Основной объем пресной воды сконцентрирован в снежном покрове и ледниках, и лишь незначительная его часть распределена в пресных водоемах. И даже этого количества было бы достаточно для нужд всего человечества, если бы не масштабное загрязнение Мирового океана.
Научно-технический прогресс ХХ столетия привел к активному загрязнению водных бассейнов, темпы которого с каждым годом только увеличиваются.
Все загрязнители условно делятся на 3 основных вида:
Во всем мире наиболее широко распространены такие химические загрязнители как пестициды, тяжелые металлы, нефть и нефтепродукты, различные синтетические компоненты. Химическое загрязнение – самое распространенное и устойчивое, оказывающее сильное влияние на гидросферу. В большинстве случаев полное самоочищение природных вод при таком виде загрязнения невозможно.
Рис. 1. Загрязнение вод нефтепродуктами
К биологическим загрязнителям относятся различные патогенные микроорганизмы. Бактериальное загрязнение сводится к распространению грибов, простейших организмов, болезнетворных бактерий, и носит временный характер.
Помимо основных видов загрязнения гидросферы выделяют также засорение вод остатками лесосплава, бытовыми и промышленными отходами, которые значительно ухудшают состояние вод, нарушают хрупкое равновесие экосистем.
Рис. 2. Бытовые отходы в природных водоемах
Последствия загрязнения гидросферы
Водные ресурсы – это природное богатство, создающее все условия для комфортной жизни на земле. Но даже весьма внушительный их запас человечество умудрилось довести до критического состояния. Трудно представить себе, насколько сильно ухудшится жизнь на планете, если произойдет глобальное загрязнение гидросферы.
Ученые установили, что загрязнение вод Мирового океана приводит к серьезным изменениям пищевой пирамиды, полной утрате сигнальных связей в биоценозе, ухудшению качества жизни и гибели огромного количества представителей растительного и животного мира.
Особую угрозу для всех живых организмов на планете представляет радиоактивное загрязнение гидросферы. Радиоактивные отходы – это настоящая бомба замедленного действия, которая может прийти в действие в любой момент, стерев с лица земли все живое.
Чтобы предотвратить окончательное загрязнение водных ресурсов, на все виды производства необходимо внедрять новые технологии, в частности, замкнутые циклы водоснабжения. Благодаря им сточные воды не скидываются в природные водоемы, а очищаются и не единожды используются в производственных процессах.
Рис. 3. Система очистки вод
Загрязнение гидросферы
Гидросфера объединяет все свободные воды, которые могут перемещаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации. Это воды океанов, морей, озер, снега, подземные, грунтовые, речные, атмосферные (в виде пара, тумана).
Как отмечалось в п. 2.2.3, на Земле имеется около 1,4 млрд км 3 соленой воды (97%). Площадь водной поверхности равна 361 млн км 2 . На суше находится до 40 млн км 3 (3%) свободной пресной воды. В виде ежегодно возобновляемого стока рек мира объем пресной воды, наиболее нужной для живых организмов, составляет около 0,04 млн км 3 , или около 0,1% от всего ее объема.
Виды загрязнителей гидросферы
Различают загрязнители гидросферы по природе: минеральные (около 42%), органические (около 58%), биологические (бактериальные), по объекту: промышленные, хозяйственно-бытовые, фекальные, по растворимости: нерастворимые, растворимые и т.п.
К минеральным загрязнителям относят песок, глину, шлак, соли, кислоты, щелочи, минеральные масла и т. п., содержащиеся в сточных водах металлургической и машиностроительной промышленности, отходах нефтяной и перерабатывающей промышленности.
Органические загрязнители по происхождению делят на растительные: трава, растительные и пищевые остатки, бумага, нефтепродукты, животные: загрязнения животноводческих ферм, выделения животных, стоки боен скота, кожевенных заводов, биофабрик.
