Реферат по теме: «Вода и продовольственная безопасность»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №7

Реферат по теме: «Вода и продовольственная безопасность» $d:\desktop\water_droplet_blue_bg05.jpg$

Работу выполнил: ученик 11 класса «А»

Рыблов Артем Максимович 17 лет

Город Саров 2012 г.

Вступление

В этой работе я хотел бы рассказать о воде, не как о химическом веществе в виде прозрачной жидкости, а как о природном ресурсе, имеющем ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

Значение воды

Среди всех веществ, имеющихся на Земле, вода, благодаря своеобразию своих физических и химических свойств, занимает исключительное положение в природе и играет особую роль в жизни человека. Вода - это единственное вещество, встречающееся в огромных количествах в естественных условиях во всех трех агрегатных состояния: твердом, жидком и газообразном.

Действуя как мощный геологический фактор и покрывая около трех четвертей поверхности нашей планеты, вода определяет облик Земли и является колыбелью жизни на ней. Как подчеркивал академик В. И. Вернадский, нет такого компонента, который мог бы "...сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, которое её не включало".

В одних случаях вода входит в состав веществ, будучи связанной химически, в других - в виде самостоятельных, часто изолированных молекул, удерживаясь за счет межмолекулярных взаимодействий, в третьих - в жидком состоянии, заполняя поры и структурные полости.

Удивительная созерцательность и умиротворенность воды в тихом лесном озерце или журчащем ручейке, с одной стороны, и ее буство в жутких по высоте и силе волнах цунами, грозная воинственность наводнений - с другой, ставят воду в разряд особых явлений, обладающих как огромной созидающей, так и разрушающей силой и требующей к себе особого внимания.

Значительное количество воды человек использует в своей повседневной жизни. Использованные воды, как правило, загрязнены, и если они не проходят специальной очистки, то загрязняют и природные воды – реки, озера, подземные воды.

Загрязненные природные воды ухудшают экологическую ситуацию в биогеоценозе, ведут к гибели существующих природных форм, ставят под сомнение возможность выживания различных форм высших организмов, в том числе и человека. В условиях повсеместного загрязнения окружающей среды, в том числе ухудшения качества природных вод, одной из актуальнейших проблем выживания человечества становится проблема обеспечения людей питьевой водой высокого качества.

Человек не может жить без воды. Его тело на 70%, кровь – на 90%, мышцы – на 75% состоят из воды. В костях человека содержится около 25% воды. Без пищи человек может прожить 2-3 месяца, а без воды погибает через неделю. Обезвоживание организма ведет к тому, что все биохимические процессы, протекающие в отсутствии влаги, ведут к необратимым последствиям во всех органах.

С водой в организм человека поступают минеральные вещества, вода обеспечивает движение всех материальных и энергетических потоков в теле человека, и даже температура тела регулируется при помощи воды.

Известны случаи, когда спасшиеся при кораблекрушении люди без пресной воды в течение несколько часов сходили с ума от страха умереть от жажды. Вода – это жизнь!

В то же время отсутствие в питьевой воде основных минеральных солей приводит к нарушению водно-солевого баланса организма, что вызывает различные заболевания.

Оптимальный уровень содержания солей в питьевой воде составляет 200-500 мг/л. Суточная потребность организма в воде питьевого качества – от 1.5 до 2.0 л.

При тяжелой физической работе и высокой температуре воздуха потребность в воде, как правило, увеличивается.

Количество воды

Запасы воды на земле огромны. Она находится в морях и океанах, в материковых ледниках и полярных льдах, в пресных водах озер, рек и болот. Значительные количества воды содержатся в атмосфере воздуха и горных породах, в живых организмах.

Объем воды на Земле громаден – 1400-1500 млн. кубических километров, что составляет 1/800 объема планеты Земля.

