Вступ. Предмет, завдання і структура гідроекології. Загальна характеристика гідросфери

 

 

 

 

Гідроекологія–(водна екологія) це відносно нова галузь загальної екології, яка займається вивченням особливостей взаємовідносин гідробіонтів між собою і оточуючим їх водним середовищем, зв’язками в надорганізмених системах, їх структурою та функціонуванням, а також антропогенною трансформацією водних екосистем і шляхами її компенсації за рахунок резервів самих гідроекосистем.

Предметом вивчення гідроекології є водні екосистеми, водне середовище, а також популяції і угруповання водних організмів.

Мета курсу "Гідроекологія"–ознайомлення студентів із закономірностями і особливостями функціонування водних   екосистем   різного   типу   (водосховищ,   естуаріїв, великих, середніх та малих річок, озер, водойм-охолоджувачів, каналів тощо) за умови дії на них природних і антропогенних чинників (рис.2.1). 

 

 

• екологію  гідробіонтів  (аутекологія–термін  введений  у  1896  р.  Шретером;  вивчає  взаємозв’язки представників виду з довкіллям–водним середовищем); цей розділ вивчає межі стійкості і відношення виду до різних екологічних факторів; вплив водного середовища на морфологію, фізіологію та поведінку організмів;
• екологію  популяцій  гідробіонтів  (демекологія–термін  введений  у  1963  р  Швердтфегером;  описує коливання чисельності різних видів і встановлює їх причини; цей розділ ще називають динамікою популяцій);
• екологію угруповань гідробіонтів (синекологія–Шретер, 1902); аналізує стосунки між особинами, що належать до різних видів одного угруповання організмів, а також між ними і оточуючим середовищем. В межах розділу розрізняють статичний напрям (описова синекологія)займається встановленням видовогоскладу угруповань, чисельністю, частотою виявлення виду, видовим представництвом і просторовим розміщенням;
• динамічний напрям (функціональна синекологія) обіймає два аспекти. Перший стосується розвитку угруповань і дослідження причин, які призвели до їх зміни. Другий займається обміном речовин і енергії між різними компонентами екосистеми, а також вивчає кормові ланцюги, біомасу та енергію, продуктивність біоценозів. Цей напрям ще називають кількісною синекологією.
• біогідроценологію. Цей напрям займається вивченням конкретних біогідроценозів (екосистем річок, озер,водосховищ тощо), в яких взаємодіють біоценози і абіотичне середовище.

• молекулярний;
• субклітинний;
• клітинний;
• тканинний;
• окремого органу;
• системи органів;
• організму;
• популяції;
• виду;
• біоценозу;
• біогеоценозу або біогідроценозу;
• біосфери.

Кожен рівень складається з менших підрозділів і всі рівні тісно пов’язані між собою.

Різні рівні організації живої речовини досліджують різні біологічні дисципліни. Молекулярний рівень досліджують окремі розділи біохімії, біофізики і генетики, які об’єднують під назвою молекулярна біологія. Органоїди і клітини досліджує цитологія, тканини–гістологія, зовнішню будову органів і цілого організму – морфологія, внутрішню будову–анатомія і т. д.

Гідроекологія, як і загальна екологія, досліджує процеси і явища, які протікають на рівні організму і вище.

 

 

Земля як планета Сонячної системи складається з трьох сфер: літосфери (твердої оболонки), гідросфери (водної оболонки) і атмосфери (газоподібної оболонки).

Гідросфера—це  сукупність всіх  вод земної кулі—поверхневих,  підземних, вод льодовиків і снігового покриву. До складу гідросфери входить також атмосферна вода, яка відіграє важливу роль у загальному кругообігу води. Основними елементами гідросфери є водні об'єкти—природні або штучно створені об'єкти ландшафту або геологічні структури, де зосереджується вода (океан, море, озеро, річка, водосховище, ставок, болото, канал, водоносний горизонт).

На Світовий океан припадає 96,4 % всієї води гідросфери. Вода річок, озер і інших континентальних водойм складає всього близько 0,015 %. Близько 1,88 % води знаходиться у вигляді континентального льоду і снігового покриву в зонах вічної мерзлоти (таблиця 1).

З екологічної точки зору найбільшої уваги заслуговує вода біосфери, з якою пов'язано існування живих організмів. Основна маса води гідросфери—1338 млн.км3—зосереджена в   Світовому  океані. На континентальні водойми доводиться всього близько 200 тис. км3 води.

Гідросфера—це динамічна система, в якій постійно протікають фізичні, хімічні і біологічні процеси. Всі природні води Землі знаходяться в безперервному кругообігу. Фізичною основою цього кругообігу є сонячна радіація, яка забезпечує нагрівання води і суші, випаровування, виникнення горизонтальних градієнтів атмосферного тиску, перенесення повітряних мас в атмосфері і водних мас в океані, концентрацію вологи в атмосфері і її випадання у вигляді дощу та снігу, стік води до річкових русел і до океану. Така циркуляція включає океанічну і материкову складові.

Океанічна циркуляція—це процес випаровування з поверхні океану, що повторюється, перенесення водяної пари в атмосферу, її концентрацію і випадання на поверхню океану.

Материкова циркуляція-це випаровування з поверхні суші (у тому числі і з континентальних водойм), перенесення пари з суші в атмосферу, її концентрацію і випадання на земну поверхню. Завдяки цим процесам формується поверхневий і підземний стік води.

Океанічна і материкова циркуляція вод пов'язані між собою і забезпечують перенесення водяної пари не тільки з океану на сушу, але і з суші в океан за рахунок поверхневого і підземного стоку. Саме кругообіг води, що є однією з основних властивостей гідросфери, доводить єдність природних вод планети. Протягом року з поверхні Світового океану випаровується до 453 тис. км3 води, а з суші — лише 72 тис. км3. З атмосферними опадами на Землю поступає в середньому 525 тис. км3 води. Найбільша її частина — 411 тис. км3 доводиться на водну поверхню і лише близько 114 тис. км3 — на сушу.

