Қарастырылатын сұрақтар: атмосфераның ластану көздері, санитарлық зоналар

Мақсаты: Су қасиеттері, табиғаттағы су қабығы туралы түсінік беру;

Дәріс мазмұны:

2. Жер планетасы және су қабаты.

3. Жер асты және жер үсті сулары. Пайда болуы және химиялық құрамы.

Әдебиеттер: Шубаев, 148-178; Степановских, 175-188; Асқарова, 95-96;
1. Су қасиеттері және тірі зат.

Су - табиғатта кең таралған минерал. Су қоры жер планетасының космостық ерекшеліктерінің бірі болып саналады, тіршіліктің пайда болуының және сан алуандылығының негізі және дамуы. Жер планетасының геологиялық даму тарихында және тіршілік пайда болуында маңызды роль атқарады. Адам денесінің 65%-і судан тұрады.

Су клетканың негізгі бөлігі болып саналады, сондықтан барлық тіршіліктің өзі сулы ортада ғана мүмкін. Адам қанының тұз құрамы дүниежүзілік мұхит суының тұз құрамына ұқсас.

Тірі және өлі табиғатта жүретін түрлі процестер мен құбылыстардың адам тіршілігіне жұмсалатын заттардың ішінде судың маңызы зор. Су адамдар мен жануарлардың ағзасына еніп, онда болатын зат және энергия айналымына тікелей қатысады. Көптеген процестер тек сулы ортада ғана жүреді. Ақуыз суда пайда болған және тек осы ортада дами алады, ақуыз тірі жасушаның негізі болып табылады. Мысалы: адамның ағзасындағы су мөлшері 10-12% кемісе адам әлсіреп, аяқ – қолы қалтырап дірілдеп, ал 20-25% кемісе өмір сүруін тоқтатады. Сондықтан суды - өмірдің негізі деп айтуға болады. Жер бетіндегі биологиялық өнімдердің - 43%, ал оттегінің 50%-ң көбін мұхиттар мен теңіздер береді.

Судың қасиеттері оның молекуласының ерекшеліктерімен анықталады.

Судың ерекше термодинамикалық қасиеттері бар:

1. Жоғары ылғал сыйымдылық. 1 мл (1г) су температурасын 1 градусқа (15^оС-16^оС) көтеру үшін 1 кал энергия жұмсалады. Аммиак т.б. кейбір заттардың ылғал сыйымдылығы 1-ден артық.

2) Су балқуының жасырын жылуы жоғары болады – 1 г мұзды температурасын өзгертпей балқыту үшін 80 кал энергия қажет.

3) Бу түзілуінің жасырын жылуы жоғары болады. 1 г су буланғанда 536 кал жылу сіңіріледі. Жер бетіне келіп түскен күн радиациясының көп бөлігі суды буландыруға жұмсалады, бұл климаттың қоңыржай болуына әкеледі.

4) Судың ең жоғары тығыздығы +4^оС болғанда байқалады. Бұдан жоғары немесе төмен болса су жеңіл болады. Табиғаттағы барлық денелер сұйық күйден қатты күйге өткенде тығыздығы артады. Ал судың максимальды тығыздығы +4^оС байқалады. Су қоймаларындың түбінде тығыздығы ауыр су жинақталады. Мұз жылуды нашар өткізгендіктен су түбінің қатты суынуына кедергі келтіреді. Ал мұз су бетіне қалқып шығып су организмдерінің қалыпты қыстап шығуына мүмкіндік жасайды.

5) Су қатқанда көлемін ұлғайтады.

Жер бетінің термодинамикалық жағдайында су 3 агрегаттық күйде кездеседі.

Су - өте қозғалғыш дене. Барлық бағытта да қозғалуға қабілетті. Судың кей формаларына гравитациялық күш әсер етпейді. Осмостық қысымға байланысты су және еріген органо-минералды заттар органикалық мембраналардан өте алады. Су булары мантиядан жер бетіне бөлінеді. Конденсацияланып сұйық су түзеді. Мұндай су түрін ювенильді су деп атайды. Мұндай сулар табиғаттағы су айналымына алғаш рет түседі. Су тропосферада, тіпті стратосферада да кездеседі.

