ГЛАВА 10. Антропогенные воздействия
На гидросферу
Роль воды в природе и жизни человека
Гидросфера – это совокупность всех вод Земли: материковых, океанических, атмосферных. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования. Она находится в виде паров и облаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, реки и озёра, в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов в виде ледяного панциря покрывает полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Гидросфера взаимосвязана с литосферой, атмосферой и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента.
Вода является главным фактором, определяющим климат. Присутствующий в атмосфере водяной пар играет роль фильтра для солнечной радиации, а вода на земной поверхности служит своего рода мощной буферной системой, смягчающей действие экстремальных температур. Высокая удельная теплоёмкость, медленное нагревание и охлаждение наряду с другими факторами определяют годовые и суточные колебания температур океанов и морей.
Процесс фотосинтеза растений, который обеспечивает жизнь на нашей планете, без воды не может происходить. Вода – единственный источник кислорода, выделяемый в атмосферу в процессе фотосинтеза. Она же обеспечивает миграцию химических элементов и соединений в процессах геологического и биологического круговоротов веществ.
Вода необходима для биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих возможность жизни на Земле. Она составляет около 90% от массы растений и 75% от массы животных. Содержание воды в теле человека 65%. Она участвует во всех биохимических процессах, происходящих в организме человека. Нарушение водного баланса ведёт к серьёзным сдвигам в функционировании организма. При потере 12% воды от массы тела наступает смерть.
Вода является важнейшим не только биологическим, но и социальным фактором в жизни человека, определяющим размещение производительных сил, направление и уровень их развития. Потребление воды человечеством с каждым годом растёт. В связи с этим возникает угроза загрязнения и истощения поверхностных и подземных вод.
Запасы пресной воды
Из общего количества воды на Земле пресная вода составляет 2,5% от общего объёма гидросферы, или примерно 28 млн км3. Около 70% пресных вод заморожено в полярных льдах, на горных вершинах, в вечной мерзлоте. Воды рек и озёр составляют 3% суши, или 0,016% от общего объёма гидросферы. Таким образом, вода, пригодная для всех видов использования, составляет незначительную часть от её общих запасов на Земле. Проблема усложняется и тем, что распределение пресной воды на планете крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживают 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. В настоящее время в ряде стран с развитой экономикой назрела угроза недостатка воды. По данным ООН, устойчивый рост дефицита воды может стать в XXI веке даже более острой проблемой, нежели глобальное потепление. Уже сейчас в таких регионах планеты, как Африка и ближний Восток, нехватка водных ресурсов порождает не только бедность, но и политическую нестабильность. Проблема недостатка воды возникла по следующим основным причинам: 1) увеличение потребления воды в связи с быстрым ростом народонаселения планеты и развитием отраслей деятельности, требующих огромных затрат водных ресурсов; 2) потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек; 3) загрязнение водоёмов промышленными и бытовыми стоками.
В настоящее время в мире расходуется в сутки в среднем 1500–2000 л воды на человека. Из них около 100–150 л воды расходуется на коммунально-бытовые нужды, остальные – на промышленные и сельскохозяйственные цели. Россия по ресурсам поверхностных вод занимает ведущее место в мире. Ежесуточный расход воды на каждого жителя России составляет около 5000 л. В целом на одного жителя в год приходится 31,9 тыс. м3 пресной воды. Однако распределение пресной воды и в первую очередь речного стока по территории России крайне неравномерно. 90% от общего годового объёма речного стока приходятся на бассейны Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает 80% населения России и сосредоточен основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% от общего годового объёма речного стока. Недостаточно обеспечены собственными водными ресурсами Астраханская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Курганская, Ростовская области, республика Калмыкия и некоторые другие. В некоторых бассейнах рек (Кубань, Дон, Терек, Урал и др.) величина водозабора достигает 50% и более от среднемноголетнего стока, что превышает экологически допустимый отбор воды.
