Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Декабря 2012 в 21:44, реферат
В этом реферате сделана попытка осветить роль Мирового океана в жизни современного и будущего поколений людей. Рассматриваются вопросы влияния загрязнения Мирового океана, а также проблема борьбы с загрязнением вод Мирового океана.
Данный реферат не претендует на всестороннее освещение данной темы. В силу ограниченного объема в нем не освещаются некоторые вопросы, т.е на мой взгляд отражены только главные из них.
К удивлению химиков, первый случай обнаружения нефти на глубине оказался не единичным: следуя через Карибское море к берегам Венесуэлы, на протяжении 800 миль они продолжали обнаруживать нефтяной след, тянущийся под водой. Экспедиция, будучи ограничена во времени и не имея поддержки от других судов, не смогла точно определить протяженность нефтеносного слоя воды. Однако исследователи рассчитали, что если этот слой имеет ширину всего в одну морскую милю и толщину 100 м, то при длине в 800 миль в нем заключено свыше миллиарда литров нефти! По сравнению с таким количеством все аварии танкеров «производят» лишь «капли» нефти. По мнению американских ученых, подобные нефтеносные слои воды—нередкое явление. Вероятно, не только из прибрежных акваторий Венесуэлы, где под морским дном имеются залежи нефти, но и из других районов в океан попадают огромные массы «черного золота».
Но насколько сильно океанологические исследования еще зависят от удачи и случайности, показала экспедиция, проведенная в январе 1979 г. Когда Национальное управление по исследованию океанов и атмосферы вознамерилось определить точные размеры нефтеносного слоя, обнаружилось, что в семи точках океана, где в прошлом году проводились анализы, нет ни капли нефти!
Во всяком случае содержание примесей нефти в глубинной океанической воде показало, что естественное загрязнение морей нефтью, просачивающейся из подводных месторождений, может быть гораздо более значительным, чем считалось до недавних . Это естественное загрязнение возникает из-за процессов эрозии морского дна, постоянных изменений его поверхности. Но, как уже говорилось, просачивающаяся нефть, как и та, что вылилась в море из танкеров, уничтожается в конце концов морскими микроорганизмами.
Нефтепродукты, распространившиеся на больших акваториях водных бассейнов, способны изменить влаго-, газо- и энергообмен между океаном и атмосферой. Причем в морях тропических и средних широт влияние нефтяных загрязнений следует ожидать в меньших масштабах, чем в полярных районах, так как термический и биологический факторы в низких широтах способствуют более интенсивному процессу самоочищения. Эти факторы являются определяющими и в кинетике распада химических веществ. Региональные особенности ветрового режима также обусловливают изменение количественного и качественного состава нефтяных пленок, поскольку ветер способствует выветриванию и испарению легких фракций нефтепродуктов. Кроме того, ветер выступает как механический фактор разрушения пленочного загрязнения. С другой стороны, влияние нефтяных загрязнений на физические и химические характеристики подстилающей поверхности в разных географических зонах тоже не будет однозначным. Например, в Арктике нефтяные загрязнения изменяют отражательные радиационные свойства снега и льда. Уменьшение значения альбедо и отклонение от нормы процессов таяния ледников и дрейфующих льдов чревато климатическим последствиями. Изменение отражательных, обменных и прочностных характеристик льда в случаях аномальных или аварийных поступлений нефтяных загрязнений несомненно скажется на процессах разрушения ледяного покрова. Это актуальная проблема, к инженерному решению которой нужно быть всегда готовым. Ледяной покров, с одной стороны, представляет препятствие для караванов судов и ледоколов. С другой стороны, лед используется как платформа для создания зимних аэродромов и “зимников” (зимних автодорог на льду) при производстве геологических, гидрографических и других изысканий. Уникальный цикл исследований по взаимодействию нефтепродуктов со снежно-ледяным покровом выполнен канадскими учеными в море Босфорта. Результаты работ охватывают следующие вопросы: пространственное распределение нефти, выпущенной под припайным льдом; роль адвективных течений в переносе нефти под нижней кромкой льда; эффекты рельефа нижней кромки льда в переносе и накоплении нефти в осенних и однолетних льдах; факторы, определяющие миграцию нефти во льду при разных степенях разрушения; механизм перемещения сырой нефти к поверхности ледяного покрова; эффекты нефти во льду и ее влияние на тепловое состояние и энергетический баланс; важнейшие физические и химические свойства нефти, воды и льда при различных процессах; скорости количественных и качественных изменений нефти внутри, вне и подо льдом. Тем не менее результаты канадских работ 1974—1975 гг. далеко не полностью дали ответы на интересующие нас вопросы. Эксперименты проводились с использованием только сырой нефти, а в арктических водах, и льдах присутствуют углеводороды широко применяемых и транспортируемых производных сырой нефти — дизтоплива, бензина и машинных масел. Эксперименты выполнялись в основном в припайном льду, структура, текстура и тепловые поля которого существенно отличаются от дрейфующих льдов, т. е. взаимодействие нефти со льдом изучалось только в одной из многих ситуаций. Нет сомнений, что, например, процесс вертикальной миграции нефтепродуктов зависит от того, сколько солевых ячеек, пор и ниш содержится во льду, каков градиент температуры во льдах разной толщины и какой вид нефтепродукта (удельный вес, вязкость) находится в ледяном поле. Следовательно, нельзя изучать этот процесс только в припайном льду.