Абсолютті қозғалғыш дене болғандықтан су күшті транспорттық функция да атқарады. Мысалы Жер планетасында жылу алмасуында судың ролі өте зор (Гольфстрим, т.б. жылы ағыстар). Су арқылы жер қыртысының орасан зор заттары қозғалады. Судың бұл әрекеті төмендегідей бағытта жүреді: эрозия – тау жыныстарын судың шайып бұзуы, транспорттық – бұзылған тау жыныстарының су арқылы тасымалдануы, аккумуляция – тасымалданған тау жыныстарының шөгуі. Құрлықтың бір бөліктерінде судың эрозия әрекеті басым болса, басқа жерлерінде аккумуляциялау – шөгу әрекеті басым.

Судың температураға байланысты тығыздығы басқа денелермен салыстырғанда аномальды өзгереді.

Судың диаэлектрлік өткізгіштігі жоғары.

Су – табиғатта кең таралған еріткіш. Сондықтан да табиғатта абсолютті таза су болмайды.

Теңіз суы, өзен суы, тіпті жаңбыр суы да ерітінді болып саналады. Судағы еріген оттегі (10мл на 1 л воды), көмірқышқыл газы мөлшері, нитраттар мен фосфаттар кездеседі. (судағы еріген оттегі мөлшері күндізгі 12 сағатқа дейін жылдың барлық мезгілінде де 4 мг/дм³ (4 мг/л) кем болмауы керек.

Биік тауларда және полярлы аймақтарда су қатты мұз күйінде кездеседі. Ал борпылдақ қар жамылғысы қоңыржай белдеу ендіктерінде топырақ пен тірі ағзаларды үсіп кетуден қорғайды.
2. Жер планетасы және су қабаты.

Гидросфера – планетаның су қабаты. Жер бетіндегі су қорына жердің беткі сулары, жер асты сулары, мұхиттар, мұздықтар, атмосфераның және топырақтың ылғалдылығы жатады. Мұздарды, батпақтарды қосып есептегенде, жер бетінің 71%-н су алып жатыр. Гидросфера жер қыртысы мен атмосфераның арасында орналасқан ерекше қабат.

Су қорларына – мұхиттар, теңіз, өзен, көл, жер асты сулары, таулар мен поляр шеңберіндегі мұздар, атмосферадағы сулар мен мұздар кіреді.

Гидросфераның жалпы көлемі Жер бетінде 1 млрд 3860 млн км³ (100 %). Көлемі және су қорларының мөлшері жағынан гидросфераның ең ірі бөлігі болып мұхиттар саналады. Мұхиттағы су гидросфераның барлық массасының 96,5% процентін құрайды.

Оның 1338 млн км³ (96,5%) бөлігі мұхиттар мен теңіздер үлесіне келсе, жер астында 23,4 млн км³ (1,7%), мұздықтарда 24,3 млн км³ (1,76%), көлдерде 176,4 мың км³ (0,013%), өзендерде 2,1 мың км³ (0,0002%) бөлігі, атмосферада 12,9 мың км³ (0,001%) км³, тірі организмдерде 1,1 мың км³ (0,0001%) бар. Су қоры тек шамамен анықталады, себебі барлық жер асты су қорын есептеу мүмкін емес. Жер асты сулары гидросфераның жалпы көлемінің 1,69% процентін алып жатады. Жер бетінде тұщы су қоры 2,53%, олардың 2,15% мұздықтарда, өзендер, көлдерде 0,65%, 0,001% атмосферада су буы түрінде болады. Адамзат пайдаланатын тұщы судың мөлшері шамамен 4,2 млн км³. Ал судың қалған 97,2% мұхиттық ащы су үлесіне келеді (Кесте 19.1). Дүние жүзілік мұхит ауданы - 361,1 млн км.² (яғни дүние жүзі ауданының 70,8 % алып жатыр).

Дүние жүзіндегі ең суы мол өзен – Амазонка. Қазақстанның басты су артериясы болып Ертіс өзені саналады.

Гидросфера - бір тұтас жүйе. Оның тұтастығы олардың бір бірімен жалғасып жатқандығында емес, олардың түрлі бөліктерінің арасында жүретін су айналымына байланысты. Мұхиттар бетінен буланған су, тропосфера арқылы континенттерге жауын шашын түрінде жауады, жер асты және жер үсті сулары пайда болады, сөйтіп қайтадан мұхитқа келіп құяды.