Этот объем распределяется следующим образом:

мировой океан – 1120 млн. кубических километров;
толща земной коры – 200 млн. кубических километров;
материковые ледники и ледники приполярных областей – 30 млн. кубических километров;
реки, озера, болота - 4 млн. кубических километров;
атмосфера – 12 тыс. кубических километров;

Количество воды в гидросфере практически постоянно. Одним из источников поступления воды в гидросферу являются ювенильные воды, попадающие на Землю в результате извержения вулканов. Однако это всего 0.25 кубических километров в год. Расход воды также невелик и связан с разложением ее паров под действием солнечного излучения и улетучиванием их в мировое пространство.

Наряду с большим объемом, вода на Земле занимает громадные площади. Площадь поверхности Мирового океана составляет около 360 квадратных километров, это почти 2.5 раза больше площади поверхности суши. На поверхности Земли имеются реки, озера, болота, ледники и снега. В толще земной коры текут подземные реки, располагаются подземные озера. Вся вода находится в постоянном движении.

Вода является настолько привычным атрибутом жизни для каждого из нас, что мы мало задумываемся о ней. А ведь без воды функционирование живого организма просто невозможно, поскольку он, этот организм, на 2/3 состоит из воды. Так что понятно значение водоснабжения в жизни людей. И значение это возрастает одновременно с ростом населения.

Природная вода, разделяемая условно на атмосферную (дождь, снег), поверхностную (реки, озёра, пруды), подземную (артезианская, карстовая) и морскую (моря, океаны), всегда содержит различные примеси. Общие запасы воды на Земле достаточно велики (только в океанах планеты находится 1,370 миллиардов кубических километров воды), но изобилие это кажущееся.

Дело в том, что основное количество воды принадлежит морям и океанам (более 98%). Однако засоленность морской воды достигает 35г/кг, что делает её непригодной для непосредственного хозяйственного использования. Доля пресных вод (с солесодержанием менее 1 г/кг) составляет лишь 1,7% мировых запасов, из которых на речные воды приходится всего лишь 0,001% всех пресных вод.

Таким образом, количество легкодоступной пресной воды на планете не так уж и велико, да и состав воды в водоёмах не всегда отвечает санитарным нормам.

Это список стран, по общему объёму возобновляемых водных ресурсов, основанный главным образом на Справочнике ЦРУ по странам мира, выпущенном в июне 2008 года.

Ранг	Страна	Общий объём возобновляемых водных ресурсов (тыс. км3)	Дата измерения
1	Бразилия	8233	2000
2	Россия	4498	1997
3	Канада	3300	1985
4	США	3069	1985
5	Индонезия	2838	1999
6	$flag of the people\'s republic of china.svg$ Китай	2829,6	1999
7	Колумбия	2132	2000
8	Перу	1913	2000
9	Индия	1907,8	1999
10	ДР Конго	1283	2001
11	Венесуэла	1233,2	2000
12	Бангладеш	1210,6	1999
13	Мьянма	1045,6	1999
14	Чили	922	2000
15	Вьетнам	891,2	1999
16	Республика Конго	832	1987
17	Аргентина	814	2000
18	Папуа — Новая Гвинея	801	1987
19	Боливия	622,5	2000
20	Малайзия	580	1999
21	Филиппины	479	1999
22	Камбоджа	476,1	1999
23	Мексика	457,2	2000
24	Эквадор	432	2000
25	Япония	430	1999
26	Таиланд	409,9	1999
27	Австралия	398	1995
28	Новая Зеландия	397	1995
29	Норвегия	381,4	2005
30	Мадагаскар	337	1984

Вода – единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно меняется в зависимости от местонахождения и возможностей применения.

Пресная вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще около 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% – на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.

Основным источником пресной воды являются атмосферные осадки, но для потребительских нужд могут также использоваться и два других источника: подземные и поверхностные воды.