Источники загрязнения гидросферы — это объект или субъект, вносящий в воду загрязняющие вещества, микроорганизмы или теплоту. Ими являются атмосферные и талые воды городов, бытовые и промышленные сточные воды, животноводческие стоки и грунтовые воды, загрязненные удобрениями и пестицидами. Ежегодно в водоемы сбрасывается около 30 млрд м 3 неочищенных вод. Основная причина загрязнения морских вод — разливы нефти. Загрязнение водных систем более опасно, чем загрязнение атмосферы, потому что процессы очищения воды протекают значительно медленнее.
Загрязнение рек и водоемов. Они загрязняются сточными водами промышленных и коммунальных хозяйств, водами шахт, рудников, нефтепромыслов, атмосферными загрязненными осадками, сбросами транспорта, продуктами сельскохозяйственной деятельности и обработки технических культур, отходами производств, отходами древесины при заготовке и сплаве леса. К загрязнителям относятся: поверхностно-активные вещества, синтетические моющие средства, пестициды и другие химические соединения, фекальные спуски и т. д.
Во многих густонаселенных территориях интенсивно загрязняются реки. Воду таких рек не только пить, но и купаться нельзя в ней. Нил — древняя река человечества, за год принимает в себя около 100 млн м 3 ядовитых отходов и нечистот. В Индии с 1940 по 1950 г. фекальные инфекции от загрязненных вод привели к смерти около 27 млн чел. Рейн превращен в сточную канаву Европы. Лишь один промышленный гигант «Байор» сбрасывает в него ежегодно до 3000 т ядовитых веществ. В Майн ядовитые сливы в количествах более 800 т поставляет компания «Фарбверх Хехст». В крупнейшую реку Европейской России Волгу поступает около 25 км 3 /год сточных вод при потоке воды у Волгограда в 240 км 3 /год. Разбавление стоков составляет менее 1/10, тогда как по нормам оно должно составлять от 1/20 до 1/30.
Умирают озера. Пример тому — Аральское море-озеро, которое гибнет из-за уменьшения поступления воды в связи с постройкой Каракумского канала и роста расхода воды рек Амударьи и Сырдарьи на полив. Одно из Великих озер Америки — озеро Эри — превращается в сточный водоем, в который ежегодно сбрасывается 6 тыс. м 3 сточных вод и до 40 млн м 3 промышленных сливов. Загрязняются, преимущественно стоками целлюлозных комбинатов, озеро Ладога и чистейшее озеро мира — Байкал.
Загрязняются и истощаются подземные запасы вод. Даже ледники загрязняются при выпадении осадков. Во льдах Гренландии содержание свинца в 1969 г. по сравнению с 1953 г. повысилось в 20 раз и превышает естественный уровень чистых льдов в 500 раз.
Загрязнение морей. Оно происходит: вследствие промышленной, сельскохозяйственной и бытовой деятельности людей, которая приводит к загрязнению рек, впадающих в моря, из-за непосредственных сбросов в моря отходов и грязных стоков, из-за разлива нефти из танкеров при их крушении. Некоторые из сбросов удобряют прибрежные части морей и океанов, создавая обилие фитопланктона, рост сине-зеленых водорослей и, как следствие, заполнение ими огромных акваторий и гибели других живых организмов моря. Сейчас это достигло такой степени, что море, несмотря на значительные резервные функции самоочищения, уже не способно восстановить свои природные качества, если ему не помочь. В первую очередь это касается внутренних водоемов: Каспийского, Средиземного, Балтийского, Красного, Аральского и других морей. По заключению Ж.-И. Кусто, без неотложных мер по восстановлению вод Средиземного моря оно станет мертвым всего через 40 лет.
На первом месте среди загрязнителей моря находится нефть. Так, авария на скважине у Санта-Барбары в Калифорнии в 1969 г. сопровождалась суточным изливом в море до 100 тыс. л нефти. Авария супертанкера «Торри-Карион» у южной оконечности Англии привела к загрязнению моря 17 тыс. т нефти. И эти примеры можно долго приводить. Из-за разливов нефти первичная продукция моря только за последние 25 лет уменьшилась на 15-25%. Другими загрязнителями морских вод являются пестициды, отходы металлургических и химических производств, особенно содержащие три тяжелых металла: ртуть, медь свинец. Так, в морскую среду ежегодно попадает около 5 тыс. т ртути.
