодні частка вирощених водних організмів становить 1/10 спожитих людством, але у найближчі десятиліття марикультура може дати 50 млн т харчової продукції на рік.

Біологічні ресурси (риба, зоо- і фітопланктон тощо) - це головне багатство Світового океану. Тут нараховується 150 тис. видів тварин і 10 тис. водоростей, а загальний обсяг біомаси оцінюється у 35 млрд т, чого цілком достатньо, щоб прогодувати 30 млрд осіб. Виловлюючи щорічно 85-90 млн т риби, молюсків, водоростей, людство забезпечує близько 20 % своїх потреб у білках тваринного походження. Тобто живий світ Океану - це величезні харчові ресурси, які можуть бути невичерпними при правильному і дбайливому їх використанні. Максимальний вилов риби не повинен перевищувати 150-180 млн т у рік; перехід цієї межі дуже небезпечний. Багато видів риб, китів, ластоногих внаслідок неконтрольованого полювання майже зникли, і не відомо, чи відновиться коли-небудь їх поголів'я. Але населення Землі росте бурхливими темпами, потребуючи усе більше морської продукції.

Життя у водному середовищі є багатшим і різноманітнішим, ніж на суші. Тут представлені всі типи тваринного світу; на материки поширилися лише деякі з них, а масово заселили лише членистоногі та хребетні. Трофічний ланцюг у водних екосистемах починається з дрібного фітопланктону і закінчується величезними гетеротрофними організмами, тобто в них переважає тваринне життя. У наземних же екосистемах домінує життя рослинне. Рослини (первинна продукція Світового океану) представлені нижчими рослинами - найпростішими одноклітинними (діатомові, джгутикові водорості) і багатоклітинними (бурі, червоні водорості) - та вищими - квітковими рослинами.

Морських тварин нараховується 11 типів, серед яких: одноклітинні (форамініфери, радіолярії), багатоклітинні (губки), кишковопорожнинні (медузи, поліпи), червоподібні, молюски, членистоногі (рачки, краби, омари), голкошкірі (морські зірки, їжаки), хордові (риби, рептилії, ссавці).

Гідробіонти (мешканці Світового океану) залежно від того, яке місце займають у водному середовищі, поділяються на такі екологічні групи:

o Пелагос - це населення товщі води (пелагіалі). Мешканців поверхневої плівки води, які бігають і плавають, називають нейстоном. Дрібні організми, що пасивно рухаються разом з водою, - це планктон. І, нарешті, вищі хордові тварини та головоногі молюски, які можуть активно плавати, - це нектон.

o Бентос - населення дна водойм (бенталі). До цієї групи належать організми, які живуть не лише на морському дні, а й на днищах суден, гідротехнічних підводних спорудах (голкошкірі, ракоподібні, молюски тощо). Розрізняють епібентос - водні організми, що лежать на дні або прикріплені до нього, та інбентос - внутрішньоґрунтові організми, які живуть у товщі донних відкладів.

o Проміжна група гідробіонтів: планктобентос - планктон придонного шару води, нектобентос - нектон придонного шару води.

o Особливі групи гідробіонтів: епібіоз (перифітон) - організми, що ростуть на твердих субстратах (скелях, кораблях тощо); фітофільні гідробіонти - мешканці прибережних заростей вищих водних рослин.

Завдяки обміну речовин здійснюється безперервне оновлення організмів і надходження енергії, необхідної для всіх життєвих процесів. Цикл кругообігу органічних речовин, початий у процесі фотосинтезу, закінчується розкладом морських рослин і трупів тварин бактеріями, в результаті чого органічні сполуки знов переходять у неорганічні. Бактерії - це одноклітинні організми, які не мають ядра і оточені щільною напівпроникною оболонкою; вони поділяються на аеробні (споживають кисень) та анаеробні (не споживають кисень). Життєдіяльність організмів має величезний вплив на фізико-хімічні властивості вод океанів та морів. Організми вилучають з морської води велику кількість вуглекислого кальцію та кремнію для побудови власних скелетів. У результаті ці речовини, що надходять у морську воду з річковим стоком, перебувають у стійкій рівновазі. Також біологічні процеси відіграють величезну роль в очищенні морської води поряд з фізико-хімічними процесами її самоочищення, особливо при органічному забрудненні вод.

