Основным источником химического загрязнения гидросферы являются промышленные и бытовые сточные воды, представляющие собой сложные гетерогенные смеси минеральных и органических веществ в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Технологические процессы приводят к загрязнению водоемов как исходными (сырьевыми), промежуточными и конечными продуктами производства, так и промывными водами, экстрактами и сорбентами.
Второй источник попадания вредных веществ в гидросферу - атмосферные осадки, несущие большое количество химических соединений промышленного и бытового происхождения. В водоемы попадают также токсичные вещества, смываемые дождевой водой с территорий предприятий и городских улиц.
Следует отметить и всё возрастающую роль кислотных дождей в химическом загрязнении открытых водоемов. При этом в воде и почве гибнут полезные микроорганизмы, а в подпочвенный слой уносятся растворяющиеся в дождевой воде минеральные соединения, необходимые для нормального роста и питания растений. В конечном счете токсичная влага попадает по подстилающей породе в грунтовые воды, водоемы и места водозабора. Повышение кислотности водоемов приводит к широкомасштабному поражению рыб и других представителей гидрофауны. Нарушения водных экосистем, в свою очередь, отрицательно сказываются на состоянии и воспроизводстве многих наземных животных и растений.
Большую химическую опасность создают пестициды (ядохимикаты) и удобрения, применяемые в сельско-хозяйственном производстве и проникающие в водотоки (в зонах повышенного увлажнения в водотоки уносится до 20% вносимого в почву их количества).
Вредоносное влияние на гидросферу оказывают перевозимые водным транспортом нефть, нефтепродукты, другие токсичные вещества, а также соединения, образующиеся при эксплуатации этого транспорта.
В последнее время все чаще отмечается, что в отдельных местах серьезными источниками опасного для здоровья загрязнения поверхностных и грунтовых вод становятся, наряду со сточными водами, крупные свалки химических, коммунальных и бытовых отходов, содержащие хлорорганические соединения, токсичные металлы, различные синтетические препараты, строительные материалы и др.
Игнорирование научно-технических достижений, слабое внедрение безотходных и малоотходных технологических процессов, бесконтрольный сброс токсичных сточных вод, нарушение режимов эксплуатации технических средств, погрешности в проектировании потенциально вредных производств, отсутствие или низкая эффективность очистных сооружений, превышение реальных возможностей самоочищения гидросферы - все это привело во многих странах к опасному уровню химического загрязнения ряда жизненно важных пресноводных водоемов. Так, например, в Невской губе и восточной части Финского залива целый ряд загрязняющих веществ (ртуть, медь, кадмий, цинк, кобальт, фенолы, нефтепродукты, в том числе их тяжелые фракции) содержится в количествах, значительно превышающих ПДК. Обитающие в Невской губе рыбы практически на 100% поражены токсикозами.
Многие загрязнители морей и океанов являются продуктами промышленного и сельскохозяйственного производства, а также составной частью бытовых отходов и канализационных стоков населенных пунктов прибрежных районов. Все это вызывает значительное повышение окисляемости и биохимической потребности в кислороде морской воды и резко ухудшает ее бактериологические показатели.
Особую химическую опасность для моря представляют биогенные элементы - фосфор и азот, стимулирующие размножение сине-зеленых водорослей. Последние являются активными потребителями кислорода и наряду с органическими веществами-загрязнителями, подвергающимися окислительной трансформации, становятся источником нарастающего “кислородного голодания”.
Как уже отмечалось, распространенными химическими загрязнителями гидросферы в настоящее время являются нефть и нефтепродукты. Обычно большие их количества попадают в воду в результате аварий на танкерах и буровых платформах, при сливах за борт, промывках резервуаров, а также со стоками с материков. Имеются расчеты, что при перевозке каждой тонны нефти в среднем теряется около 90 г, при добыче тонны нефти на буровых платформах - свыше 70 г, а при погрузке и выгрузке на 1 т теряется около 20 г нефти. Испаряясь с поверхности моря, компоненты нефти загрязняют атмосферу, а затем частично возвращаются в океан с дождями. Значительная их часть (до 5%) растворяется в воде, причем наиболее токсичные ароматические углеводороды растворяются лучше других компонентов, и их концентрация в морской воде через 5 суток может достигать более 7 мг/л. Под воздействием ультрафиолетового излучения из нефти образуются водорастворимые жирные кислоты и спирты. Тяжелые фракции нефти (температура кипения которых выше 370оС) постепенно уплотняются и оседают на дно. Этому способствует поглощение взвешенные нефтяных частиц многочисленными обитателями морей, в том числе планктонными организмами.
