Воздействие на гидросферу

Вода представляет собой один из наиболее важных компонентов, обеспечивающих жизнь на нашей планете. Обладая рядом аномальных свойств, она влияет на протекающие в экосистемах сложнейшие физико-химические и биологические процессы. Нелишне упомянуть, что к таким свойствам относятся очень высокие и максимальные среди жидкостей теплоемкость, теплота плавления и испарения, поверхностное натяжение, растворяющая способность и диэлектрическая проницаемость, прозрачность. Перечисленные свойства создают потенциальную возможность накопления в воде очень высоких количеств самых разнообразных загрязняющих веществ, в том числе патогенных микроорганизмов.

Но дело не только в загрязнениях, с водой у человека и у человечества весьма сложные отношения. Человек в последние десятилетия стал оказывать существенное влияние на гидросферу и водный баланс планеты. Антропогенные преобразования вод континентов уже достигли глобальных масштабов, нарушая естественный режим даже крупнейших озер и рек земного шара. Этому способствовали строительство гидротехнических сооружений (водохранилищ, оросительных каналов, систем переброски вод), увеличение площади орошаемых земель, обводнение засушливых территорий, урбанизация, загрязнение пресных вод промышленными, коммунальными стоками и т. д.

Под водопотреблением понимают использование водных ресурсов для удовлетворения нужд населения, промышленности, сельского хозяйства и т. д. Различают возвратное водопотребление - с возвращением забранной воды в источник (промышленность водохранилища, коммунальное хозяйство) и безвозвратное водопотребление - с расходом ее на фильтрацию, испарение и т. п. (в основном сельское хозяйство). Хотя запасы речных вод невелики (всего 1200 км³ или 0,0001 % объема всей гидросферы), но, обладая значительной способностью к возобновлению и самоочищению, они обеспечивают основной объем потребляемой воды в быту и хозяйстве.

Бытовое потребление воды в современном городе составляет от 200 до 300 л на человека, поэтому город с населением 3 млн. чел. в сутки потребляет до 20 млн. м³ воды, а в год - до 1 км³, причем к качеству бытовой воды предъявляются высокие требования по совокупности органических качеств.

Основной объем воды (около 96 %) сосредоточен в Мировом океане. Воды суши, представляющие наибольший интерес в экологическом отношении, подразделяют на поверхностные, не защищенные от загрязнения (озера, водохранилища, водотоки) и более защищенные подземные воды.

В естественных условиях химический состав вод регулируется природными процессами. Поддерживается равновесие между поступлением химических элементов в воду и выведением их из нее. Лишь на отдельных (обычно небольших) участках наблюдаются аномальные концентрации некоторых микроэлементов. Антропогенное изменение химического состава вод обусловлено попаданием в гидросферу огромного количества сточных вод, содержащих отходы промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунально-бытовые стоки. Они уменьшают в реках, озерах и фунтовых водах количество растворенного кислорода, изменяют условия разложения органических веществ, увеличивают концентрации азота, фосфора, различных металлов, хлорорганических соединений и прочих ядохимикатов, т. е. а конечном счете влекут за собой ухудшение качества воды.

Основными показателями качества воды являются ионный состав, общее солесодержание, цветность, запах и вкус, жесткость, щелочность, содержание железа, марганца и некоторых других элементов.

Под истощением вод понимается сокращение количества воды в водном объекте, происходящее под влиянием человеческой деятельности и носящее устойчивый характер. Зачастую недостаток пресной воды обусловлен качественным истощением водных ресурсов, т. е загрязнением и засорением водотоков и водоемов различными химическими веществами и «мусором».

Водотоки и водоемы считаются загрязненными, если состав или состояние их вод изменены в результате деятельности человека до такой степени, что они стали непригодными для целей, которым они служили до начала их использования человеком. Загрязнение поверхностных природных вод - это процесс изменения физических, химических или биологических свойств природных вод при попадании в них различных веществ, который может оказать вредное воздействие на человека и природу, а также ограничить возможность использования воды. Веществом, загрязняющим воду, является каждое соединение, вызывающее нарушение норм качества воды.

Под засорением поверхностных природных вод следует понимать поступление в водотоки и водоемы посторонних нерастворимых предметов, например древесины, металлолома, шлака, строительного мусора и т. д. Серьезный вклад в засорение вносит лесосплав. Лесосплав не предъявляет к качеству воды требований, но сам является источником загрязнения водотоков затонувшей древесиной и различными попутными отходами.

Примеси, поступающие в водные объекты, можно подразделить на минеральные, органические и биологические. К минеральным загрязняющим веществам относятся песок, глина, различные золы, шлаки, растворы солей, кислот, щелочей, эмульсии масел, радиоактивные и другие неорганические соединения. Органические загрязнители - это разнообразные вещества растительного и животного происхождения, а также многочисленные отходы в виде смол, фенолов, красителей, спиртов, альдегидов, серо- и хлорсодержащих органических соединений и т. д. Биологические загрязняющие вещества играют особую роль в жизни водоемов. С бытовыми сточными водами и стоками некоторых производств в водоемы и водотоки попадают болезнетворные бактерии и вирусы, возбудители инфекций.

