Гидросферу

Источники и последствия антропогенных воздействий на

Основными источниками загрязнения водоемов являются:

1) недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов;

2) отходы производства при разработке рудных ископаемых;

3) отходы производства при обработке и сплаве лесоматериалов;

4) воды шахт, рудников;

5) сбросы водного и железнодорожного транспорта;

6) смыв ядохимикатов ливневыми стоками;

7) газодымовые выбросы, оседающие из атмосферы

8) утечки нефти и нефтепродуктов.

Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод, которые содержат самые разнообразные компоненты (таблица 7.1).

Таблица 7.1 – Приоритетные загрязнители водных экосистем [10]

Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появлении неприятных запахов, привкусов; в изменении химического состава воды, появлении в ней опасных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности и откладывании их на дне водоемов.

Сточные воды атомных электростанций загрязняют водоемы радиоактивными отходами. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей может быть в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность, подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Загрязняются реки и при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота. Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют «тепловое загрязнение», которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше насыщение ее кислородом, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах синезеленых водорослей и возникновения так называемого «цветения воды».

В большой степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.

Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе с дождевой и талой водой. пестициды способны накапливаться в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадать в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.

Кроме поверхностных вод загрязняются и под­земные воды, в первую очередь в районах крупных промыш­ленных центров. Источники загрязнения подземных вод весь­ма разнообразны (рисунок 7.2).

Загрязняющие вещества могут проникать в подземные воды различными путями: при просачивании промышлен­ных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов­-накопителей, отстойников, по затрубному пространст­ву неисправных скважин, через поглощающие скважины, кар­стовые воронки и т. д. [10].

К естественным источникам загрязнения относят сильно минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды, которые могут внедряться в пресные незагряз­ненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.

Следует отметить, что загрязнения подземных вод не ог­раничиваются площадью промышленных предприятий, хранилищ отходов и т. д., а распространяются вниз по течению потока на расстоя­ния до 20-30 км и более от источника загрязнения, что может создавать угрозу для питьевого водоснабжения в этих рай­онах.

Рисунок 7.2 ­– Схема источников загрязнения подземных

вод (по [10]):

I – грунтовые воды, II – напорные пресные воды, III – напорные соленые воды, 1– трубопроводы, 2 – места хранения отходов обогащения полезных ископаемых, 3 – дымовые и газовые выбросы, 4 -–подземные захоронения промстоков, 5 – шахтные воды, 6 – терриконы, 7 – карьерные воды, 8 – заправочные станции, 9 – бытовое загpязнение,10– водозабор, подтягивающий соленые воды, 11– объекты животноводства,12 – внесение удобрений и пестицидов.

Загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическом состоянии по­верхностных вод, атмосферы, почв, других компонентов при­родной среды. Так, загрязняющие вещества из подземных вод могут выноситься в поверхностные водоемы фильтрационным пото­ком. Из последнего следует, что достичь эффективности природоохранных мероприятий в отношении поверхностных и подземных вод можно только при комплексном подходе.

Загрязнение гидросферы и его экологические последствия. Под загрязнениемводных ресурсов понимают появление в водоеме несвойственных ему механических, физических, химических и биологических компонентов или повышение их концентрации по сравнению с фоновыми, приводящее к снижению биосферных функций и экологического значения водоема, а также наносящее ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на следующие типы:

1) механическое – повышение содержания механических примесей (песок, шлам, ил, мусор и др.), свойственное в основном поверхностным видам загрязнений. Этот вид загрязнения ухудшает органолептические показатели вод;

2) химическое – наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия. Является наиболее стойким и далеко распространяющимся. Оно может быть органическим (фенолы, пестициды и др.) и неорганическим (кислоты, щелочи, соли), токсичным (тяжелые металлы, цианиды) и нетоксичным;

3) бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и водорослей, зачастую носящее временный характер;

4) радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах, куда попадают при сбросе и захоронении радиоактивных отходов, при взаимодействии подземных вод с радиоактивными горными породами, просачивании радиоактивных веществ вглубь земли вместе с атмосферными водами и др.;

5) тепловое – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС, что приводит к изменению газового и химического состава, выделению сероводорода и метана, «цветению» воды и др.

