Воздействие на гидросферу

Среднегодовой суммарный сток рек Российской Федерации в 90-х гг. XX в.составляет 4270 км3 в год, в том числе из сопредельных территорий в Россию поступает 230 кмЭв год.

Потенциальные эксплуатационные ресурсы подземных вод в России около 230 км3 в год.

В целом в России на одного жителя приходится 31,9 тыс. м3 пресной воды в год. Однако распределение пресной воды, в первую очередь речного стока, по территории крайне неравномерно и не соответствует численности населения и размещению промышленных предприятий.

90% общего годового объема речного  стока приходится на бассейны  Северного Ледовитого и Тихого  океанов. На бассейны Каспийского  и Азовского морей, где проживает  свыше 80% населения России и сосредоточен  ее основной промышленный и  сельскохозяйственный потенциал, приходится  менее 8% общего годового объема  речного стока. Водообеспеченность на 1 км2 территории колеблется от 130 тыс. м3 в Центрально-Черноземном районе до 610 тыс. м3 — в Волго-Вятском, а на одного жителя — от 2,8 тыс. км3 в Центрально-Черноземном до 307,5 тыс. км3 в Дальневосточном. Недостаточно обеспечены собственными водными ресурсами Ростовская, Астраханская, Липецкая, Воронежская, Белгородская, Курганская области, республика Калмыкия и некоторые другие территории.

В Курганской области в среднем на одного человека приходится в год 1,15 тыс. м3 водных ресурсов, что в 6,6 раза меньше, чем по Уральскому региону, и в 27,7 раза меньше, чем в целом в Российской Федерации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование водных ресурсов

 

Мы ошибочно полагали, что в распоряжении человечества находятся неисчерпаемые запасы пресной воды и что они достаточны для всех нужд. Следует повторить еще раз, что это было глубоким заблуждением. Человечеству не угрожает недостаток воды. Ему грозит нечто худшее — недостаток чистой воды.

Проблема недостатка пресной воды возникла по следующим основным причинам:

1. Интенсивное увеличение потребностей  в воде в связи с быстрым  ростом народонаселения планеты  и развитием отраслей деятельности, требующих огромных затрат водных  ресурсов.

2. Потери пресной воды вследствие  сокращения водоносности рек  и других причин.

3. Загрязнение водоемов промышленными  и бытовыми стоками.

Потребности же в чистой, пресной воде с каждым годом растут. Достаточно отметить, что на производство 1 т стали расходуется 250 м3, меди — 500 м3, целлюлозы — 1500 м3 воды. Крупнейшим водопот-ребителем является сельское хозяйство. Для получения 1 т пшеницы требуется 1500 м3 воды, а 1т хлопка—10000 м3. За вегетационный период на 1 га кукурузы расходуется 3000 м3, капусты — 8000 м3, риса — 12 000—20 000 м3 воды.

Распределение и использование водных ресурсов России в 90-х гг. XX в. по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994) представлено на рис. 15.3.

Рис. 15.3. Распределение и использование водных ресурсов  России

Расход воды на промышленные нужды составлял 40%, сельское хозяйство — 24%, бытовые расходы — 17%. Суммарный объем забора свежей воды, например, в 1991 г., равнялся 3% сред-немноголетнего стока. Однако по ряду бассейнов рек (Кубань, Дон, Терек, Урал, Исеть, Миасс, Тобол и др.) величина водозабора достигает 50% и более, что превышает экологически допустимый отбор воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники загрязнения воды

Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, вещество, нарушающее нормы качества воды, —загрязняющим. Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и физико-химических свойств на группы. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии. В природной воде могут присутствовать в растворенном виде различные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сернистый газ и др.), а также растворимые соли (натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др.). Можно установить их наличие с помощью химического анализа, потому что растворенные примеси не задерживаются ни песчаными, ни бумажными фильтрами. Вторая группа примесей — те, что образуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых веществ. Они задерживаются мембранами — тонкими пленками из коллодия или бычьего пузыря. В коллоидном состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения. При длительном отстаивании частицы песка, глины, образующие в воде взвеси, способны осаждаться.

Вода может иметь загрязнения биологического характера: бактерии, вирусы, водоросли, простейшие, черви и т. д. Бактерии образуют устойчивые взвеси, а водоросли — целые «подводные луга», на дне водоемов может быть много червей.

В 90-х гг. XX в.антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.

Основными источниками загрязнения являются промыш-леннные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений (рис. 15.4).

Годовой объем промышленных коммунально-бытовых и сельскохозяйственных стоков в мире достиг 6,7%, или около 2,5 тыс. км естественного речного стока на планете, а по наличию примесей в воде практически сравнялся с ним. Антропогенные загрязнения воды по сравнению с природными водами (растворы и взвеси) более опасны и во много раз сильнее снижают ее качество.

Среди загрязнителей воды наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т. д. Общая масса основных антропогенных загрязнителей гидросферы достигла 15 млрд т в год. Большая часть этих загрязнителей приходится на реки, где средняя их концентрация достигла 400 мг/л.

Рис. 15.5. Антропогенное воздействие на круговорот органического вещества в водоеме

Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофизацией (рис. 15.6).

Водоросли окрашивают воду в различные цвета и поэтому данный процесс называют и «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодна для питья и даже для купания.

Рис. 15.6. Процессы эвтрофизации

Ртуть давно известна как яд. Главными симптомами заболевания являются сужение поля зрения и расстройство координации движений. В легких случаях отравление у людей вызывает бессоницу, неспособность воспринимать критику, страхи, головную боль, депрессию и неадекватные эмоциональные реакции. Ртуть поступает в природные воды из многих источников (рис. 15.7).

