Соленая и пресная вода: Почему реки наполняет пресная вода, а океаны соленая

Содержание

Почему реки наполняет пресная вода, а океаны соленая

Всем известно о круговороте воды на Земле. Под воздействием солнечных лучей вода в океане, морях и озерах нагревается, что ведет к ее испарению и образованию пресного водяного пара. Он поднимается в верхние слои атмосферы, где охлаждается, что приводит к образованию конденсата и появлению облаков. Ветром они переносятся вглубь материков, где выливаются пресным дождем на сушу. Образованные ручейки стекают в реки, которые в свою очередь устремляются к морям и океанам.

Пресная вода используется для питья, ведения сельского хозяйства и на производственные нужды. Однако промышленность и бытовые отходы очень сильно загрязняют речные воды и простой очистки для потребления не достаточно. Требуется доочистка, а также можно купить чистую воду в баллонах 19 литров. Наша компания осуществляет предоставляет такую услугу, как доставка минеральной воды “Архыз”, “Горная Вершина”, “Архызик”, “Эльбрусинка” и другой продукции в виде кулеров и помп, для жителей Щелковского, Мытищинского, Пушкинского и Балашихинского районов, а также Королева и Ивантеевки.

Все знают, что морская и океаническая вода соленая. Это набор разных солей (поваренная, английская и прочие), причем с соблюдением пропорций. Интересно то, что человеческая кровь по соотношению соли приближена к морской воде. 

Что делает воду в морях и океанах соленой?

На этот вопрос точно не может ответить никто, так как ученые расходятся во мнениях, выдвигая лишь гипотезы. Их две:

  1. океаны были солеными уже в период формирования;
  2. концентрация соли в изначально пресных водах океанов постепенно увеличивалась, достигнув равновесия близкого к сегодняшнему дню. 

В речных потоках уже содержится немного соли, так как протекая по территории, забирают какую-то часть, растворив ее. Каждый год именно они несут в Мировой океан около миллиарда тонн соли. Ее концентрация в океанах не увеличивается, так как:

  • океанические обитатели потребляют часть солей на свои нужды;
  • некоторые соли вступают в химическую реакцию, образовывая осадок на дне;
  • гребень волны, срываемый ветром, кроме брызг наполняет атмосферу солевыми частичками, переносимых воздушными потоками на сушу.

Благодаря этим явлениям в океане поддерживается солевой баланс. Это же наблюдается у животных и людей. В человеке соль выводится двумя способами: мочеиспусканием и выделением пота. Так организм избавляется от лишней соли, затрачивая для этого определенное количество воды. После чего наступает жажда, это значить, что утраченную жидкость нужно восполнить. После поедания солененького, также хочется пить, так как эту соль нужно растворить и лишнюю вывести из организма. Таким образом поддерживается водно-солевой баланс.

Допустимо ли пить соленую воду океана?

После крушения корабля в океане, уцелевшие люди через время все равно могут умереть от жажды. Сильно соленая океаническая вода не пригодна для питья, так как она перенасыщает организм солью, которую нечем будет вывести, что приводит к нарушению жизненных процессов. Услуга доставка минеральной воды с каждым днем становится все больше популярной.

12.09.2019

Почему пресная вода в океане опускается на глубину, а не стремится к поверхности

Международная группа исследователей под руководством профессора Альберто Навейра Гарабато (Alberto Naveira Garabato) из университета Саутгемптона (Великобритания) выяснила, почему в Антарктике талая вода часто обнаруживается на дне океана, под слоем более плотной соленой воды, а не на его поверхности. Ученые считают, что на это влияет вращение Земли. О результатах работы рассказывает пресс-релиз Университета Саутгемптона.  

Во время экспедиции 2014 г. на Южный океан ученые обнаружили, что талая вода оседает там на глубине в сотни метров, потому что, когда она пытается подняться на поверхность, ее перекрывает окружающая более плотная соленая вода, и это зависит от вращения Земли. Оно заставляет талую воду очень быстро вращаться по вертикальной оси, что приводит к выбросу ее струй в боковом движении в окружающее море — это предотвращает их «всплытие» на поверхность и удерживает ее на дне.

Ученых заинтересовала глубина, на которой залегает пресная вода в Антарктике, поскольку это имеет значение для глобальной циркуляции океана и климата. Появление талой воды на поверхности делает верхние слои Южного океана светлее. Это, в свою очередь, замедляет потепление вод в этом регионе, а также способствует расширению антарктического морского льда. Погружение той же талой воды на глубину, как предполагают ученые, может оказывать противоположный эффект, способствуя потеплению поверхностных вод и отступлению антарктического морского льда.

«Влияние талой воды на климат было доведено до крайности и популяризировано в голливудском блокбастере «Послезавтра». Хотя никто не ожидает, что наш климат изменится всего через несколько дней, как в фильме, мы знаем, что пресная вода, которая течет в наших морях, может существенно повлиять на уровень воды и циркуляцию океана. Таким образом, жизненно важно максимизировать точность моделей, учитывающих количество поверхностных и глубинных талых вод», — сказал Александр Форрян (Alexander Forryan), один из авторов исследования.

К слову, ранее портал Научная Россия писал о том, какую роль играет движение антарктических льдов в циркуляции мирового океана.

[Фото: University of Southampton]

Почему вода в реках пресная? —

> Почему вода в реках пресная?


Дата: 2016-08-09

Чтобы получить ответ на этот вопрос, сначала нужно разобраться, что же такое соленая и пресная вода. Уровень солености воды определяется в промилле (‰). Самым соленым водоемом в мире является Мертвое море. Уровень его солености составляет 300-350‰. Это значит, что в одном литре воды содержится 300-350 грамм соли.

Пресной водой считает та, уровень солености которой не превышает значение в 1‰. Калибровку приборов по измерению солености проводят пробами воды из Бискайского залива, что в Атлантическом океане у побережья Испании. Уровень солености воды здесь находится на уровне 35‰.

А теперь сравним соленость некоторых водоемов:

  • Атлантический океан — 35, 4‰
  • Тихий океан — 34,5‰
  • Красное море — 41‰
  • Средиземное море — 39%
  • Черное море — 18%
  • Азовское море — 11%.

Почему море соленое?

Основная версия гласит, что во время формирования земной коры отмечалась высокая активность вулканов. Вулканические газы содержали фтор, хром и бром, которые при контакте с водой трансформировались в кислоту. Затем кислоты реагировали с твердой породой океанического дна, в следствие чего, формировалась соль. Приблизительно 500 млн. лет назад химический состав океанической воды стабилизировался. Кроме того, небольшой процент соли попадет в океаны вместе с водой из рек.

Почему вода в реках пресная?

Основной причиной того, что вода в реках остается пресной являются атмосферные осадки, которые являются основным источником наполнения рек.

Круговорот воды в природе

Система круговорота воды в природе существует уже много тысячелетий. Дождь смывает пиль и другие загрязнения с земной поверхности, просачиваясь вглубь земли, растворяет в себе различные минералы. Затем дождевая вода стекает в реки и по течению попадает в моря. Там, где река впадает в море вода имеет более низкий уровень солености. Вода в мировом океане нагревается под солнцем и испаряется. А примеси солей остаются в океанической воде. Затем вода, которая испарилась, в виде атмосферных осадков вновь попадает на землю.

На материках часть осадков формирует пресные ледники, из которых берут начало некоторые реки. Осадки питают подземные грунтовые воды и наземные водоемы. Пресная вода по рекам снова попадет в океаны. То, количество солей, которые успела насобирать вода, просачиваясь сквозь земные слоя, попадает в океаны. Там они остаются, а вода вновь испаряется.



Понравилось? Поделись с друзьями!

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.blog comments powered by

Может ли в одной реке течь пресная и соленая вода? | Мир вокруг нас

Из этого простого опыта мы уяснили важную вещь: при смешивании соленой воды с пресной всегда получается соленая. Конечно, степень солености зависит от объемов смешиваемой соленой и пресной воды, от количества соли в первом объеме. Но при равных объемах результат всегда будет тот, о каком сказано выше. И все же в мире существует «нарушение» этого правила.

Легко вспоминается из школьного курса географии озеро Балхаш. В нем одна половина соленая, а вторая — пресная. По сути, тут два озера, так как Балхаш почти полностью (остается небольшой по ширине пролив) делится длинным полуостровом. В первую часть впадает полноводная река Или, а во вторую — реки Каратал, Аксу, Лепсы, Аягуз. Большая часть Балхаша (пресная) «оттесняет» соленую часть и не дает воде смешиваться. В итоге озеро можно отнести как к пресным, так и к соленым. При этом никакого парадокса нет.

Длительное время считалось, что под Амазонкой течет вторая река — подземная. И она — соленая. Ученые установили, что под Амазонкой все же не река, а большие подземные соленые озера. Объем воды в них существенно меньше, чем в Амазонке. Остается пока загадкой: почему вода великой реки их не опресняет? Ведь она должна просачиваться и смешиваться! Или эти озера сообщаются с океаном?

Большие объемы морской воды во время прилива могут поворачивать течение в реках вспять, тогда в них появляется соленая вода. Устье реки, подверженной воздействию приливов и отливов, называется эстуарием. У Амазонки мощный сток в эстуарии. Пресная вода «отжимает» в море соленую воду на очень большом расстоянии. Поэтому Амазонка после устья продолжает течь на глубине в океане довольно долго, и в этом «языке» пресная вода постепенно смешивается с соленой.