Подземные источники

Примерно 98% всей пресной воды в жидком состоянии приходится на подземные воды, причем около 50% из них залегает на глубинах не более 800 м. Однако объем доступных подземных вод определяется свойствами водоносных горизонтов и мощностью откачивающих воду насосов. Запасы подземных вод в Сахаре оцениваются примерно в 625 тыс. кубических километров. В современных условиях они не пополняются за счет поверхностных пресных вод, а при откачке истощаются. Некоторые наиболее глубоко залегающие подземные воды вообще никогда не включаются в общий круговорот воды, и только в районах активного вулканизма такие воды извергаются в форме пара. Однако значительная масса подземных вод все же проникает на земную поверхность: под действием силы тяжести эти воды, двигаясь вдоль водонепроницаемых наклонно залегающих пластов горных пород, выходят у подножий склонов в виде источников и ручьев. Кроме того, они откачиваются насосами, а также извлекаются корнями растений и затем в процессе транспирации поступают в атмосферу.

Зеркало грунтовых вод представляет собой верхний предел доступных подземных вод. При наличии уклонов зеркало грунтовых вод пересекается с земной поверхностью, и образуется источник. Если подземные воды находятся под большим гидростатическим давлением, то в местах их выхода на поверхность формируются артезианские источники.

С появлением мощных насосов и развитием современной буровой техники извлечение подземных вод облегчилось. Для обеспечения подачи воды в мелкие колодцы, установленные на водоносных горизонтах, применяются насосы. Однако в скважинах, пробуренных на большую глубину, до уровня напорных артезианских вод, последние поднимаются и насыщают вышележащие грунтовые воды, а иногда выходят на поверхность. Подземные воды перемещаются медленно, со скоростью нескольких метров за сутки или даже за год. Ими обычно насыщены пористые галечные или песчаные горизонты или относительно водонепроницаемые пласты глинистых сланцев, и лишь изредка они сосредоточены в подземных полостях или в подземных потоках. Для правильного выбора места бурения колодца обычно требуются сведения о геологическом строении территории.

В некоторых частях земного шара растущее потребление подземных вод имеет серьезные последствия. Откачка большого объема подземных вод, несопоставимо превышающего их естественное пополнение, приводит к нехватке влаги, а понижение уровня этих вод требует больших затрат на дорогостоящую электроэнергию, используемую для их извлечения. В местах истощения водоносного горизонта земная поверхность начинает проседать, и там осложняется восстановление водных ресурсов естественным путем.

В прибрежных районах чрезмерный забор подземных вод приводит к замещению пресной воды в водоносном горизонте морской, соленой, и таким образом происходит деградация местных источников пресной воды.

Постепенное ухудшение качества подземных вод в результате накопления солей может иметь еще более опасные последствия. Источники солей бывают как природными (например, растворение и вынос минералов из грунтов), так и антропогенными (внесение удобрений или чрезмерный полив водой с высоким содержанием солей).

Реки, питающиеся от горных ледников, обычно содержат менее 1 г/л растворенных солей, но минерализация воды в иных реках достигает 9 г/л вследствие того, что они на большом протяжении дренируют территории, сложенные соленосными породами.

В результате беспорядочного сброса или захоронения токсичных химических веществ происходит их просачивание в водоносные горизонты, являющиеся источниками питьевой или ирригационной воды. В ряде случаев достаточно всего нескольких лет или десятилетий, чтобы вредные химические вещества попали в подземные воды и накопились там в ощутимых количествах. Однако если водоносный горизонт был однажды загрязнен, для его естественного самоочищения потребуется от 200 до 10 000 лет.

Поверхностные источники

Лишь 0,01% от общего объема пресной воды в жидком состоянии сосредоточена в реках и ручьях и 1,47% – в озерах. Для накопления воды и постоянного обеспечения ею потребителей, а также для предотвращения нежелательных паводков и производства электроэнергии на многих реках сооружены плотины. Наибольшие средние расходы воды, а следовательно, и наибольший энергетический потенциал имеют Амазонка в Южной Америке, Конго (Заир) в Африке, Ганг с Брахмапутрой в южной Азии, Янцзы в Китае, Енисей в России и Миссисипи с Миссури в США.

