Występowanie wody na Ziemi
Nie było by życia na naszej planecie bez wody: wszak to w pierwotnym oceanie, osłonięte przed działaniem promieni nadfioletowych, narodziły się i rozmnożyły pierwsze istoty życia. Bez wody życie musiałoby zniknąć, bowiem wszystkie komórki są nią otoczone.
Tak oto zwierzęta i rośliny uczestniczą w obiegu wody. Ona zaś przenikając w glebę i skały rozpuszcza w nich sole mineralne oraz substancje organiczne służące do budowania materii żywej. Kula ziemska to przede wszystkim woda: mamy jej na naszym globie 1500 mln km3.
Morza i oceany stanowią 95% zasobów wody na Ziemi. Jest to woda słona. Lodowce polarne "uwięziły" 2% wody. Niewielka pozostałość to słodkie wody śródlądowe: warstwy wodonośne, jeziora i rzeki. Nieznaczną jej ilość zawiera także para atmosferyczna i to ona właśnie utrzymuje życie na powierzchni lądów, jest także głównym sprawca obiegu wody: para skrapla się, opady wsiąkają w skały lub spływają do morza, a w końcu znowu parują.
Wody podziemne, oczyszczone w sposób naturalny, są naszym cennym bogactwem, który powinniśmy mądrze gospodarować na całej planecie. Właśnie, dlatego hydrologia stała się dziedziną wiedzy o podstawowym znaczeniu dla naszej przyszłości.
Woda na Ziemi występuje przede wszystkim w stanie ciekłym w oceanach, morzach, wodach lądowych, powierzchniowych, z także w wodach gruntowych.
W stanie stałym woda występuje w postaci lodu, śniegu i szronu. Cała Antarktyda stanowi lądolód pokryty wiecznym śniegiem. Biegun północny pokrywa lodowiec. Wieczna zmarzlina na północnych obszarach Azji i Ameryki zawiera również wodę w stanie ciekłym. Wieczny śnieg w wysokich partiach gór, to także zestalona woda. W naszym klimacie woda w stanie stałym występuje w zimie jako lód na powierzchni rzek i jezior oraz w postaci opadów śniegu.
Budowa cząsteczki wody
Woda jest związkiem chemicznym, którego cząsteczki są zbudowane z atomów wodoru i tlenu. Wodór jest pierwiastkiem jednowartościowym, a tlen dwuwartościowym, wiec w cząsteczce wody jeden atom tlenu łączy się z dwoma atomami wodoru:
H H
\ /
O
Wiązanie między atomami stanowią pary elektronów, w których jeden elektron pochodzi od atomu tlenu, a drugi od atomu wodoru.
W cząsteczce wodoru taka para elektronów łączy dwa identyczne atomy wodoru:
H : H
Obieg wody w przyrodzie
Całkowita ilość wody w przyrodzie jest stała. Dzięki właściwości występowania w warunkach naturalnych w trzech stanach skupienia woda podlega stałemu krążeniu. Większość wody jest zgromadzona w morzach i oceanach. Lądy otrzymują wodę z opadów atmosferycznych. Część wód opadowych wyparowuje, część w wyniku spływu powierzchniowego dostaje się do cieków wodnych, a z nimi do mórz i oceanów, reszta wsiąka w grunt zasilając wody gruntowe; woda zatrzymana w glebie zwiększa jej wilgotność. Parowanie wody odbywa się zarówno z powierzchni wód, gleby jak i z innych organizmów a w szczególności roślin(transpiracja). Para wodna przedostaje się do atmosfery a tam wraz z deszczem ponownie powraca do ziemi.
Woda w organizmach żywych
Rośliny lądowe zawierają od 50% do 90% wody, zwierzęta od 60% do 80%. Organizm roślin i zwierząt wodnych składa się nawet w 90% z wody. W naszym organizmie jest 65% wody, a w mózgu ludzkim woda stanowi 80%. Mówiąc żartobliwie, wody z mózgu nie trzeba robić, bo i tak jest jej tam bardzo dużo. Cała biosfera, tzn. wszystkie żywe organizmy, które rosną, chodzą, pływają, latają czy w inny sposób bytują na Ziemi, składają się z przeważającej mierze z wody. Żywy organizm pozbawiony wody gnije. Woda jest więc związkiem chemicznym niezbędnym dla życia.
W organizmie człowieka woda znajduje się głównie w tkankach i płynach ustrojowych. Jest ona stale wydalana z organizmu w postaci moczu, potu w procesie oddychania. Organizm uzupełniać poziom wody. Dlatego dorosły człowiek przyswaja codziennie ok. 3dm3 wody pod różnymi postaciami. Człowiek może bez jedzenia przeżyć kilkadziesiąt dni, natomiast bez oleje, więc miała obrzydliwy smak. W końcu bliscy śmierci spotkali karawanę Beduinów. Saint Exupery wody umiera po kilku dniach.
