Фактори та параметри навколишнього середовища

 

            а = k/cv        (12.2)

 

Одиниця вимірювання термодифузії - м2/с .

 

На термодифузію впливають стан ґрунтової води, об’ємна густина ґрунту, склад ґрунту, органічна речовина.

 

Конвекція в ґрунті відбувається, коли потік води має температуру, що відрізняється від температури ґрунту.

 

Теплове випромінювання ґрунту - електромагнітне випромінювання, що утворюється ґрунтом і виникає за рахунок його внутрішньої енергії.

 

 

 

2.3. Водяні потоки в ґрунті

 

Водний потенціал

 

Вода в ґрунті характеризується такими параметрами як кількість води та швидкість і напрямок водяного потоку.

 

У багатьох реальних ситуаціях діють лише один чи два компоненти водного потенціалу. Розглянемо основні тенденції зміни водного потенціалу ґрунту.

 

Коли ґрунт насичений водою, його водний потенціал близький до нуля. Завдяки гравітаційним процесам ґрунт висушується до рівнів водного потенціалу в межах 10....33 Дж/кг, як верхньої межі доступної ґрунтової води (польова місткість).

 

Коли рослини споживають воду з ґрунту, водний потенціал зменшується доти, доки коренева система рослин не спроможна постачати воду з ґрунту (точка в’янення). Цей рівень відповідає водному потенціалу - 1500 Дж/кг і є нижньою межею доступної ґрунтової води. Поблизу поверхні ґрунт висушується повітрям, що відповідає значенню водного потенціалу -3 · 105 Дж/кг.

 

 

 

Гідропровідність ґрунту

 

Густина потоку рідини (води) через пористе середовище (ґрунт) описується законом Дарсі.

 

Коли ґрунт насичений водою, гідропровідність називається насиченою. Коли пори ґрунту осушуються, гідропровідність швидко зменшується. Режиму польової місткості відповідає половина сухих пор; гідропровідність у цьому випадку зменшується у 103 разів порівняно з насиченим рівнем. Точці в'янення відповідає зменшення гідропровідності у 106 разів порівняно з насиченим рівнем.

 

 

Випаровування з ґрунтової поверхні

 

Випаровування - це перехід речовини з рідкого або твердого агрегатного стану у газоподібний.

 

 

2.4. Оптичні параметри ґрунту

 

Колір ґрунту залежить від ряду факторів, зумовлених тепловим балансом та хімічним складом фунту. Колір ґрунту впливає на його температуру: ґрунти світлих відтінків відбивають тепло більш інтенсивно, ніж темних. Колір ґрунту визначають вміст гумусу, оксидів заліза та різноманітних світло забарвлених речовин - сполук кремнію й алюмінію, карбонатів кальцію тощо. Ґрунту, що містить багато гумінових кислот, властивий темний ахроматичний колір, тоді як перевищення вмісту фулвікових кислот надає ґрунту більш насиченого забарвлення. Поглинання та відбивання оптичного випромінювання ґрунтами різних кольорових відтінків значно відрізняються, що використовується в техніці дистанційного зондування земної поверхні.

 

 

 

3. Забруднення ґрунту

 

 

3.1. Хімічні забруднення ґрунту

 

Серед основних джерел забруднення ґрунтів виділяють промислові викиди в атмосферу, стічні води, радіоактивні відходи, автотранспорт, побутові відходи. В сільськогосподарському виробництві до забруднень ґрунту призводять стоки з залишками пестицидів і добрив, нафтопродукти, важкі метали, поверхнево-активні речовини, хімічні сполуки, що потрапляють у ґрунт, мігрують і врешті-решт потрапляють в організм людини. Застосування добрив призводить до порушення біогеохімічних кругообігів; використання пестицидів супроводжується токсичним впливом на фауну й флору, негативними наслідками для окремих видів і біоценозів загалом, скороченням чисельності популяцій, зменшенням запасів їжі, зникненням видів, що конкурують, зміною різноманіття біоценозів. Особливу небезпеку для ґрунту становить військова техніка й арсенали, військові полігони, скопичення звичайних та ядерних боєприпасів.

 

 

 

3.2. Тверді відходи

 

Терміном «тверді відходи» позначають покидьки або сміття, що не транспортуються за допомогою води і не призначені для подальшого використання. До муніципальних (міських) твердих відходів можна віднести харчові залишки, текстиль та негорючі речовини - скло, метал, цегла. Специфічними відходами є будівельні уламки, листя, вуличне сміття, залишені автомобілі, стара побутова техніка тощо. До твердих відходів впевнено можна приєднати попіл як наслідок експлуатації теплових електростанцій, бруд з очисних споруд, гній з ферм, породу з шахт. Причому, спостерігається тенденція до зростання твердих відходів з кожним роком.