Естественные пресноводные озера, вмещающие около 125 тыс. кубических километров воды, наряду с реками и искусственными водохранилищами являются важным источником питьевой воды для людей и животных. Они также используются и для орошения сельскохозяйственных земель, навигации, рекреации, рыболовства и, к сожалению, для сброса бытовых и промышленных стоков. Иногда вследствие постепенного заполнения наносами или засоления озера пересыхают, однако в процессе эволюции гидросферы в некоторых местах образуются новые озера.

Уровень воды даже в «здоровых» озерах может понижаться в течение года в результате стока воды через вытекающие из них реки и ручьи, из-за просачивания воды в грунт и ее испарения. Восстановление их уровня обычно происходит за счет осадков и притока пресной воды впадающих в них рек и ручьев, а также из родников. Однако в результате испарения накапливаются соли, поступающие с речным стоком. Поэтому спустя тысячелетия некоторые озера могут стать очень солеными и непригодными для обитания многих живых организмов.

Жизненно важным компонентом цикла воспроизводства пресной воды являются и переувлажненные территории – болота. Их консервация и устойчивое использование должны стать составной частью преодоления кризиса, проблемы с пресной водой. Именно переувлажненные территории поставляют пресную воду, причем от их наличия зависит не только количество, но и качество пресной воды. Именно поэтому поддержание жизнеспособности переувлажненных территорий – необходимое условие обеспечения человечества пресной водой.

Получение пресной воды из айсбергов

Колоссальные ресурсы чистой и пресной воды (около 2 тыс. км3) заключены в айсбергах, 93% которых дает материковое оледенение Антарктиды.

Впервые идею использовать айсберги в качестве источника пресной воды высказал еще в XVIII веке великий британский мореплаватель капитан Джеймс Кук. Он предлагал использовать их для пополнения запасов воды на кораблях дальнего плавания.

Важный запас ледяных гор, ежегодно откалывающихся от ледников, плавающих в океане, примерно равен количеству воды, содержащемся в руслах всех рек мира и в 4-5 раз превышающему то, что могут дать все опреснители мира. Стоимость пресной воды, содержащейся в айсбергах, образующихся только за 1 год, оценивается в триллионы долларов.

Однако при использовании водных ресурсов айсбергов большие сложности возникают на стадиях разработки и осуществления способов доставки их к засушливым районам побережья. Определенная масса айсбергов должна перевозиться определенной скоростью, определенным количеством буксиров. Кроме того, на время транспортировки айсберг должен быть защищен от жары пластиковым материалом, что позволяет потерять за время пути не более 1/5 его объема. Интерес к антарктическому источнику водоснабжения проявляют США, Канада, Франция, Саудовская Аравия, Египет, Австралия и другие страны.

Дефицит пресной воды

Кончилось время, когда пресную воду рассматривали как бесплатный дар природы; рост дефицита, увеличивающиеся затраты на содержание и развитие водного хозяйства, на охрану водоемов делают воду не только даром природы, но и во многом продуктом человеческого труда, сырым материалом в дальнейших процессах производства и готовым продуктом в социальной сфере.

В августе 2002 года в Йоханнесбурге состоялся всемирный саммит, посвященный устойчивому развитию. На саммите прозвучала и стала достоянием СМИ статистика, вызывающая тревогу:

1,1 млрд. человек уже не имеет безопасную питьевую воду;
1,7 млрд. проживает в местах, испытывающих дефицит пресной воды;
1,3 млрд. человек живет в условиях крайней бедности.

Если учесть, что глобальное потребление пресной воды с 1990 по 1995 год возросло в 6 раз, при двукратном росте населения, то проблема с пресной водой со временем будет все более усугубляться.

Прогноз же на 2025 год – просто пугает: из каждых трех человек, двое будут испытывать недостаток пресной воды, поэтому изучение условий ее воспроизводства – актуальнейшая задача.

