Вода является важной составной частью всех компонентов биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов. В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно – выражение «вода – это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами.
Характеристика гидросферы как одного из элементов биосферы
Гидросфера – водная оболочка нашей планеты, включает в себя всю воду, химически не связанную, независимо от ее состояния (жидкую, газообразную, твердую). Гидросфера является одной из геосфер, располагающейся между атмосферой и литосферой. Эта прерывистая оболочка включает все океаны, моря, континентальные пресные и соленые водоемы, ледяные массивы, атмосферную воду и воду в живых существах.
Примерно 70% поверхности Земли покрыты гидросферой. Ее объем около 1400 млн. кубометров, что составляет 1/800 объема всей планеты. 98% вод гидросферы – Мировой океан, 1,6 % заключено в материковых льдах, остальная часть гидросферы приходится на долю пресных рек, озер, подземных вод. Таким образом, гидросфера делится на Мировой океан, подземные воды и континентальные воды. Так, в атмосфере вода находится в стратосфере и тропосфере, на земной поверхности выделяют воды океанов, морей, рек, озер, ледников, в литосфере – воды осадочного чехла, фундамента.
Несмотря на то, что основная масса воды сосредоточена в океанах и морях, а на долю поверхностных вод приходится лишь малая часть гидросферы (0,3%), именно они играют главную роль в существовании биосферы Земли. Поверхностные воды – это основной источник водоснабжения, обводнения и орошения. В зоне водообмена пресные подземные воды быстро обновляются в ходе общего круговорота воды, поэтому при рациональной эксплуатации можно использовать их неограниченно долгий срок.
В гидросфере впервые на Земле зародилась жизнь. Позднее в начале палеозойской эры состоялся выход живых организмов на сушу, и началось постепенное расселение их на континентах. Жизнь без воды невозможна. В тканях всех живых организмов содержится до 70-80% воды. Без воды человек может жить не более 8 суток, за год он потребляет около 1 т воды. Сельское хозяйство является основным потребителем пресной воды. Вода идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов.
Воды гидросферы постоянно взаимодействуют с атмосферой, земной корой литосферы и биосферой. На границе между гидросферой и литосферой формируются практически все осадочные горные породы, которые составляют осадочный слой земной коры. Гидросферу можно рассматривать как часть биосферы, так как она полностью заселена живыми организмами, которые, в свою очередь, оказывают влияние на состав гидросферы. Взаимодействие вод гидросферы, переход воды из одного состояния в другое проявляется как сложный круговорот воды в природе. Все виды круговорота воды различных объемов представляют собой единый гидрологический цикл, в ходе которого осуществляется возобновление всех типов вод. Гидросфера является незамкнутой системой, воды которой тесно взаимосвязаны, что обусловливает единство гидросферы как природной системы и взаимовлияние гидросферы и других геосфер.
Основные экологические проблемы гидросферы
Загрязнение атмосферы, принявшее крупномасштабный характер, нанесло ущерб рекам, озерам, водохранилищам, почвам. Загрязняющие вещества и продукты их превращений рано или поздно из атмосферы попадают на поверхность Земли. Это и без того большая беда значительно усугубляется тем, что и в водоемы, и на землю непосредственно идет поток отходов. Огромные площади сельскохозяйственных угодий подвергаются действию различных пестицидов и удобрений, растут территории свалок.
Сброс отработанных загрязненных вод в водоемы приводит к ухудшению качества воды. В реки и другие водоемы сбрасывается около 450 км3 сточных вод, при этом почти половина из них без предварительной очистки. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды прямо в реки. Стоки с полей также поступают в реки и озера. Загрязняются и подземные воды важнейший резервуар пресных вод. Загрязнение пресных вод и земель бумерангом вновь возвращается к человеку в продуктах питания и питьевой воде.
Для того, чтобы воды сохранили свою способность самоочищаться, необходимо не менее десятикратное разведение стоков чистой водой. Загрязненная вода не только не пригодна для использования, но и наносит непоправимый ущерб природной среде.