Гидросфера өз кезегінде литосферамен, ауа қабатымен және тірі заттармен тығыз байланысты.

Табиғаттағы тұщы су мөлшері өте аз, небәрі 2,5%. Тұщы судың мол көзі болып мұздықтар саналады. Адамзатқа болашақта су жетіспеу проблемасы емес, тұщы су жетіспеу проблемасы кезек күттірмес мәселе болуы мүмкін.

Тұщы су жетіспеушілігі себептері:

1) Планетада халық санының көбеюіне байланысты және су ресурстарын көп қажет ететін өндіріс салаларының дамуына (1т целлюлоза өндіру үшін 1500 м³ тұщы су қажет) байланысты.

2) Өзендердің сулылық дәрежесінің азайып, тайыздануы.

3) Су қоймаларының өнеркәсіптік және тұрмыстық шаруашылық қалдықтармен ластануы.

Табиғаттағы тұщы су тіпті адамның биологиялық түр ретінде дамуының шектеуші факторы болып саналады.

Табиғатта тұщы және ащы сулар жүйесі таралған. Тұщы суларды екі топқа бөлеміз: 1) лентті сулар – ақпайтын сулар, латынның lenus - тыныш деген сөзінен шыққан. Бұларға көл, тоған, батпақтар жатады.

2) Ағынды сулар немесе лотты жүйе, латынның lotus - шаятын деген сөзінен шыққан. Бұларға бұлақтар, өзен, жылға жатады.
3. Жер асты сулары. Пайда болуы және химиялық құрамы.

Жер асты су қорының көп бөлігі жер қыртысының жоғары қабатындағы шөгінді жыныстарда кездеседі. Жер асты гидросферасының төменгі шекарасы температура және қысым арқылы анықталады. Температурасы жоғары күйде 16 км тереңдікте кездеседі, ал тамшы сұйық күйде 10 км тереңдікке дейін кездеседі.

Пайда болуына қарай грунт суларының төмендегідей типтері ажыратылады:

Инфильтрациялық – беткі еріген қар, жаңбыр, өзен суының сіңуі нәтижесінде түзілетін сулар; конденсациялық - тау жыныстарының жарықтары мен кеуектерінде су буларының конденсациялануынан түзіледі; седиментациялық – су ортасында геологиялық шөгінді жиналу нәтижесінде түзіледі; магмалық немесе ювенильді - магма криссталлизациясы мен тау жыныстарының метаморфты өзгеруі кезінде түзіледі. Жер бетіндегі сулардың көпшілігі магманың дегазациясы нәтижесінде пайда болған деп саналады.

Жер асты суларының физикалық күйіне қарай төмендегідей түрлері кездеседі:

1) Химиялық байланысқан су (кристалданған ылғал) – минералдар құрамына кіреді. Олармен физикалық байланысқан, сондықтан оларды қыздырғанда минералдардың физикалық қасиеттері өзгереді. Мысалы, гипс (CaSO₄·2H₂O) құрамында 20,3% су, мирабилит (Na₂SO₄·10H₂O) – 55% су болады.

2) Гигроскопиялық су - топырақ немесе топырақ-грунт түйірлерін қоршап тұрады, өсімдіктер сіңіре алмайды. Өте қатты қыздырғанда ғана бөлінеді.

3) Пленкалы ылғал – топырақ немесе топырақ-грунт түйірлерін беткі керілу күші арқылы гигроскопиялық судың сыртынан қоршап тұрады. Бөлшектер бетімен жұқа пленка жағына қарай жылжи алады.

4) Капиллярлық ылғал – сұйық күйде топырақ пен грунт капиллярын толтырып тұрады. Капиллярлар үзілген және жылжымалы күйде болады. Соңғы түрін өсімдіктер сіңіре алады. Капиллярлық ылғал жылжуы температура мен ылғалдылық градиентіне байланысты. Грунт суы жоғары көтеріліп капиллярлық кайма немесе шілтер түзеді.

5) Гравитациялық ылғал – ауырлық күші әсерінен топырақ қуыстары, жарықтары арқылы жылжиды. Қозғалысы ламинарлық болады. Өсімдіктер пайдалана алады. Су айналымына қатысады.

6) Химиялық байланысқан ылғал – минералдармен химиялық байланысқан. Егер қыздырсақ минералдар бұзылады.