Качество природных вод во многих районах Земли ухудшилось настолько, что использовать их для водоснабжения невозможно.

Специфическими токсическими свойствами обладают сточные воды содовых, сернокислотных, азотно-туковых заводов, электрохимических производств, заводов черной металлургии, машиностроительных предприятий, рудников по добыче руд, содержащих цветные металлы. Эти стоки содержат оксиды, гидроксиды, соли тяжелых металлов, цианиды, роданиды, щелочи, мышьяк. Столь же опасны сточные воды химических, коксохимических, газосланцевых предприятий, содержащих смолистые вещества, фенолы, меркаптаны, органические кислоты, альдегиды, спирты, красители. Свой негативный вклад вносят горнодобывающие предприятия.

Помимо взвешенных веществ в состав стока входят различные растворенные химические вещества и биогенные элементы. Органическое вещество в поверхностном стоке (как, впрочем, и во всех природных водах) имеет настолько разнообразный состав, что его охарактеризовать химически довольно затруднительно. Поэтому оценку уровня загрязнения производят по косвенным показателям, используя тест на биохимическую потребность в кислороде (БПК₅), который позволяет определить количество кислорода, расходуемого в процессе бактериального разложения органического вещества за 5 суток при стандартных условиях. Для этой же цели иногда используют тест на химическую потребность в кислороде (ХПК), но он характеризует общее содержание органики, а не ту часть, которая более легко разлагается бактериями и не дает представления о скорости потребления кислорода. ХПК дождевого стока может изменяться в пределах 30 -1500 мг кислорода на 1 л, а БПК₅ в пределах 3 - 150 мг кислорода на 1 л.

Одним из опасных загрязняющих водные ресурсы веществ, в настоящее стали время поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти вещества снижают способность воды к насыщению кислородом, парализуют деятельность микроорганизмов, разрушающих органические вещества; сами же ПАВ плохо поддаются биохимическому разложению.

Важным источником загрязнения внутриконтинентальных водотоков и водоемов следует считать речной транспорт, с которого поступают подсланевые воды, содержащие нефтепродукты, отработанные масла и канцерогенные полициклические углеводороды, хозяйственно-бытовые стоки, сухой мусор с судов, нефть и другие жидкие и твердые отходы.

В последние годы в связи с нарастающими объемами сельскохозяйственного производства все большую значимость приобретает проблема загрязнения природных вод поверхностным стоком с полей, лесов и других угодий. Условно загрязнение природных вод этим видом стока можно подразделить на три группы:

- биогенные вещества, поступающие в реки и водоемы в результате вымывания удобрений из почвы;

- ядохимикаты (пестициды, инсектициды, гербициды, дефолианты и др.), смываемые с полей или распыляемые с самолетов;

- продукты водной эрозии почв, включающие в себя органические и неорганические вещества, а также ядохимикаты.

Эвтрофикация. Главным источником биогенных элементов в поверхностных водах все больше становятся удобрения. Одним из наиболее неблагоприятных последствий загрязнения водоемов является ускоренное повышение биопродуктивности водоемов в результате накопления в воде биогенных веществ. Это явление носит название эвтрофикации (эвтрофирования). Иногда биопродуктивность водоемов повышается и за счет естественных факторов, но, как правило, последствия его достаточно быстро компенсируются внутренними «способностями» экосистемы.

В связи с непрерывно возрастающим загрязнением поверхностных вод подземная гидросфера становится практически единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Поэтому ее охрана от загрязнения и истощения, рациональное использование имеют важнейшее экологическое значение. Положение усугубляется тем, что природные для питья подземные воды залегают в самой верхней, наиболее подверженной загрязнению части артезианских бассейнов и других гидрогеологических структур, а реки и озера составляют всего 0,019 % общего объема воды. Опасность загрязнения подземных вод заключается в том, что подземная гидросфера (особенно артезианские бассейны) является конечным резервуаром накопления загрязнителей как поверхностного, так и глубинного происхождения.

Загрязнение Мирового океана.Выше мы отмечали колоссальное экологическое значение Мирового океана в функционировании биосферы Земли. Он представляет собой географический объект со специфическим геологическим и геоморфологическим строением, геохимическими и физико-химическими процессами, которые протекают в толще вод и донных отложений. Отличается особым характером обмена энергии, вещества, информации в процессах взаимодействия с атмосферой и поверхностью литосферы - дном, а также своим растительным и животным миром.

Общеизвестно, что вода в океане соленая. Морская вода - это многоэлементный и к тому же питательный раствор, в котором природа выращивает миллиарды тонн растительного вещества. Масса растворенных солей достигает астрономической величины - 48 млрд. т; при этом на долю хлористого натрия приходится 38 млрд. т. Самое удивительное в этом растворе - не огромное количество солей, а постоянство их соотношения между собой. Соленость меняется в зависимости от испарения, речного стока и атмосферных осадков, но состав солен - это глобальная константа. Средняя соленость воды океана - 35 %. В открытом океане она практически неизменна.