Во время дождя ртуть вымывается из воздуха, куда она попадает при сгорании ископаемого топлива, дождевая вода смывает в водоемы, содержащие ртуть пестициды, попадает с бытовыми и промышленными сточными водами, а также в результате утечек со свалок, куда выбрасываются отработанные элементы питания, переключатели и другое оборудование. Далее ртуть, попавшая в озеро много лет назад, накапливается в слоях донного ила и грязи, где она медленно превращается бактериями в ядовитую метиловую ртуть и затем включается в пищевые цепи.

Нужно учитывать, что при попадании соединений ртути в водные экосистемы происходит, во-первых, ее трансформация, во-вторых, биологическое накопление, например в рыбе и моллюсках до уровней во много раз выше, чем в воде озера.

Ртуть, попавшая в озеро много лет назад с предприятий, производящих хлор и едкий натр, а также с бумажных фабрик

Рис. 15.7. Загрязнение озера ртутью (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Возможность этих двух процессов — трансформации веществ в окружающей среде и избирательного накопления их живыми организмами — всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или иного химического загрязнения.

К одному из видов загрязнения природных вод относится и тепловое загрязнение. Промышленные предприятия, электростанции нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей (рис. 15.8).

С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных вирусов и микроорганизмов.

Важным источником пресной воды в ряде регионов России являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы так же подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения земли и наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них непригодна для питья.

Рис.15.8. Последовательность смены видового состава и формирования сообщества водорослей, вызываемая тепловым загрязнением (по Ф. Рамаду, 1981)

Большую озабоченность вызывает судьба Мирового океана, являющегося великим транспортным путем, «жизненным пространством» для многих растительных и животных организмов, источником несметных богатств для человечества. Загрязнение Мирового океана и многих морей приняло угрожающие размеры. В морские и океанские экосистемы попадает в год только свыше 10 млн т нефти при ее транспортировке, во время катастроф нефтеналивных танкеров и т. д. (рис. 15.9).

Рис. 15.9. Распределение потерь нефти в % от общей суммы мировых потерь в океане за год (общие потери нефти 0,23% мировой добычи), по Н. Ф. Винокуровой и др., 1994

 

Известный путешественник Тур Хейердал писал: «В 1947 году, когда бальсовый плот «Кон-Тики» за 101 сутки прошел около 8 тысяч километров в Тихом океане, экипаж на всем пути не видел никаких следов человеческой деятельности. И для нас, пишет он, было настоящим ударом, когда в 1969 году, дрейфуя на парусной лодке «Ра», увидели — до какой степени загрязнен Атлантический океан. Обгоняли пластиковые сосуды, изделия из нейлона, пустые бутылки, консервные банки. Но особенно бросался в глаза мазут. У берегов Африки, посреди океана, в районе Вест-Индских островов до самого горизонта поверхность моря оскверняли черные комки мазута с булавочную головку, с горошину, с картофелину».

Озабоченность вызывает загрязнение морей, окружающих Европу: Балтийского, Северного, Средиземного, Черного, где антропогенная нагрузка очень значительна, а сменяемость массы воды происходит сравнительно медленно. Так, только в Среди-земое море ежегодно выбрасывается 120 т минеральных масел, 100 т ртути, 3800 т олова, 2400 т хрома, 21 000 т цинка и еще десятки других вредных веществ.

В последние годы возникла опасность загрязнения вод Мирового океана и морей радиоактивными отходами, пестицидами. Пестициды и другие вредные вещества, в первую очередь агрохими-каты, под влиянием течений распространяются довольно быстро. Они обнаруживаются в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западных побережий Англии, Исландии, Португалии, Испании. Это отрицательно сказывается на живых организмах, особенно на рыбных запасах. Все больше загрязняются моря промышленными отходами и сточными водами, содержащими значительное количество органических отходов. Нередко реки играют роль продолжения канализации и выносят большую часть стоков в моря. Так, прибрежные государства Северного моря ежегодно сбрасывают в него около 20 000 т жидких и твердых отходов. В настоящее время в Северном море известны 10 постоянных мест «свалки» отходов. Отходы, попавшие в воды морей, частично оседают на дно, частично разрушаются, но при этом они губят большое количество живых организмов, особенно страдает планктон. На него обрушиваются все поверхностные загрязнители — поверхностно-активные вещества, масла, пленки нефтепродуктов и т. д. Однако проблемы, связанные с загрязнением морей и океанов, остаются нерешенными. По имеющимся оценкам, к концу XX в. общая масса загрязняющих веществ, поступающих в воды морей и океанов, возрастет по сравнению с началом 80-х гг. в 1,5—3 раза.

 

 

 

 

 

Меры по очистке и охране вод

Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирании внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются батерии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24 ч остается не более 50% бактерий, через 96 ч — 0,5%. Однако следует учитывать, что для обеспечения самоочищения загрязненных вод необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для очистки загрязнений, поступающих со сточными водами, с отходами сельскохозяйственного производства. Сточные воды очищаются механическим, физико-химическим, биологическим и другими методами.

Для ликвидации бактериального загрязнения применяется обеззараживание, или дезинфекция, сточных вод. Сущность механического метода заключается в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. В зависимости от размеров грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения — нефтеловушками, маслоуловителями, смолоуловителями и т. д. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворимых примесей, а из производственных — до 95%. Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяют естественные и искусственные материалы. Естественные — это глины, торф, а искусственные — активированные угли. Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием