Антропогенные воздействия на гидросферу
Загрязнение вод проявляется в изменении их физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запаха, вкуса), увеличении содержания солей (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), токсичных тяжелых металлов, сокращении содержания растворенного в воде кислорода, увеличении содержания радионуклидов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.
Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире: на каждого жителя России приходится свыше 30 000 м3 воды в год. Однако в настоящее время из-за загрязнения около 70% рек и озер России утратили свои качества источников питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляют недоброкачественную воду.
Частично нарушено даже исторически сложившееся равновесие в водной среде Байкала - уникального озера на нашей планете, которое могло бы обеспечивать чистой водой все человечество в течение почти 50 лет. По современным оценкам, загрязнено более 100 км3 байкальской воды. На акваторию озера поступают нефтепродукты, нитраты, хлориды и другие загрязнители. Только размеры озера, огромный объем водной массы, а также способность биотического сообщества Байкала поддерживать процессы самоочищения пока спасают экосистему озера от деградации.
Различают химические, биологические и физические загрязнители вод. К наиболее распространенным химическим загрязнителям относят нефть и нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др. Биологическими загрязнителями служат вирусы, болезнетворные бактерии и вообще любые болезнетворные микроорганизмы. Под физическими загрязнителями подразумевают радиоактивные вещества, механическое и тепловое загрязнение и т.д.
Химическое загрязнение является наиболее распространенным, стойким и охватывающим значительные территории. Оно может быть органическим (фенолы, пестициды, нефть и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пластах вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются или восстанавливаются, выпадают в осадок, однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит.
Биологическое загрязнение обычно носит временный характер. При радиоактивном загрязнении наиболее опасны долгоживущие радионуклиды (стронций-90, цезий-137, изотопы урана, радия, плутония и т.д.). Радиоактивные вещества могут попадать в водоемы в результате сбрасывания в них радиоактивных отходов (РАО), захоронения РАО при несоблюдении условия их герметичности, глобальных выпадений из атмосферы после испытаний ядерного оружия или радиационных аварий на атомных реакторах. В результате просачивания в глубь литосферы вместе с водой радионуклиды могут загрязнять и подземные воды.
Механическое загрязнение обусловлено присутствием в воде различных механических примесей (песок, камни, ил и др.). Механические примеси могут существенно ухудшать органолептические показатели воды. Для поверхностных вод выделяют также их засорение твердыми отходами (остатками лесосплава, мусором, железобетонными конструкциями, промышленными и бытовыми отходами), которые отрицательно влияют на условия обитания гидробионтов и на состояние водной экосистемы в целом.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более теплыми поверхностными или технологическими водами. Так, на площадке Кольской атомной станции, расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала эксплуатации температура подземных вод вблизи главного корпуса повысилась с 6 до 19°С. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава воды, что приводит к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделениям токсичных газов (сероводорода, метана). Это сопровождается "цветением" воды и ускоренным развитием микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3°С летом и 5°С зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12 – 17 кДж/м3 .
Основными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются:
1. сброс в водоемы неочищенных сточных вод;
2. смыв ядохимикатов ливневыми осадками;
3. газодымовые выбросы;
4. утечки нефти и нефтепродуктов.
Наибольший вред водоемам и водостокам причиняет сброс в них неочищенных сточных вод – промышленных, коммунально-бытовых и др. В настоящее время объемы сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не уменьшаются, но продолжают расти.
В коммунально-бытовых сточных водах, поступающих из жилых и общественных зданий, преобладают различные органические вещества и микроорганизмы, что может приводить к бактериальному загрязнению вод.
Таблица
Основные загрязнители водных экосистем в различных
отраслях промышленности
| Отрасль промышленности | Основные виды загрязняющих веществ |
| Нефтегазодобыча, нефтепереработка | Нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, фенолы, аммонийные соли, сульфиды |
| Лесная промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность | Сульфаты, органические вещества, лигнины, смолистые и жирные вещества |
| Машиностроение, металлообработка, металлургия | Тяжелые металлы, фториды, цианиды, аммонийные соединения, нефтепродукты, фенолы, смолы |
| Химическая промышленность | Фенолы, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, ароматические углеводороды, неорганика |
| Горнодобывающая и угольная промышленность | Флотореагенты, неорганика, фенолы |
| Легкая, текстильная и пищевая промышленность | Синтетические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, органические красители, другие органические вещества |
Значительное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смывается с сельскохозяйственных территорий. В основном они попадают в водоемы и водостоки без какой-либо очистки, а поэтому содержат высокую концентрацию органических веществ, биогенных элементов и других загрязнителей.
Газодымовые выбросы, содержащие пыль и аэрозоли, оседают на водные поверхности из атмосферы. Например, плотность выпадения серы на европейской территории России по оценкам в среднем составляет от 0,25 до 2 т/км2 .
Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных шельфовых зонах, при сбросах с судов балластных вод и т.д.
Загрязняющие вещества могут проникать и в подземные воды: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др. Загрязнения подземных вод не ограничиваются территориями промышленных предприятий, хранилищ отходов и пр., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20 - 30 км и более от источника загрязнения. Это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.
Вообще говоря, загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическом состоянии поверхностных вод, почв и других компонентов природной среды. В частности, загрязняющие вещества, содержащиеся в подземных водах, могут выноситься потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их.