7) Бу тәрізді су – атмосфералық ылғал және жер асты суларының булануы нәтижесінде пайда болады. Өсімдіктер сіңіре алмайды.

8) Қатты су. Маусымдық және мәңгі тоң аймақтарында кездеседі.

Тау жыныстарында жату сипатына қарй – кеуектік (құм, малта тас басқа да борпылдақ жыныстарда), жарықты немесе жилалы (қатты кристалды тау жыныстарындаға жарықтарда гранит, құмтас т.б.), карстілі (суда еритін тау жыныстарында – ізбестас, доломит, гипс, тас тұзы, калий тұзы т.б.) болып бөлінеді.

Шөгінді жыныстардан тұратын жер қыртысында түгелге дерлік жер асты сулары кездеседі. Вертикальды қима бойынша жасы, химиялық құрамы және су алмасу интенсивтілігі бойынша жер асты суларының 3 қабаты бөлінеді:

Жоғары қабат - қазіргі атмосфералық процесс әсерінен түзілген жоғары қабат. Жер шарының көп бөлігінде тұщы, тек қана материктік ішілік аймақтарда минералданған болады. Су алмасу интенсивті жүреді. Қалыңдығы 100 м-дей. Тұрмыстық, техникалық және шаруашылық мақсатта қолданады. Бұл қабат аэрация және қанығу қабаттарынан тұрады. Аэрация қабаты топырақ және жоғары топырақ-грунт қабаттарында байқалады. Ылғалдың екі бағытта қозғалуы байқалады: топырақтан жер асты гидросферасына және кері қарай. Аэрация зонасында топырақ-грунт сулары мен ыза суы кездеседі.

Ортаңғы қабат – ежелгі сулар қабаты. Көбінесе минералданған, емдік мақсатта қолданылады. Су айналымы баяу. Қалыңдығы 200-300 м-дей.

Астыңғы қабат – су алмасу өте баяу, жоғары мөлшерде минералданған, тұз ерітіндісі түрінде болады, бром, йод т.б. тұздар алу үшін пайдаланады. Теңіз деңгейінен төменде орналасады.

Жер асты суларының таралуы аймақтың геологиялық құрылысы мен физико-химиялық жағдайларына байланысты: мысалы жауын-шашын мөлшері, булану, ылғалдану коэффициенті, тау жыныстарының түрі, кеуектігі, литологиясы, тектоникалық бұзылу дәрежесі т.б. Жер асты суларының қозғалысы мен су ұстауы қасиеттері тау жыныстарының капиллярлық кеуектілігіне, қуыстылығына, карстануына және жарықшақтығына байланысты. Ірі қуыстарды су ауырлық күші бағытында қозғалады, ал капиллярлық су беткі керілу бойынша ғана ұсталады. Өте жіңішке қуыстарды су тау жыныстарының бөлшектерімен байланысқан түрде болады, сондықтан тұрақты болады.

Тау жыныстарын су өткізу қасиетіне қарай жіктейді:

А. Су өткізгіш тау жыныстары:

1) ылғал сыйымдылығы төмен: А) ірі дәнді құмдар мен малта тастар; Б) жарықшақты ізбестар

2) ылғал сыйымдылығы жоғары – бор, торф, саздақ жыныстар, сазбалшықтар, лесс.

Б. Су өткізбейтін немесе су ұстағыш тау жыныстары: 1) ылғал сыйымдылығы төмен: тұтас кристалды, жарықшақсыз ізбестастар, тығыз құмтастар; 2) ылғал сыйымдылығы жоғары – саздар мен мергелдер.

В. Ерігіш тау жыныстары: калий және ас тұзы, гипс, ізбестас, доломит.

Табиғаттағы үгілу қабаты қабаттала орналасқандықтан жер асты сулары да қабат бойынша орналасуы нәтижесінде белгілі бір стратификациясы байқалады.

Жер асты сулары коллекторларда жинақталады. Коллектор болып қазіргі және ежелгі өзен аңғарларының аллювиальды құмды және делювиальды жыныстарында жинақталады. Шөлді аймақтарда аллювиальды құмдарда, таулы аймақтарда тау алды жазықтарда құмды малта тасты жыныстарда, тау мұздық шөгінділерде жинақталады.

