Экологические последствия антропогенного воздействия на гидросферу суши

Практически повсеместно в реках, протекающих  через крупные города, отмечается повышенное содержание хлоридов (NaCl, KCl, MgCl2). Причина этого — широкое  применение этих солей в городах  и поселках для ускорения таяния снега. Повышенное содержание хлоридов отмечается практически во всех речных бассейнах, дренирующих шоссейные  дороги федерального и регионального  масштабов.

Загрязнение детергентами

Присутствие в воде детергентов обусловливает: 1) появление у воды неприятного  запаха и вкуса уже при концентрациях 1—3 мг/л при одновременном изменении  цвета, усиление способности к пенообразованию; 2) нарушение кислородного режима; наличие  дивергентов в концентрации около 1 мг/л приводит к тому, что на реках  с медленным и спокойным течением интенсивность аэрации понижается на 60 % и более; 3) изменение естественного хода химических процессов в водоемах; 4) отравление гидробионтов, угнетение жизни в водоемах (летальная концентрация для планктона около 1 мг/л, а для рыб — 3 — 5 мг/л); 5) снижение эстетической ценности водных объектов и ограничение возможностей их использования в рекреационных целях; 6) затруднения в отдельных случаях при навигации, особенно для движения мелких судов и лодок.

Загрязнение биогенными веществами. Разнообразные  питательные вещества, илы биогенного происхождения и различные соединения азота и фосфора, которые содержатся в продуктах горения органического  и минерального топлива, в неочищенных  промышленных и коммунальных стоках, поступают в поверхностные воды суши. Они могут попадать как со стоком воздушным путем от транспорта и стационарных промышленных установок, так со стоком разнообразных вод. Избыток биогенов ведет к цветению водоемов.

Содержащиеся  в воде нитраты опасны для здоровья людей, так как в соединении с  пищевыми нитратами повышается их допустимая доза в организме. В этом случае у  людей и животных возникают острые желудочно-кишечные расстройства и  различные заболевания. Очень высокое  содержание нитратов и нитритов в  продуктах питания и воде приводит к тому, что у потребителей гемоглобин крови превращается в метагемоглобин. При замещении им 20% гемоглобина  нарушается транспортировка в крови  кислорода, а при замещении 80 % гемоглобина  наступает смерть от метагемо-глобинемии. Заболевание детей этой болезнью отмечалось в США, Германии и Франции  при наличии в воде более 64 мг/л  нитратного азота. В ряде стран установлена  прямая зависимость заболеваний  раком от содержания нитратов в питьевой воде.

Бактерии  и дрожжи восстанавливают нитраты  до более токсичных нитритов. Нитриты  — предшественники образования  нитрозамитов, канцерогенных веществ  в самой низкой концентрации. Нитрозамины  способны вызвать рак легких, гематомы и лейкоз.

Считается, что суточное суммарное потребление  азота нитратов с пищей и водой  не должно превышать 200 мг, а азота  нитритов — 10 мг. Согласно данным ВОЗ, ПДК азота нитратов в воде в  условиях умеренного климата должна быть не более 22 мг/л, а в субтропическом и тропическом климатах — 10 мг/л. В России принятая ПДК азота нитратов в воде составляет 10 мг/л.

Минерализация вод

Этот  процесс означает увеличение в водах  содержания растворенных веществ. Усиление антропогенной деятельности привело  к тому, что содержание в воде основных ионов, в частности хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов, кальция, магния, натрия и калия, стало сильно возрастать. Все они растворены в  природных водах в зависимости  от ландшафтно-климатических условий. В результате усиленной хозяйственной  деятельности в настоящее время  повышается минерализация вод вследствие развития орошения в бассейнах рек  аридных районов, где возвратные воды приносят в реки много веществ, выщелоченных из почвенных горизонтов. В низовьях р. Сырдарьи минерализация, составлявшая менее 1 г/л, за 30 лет увеличилась  до 3 г/л. Такая же картина характерна для рек Амударья и Колорадо. На р. Колорадо на границе США и Мексики  построена специальная опреснительная установка, снижающая минерализацию  воды. Это связано с тем, что  между США и Мексикой заключено  соглашение, по которому с территории США должна вытекать речная вода строго определенного качества.

Загрязнение тяжелыми металлами

В водные объекты тяжелые металлы  попадают воздушным путем, со сточными водами и со свалок. Попадая в  воздух в результате сжигания твердого и жидкого топлива, а также  в виде отходов при цементном  производстве, выплавке металлов, производстве удобрений, красок, тяжелые металлы  переносятся воздушными массами  на различные расстояния, постепенно оседая в водных бассейнах. Сбросы сточных  вод предприятиями цветной металлургии, угольной, текстильной и химической промышленности отличаются повышенным содержанием тяжелых металлов. По степени токсичности они располагаются в такой последовательности: Нg > Cu > Cd > Рb > As.