Воздействие загрязнений гидросферы на флору, фауну и человека
Кислотные дожди, которые порождаются продуктами сгорания природных углей и нефтяных продуктов, губят растительность, ухудшают качество грунтовых вод. Рекордное повышение кислотности воды до рН 2,4 зафиксировано в шотландском городе Питлохри. На севере Скандинавии образовались «кислотные» озера. В Австрии в 1983 г. было подвержено заболеванию 200 тыс. га лесных массивов. Гибель леса приводит к эрозии горных склонов, возрастает опасность лавин и обвалов. Леса превращаются в каменистую пустошь.
От сбросов неочищенных вод в водоемы гибнет рыба и водная растительность. Постоянное употребление человеком воды, содержащей концентрации вредных примесей больше ПДК в несколько раз, приводит к хроническим заболеваниям кожи, желудка, печени. При большом превышении ПДК возможны отравления и смерть. Появление в воде болезнетворных микроорганизмов может вызвать эпидемию, например, холеры.
Особую опасность для живых организмов представляет загрязнение морей и прибрежной зоны при разливе нефти из потерпевших крушение танкеров (около 10 млн т/год), при авариях на морских буровых платформах, при промывке танкеров (около 2 млн т/год). Обычно такие аварии вызывают экологическую катастрофу в местах попадания нефти в воду, поскольку нефть и нефтепродукты оказывают вредное воздействие на многие живые организмы, в первую очередь на исходный продукт питания большинства морских организмов — планктон.
Источники загрязнения гидросферы
Основная проблема – это загрязнение гидросферы. Эксперты называют следующие источники загрязнения акваторий:
p, blockquote 5,1,0,0,0 -->
- промышленные предприятия,
- жилищно-коммунальные службы,
- транспортировка нефтепродуктов,
- сельскохозяйственная агрохимия,
- транспортная система,
- туризм.
Загрязнение Мирового океана нефтью
Теперь поговорим подробнее о конкретных происшествиях. Что касается нефтепромышленности, то во время добычи сырья с шельфов морей происходят небольшие утечки нефти. Это не столь катастрофично, как разливы нефти во время аварий на танкерах. В таком случае масляное пятно покрывает огромную площадь. Жители водоемов задыхаются, поскольку нефть не пропускает кислород. Погибает рыба, пернатые, моллюски, дельфины, киты, а также другие живые существа, вымирают водоросли. На месте разлива нефти образуются мертвые зоны, к тому же меняется химический состав воды, и она становится непригодной ни для каких нужд людей.
p, blockquote 6,0,0,0,0 -->
p, blockquote 7,0,0,0,0 -->
Загрязнение рек и озер
Озера и реки, протекающие на континенте, страдают от антропогенной деятельности. Буквально каждый день в них сбрасывают неочищенные бытовые и промышленные стоки. Также в воду попадают минеральные удобрения и пестициды. Все это приводит к тому, что акватории перенасыщаются минеральными веществами, которые способствуют активному росту водорослей. Они в свою очередь потребляют огромное количество кислорода, занимают места обитания рыб и речных животных. Это может привести даже к гибели прудов и озер. К сожалению, поверхностные воды суши подвергаются еще и химическому, радиоактивному, биологическому загрязнению рек, которое происходит по вине человека.
p, blockquote 9,0,0,0,0 -->
p, blockquote 10,0,0,0,0 --> p, blockquote 11,0,0,0,1 -->
Водные ресурсы – это богатство нашей планеты, пожалуй, самое многочисленное. И даже этот огромный запас люди умудрились довести до худшего состояния. Страдает и химический состав, и атмосфера гидросферы, и жители, населяющие реки, моря, океаны, а также меняются границы водоемов. Только люди в состоянии помочь очищению аквасистем, чтобы спасти от уничтожения многие акватории. К примеру, на грани исчезновения находится Аральское море, а его участь ожидают и другие водоемы. Сохранив гидросферу, мы сохраним жизнь многих видов флоры и фауны, а также оставим запасы воды нашим потомкам.