Большую химическую опасность создает загрязнение морей тяжелыми металлами. В их числе - ртуть и ее соединения, которые применяются для производства взрывчатых веществ, хлора, некоторых пестицидов, лечебных препаратов, бумаги, при синтезе пластмасс, красителей, для заполнения измерительных приборов. В поверхностные воды соединения ртути могут поступать также в результате выщелачивания пород в районах ртутных месторождений и в процессе разложения водных организмов, утилизирующих эти вещества. Большие количества ртутных соединений поступают в акватории со сточными водами соответствующих предприятий. Всего в мире ежегодно производится около 9 тыс. тонн ртути, более половины которой впоследствии оказывается в океанах и морях.
Другим источником загрязнения гидросферы ртутью является применение ртутьорганических инсектофунгицидов (диэтилртуть, этилмеркурфосфат, меркуран, гранозан), которые, попадая в водную среду, вначале аккумулируются водорослями, а затем по пищевой цепи проникают в организм ракообразных, морских млекопитающих, рыб, птиц. Вещества, включающие ртуть, в воде метилируются микроорганизмами и превращаются в метилртуть - высокотоксичное жирорастворимое стойкое соединение. Чем больше метилртути содержат рыбы, тем сильнее нарушена у них координация движений при плавании и тем легче они становятся добычей птиц и рыболовов. При этом рыбы могут накапливать в своем организме ртуть в концентрациях, превышающих ее первоначальную концентрацию в воде почти в 3000 раз. Помимо общетоксического действия, метилртуть обладает способностью вызывать деструкцию хромосом и нарушать митотическую активность клеток, что объясняет необычно высокую частоту уродств у детей с врожденными ртутными интоксикациями.
Еще один источник ртутного загрязнения морей - заводы щелочного электролиза, где применяются ртутные электроды при производстве хлора, содового щелока и других веществ. Например, получение 1 тонны хлора сопровождается попаданием в стоки 150-200 г ртути.
Следует отметить, что металлическая ртуть в биологических средах и в водных растворах может переходить как в оксиды, так и (в результате ионизации) в ионы Hg2+ и Hg+. Данные процессы, в частности, активно протекают в эритроцитах. Ионам ртути, которые легко образуются и при попадании в организм растворимых ее солей, присуще свойство тиоловых ядов, т.е. способность избирательно блокировать каталитически активные сульфгидрильные (-SH) группы ферментов и белков.
Другим высокотоксичным тяжелым металлом, загрязняющим водную среду, является кадмий, который в чистом виде и в виде солей и оксидов применяется для изготовления легкоплавких материалов, в производстве щелочных аккумуляторов, красок, лаков, эмалей, керамики, используется в качестве стабилизатора пластмасс, в электрических батареях, при нанесении гальванических покрытий. В акватории кадмий может поступать как со сточными водами использующих его предприятий (прежде всего свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик), так и из воздуха с осадками. Например, в Балтийское море ежегодно поступает около 200 т кадмия, в том числе 45% - из воздуха. Всего же в мире за один год в окружающую среду выбрасывается около 5000 т соединений кадмия.
Попадание в организм человека небольшого количества кадмия (в пределах 10 мг) вызывает у человека признаки отравления. Оно проявляется раздражающим действием яда на органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, поражением центральной нервной системы, дегенеративными изменениями печени и почек, нарушениями фосфорно-кальциевого обмена.
В последние десятилетия большое токсикологическое значение приобрели пестициды - химические вещества, призванные сократить ущерб, наносимый сельскохозяйственным культурам различными вредными организмами, болезнями, сорняками. Высказывается мнение, что без применения средств химической защиты мировой урожай составлял бы лишь 70% получаемого в настоящее время. Вместе с тем их широкое использование приводит к загрязнению объектов окружающей среды, в том числе источников водоснабжения, к заболеваниям и гибели многих представителей гидрофлоры и гидрофауны.
Особенностью пестицидов является их устойчивость к разложению (биодеградации) в условиях внешней среды, в том числе в водной среде, которое длится годами. Проходя по пищевым цепям, пестициды в конечном счете с пищей попадают в организм человека. Многие из этих токсичных веществ помимо высокой стойкости обладают выраженными кумулятивными свойствами, что создает условия для их как острого, так и хронического воздействия, отдаленные последствия которого могут проявляться в виде сдвигов в иммунологическом статусе организма, в мутагенном, тератогенном и бластомогенном действии.
Загрязнение поверхностных водоемов пестицидами происходит несколькими путями. Они могут попадать в воду при смыве почвенного растительного покрова и вымывании из почвы, в результате сноса воздушного потока аэрозолей препарата в процессе аэрообработки, при опрыскивании и опылении.
Пестициды , кроме того, вносятся в водоемы целенаправленно - для уничтожения сорной растительности. Они также могут поступать в них со сточными водами производящих и использующих их предприятий (в частности, тепличных хозяйств и хранилищ).
К сожалению, традиционные очистные водопроводные сооружения не являются надежным барьером для целого ряда высокотоксичных пестицидов. К тому же представляет опасность химическая трансформация многих из этих веществ с образованием более ядовитых метаболитов при их взаимодействии с хлором и озоном, используемыми для обработки питьевой воды.