Грунт суы режимі, минералдану мен деңгейі рельеф, атмосфералық жауын-шашын, булану, ағын процестеріне байланысты. Өзен аңғарлары мен жыралар бойымен грунт суының ағыны жүзеге асады. Грунт суының деңгейі немесе айнасы өзендер мен көлдер деңгейіне, өсімдік жамылғысына байланысты. Ағаш өсімдіктер грунт суының деңгейін реттеп тұрады. Грунт суы жер бетіне жақын жататын учаскелерде ағаштарды кесу аймақтың батпақтану процесіне әкелді. Грунт суының жату деңгейіне суару да әсер етеді.

Грунт суының химиялық құрамы табиғат аймақтарына, ылғалдану режиміне, тірі заттар әрекетіне, тау жыныстарының химиялық құрамына, қоректену аймағының су құрамына, суару суының химиялық құрамына, жату тереңдігіне т.б. байланысты. Грунт суы жер бетіне бұлақтар түрінде шығады.

Қазақстан Республикасында грунт сулары тұрмыста және шаруашылықта кең қолданылады. Елді мекендерді суландыру, ауыл шаруашылық танаптарын суару, мал сурау және жайылымдарды суландыру мақсатында қолданылады.

Грунт сулары да зональды таралған және региональдық ерекшеліктері болады. Мысалы дала аймақтарында грунт сулары аздап минералданған және тереңде жатады.

Артезиан суы қысымды жер асты суларға жатады. Францияның Артезия провинциясында ең алғаш фонтан тәрізді атқылайтын құдық қазылған. Артезиан сулары маусымдық ауытқымайды. Химиялық құрамы түрліше. Егер судағы еріген тұздар мөлшері 1 г/л болса – тұщы су, одан артық болса ащы минералданған су деп аталады. Артезиан суларының қоректену, қысымды және ағу аймағы бөлінеді. Артезиан суларының қоректену аймағы тектоникалық көтеріңкі учаскелерде болады.

Жер асты суларының емдік мақсатта қолданылатын минералды сулары температурасы мен минералдану дәрежесіне қарай әртүрлі болады. Құрамына қарай хлорлы, кальцийлі, гидрокарбонатты т.б. болады, температурасы 32-50^оС аралығында өзгереді, радиоактивтілігі де әртүрлі (Махе бірлігі бойынша 270-340 бірлік). Ірі минералды су орындарында курорттар орналасқан (Бурабай, Арасан, Сарыағаш). Шөлді аймақтарда орналасқан минералды суларды халық ежелден пайдаланғанмен әлі де бальнеологиялық тұрғыдан игерілмеген.

Жер асты суларының жер бетіне бұлақтар түрінде ағып шығады. Бұлақтар ыза суымен, грунт суымен және артезиан суымен қоректенеді.

Грунт суына дейін жасанды жолмен құдықтар қазылады. Грунт және артезиан суларының жоғары қабатының температурасы көбінесе сол аймақтың орташа жылдық температурасына тең болады. Температурасына қарай бұлақтарды салқын (20^оС төмен), жылы (20-37^оС) және 37^оС артық болса термальды немесе ыстық бұлақтар деп атайды.

Вулкан аймақтарда және өте тереңде орналасқан артезиан суларының температурасы жоғары болады. Вулканды аймақтарда гейзерлер кездеседі. Гейзер дегеніміз - оқтын-оқтын фонтан тәрізді ыстық су атқылап тұратын ыссы бұлақтар. Исландияда, Камчаткада, Жаңа Зеландияда кездеседі. Камчаткада Паужетск геотермальды электр станциясы жұмыс істейді.
Өзін-өзі тексеретін сұрақтар:

№20 дәріс, 1 кредит сағат

1. Климатты реттеудегі мұхиттардың маңызы.

2. Теңіздер, мұхиттар өнімділігі.

3. Өзен, көлдер, мұхиттардың ластану көздері және ластанудың алдын алу.

Жер планетасында «жылу конденсаторы» деп дүниежүзілік мұхит саналады.

Суды ластайтын көздер болып өндірістік және тұрмыстық шаруашылық пайдаланылған ақаба сулар, тыңайтқыштар мен пестицидтер қолданған кейін егістіктен суару суымен аққан сулар, дренаж сулары, жауын шашынмен және аэрогенді ластанғанда су қоймаларына аққан сулар т.б. есептеледі.