Francuski pisarz i lotnik ANTONIE de SAINT EXUPERY w książce Ziemia, planeta ludzi opisał wypadek rozbicia samolotu na Saharze, jaki zdarzył mu się w czasie rajdu Paryż – Sajgon w 1936 r. Razem z kolegą w ciągu pięciu dni, mając jedynie nieco kawy i dwie pomarańcze przeszli wiele km odchodząc od wraku samolotu w poszukiwaniu jakiejś oazy i do niego wracając. Próbowali zebrać rosą skroploną w nocy na częściach samolotu, ale rozpuszczały się w niej smaru i różne pisząc swą książkę umieściła w niej najwymowniejsze słowa o wodzie, jakie zna literatura.
..."Wodo, nie masz ani smaku, ani koloru, ani zapachu, nie można ciebie opisać, pije się ciebie nie znając ciebie . Nie jesteś niezbędna do życia, jesteś samym życiem...jesteś największym bogactwem, jakie istnieje na świecie. Jesteś największą czułością, ty jakże czysta w trzewiach ziemi. Można umrzeć o krok od słonego jeziora. Można umrzeć mimo dwóch litrów rosy, jeśli rozpuściły się w niej sole. Czysta, nie zgadzasz się na żadną mieszaninę, nieskazitelna, nie zniesiesz żadnego fuszerstwa, jeśli obraźliwym bóstwem...Ale obdarzasz nas szczęściem nieskończenie prostym."
Zanieczyszczenia wody
Rzeki i morza w dzisiejszych czasach są zbiornikami odpadów na całym świecie. Usuwa się do nich nadmierne ilości ścieków bytowych, nawozów i innych toksycznych związków chemicznych, niszczących występujące formy życia. Nawet czysta woda, gdy wraca do rzek i jezior po podgrzaniu w przemysłowych układach chodzenia, podnosi temperaturę naturalnych zbiorników wodnych zmieniając ich charakter. Odpady przemysłowe mogą powodować również zanieczyszczenia wody pitnej. Degeneracja środowiska naturalnego i wzrastające zapotrzebowanie na wodę spowodowały brak wód źródlanych i gruntowych. W tej sytuacji człowiek zaczął wykorzystywać wody powierzchniowe rzek i strumieni. Dopóki były one czyste, stanowiły znakomity "magazyn" wody pitnej; żyły w nich rośliny i zwierzęta powiązane z zależnościami pokarmowymi. Tworzyły zamknięty obieg materii. Liczba roślin i zwierząt była na tym samym poziomie, dzięki temu wody te naturalnie się sam oczyszczały. Kiedy do zbiorników wodnych zaczęły się dostawać środki piorące, ścieki przemysłowe, nawozy mineralne, została zaburzona równowaga biologiczna. Życie w tych rzekach zamarło lub zamiera. Niszcząc życie w wodzie, człowiek zakłócił również proces samooczyszczenia. Aby woda tych rzek nadawała się do spożycia, należy ją uzdatnić. Następuje to przez dwu- lub trzystopniowe sztuczne oczyszczanie:
I stopień - to oczyszczalnia mechaniczna. Na zamontowanych w niej siatkach,
zatrzymują się puszki, szmaty i inne przedmioty.
Oprócz siatek (sita) stosuje się w nich piasek i węgiel drzewny.
II stopień – to oczyszczalnia biologiczna. Do zbiorników z brudną wodą wprowadza się
mikroorganizmy, które rozkładają zanieczyszczenia organiczne
i nieorganiczne.
III stopień – to oczyszczanie chemiczne. Stosuje się je wówczas, gdy w wodzie występują
nadal substancje trujące, z którymi nie poradziły sobie mikroorganizmy.
Budowa oczyszczalni to gwarancja uzyskania wody pitnej, gdyż wód
naturalnie czystych lub o małym zanieczyszczeniu jest bardzo mało. Są to
jedynie wody źródlane i górne odcinki niektórych rzek.