Известны такие загрязнения воды:
1) физическое загрязнения – песок, ил, глина – последствия эрозии, пыль, радиоактивные примеси, частью золы от ТЕС;
2) тепловое – спуск в водоемы воды из тепловых и атомных электростанций;
3) биологическое – микроорганизмы, вирусы, бактерии, грибки, простейшие, черви; промышленными биологическими загрязнителями являются мясокомбинаты, сахарные и маслозаводы;
4) химическое – кислоты, соли, щелочи;
5) органическое – нефть и ее соединения, отходы животноводства;
6) поверхностное – активные вещества – моющие средства, пестициды.
Органические материалы поступают из бытовых, сельскохозяйственных или промышленных стоков. Их разложение происходит под действием микроорганизмов и сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода. Если кислорода в воде достаточно и количество отходов невелико, то аэробные бактерии довольно быстро превращают их в сравнительно безвредные остатки. В противном случае деятельность аэробных бактерий подавляется, содержание кислорода резко падает, развиваются процессы гниения.
Болезнетворные микроорганизмы и вирусы содержатся в плохо обработанных или совсем не обработанных канализационных стоках населенных пунктов и животноводческих ферм. Попадая в питьевую воду, патогенные микробы и вирусы вызывают различные эпидемии, такие, как вспышки сальмонелиозу, гастроентериту, гепатита и др. В развитых странах в настоящее время распространение эпидемий через общественное водоснабжение происходит редко. Могут быть заражены пищевые продукты, например овощи, выращиваемые на полях, удобряют шлаками после очистки бытовых сточных вод. Водные беспозвоночные, например устрицы или другие моллюски, из зараженных водоемов служили часто причиной вспышек брюшного тифа.
Соединения азота и фосфора, поступают в водоемы с бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Увеличение содержания нитритов и нитратов в поверхностных и подземных водах ведет к загрязнению питьевой воды и к развитию некоторых заболеваний, а рост этих веществ в водоемах вызывает их усиленную эвтрофикацию (увеличение запасов биогенных и органических веществ, из них бурно развиваются планктон и водоросли, поглощая весь кислород в воде).
К неорганическим и органическим веществам также относятся соединения тяжелых металлов, нефтепродукты, пестициды (ядохимикаты), синтетические детергенты (моющие средства), фенолы. Они поступают в водоемы с отходами промышленности, бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Многие из них в водной среде либо вообще не разлагаются, либо разлагаются очень медленно и способны накапливаться в пищевых цепях. Увеличение дневных осадков относится к одному из гидрологических последствий урбанизации. Их количество в реках и водоемах постоянно возрастает из-за эрозии почв в результате неправильного ведения сельского хозяйства, сведения лесов, а также зарегулированности речного стока. Это явление приводит к нарушению экологического равновесия в водных системах, пагубно действует на донные организмы.
Источником теплового загрязнения служат подогретые сбросные воды теплоэлектростанций и промышленности.
Повышение температуры природных вод изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество растворенного кислорода, изменяет скорость обмена веществ. Многие обитатели рек, озер или водохранилищ гибнут, развитие других подавляется.
Экологические проблемы Мирового океана, связанные с его использованием и загрязнением
Действительно ли Мировой океан находится под угрозой? На этот вопрос, к сожалению, надо ответить утвердительно, без всяких колебаний. Проблема, связанная с загрязнением вод Мирового океана, одна из самых важных проблем,стоящих перед человечеством.
Наиболее опасны загрязнения:
- нефтью,
- нефтепродуктами,
- отходами, промышленными и бытовыми сточными водами,
- выбросами химических удобрений (пестицидов),
- радиоактивными веществами.
Нефтяное загрязнение Мирового океана, несомненно, есть самое распространенное явление. От 2 до 4% водной поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной пленкой. В морские воды ежегодно поступает до 6 млн. нефтяных углеводородов. Почти половина этого количества связана с транспортировкой и разработкой место рождений на шельфе. Континентальное нефтяное загрязнение поступает в океан через речной сток.