Под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах наблюдается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды, микробиологического загрязнения и других процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели. Поступление в водоемы значительного количества биогенных веществ (азота, фосфора и других элементов в составе удобрений, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т.д.) приводит к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона за счет массового размножения синезеленых водорослей, вызывающих "цветение" воды, ухудшающее ее качество и условия жизни гидробионтов. Более того, синезеленые водоросли выделяют токсины, опасные и для большинства гидробионтов и для человека. Поэтому возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением видового разнообразия, что приводит к утрате генофонда, уменьшению способности пресноводных экосистем к гомеостазу и саморегуляции. Подобные процессы происходят во многих крупных озерах мира: Великих Американских озерах, Балатоне, Ладожском, Женевском и др., а также в водохранилищах и речных экосистемах.
Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы и т.д. Так, гидробионты Байкала, в процессе длительной эволюции адаптировавшиеся к естественному набору химических соединений притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и др.). В результате в Байкале отмечено обеднение видового разнообразия и уменьшение статических показателей популяций гидробионтов, в частности, уменьшение биомассы зоопланктона и гибель значительной части популяции байкальской нерпы.
В Мировой океан ежегодно сбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% из которых не подвергаются предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством токсичных химических соединений, которые, аккумулируясь гидробионтами, передаются по трофическим цепям и, в результате, обусловливают гибель консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных (например, морских птиц). Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (в особенности, бензпирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).
В итоге экологические последствия загрязнения морских экосистем проявляются в виде следующих явлений:
1. нарушения устойчивости экосистем;
2. прогрессирующего накопления в морских водах биогенных веществ;
3. "цветения" морской воды, как следствия предыдущего фактора;
4. биологического накопления токсикантов в морской биоте;
5. снижения биологической продуктивности;
6. возникновения мутагенеза и канцерогенеза в морской биоте;
7. микробиологического загрязнения прибрежных районов.
До определенного предела морские экосистемы могут противостоять воздействию химических токсикантов за счет накопительной, окислительной и минерализующей функций гидробионтов. Так, двустворчатые моллюски способны аккумулировать ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организмов. Было открыто и существование в водах Мирового океана интенсивных процессов биотрансформации бензпирена благодаря наличию гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в частности, они способны продуцировать сероводород и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы.
Однако в морские и океанические экосистемы продолжают сбрасываться все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Поэтому большое значение имеет определение допустимого уровня антропогенного воздействия на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности экосистемы к накоплению и удалению загрязняющих веществ.
При непосредственном контакте человека с бактериально загрязненной водой, а также в случае проживания или нахождения вблизи загрязненного водоема различные паразиты могут проникать в кожу и далее в организм, вызывая тяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается опасность и таких эпидемических заболеваний как холера, брюшной тиф, дизентерия и др.
Под истощением вод понимают недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или резкое уменьшение стока ниже минимально допустимого (для поверхностных вод). Во многих промышленно-развитых крупных городах мира (в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве и т.д.), где в течение длительного времени осуществлялся интенсивный водозабор подземных вод, возникли обширные области значительного понижения глубины их залегания радиусами до 20 км и более.
По данным Государственного водного кадастра, в 90-е годы в России при помощи подземных водозаборов отбиралось свыше 125 млн. м3 воды в сутки. В результате на значительных территориях резко изменились условия взаимосвязи подземных вод с другими компонентами природной среды, из-за чего нарушилось функционирование наземных экосистем. В частности, понижение уровня залегания подземных вод приводит к осушению заболоченных территорий со значительным видовым разнообразием, иссушению лесов, гибели влаголюбивых растений (гигрофитов) и др. Длительный интенсивный отбор воды из водозаборных скважин может приводить и к медленному оседанию и деформации земной поверхности.
Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их стока. На территории России поверхностный сток воды распределен весьма неравномерно. Около 90% годового стока с территории России выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а на бассейны рек внутреннего стока (впадающих в Каспийское и Азовское моря), где проживает более 65% населения России, приходится менее 8% общего годового стока. Именно в этих регионах наблюдается истощение поверхностных водных ресурсов и, соответственно, дефицит чистой пресной воды. Активизация хозяйственной деятельности человека, приводящая к все возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к самоочищению, лишь усугубляет эту проблему.
Примером негативных экологических последствий изъятия из рек на хозяйственные цели больших объемов воды может служить судьба Аральского моря, уровень которого, начиная с 60-х годов, катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким забором воды из рек 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 сегодня крупнейшим источником пыли и солей. Трансформация фитоценозов на берегах Аральского моря и в дельтах Амударьи и Сырдарьи происходит вследствие высыхания озер, проток, болот и повсеместного понижения уровня грунтовых вод, обусловленного падением уровня моря. В целом чрезмерный забор воды из Амударьи и Сырдарьи и падение уровня моря вызвали такие экологические последствия для приаральского ландшафта, которые могут быть охарактеризованы как опустынивание.
Создание крупных водохранилищ, особенно равнинного типа, также может приводить к целому ряду негативных последствий для экологии на прилегающих территориях. Во-первых, в результате создания водохранилищ путем перегораживания русла рек плотинами нерестилища многих видов рыб оказываются отрезанными плотинами, из-за чего резко ухудшается или даже прекращается естественное воспроизводство многих лососевых, осетровых и других проходных видов рыб.