Как видим, смешать соленую воду с пресной не столь легко бывает даже природе. Разумеется, вода смешивается, но постепенно. Такой процесс мы наблюдаем с приливом, входящим в устье реки. Если сток у нее слабый, то соленая вода довольно быстро смешивается с пресной, река течет вспять уже соленой. Если же сток мощный, то соленой воде не удается относительно быстро «завоевать» устье и «язык» пресной воды идет в море или океан на многие километры. Пример приведен выше — Амазонка. Но и ее океан все же приливом «поворачивает» в обратную сторону!

Получается, иные реки могут быть пресными на всей своей длине, но с приливом на некоторой части становятся солеными. Но это — реки, впадающие в море или океан. А вот глубоко на суше можно ли увидеть реку, в которой была бы как пресная, так и соленая вода? Да, можно.

Находится эта река на Южном Урале — в Оренбургской области. Речь о небольшой речке Бердянке — левом притоке реки Урал. Ее длина — 65 километров. Доехать до нее можно по трассе Оренбург-Беляевка. Саму речку на этой трассе пересекает капитальный мост с дорожным указателем. Там «промахнуться» невозможно. А если есть время и желание, то можно проехать вдоль речки вверх и вниз, чтобы попробовать воду на вкус и убедиться — в верховьях и приблизительно до середины вода пресная, а ближе к низовью — уже соленая. Чудо?

Чуда никакого нет. Бердянка в нижнем своем течении размывает горный пласт с каменной солью. Естественно, пресная вода становится в речке соленой. Любопытно еще отметить тот факт, что после впадения в Урал Бердянка заметно осолоняет его воды.

Рек с пресной водой много. А есть ли где-либо река соленая? Да, есть. И их даже несколько. Как и в случае с Бердянкой, воды в них насыщаются солью, размывая соляные пласты или сильно засоленные почвы. В Якутии наиболее примечательна в этом плане речка Солянка. Она размывает мощные пласты соли, пробиваясь к ним через известняки. Соленый привкус у воды в якутских реках Намене (впадает в Лену) и Кемпендяй (приток Вилюя). Особенность Бердянки лишь в том, что непонятно, какой ее считать — пресной или соленой?

Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.


Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.


Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H2O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обратный осмос: как это работает

Перед тем как разобраться, что такое обратный осмос, нужно понять явление обычного осмоса. Прямой осмос – это баромембранный массообменный процесс. Простыми словами его можно описать следующим образом: молекулы растворителя под осмотическим давлением через мембрану переходят на сторону раствора и разбавляют его. Раствор увеличивается, в свою очередь, под ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие. Таким образом для этого процесса нужны раствор, растворитель, а также барьер – полупроницаемая мембрана.

Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.

Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.


Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.

Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.


В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.

Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.

Как смешивание солёной и пресной воды может стать источником энергии

Термин «голубая энергия» возник относительно недавно. Своим рождением он обязан широко распространённому явлению природы – смешению пресной и морской воды в местах впадения рек в моря.

Суть «голубой» или осмотической энергии заключается в следующем. Представьте, что две жидкости – соляной раствор и вода разделены между собой полунепроницаемой мембраной. Сама мембрана устроена таким образом, что пропускает только воду, то есть работает в одном направлении. Возникающее при этом давление потока воды вполне можно использовать для вращения турбин.

По такой технологии было построено несколько электростанций. Но эффективность их оказалась крайне невысока.

Осмотическая электростанция в Норвегии

Исследователи голландского водного института Wetsus начали освоение осмотического метода в несколько ином направлении, которое они назвали обратным электродиализом. Отличие его состоит в том, что через мембрану проходят не молекулы воды, а ионы соли.

В установке находятся 2 вида мембран: через одну проходят положительно заряженные ионы натрия, а через другую – отрицательно заряженные хлорид-ионы. Мембраны формируют своеобразные сэндвич-колоды, в которых слои солёной и пресной воды чередуются между собой, благодаря двум типам ион-транспортирующих мембран. Всё это способствует выработке электроэнергии.

Учёные изучают эффективность метода ёмкостного смешивания, когда пресная и морская вода поочерёдно подаётся в специальные камеры с двумя электродами, выполняющими роль конденсаторов, что также создаёт напряжение.

Неисчерпаемым источником ископаемого топлива здесь могли бы стать тепловые электростанции, выбрасывающие огромное количество углекислого газа. Оказывается, растворив его в воде, можно получить угольную кислоту, распадающуюся на ионы водорода и бикарбоната. Затем методом ёмкостного смешивания из неё можно извлекать огромное количество энергии.

Соленая и пресная вода. Триатлон. Олимпийская дистанция

Читайте также

ВОДА-ВАЯТЕЛЬ

ВОДА-ВАЯТЕЛЬ На первый взгляд трудно установить связь между водой, плаванием и осанкой. А в действительности она есть, и большая. Обратимся к многочисленным фактам. Вот какой монолог мог бы произнести тренер, проводящий занятия с группой детей-пловцов.«Посмотрите, какая

Параграф 33. Вода

Параграф 33. Вода Спортсмены, заботящиеся о поддержании своей формы, тщательно следят за поступлением в их организмы достаточного количества белка, углеводов и витаминов. Однако потребление воды зачастую остается бесконтрольным. Тем не менее необходимо учитывать, что мы

Вода и позвоночник

Вода и позвоночник Не только неестественная пища может стать причиной отложения цементирующих веществ в позвоночнике и суставах. Неорганический кальций, лишающий тело подвижности, есть и в воде, которую мы пьем. К сожалению, в любой питьевой воде присутствуют

Открытая вода

Открытая вода Озеро, море, океан, пруд, река — скорее всего, вам придется соревноваться именно в таких водоемах. Если до этого вы тренировались в 25-метровом бассейне, то, скорее всего, сразу столкнетесь со сложностями. Вам придется плыть без поворотов. Соответственно, и не

Холодная вода

Холодная вода Хотя соревнования по триатлону, как правило, проводятся летом, это совсем не означает, что вы всегда будете плавать в теплой, как в бассейне, воде. Ее температура часто оказывается значительно ниже 24°. По правилам ITU, если температура воды не превышает 21° (для

Вода

Вода Вода в палеодиете является одним из основных напитков, обойтись без которого просто невозможно. И действительно, если мы хотим сохранить здоровье и красоту, чистая вода нам просто необходима. Я не могу представить, что бы еще было так же важно, как вода. Наверное,

Вода Сасси

Вода Сасси Ингредиенты:вода — 2 л;имбирь (тертый) — 1 ч. л.;огурец — 1 шт.;лимон — 1 шт.;мята — 12 листиков.Огурец и лимон тщательно вымойте и тонко нарежьте кружочками. Положите все ингредиенты в кувшин и залейте водой. Дайте смеси настояться в течение ночи в

Вода

Вода Человек может обходиться без пищи гораздо дольше, чем мы думаем, – несколько недель, но без воды он быстро погибает. Наши тела на 70 % состоят из воды; она необходима для протекания почти всех процессов в нашем теле. При нормальных условиях мы выделяем более 3 л воды в

Вода и минеральные соли

Вода и минеральные соли Вода является основной составляющей клеток и представляет около 60 % общего веса человеческого тела: 34 % — это вода, находящаяся внутри клеток, а в межклеточной жидкости представлены остальные 26 %. Внутриклеточная жидкость богата солями калия,

Вода – королева напитков

Вода – королева напитков Никакого отношения к теме нашего разговора не имеют соки из пакета, что бы на нем не было написано. Потому что их делают не из фруктов, а из порошков или желе, изготовленных обычно на яблочной основе с добавлением ароматизаторов, которые

Вода во Франции: здоровая или нет?

Вода во Франции: здоровая или нет? Но вернемся к ситуации во Франции. Нам говорят, и мы это повторяем, что вода у нас хорошая, будь то из крана, или та, которая продается в бутылках, или минеральная вода из французских источников. Правда ли это?Согласно докладу Генерального

Почему мы не получаем питьевую воду из океана, извлекая соль из морской воды?

Даже со всей водой в океанах Земли мы удовлетворяем менее половины процента потребностей человечества в воде за счет опресненной воды.* В настоящее время мы используем порядка 960 кубических миль (4000 кубических километров) пресной воды в год, а в целом воды хватает на все. Тем не менее, существует растущий региональный дефицит.

Так почему бы нам не опреснять больше воды, чтобы смягчить нехватку воды и растущие конфликты с водой?

Проблема в том, что опреснение воды требует много энергии.Соль очень легко растворяется в воде, образуя прочные химические связи, которые трудно разорвать. Энергия и технология опреснения воды дороги, и это означает, что опреснение воды может быть довольно дорогостоящим.

Трудно назвать точную цифру в долларах по опреснению — эта цифра сильно варьируется от места к месту, в зависимости от затрат на рабочую силу и энергию, цен на землю, финансовых соглашений и даже содержания соли в воде. Производство одного кубического метра (264 галлона) опресненной воды из океана может стоить от чуть менее 1 до более 2 долларов.Это примерно столько же, сколько два человека в США обычно проходят дома за день.

Но переключите источник на реку или водоносный горизонт, и стоимость кубометра воды может упасть до 10-20 центов, а фермеры часто платят гораздо меньше.