Опасность загрязнения воды тяжелыми металлами, так же как и некоторыми токсичными веществами, связана с тем, что  в результате функционирования организмов эти токсичные элементы постепенно накапливаются в теле и скелетах животных, доходя до опасных для  жизнедеятельности доз. Тяжелые  металлы, переходя из воды в биоту, концентрируются  в ней все больше и больше при  движении по трофической пирамиде. В 1953 г. в г. Минамата (Япония) произошла  вспышка болезни, которая в тяжелой  форме поражала нервную систему  людей и домашних животных и часто  заканчивалась летальным исходом. Эта болезнь была вызвана тем, что в одноименный залив длительное время сбрасывались стоки, содержащие медь, цинк, олово и ртуть. Тяжелые  металлы концентрировались в  морепродуктах, которые использовали в пищу жители г. Минамата. Болезнь, получившая название болезни Минамата, была зафиксирована в округе Ниигата  в 1965 г. Особенность этой болезни  состоит в том, что она передается по наследству, а возбудителями ее являются этилртуть и особенно метилртуть. Они образуются при биогеохимических процессах из других соединений, содержащих ртуть в донных илах.

Тяжелые металлы и некоторые микроэлементы, находящиеся в повышенных количествах  в питьевой воде, влияют на здоровье людей.

Тепловое  загрязнение

Оно представляет очень серьезное явление  с негативными последствиями. Теплота, которую необходимо отводить и рассеивать при работе тепловых и атомных  электростанций, составляет около половины того количества энергии, которое выделяется при сжигании топлива. На тепловых станциях большой мощности расходуется около 60 м3 воды для охлаждения 1 т пара. При мощности турбин 500—600 тыс. кВт  водопотребление для этой цели составляет 13—15 м3/с летом и 11 — 18 м3/с зимой. Поэтому при прямоточном водоснабжении  крупной конденсационной тепловой электростанции расход сбрасываемых в водоемы отработанных тепловых вод составляет 90 м3/с и более, а в год — до 2,7 км3 (С. П. Горшков, 1998).

Вода, проходя через систему охлаждения конденсаторов турбин, нагревается  на 8—14°С и может достигнуть температуры  до 38°С. Сбрасываемая вода охлаждается  за счет испарения и конвекции, которые  зависят от турбулентно-диффузионных явлений, имеющихся в водоемах, и  от способов сброса. Большинство зон  сброса подогретых вод и принимающих  их акваторий имеют значительные площади. Зимой в зоне подогрева  не образуется ледовый покров. Теплым водам свойственны неравномерное  распределение биогенных веществ, вариации условий минерализации  органического вещества, ускорение  течения химических и биохимических  реакций и процессов.

При повышении температуры воды до 30—35°С биологические процессы становятся вялотекущими, а водная экосистема заметно обедненной. На отдельных  участках водоема наблюдаются ослабление фотосинтетической деятельности планктона, гибель рыб и донных гидробионтов. В придонной зоне обнаруживается большой дефицит кислорода вплоть до появления в ней сероводородного  заражения. Ухудшается и санитарно-микробиологическое состояние воды, патогенная микрофлора не только выживает при повышенных температурах, но и способна размножаться. Это делает водоемы-охладители потенциально опасными в эпидемиологическом отношении.

В теплой воде создаются благоприятные  условия для размножения грибковых  организмов, повышается выживаемость у некоторых гельминтов человека, являющихся паразитами у определенных видов рыб. Важное эпидемиологическое значение имеют данные о распространении  в подогретых водах условно-патогенной микрофлоры, с которой связывают  более 50% всех острых кишечных заболеваний.

6 Дефицит воды и управление водными ресурсами

В мире существует много областей с  локальным дефицитом воды. К числу  таких территорий относятся южные  области европейской части России и Урал. Размеры территорий, ощущающих  острый дефицит воды, с течением времени увеличиваются, что является важнейшим фактором социально-экономической  и политической неустойчивости страны. Освоение водных ресурсов при строительстве  гидротехнических сооружений приносит не только ожидаемые выгоды, но и  значительный геоэкологический ущерб.

Во  многих регионах, в том числе и  на некоторых территориях России, наблюдается ухудшение состояния  водных объектов. Многие локальные  кризисы качества воды перерастают  в катастрофы, затрагивающие интересы государств. В России проблема сохранения чистой воды переросла в общегосударственную, учитывая масштабы количественного  и качественного истощения природных  вод. Природные воды в России оказались  наиболее подверженными деградации в силу того, что они служат коллекторами загрязнений из других сред в связи  со спецификой расположения загрязняющих предприятий и сельскохозяйственных комплексов в верхних и средних  течениях основных рек, охватывающих верхние  части всех существующих речных бассейнов. Это требует осуществления решительных  действий через специальные оздоровительные  целевые программы.

