Антропогенное воздействие на водные ресурсы: загрязнения, изъятие, эвтрофикация водоёмов. Экологические проблемы морей, рек (Арала, Байкала)
Гидросфера — водная оболочка Земли; масса (1,5-2,5)*1018 тонн; находится в виде паров и облаков, океанов и морей (91,3% массы), ледников, подземных вод. Вода в природных условиях всегда содержит растворенные соли, газы, органические вещества. При концентрации солей до 1г/кг вода считается пресной, до 25 г/кг — солоноватой, более 25 г/кг — соленой. В пресных водах обычно преобладают ионы HCO3(-), Ca(2+), Mg(2+). По мере роста минерализации увеличивается концентрация SO4(-), Cl(-), Na(+), K(+). Пресная вода — 1% от общей массы.
Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органических свойств, увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.
Загрязнители:
- химические. В этом виде участвуют все виды промышленного, с/х производства, транспорт. Представляет собой изменение естественных химических свойств воды из-за увеличения в ней вредных примесей как неорганической. (кислоты, щелочи, соли, нефтепродукты, пестициды, диоксины, тяжелые металлы, фенолы, аммонийный и нитритный азот)
- биологические. Вызывается микроорганизмами и способными к брожению органическими веществами, приводит к бактериологическому заражению. (вирусы, бактерии, другие болезнетворные организмы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибы)
- физические. Связано со сбросом тепла в воду, что приводит к потрясению всего биоценоза водоемов. Источником служат подогретые сбросные воды ТЭЦ и промышленности; повышение температуры изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество растворенного кислорода, изменяет скорость обмена веществ. Также к физическому загрязнению относятся радиоактивное загрязнение вод, попадание различных взвесей в водные системы. (радиоактивные элементы, взвешенные твердые частицы, тепло, органолептические (цвет, запах), шлам, песок, ил, глина)
Загрязнители:
1. Целлюлозно-бумажный комплекс, деревообработка: органические вещества (смолы, жиры, лигнины, фенол), аммонийный азот, сульфаты, вывешенные вещества.
2. Нефтегазодобыча: нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийный азот, сульфиды.
3. Машиностроение, металлообработка, металлургия: тяжелые металлы, взвешенные вещества, цианиды, аммонийный азот, нефтепродукты, смолы, фенолы, фотореагенты.
4. Химическая, нефтехимическая промышленность: фенолы, нефтепродукты, СПАВ, полициклические ароматические углеводороды, бензапирен, взвешенные вещества.
5. Горнодобывающая, угольная: флотореагенты, минеральные взвешенные вещества, фенолы.
6. Легкая, текстильная, пищевая: СПАВ, нефтепродукты, органические красители, органические вещества.
Более половины (56%) воды, используемой в хозяйстве, возвращается в природную среду в виде загрязненных сточных вод. Основную ответственность за загрязнение природных вод несут: машиностроение, включая судостроение и судоремонт (39% от общего поступления загрязняющих веществ), коммунальное хозяйство (37%), цветная металлургия (7%) и сельское хозяйство (8% без учета смывов пестицидов и минеральных удобрений).
Водоемы значительно загрязняются при сбросе сточных вод, содержащих большое количество органического вещества. В таких водах быстро размножаются грибы и бактерии, что приводит к изменению структуры животного сообщества и к уменьшению содержания растворенного в воде кислорода. Биологическое потребление кислорода (БПК) является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема органическими веществами. Он определяет количество кислорода, необходимое для разложения органических загрязняющих веществ.
Эвтрофикация — повышение уровня первичной продуктивности водоемов из-за повышения в них концентрации биогенных веществ, в основном азота и фосфора; часто приводит к цветению вод.