Zanieczyszczenia wód w zależności od ich pochodzenia i sposobu działania dzielmy na:
- komunalne
- przemysłowe
- rolne
Przez zanieczyszczenia komunalne rozumiemy przede wszystkim ścieki powstające wskutek działalności człowieka i będące mieszanina odpadów z gospodarstwa domowego- wydalin fizjologicznych człowieka i zwierząt, odpadów ze szpitali, pralni i tych zakładów przemysłowych, które nie wymagają specjalnego oczyszczenia lub osobnego odprowadzenia ścieków. W związku z tym ścieki komunalne mogą zawierać bardzo różne substancje gdyż nie ma możliwości kontrolowania np., co jest wlewane do zlewów. Ścieki w ogólnej swej masie zawierają przede wszystkim wodę, której ilość dochodzi nawet do 99,9%. Same, więc zanieczyszczenia stanowią w istocie niewielki procent ścieków. Znaczną jednak część tych zanieczyszczeń stanowią związki organiczne, głównie tłuszcze i białka i cukrowce, które podlegają rozkładowi bakteryjnemu, co zwłaszcza w odniesieniu do procesów gnilnych białek powoduje nieprzyjemną woń ścieków. Przy większych stężeniach procesy te powodują spadek zawartości tlenu w rzekach, do których wpływają ścieki, a to z kolei prowadzi do zaniku organizmów żywych. Część ścieków stanowią ciała stałe, występujące zwykle jako zawiesiny. W związku z opracowaniem wielu nowych środków myjnych i piorących, w ściekach miejskich zwiększyła się ilość detergentów. Są to środki powierzchniowo czynne, powodujące całkowite zmywanie z organizmów wodnych powłok ochronnych z powierzchni ciał. W rezultacie są one zabójcze dla świata żywego. Szczególnie niebezpiecznym składnikiem ścieków komunalnych są wirusy i chorobotwórcze bakterie. Stałym elementem ścieków jest pałeczka okrężnicy (bakteria), która sama nie stanowi zagrożenia dla człowieka, lecz liczebność jej występowania w ściekach jest wskaźnikiem obecności czynników wywołujących tyfus, dur brzuszny.
Zanieczyszczenia przemysłowe mogą dostawać się do wód, bezpośrednio, w postaci ścieków przemysłowych lub z atmosfery, jako zanieczyszczenia powietrza. Są to różnego rodzaju pyły oraz zwójki chemiczne nieorganiczne i organiczne. W pobliżu kopalni węgla kamiennego w rzekach gromadzą się pyły węglowe, które powodują spłycanie rzek i zmieniają charakter dna. Podobne zmiany powodują inne nieorganiczne i nierozpuszczalne zawiesiny mineralne. Do nieorganicznych zanieczyszczeń rozpuszczalnych należą sole mineralne wpływające na właściwości chemiczne wody. Jednym poważniejszych źródeł zasolenia wód są emisje dwutlenku węgla i siarki do atmosfery. Po przejściu w kwas siarkowy, związki te dostają się na powierzchnię ziemi i do wód w postaci kwaśnych deszczów. W ten sposób zakwaszają glebę lub wodę i mogą dalej przechodzić w siarczany. Inne sole pochodzą z przemysłu chemicznego i górnictwa. Szczególnie toksyczne są sole metali ciężkich (ołów, miedź, rtęć), które działają zabójczo na organizmy żywe. Zanieczyszczenia organiczne powstają w trakcie produkcji mas plastycznych w przemyśle gumowym, a przede wszystkim przy rafinacji ropy naftowej. Są to głównie węglowodany. Gazownie, destylarnie smoły, przemysł naftowy, wytwórnie barwników i tworzyw sztucznych, są źródłem fenoli- są to substancje silnie toksyczne i wywołujące oparzenia skóry. Do zanieczyszczeń należy także zaliczyć odpady z gorzelni, browarów, cukrowni, a nawet z przemysłu mięsnego. Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń przemysłowych są zanieczyszczenia termiczne, związane ze spuszczeniem do zbiorników wodnych wód ciepłych lub gorących. Są to wody teoretycznie czyste, które zostały wykorzystane do chłodzenia w różnych procesach przemysłowych. Ich specyficznym "zanieczyszczeniem" jest właśnie wysoka temperatura. Wody te powodują podniesienie temperatury naturalnych jezior lub sztucznych zbiorników wodnych i prowadzą do poważnych zmian we florze i faunie danego zbiornika. Również wiele mórz i oceanów cierpi z powodu wycieków z ropą naftową. Ropa pokrywa powierzchnię wody, a przez to, to co w oceanie się znajduje umiera.
Zanieczyszczenia rolne dotyczą z jednej strony nawozów i środków ochrony roślin, które przez wody opadowe, są spłukiwane do zbiorników wodnych, z drugiej strony – ścieków z intensywnych hodowli zwierząt. Bezściółkowa hodowla bydła i trzody chlewnej w bardzo dużych fermach hodowlanych daje duże ilości gnojowicy i innych zanieczyszczeń biologicznych. Zanieczyszczenia powodowane przez nawozy mineralne i środki ochrony roślin są związane z chemizacją rolnictwa. Chodzi tu głównie o nawozy azotowe, fosforowe i potasowe oraz o całą grupę środków zaliczanych do pestycydów. Nawozy mineralne po dostaniu się do wód działają na niektóre rośliny wodne podobnie jak na rośliny lądowe, przyspieszając ich wzrost i rozwój. Rezultacie dochodzi do nadmiernej produkcji roślin i znacznie przyspieszonego zarastania jezior i innych zbiorników wodnych.