Загрязнение гидросферы
Виды загрязнения вод. Хозяйственная деятельность человека приводит к загрязнению вод. Чистой воды на планете практически не осталось. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в результате потребления недостаточно чистой воды на планете ежегодно умирают около 5 млн человек, из них 60% детей. Почти 60% заболеваний и эпидемий обусловлены употреблением непригодной с гигиенической точки зрения воды. С 90-х гг. ХХ в. антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные для использования ресурсы пресной воды на Земле. В России в настоящее время из-за загрязнения 70% рек и озёр утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения, в результате почти половина населения употребляет загрязнённую, недоброкачественную воду.
Загрязнение водоёмов может быть химическое, биологическое, физическое и механическое.
Химическое загрязнение может быть органическим (пестициды, фенолы, органические кислоты, спирты, углеводороды) и неорганическим (соли, щёлочи, кислоты, тяжёлые металлы и др.)
В зависимости от физико-химических свойств загрязняющие вещества разделяют на растворимые, нерастворимые и коллоидные. В растворённом состоянии в воде могут присутствовать различные газы (азот, кислород, углекислый и сернистый газы и др.), а также растворимые соли (натрия, калия, кальция, аммония, железа и др.). В коллоидном состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения. Известно более 400 видов веществ, которые могут вызвать загрязнение вод. Наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжёлых металлов, радионуклиды, пестициды и т.д.
Биологическое загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов и продуктов жизнедеятельности живых организмов.
Физическое загрязнение включает тепловое, радиоактивное, а также изменение органолептических показателей воды (появление запаха, мутности, цветности привкуса).
Радиоактивное загрязнение обусловлено попаданием в водоёмы радионуклидов. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226 и др.). Они попадают в поверхностные воды при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне водоёмов и т.п. В подземные воды радиоактивные элементы попадают как в результате их выпадения на поверхность земли и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными осадками, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате сбрасывания в источники подогретых вод или изменением температуры в результате действия других факторов. Основными поставщиками подогретых вод являются тепловые и атомные электростанции, промышленные предприятия и некоторые другие. Тепловое загрязнение вод может происходить также непосредственно в водоёмах. Особенно интенсивно этот процесс происходит на мелководьях водохранилищ, где создаются условия для подогрева воды. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава вод, что ведёт к интенсивному размножению анаэробных бактерий и выделению ими сероводорода, метана и др. Нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава микрофлоры и микрофауны водоёмов, нередко наблюдается «цветение» воды.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в водоёмы различных твердых примесей (песок, ил, шлам и др.), которые ухудшают органолептические показатели вод. Поверхностные воды засоряются мусором, бытовыми и промышленными отходами, которые ухудшают качество воды и отрицательно влияют на состояние водных экосистем.
Основные источники и последствия загрязнения гидросферы. Основными источниками загрязнения вод являются промышленные и коммунальные канализационные сточные воды, смыв ливневыми осадками с полей ядохимикатов, стоки животноводческих ферм, попадание в водоёмы с осадками загрязняющих веществ из атмосферы, утечки нефти и нефтепродуктов.
Наибольший вред водоёмам причиняет сброс в них неочищенных сточных вод. Промышленные сточные воды загрязняют водоёмы самыми разнообразными веществами: нефтепродуктами, тяжёлыми металлами, СПАВ, фенолами, солями и кислотами, органическими красителями и др. Объём сброса неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод с каждым годом растёт. Среди крупных рек наибольшая нагрузка как по водопотреблению, так и по загрязнению приходится на Волгу, Днепр, Дон, Рейн, Урал, Ганг, Миссисипи и др. Объём загрязнённых сточных вод, сбрасываемых в бассейн Волги, составляет 37% от общего объёма вод, образующихся на территории России. В устье Волги содержание фенолов, нефтепродуктов, соединений меди, цинка и др. превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) в 10 и более раз. Кроме того, в Волгу ежегодно поступает до 400 тыс. т загрязняющих веществ из сельскохозяйственных угодий и животноводческих комплексов. В связи с этим возникла угроза гибели в Волге многих представителей животного и растительного мира, нанесён ущерб здоровью людей. Всё большая опасность загрязнения грозит и уникальному озеру Байкал, в котором сосредоточено свыше 80% поверхностных пресных вод России. Из обитающих в нём 2500 видов животных и растений более 50% являются эндемиками. В настоящее время в результате загрязнения озера происходит изменение биохимического и физического состава воды, сокращение численности популяций растений и животных, уничтожение прибрежных лесных массивов, исчезновение малых рек и ключей, загрязнение почв.