Решить проблему дефицита пресной воды пытаются по нескольким взаимосвязанным направлениям:

рационализировать водопользование, с тем, чтобы потери воды свести до минимума и осуществить переброску части вод из районов с избыточным увлажнением в районы, где ощущается дефицит влаги;
кардинальными и эффективными мерами предотвратить загрязнение рек, озер, водохранилищ и других водоемов и создать крупные резервы пресной воды;
расширить использование новых источников пресной воды.

Опреснение вод Мирового океана

Проблемой опреснения океанских и морских вод занимаются органы ООН, Международное агентство по атомной энергии, национальные организации более чем 15 стран мира. Усилия ученых и инженеров направлены на разработку эффективных мер по комплексному использованию вод Мирового океана, при котором извлечение из них полезных компонентов сочетается с производством чистой воды. Такой путь позволяет наиболее эффективно осваивать водные богатства океана.

Опреснение соленых вод Мирового океана перспективно, тем белее, что большие площади засушливых и мало обводнённых территорий примыкают к его берегам или находятся поблизости от них. Таким образом, океанские и морские воды служат сырьевыми ресурсами для промышленного использования. Их огромные запасы практически неисчерпаемы, но они на современном уровне развития техники не везде могут рентабельно эксплуатироваться из-за содержания в них растворенных веществ.

В настоящее время известно примерно 30 способов опреснения морской воды. В частности, пресная вода получается при испарении или дистилляции, вымораживании, использовании ионных процессов, экстракции и т. п. Все способы превращения соленой воды в пресную требуют больших затрат энергии. Например, при опреснении путем дистилляции расходуется 13-14 кВт/ч на 1 т продукции. В общем, на долю электроэнергии приходится примерно половина всех издержек на опреснение, их другая половина идет на ремонт и амортизацию оборудования. Таким образом, стоимость опресненной воды зависит в основном от стоимости электроэнергии.

Однако там, где для жизнеобеспечения людей не хватает пресной воды и есть условия для строительства опреснителей, стоимостной фактор отступает на второй план. В некоторых районах опреснение, несмотря на его высокую стоимость экологически выгоднее, чем привоз воды издалека.

Опреснение соленых вод развивается достаточно интенсивно. В результате чего каждые два-три года суммарная производительность установок удваивается. Промышленное опреснение океанских и морских вод в приатлантических странах ведется на Канарских островах, в Тунисе, Англии, на острове Аруба в Карибском море, Венесуэле, на Кубе, в США и др.

Интересные факты

В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.
В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем количество воды в Мировом океане.
При средней глубине в 3,6 км Мировой океан покрывает около 71 % поверхности планеты и содержит 97,6 % известных мировых запасов свободной воды.
Если бы на Земле не было впадин и выпуклостей, вода покрыла бы всю Землю, и её толщина была бы 3 км.
Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.
Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре −1,91 °C.
Иногда вода замерзает при положительной температуре.
При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю.
Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.
Синий цвет чистой океанской воды объясняется избирательным поглощением и рассеянием света в воде.
С помощью капель воды из кранов можно создать напряжение до 10 киловольт, опыт называется «Капельница Кельвина».
Существует следующая поговорка с использованием формулы воды — H2O: «Сапоги мои того — пропускают H2O». Вместо сапог в поговорке может участвовать и другая дырявая обувь.
Вода — это одно из немногих веществ на Земле, которые расширяются при переходе из жидкой фазы в твёрдую (кроме воды, таким свойством обладают висмут, галлий, свинец и некоторые соединения и смеси).
Вода может гореть, если ее поместить в атмосферу с фтором, иногда даже с взрывом. При этом выделяется кислород.