Біологічні ресурси Світового океану приблизно у чотири рази перевищують аналогічні ресурси суші. Однак все ж потреби людства у їжі на 90 % забезпечуються сільським господарством, і тільки близько 10 % дає морський промисел. Подальше розширення рибного промислу може порушити процеси відтворення рибних ресурсів. Якщо ж врахувати ще й зростання забруднення океану, то стае очевидним, що збільшення видобутку морепродуктів призведе до вичерпання біологічних ресурсів океану.

Більше 60 % площі Світового океану подібні до пустель на суші. Головну промислову цінність має область шельфу, на яку припадає близько 90 % усього видобутку. Промисел ведеться, як правило, до глибини 500 м, рідше - до 1000 м. Продуктивність, якщо її розуміти як видобуток органічних ресурсів з одиниці поверхні Світового океану, у середньому дорівнює 184 кг/км2, у відкритому океані - 7, на материковому схилі - 65, на шельфі - 2054 кг/км2. На першому місці у світовому рибному промислі перебувають оселедцеві, які широко розповсюджені в Атлантичному і Тихому океанах, де виловлюється третина всього улову риб.

На думку вчених, можливе подальше збільшення вилову морських організмів до 90-100 млн т на рік, але потрібні заходи щодо регулювання та обмеження промислу - укладання різних міжнародних договорів та конвенцій, введення економічних зон, тобто районів відкритого моря, які прилягають до територіальних вод держави (такі зони шириною 200 морських миль увели вже понад 100 держав). Промисел у цих зонах і навіть дослідницькі роботи можна вести лише за погодженням держави-суверена. Введення економічних зон вимагає розвитку промислів у відкритому океані, а відповідно і розширення океанологічних досліджень.

Є кілька шляхів підвищення біопродуктивності Океану. Перший - вилучати з нього не тільки рибу, а й зоопланктон, частина якого - антарктичний криль - уже використовується в їжу. Його без усякого збитку для Океану можна виловлювати в набагато більших кількостях, ніж усієї риби, що добувається сьогодні. Інший шлях - використання біологічних ресурсів відкритого Океану, біологічна продуктивність якого дуже велика в зоні підйому глибинних вод. Підйом вод з глибин до поверхні - апвелінг - викликається стійкими вітрами, які зганяють поверхневі води у бік відкритого моря, а на поверхню піднімаються води нижніх шарів. Один з таких апвелінгів, розташований на узбережжі Перу, дає 15 % світового видобутку риби, хоча його площа становить не більше 0,02 % від поверхні Світового океану. Нарешті, третій шлях - культурне розведення живих організмів (марикультура), здебільшого у прибережних зонах. Усі ці способи успішно випробувані у багатьох країнах світу, але локально, тому згубний за обсягами вилов риби триває. Наприкінці XX ст. найбільш продуктивними акваторіями вважалися Норвезьке, Берингове, Охотське, Японське моря.

Щодо сировинної функції, то основним ресурсом Світового океану є морська вода. Вона містить 75 хімічних елементів, серед яких такі важливі, як уран, калій, бром, магній. І хоча основний продукт морської води - кухонна сіль (33 % від світового видобутку), але вже добуваються магній і бром, давно запатентовані методи одержання інших металів, серед них і необхідні промисловості мідь та срібло, запаси яких на суші невплинно виснажуються, тоді як в океанських водах їх утримується до півмільярда тонн. У зв'язку з розвитком ядерної енергетики с перспективи для видобутку урану і дейтерію з вод Світового океану, тим більше, що запаси уранових руд на суші зменшуються, а в Океані його близько 10 млрд т; дейтерій взагалі майже невичерпний - на кожні 5000 атомів звичайного водню припадає один атом важкого.

Крім виділення хімічних елементів, морська вода може бути використана для одержання необхідної людині прісної води. Зараз багато промислових методів опріснення: застосовуються хімічні реакції, внаслідок яких домішки видаляються з води; солону воду пропускають через спеціальні фільтри; нарешті, застосовують звичайне кип'ятіння. Але опріснення - не єдина можливість одержання питної води. Є донні джерела, які дедалі частіше виявляються на континентальному шельфі, тобто в областях материкової мілини, що прилягає до берегів суші. Одне з таких джерел розташоване біля берегів Франції - - у Нормандії; воно дає стільки води, що отримало назву "підземна річка".