Для решения ряда вопросов химических загрязнений на полярные воды и льды автором в апреле-октябре 1978г. выполнено 12 натурных экспериментов. Этот цикл исследований осуществлен на советской научно-исследовательской дрейфующей станции «Северный полюс-22» в 115—250 милях к северу от побережья Канады и Аляски. Один из экспериментов цикла выполнен с целью изучения воздействия разных видов нефтепродуктов на термику и таяние снежно-ледяного покрова. Наблюдения производились на четырех полигонах льдов разной толщины и возраста с искусственным покрытием площадок сырой нефтью, дизтопливом (ДТ) и бензином (Б-70). Полигон № 1 был создан на айсберге толщиной около 30 м. Площадки наблюдений находились в стороне от станции, -на возвышенном месте. До начала эксперимента на первом полигоне была установлена УААС (универсальная автоматическая актинометрическая стрела), данные которой автоматически обрабатывались на ПЭКВМ (программоуправляемая электронная клавишная вычислительная машина «Искра-125»). УААС регистрировала полный радиационный баланс и его составляющие: суммарную, прямую, рассеянную и отражающую радиации. В углах площадок наблюдений вбурены па глубину 1.5 м деревянные бруски, между которыми натягивались маркированные тросики. На конце каждого тросика крепился вертлюг для поддержания тросика в натянутом состоянии. Расстояние от тросика до поверхности площадок наблюдении измерялось стандартной снегомерной рейкой с точностью ± 1 см. Для измерения проходящей в глубь снега радиации в 10 см от поверхности снега на каждой площадке была установлена первая пара пиранометров с двумя термобатареями. Вторая пара пиранометров, обращенных приемной частью вниз, установлена на поверхности снега для измерения выходящей (отраженной) радиации и» снежно-ледяного покрова. Одна из площадок первого полигона была искусственно покрыта сырой нефтью. Образовалось пятно толщиной 1— 2 мм с горизонтальным размером около 1.5Х1.5 м и покрытием поверхности снега на 90%. Вторая площадка наблюдений была создана в чистом снегу.
Пилогон № 2 располагался на многолетнем припае толщиной 5 м. Для измерения температуры снега и льда на чистых и загрязненных площадках, вместо подснежных пиранометров использовались термисторы ММТ-2 или ММТ-4. К ним были припаяны изоляционные провода. Термисторы с концами проводов были предварительно опущены в стеклянные пробирки и для герметизации залиты эпоксидной смолой. Тарировка термисторов производилась в ведре с антифризом. В качестве контроля использовался низкоградусный спиртовый термометр. Охлажденное антифризом до —30° ведро было внесено в хорошо протопленное помещение. С помощью термометра и моста сопротивления постоянного тока Р-333 сделана тарировка с точностью до 0.01°. Тарировочный график был построен по 4 сериям измерений. Затем на площадках со специальными приспособлениями для измерений таяния снега и льда, аналогичными установленным на полигоне № 1, были созданы пятна дизтоплива и бензина толщиной 1—2 мм и размерами 2х2 м. Третья площадка — чистая. При стаивании поверхности снега, а потом льда термисторы заглублялись на горизонты, соответствующие первоначальным.
Рис. 1.
Кривая I отражает разность значений температуры снега и льда на загрязненной сырой нефтью г чистой площадках. Айсберг, горизонты наблюдений — 2 см от поверхности снега (26 мая—7 июня;и от поверхности льда (8—28 июня 1978 г.).