Это означает, что почти всегда дешевле использовать местную пресную воду, чем опреснять морскую. Однако этот ценовой разрыв сокращается. Например, удовлетворение растущего спроса за счет поиска нового источника воды или строительства новой плотины в таком месте, как Калифорния, может стоить до 60 центов за кубический метр воды.

А иногда эти традиционные способы «сбора» воды больше не доступны. Таким образом, ожидается, что эта цифра затрат будет продолжать расти, поэтому Калифорния в настоящее время серьезно рассматривает возможность опреснения воды и почему город Тампа, штат Флорида, решил построить крупнейший опреснительный завод в США

.

Международная ассоциация опреснения сообщает, что по состоянию на 2007 год во всем мире действовало около 13 000 опреснительных установок. Откачали примерно 14.7 миллиардов галлонов (55,6 миллиардов литров) питьевой пресной воды в день. Многие из этих заводов находятся в таких странах, как Саудовская Аравия, где энергия из нефти дешева, а воды мало.

Так как же используется энергия для отделения соли от воды?

Существует два основных метода разрыва связей в соленой воде: термическая дистилляция и мембранное разделение. Термическая дистилляция включает в себя тепло: кипящая вода превращает ее в пар, оставляя соль, которая собирается и конденсируется обратно в воду при ее охлаждении.

Самый распространенный тип мембранного разделения называется обратным осмосом. Морская вода проталкивается через полупроницаемую мембрану, которая отделяет соль от воды. Поскольку эта технология обычно требует меньше энергии, чем термическая дистилляция, большинство новых заводов, таких как Тампа, теперь используют обратный осмос.

Существуют также экологические издержки опреснения воды. Морская жизнь может попасть в опреснительные установки, убивая мелких морских существ, таких как мальки рыб и планктон, нарушая пищевую цепочку.Кроме того, существует проблема, что делать с отделенной солью, которая остается в виде очень концентрированного рассола. Откачка этой сверхсоленой воды обратно в океан может нанести вред местной водной флоре и фауне. Уменьшить эти воздействия возможно, но это увеличивает затраты.

Несмотря на экономические и экологические препятствия, опреснение воды становится все более привлекательным, поскольку у нас заканчивается вода из других источников. Мы перекачиваем подземные воды, мы уже построили больше плотин, чем можем себе позволить с экономической и экологической точек зрения, и мы подключили почти все доступные реки.

Необходимо сделать гораздо больше, чтобы более эффективно использовать имеющуюся у нас воду, но с ростом населения мира и истощением запасов воды экономическая волна может вскоре измениться в пользу опреснения.

Тихоокеанский институт — это некоммерческий аналитический центр, базирующийся в Окленде, Калифорния, занимающийся решением мировых потребностей в воде. Организация подробно рассмотрела эти вопросы в отчете 2006 года, озаглавленном «Опреснение с недоверием». В 2000 году Питер Глейк также написал книгу под названием The World’s Water, , в которой он и его коллеги исследуют опреснение и другие темы.

 *Пояснение (24.08.08): это предложение было изменено с момента первоначальной публикации.

Соленая вода и соленость | Геологическая служба США

•  Школа водных наук ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА  •  Темы, посвященные поверхностным водам  •  Темы, посвященные свойствам воды, •  Темы, связанные с качеством воды,  •

.

Что такое соленая вода?

Почему океан соленый? Реки сбрасывают богатую минералами воду в океаны из-за оттока из рек, которые истощают ландшафт, в результате чего океаны становятся солеными.(Июль-сентябрь 1973 г.) — Вертикальный вид на Монтевидео, район Уругвая в Южной Америке, виден на этой фотографии Skylab 3 Earth Resources Experiments Package S190-B (пятидюймовая камера рельефа Земли), сделанной с космической станции Skylab в Земная орбита. Большой водоем — это Рио-де-ла-Плата, который впадает в Южную часть Атлантического океана в нижней части изображения. Красная слива в Рио-де-ла-Плата, вероятно, представляет собой отложения, движущиеся в сторону моря. Река Санта-Лючия впадает в Рио-де-ла-Плата к западу от Монтевидео и является основным стоком региона.Обратите внимание на небольшой Исла-дель-Тигре в устье Санта-Люсии. Вдоль побережья хорошо видны белые пляжи и песчаные дюны. Крупный аэропорт можно увидеть сразу к востоку от центра города Монтевидео. Также хорошо видны основные магистрали и жилые районы, такие как яркий в пригороде. Фермерские участки в зеленых и серых прямоугольных узорах обозначают сельскохозяйственные районы.

Авторы и права: НАСА

Во-первых, что мы подразумеваем под «соленой водой»? Соленая вода содержит значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей, наиболее распространенной из которых является хорошо всем известная соль — хлорид натрия (NaCl).В этом случае концентрация представляет собой количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm). Если вода имеет концентрацию растворенных солей 10 000 частей на миллион, то один процент (10 000, разделенный на 1 000 000) веса воды приходится на растворенные соли.

Вот наши параметры для соленой воды:

  • Пресная вода – менее 1000 частей на миллион
  • Слабосоленая вода — от 1000 до 3000 частей на миллион
  • Умеренно соленая вода — от 3 000 до 10 000 частей на миллион
  • Вода с высоким содержанием солей – от 10 000 частей на миллион до 35 000 частей на миллион
  • Кстати, в океанской воде содержится около 35 000 частей на миллион солей.

 

Соленая вода есть не только в океанах

Естественно, когда вы думаете о соленой воде, вы думаете о океанах . Но в сотнях миль от Тихого океана жители таких штатов, как Колорадо и Аризона, могут «провести день на пляже», просто выйдя из своего дома, поскольку они могут находиться рядом с соленой водой. На западе Соединенных Штатов под землей находится большое количество очень соленой воды. В Нью-Мексико примерно 75 процентов из подземных вод слишком соленые для большинства видов использования без обработки (Reynolds, 1962).Вода в этой области, возможно, осталась с древних времен, когда соленые моря занимали западную часть США, а также, когда осадки просачиваются вниз в землю, они могут столкнуться с породами, содержащими хорошо растворимые минералы, которые делают воду соленой. Подземные воды могут существовать и двигаться тысячи лет и, таким образом, могут стать такими же солеными, как океанская вода.

Снижение уровня воды в озере хорошо видно по параллельным линиям и белым озерным отложениям, окружающим берег.Отвод притока пресной воды в город Лос-Анджелес и испарение привели к снижению уровня воды со скоростью около 1 м в год. Заснеженные горы на заднем плане — это Сьерра-Невада.

Авторы и права: К.Д. Миллер, Геологическая служба США

Озеро Моно в Калифорнии представляет собой соленый остаток гораздо более крупного озера (озеро Рассел), которое заполнило бассейн Моно миллионы лет назад. Древнее пресноводное озеро когда-то было примерно на 130 метров выше современного уровня воды. Озеро Моно в настоящее время представляет собой сильно засоленный остаток озера Рассел, большая часть пресной воды которого сливается для удовлетворения водных потребностей города Лос-Анджелес.В настоящее время уровень воды падает примерно на 1 метр в год. Это привело к тому, что соленые отложения остались на берегу, когда вода отступила.

 

Можно ли использовать соленую воду для чего-либо?

Итак, если вся вода доступна на Земле и вся эта соленая вода находится у берегов нашего побережья, почему мы беспокоимся о нехватке воды? Вы можете думать об этом как о ситуации с качеством воды, а не как с количеством воды. В необработанном состоянии соленая вода не может использоваться для многих целей, для которых нам нужна вода, например, для питья, орошения и многих промышленных целей.Слабосоленая вода иногда используется для тех же целей, что и пресная. Например, в Колорадо для орошения сельскохозяйственных культур используется вода с содержанием соли до 2500 частей на миллион. Однако обычно вода с умеренным или высоким содержанием соли имеет ограниченное применение. Ведь соленую воду дома не пьешь; вы не используете его, чтобы поливать помидоры или чистить зубы; фермеры обычно не используют его для орошения; некоторые отрасли не могут использовать его, не повредив свое оборудование; и коровы фермера Джо не будут его пить.

Солёная вода может быть просто развлечением.Если вам посчастливилось быть на Мертвом море на Ближнем Востоке, вы могли испытать уникальное ощущение плавания в чрезвычайно плотной (и соленой) воде, которая, по-видимому, поддерживает вас, как матрас. Вода настолько плотная, что вы действительно не тонете, как в обычной, даже океанской, воде. Ближе к дому многие домовладельцы, у которых есть бассейны на заднем дворе, наполняют их соленой водой, вместо того чтобы использовать пресную воду с добавлением хлора.

Итак, для чего еще можно использовать соленую воду и можно ли сделать ее более полезной?

Есть два ответа — оба «да».« Соленая вода полезна для некоторых водопользования целей, а соленая вода может быть превращена в пресную воду, для которой у нас есть много применений.

Забор соленой воды в США по категориям использования за 2015 год.

Использование соленой воды в США в 2015 году

В современном мире мы все больше осознаем необходимость сохранения пресной воды . В связи с постоянно растущим спросом на воду со стороны растущего населения во всем мире имеет смысл попытаться найти больше способов использования имеющихся в изобилии запасов соленой воды, в основном в океанах .Как показывают эти круговые диаграммы потребления воды в стране, около 16 процентов всей воды, используемой в Соединенных Штатах в 2015 году, было соленым. На втором графике показано, что почти все заборы солевого раствора, более 97 процентов, использовались теплоэлектроэнергетикой для охлаждения электрогенерирующего оборудования. Около трех процентов соленой воды страны использовалось для горнодобывающих и промышленных целей.