Большое значение для улучшения качества природных вод имеет правильное управление водными ресурсами. В  городах существует жесткая регламентация  качества воды для питьевого водоснабжения  и осуществляются меры по экономии воды. Вода может быть использована в питьевых целях, если после очистки  ее качество соответствует ГОСТу. Так, сухой остаток воды должен быть не более 1000 мг/л, содержание сульфатов  — 500 мг/л, хлоридов — 350 мг/л, общая жесткость  — 7 мг-экв/л, запах и привкус при  температуре 20°С должны равняться двум баллам, в 1 л воды не должно содержаться  более 10 000 кишечных палочек. Однако и такая вода подвергается обязательному хлорированию и очистке.

Для управления водными ресурсами пользуются показателями ПДК того или иного  вещества, ПДС (предельно допустимый сброс вещества в водный объект) и БПК (биохимическое потребление  кислорода). Чем выше БПК, тем больше в воде легкорастворимых загрязняющих органических веществ.

Важную  роль в преобразовании использованных вод в пригодные для хозяйственных  нужд играет управление стоками. Сточными водами называются воды, использованные на производственные или бытовые  нужды и получившие при этом дополнительные загрязнения, которые изменили их первоначальный состав или физические свойства, а  также воды, стекающие с территории населенных мест и промышленных предприятий  после выпадения атмосферных  осадков или поливки улиц.

Водохозяйственные службы стремятся к максимально  возможной канализации стоков. Под  канализацией принято понимать совместное или раздельное отведение сточных  вод. Последние разделяются на три  категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и  атмосферные вместе с поливомоечными.

Для очистки сточных вод используют механический, химический и биологический  методы. Одним из путей экономии свежей воды и снижения расходов на очистку сточных вод является применение оборотно-повторной системы  водопользования. Разрабатываются  специальные технологии, в которых  предусматривается создание замкнутых  систем оборотного водоснабжения и  резкое снижение водопотребления.

К гидросфере относятся воды Мирового океана, поверхностные  и подземные воды суши. Существует глобальный круговорот воды. Мировой  океан — это не только воды, но и гидробионты, берега и дно. Средняя  солёность Мирового океана — 35%о. Температурный  режим определяется степенью поглощения солнечной радиации и испарением водяного пара. Средняя температура  составляет 3,8°С, средняя плотность  — 1,02 г/см3. Мировой океан характеризуется высокой степенью гидродинамики. Кроме ветрового волнения в нем существуют системы поверхностных (теплые и холодные) и глубинных (придонные) течений. Рельеф дна сложен. Выделяются литораль, неритовая область, батиаль, абиссаль и ультраабиссаль. В пределах Мирового океана располагаются следующие геоморфологические элементы: шельф, материковый склон, ложе, глубоководные желоба, срединноокеанские хребты, гайоты, подводные возвышенности, горы и равнины, рифтовые долины, островные дуги. Биологические ресурсы Мирового океана составляют морские животные, водоросли, фито- и зоопланктон. Мировой океан содержит огромное количество минеральных ресурсов и является источником получения энергии. Экологические функции Мирового океана складываются из ресурсных функций, источника существования и расселения организмов, источника стихийных явлений и области функционирования человеческого сообщества. Все его экологические функции проявляются во взаимодействии с гидробионтами, атмосферой, литосферой и материковым стоком. Высокая подвижность вод обусловливает возникновение и развитие стихийных бедствий. Уровень океана непрерывно меняется. Существуют короткопериодические и длиннопериодические колебания уровня моря. Антропогенная деятельность вызвала глобальные и региональные загрязнения. Они выразились не только в разрушении берегов и береговых сооружений, изменении солености и температурного режима, но и в больших объемах поступающих загрязняющих веществ.

Гидросферу  суши составляют реки, озера, болота, ледники, подземные воды и водохранилища. Каждая из этих систем несет экологические  функции, служит источником возникновения  стихийных бедствий и в то же время  является объектом загрязнения. Большую  роль играют водохранилища. Разработана  специальная их классификация, отличающаяся от классификации озер. Качество воды изменяется из-за хозяйственной деятельности людей. Это не только промышленные, но и коммунальные и сельскохозяйственные стоки, термическое загрязнение, смена  гидрологического режима и т. д. Природные воды загрязняются твердыми и минеральными частицами, нефтью и нефтепродуктами, детергентами, биогенными веществами, тяжелыми металлами. В природных водах суши широко распространены процессы асидификации и эвтрофикации. Большое значение придается управлению качеством природных вод.