Наиболее часто встречаются химическое и биологическое загрязнение.

Первичными и побочными продуктами промышленности являются стойкие органические загрязнители (СОЗ). СОЗ представляют собой малолетучие химически прочные соединения, которые могут оставаться в окружающей среде в течение длительного времени, не подвергаясь разложению. В связи с очень медленным разрушением СОЗ накапливаются во внешней среде и переносятся на большие расстояния потоками воды, а также воздуха, подвижными организмами. Они накапливаются в высоких концентрациях в воде и основных пищевых продуктах – в частности в рыбе. При этом, даже малые концентрации некоторых стойких органических загрязнителей приводят к развитию болезней иммунной и репродуктивной систем, врожденным дефектам, порокам развития, онкологическим заболеваниям. Под воздействием СОЗ имело место резкое снижение численности популяций таких морских млекопитающих, как тюлени, дельфины, белуга. Согласно Стокгольмской конвенции (первое международное соглашение, нацеленное на прекращение производства и использования некоторых наиболее токсичных веществ в мире, вступило в силу 17 мая 2004 г.) к СОЗ отнесено 12 веществ: токсафен, альдрин, диэльдрин, эндрин, мирекс, ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), хлордан, гептахлор, гексахлорбензол (ГХБ), полихлорированные диоксины (ПХДД), полихлорированные фураны (ПХДФ), полихлорированные бифенилы (ПХБ). Из отмеченных веществ первая группа (8) – это устаревшие и запрещенные пестициды. Все они, кроме ДДТ, не только давно запрещены к производству, но и к использованию. ДДТ же до сих пор используют против опасных насекомых, переносчиков возбудителей тяжелых заболеваний, как малярия, клещевой энцефалит. Вторая группа включает промышленные продукты, которые используются в настоящее время. К ним относятся полихлорированные бифенилы. ПХБ устойчивы, токсичны, способны к биоаккумуляции. Они могут накапливаться в жировых тканях животных и человека, существовать там долгое время. ПХБ присутствуют повсеместно и обнаруживаются, даже в тканях животных, обитающих в диких ландшафтах. Гексахлорбензол (также вторая группа) может содержаться в промышленных отходах на промышленных предприятиях деревообрабатывающих заводов, они образуются при сжигании отходов. ГХБ токсичен для водной флоры и фауны, а также для наземных растений и животных, для человека. Третья группа веществ – ПХДД и ПХДФ (их обычно называют диоксины и фураны) обладает чрезвычайно высокой токсичностью и сильнейшим образом воздействует на иммунную систему человека. Их допустимая суточная доза (ДСД) исчисляется пиктограммами – величиной в миллион миллионов раз меньше грамма. Вместе с тем, в последнее время диоксины широко распространились по всему миру и обнаруживаются в тканях людей и животных. В Беларуси после её присоединения к Стокгольмской конвенции проводятся мероприятия по сокращению и ликвидации выбросов стойких органических загрязнителей [11].

В водоемах и водотоках происходит естественный процесс самоочищения воды. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, водоемы и водотоки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век, в связи с резким увеличением количества отходов, происходит нарушение процессов самоочищения. Возникает необходимость обезвреживать и очищать сточные воды.

В общем, в водоемы поступает большое количество загрязняющих веществ. В перечне основных из них имеется 12 (приводятся по публикации Гуревича В.Л., Левковича В.В., Скориной Л.М., Станилевич Н.В. «Обзор документов ВОЗ и ЕС по обеспечению качества питьевой воды», 2008):

1. Органогалогеновые соединения и вещества, которые могут образовывать такие соединения в водной среде.

2. Фосфорорганические соединения.

3. Оловоорганические соединения.

4. Вещества, препараты или продукты распада того, что, как было доказано, имеет канцерогенные или мутагенные свойства, а также свойства, которые через водную среду могут влиять на репродуктивную функцию организма, функции щитовидной железы или другие функции, связанные с эндокринной системой.

5. Устойчивые углеводороды, устойчивые и биоаккумулируемые органические токсичные вещества.

6. Цианиды.

7. Металлы и их соединения.

8. Мышьяк и его соединения.

9. Биоциды и продукты защиты растений.

10. Взвеси.