 

 

 

 

Хотите узнать больше о соленой воде и солености?   Следуйте за мной на веб-сайт, посвященный хлоридам, солености и растворенным веществам!

Опреснение | У.S. Геологическая служба

•  Водная школа ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА  •  Темы использования воды  •  Темы качества воды  •

Хотите пить? Как насчет прохладной, освежающей морской воды?

Плавающий солнечный дистиллятор используется для опреснения небольшого количества морской воды путем испарения и конденсации.

Авторы и права: Landfall Navigation

Нет, не воспринимайте нас буквально! Люди не могут пить соленую воду. Но соленую воду можно превратить в пресную воду , что и является целью этого портативного надувного солнечного дистиллятора (он даже складывается в крошечную упаковку).Этот процесс называется опреснением, и он все чаще используется во всем мире для обеспечения людей необходимой пресной водой. Большая часть Соединенных Штатов имеет или может получить доступ к достаточным запасам пресной воды для питья. Но пресной воды может не хватать во многих частях страны и мира. И поскольку население продолжает расти, нехватка пресной воды будет возникать все чаще, хотя бы в определенных местах. В некоторых районах соленая вода (например, из океана ) превращается в пресную воду для питья.

«Простое» препятствие, которое необходимо преодолеть, чтобы превратить морскую воду в пресную, состоит в том, чтобы удалить растворенную в морской воде соль. Это может показаться таким же простым, как просто вскипятить немного морской воды в кастрюле, уловить пар и сконденсировать его обратно в воду (дистилляция). Доступны и другие методы, но эти текущие технологические процессы должны выполняться в больших масштабах, чтобы быть полезными для больших групп населения, а текущие процессы являются дорогостоящими, энергоемкими и включают в себя крупномасштабные объекты.

Что делает воду соленой?

Что мы подразумеваем под «соленой водой»? Соленая вода содержит значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей.В этом случае концентрация представляет собой количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm). Если вода имеет концентрацию растворенных солей 10 000 частей на миллион, то один процент веса воды приходится на растворенные соли.

Вот наши параметры для соленой воды:

  • Пресная вода – менее 1000 частей на миллион
  • Слабосоленая вода — от 1000 до 3000 частей на миллион
  • Умеренно соленая вода — от 3 000 до 10 000 частей на миллион
  • Вода с высоким содержанием солей – от 10 000 частей на миллион до 35 000 частей на миллион

Кстати, морская вода содержит около 35 000 частей на миллион солей.

 

Вид на опреснительную установку обратного осмоса в Барселоне, Испания.

Авторы и права: Джеймс Греллиер

Мировая потребность в пресной воде

Нехватка ресурсов пресной воды и потребность в дополнительных источниках воды уже являются критическими во многих засушливых регионах мира и будут иметь все большее значение в будущем. Во многих засушливых районах просто нет ресурсов пресной воды в виде поверхностных вод, таких как реки и озера. У них могут быть только ограниченные ресурсы подземных вод , некоторые из которых становятся более солоноватыми по мере продолжения извлечения воды из водоносных горизонтов.Испарение солнечного опреснения используется природой для получения дождя , который является основным источником пресной воды на Земле.

Другой метод: обратный осмос

Еще один способ опреснения соленой воды – это процедура обратного осмоса. Проще говоря, вода, содержащая растворенные молекулы соли, проталкивается через полупроницаемую мембрану (по сути, фильтр), в которой более крупные молекулы соли не проходят через отверстия мембраны, а более мелкие молекулы воды проходят.

Обратный осмос — эффективный способ опреснения соленой воды, но он дороже других методов. По мере снижения цен в будущем использование установок обратного осмоса для опреснения большого количества соленой воды должно стать более распространенным явлением.

Опреснение не является современной наукой

Опреснение дистилляцией – это одна из первых форм очистки воды, придуманная человечеством, и до сих пор она остается популярным решением для очистки воды во всем мире. В древние времена многие цивилизации использовали этот процесс на своих кораблях для преобразования морской воды в питьевую.Сегодня опреснительные установки используются для преобразования морской воды в питьевую воду на кораблях и во многих засушливых регионах мира, а также для очистки воды в других районах, загрязненной естественными и искусственными загрязнителями. Дистилляция является, пожалуй, единственной технологией водоподготовки, наиболее полно снижающей самый широкий спектр загрязнителей питьевой воды.

В природе этот основной процесс отвечает за круговорот воды (гидрологический) . Солнце поставляет энергию, которая заставляет воду испаряться из поверхностных источников, таких как озера, океаны и ручьи.Водяной пар в конечном итоге вступает в контакт с более холодным воздухом, где он повторно конденсируется, образуя росу или дождь. Этот процесс можно имитировать искусственно и быстрее, чем в природе, используя альтернативные источники нагрева и охлаждения.

Вы можете попробовать это дома! Выкопайте яму в земле. Поместите на дно ямы миску, которая будет использоваться для сбора конденсата. Накройте яму пластиковым листом (вы можете использовать камни или другие тяжелые предметы, чтобы удерживать ее поместите над ямой) Убедитесь, что самая нижняя часть пластикового листа нависает прямо над миской. Оставьте «ловушку» для воды на ночь, а утром вода может быть собрана из миски.

Предоставлено: Daniele Pugliesi

Ваша личная опреснительная установка

Помните, как вы смотрели на картинку вверху этой страницы с плавающим солнечным аппаратом? Тот же процесс, который приводит в действие это устройство, можно применить, если вы окажетесь в пустыне и вам понадобится глоток воды.

Низкотехнологичный подход для достижения этой цели состоит в том, чтобы построить «солнечный дистиллятор», который использует тепло солнца для запуска процесса дистилляции, чтобы вызвать образование росы на чем-то вроде пластиковой пленки.Диаграмма справа иллюстрирует это. Использование морской воды или растительного сырья в корпусе дистиллятора создает влажный воздух, который из-за оболочки, созданной пластиковым листом, нагревается солнцем. Влажный воздух конденсирует капли воды на нижней стороне пластикового листа, и из-за поверхностного натяжения капли воды прилипают к листу и стекают вниз в желоб, из которого их можно потреблять.

Некоторые факты опреснения

  • Подсчитано, что около 30% орошаемых земель в мире страдают от засоления, и устранение последствий считается очень дорогостоящим.
  • По данным Международной ассоциации опреснения воды, в июне 2015 года во всем мире действовало 18 426 опреснительных установок, производивших 86,8 млн кубометров воды в сутки и обеспечивающих водой 300 млн человек. Это число увеличилось с 78,4 млн кубометров в 2013 году, увеличившись на 10,71% за 2 года.
  • Наиболее важные потребители опресненной воды находятся на Ближнем Востоке (в основном в Саудовской Аравии, Кувейте, Объединенных Арабских Эмиратах, Катаре и Бахрейне), где используется около 70% мировых мощностей; и в Северной Африке (в основном в Ливии и Алжире), где используется около 6% мировых мощностей.
  • Среди промышленно развитых стран Соединенные Штаты являются одним из самых крупных потребителей опресненной воды, особенно в Калифорнии и некоторых частях Флориды. Стоимость опреснения не позволяет использовать опреснение чаще.

 

Чтобы узнать больше об установках опреснения/опреснения воды, перейдите по ссылкам ниже.

 

*Некоторая информация поступила от Фонда водного образования и Государственной администрации Корпус-Кристи TAMU-CC.

Почему озера пресные, а океаны соленые?

Почему озера пресные, а океаны соленые?

(Смитсоновский.com)

Почему озера пресные, а океаны соленые?

Автор: Спросите Smithsonian, Smithsonianmag.com

02 июня 2014 г.

Опубликовано: 02 июня 2014 г.

Лексиле: 690L

Назначить в Google Classroom

Дождь падает как пресная вода.Когда эта вода стекает вниз, она немного размывает камни и почву. Это приводит к тому, что очень небольшое количество соли и минералов растворяется в воде. Затем они продолжают движение вниз по течению. В конце концов, все растворенные минералы сбрасываются в океан.

Тем временем вода с поверхности океана испаряется. Это означает, что он уходит в воздух. Он выбрасывает все эти соли и минералы. Затем он снова падает на землю как свежий. В озерах и реках оборота достаточно, чтобы вода оставалась свежей.Но в океанах соли в значительной степени остаются там.

Ежегодно реки сбрасывают в океаны около 4 миллиардов тонн солей. Даже со всей этой новой солью океаны такие большие. Их соленость остается довольно постоянной, около 3,5%.

Источник URL: https://www.tweentribune.com/article/junior/why-are-lakes-freshwater-and-oceans-saltwater/

Рубрики: видео Наука

Назначено 33 раза

Соление наших пресноводных озер | PNAS

Значение

В озерах хлорид является относительно безопасным ионом при низких концентрациях, но начинает оказывать воздействие на окружающую среду, когда концентрации достигают сотен и тысяч мг л -1 .В этом исследовании мы изучаем долгосрочные тенденции содержания хлоридов в 371 пресноводном озере Северной Америки. Мы обнаружили, что на Среднем Западе и Северо-Востоке Северной Америки большинство городских озер и сельских озер, окруженных непроницаемым земельным покровом > 1%, демонстрируют тенденцию к увеличению содержания хлоридов. Расширяя этот вывод, тысячи озер в этих регионах подвержены риску долгосрочного засоления. Сохранение озер «свежими» критически важно для защиты экосистемных услуг, предоставляемых пресноводными озерами, таких как питьевая вода, рыболовство, отдых, ирригация и водная среда обитания.