Роль воды
Вода играет существенную роль как в биологических процессах, так и в климатических. Вода является универсальным растворителем химических веществ. Значительная роль воды на планете обусловлена ее физическими свойствами.
Вода обладает большой теплоемкостью 4,18 Дж/г·К (теплоемкость воздуха 1,009 Дж/г·К). В природных условиях вода медленно остывает и медленно нагревается, являясь регулятором температуры на Земле.
Плотность воды максимальна при 3,98°C и составляет 1,0 г/см 3 . Плотность воды уменьшается как при повышении, так и при понижении температуры. Эта аномалия обусловливает возможность жизни в водоемах, замерзающих в зимнее время. Так как лед легче воды (его плотность ниже), он располагается на поверхности и защищает лежащие ниже слои воды от промерзания. При дальнейшем понижении температуры увеличивается толщина слоя льда, но температура воды подо льдом остается на уровне
4°C, что позволяет водным организмам сохранять жизнь.
Основные источники загрязнения гидросферы
Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств, увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей. Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км 3 сточных вод.
Основными источниками загрязнения гидросферы являются:
- промышленные сточные воды,
- хозяйственно-бытовые сточные воды,
- дренажные воды с орошаемых земель,
- сельскохозяйственные поля и крупные животноводческие комплексы,
- водный транспорт.
Все загрязнители сточных вод подразделяются на три группы:
- биологические загрязнители: микроорганизмы – вирусы, бактерии, растения – водоросли, дрожжи, плесневые грибки,
- химические загрязнители: наиболее распространенными загрязнителями являются нефть и нефтепродукты, СПАВ, пестициды, тяжелые металлы, диоксины, фенолы, аммонийный и нитритный азот и др.,
- физические загрязнители: радиоактивные элементы, взвешенные твердые частицы, шлам, песок, ил, тепло и др.
Виды загрязнения воды
Химическое загрязнение может быть органическим (фенолы, пестициды), неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (ртуть, мышьяк, кадмий, свинец), нетоксичным. Эвтрофикация – явление, связанное с поступлением в водоемы большого количества биогенных элементов (соединений азота и фосфора) в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства.
В России концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК во многих водных объектах (табл. 6). При осаждении на дно водоемов вредные вещества сорбируются частицами пород, окисляются – восстанавливаются, выпадают в осадок. Однако, как правило, полного самоочищения не происходит.
Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов и т.д.
Физическое загрязнение может быть радиоактивным, механическим, тепловым.
Очень опасно содержание в воде радиоактивных веществ даже в малых концентрациях. Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов и т.д. В подземные воды радиоактивные элементы попадают в результате их выпадения с осадками на поверхность земли и последующего просачивания вглубь земли, либо в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (шлам, песок, ил и др.), которые могут значительно ухудшать органолептические показатели.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры природных вод в результате их смешивания с технологическими водами. Температура сточных вод ТЭС, АЭС выше температуры окружающих водоемов на 10ºC. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, выделению ядовитых газов – Н2S, СН4. Происходит цветение воды, ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны.
Экозащитные мероприятия
Для защиты поверхностных вод от загрязнения предусматриваются следующие экозащитные мероприятия.
- Развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения – создание замкнутого цикла использования производственных и бытовых сточных вод, когда сточные воды все время находятся в обороте, и попадание их в поверхностные водоемы исключено.
- Очистка сточных вод.
- Очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей.
Главный загрязнитель поверхностных вод – сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод является актуальной и экологически важной задачей.
Механическая очистка
Используется для удаления из сточных вод взвешенных веществ (песок, глинистые частицы, волокна и т.д.). В основе механической очистки лежат четыре процесса:
- процеживание,
- отстаивание,
- обработка в поле действия центробежных сил,
- фильтрование.
Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. Применяют для удаления из сточных вод крупных и волокнистых включений (сточные воды целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности). Ширина зазоров составляет 10–20 мм.