Szeroko rozumiana opinia publiczna zdecyduje, czy nadal wzrost ekonomiczny będzie ważniejszy niż ochrona zdrowia i środowiska człowieka. Główną siłą współczesnych społeczeństw stają się "zieloni" politycy i partie zielonych uzyskujące znaczne sukcesy wyborcze w kilku państwach Europy zachodniej.
Pewne oznaki wskazują, że świat zmierza do stawania czoła z zagrożeniami ekologicznymi, jednakże samo uznanie przez rządy wagi problemu nie wystarczy.
My musimy zacząć dbać o Ziemię.
Powietrze
Jest mieszanina gazów, z których składa się atmosfera ziemska.
Głównymi jego składnikami są; azot stanowiący ok. 78% i tlen ok. 21%.Pozostala część stanowią inne gazy; argon, dwutlenek węgla oraz w niewielkich ilościach; neon, hel, krypton, ksenon i wodór. Ponadto powietrze zawiera różna, zależna od warunków otoczenia ilość pary wodnej.
Procentowa zawartość głównych składników powietrza nie ulega zmianie od poziomu morza do wysokości 80 km nad powierzchnia Ziemi; wyjątek stanowią: para wodna i aerozole atmosferyczne, występujące głównie w warstwach powietrza znajdujących się bliżej powierzchni Ziemi. Polowa zawartej w atmosferze pary wodnej występuje poniżej wys. 1,5 km oraz ozon, który koncentruje się na wys. 20-30 km. Powyżej wys. 80 km powietrze staje się bardziej rozrzedzone, a jego skład ulega zmianie w wyniku procesów zachodzących pod wpływem krótkofalowego promieniowania słonecznego i promieniowania kosmicznego (dysocjacji cząsteczek, jonizacji cząsteczek i atomów oraz reakcji fotochemicznych).
Powietrze wywiera ciśnienie na powierzchnie Ziemi i przedmioty w nim się znajdujące (ciśnienie atmosferyczne). Stanowi ośrodek, w którym przebiegają najważniejsze procesy życiowe organizmów: procesy utleniania i spalania.
Jest surowcem, dla przemysłu azotowego, a także stosowane jako środek przenoszący ciepło lub masę w procesach ogrzewania, chłodzenia, suszenia, nawilżania; sprężone powietrze jest używane do poruszania maszyn pneumatycznych.
Powietrze skroplone jest błękitną, ruchliwa cieczą (po raz pierwszy powietrze skroplili 1883 Z. Wróblewski i K.Olszewski). W tej postaci jest stosowane głównie do otrzymywania tlenu, azotu i gazów szlachetnych oraz do wytwarzania niskich temperatur.
Przestrzenny skład powietrza jest bardzo zróżnicowany, gdyż stale emitowane są do niego zanieczyszczenia z różnych emitorów.
Emitorami są wszystkie źródła, które emitują, wyrzucają w powietrze substancje zanieczyszczające powodując zanieczyszczenie powietrza.
Zanieczyszczenia powietrza
Zanieczyszczenie powietrza wywołane działalnością gospodarczą człowieka stanowi poważny problem w obszarach miejskich. Jest to element, który modyfikuje klimat miasta, wpływając jednocześnie negatywnie na stan środowiska przyrodniczego, gospodarkę i zdrowie człowieka. Duża koncentracja różnego rodzaju zakładów przemysłowych i źródeł energii oraz wzmożony ruch samochodowy w miastach odgrywają poważną rolę w dostarczaniu i gromadzeniu się w powietrzu atmosferycznym dużych ilości szkodliwych substancji. Charakterystycznymi dla miasta skutkami zanieczyszczenia powietrza jest występowanie smogu lub też osadzanie się znacznych ilości pyłów i sadzy.
Innym czynnikiem prowadzącym do uwalniania do atmosfery dużych ilości szkodliwych substancji są awarie techniczne w elektrowniach lub zakładach przemysłowych. Mogą one prowadzić do bardzo poważnych w skutkach katastrof, których efektem jest trwała degradacja środowiska przyrodniczego. Awarie takie są też poważnym zagrożeniem dla zdrowia i życia człowieka. Zanieczyszczenie powietrza może też niekiedy stanowić problem międzynarodowy. Przykładem może być obszar Czarnego Trójkąta, położony na granicy trzech państw: Polski Czech i Niemiec, gdzie znajdują się trzy duże zagłębia węgla brunatnego.