Abstract

Наибольшая плотность озер на Земле приходится на экосистемы северного умеренного пояса, где растущая урбанизация и связанный с ней сток хлоридов могут привести к засолению пресных вод и поставить под угрозу качество озерной воды и многие экосистемные услуги, предоставляемые озерами. Однако степень, в которой соленость озера может изменяться в широких пространственных масштабах, остается неизвестной, что заставляет нас сначала идентифицировать пространственные закономерности, а затем исследовать движущие силы этих закономерностей. Значительные десятилетние тенденции засоления озер были выявлены с использованием набора данных о долгосрочных концентрациях хлоридов в 371 озере Северной Америки.Показатели ландшафта и климата, рассчитанные для каждого участка, продемонстрировали, что непроницаемый земной покров является сильным предиктором трендов содержания хлоридов в озерах Северо-Востока и Среднего Запада Северной Америки. Всего 1% непроницаемого земельного покрова, окружающего озеро, увеличивает вероятность долгосрочного засоления. Учитывая, что 27% крупных озер в Соединенных Штатах имеют более 1% непроницаемого земного покрова по периметру, вероятность устойчивого и долгосрочного засоления этих водных систем высока. Это исследование прогнозирует, что многие озера превысят пороговый критерий для водной жизни по хроническому воздействию хлоридов (230 мг л 90 283 -1 90 284 ), установленный Агентством по охране окружающей среды США (EPA), в следующие 50 лет, если нынешние тенденции сохранятся.

Из-за своего ландшафтного положения озерные экосистемы подвержены влиянию окружающих наземных процессов, и их, как правило, долгое время пребывания в воде может способствовать накоплению внешних воздействий и загрязняющих веществ (1). Таким образом, несмотря на то, что озера покрывают только 3% континентальной поверхности суши (2), долгосрочные тенденции в озерах часто являются ранними индикаторами значительных локальных, региональных или глобальных изменений (3). Одним из таких индикаторов раннего предупреждения является изменение концентрации хлоридов в озере. Встречающийся в естественных условиях в пресных водах в низких концентрациях, хлорид является хорошо растворимым и консервативным ионом, который, как было показано, также является надежным заменителем дорожных солей на основе хлоридов (обычно хлорида натрия) (4, 5).Хотя концентрация хлоридов в пресных водах может циклически меняться из-за климатических процессов, таких как длительные периоды засухи (6), повышенные концентрации хлоридов в озерах часто являются результатом сельскохозяйственной, промышленной и транспортной деятельности (7). Повышенные концентрации хлоридов могут оказывать неблагоприятное воздействие на качество воды и водные экосистемы (8⇓⇓–11), включая как немедленные, так и долгосрочные изменения в структуре сообщества, разнообразии и продуктивности (12⇓–14).

Применение соли для борьбы с обледенением дорог было признано основным источником хлоридов для грунтовых вод (15⇓–17), ручьев и рек (5, 10, 18, 19) и озер (7, 9, 20, 21). , 22) в северном умеренном климате Северной Америки и Европы.В Соединенных Штатах посыпание дорожной солью стало стандартной практикой в ​​1940-х годах, а продажи дорожной соли в последующие 50 лет увеличились с 0,15 до более 18 миллионов метрических тонн в год (4). В Канаде, несмотря на ее добавление в Перечень токсичных веществ (23) и внедрение Свода практических правил по обращению с дорожной солью в окружающую среду в 1999 г., на дороги между 1995 и 2001 (23, 24). После применения дорожная соль быстро растворяется и попадает в реки и озера в результате выщелачивания и стока (5, 25).Несколько исследований охарактеризовали негативное краткосрочное или локальное воздействие повышенных концентраций соли на дорогах в пресных водах (5, 15, 25), но крупномасштабных анализов тенденций содержания хлоридов в пресноводных озерах не проводилось.

Здесь мы исследуем тенденции концентрации хлоридов в озерах, используя набор данных долгосрочных концентраций хлоридов в озерах и водохранилищах в Северной Америке. Мы определяем регионы с высоким уровнем засоления, где водные экосистемы могут подвергаться риску, и сопоставляем роль климата и антропогенной практики засолки дорог в стимулировании изменчивости хлоридов.Озера, включенные в набор данных, должны были иметь данные по хлоридам не менее чем за 10 лет, среднюю концентрацию хлоридов ≤1 г л 90 283 -1 90 284 (исключая солоноватые озера) и площадь поверхности ≥4 га. Медиана длины отдельного временного ряда составила 21 год. Набор данных включал морфометрические характеристики озер, климатическую статистику по температуре и осадкам, а также атмосферные отложения морской соли. В качестве косвенного показателя применения соли для дорог были рассчитаны показатели земельного покрова, включая плотность дорог (26) [длина дороги в заданном районе (км 90 283 −2 90 284 )] и процент непроницаемого земельного покрова (25) в пределах от 100 до 1500-метровый буфер, окружающий каждое озеро.Плотность дорог и непроницаемый наземный покров представляют собой наилучшие показатели для внесения дорожной соли, учитывая, что изменчивость внесения дорожной соли, как в пространственном, так и в годовом исчислении, не позволяет рассчитывать нормы внесения в пространственных и временных масштабах, относящихся к озерам.

Озера в этом наборе данных не были отобраны случайным образом и поэтому не обязательно отражают распределение озер в каждом штате или провинции. Чтобы ограничить погрешность выборки в этом наборе данных, мы сосредоточили наш анализ на географической области с плотным охватом выборки: регион озер Северной Америки (NALR), который включает Коннектикут, Мэн, Массачусетс, Мичиган, Миннесоту, Нью-Гэмпшир, Нью-Йорк, Онтарио, Род-Айленд, Вермонт и Висконсин (рис.1). Мы исключили озера Северной Дакоты из этой группы, так как многие из них являются частью водораздела озера Дьявола, эндорейской (закрытой) системы, где уровень воды поднялся примерно на 10 м с 1992 года, и поэтому гидрология сильно отличается от экзорейной (открытой ) озера (27). Точно так же были исключены озера Манитобы, поскольку многие из них были расширены или осушены во время строительства гидроэлектростанций вдоль рек Черчилль и Нельсон (28). Из 371 озера Северной Америки в нашем наборе данных 284 находились в NALR (рис. 1). Средние концентрации хлоридов в озерах NALR варьировались от 0.от 18 до 240,8 мг л -1 со средним значением 6,0 мг л -1 .

Рис. 1. Тренды

содержания хлоридов в пресноводных озерах Северной Америки (кружки и квадраты, n = 371). Штаты и провинции, включенные в NALR, обведены черным цветом. Точки окрашены значением наклона моделей линейной регрессии (красный — положительный наклон, желтый — отрицательный наклон, фиолетовый — нулевой или незначительный наклон). Квадраты обозначают озера, в которых концентрации хлоридов регистрировались как минимум раз в два года с 1985 по 2010 год ( n = 56).Эти наборы данных LTC представляют собой подмножество озер в NALR, который является регионом плотной выборки ( n = 284). Верхняя врезка временных рядов хлоридов с 1985 по 2010 г. окрашена по величине наклона. Нормы расхода дорожной соли для провинций и штатов Северной Америки варьируются от 0 до 35 тонн США на милю и показаны синим цветом. В районах, отмеченных заштрихованными линиями, норм внесения соли не было. Длины всех отдельных наборов данных (темно-зеленые), а также длины наборов данных LTC (светло-зеленые) показаны на гистограмме Inset .

Временные ряды хлоридов для каждого озера различались по частоте, продолжительности и глубине отбора проб. Мы объединили все пробы глубины для анализа, основываясь на наблюдениях, что концентрации хлоридов имеют сходные тенденции в толще воды большинства озер и что предыдущие исследования долгосрочных тенденций содержания хлоридов показали сходство с глубиной (7, 29). Чтобы уменьшить автокорреляцию из-за сезонности, мы привели все временные ряды к среднегодовым значениям. Чтобы можно было сравнить тренды содержания хлоридов в озерах, к годовым данным была подобрана линейная модель, в которой содержание хлоридов (стандартизированное по распределению со средним значением = 0 и SD = 1) являлось функцией времени.Озера были классифицированы с помощью простых моделей линейной регрессии на три возможных долгосрочных тренда: убывающий ( n = 42, уклон < 0, P < = 0,01), стационарный ( n = 204, уклон = 0, P > 0,01), либо увеличивая ( n = 125, наклон > 0, P < = 0,01). Из 125 озер с положительной динамикой содержания хлоридов 99 находились в НАЗР (рис. 1).

Для исследования как линейных трендов, так и закономерностей временных рядов за сопоставимый период любой сайт в NALR, который имел хотя бы двухлетние данные с 1985 по 2010 год, был включен в подмножество долгосрочных непрерывных (LTC) данных.Группирование 56 озер LTC в три группы с использованием иерархического кластерного анализа выявило три характерные тенденции в концентрациях хлоридов: нейтральную/снижающуюся (кластер 1, n = 16), колебательную (кластер 2, n = 4) и возрастающую (кластер 2, n = 4). кластер 3, n = 36) (рис. 2 A ). Кластер 1 представлял собой географическую смесь озер как с убывающими, так и с нейтральными склонами, озера кластера 2 находились исключительно в штате Мэн и имели нейтральные склоны, а озера кластера 3, 21 из которых находились в Миннесоте, имели преимущественно увеличивающиеся тренды склонов (35 из 38). ) (Инжир.2 В ).

Рис. 2.

( A ) озер LTC ( n = 56) с двухлетними данными по хлоридам с 1985 по 2010 гг., сгруппированные в три кластера с использованием иерархического кластерного анализа. В целом, три кластера демонстрируют нейтральную/убывающую (кластер 1), колебательную (кластер 2) или возрастающую (кластер 3) картину. Толстые черные линии — это GAM, подходящие ко всем озерам в каждом кластере, чтобы представить среднюю картину. ( B ) Гистограммы отображают количество озер в каждом кластере по линейному наклону (желтый, отрицательный наклон, фиолетовый, нулевой наклон, красный, положительный наклон).

Потенциальные факторы увеличения содержания хлоридов в озере сначала оценивались путем сопоставления значений уклона с озерами, климатом и ландшафтными характеристиками озер в NALR (рис. 3 A C ). Из-за преобладания нулевых значений в данных было невозможно построить надежные логарифмически-линейные модели для большинства характеристик ландшафта. Поэтому мы использовали как деревья классификации/регрессии, так и случайные леса для построения прогностических моделей для данных NALR. Дерево классификации/регрессии и случайный лес были созданы для каждой из трех переменных отклика: линейный наклон, протестированный как непрерывные числовые и категориальные (положительные, нулевые, отрицательные) переменные, и иерархическая группировка кластеров (1, 2 или 3).Категориальный наклон использовался в качестве переменной отклика для дальнейшего устранения любого смещения в нашем приложении линейной модели путем удаления величины. Мотивация для использования двух подходов и трех переменных отклика заключалась в повышении точности нашей аналитики, во многом так же, как и в ансамблевом моделировании.

Рис. 3.

Диаграммы рассеяния значений уклона линейной регрессии в зависимости от ( A ) непроницаемой поверхности в пределах 500-метровой буферной зоны, ( B ) плотности дороги в пределах 500-метровой буферной зоны, ( C ) уровня атмосферной соли отложения и ( D ) среднюю концентрацию хлоридов в озере за весь временной ряд для всех участков NALR ( n = 284).На всех графиках размер символа зависит от площади озера. Квадраты с черными границами обозначают озера LTC. В A и B нулевые значения были скорректированы, чтобы соответствовать оси x , и выделены серым цветом.

Результаты трех деревьев классификации/регрессии и трех случайных лесов показали, что непроницаемый земной покров и плотность дорог, окружающих каждое озеро, были первичными классификационными разбиениями и наиболее важными предикторами трендов содержания хлоридов в озере и группирования кластеров (таблица 1).

Таблица 1.

Разделение основного узла из моделей дерева регрессии/классификации и главного предиктора из моделей случайного леса. Это ограничение может искажать взаимосвязь между концентрациями хлоридов и факторами, которые меняются в течение года (например, осадки). Ежемесячные данные об осадках были получены из набора пространственных климатических данных высокого разрешения PRISM, который охватывает Соединенные Штаты с пространственным разрешением 4 км (30).Чтобы учесть отставание в удержании хлоридов в водоразделе (19), кривая LOESS была приспособлена к среднему месячному количеству осадков (мм/сутки) с 1985 по 2010 год на каждом участке LTC. Корреляция между осадками и концентрацией хлоридов в каждом озере LTC была рассчитана на основе годовых данных, предсказанных на основе кривой осадков LOESS и обобщенной аддитивной модели (GAM) концентрации хлоридов. Существовала сильная отрицательная корреляция ( r 2 = 0,71–0,87) между осадками и концентрацией хлоридов для четырех озер штата Мэн, которые группируются в кластер 2 (колебательный характер).Все эти четыре озера имеют размеры менее 0,25 км 90 283 2 90 284, получают около 1,25 м осадков в год и не имеют непроницаемого земельного покрова в пределах 500 м. Без знания гидрологии подземных вод этих озер может случиться так, что осадки контролируют баланс хлоридов, а проливные дожди и обильные снегопады разбавляют концентрации хлоридов. Сильная связь между осадками и хлоридом не очевидна для озер, которые группируются в группу 1 или 3 (медиана r 2 = 0.12, диапазон = 0–0,61).

44 % пресноводных озер, находящихся в нашем NALR, подверглись длительному засолению. Положительные тренды содержания хлоридов наблюдались в озерах с непроницаемым покрытием всего 1%. Этот вывод согласуется с исследованиями водотоков в США, которые выявили повышенные концентрации хлоридов, связанные с любым городским растительным покровом (31) или дорогами (32, 33), и подтверждают выводы о пороговых значениях экологических сообществ, связанных с низким уровнем урбанизации водосбора (34). В NALR озера со средней концентрацией хлоридов >1 мг л 90 283 -1 90 284 (среднее значение временного ряда) с большей вероятностью ассоциировались с положительными тенденциями содержания хлоридов (рис.3 Д ). Это говорит о том, что высокие концентрации хлоридов в этом регионе могут быть индикатором и предупредительным признаком недавнего засоления.

Если непроницаемый земной покров, окружающий озеро, является надежным предиктором качества воды, важно понимать вероятность его появления во всех озерах региона или страны. Используя национальные наборы данных по гидрографии и земному покрову для континентальной части Соединенных Штатов, мы обнаружили, что средний процент непроницаемого земного покрова в пределах 500 м от всех озер площадью более 4 га равен 0.31% ( n = 149350; рис. 4). Из этих озер США 28% имели более 1% непроницаемого земного покрова в 500-метровой буферной зоне. Таким образом, плотность дорог и других непроницаемых поверхностей, окружающих озера в регионах США, где используется дорожная соль, должна вызывать серьезную озабоченность. В NALR 70 % (94 из 134) озер с непроницаемым наземным покровом > 1 % в 500-метровом буфере имели тенденцию к увеличению содержания хлоридов. Если этот результат экстраполировать на все озера в NALR США (CT, MA, ME, MI, MN, NH, NY, RI, VT и WI), примерно в 7770 озерах могут наблюдаться повышенные концентрации хлоридов, вероятно, из-за дорожной соли. сток.Это рассчитано как 70% из 11 104 из 38 603 озер в NALR США площадью более 4 га, которые имеют> 1% непроницаемого земельного покрова в пределах 500 м. Мы отмечаем, что данные из Висконсина и Миннесоты сильно смещены в сторону городских озер, тогда как данные из Мэна, Нью-Йорка и Вермонта сильно смещены в сторону озер в отдаленных районах. Этот набор данных (рис. 4) включает озера из всех сред и должен отражать регион Среднего Запада и Северо-Востока США в целом.

Рис. 4.

( A ) Распределение непроницаемого земельного покрова в пределах 500-метровой буферной зоны всех озер >4 га в нижних 48 штатах США ( n = 149 350).Черные квадраты представляют средний процент непроницаемого земного покрова в каждом штате. Толстые горизонтальные черные линии обозначают межквартильный размах распределения, а тонкие черные линии увеличивают межквартильный размах в 1,5 раза. Вертикальная пунктирная линия показана при непроницаемой поверхности земли = 1%. Кружки представляют озера, включенные в это исследование, окрашенные в зависимости от уклона (желтый — отрицательный уклон, фиолетовый — нулевой уклон, красный — положительный уклон). Из-за частоты нулевых значений на оси x круги рассредоточены внутри серого прямоугольника.означает, что распределение выборки существенно не отличалось от распределения по штату. ( B ) Тенденции содержания хлоридов, представленные подборками модели линейной регрессии, показаны для четырех штатов с относительно большими размерами выборки (Нью-Йорк, Миннесота, Висконсин и Род-Айленд). Серая пунктирная линия обозначает критерий водной жизни EPA, равный 230 мг л 90 283 -1 90 284 .

В Северной Америке, особенно на Среднем Западе и Северо-Востоке, местное применение соли делает пресноводные озера уязвимыми для засоления.Из 284 озер в NALR 26 уже имеют концентрацию хлоридов выше 100 мг л 90 283 -1 90 284 на дату последнего отбора проб. Средний непроницаемый земельный покров в пределах 500-метрового буфера, окружающего эти 26 озер, составляет 24,8% по сравнению со средним значением в США 0,31%. Если экстраполировать линейную зависимость между временем и концентрацией хлоридов, то к 2050 году 47 озер должны достигнуть концентрации 100 мг л 90 283 -1 90 284 , а 14, как ожидается, превысят критерий концентрации для водной жизни Агентства по охране окружающей среды, составляющий 230 мг л 90 283 -1 . к 2050 году (рис.4 В ). Это также концентрация, при которой заметно ухудшение вкуса питьевой воды.

Повышенные концентрации хлоридов в озерах могут изменить состав и функции фитопланктона, зоопланктона, макробеспозвоночных и рыбных сообществ (10⇓–12, 35). В результате засоления может снизиться богатство и численность водных видов, что может привести к трофическим каскадам и изменению качества воды, а также структуры и функции экосистемы (36). В крайних случаях засоление может создавать градиенты плотности в водной толще озера, которые препятствуют вертикальному перемешиванию.Постоянная стратификация может привести к аноксии и внутренней ресуспензии питательных веществ и металлов, что снижает обитаемость озера и качество воды (37). Все эти изменения экосистемы могут существенно повлиять на качество воды в озере, которое имеет экономическую ценность в миллионы долларов (38, 39).

Наша оценка того, что 7 770 озер в NALR США могут подвергаться риску повышенных концентраций хлоридов, вероятно, занижена, поскольку она не учитывает регионы с интенсивным применением соли для дорог, по которым не были доступны долгосрочные данные по озерам, такие как Квебек или Приморские провинции Канады.Многие штаты и муниципалитеты осознают важность управления береговой линией для поддержания здоровья озер; однако многие правила зонирования береговой линии применяются только в пределах 300 м или менее от озера (например, Висконсин и Миннесота регулируют 300 м, тогда как Вермонт и Мэн регулируют только 76 м). Поскольку непроницаемые поверхности и плотность дорог в пределах не менее 500 м от озера связаны с повышенным содержанием хлоридов в районах, где применяется дорожная соль, передовые методы управления должны учитывать, что управление берегами озера распространяется далеко за его периметр.Кроме того, во многих юрисдикциях отсутствуют последовательные долгосрочные программы мониторинга, которые предоставляют данные для прогностических моделей и могут использоваться для повышения осведомленности и обоснования политических и управленческих решений, используемых для ограничения угрозы засоления озер. Очевидно, что поддержание озер в «свежем» состоянии имеет решающее значение для защиты экосистемных услуг, предоставляемых пресноводными озерами, таких как источники питьевой воды, коммерческое рыболовство, туризм, отдых, ирригация и водная среда обитания.

Методы и материалы

Покрытие непроницаемой земли с разрешением от 20 до 30 м было доступно для озер в США в виде степени непроницаемой поверхности на пиксель (0–100%), а для озер Канады и США в виде логического значения (0 или 1), представляющие, была ли большая часть каждого пикселя непроницаемой поверхностью.Мы скорректировали значения для Канады, чтобы они соответствовали значениям для США, используя преобразование, построенное на основе объединенных данных о непроницаемой поверхности из Соединенных Штатов ( r 2 = 0,91, P ∼ 0, уравнение 1 ), предполагая, что взаимосвязь между логическая классификация и классификация процентной непроницаемости будут схожими в США и Канаде: Пересмотренная Непроницаемая Поверхность=Непроницаемая Поверхность как Булевая (Канада)*0,388[1]

Используя логарифмически преобразованные ненулевые значения ( n = 302), мы нашли что средние значения непроницаемого земного покрова для семи размеров буфера (100–500, 1000 и 1500 м) были статистически равны (критерий Бартлетта для гомогенной дисперсии P = 1; ANOVA F = 0.18, P = 0,98). Для плотности дорог ( n = 435) это верно только для размеров буфера от 400 м до 1500 м (тест Бартлетта P = 0,11; ANOVA F = 2,58, P = 0,052). Средняя плотность дорог через наши 371 озеро уменьшилась с 3,2 км км 90 283 −2 90 284 до 1,9 км км 90 283 −2 90 284 по мере увеличения размера буфера со 100 до 1500 м. Поскольку изменчивость плотности дорог и непроницаемого земельного покрова между озерами была намного больше, чем для одного озера в пределах диапазона размеров буфера, выбор размера буфера не был определяющим фактором в этом анализе.Поэтому для большинства анализов мы приводим оценки плотности дорог и непроницаемого земельного покрова в пределах 500-метровой буферной зоны каждого озера, и они обычно представляют собой средние условия.

Нормы внесения дорожной соли (в виде хлорида натрия) было трудно найти на местном или региональном уровне. Если они были доступны, то ставки обычно публиковались в виде единичных значений среднегодового использования или включали данные только за один год. Наилучшие доступные данные были на уровне штата, провинции или округа. В Соединенных Штатах данные по автомагистралям на уровне штатов были получены из опубликованного в 1991 году Национального исследовательского совета отчета об использовании соли (40), отдельных отчетов Министерства транспорта [CT (41), KS (42), NC (43), PA ( 44), РИ (45)], так и путем контакта с отдельными состояниями (НД).Многие из этих оценок были консервативными, при этом в последние годы для некоторых штатов, включая ИА (46), МЭ (47) и Висконсин (48), приводились гораздо более высокие значения. Нормы внесения соли в провинциях Канады рассчитывались путем деления тоннажа в метрических единицах в год (49) на количество миль по дорожкам в каждой провинции (50). Все данные о дорожной соли представлены в тоннах США на милю полосы движения. Нормы внесения на уровне штатов и провинций были умножены на плотность дорог, чтобы получить приблизительную оценку потенциальной нагрузки соли на дороги для озер Северной Америки.

LTC-озера были приспособлены с помощью GAM для прогнозирования трендов содержания хлоридов с 1985 по 2010 год через равные промежутки времени. GAM были подобраны с использованием пакета mgcv в R [v.1.8–12 (51)] с использованием стандартизированных данных по хлоридам и с возможностью варьирования k (базовая размерность для сглаживающего члена) для каждого оштрафованного сплайна регрессии тонкой пластины. Был проведен иерархический кластерный анализ временных рядов LTC, чтобы проверить, присутствуют ли аналогичные временные закономерности в концентрациях хлоридов в нескольких озерах.Мы использовали кластеризацию Уорда, при которой несходства возводились в квадрат перед кластеризацией по матрице несходства, построенной из евклидовых расстояний [пакет R: TSclust v.1.2.3 (52)]. Мы выполнили кластеризацию k средних по данным LTC и визуально определили оптимальное количество кластеров, равное трем, на основе графика суммы квадратов на экране. При выходе за пределы трех кластеров отчетливых тенденций выявлено не было.

Для построения прогностических моделей использовались два статистических метода:

  • i ) Деревья классификации/регрессии [пакет R: rpart v.4.1–10 (53)]. Деревья регрессии были разделены с использованием метода ANOVA, который максимизирует сумму квадратов между группами. Деревья классификации использовались только тогда, когда группа кластеров была переменной ответа и использовался индекс Джини в качестве критерия разделения.

  • ii ) Случайный лес [пакет R: randomForest v.4.6–12 (54)].

Статические переменные-предикторы, полученные из набора данных, представляли собой площадь озера, плотность дорог и процент непроницаемого земельного покрова (100-, 200-, 300-, 400-, 500-, 1000- и 1500-метровый буфер), окружающих каждый озеро, среднемесячные температуры воздуха января, среднегодовые осадки, расстояние до побережья и среднегодовые отложения морской соли.

Чтобы оценить потенциал засоления озер в масштабе страны, мы рассчитали процент водонепроницаемого земного покрова в 500-метровых и 1000-метровых буферах для всех озер площадью ≥4 га в Соединенных Штатах, используя шейп-файлы из Национального набора гидрографических данных ( n = 152 199) и Национальная база данных земного покрова США за 2011 г. Процент освоенного непроницаемого слоя (55).

Аналитические скрипты доступны от соответствующего автора.

Благодарности

Мы благодарим двух анонимных рецензентов, чьи рекомендации значительно улучшили эту рукопись.Этот анализ стал возможным благодаря нашим многочисленным источникам данных: долгосрочным экологическим исследованиям биологической станции Келлогг (LTER), Геологической службе США, Департаменту природных ресурсов Висконсина, Департаменту охраны окружающей среды Нью-Йорка, Андреасу Клибергу из Института экологии пресной воды им. Лейбница. и рыболовство во внутренних водах, Агентство по контролю за загрязнением Миннесоты, Джон Стоддард из Агентства по охране окружающей среды США, LTER № DEB-1440297 северных озер умеренного пояса, Программа наблюдения за водосборными бассейнами Университета Род-Айленда, Управление по охране и рациональному использованию водных ресурсов Манитобы, IISD Experimental Lakes Area, Окружающая среда и парки Альберты , Министерство окружающей среды и изменения климата, Министерство окружающей среды и изменения климата Онтарио, Янош Корпанай из Университета Западной Венгрии, Сеть мониторинга вод возвышенностей Великобритании, Лаури Арвола из Финского института окружающей среды, Французского национального института агрономических исследований, Шведского департамента водных ресурсов и окружающей среды, водоснабжения города Цюриха и Mi чела Рогора из Института изучения экосистем CNR.Этот проект является результатом программы стипендий Глобальной сети экологических обсерваторий озер (GLEON) и поддержан грантами Национального научного фонда EF1137353 и EF1137327.

Сноски

    • Автор вкладов: H.A.D., S.L.B., S.M.B.B., j.p.d., j.c.s.-t., N. проектное исследование; H.A.D., S.L.B., S.M.B., J.P.D., F.E.K.-T., N.K.S. и J.C.S. проведенное исследование; ИМЕЛ. предоставил новые реагенты/аналитические инструменты; ЧАС.A.D., S.L.B., S.M.B., J.P.D., F.E.K.-T., N.K.S. и J.C.S. проанализированные данные; и H.A.D., S.L.B., S.M.B., J.P.D., F.E.K.-T., N.K.S., J.C.S., K.J.F., I.M.M., A.M.M.-W., D.C.R., Z.O., F.S., P.C.H. и K.C.W. написал бумагу.

    • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    • Эта статья является прямой отправкой PNAS. Д.Э.Х. является Приглашенным редактором, приглашенным редакционной коллегией.

    • Депонирование данных: Все данные, используемые в этом документе, общедоступны через EDI, https://portal.edirepository.org/nis/mapbrowse?scope=edi&identifier=8 (DOI: 10.6073/pasta/455d73d4cb43514e503826211eba4e99).

    Бесплатно доступны в Интернете через опцию открытого доступа PNAS.

    Соленость – Фонд водного образования

    Избыточная соленость вызывает рост угроза производству продуктов питания, качеству питьевой воды и общественному здоровье. Соли увеличивают стоимость городской питьевой воды и очистка сточных вод, за которые платят жители и предприятия.Повышение солености, вероятно, является крупнейшим долгосрочным хроническое ухудшение качества поверхностных и подземных вод в центральной части Калифорнии. Долина. Соленость, в том числе нитратная, из прошлого и текущие источники ухудшают полезное использование вод на всей территории Ландшафт долины и загрязнение питьевой воды источники для некоторых сообществ Центральной долины.

    Геологическая служба США (USGS) классифицирует воду различные концентрации соли, такие как:

    • Пресная вода: менее 1000 частей на миллион (ppm)
    • Слабосоленая вода: 1000–3000 частей на миллион
    • Умеренно соленая вода: 3000–10 000 частей на миллион
    • Сильно соленая вода: 10 000 – 35 000 частей на миллион

    Морская вода содержит около 35 000 частей на миллион солей.Соль попадает в водные пути из контакт с горными породами, содержащими растворимые минералы, что даже «пресная» вода вдали от океанов может стать особенно соленой. Этот особенно это касается подземных вод, которые могут скапливаться огромные концентрации соли во время путешествия между минералосодержащими породами на протяжении тысячелетий. Соленый грунтовые воды могут подтягиваться гораздо ближе к поверхности ненадлежащим удалением растительности, неправильным использованием земли, промышленность и ирригация.

    Последствия для здоровья

    Натрий и калий имеют уникальные отношения, которые позволяют их правильный баланс для удаления нежелательных жидкостей тела из кровоток.Оттуда он достигает почек для дальнейшего перерабатывается в то, что в конечном итоге станет мочевиной, выделяемой в виде мочи и выводятся из организма. Когда поступает слишком много соли, нарушается гармония между натрием и уровень калия нарушается, и почки не могут устранить достаточное количество воды из кровотока. Почки становятся перегружены, что приводит к непоправимому повреждению, в том числе почек камни и провал вообще. Кроме того, неудаленная жидкость накапливается, вызывая высокое кровяное давление и проблемы с сердцем.

    Экологические последствия

    Соленая вода задерживает рост растений из-за обезвоживания, предотвращая поглощение азота и отравление ионами хлора. В пресной воде, соль наносит вред здоровью растений и водных организмов, нанося виды в опасности.

    Соленость способствует накоплению взвешенных частиц (например, глины) на более крупные куски, что позволяет получить неестественное количество солнечный свет для проникновения. Это может сжечь местные виды растений. и способствовать распространению токсичных, паразитарных или сильно конкурентные водоросли.Кроме того, при соленом воды загрязняют почву, структуру и целостность почвы деградируют, допуская эрозию.

    По данным Института водных ресурсов Университета ООН, Окружающая среда и здоровье, чрезмерно соленый почвы усугубляют климат изменения, вызывая выбросы большего количества парниковых газов.

    Экономические последствия

    Соленая вода вредна для таких культур, как морковь, фасоль, авокадо и клубника, особенно не переносящие соль.Ухудшение почвы приводит к повреждению инфраструктуры, потере продуктивных сельскохозяйственных угодий и снижение урожайности сельскохозяйственных культур.

    Более 4 900 акров орошаемых сельскохозяйственных угодий по всему миру ежедневно теряется из-за повреждения солью, что оценивается более чем в 27 долларов. миллиардов во всем мире потерянного урожая каждый год. Чтобы отменить эти эффекты, фермеры могут сажать деревья, глубже пахать, собирать урожай солеустойчивых культур, смешивайте собранные растительные остатки с верхним слоем почвы или рыть дренажи вокруг засоленных участков.

    Соленость воды в Калифорнии

    Соленость увеличивается в сухом климате из-за отсутствия осадков. чтобы смыть любую соль, образовавшуюся в результате испарения или транспирация.Помимо засоления грунтовых вод через длительный контакт с подземными породами и минералами, Водоснабжение Калифорнии обогащается солью за счет использования воды умягчителей и от проникновения морской воды.

    Для устранения жесткой воды и связанного с ней засорения труб, умягчители воды заменяют магний и кальций на натрий или калий, процесс, требующий очень соленой жидкости, которая в конечном итоге откладывается в канализацию или поля выщелачивания для последующего загрязнение.

    Излишняя откачка грунтовых вод приводит к проникновению морской воды в пресноводные водоносные горизонты, экстремальные примеры которых включают Долина Салинас, долина Санта-Клара и округ Лос-Анджелес бассейны подземных вод.Для этого использовались подземные барьеры и нагнетательные скважины. улучшить качество этих водоносных горизонтов питьевой воды. Первый является временным средство, требующее введения непроницаемого цементного раствора под землю поверхности на участках с риском вымывания солей (и других загрязняющие вещества) для предотвращения их просачивания в грунтовые воды. Нагнетательные скважины – это пробуренные резервуары для нежелательные жидкости и газы, в данном случае для соленой воды, охраняемые глина и камень ниже самого низкого источника питьевой воды.

    В Центральной долине накопление соли привело к гибели 250 000 акров, изъятых из сельскохозяйственного производства, и 1,5 млн акров обозначен как нарушенный соленостью. Если соль остается неуправляемой, прямые экономические издержки долины могут превысить 1,5 миллиарда долларов в год. года к 2030 году, по данным Государственного надзора за водными ресурсами Доска.

    В 2006 г. Региональный совет по контролю качества воды Центральной долины запустила инициативу по разработке управления солью и нитратами план, разработанный представителями сельского хозяйства, муниципалитетов, промышленность, водоснабжение, сообщества экологической справедливости и государственные и федеральные регулирующие органы.

    На основе этих усилий в 2018 году региональное управление водного хозяйства внесло поправки планы контроля качества воды для реки Сакраменто и Бассейны рек Сан-Хоакин и бассейн озера Туларе включить программу контроля солей и нитратов, основанную на CV-SALTS (Альтернативы засоления Центральной долины для долгосрочного устойчивость) план управления солью и нитратами. Поправки направлены на то, чтобы люди, пострадавшие от нитратов, были обеспечены безопасным питьевая вода, разрешения выписываются, чтобы привести к сбалансированной соли и содержание нитратов и что план управляемого водоносного горизонта восстановление в долгосрочной перспективе происходит для восстановления питьевой воды поставки там, где это «разумно, практично и осуществимо».”

    Осморегуляция – выживание в соленой и пресной воде

    Тема

    Молекулярная биология

     

    Объективы

    На этом уроке учащиеся узнают, как лосось может жить как в пресной, так и в соленой воде, они поймут физические и поведенческие адаптации лосося, необходимые для прохождения процесса смолтификации.

     

    Материалы

     

    Фон

    Лосось — это анадромных рыб, это означает, что они вылупляются в пресной воде, живут большую часть своей жизни в морском океане и мигрируют обратно в пресную воду для нереста.Лосось может выжить как в пресной, так и в соленой воде. Существуют поведенческие адаптации, а также физические адаптации, которые делают это возможным.

    Первое, что нужно понять, это осмос. Осмос – это процесс, при котором молекулы растворителя проходят через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный раствор, таким образом выравнивая концентрацию по обе стороны мембраны. Когда речь идет о соленой или пресной воде, вода будет проходить через полупроницаемую мембрану в ту сторону, где концентрация соли выше.Это означает, что лосось в пресной воде должен иметь адаптацию для предотвращения чрезмерной гидратации, а в соленой воде ему нужна адаптация для предотвращения обезвоживания.

    Поведение лосося предотвращает чрезмерную гидратацию (в пресной воде), если пить меньше воды или вообще не пить ее, а моча разбавлена ​​(больше воды, чем соли). В соленой воде они делают наоборот, они будут гидратироваться за счет питьевой воды, и у них будет концентрированная моча (больше соли, чем воды).

    Лосось

    также имеет физическую адаптацию для предотвращения обезвоживания и чрезмерного увлажнения.Эта адаптация находится на клеточном уровне. Они называются белками активного транспорта и пассивного транспорта . Они действуют как двери в клеточной мембране для перемещения соли внутрь и наружу. При пассивном транспорте соли (растворенные вещества) будут двигаться по градиенту концентрации. При активном транспорте клетка будет использовать энергию (АТФ) для перемещения соли (растворенного вещества) против градиента концентрации.

     

    Процедура

    1. Просмотрите слайд-шоу Осморегуляция и ознакомьтесь с содержанием
    2. Раздайте словарь Osmoregulation Vocab Sheet
    3. Позвольте учащимся заполнить словарь по мере того, как вы представляете информацию
    4. После того, как вы закончите презентацию слайд-шоу, раздайте Рабочий лист осморегуляции и дайте учащимся поработать с ним в одиночку или с партнерами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.