Озеро Восток

«Открытие озера Восток — одно из крупнейших географических открытий второй половины XX века»

Озеро Восток

Координаты: Координаты: 78°28′00″ ю. ш. 106°48′00″ в. д. / 78.466667° ю. ш. 106.8° в. д. ^(G) ^(O) ^(Я)
Расположение	Антарктида
Длина	250 км
Ширина	50 км
Площадь	15500 км²
Объём	6343 км³
Длина береговой линии	1010 км
Наибольшая глубина	более 1200 м

Озеро Восток — крупнейшее подлёдное озеро в Антарктиде. Озеро расположено в районе антарктической станции «Восток» (77° южной широты, 105° восточной долготы) под ледяным щитом толщиной около 4000 м и имеет размеры приблизительно 250×50 км. Предполагаемая площадь 15,5 тыс. км². Глубина более 1200 м.

Озеро Восток уникально, прежде всего, тем, что, возможно, находилось в изоляции от земной поверхности на протяжении сотен тысяч лет. Естественным изолятором озера служил и служит четырёхкилометровый ледяной панцирь над ним. Как полагают учёные, в водах озера могут обитать живые организмы, ибо в нём имеются все необходимые для жизни факторы:

Пресная вода, содержание кислорода в которой примерно в 50 раз выше, чем в обычной пресной воде. Кислород в воды озера доставляют постепенно опускающиеся в глубины верхние слои льда.

Температура воды весьма высокая — не менее 10 °C в глубине. Тепло озеро получает, скорее всего, от подземных геотермальных источников. Температура на границе вода-лёд составляет −3,2 °C. Давление воды в озере, согласно расчётам, более 300 атмосфер (давление создаётся толщей льда), но микроорганизмы могли приспособиться к таким условиям. Микроорганизмы, приспособленные к жизни в таких удивительных условиях, изолированные от земной биосферы (а значит, и эволюционные процессы там протекали по-другому), могут обладать уникальными свойствами.

Название озеро получило от советской (теперь российской, с международным экипажем) научной станции Восток, работающей в этом районе с 1957 года. $d:\desktop\lake_vostok_drill_2011.jpg$

Заключение

В истории нашей планеты вода имеет исключительно важное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования.

Не менее важна роль воды и для жизни растительного и животного мира Земли. Вода может существовать без всякого участия жизни, но жизнь без воды невозможна. Уже один этот факт дал право нашим предкам утверждать, что вода появилась на Земле раньше, чем зародилась жизнь.

Вода — одно из немногих веществ, которое может в земных условиях находиться во всех трёх физических состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.

Благодаря повседневному обращению с водой мы так привыкли к ней и к её разнообразным проявлениям в природе, что часто не замечаем целого ряда её отличительных свойств. А ведь именно этим свойствам мы обязаны тем, что наши озёра и реки не промерзают зимой до дна, что сильные весенние паводки сравнительно редки, что, замерзая, вода может производить большие разрушения и т. д. Многие привычные нам явления природы связаны именно с особенностями воды.

Велика роль воды и в технике. Невозможно представить такую отрасль промышленности, где бы в том или другом виде не применялась вода. Вода служит источником энергии. Вода переносит тепло. Вода используется как прекрасный растворитель для многих веществ. Вода является той средой, в которой протекает огромное количество различных химических процессов.

И сохранение чистой, питьевой воды на нашей планете является бременем нашего и будущих поколений.

Список литературы

Габуда С. П. Связанная вода. Факты и гипотезы, Новосибирск: Наука, 1982. – 159 с.
Сб. Структура и роль воды в живом организме, Л.: Изд. ЛГУ, 1966. – 208 с.
Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача, Екатеринбург: изд. "Уральский рабочий", 1994. – 378 с.
Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология, т. 1.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 368 с.
Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам М.: Мир, 1980. – 662 с.
Зенин С. В. Водная среда как информационная матрица биологических процессов. В кн. Тезисы докладов 1 Международного симпозиума, Пущино, 1997, с. 12-13.
Смит С. Электромагнитная биоинформация и вода. Вестник биофизической медицины, 1994 №1, с. 3-13.
Антонченко В. Я., Ильин В. В. Проблемные вопросы физики воды и гомеопатии. Вестник биофизической медицины, 1992 №1, с.11-13.
Сайты:
- Wikipedia(ru.wikipedia.org)

Оглавление