Океан и его ресурсы

Океан (мировой океан) – водная оболочка, покрывающая большую часть земной поверхности (4/5 в Южном полушарии и более 3/5 в Северном).

Лишь местами земная кора, вздымается над поверхностью океана, образуя континенты, острова, атоллы и др. Средняя глубина Мирового океана 3700м. , наибольшая – 11022м. (Марианский желоб). Объём вод мирового океана 1338000000 м3.

Хотя мировой океан представляет собой единое целое, для удобства исследования его отдельными частям присвоены различные названия: Тихий, Атлантический, Индийский, Северно-Ледовитый океаны. Наиболее крупные из них - Тихий, Атлантический и Индийский.

И океан и атмосфера представляют собой текущие среды, в которых существует жизнь; их свойства определяют среду обитания организмов. Циркулярные потоки в атмосфере влияют на общую циркуляцию волн в океанах, а от состава и температуры воздуха в сильной степени зависят свойства океанических вод. Океан является источником многих протекающих в атмосфере процессов. Климатический режим и другие климатические характеристики местности на любой широте могут изменяться по направлению от побережья в глубь материка. По сравнению с сушей океан медленнее нагревается летом и медленнее остывает зимой, сглаживая колебания температуры на прилежащей суше.

Атмосфера получает от океана значительную часть тепла и водяного пара. Пар поднимается, конденсируется, образуя облака, которые переносятся ветрами и поддерживают жизнь на планете, проливаясь в виде дождя или снега. Однако в тепловом влагообмене участвуют только поверхностные воды, более 95% воды находятся в глубинах, где её температура остаётся практически неизменной. Благодаря тому, что вода в океане постоянно перемешивается волнами и течениями, её состав почти одинаков во всех океанах. Плотность морской воды примерно 1,03, т. е несколько выше, чем плотность пресной воды (1,0). Плотность воды в океане меняется с глубиной из-за давления вышележащих слоёв, а также в зависимости от температуры и солености. В наиболее глубоких местах океана воды обычно более солёная и холодная. Преобладающая синяя окраска морской воды связана с рассеянием солнечных лучей взвешенными в воде мелкими частицами. Морская вода для видимого света по сравнению с воздухом, но более прозрачна по сравнению с большинством других веществ. Зарегистрировано проникновение солнечных лучей в океан до глубины 700м. Скорость распространения звука в воде колеблется, составляя в среднем 1500м в секунду. Электропроводность морской воды примерно в 4000 раз выше, чем электропроводность пресной воды. Высокое содержание солей препятствует её использованию для орошения и полива сельскохозяйственных культур. Для питья она также не пригодна.

3. Берега.

На картах хорошо видно необычное разнообразие берегов. В качестве примеров можно отметить берега, изрезанные заливами, с островами и извилистыми проливами (в штате Мэн, на юге Аляски и в Норвегии); берега относительно простых очертаний, как на большей части западного побережья США; глубоко проникающие ветвящиеся заливы (напр. , Чесапикский) в средней части атлантического побережья США; выступающий низменный берег Луизианы около устья р. Миссисипи. На песчаных побережьях в результате волновой деятельности сформировались низкие барьерные острова, вытянутые вдоль берега. Встречаются они у южного и южно-восточного берегов США. Иногда барьевые острова образуют аккумулятивные выступы берега. В устьях рек, несущих большое количество наносов, возникают дельты. На тектонических блоковых берегах могут образовываться прямолинейные абразионные уступы (клифы). Во многих местах развитие берегов протекало таким образом, что заливы, образовавшиеся при затоплении устьев рек, продолжали существовать, например, Чесапикский залив. Пляжи всегда ценились человеком. Различают несколько видов пляжей: протяженные, прямолинейные, окаймляющие с внешней стороны барьевые острова. Для них характерны вдольбереговые ложбины. Скалистые берега образуют множество мелких бухточек с небольшими участками пляжей.

4. Рельеф дна.