 

Муніципальні тверді відходи характеризуються густиною, що змінюється від 150 кг/м3 (некомпактні відходи) до 800 кг/м3 (занурені у ґрунт відходи). Густину окремих компонентів твердих відходів наведено в табл. 12.1.

 

 

3.3. Ерозія ґрунтів

 

Ерозія ґрунтів - руйнування ґрунтів і підстилаючої породи за природних та антропогенних процесів, що призводять до переміщення продуктів руйнування з одного місця в інше (від лат. «erosion» – роз’їдати, вигризати).

 

Ерозія, що супроводжується руйнуванням поверхні Землі, формуванням долин річок, схилів, межиріч, називається природною (геологічною). На цей тип ерозії впливають такі фактори як вітер, вода, температурні коливання, біологічні процеси.

 

Вітрова ерозія спричинює перенесення найдрібніших частинок ґрунту, що містять найважливіші для родючості компоненти - гумус, хімічні речовини. Крім того, цей процес супроводжується оголенням коріння одних та засипанням інших рослин.

 

Водна ерозія викликається талими, дощовими та зливовими водами на пересіченій місцевості; цей процес супроводжується перенесенням твердих частинок, розчиненням породи водою, зміною рельєфу земної поверхні. Найбільш небезпечною формою водної ерозії є селі та зсуви. Температурні коливання зумовлюють утворення розколин у скельних породах і відшарування. Швидка зміна дня й ночі впливає тільки на поверхневий шар скелі, тоді як перехід від літа до зими - на значно глибші шари. При низьких температурах відбувається руйнування породи внаслідок розширення води в тріщинах. Через замерзання і танення частинки, що відокремилися, рухаються вниз по схилу. Біологічні процеси руйнування гірських порід зумовлюють також живі організми - лишайники та мохи. Частіше живі організми лише прискорюють дію інших. Тварини, рухаючись по ґрунту, подрібнюють частинки, що полегшує знесення їх вітром або водою.

 

Розвиток ерозії пов’язаний також з рельєфом місцевості, стійкістю ґрунту щодо змиву та розмиву, рівнем покриття схилів лісовою або трав’янистою рослинністю.

 

Прискорена (антропогенна) ерозія спричинюється одночасним впливом вирубування лісів, над інтенсивним тваринництвом і неправильним використанням ґрунтів під сільськогосподарські потреби. Оранка, сінокосіння та збирання врожаю, робота сільськогосподарських машин, меліорація земель, знищення лісів, надмірне розорювання території, безконтрольне випасання худоби сприяють прискореній ерозії. Шар ґрунту, що руйнується при нормальній ерозії протягом століть, при антропогенній знищується за дуже короткі проміжки часу (швидкість антропогенної ерозії може бути в 100 разів більшою, ніж швидкість природної).

 

Ерозія ґрунтів проявляється у вигляді змиву верхнього ґрунтового покриву або розмиву його вглиб. З огляду на це розрізняють площинну (поверхневу) ерозію, що супроводжується поступовим видаленням з поверхні компонентів ґрунту, та лінійну ерозію, при якій відбувається розмив фунту у вертикальному напрямку. Найбільш небезпечною є площинна ерозія. Вона завдає великої шкоди народному господарству, оскільки під дією стікаючих дощових і талих вод по схилу змивається і переноситься верхня, найбільш родюча частина ґрунту. Лінійна ерозія проявляється в утворенні ярів та балок. Для оцінки ерозійної небезпеки земель використовують індекс опадів -показник, що умовно враховує кінетичну енергію дощів за певний період максимальної інтенсивності їх випадання. Період, для якого розраховується ерозійний індекс опадів, приймається рівним 10, 20, 30 хв.

 

Шляхом підбору за метеорологічними даними відповідного відрізка часу за конкретну зливу, що дає найбільший шар опадів, розраховують максимальну інтенсивність дощу за 10, 20, 30 хв., яку ділять на тривалість періоду, а також кінетичну енергію кожного дощу.

 

 

Так, для України сумарна кінетична енергія зливових опадів за теплий період Ек змінюється від 1,1 до 1,3 кДж/м2 на півдні до 4,0 кДж/м2 у зоні Карпат; середня інтенсивність дощу І змінюється від 1 мм/хв для дрібного дощу до 9...12 мм/хв для дуже сильної зливи; максимальна інтенсивність дощу тривалістю 10 хв. становить 0,8...3,0 мм/хв. Ерозійний індекс дощів, небезпечних для ґрунту, може коливатися від 11 до 36.