11. Вещества, способствующие евтрофированию (в частности нитраты и фосфаты).

12. Вещества, неблагоприятно влияющие на кислородный баланс.

Загрязнение как пресноводных, так и морских водных экосистем приводит к серьезным последствиям.

Пресноводные экосистемы.Присутствиезагрязняющих веществ в пресноводных экосистемах влечет за собой в ряде случаев гибель биоты, снижение темпа роста гид­робионтов, плодовитости, падение устойчивости биоценозов вследствие нарушения пи­щевых связей, мик­робиологического загрязнения, евтрофирования и др.

Последнее время все большее внимание уделяется процессу евтрофuрования(эвтрофирования, эвтрофикации) водоемов. Лимнологам и гидроэкологам известно, что термин евтрофирование означает процесс, в ходе которого создается хорошее питание ( с греч. eu – хорошо, trophe – пища, питание). Термин «eutroph» был введен в лимнологию Науманном и Тинеманом в 1928 г. для обозначения одного из типов озер по органической продуктивности. В русскоязычной литературе термин «евтрофирование» как синоним английского «eutrophication» впервые применил Л.Л. Россолимо в 1967 г. для обозначения комплекса изменений в режиме водоемов, которые возникают в результате хозяйственной деятельности человека и приводят к повышению их продуктивности. В дальнейшем появилось много сообщений о явлениях повышения продуктивности водоемов в результате воздействия антропогенного фактора – так называемое антропогенное евтрофирование.

Современные авторы отмечают, что евтрофирование – это явление перехода воды от состояния, характеризующегося низким содержанием биогенных веществ (в первую очередь, азота и фосфора), к состоянию, характеризующемуся высоким содержанием биогенных веществ.

Евтрофирование –естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и посте­пенно. Природные биогенные вещества попадают в водоем при разложении живых организмов. Однако в последние десятилетия процесс евтрофирования ускорен последствиями антропогенной деятельности. Дополнительно привносимые человеком биогенные вещества включают, например, нитраты из удобрений, фосфаты из моющих средств и других элемен­тов в виде отходов животновод­ства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях евтрофирование водоемов протекает в значительно менее продол­жительные сроки – несколько десятилетий и менее.

Следствием чрезмерного антропогенного насыщения воды биогенными веществами является массовый рост водорослей, на разложение которых после их отмирания расходуется большое количество кислорода. Кроме этого, в массе развиваются си­незеленые водоросли, вызывающие «цветение» воды, ухуд­шающие ее качество, условия жизни гидробионтов и выделяющие опасные не только для гидробионтов, но и для человека токсины. Также в водоеме происходит перестройка структу­ры трофических связей, возрастание массы фитопланктона, уменьшение разнообразия видов, что приводит к снижению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции [6, 10]. Нередки заморные явления (рисунок 7.3).

Рисунок 7.3 – Последствия евтрофирования водоемов (по [12])

С самого начала появления данной проблемы в общих чертах было ясно, что главной причиной евтрофирования служит повышенная антропогенная нагрузка водоемов биогенными элементами, влекущая за собой повышение продукции фитопланктона. Однако, как выяснилось, евтрофирование может затрагивать все особенности биологического и гидрохимического режимов, приводить к изменению биолимнологического типа водоемов. Нередко евтрофирование отождествляют с загрязнением, однако это разные явления, разные последствия антропогенных воздействий на природные воды. Загрязнения нарушают биотический круговорот, сбалансированность отдельных его проявлений и, как правило, приводят к снижению биологической продуктивности.