Кемелер апаты, танкер резервуарларын тазалау, құбырдан төгілген мұнай т.б. жыл сайын Дүние жүзілік мұхитқа 15-106 т мұнай төгіледі. Ғалымдар есебі бойынша 1 тонна мұнай төгілсе ауданы 12 кв.км болатын аумақты өте жұқа пленка тәрізді қаптайды және 1 млн тоннаға жуық суды ластайды. Су мен ауа арасындағы газ алмасуды нашарлатып, судағы еріген оттегі мөлшерін азайтады, биологиялық тазарту процестерінің тиімділігін төмендетеді. Судағы балықтардың өсуіне және көбеюіне мұнайдың әсері орасан. Мысалы: мұнай өнімдерінің концентрациясы 16,1 мг/л болғанда, ірі балықтарға әсерін тигізеді, 1,2 мг/л – балық дернәсілдеріне, 1,4 мг/л бентосқа, 0,1 мг/л планктондарға әсер етеді. Суларда 0,05 мг/л мұнай өнімі қалдықтарының болуы - балық етінің сапасын төмендетеді. Судың мұнай өнімдерімен ластануын болдырмау мақсатында су транспорттарын арнайы ластанған суды жинайтын қондырғылармен жабдықтайды.

Су қоймаларының ластануының бір көзі болып минералды тыңатқыштар мен улы химикаттар, пестицидтер есептеледі. Су қоймаларында кейбір минералды заттардың (азот, фосфор т.б.) жинақталуы су қоймаларының эвтрофикациясына әкеледі.

Су қоймаларының жылулық ластануы атом және жылу электр станцияларында агрегаттар мен реакторларды салқындату үшін пайдалану әсерінен байқалады. Судағы еріген оттегі мөлшерін төмендетіп, көк жасыл балдырлар (цианобактериялар) қауырт дамуына, улы заттар бөлінуіне, олардың уыттылығының күшеюіне, суда балықтардың уылдырық шашу мерзіміне әсер етеді.

Қазақстанда жыл сайын су ресурстары азаюда. Егер 50-жылдары елімізде беткі сулар 120 млрд км³ беткі құрлық сулары болса, қазір 100 млрд мөлшерінде ғана. Тұрғындардың 40% суды скважиналардан, өзендер мен тоғандар, бұлақтан алады немесе тасып ішеді. Осы мәселені ескеріп республика өзендерінің экологиялық жағдайына көңіл бөлу керек.

Тұрмыстық-коммунальдық шаруашылық сулар құрамында СББЗ (синтетикалық беткі белсенді заттар) болады. 1 литр суда 10-25 мг жуғыш заттар болуы су флорасына елеулі кесел келтіреді.

Ауыз судың сапасы адам денсаулығының көрсеткішін анықтайды. Гидросферадағы судың барлық дерлік көздері антропогендік және техногендік әртүрлі әсерге тап болуда. Табиғаттағы ашық су қоймаларының көбінің санитарлық жағдайы соңғы жылдары өнеркәсіптің өндірістік қалдықтарының төгілуінің азаюынан төмендеді, бірақ сонда да қауіптілік туғызады.

Республикамызда су көздері әр түрлі мөлшерде ластанған. Мысалы: Семей қаласының маңында орналасқан аэродром айналасында топырақтың авиакеросинмен ластануы байқалады. Ал Теміртау қаласы маңында ағып өтетін Нұра өзені тұнбалары сынаппен ластанған. Ақтөбе облысының территориясы арқылы ағып өтетін Елек өзенінің өзін тазартуға қабілеті нашар болғандықтан аммоний азоты, фосфаттар мен алты валентті хромның Жайық өзеніне келіп, тіпті Каспий теңізінің де ластауына әкеледі. Бұл жағдай түгелдей Батыс Қазақстан үшін қауіпті. Сырдария мен Каспий және Арал бассейні аймақтары арқылы ағып өтетін өзендер тұзданып, су қоры азаюда.

Егер көлден өзен ағып шықса ағынды көлдер деп аталады.

Күн сәулесі мүлде түспейтін мұхит қабатының бөлігі афотосфера, ал күн сәлесі түсетін бөлігін фотосфера деп атайды.

Өзін-өзі тексеретін сұрақтар:

№21 дәріс