Мінеральні ресурси Світового океану представлені не тільки морською водою, а й тим, що є в надрах - надра океану, його дно багаті покладами корисних копалин. На континентальному шельфі розташовані розсипні родовища золота й платини; трапляється й дорогоцінне каміння - рубіни, алмази, сапфіри, смарагди. Наприклад, поблизу Намібії вже з 1962 р. йдуть підводні розробки алмазного гравію. На шельфі і частково материковому схилі розташовані родовища фосфоритів, які можна використовувати як добрива, причому запасів їх вистачить на найближчі кілька сотень років. Найбільш цікавий вид мінеральної сировини Світового океану - знамениті залізомарганцеві конкреції, якими вкриті величезні за площею підводні рівнини. Вони є своєрідним "коктейлем" з металів, адже містять мідь, кобальт, нікель, титан, ванадій, але, звичайно ж, найбільше заліза й марганцю. Місця їх розташування загальновідомі, але результати промислової розробки поки ще дуже скромні.

Людство щорічно споживає 22 млн т кухонної солі. Близько третини цієї кількості видобувається з морської води. Зокрема, у Японії 50 % потреб у кухонній солі забезпечує море. Морська сіль - це комплекс різних солей, які містяться в морській воді. З 10 т морської солі можна отримати 1,73 тис. кг сирого гіпсу, 370 кг калійних добрив, 26 кг брому та інші хімічні речовини. Англія щорічно вилучає 4 млн т морської солі, США - понад 2 млн т, Іспанія - 0,8 млн т, Італія і Франція - по 0,5 млн т.

Затока Сиваш, наприклад, є природним сховищем хімічної речовини. За підрахунками вчених, при переробці 125 м3 ропи Сивашу можна отримати 1 т оксиду магнію (до 30 кг на 1 м3). Щорічно із Сивашу може бути вилучено 190 млн т різних солей, у т. ч. 146 млн т кухонної солі, мільйони тон сірчанокислого магнію, 4 млн т хлористого калію, а також хлор, кальцій, бром та ін. Під дном Сивашу виявлено значні запаси мінеральних вод. Так, у межах акваторії Азовського моря розвідано Південно-Сиваське родовище йодобромних вод. Глибина залягання водоносного горизонту - 1000-1700 м. У районах Західного і Східного Сивашу зосереджено великі запаси високоякісних лікувальних грязей. Усе це свідчить про необхідність комплексного використання природних багатств Сиваша.

Активно розвідуються та видобуваються океанська нафта й газ на прибережному шельфі - його запаси становлять від половини до 2/3 світових запасів. У дуже великих обсягах відбувається розробка родовищ у Перській, Венесуельській, Мексиканській затоках, у Північному морі; нафтові платформи розташувалися біля берегів Каліфорнії, Індонезії, у Середземному і Каспійському морях. Мексиканська затока до того ж відома відкритим під час розвідки нафти родовищем сірки, що витоплюється із дна за допомогою нагрітої води. Наприклад, гарячі (більше 60 °С) і важкі "розсоли" Червономорської западини містять величезні запаси срібла, олова, міді, заліза та інших металів. Дедалі більшого значення набуває видобуток матеріалів на мілководдях. Навколо Японії, наприклад, відсмоктують по трубам підводні залізовмісні піски, країна добуває з морських шахт близько 20 % вугілля - над покладами породи споруджують штучний острів і бурять стовбур, що розкриває вугільні шари.

У Світовому океані розчинено: 1,4 o 10і6 т натрію, 1,8 * 1015 т магнію, 5,6 o 10" т кальцію, 5,3 o 10м т калію, близько 20 млрд т урану, 15 т міді, 500 кг срібла і від 8 до 10 млн т золота. Освоєно виробництво з морської води магнію, брому (99 % світових запасів брому зв'язано у цьому гігантському розчині). Підраховано, що у водах Світового океану розчинено стільки золота, що його припадає більше 1 кг на кожну людину Землі. На шельфі Туреччини, Китаю, Австралії, Арктики, США розвідані родовища вугілля. З океанічної сировини видобувають 4 % світової сірки. Загальні запаси фосфоритів на океанському шельфі становлять не менше ніж 30 млрд т. Тільки 10 % цієї кількості вистачить для виробництва добрив на кілька років.