В отличие от этого при евтрофировании повышенная нагрузка природных вод биогенными элементами увеличивает их первичную биологическую продуктивность. Но сбалансированное повышение продуктивности во всех звеньях или на всех этапах продукционного процесса не может идти безгранично. По мере евтрофирования условия утилизации возрастающей продукции фитопланктона неизбежно ухудшаются в результате снижения прозрачности воды, уменьшения и возможно исчерпания запасов кислорода, обеднения видового состава, накопления органических донных отложений и многих других явлений. Это создает возможность возникновения вторичного, или «биологического» загрязнения, например, в результате чрезмерного «цветения воды» синезелеными водорослями. Увеличение рыбопродуктивности, возможное на начальных стадиях евтрофирования олиготрофных вод, сопровождается заменой ценных промысловых рыб менее ценными. При дальнейшем евтрофировании неуклонно наступает ухудшение условий нагула рыб, рыбохозяйственной и водохозяйственной эксплуатации водоема. Евтрофирование – это процесс значительно большего значения, чем последствия локальных загрязнений. Причины его много сложней и трудней устранимы. Отрицательные последствия евтрофирования в значительной степени проявились после зарегулирования Волги, Днепра, Дона плотинами гидроэлектростанций. Создавшиеся условия аккумуляции биогенных элементов в крупнейших водохранилищах этих рек, а в первые годы их существования бурное поступление биогенных элементов из затопленного ложа, обусловили массовую вспышку развития синезеленых водорослей, вызывающих интенсивное «цветение воды», превышающее известное ранее на озерах и реках. В результате возникло явление биологического загрязнения, резко снизившее качество воды. Высокая биомасса водорослей создала помехи в водоснабжении и рекреационном использовании водохранилищ. В отдельных случаях имели место и заморы рыб.

Процессы антропогенного евтрофирования охватили мно­гие крупные озера мира – Великие американские озера, Бала­тон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки. На этих ре­ках, кроме катастрофически растущей биомассы синезеленых водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей рас­тительностью.

В общем, масштабы евтрофирования водоемов и отрицательные последствия его оказались значительными в разных странах. Они сильно затронули интересы водопользователей и привлекли к себе широкое внимание. Это потребовало разработки мероприятий по восстановлению естественного качества вод, улучшению комплексного использования водных ресурсов, разработки научных основ обеспечения их охраны.

Из мер, предложенных для борьбы с евтрофированием, следует назвать такие, как нормирование удобрений, ограничение стока биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий, борьбу с эрозией почв, создание емкостей, прудов-накопителей дренажных вод в районах орошаемого земледелия, создание лесополос и лугов как барьеров по берегам водоемов и водотоков, использование высшей водной растительности как биопоглотителей с последующей их уборкой, применение методов доочистки хозяйственных стоков от биогенных элементов. Существенное значение в предупреждении евтрофирования и борьбе с ним, как и с загрязнением в целом, имеют также общегосударственные природоохранные мероприятия.

М.И. Львович кратко сформулировал решение отмеченных проблем следующим образом: предупреждение появления грязных сточных вод, всемерная экономия воды, повторное использование сточных вод, снижение расходование воды на единицу промышленной и сельскохозяйственной продукции, перестройка производства на безводную технологию и замкнутое оборотное водоснабжение, прекращение сброса сточных вод.

Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняю­щие вещества: тяжелые металлы, фенолы, СПАВ и др.

Морские экосистемы.Скорости поступления загрязняю­щих веществ в Мировой океан в последнее время резко возрос­ли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м³ сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке [10]. Морские экосистемы испытывают все большее антропоген­ное воздействие посредством химических токсикантов, ко­торые, аккумулируясь гидробионтами в трофических цепях, приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных. Сре­ди химических токсикантов наибольшую опасность для мор­ской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий).

Экологические последствия за­грязнения морских экосистем выражаются в следующих про­цессах и явлениях (рисунок 7.4):

1) нарушении устойчивости экосистем;

2) прогрессирующем евтрофировании;

3) появлении «красных приливов»;

4) накоплении химических токсикантов в биоте;

5) снижении биологической продуктивности;

6) возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде;

7) микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря.

До определенного предела морские экосистемы могут про­тивостоять вредным воздействиям химических токсикантов, ис­пользуя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов. Так, например, двустворчатые моллю­ски

Рисунок 7.4 – Экологические последствия загрязнения

Мирового океана (по [10])

способны аккумулировать один из самых токсичных пес­тицидов – ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организма. Доказано, что в Мировом океане су­ществуют интенсивные процессы биотрансформации опасного загрязнителя бенз(а)пирена с помощью гете­ротрофной микрофлоры. Установлено, что микроорга­низмы водоемов и донных отложений обладают достаточно раз­витым механизмом устойчивости к тяжелым металлам (они способны продуцировать сероводород, внеклеточ­ные экзополимеры и другие вещества, которые, взаимодейст­вуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы).