Рельеф дна мирового океана характеризуется большим разнообразием, которое нашло отражение на современных батиметрических картах. Расчлененность рельефа дна океана не уступает расчлененности рельефа суши. Как и на материках, на дне океана протянулись обширные равнины, плато, горные цепи, ущелья и т. д. Однако рельеф дна океана, за исключением вулканических районов, отличается большей стабильностью, чем рельеф суши, ибо воздействие на него экзогенных процессов значительно сглажено, а некоторые из них не проявляются совсем. В свете современных данных традиционное разделение дна Мирового океана на материковую отмель, материковый склон, ложе дна и глубоководные впадины, оказывается не точны. О. К. Леонтьев в качестве крупных морфоструктур дна выделяет а) подводную окраину материков; б) переходную зону; в) срединно-океанические хребты; г) ложе океана.

Таблица Схематический профиль дна океана

II Ресурсы.

1. Минеральные.

Минеральные богатства Мирового океана необходимо разделить на две группы: ресурсы, заключены непосредственно в воде, и ресурсы, залегающие на дне морей и океанов.

Вся масса океанической воды представляет собой жидкое «рудное тело». В её составе содержится практически все элементы таблицы Менделеева. Количественное содержание этих элементов различно. Некоторые из них составляют сотни тысяч и даже миллионы тонн на 1 км3 воды, другие содержатся в меньших количествах, а также, как золото, калий, висмут, ртуть, свинец, исчисляются к килограммах на 1 км3 воды. Ртути содержится 25 кг/км3, висмута – 25,0, таллия – 12,0, золота – 6,0 кг/км3.

Почти 80% объёма всех минеральных веществ, содержащихся в воде океана, падает на долю хлористого натрия (поваренной соли). В настоящее время именно поваренная соль извлекается в больших количествах из морской воды. Ежегодное потребление поваренной соли в мире достигает 25 млн. т. Около 1/3 этого количества получают из морской воды. Если на суше запасы соли сравнительно ограничены, то в Мировом океана общее содержание хлористого натрия достигает 38·1015т. Эти запасы могут обеспечить потребности человечества более чем на 1,5 млрд. лет.

Не менее ценный продукт – магний. Этот лёгкий металл широко используется в самолётостроении, в текстильной, бумажной промышленностях. При этом 40% мировой добычи составляет «морской» магний. Общие запасы магния в Мировом океане достигает 16·1014т.

Мировой океан богат не только растворёнными химическими элементами, но и минеральными запасами морского дна, которые встречаются в виде локализованных залежей и структур на поверхности или внутри толщи осадков и коренных пород. Они включают: а) жидкие и растворимые полезные ископаемы, которые можно добывать с помощью бурения скважин; б) рудные отложения под поверхностью дна; их добыча производится пока только в штольнях, идущих с берега; в) минеральные отложения на поверхности дна, которые можно извлекать вычерпыванием.

В котловинах некоторых полузакрытых бассейнов типа Красного моря обнаружены уникальные горячие рассолы с концентрацией минеральных веществ до 300‰, т. е почти в 10 раз выше, чем в обычной океанической воде. Лежащие под ними осадки богаты такими тяжёлыми металлами, как цинк, свинец, медь, серебро, золото. Подобные залежи могут встречаться и в других бассейнах с такими же рифтовыми долинами.

Минеральные ресурсы Мирового океана только начинают осваиваться. Им принадлежит большое будущее. Достаточно вспомнить, что на материках разведано около 90% площадей, благоприятных в смысле нефтеносности и залежей важнейших рудных ископаемых, а на континентальных шельфах – не более 10%. Ложе океана исследовано ещё в меньших масштабах.

2. Водные.

Одним из важнейших «полезных ископаемых» Мирового океана является сама вода, точнее, пресная вода. Объём пресных вод на земном шаре составляет 47,6 млн. км3: из них около 24 млн. км3 содержится во льдах полярных стран и в ледниках горных районов и около 23,5 млн. км3 в недрах земной коры. Поверхностные пресные воды (реки, озёра) и воды атмосферные составляют только 202 млн. км3. Объём воды, ежегодно возобновляющийся в процессе влагооборота, не превышает 45 млн. км3. Это и есть ресурсы пресной воды, которыми располагает человечество для удовлетворения своих потребностей в воде.