 

Унаслідок ерозії на значних площах руйнуються цінні сільськогосподарські угіддя, різко зменшуються гумусові ресурси, вміст азоту, фосфору й калію в ґрунті, що впливає на його родючість, замулюються ріки, канали та водні джерела, зростає розчленування території ярами, погіршується її гідрологічний режим.

 

 

1. Властивості води.

 

2. Забруднення водного середовища.

 

3. Методи вимірювання параметрів води та стічних вод.

 

 

1. Властивості води

 

Гідрографічні фактори (фактори водного середовища) - фізичні та хімічні властивості води як середовища мешкання живих організмів.

 

Вода - найпростіша стійка хімічна сполука водню й кисню, при нормальних умовах - безбарвна рідина без запаху. Вода є найбагатшим компонентом біосфери і водночас - найважливішим, оскільки служить основним середовищем для будь-яких метаболічних процесів. З точки зору екології вода використовується для вилучення й розчинення більшості природних і антропогенних відходів. Деякі фізичні властивості води мають безпосередній зв’язок з еволюцією навколишнього середовища та функціонування в ньому живих організмів.

 

 

 

Механічні властивості

 

Вода є єдиною сполукою, яка під час охолодження розширюється; отже, густина льоду менша, ніж густина води. Через це лід знаходиться на поверхні водойм, що дає можливість зберігати життєдіяльність водних організмів за умов охолодження.

 

 Гідродинамічні властивості

 

Вода - добрий розчинник, здатний розчинювати велику кількість сполук. З точки зору охорони навколишнього середовища ця властивість води сприяє кращому постачанню поживних речовин в живі організми та виведенню відходів.

 

Вода відзначається високим поверхневим натягом (72,75∙10-3 Н/м при 20оС). Завдяки цьому відбуваються капілярні явища в порах ґрунту та в стеблах рослин, що зумовлює перенесення поживних речовин з ґрунту в рослину.

 

 Теплофізичні властивості

 

Вода характеризується унікальними теплофізичними властивостями, а саме:

 

1. Температура замерзання води  становить 273,16 К (0оС), а температура  кипіння 373,16 К (100оС).

 

2. Вода має надзвичайно високу  теплоту випаровування (2,26 ∙ 106 Дж/ кг). Це означає, що молекули води поглинають велику кількість теплоти під час випаровування завдяки дії сонячного випромінювання та вивільнюють велику кількість теплоти за конденсації та опадів на земну поверхню. Кожен день сонце змушує близько 1230 км3 води через випаровування з поверхні морів, озер, річок і ґрунту, а також транспірацію (дихання) рослин залишати тепло. Нагрівання сонячним випромінюванням водойм та водяної пари атмосфери приводить до зміни погодних і кліматичних умов.

 

3. Вода має надзвичайно високу теплоємність (4186 Дж/кг ∙ К), що в три-чотири рази вища за теплоємність ґрунту. Вода потребує більше тепла, ніж грунт, для однакового нагрівання, тому вона дуже повільно нагрівається й охолоджується; отже, великі водні масиви позбавлені впливу швидких змін температури, що підтримує помірний клімат на Землі.

 

4. Здатність води проводити тепло  характеризується коефіцієнтом  теплопровідності, який дорівнює 0,599 Вт/м ∙ К при 20оС і перевищує  коефіцієнт теплопровідності повітря (0,0257 Вт/м ∙ К при 20оС). Завдяки цьому між ґрунтом (коефіцієнт теплопровідності якого дорівнює 0,125...0,209 Вт/м ∙ К при 20оС) та вологим повітрям атмосфери утворюється теплоізоляційний шар сухого повітря, що зумовлює виникнення парникового ефекту.

 

5. Специфічною властивістю води як середовища є безперервний рух частинок води й турбулентне їх перемішування. Завдяки цьому відбувається передача теплоти у глибокі шари.

 

 

 

Електричні властивості

 

Важливою характеристикою води є її висока діелектрична проникність. Ця ознака свідчить про те, що електричні сили між розчиненими в воді речовинами слабкі.

 

Крім того, з точки зору електричних властивостей вода як неполярна молекула - це диполь, тобто сукупність двох рівних, але протилежних за знаком зарядів, що перебувають на певній відстані й характеризуються дипольним моментом. Дія зовнішнього електричного поля пропорційна моменту диполя; звідси виникає здатність неполярних молекул води поглинати довгохвильове випромінювання земної поверхні та брати участь у парниковому ефекті.

 

 

 

Оптичні властивості

 

Вода є прозорим тілом для оптичного випромінювання видимого діапазону. Коефіцієнт поглинання дистильованої води характеризується мінімумом в межах 400...50 нм; коефіцієнт розсіювання демонструє спад від короткохвильової до довгохвильової області спектра (рис. 13.1).