Хлорированные углеводороды, широко применяемые в качестве средств борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней, уже многие десятилетия вместе со стоком рек и через атмосферу поступают в Мировой океан. ДДТ и его производные, полихлорбифенилы и другие устойчивые соединения этого класса сейчас обнаруживаются повсюду в Мировом океане, включая Арктику и Антарктику. Они легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, т.е. веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди микроорганизмов своих “потребителей” и поэтому почти не разлагаются в естественных условиях, а только накапливаются в Мировом океане. Вместе с тем они гостротоксични, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментивную активность, сильно влияют на наследственность. Вместе с речным стоком в океан поступают и тяжелые металлы, многие из которых обладают токсичными свойствами. Общая величина речного стока составляет 46 тыс. км воды в год. Вместе с ним в Мировой океан поступает до 2 млн. т свинца, до 20 тыс. т кадмия и до 10 тыс. т ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, например, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу.
В настоящее время невозможно сделать обзор экологических последствий радиоактивного загрязнения, поскольку эта проблема, сколь недавно возникшая, столь и сложная. Это загрязнение воздействует главным образом косвенным путем ( генетические, канцерогенные последствия и т.д.) и затрагивает в первую очередь биологию человека.
Обычно национальные интересы охраняются более ревностно, чем ” Общее достояние всего человечества “, и пока не усилится международное сотрудничество, океан будет служить свалкой для сточных вод, твердых отходов, радиоактивных веществ и прочих отбросов цивилизации. А что будет, когда ядерные отходы выберутся из заточения, погребенные на дне океанов в контейнерах.
Загрязнение вод Мирового океана приняло за последние 10 лет катастрофические размеры. Этому во многом способствовало широко распространенное мнение о неограниченных возможностях вод Мирового океана к
самоочищению. Многие это понимали так, что любые отходы и отбросы в любом количестве в водах океана подвергаются биологической переработке без вредных последствий для самих вод.
Независимо от вида загрязнения, идет ли речь о загрязнении почвы, атмосферы или воды, все сводится в итоге к загрязнению вод Мирового океана, куда в конце концов попадают все отравляющие вещества, превращая Мировой океан в “мировую помойку”.
Степень накопления токсических веществ в водоемах, кумуляция водной растительностью, донными отложениями
С ростом промышленности и химизацией различных отраслей народного хозяйства в водоемы могут поступать разнообразнейшие по своему химическому составу и токсическому действию ядовитые вещества.
По классификации Е. А. Веселова (1971) сточные воды делят на две категории: неорганические (с преобладанием неорганических компонентов) и органические (с преобладанием органических компонентов). Каждая из этих категорий подразделяется на две группы: сточные воды без специфических токсических свойств и со специфическими ядовитыми свойствами.
Неорганические загрязнители без специфических токсических свойств включают минеральные взвеси, соли натрия, кальция и магния, неорганические кислоты и щелочи, минеральные удобрения. Их отрицательное действие заключается в отложении осадков на дне, замутнении и засолении водоемов, повышении жесткости воды, изменении рН, запаха, цвета и других свойств. Поставщиками этих вод являются рудообогатительные фабрики, содовые, азотно-туковые, машиностроительные, фарфорофаянсовые, угольные И некоторые химические предприятия.
Неорганические загрязнители со специфическими токсическими свойствами содержат в своем составе различные ядовитые вещества: аммиак и соли аммония, сероводород, сернистые соединения, тяжелые металлы и их соли, хлор, цианиды. Они поступают из предприятий черной и цветной металлургии, машиностроительной, химической, текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцово-цинковых руд, железных руд и др.
Органические загрязнители без специфических токсических свойств являются преимущественно отходами предприятий пищевой, целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности, коммунально-бытовые воды и стоки с животноводческих ферм. Они содержат большое количество нестойких органических веществ, легко подвергающихся брожению и гнилостному разложению с выделением аммиака, сероводорода, метана, индола и других продуктов. Это приводит к резкому дефициту кислорода, нарушению гидрохимического режима водоемов и гибели рыб от замора и токсикозов.
К органическим загрязнителям со специфической токсичностью относятся нефть и нефтепродукты, смолы, различные карбоциклические соединения, органические кислоты, спирты и кетоны, органические красители, поверхностно-активные вещества, пестициды. Источники поступления этих веществ различные: нефтепромыслы и нефтеперерабатывающие предприятия, машиностроительная, целлюлозно-бумажная, химическая, пищевая, текстильная, кожевенная промышленности, коммунально-бытовые предприятия, сельское и лесное хозяйство. Наряду со специфическим токсическим действием на гидробионтов эта группа сточных вод также подвергается энергичному окислению, вызывает дефицит кислорода, нарушает органолептические показатели воды и рыбы.