По мере роста потребностей в пресной воде для нужд сельского хозяйства и промышленности, бытовых нужд пополнение её резервов становится всё более насущной задачей. Подсчитано, что потребление воды на каждого жителя приближается к 300л. Особенно велик расход воды в сельском хозяйстве и промышленности. Для выращивания 1т. овощей в среднем необходимо 2 тыс. т. воды, для получения 1т. мяса требуется 20 тыс. т. воды. На выработку 1 т. бумаги расходуется 250т. воды, а на 1т капронового волокна – 5 тыс. т. пресной воды.

В связи с тем, что многие пресноводные водоёмы мира загрязнены и их вода для потребления не пригодна, уже к 2000г. возникает острая нехватка чистой пресной воды. Сейчас не хватает воды в ряде стран Африки, Азии, Латинской Америки.

Существует ряд проектов восполнения возрастающего дефицита пресной воды. Одни из них предусматривают создание системы водохранилища, другие – буксировку антарктических айсбергов к берегам стран, страдающих от засухи или испытывающих нехватку воды.

В настоящее время во всём мире действует более 100 крупных опреснительных установок, которые ежегодно дают миллионы кубических метров пресной воды. Несмотря на высокую стоимость опреснения морской воды, уже теперь в районах, страдающих от засухи и недостатка влаги, опреснение является более выгодным, чем доставка воды из других районов. Ныне уже действуют десятки опреснителей в Кувейте, на острове Вознесения, в западных районах США и в других странах.

При существующих способах опреснение воды обходится дороже, чем очистка загрязнённой пресной воды, однако экономические показатели опреснителей быстро улучшаются.

Наиболее распространёнными способами опреснения являются дистилляция, вымораживание и электролиз, которые стали применять в последнее время. Разрабатываются новые методы опреснения. В Англии, например, осваивается «процесс раздельного охлаждения»: воду замораживают в смеси с жидким бутаном, образовавшиеся кристаллы воды промывают, освобождают от бутана, расплавляют и получают пресную воду.

3. Энергетические.

Быстрый рост населения Земли и общественного производства требует всё большей выработки электрической энергии. За последнее столетие мировое производство её увеличилось примерно в 100 раз. За десятилетие, как показывает статистика, мировая потребность в электроэнергии удваивается. А топливные ресурсы сокращаются, поэтому нефть, уголь, торф и древесина в будущем всё в меньшей степени будут употребляться в качестве топлива, они будут использоваться только как химическое сырьё. Кроме того, дальнейший рост мощностей тепловых электростанций может привести ещё к более сильному загрязнению окружающей среды. Очевидно, что уже в ближайшее будущее для удовлетворения возрастающих потребностей в электроэнергии будут широко использоваться ядерные реакции и энергия Мирового океана.

Моря и океаны обладают не только огромными запасами сырья-дейтерия – для термоядерных электростанций будущего, но и неисчерпаемыми потенциальными ресурсами дешевой энергии, аккумулированной в волнах, течениях и приливах, которые могут быть преобразованы в электрическую энергию.

Источником образования волн и течений служит энергия атмосферы, которая передаётся океанами и морями посредством воздушных течений. Воздушные течения порождаются «тепловой машиной» атмосферы, двигателем которой является скрытое тепло водяных паров, образовавшихся над океанами. Таким образом, Мировой океан и атмосфера представляют собой огромную единую природную энергетическую систему, в которой происходит превращение тепловой энергии Солнца в энергию движения.

Источником энергии приливов служит непосредственное воздействие гравитационных сил небесных тел на частицы морской воды.

Волновое движение может быть использовано как источник энергии у берегов, где оно проявляется в виде прибоя и где высота волн может достигать нескольких десятков метров. Волны обладают огромной силой. Так у берегов Шотландии волнами прибоя была сдвинута и разрушена стена из камней, железа и бетона массой 1350т.

Некоторые попытки использовать энергию волн сделаны в Японии. Там созданы очень мелкие электростанции, работающие по принципу буя: пробегающая под плавучей станцией волна сжимает воздух, который вращает турбину.

Несмотря на заманчивость идеи использования энергии волн и морского прибоя, эта проблема пока не решена, хотя нет сомнения, что через несколько десятков лет энергия волн будет широко освоена.

В последнее время появились сооружения морских тепловых электростанций, которые будут использовать перепад температур тепловых поверхностей и холодных глубинных вод. Осуществление таких проектов начато в Бразилии, во Флоренции и некоторых других странах.

4. Биологические.

Мировой океан обладает огромными, но всё же ограниченными, биологическими ресурсами. Особенно велики ресурсы животного происхождения. Общая масса животных организмов, обитающих в морях и океанах, в несколько раз превосходит зоомассу всех континентов страны

Рыбный промысел. В настоящее время ежегодная добыча продукции океана и морей находится на уровне 70-75 млн. т. Это составляет около половины мирового производства леса. Около 90% биомассы, получаемой человеком из океана, приходится на рыбу. Остальная часть состоит из морского зверя (киты и ластоногие), ракообразных, моллюсков и некоторых других беспозвоночных.

Рыба – один из немногих пищевых продуктов моря, темпы добычи которого в мировом масштабе продолжают опережать темпы роста населения Земли. Рыбные продукты употребляются не только в пищу людей. Рыба перерабатывается в кормовую муку для животных, используется для получения жира, различных технических веществ и удобрений. Сейчас почти половина улова рыбы не используется для питания человека. Так, в Перу только 0,5% улова рыбы идёт в пищу людей, остальная часть перерабатывается на кормовую муку.

Наиболее продуктивны в настоящее время районы Северной Атлантики, Северо-запада Тихого океана, а так же воды, омывающие западные берега Южной Америки. В каждом из этих трёх районов в последнее время вылавливалось более 10млн. т. рыбы ежегодно.

Промысел водорослей.

Из 10 тыс. видов растений, обитающих в море, человеком используются пока не более 70 видов, они подразделяются на три группы: бурые водоросли, красные водоросли, морские травы. Среди них встречаются и одноклеточные, и гигантские виды длинной до 30м. Собирать их несложно, т. к они обитают в основном на мелководье (до 70-метровой глубины), за исключением гигантской глубоководной водоросли макроцистис.

В некоторых странах (Япония, Исландия) красные водоросли заменяют в зимнее время овощи. Бурые водоросли – источник дешевого белка. Из них же получают агар-агар, заменяющий желатин, применяемый при изготовлении многих пищевых и технических продуктов.

Из многих других видов водорослей изготовляют ценные вещества, необходимые для пищевой промышленности, а так же для технических нужд: натрий, соли калия, агар-агар, йод, уксусную кислоту, спирты. Из каждой тысячи тонн сухих водорослей можно получить 2,7 т. пищевого и технического натрия и 190т. солей калия. Для механической уборки водорослей применяются специальные суда.

Китобойный промысел.

Важное значение среди ресурсов Мирового океана имеют морские млекопитающие, прежде всего киты. Охота на них велась с давних пор, а к концу XIX в. превратилась в крупный промысел. Из мяса китов вытапливают жир, изготавливают консервы, кости перемалываю на муку, используется так же эластичная китовая кожа. Из кашалотов извлекают также органическое вещество (амбру) – ценное сырье для парфюмерного производства. Киты – самые крупные животные на земном шаре. Особенно огромными размерами обладают синие киты и финвалы: длинна от 20 до 30м. , масса от 30 до 150т. Из одного синего кита можно получить до 20т. высококачественного жира.

Глубоководная фауна.

На глубинах более 100 м. в океанах обитают представители глубоководной фауны. Её делят на абиссальную (до 600м. ) и ультраабиссальную (более 6000м. ). Количество известных ультраабиссальных видов не превышает 150, что составляет около 0,1% от фауны мелководной части. Наибольшее число видов глубоководной фауны относится к ракообразным, кольчатым червям, иглокожим и погонофорам. Глубоководные исследования ведутся недавно, поэтому ультраабиссальная фауна стала достоянием науки только в последние два тысячелетия. В Тихом, Индийском и Атлантическим океанах открыто только одних погонофор более 100 видов. Живут погонофоры в длинных трубках, погружённых в грунт.