Полигон № 3 по методике наблюдений и применению в эксперименте нефтепродуктов (дизтопливо, бензин) подобен полигону № 2, но он был создан на осеннем припае толщиной около 2 м. Полигон № 4 был расположен на молодом весеннем льду толщиной 20 см. Здесь также были использованы термисторы,
приспособления для измерений таяния снега и льда, дизтопливо и бензин, третья площадка — чистая. Отверстия во льду для термисторов в пробирках делались буравчпком. Размеры пятен дизтоплпва и бензина с 90% покрытием поверхности снега (после стаивания снега — поверхности льда) на 3 и 4 полигоне были примерно одинаковыми — 2х2 м.
При анализе рис. 1—6, отражающих инструментальные измерения температуры и таяния снежно-ледяного покрова на чистых и искусственно покрытых нефтепродуктами площадках, следует отметить три основных момента.
В весенне-летний период (с 26 мая по 28 июня 1978 г.) пятна сырой нефти, дизтоплива и бензина вызвали повышение температуры снежно-ледяного покрова в слое от поверхности пятна до 5—25 см в глубь покрова (глубже 25 см наблюдения не выполнялись). В период наблюдений почти во всех случаях температура снега и льда под пятнами всех видов нефтепродуктов была выше, чем на чистых участках снега. По данным 144 наблюдений термисторамп температура снега и льда под нефтяными пятнами в среднем оказалась на 1.6° С выше, чем на чистых площадках (рис. 1— 5). Небольшие вариации в разности температур снега и льда на одних и тех же горизонтах чистых и загрязненных площадок (рис. 2) были в основном обусловлены значениями величин прямой, рассеянной солнечной радиации и соответствующими градиентами температур в системе воздух—нефть—снег—лед.
Рис. 2.
Кривая II — разность температур снега и льда на покрытой дизтопливом и чистой площадках. Кривая III отражает разность температур снега и льда на загрязненной бензином и на чистой площадках. Паковый лед (толщина э м), на горизонтах 2 см.
Рис. 3. Разность температуры снега и льда на покрытых дизтопливом, бензином и чистых площадках.Зимний лед (толщина 2 м), горизонты 2 см.
Рис. 4. Разность температуры снега и льда на покрытых дизтопливс и чистых площадках.Зимний лед, горизонты 5 см,
Рис. 5. Разность температуры снега и льда на покрытых дизтопливом, бензином и чистых площадках.Молодой лед (толщиной 40—10 см), горизонты наблюдений— 5 см.
После искусственного разлива нефтепродуктов на экспериментальных площадках примерно через 7—10 суток отмечается заметное ослабление влияния нефтепродуктов на термику снежно-ледяного покрова. Это, по-видимому, обусловлено активными процессами испарения и выветривания легких и отчасти средних фракций нефтепродуктов в течение 10 суток после разлива. Через 7—10 суток под загрязненными площадками температура снега и льда, хотя и была выше, чем на чистых участках, но разность температур уже не достигала 1° С.
При наблюдениях за таянием снега на чистых и загрязненных нефтепродуктами площадках четко определился эффект влияния каждого вида нефтепродуктов, применяемых в экспериментах (рис. 6,а-г). Максиммальное воздействие на скорость таяния снежно-ледяного покрова оказала сырая нефть (полигон №1, рис. 6,а). Например, за 5 суток, с 5 по 10 июня, при максимальных за период наблюдений значениях солнечной радиации на покрытой сырой нефтью площадке стаяло 24 см снега, а на чистой – всего 2 см. за 34 суток наблюдений на полигоне №1 в конечном итоге на загрязненной сырой нефтью площадке стаяло29 см снега и 10 см льда, а на соседней чистой площадке – только 19 см снега. На полигонах №2 и №3 таяние снега и льда под дизтопливными пятнами происходило в среднем в 2.2 раза быстрее, чем на чистой поверхности, а под бензиновыми пятнами – в 1.7 раза. На молодом льду (полигон №4) в эти же сроки под пятном дизтоплива стаяло 11 см снега и 9 см льда, под бензиновым – 11 см снега и 6 см льда, а на чистой площадке – только 9 см снега. При изучении воздействия нефтепродуктов на таяние загрязненного снежно-ледяного покрова существенную роль играют те же причины и факторы, что и при исследовании влияния нефтепродуктов на термику снега и льда.