Однако, в океан продолжают поступать все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Все более острый характер приобретают проблемы евтрофирования и микробио­логического загрязнения прибрежных зон океана.

Истощение подземных и поверхностных вод.Под истощением водпонимается недопустимое со­кращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допус­тимого стока (для поверхностных вод). Истощение вод приво­дит к неблагоприятным экологическим последствиям, нару­шает сложившиеся экологические связи в системе человек ­биосфера.

Истощение подземных вод. Практически во всех крупных промышленных городах ми­ра, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Харько­ве, Донецке и других городах, где подземные воды длитель­ное время эксплуатировались мощными водозаборами, воз­никли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами до 20 км и более. Например, усиление водо­отбора подземных вод в Москве привело к формированию огромной районной депрессии с глубиной до 70-80 м, а в отдельных районах города – до 110 м и более [10].

Интен­сивная эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводят к изменению условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод, к нарушению функционирования наземных экосистем, к ущербу речному стоку, к прекращению деятельности ты­сяч родников, многих ручьев и небольших рек. Снижение уровня под­земных вод влечет за собой иссушение леса, гибель влаголюбивой растительности, осушение заболоченных территорий с большим видовым разнообразием растительности.

Продолжительная эксплуатация подземных водозаборов в оп­ределенных геолого-гидрогеологических условиях может вы­звать медленное оседание и деформации земной поверхности, приводящие к затоплению пониженных участков.

Истощение поверхностных вод. Проявляется в прогрессирую­щем снижении их минимально допустимого стока и приводит к дефициту пресной воды. Связано это не только с неблагоприятными климатиче­скими и гидрологическими условиями, но и с активизацией хозяйственной деятельности человека, которая приводит ко возрастающему загрязнению вод, снижению способно­сти водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных вод, а следовательно, к снижению родникового стока, подпи­тывающего водотоки и водоемы.

Серьезную экологическую проблему представляет собой восстановление водности и чистоты малых рек(длиной не более 100 км), являющихся наиболее уязвимым звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воз­действию, приведшему к их истощению, обмелению, загрязне­нию, а нередко и исчезновению. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды в них стало неудовле­творительным.

К негативным экологическим последст­виям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого ко­личества водыиз рек, впадающих в водоемы. Как известно, уровень не­когда многоводного Аральского моря начиная с 60-х гг. 20 века понижается в связи с высоким переза­бором воды из Амударьи и Сырдарьи. В результате объем Араль­ского моря сократился более чем наполовину, уровень моря сни­зился на 13 м, а соленость воды увеличилась в 2,5 раза. Осушенное дно Аральского моря стало крупным источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сыр­дарьи на месте гибнущих тугайных лесов и тростниковых за­рослей появляются бесплодные солончаки. Трансформация фи­тоценозов на берегу Аральского моря и в дельтах Амударьи и Сырдарьи происходит на фоне высыхания озер, проток, болот и повсеместного снижения уровня грунтовых вод, обусловлен­ного падением уровня моря [10]. Приведенные данные иллюстрируют закон целостности биосферы, в соответствии с которым изменение одного звена влечет за собой сопря­женное изменение всех остальных.

Следует отметить, что кроме истощения подземных и поверхнос­тных вод, к весьма значительным видам воздействия чело­века на гидросферу относится создание крупных водохранилищ, которое коренным образом преобразует природную среду на приле­гающих территориях.

Создание крупных водохранилищ (особенно равнинного ти­па), для аккумуляции и регулирования поверхностного стока при­водит как к положительным, так и отрицательным последствиям (рисунок 7.5) в окру­жающей природной среде.

Рисунок 7.5 – Экологические последствия создания

Водохранилищ (по [10])

Как видно из рисунка, негативных последствий больше и они масштабнее. Кроме того, необходимо учитывать, что при созда­нии водохранилищ путем перегораживания русла рек пло­тинами значительно изменяются условия существования большинства гидробионтов – многие нерестили­ща рыб оказываются отрезанными плотинами, ухудша­ется или прекращается естественное воспроизводство многих проходных рыб.

Дата добавления: 2014-03-03; просмотров: 1138; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!