Пестициды по стойкости в водной среде (распад на 95%) делят на следующие группы: время распада
малостабильные — до 10 суток
умеренностабильные — от 11 до 60 суток
среднестабильные — 2 — 3 мес
высокостабильные — 3 — 6 мес
очень высокостабильные — 6 мес — 1 год
сверхвысокостабильные — более 1 года
По способности к материальной кумуляции (Л. А. Лесников, К.К. Врочинский, 1974) различают:
вещества, обладающие сверхвысокой кумуляцией, коэффициент накопления (Кн) — 1000 и более
вещества с высокой кумуляцией, Кн — 201 — 1000
вещества с умеренной кумуляцией, Кн — 51 — 200
вещества со слабовыраженной кумуляцией, Кн — до 50.
По степени острой токсичности для рыб и водных организмов токсические вещества делят на следующие группы:
особотоксичные — CK50 до 0,5 мг/л
высокотоксичные — CK50 от 0,5 до 5,0 мг/л
среднетоксичные — CK50 от 5,0 до 50,0 мг/л
малотоксичные — CK50 от 50,0 до 500,0 мг/л
очень слаботоксичные — CK50 более 500,0 мг/л
Основные показатели уровня токсической загрязненности водных экосистем по Л.П. Брагинскому:
Негативные последствия создания крупных водохранилищ
Водохранилищем называется искусственный водоем объемом более 1 млн. м3, создаваемый в целях накопления и последующего использования воды, как правило, путем устройства на реках плотин.
Крупные водохранилища оказывают некоторое влияние на климат в сравнительно узкой (шириной 3-10 км) прибрежной полосе (отмечаются менее резкие суточные и годовые колебания температуры, повышенная, влажность воздуха). Наиболее отрицательные последствия создания водохранилищ: затопление, заболачивание и подтопление земель, переработка берегов, цветение воды и др.
В момент заполнения чаши водохранилища водой многие ценные сельскохозяйственные угодья, лесные массивы и другие площади затопляются, что, в свою очередь, выводит их из дальнейшего пользования.
Водохранилища меняют режим стока рек, уменьшают перемещение водных масс, замедляют процесс водообмена. На месте затопления остатки естественной растительности, почвы превращаются в органические питательные вещества, на основе чего создаются условия для бурного развития сине-зеленых водорослей, начинает изменяться гидрохимический состав вод.
Выделим основные экологические проблемы:
- эрозия береговой линии водохранилищ, переформирование берегов, дна, устьевых участков рек, впадающих в водохранилища, формирование баров;
- появление на акватории водохранилищ запасов плавающей древесины вследствие береговой эрозии;
- изменения уровня грунтовых вод;
- изменения температурного режима водной массы и окружающей среды, повышенная влажность, появление интенсивных и продолжительных по времени туманов;
- дополнительные потери воды на испарение;
- изменения качественного состава воды в водохранилище;
- изменения растительного и животного мира;
- нарушения условий нерестилищ рыбы;
- опасность провокации колебания земной коры в связи с сооружением крупных плотин и водохранилищ.
Например, в Казахстане минимальный объем крупного Бухтарминского водохранилища негативно сказывается на природоохранные попуски в нижнем течении Иртыша, особенно в Павлодарской области. В этом году из-за низких весенних попусков воды с водохранилища было залито мало лиманов, соответственно мало было сена для животноводства. Бассейновая инспекция пошла на такой шаг, рискнув малым сеном ради сохранения объема воды в водохранилище и не допущения экологической катастрофы.
Заключение
Рассмотрев данную тему, мы должны понимать, что защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства – одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.
Итак, для предотвращения всевозможных негативных последствий существующих глобальных проблем, связанных с гидросферой, мы должны активно участвовать в мероприятиях по охране окружающей среды, в частности по очистке производственных сточных вод.
Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.
В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.
Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.
Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.
В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.
Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов – это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.