Сегодня Мировой океан привлекает серьезное внимание человека как хранилище огромных минерально-химических и энергетических ресурсов. Во многих районах дно Мирового океана устлано крупными железомарганцевыми конкрециями, запасы которых выражаются астрономическими цифрами до 300 - 350 млрд. т; обнаружены месторождения меди, алмазов, каменного угля, не говоря уже о запасах нефти и газа, в частности, прогнозные оценки запасов морской нефти составляют 60 - 150 млрд. т.

Мировой океан является источником богатейших биологических, промышленно-сырьевых и энергетических ресурсов, но их эффективное освоение возможно только в случае радикального решения проблемы защиты океанских вод от загрязнения.

Это загрязнение связано главным образом с поступлением огромного количества антропогенных вредных веществ на его акваторию (нефтяные углеводороды, биогенные компоненты, пестициды, тяжелые металлы, радионуклиды и др.). Постоянно увеличивающаяся нагрузка на Мировой океан ведет к постепенной деградации морских экосистем с неблагоприятными экологическими последствиями.

Нефтяное загрязнениепредставляет особую опасность для морских экосистем, так как по последним оценкам от 20 до 30 % поверхности Мирового океана покрыто нефтяными пленками. Эти пленки, чрезвычайно тонкие, но весьма активные, способны нарушать важнейшие физико-химические процессы в океане, что приводит к весьма нежелательным последствиям глобального масштаба, а на более низких уровнях отрицательно влияет на функционирование гидробиоценозов. Нефтяные пленки, будучи молекулярно устойчивыми, накапливаются в поверхностном слое воды, в донных осадках, морских организмах и, передаваясь по трофическим цепям, создают угрозу здоровью человека при употреблении в пищу рыбы и морепродуктов.

Радиоактивное загрязнение морей и океанов.Основными источниками радиоактивного загрязнения Мирового океана являются:

- испытания ядерного оружия;

- сброс радиоактивных отходов непосредственно в море;

- крупномасштабные аварии (ЧАЭС, аварии судов с атомными двигателями-реакторами);

- захоронение радиоактивных отходов на дне.

Воздействия на морские побережья.С географической точки зрения, морское побережье - это пограничная полоса между сушей и морем, характеризующаяся современными и древними береговыми формами рельефа и своеобразными сообществами организмов.

С побережьями океана связана разнообразная и экономически важная хозяйственная деятельность человека, которая с каждым годом увеличивает антропогенные нагрузки на береговую зону практически во всех районах земного шара.

- глобальное потепление климата и связанное с ним повышение уровня Мирового океана;

- гидротехнические сооружения (буны, волноломы и т. п.), сильно способствующие размыву морских берегов;

- добыча минерального сырья (песок, галька, коралловый материал для производства цемента и др.) в береговой зоне, приводящая к увеличению воздействия волн на берег и к истощению пляжей.

Сельское хозяйство представляет собой значительный источник загрязнений подземных вод. Навозохранилища при крупных животноводческих комплексах, построенные из сборного железобетона, протекают повсеместно, впрочем в те годы, когда строили эти сооружения, никто не помышлял о необходимости их изоляции от внешней среды. Кроме протечек, в весеннее время они, как правило, переполняются за счет полой воды и становятся мощными точечными источниками загрязнений. Наибольшую опасность представляют указанные сооружения при свиноводческих фермах за счет гельминтозного и другого патогенного загрязнения.

Применение пестицидов опасно широким площадным распространением, их высокой миграционной способностью, стойкостью некоторых продуктов их распада и загрязненностью самих примесями, токсичность которых зачастую еще не полностью оценена.

Использование удобрений в растениеводстве при неразвитой агротехнике способно, при всех успехах в повышении урожайности, нанести большой вред качеству грунтовых вод.

Тепловые электростанции опасны для подземных вод тепловым загрязнением, т. е. формированием повышенного температурного поля, в котором процессы взаимодействия подземных вод с естественными и искусственными органическими веществами идут более интенсивно.

Освоение подземного пространства не может пройти незаметно для режима подземных вод. Заглубление фундаментов под уровень грунтовых вод, укладка тоннелей, в том числе и метрополитенов, коллекторов и т. п. уменьшает площадь поперечного сечения потока грунтовых вод, что вызывает подъем их уровня.

Особое внимание при изучении современного состояния загрязненных водных систем необходимо уделить долговременному эффекту воздействия низких доз загрязнителей (близких, но не равных ПДК). Установлено, что это оказывает более пагубное влияние на популяции водных организмов, чем острое, но кратковременное токсическое воздействие. Кроме того, каждый водоем уникален из-за больших различий в химическом составе, скорости перемешивания, температурного режима, вертикальной зональности водной массы и других характеристик.