Отстаивание основано на свободном оседании примесей с плотностью ρ > ρ воды или всплытии примесей с ρ Пестов Сергей 2013 (c)
Загрязнение мирового океана нефтью
Добыча нефти может происходить либо на суше, либо на шельфе. В обоих случаях попадают продукты нефтепереработки в окружающую среду. Объем таких утечек незначителен, но он длительный по воздействию. В результате нефтью заражаются – озера, пруды, грунтовые воды, моря и океаны.
Заражение нефтепродуктами может произойти во время:
- аварии танкеров, доставляющих сырье или продукцию,
- непредвиденных ситуаций на нефтедобывающих платформах,
- чрезвычайных ситуациях на трубопроводах, проложенных по дну морей и океанов.
Крупнейшими промышленными катастрофами за 30 лет являются:
- авария в бухте Гуанараба, приведшее к экологической катастрофе в Рио-де-Жанейро,
- авария танкера Prestige у берегов Испании,
- разлив мазута и углеводородов из танкера на Филлипинах,
- повреждения двух танкеров в Керченском проливе привели к разливу нефти и гибели животных и морских рыб,
- крупнейшая катастрофа на нефтяной платформе в Мексиканском заливе.
Загрязнение детергентами
Детергенты являются источниками загрязнения гидросферы. Это вещества, которые добавляются в моющие средства. Они снижают поверхностное натяжение воды. Это приводит к усилению вспенивания и лучшему очищению поверхностей от загрязненности.
К детергентам относятся:
- гели для душа,
- очистители,
- красящие вещества и пигменты,
- пластиковые и поливинилхлоридные компоненты,
- шампуни,
- средства для мытья посуды и поверхностей,
- порошкообразные и гелеобразные стиральные порошки.
Детергенты еще по-другому называются поверхностно-активными веществами. ПАВ используют в сельском хозяйстве для эмульгирования пестицидов и других удобрений, и средств против паразитов.
Косметические и моющие средства попадают в грунт вместе со сточными водами, выводятся в моря и океаны.
Использование химических продуктов в сельскохозяйственной деятельности приводит к тому, что они оказываясь на растениях и растворяясь в воде, попадают в грунтовые воды с осадками, заражая пресноводную часть гидросферы. Реки, впадающие в моря дальше разносят отравляющие вещества.
Минерализация вод
Минеральные загрязнения воды – это попадание в гидросферу следующих веществ:
- минеральных солей,
- кислот и их растворов,
- щелочей,
- тяжелых металлов,
- шлаков с отработанных производств,
- частиц руды от горн обрабатывающих предприятий,
- глинистых частиц.
Засоление сточных вод – это фактор неорганического и минерального типа загрязнения. Степень интоксикации – это количество вещества, которое остается после выпаривания воды и выпадает в виде твердого осадка.
Загрязнение тяжелыми металлами
Тяжелые металлы – это токсический вид загрязнения. Они совпадают по своим признакам с группами микроэлементов, но оказывают пагубное действие на человека и животных. Их выведение затруднено. Тяжелые металлы и их соли остаются в организме навсегда, оказывая пагубное воздействие на органы и системы жизнедеятельности, вызывая мутации и отравления.
Источники поступления тяжелых металлов:
- природные факторы – выветривание горных пород и почв, эрозия, деятельность вулканов,
- техногенные факторы, связанные с переработкой и добычей полезных ископаемых, сгоранием топлива, сельскохозяйственной деятельностью и автотранспортом.
Тепловое загрязнение
Выброс теплых стоков приводит к ней запланированному нагреванию природных источников воды. В результате гидросфера испытывает перегрев и происходит тепловое загрязнение. Это самым негативным образом сказывается на жизнедеятельности живых организмов, чьим домом являются пресноводные и соленые резервуары.
Лучше всего демонстрирует влияние перегрева воды на живые организмы ситуация с большим барьерным рифом. В связи с тем, что воды мирового океана стали теплее приблизительно на 1°С, кораллы на рифе начинают погибать. И этот процесс начинает принимать необратимый характер, что требует немедленного решения проблемы.