Среди глубоководной фауны обнаружены виды, которые считаются вымершими – «живые ископаемые», например кистеперые рыбы. Такой консервации организмов на больших глубинах способствуют однообразные и малоизменяющиеся условия существования, а также разреженное население больших глубин. Ультраабиссальные организмы и их географическое распространение представляют не только зоологический интерес. Их изучение позволяет выяснить ряд вопросов, связанных с развитием самого океана (его контуров, рельеф дна и т. д. ), а также с историей морской фауны и животного мира вообще

5. Топливные ресурсы.

Основным топливом, добываемым в настоящее время со дна морей, является нефть. Установлено, что основные месторождения нефти и газа на Земле приурочено к впадинам земной коры. Причём замечено, что чем глубже впадина, тем больше в ней скопление нефти и газа, поэтому морские участки обычно богаче нефтью, чем прилегающие районы суши. Сейчас считают более нефтеносными районами континентальные шельфы и шельфовые моря. Перспективные на нефть площади в морях и океанах превышают 45 млн. км2, в то время как на всех континентах они едва достигали 30 млн. км2. По оценке специалистов, запасы нефти только в шельфовой полосе достигают 150 млрд. т.

В последние годы во многих странах ведётся бурение на материковых отмелях в поисках морской нефти. Если раньше бурение велось на глубинах 80-100м, то теперь бурят и на глубине 180-200м. Появились плавучие буровые скважины, способные работать на глубинах до 6000м.

В настоящее время стоимость нефти и газа оставляет 90% от стоимости всех полезных ископаемых, добываемых из океанов и морей. Более 40 стран мира получают нефть с шельфового дна.

Сейчас разрабатывается ряд крупных месторождений нефти, например, у берегов Техаса и Луизианы, в Северном море, Персидском заливе и у берегов Китая. Ведётся разведка месторождений во многих районах, например у берегов Западной Африки, у Восточного побережья США и Мексики, у берегов арктической Канады и Аляски, Венесуэлы и Британии.

Кроме нефти со дна моря можно добывать каменный уголь. Для этого используют стволы шахт с выходом на сушу. В настоящее время в мире известно до 200 подводных шахт, в которых добывают каменный уголь, а так же железную руду, медно-никелевые руды, олово, известняк. Подводная добыча каменного угля в Японии составляет около 40% всей его добычи, в Англии – более 20%. На поверхности дна океанов обнаружены залежи железомарганцевых конкреций. Их скопления разведаны на больших глубинах (3000-6000м. ). По-видимому, конкреции образуются в результате осаждения оксидов марганца и других минеральных солей из морской воды, из продуктов химического разложения горных пород, сносимых с суши. Концентрируются они вокруг какого-либо ядра – обломка камня, раковины или зуба акулы. На дне мирового океана лежат триллионы тонн железомарганцевых конкреций. Специалисты-океанологи считают, что конкреции занимают около 50% площади дна Мирового океана. Эти конкреции содержат около 24% марганца, 14% железа, 1% никеля, 0,5% меди, 0,5% кобальта.

III Охрана вод морей и океанов.

1) Загрязнение вод морей и океанов.

Рациональное использованное использование ресурсов Мирового океана и охрана его вод – две основные взаимосвязанные проблемы, занимающие всё более видное место в деятельности человеческого общества.

Охрана природы Мирового океана – актуальная проблема современности международного масштаба. Ни одно, даже самое крупное государство не может само её решить, если другие страны не будут этому содействовать. Следовательно, борьба с загрязнением мирового океана выходит за пределы компетенций, материальной и юридической возможности любой нации и является делом международным.

Известно, что с ростом городов и развитием промышленности выброс в океан различных отходов все время возрастает. Океан уже не в состоянии помещать громадное количество сбрасываемых в него веществ. Сейчас в близи многих приморских городов образовались районы загрязнения. Особенно заметно в бухтах, где водообмен с открытой частью акватории затруднён. Загрязнение водоёмов проявляется в появлении плавающих веществ на поверхности воды, в изменении её физических свойств прозрачности, цвета, а так же в возникновении запахов и привкусов воды, в изменении её химического состава и появлении в ней ядовитых веществ. Всё это ведёт к уменьшению растворённого в воде кислорода и изменению видов и количества бактерий, к появлению болезнетворных бактерий. Морская вода может выдерживать только определённую степень загрязнения, а затем утрачивает способность к самоочищению. Следует иметь в виду, что океан в некотором смысле является замкнутым водоёмом: он принимает тысячи притоков и не имеет стока; нет «канализации», которая могла бы выносить отбросы из Мирового океана.