Баланс води в Світовому океані підтримується за рахунок атмосферних опадів і її надходження з річковим стоком. Загальний щорічний стік зі всіх континентів складає в середньому 46 770 км3. Існують цикли підвищеної та зниженої водності, які бувають різними за тривалістю і повторюваністю.

Внесок окремих континентів у загальний баланс надходження прісних вод з річковим стоком в Світовий океан істотно відрізняється.

Сумарний стік Азіатського континенту складає 30,8 %,

Південної Америки — 25,1, Північної Америки — 17,5, Африки — 9,8,

Європи — 6,9 і Австралії — 5,1 %.

Отже, Європа, на території якої розташовані найбільш індустріально розвинені країни з високою чисельністю населення, не відноситься до континентів, де формується найбільший об'єм світового балансу прісноводого стоку. Значна частина  Європи—це посушливі райони з опадами менше ніж 400 мм/рік. На величину поверхневого стоку Європи, окрім природних чинників, істотний вплив має безповоротне вилучення води на потреби виробництва—близько 500 км3/год, або майже 20 % поверхневого стоку. Крім того, найбільші річки Європейського континенту—Волга, Дніпро, Дунай, Дністер та інші—зарегульовані в результаті гідротехнічного будівництва. У створених водосховищах затримується до 10 % водних ресурсів Європи. Сумарний річковий стік з її території в різні за водністю роки коливається в межах 2410-3800 км3. Значні об'єми води затримуються на континентах у безстічних озерах. Так, загальний об'єм води, який акумулюється в безстічних озерах земної кулі, оцінюється в 176-275 тис. км3, а їх площа досягає 2 млн. км2. Коливання об'єму води в озерах такого типу залежать від загального обводнення континентів. Як правило, озера, що не мають стоку в моря і океани, розташовані в зонах недостатнього обводнення.

Великі запаси води зосереджені у вигляді льоду. Льодовики вкривають близько 11% земної поверхні і акумулюють до 70,3 % запасів прісних вод (1,86 % загальних запасів). Вони відіграють надзвичайно важливу роль в кругообігу води, її перерозподілі в системі «суша-океан», в глобальних кліматичних процесах. Щорічно за рахунок льодовикового стоку в океан надходить з Антарктичного континенту близько 2620 км3 води, з Гренландії— 613 км3, а з Арктичних островів — 322 км3  води. Сумарно це складає близько 7 % загального стоку, що надходить в Світовий океан з території суші.

Внесок заледенілих гірських масивів у водообмін суші значно менший. Найважливішим його компонентом є атмосферні опади, які акумулюються у вигляді крижаного і снігового покривів, а після їх танення служать джерелом водного стоку гірських річок.

Важливою складовою частиною гідросфери є підземні води. Їх загальні запаси у верхній частині літосфери на глибині до 200 м досягають 23,4 млн. км3. Зона активного водообміну, пов'язаного з річковим стоком, містить лише 12-13 тис. км3. У верхньому двометровому грунтовому горизонті акумулюється до 16,5 тис. км3  води. Режим підземних вод і підземного стоку залежить не лише від часу і простору, але і від діяльності людини. Наприклад, після відкриття Північнокримського каналу і збільшення площ зрошуваного землеробства спостерігалося підняття рівня грунтових вод на значній території південних регіонів України. У тих же випадках, коли територія не обводнюється, а навпаки, відбирається велика кількість підземних і поверхневих вод суші, рівень підземних вод падає. Прикладом цього може бути Європейський континент. Так, за 75 років XX століття водоспоживання в Європі зросло в 8 разів і склало 18 % всього поверхневого стоку. Саме цим пояснюється зниження рівня підземних вод у більшості регіонів європейських країн.

Атмосферна вода, загальний об'єм якої складає близько 13 тис. км3,—це переважно водяна пара. Вона зосереджена в тій частині тропосфери (нижній шар атмосфери), висота якої не перевищує 9-10 км. Саме тут, переважно, відбуваються процеси, що формують погоду: концентрація вологи, утворення хмар, грозоутворення, випадання дощів і ін. Наявність вологи в атмосфері, її переміщення і перетворення відіграють істотну роль у формуванні погоди і клімату. Так, вміст вологи в повітрі залежить від походження повітряної маси: вона може поступати, наприклад, з Атлантичного океану або з холодної Арктики. Напрям вітру також може впливати на кількість опадів. Наприклад, теплі вітри з Середземного моря і Атлантичного океану несуть з собою до України дощові хмари, і, навпаки, арктичні потоки повітря характеризуються низьким умістом вологи.

Середній уміст вологи в семикілометровому атмосферному шарі над Україною складає 15 кг/м2 і коливається від 9 взимку до 27 кг/м2 літом. Атмосферна волога, яка випадає на територію України, приноситься ззовні, і лише 3-4 % її утворюється з водяної пари місцевого походження.

Розподіл атмосферних опадів по території України  нерівномірний,  їх  кількість зменшується в  напрямку  з півночі і північного заходу на південь і південний схід. Так, в лісостеповій частині країни кількість опадів за рік складає 500-650 мм, на межі між лісостепом і степом — 450-500 мм. Південні степові райони відносяться до регіонів недостатнього зволоження. Найменша кількість опадів (300-325 мм) доводиться на узбережжя Чорного і Азовського морів і Присивашшя.

 

 

1. Що є предметом вивчення гідроекології?

2. Які існують підрозділи гідроекології (загальної екології)?

3. Що називають гідросферою?

4. У чому полягають особливості кругообігу води у природі?