Коммунально-бытовые сточные воды в больших количествах поступают из жилых и общественных зданий, больниц, столовых и т.д. В них преобладают различные органические вещества, а также присутствует большое количество микроорганизмов, которые могут стать причиной инфекционных заболеваний.
В земледельческих районах основным источником загрязнения водоёмов является смыв с сельскохозяйственных угодий и животноводческих комплексов удобрений, пестицидов, продуктов разрушения почв и органических остатков. Вещества, поступающие в водоёмы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост водорослей и других растений, накопление в водоёмах органических веществ и продуктов отмирания организмов. Это создаёт условия для увеличения численности редуцентов, питающихся мёртвым органическим веществом. Они интенсивно поглощают кислород, что ведёт к дефициту его в воде и развитию анаэробных процессов, следствием которых является выделение в среду сероводорода, метана и других ядовитых веществ. От недостатка кислорода и пищи гибнут рыба, ракообразные и другие гидробионты. Этот процесс называют эвтрофикацией. Отрицательные следствия эвтрофикации вод усиливаются при их тепловом загрязнении, которое способствует ускорению биохимических процессов и обеднению воды кислородом. Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные озёра мира – Балатон, Ладожское, Женевское и др., водохранилища и речные экосистемы, особенно малые реки.
Большую озабоченность вызывает судьба Мирового океана, огромная масса вод которого формирует климат планеты, служит источником атмосферных осадков, является великим транспортным путём, средой жизни для многих организмов и источником несметных богатств для человечества. Загрязнение вод Мирового океана и многих морей приняло угрожающие размеры. Многочисленные сточные воды различного происхождения, химикаты, часть мусора и другие отходы промышленных и сельскохозяйственных производств рано или поздно поступают в моря и океаны. Загрязняются морские воды и в результате аварий, захоронения различных отходов, удаления нечистот и мусора с кораблей, а также при поступлении газообразных токсичных веществ из атмосферы. Например, в Тихий океан ежегодно сбрасывается около 9 млн т отходов, а в воды Атлантики – свыше 30 млн т.
Океаны и моря загрязняются такими опасными для их жизнедеятельности веществами, как нефть, тяжёлые металлы, пестициды, радионуклиды и др. К числу наиболее вредных химических загрязнений относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 10 млн т нефти при её транспортировке, во время катастроф нефтеналивных танкеров, а также в результате утечки нефти при подводном бурении. Нефтяные плёнки на поверхности морей и океанов нарушают обмен энергией, теплом, влагой и газами между океанами и атмосферой. В конечном счёте наличие нефтяной плёнки на поверхности океана может повлиять не только на физико-химические и гидробиологические условия в океане, но и на климат Земли, на баланс кислорода в атмосфере. Кроме того, нефтяное загрязнение нарушает биологическое равновесие моря, являясь причиной гибели планктона, рыбы, морских птиц и других морских обитателей. Степень загрязнённости вод в океане постоянно возрастает. Под влиянием течений загрязнения перемешиваются и очень быстро распространяются. Это отрицательно сказывается на живых организмах, наносит серьёзный ущерб состоянию морских экосистем.
Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные воды, которые в ряде регионов являются важным источником пресной воды. Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам различными путями: при просачивании промышленных и других стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников, через карстовые провалы грунтов, шахтовые воды и т.д. Загрязнения подземных вод распространяются по течению потока на расстояния до 20–30 км и более от источника загрязнения. Загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическом состоянии поверхностных вод, атмосферы, почв и других компонентов природной среды. Загрязняющие вещества, находящиеся в подземных водах, могут выноситься фильтрационным потоком в поверхностные водоёмы и загрязнять их.