Загрязнение вод морей и океанов создается выбросом бытовых сточных вод, вплоть до канализационных, и огромным стоком промышленных отходов – моющих средств, нефтепродуктов, пищевой промышленности и других производств. Немало веществ, загрязняющих морскую воду, выносится реками. Вместе с речными стоками выносятся не только отходы производства, сбрасываемые в реки, но и значительные количества фосфатов, нитратов и ядохимикатов, вызываемых с сельскохозяйственных угодий, куда они вносятся для удобрения почвы и для борьбы с вредителями полей. Особую опасность представляет сброс веществ, не поддающихся биологическому разложению.

Загрязнение и отравление воды может привести к изменению равновесия среди морских организмов, в частности планктона, способствуя размножению многочисленных зелёных и диатомовых водорослей. После своей гибели эти водоросли вызывают «загнивание» воды. Так, в последние годы у Адриатического побережья водоросли образовали толстый слой желатинообразной массы, мешающей даже выходу судов из бухт.

Атомный флот - источник радиоактивного загрязнения океанической воды. Опасность заражения создают базы атомных подводных лодок. После аварии атомной лодки «Тремер» её реакторы стали источником радиоактивного заражения морской воды в Северной Атлантике.

2) Меры по очищению загрязнённых вод.

Вода обладает способностью самоочищения. Вначале перемешивания снижает концентрацию загрязнителя в воде, а затем начинается процесс минерализации органических веществ и отмирание внесённых болезнетворных бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли.

Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24ч. остаётся более 500 болезнетворных бактерий, а через 96 ч. – только 0,5%. Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо применять специальные методы и средства очистки сточных вод.

Механическая очистка. Сущность этого метода заключается в механическом удалении из сточных вод нерастворимых примесей. В специальных сооружениях примеси размером более 5 мм. задерживаются на решетках, более мелкие улавливаются ситами. Для улавливания загрязнений, всплывающих на поверхность, применяются жироловки, нефтеловушки и смолоуловители.

Метод химической очистки. Суть метода в добавлении к сточным водам таких химических реагентов, которые, вступая в реакцию с загрязнениями, способствуют выпадению нерастворимых коллоидных и, частично, растворимых веществ. Механический и химический методы применяются как завершающие способы очистки вод до выпуска их водоём или как первый этап очистки, после которого воды направляют на биологическую очистку.

Биологическая очистка. Сущность этого метода заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. В результате биологической очистки вода становится прозрачной, она обогащается растворённым кислородом и нитратами. Биологическая очистка в естественных условиях осуществляется на специальных участках – полях орошения. Здесь одновременно с очисткой воды выращиваются кормовые культуры и травы. Очистка от загрязнений происходит в процессе фильтрации вод через почву. В искусственных условиях эта очистка производится на биофильтрах. Для биологической очистки воды в специальных бассейнах можно применять «активный ил», в котором при избытке кислорода бурно развивается бактериальное население и микрофауна. Последние выделяют ферменты, расщепляющие органические загрязнения до простых минеральных молекул, т. е происходит минерализация органики. Эти методы применяют в основном перед сбросом вод в водоёмы.

В последнее время разработаны проекты разделения промышленных и бытовых водопроводов. Это сократит затраты на очистку промышленных вод, которые могут быть исключены в замкнутый цикл потребления, увеличивается объём чистой воды для удовлетворения бытовых нужд населения.

Для борьбы с загрязнением воды непосредственно в акваториях создаются специальные станции химической очистки вод в морских портах. На Чёрном море такие станции уже действуют. Ведётся строительство судов, предназначенных для сбора нефтяной плёнки с поверхности морской воды.