На шельфі є також розсипні родовища важких мінералів - джерел для одержання рідкісних металів. Морські розсипи Австралії, наприклад, дають 90 % рутилового концентрату (мінерали рутил та ільменіт містять титан), 60 % світового видобутку циркону (цирконій) і 25 % монациту (торій). Не можна не згадати найбагатші розсипи узбережжя Бразилії, що простягаються на 1600 км, півострова Флорида (США), південного узбережжя Індії, каситеритові піски в підводних розсипах Південно-Східної Азії (основного регіону видобутку олова). Підводний видобуток алмазів ведеться на шельфі Намібії. На поверхні дна Океану виявлені великі скупчення полімінеральних руд, у яких вміст окремих елементів на порядок перевищує запаси їх у родовищах суші.

Не менше значення має також енергетична функція Світового океану. Він є величезним джерелом енергії припливів та океанських течій, хвильової енергії та ін. Багато природних процесів, що відбуваються у Світовому океані, - рух, температурний режим вод - є невичерпними енергетичними ресурсами. Ця властивість припливів і відпливів використовувалася у Франції ще у середньовіччі: у XII ст. будувалися млини, колеса яких рухалися припливною хвилею. Нині у Франції працюють електростанції, що використовують той самий принцип роботи: обертання турбін при припливі відбувається в один бік, а при відпливі - в інший. За оцінками вчених, загальна потужність хвиль Океану, переведена в енергію, наближається до 900 млрд кВт. Світовий потенціал припливної енергії ще вищий - 1 трлн 200 млн кВт. Перша припливна електростанція потужністю 240 тис. кВт запрацювала у 1967 р. у бухті Сен-Мало на Атлантичному узбережжі Франції, у гирлі річки Рані. Особливо велике значення цей потенціал має в умовах швидкої вичерпності традиційних паливних ресурсів.

Дуже важливою є транспортна функція Світового океану, тобто йдеться про Океан як безкоштовну і зручну дорогу, що пов'язує віддалені континенти й острови. Морський транспорт забезпечує майже 80 % перевезень між країнами, що розвиваються. Річний обсяг послуг, які виконує міжнародне торгівельне судноплавство, перевищує 150 млрд доларів щорічно. Морська транспортна діяльність вирізняється високим ступенем динамізму і відносно низькою вартістю.

Океан та його узбережжя мають величезне рекреаційне значення. Мільйони людей відпочивають на океанічному узбережжі, де розташовані курорти світового значення, та подорожують океаном.

Не менш важливою є й наукова функція: саме в Океані відкриті явища планетарного масштабу, дослідження яких допомагає зрозуміти походження та розвиток Землі в цілому. Так, результати глибинного буравлення спеціального судна "Гломар Челленджер" підтверджують факт розширення океанів, розсування земної кори в рифових зонах, звідки починається безперервне "омолодження" океанічного дна. Чим більш значима роль Океану у розвитку людства, чим більше значення має він для світового господарства, тим серйозніші проблеми пов'язані з його екологічним станом.

Світовий океан може також слугувати переробником відходів. Завдяки хімічному і фізичному впливу своїх вод та біологічному впливу живих організмів він розсіює та очищує основну частину відходів, зберігаючи при цьому відносну рівновагу екосистем. Протягом 2500 років у результаті кругообігу води в природі вся вода Світового океану обновляється.

Отже, поняття "водні ресурси" в широкому розумінні охоплює води річок, озер, водосховищ, каналів, морів і океанів, підземні та ґрунтові води, води гірських і полярних льодовиків, атмосферні води. Також до нього відносять і самі водні об'єкти, тобто річки, озера, моря тощо. Вони використовуються для судноплавства, гідроенергетики, рибного господарства, рекреації та іншого без вилучення з них води. Теоретично водні ресурси невичерпні, оскільки вони відновлюються в процесі кругообігу, однак споживання води зростає такими темпами, що проблема чистої води і дефіциту водних ресурсів планети є однією з найбільш актуальних.