Загрязнение полимерами
Окружающая среда да испытывает нагрузку от жизнедеятельности человека. Основными источниками загрязнения являются:
- поливинилхлорид,
- полиамид,
- полистирол,
- полиэфир,
- полиэтилен,
- лавсан,
- каучуки,
- резины.
Не разлагающийся пластик заполняет побережья, уничтожая живые организмы.
Способы попадания загрязнений в воду
Заражение гидросферы Земли происходит следующими способами:
- первичное непосредственное загрязнение – при этом способе происходит попадание вредных веществ непосредственно в массив воды извне,
- природное загрязнение – в этом случае отравляющие вещества сначала попадают в почву или воздух, и лишь потом из них переходят в воду.
Степень устойчивости загрязнения
По степени устойчивости химических веществ, попадающих в водную среду, загрязнение гидросферы можно разделить на:
- нестойкое – химические вещества попадают в круговорот веществ в гидросфере в результате чего под биологическим воздействием быстро исчезают,
- стойкое – загрязняющие компоненты не участвуют в естественном круговороте химических веществ в гидросфере, тем самым накапливаясь и продолжая загрязнять воду.
Для того чтобы оценить степень зараженности используют гидрохимический индекс загрязнения воды.
Масштабы распространения загрязнений
По масштабности распространения выделяют:
- глобальное, всеобъемлющее загрязнение, которое может произойти в любой точки земной шара,
- региональный масштаб отравления вод происходит локально, на определенной территории земной поверхности,
- локальное загрязнение происходит в определенных водоемах, где расположены предприятия, заражающие среду
Чем опасно загрязнение гидросферы для живых организмов?
Существует разнообразные экологические последствия, вызванные загрязнениями гидросферы. Но они все сказываются негативно на:
- жизнедеятельности организма,
- полноценном процессе роста,
- правильному функционированию,
- репродуктивной системе и нормальном воспроизводстве.
Поэтому охрана вод от загрязнения требует самого пристального внимания и использования комплексного решения проблемы отравления гидросферы.
Нейротоксичное воздействие
Тяжелые металлы, попадая в живой организм, вызывают разрушение нервных тканей. Система перестает функционировать полноценно, приводя к различным неврологическим нарушениям:
- нервные расстройства,
- стрессы,
- депрессии,
- аутизм,
- минимальные мозговые дисфункции,
- расстройства аутистического спектра,
- умственная отсталость,
- нарушение сна,
- мигрени,
- нарушение сосудистой деятельности,
- нарушение кровообращение в мозговых тканях,
- приводящие к нарушению ментальных функций.
Репродуктивные нарушения
Если концентрация загрязняющих веществ значительна, то организм может быстро погибнуть. Если же концентрация мала, то отравляющие вещества постепенно накапливаются в организме, снижая его продуктивную деятельность.
Именно опасные примеси и радиоактивные загрязнения, содержащиеся в воде, могут привести к потере способности воспроизводства.
Нарушения энергообмена
Энергообмен – важнейшая часть функционирование организма. Этот процесс происходит на межклеточном уровне. Но если мембраны клеток подвергаются воздействию вредных веществ, то в них нарушается процесс обмена энергией. Как следствие – жизненные процессы в организме сначала замедляются, потом приостанавливаются и организм перестает существовать.
Пути стабилизации экологии гидросферы
Развитие промышленности требует защиты гидросферы. Так как дальнейшее развитие приведет к неконтролируемому выбросу отравляющих примесей и веществ, что будет самым пагубным образом сказываться на состоянии водной среды. Охрана гидросферы должна включать в себя фильтрацию сточных вод.
Влияние автотранспорта должно также уменьшиться. В этом направлении ряд стран приняли самые эффективные меры, заменяем бензиновые дизельные двигатели – электротягой.
Проблема загрязнения водных ресурсов – глобальная мировая проблема, которая требует комплексного подхода, о причинении масштаба распространения и опасности загрязнения. Охрана гидросферы от химического загрязнения – одна из основных проблем, требующая различных методов и средств.