Рис. 6. Разность между измерениями таяния снега и льда на покрытых дизтопливом и чистых площадках (//), покрытых бензином и чистых площадках (///)•
Данные а получены на айсберге, б — на паковом льду, в — на осеннем льду, г — на молодом льду. Снег на площадке, покрытой сырой нефтью (айсберг), стаял 10 июня, на паковомльду, на площадке, покрытой дизтопливом, — 16 июня и на зимнем и молодом льдах— 11 июня.
Анализ данных натурных экспериментов 1978 г. позволяет сделать следующие выводы.
Нефтепродукты на поверхности снега и льда нарушили естественное термическое состояние этого покрова, повышая температуру снега в весенний период до 5.3С.
На загрязненных участках таяние снежно-ледяного покрова происходит значительно быстрее, чем на чистых. Наибольший эффект ускорения таяния снега и льда был на участке, покрытом сырой нефтью, наименьший под бензиновым пятном. Скорость таяния снега под пятном сырой нефти в начале эксперимента была в 10 раз выше, чем на чистой площадке, со временем эта разность уменьшилась до соотношения 2:1.
Величина эффекта воздействия нефтепродуктов на таяние покрова зависит от их физико-химических свойств, интенсивности испарения в атмосферу и толщины снега и льда.
Изменение температуры и толщины снежно-ледяного покрова, загрязненного нефтепродуктами, зависит от толщины пятна или пленки, относительной площади загрязненной поверхности снега и льда. Удельного веса, вязкости, теплоемкости, температуропроводности и цвета нефтепродукта, способности его к испарению (вымораживанию), от величины радиационного баланса, объемной теплоемкости и температуропроводности снега и льда, толщины, структуры и плотности снежно-ледяного покрова, градиента температуры в системе воздух – нефть – снег – лед – вода.
Научно – исследовательские суда Государственного океанографического института (ГОИН) с 1975 г. ведут постоянные наблюдения за содержанием нефтяных углеводородов в водах северной части Атлантического океана. Эти работы осуществляются в рамках Опытного проекта МОК-ВМО (Межправительственная океанографическая комиссия – Всемирная метеорологическая организация ).
Нефтяное загрязнение Мирового океана, приобретшее из-за своих масштабов огромное экологическое значение, имеет разные формы: нефтяные агрегаты, смоляные комки, пленки, растворенно-эмульгированные фракции. На основе большого числа наблюдений за тремя формами загрязнения (пленки, эмульсии, агрегаты) сотрудники Одесского отделения ГОИН оценили современный уровень нефтяного загрязнения Атлантического океана. Наблюдения проводились в период 1977-1979 гг. в основном между 5-й и 70-й параллелями с.ш.
Нефтяные пленки обнаружены главным образом в шельфовых водах – районах интенсивного судоходства и транспортировки нефти. Средние величины содержания пленочной нефти максимальны у побережья Северной Америки и Европы. Здесь загрязнение в 2-3 раза выше, чем в открытой части океана. Исследования временной (межгодовой) изменчивости указывают на существенные колебания уровня загрязнения, носящие разнонаправленный характер: если в одних случаях наблюдается тенденция к его уменьшению (район Гольфстрима), то в других – тенденция к увеличению (районы Канарского течения). Как правило, максимальная изменчивость присуща динамически активным зонам (Гольфстрим) или зонам, наиболее подверженным загрязнению (Канарское течение), устойчивость – открытым водам океана.
Нефтяные агрегаты – наиболее устойчивая форма загрязнения. Из общего числа проб, отобранных в поверхностном слое, нефтяные остатки отмечены в 68% случаев; содержание их менялось от 0,1 до 218,5 мг/м2. Поля таких загрязнений формируются в Кадисском заливе, у берегов Африки и Америки. Содержание нефтяных агрегатов достигает здесь в среднем 20-40 мг/м2. В западной части Саргассова моря – центре большого антициклонального круговорота вод – оно повышается до 80мг/м2, что обусловлено динамическими факторами. Временная изменчивость содержания нефтяных агрегатов, в отличии от пленок, носит более устойчивый характер. В целом для Северной Атлантики отмечена тенденция увеличения их содержания (13,9*103т; 16,2*103т; 17,6*103т, соответственно для 1977, 1978, 1979 гг.). это свидетельствует о непрекращающемся процессе загрязнения Атлантического океана.
Растворенно-эмульгированные
фракции углеводородов