Эвтрофикация водоемов
Попав в природные водоемы (например, соединений фосфора и азота), биогенные элементы становятся питательной средой для микроорганизмов, в том числе - сине-зеленых водорослей. Продукты жизнедеятельности сине-зеленых - аллергены, токсины, уже на прямую воздействующие на человека. Особенно интенсивно водоросли размножаются в хорошо прогретой воде, то есть летом. Именно поэтому некоторые из нас обнаруживают после купания в заливе на своем теле красные пятна. А если выпить такой воды, даже при условии, что она кипяченая, можно сильно отравиться. Процесс антропогенного эвтрофирования, вызывая быстрые и подчас необратимые нарушения функциональных связей экосистемы, приводит к ухудшению качества воды, подрыву полезной продуктивности, а иногда и к полной утрате природных ресурсов озера. Основные отрицательные последствия этого процесса - массовое развитие планктонных водорослей, появление неприятного запаха и вкуса воды, увеличение содержания органических веществ, снижение прозрачности и увеличение цветности воды. Перенасыщение воды органическим веществом стимулирует развитие сапрофитных бактерий, в том числе болезнетворных, а также водных грибов. В результате жизнедеятельности некоторых водорослей, особенно сине-зеленых, возникают токсические эффекты, приводящие к заболеваниям животных, а в отдельных случаях и человека («гаффская» и «сартландская» болезни).
На окисление огромного количества новообразованного органического вещества расходуется значительная часть содержащегося в озерной воде растворенного кислорода. В результате ценные в промысловом отношении породы рыб (лососевые, сиговые), требовательные к высокому качеству воды, вытесняются низкосортными видами, менее в этом отношении чувствительными.
Когда из реки отводят воду, экологические последствия могут затронуть не только ее саму. Болота вдоль множества рек пересохли, так как больше не подпитываются периодическими паводками, что привело к гибели огромного количества водной дичи и других видов растений и животных, обитавших в этих местах.
Проблема касается и эстуариев, т. е. заливов, в которых пресная вода рек постепенно смешивается с морской. Они принадлежат к числу самых продуктивных экосистем Земли; это прекрасные места размножения для многих видов рыб, моллюсков и водных птиц. Когда речной сток сокращается, в эстуарии поступает меньше пресной воды, растет их соленость и сильно изменяется экология.
Падение уровня грунтовых вод и истощение их запасов. В настоящее время потребление грунтовых вод превышает по скорости пополнение их запасов. В лучшем случае при этом становится дороже качать воду, но со временем скважины могут просто пересохнуть.
Проблема стоит особенно остро в регионах с низким количеством осадков, где скорость пополнения очень невелика, а потребность в грунтовых водах высока из-за недостатка поверхностных водоемов.
Сокращение поверхностных вод. Падение уровня грунтовых вод влияет и на поверхностные водоемы. Вспомните, что ручьи, реки и озера в значительной мере питаются за счет родников, представляющих собой выходы грунтовых вод на поверхность. По мере падения уровня грунтовых вод количество воды, вытекающей из родника, сокращается и в конце концов он иссякает, когда уровень грунтовых вод падает ниже точки его выхода. Следовательно, это падение приводит к сокращению стока родников и, таким образом, всех поверхностных вод, что усугубляет все упомянутые выше экологические проблемы. Просадка грунта. Веками грунтовые воды вымывали в недрах земли полости, покуда эти пространства были заполнены водой, она сама отчасти поддерживала вышележащие породы и почвы. Когда уровень грунтовых вод падает, эта опора исчезает, и может происходить постепенное опускание поверхности суши, называемое просадкой грунта.
Из-за истощения запасов грунтовых вод возникает еще одна проблема - подток соленой воды. В приморских районах родники могут находиться ниже уровня океана. Пока уровень грунтовых вод на суше выше уровня океана, в водоносном горизонте сохраняется давление, поддерживающее постоянный отток пресной воды в океан, причем колодцы, расположенные вблизи него, также дают пресную воду. Однако понижение уровня грунтовых вод или большая скорость их потребления могут снизить давление в водоносном горизонте, что позволит проникать в него, а следовательно, и в колодцы соленой воде.
Трагедия Арала. В 1911-1960 гг. природньш комплекс Аральского моря и впадающих в него рек Амударьи и Сырдарьи находились в равновесном состоянии; так, в Арал поступало 56 км воды, приток грунтовых вод был
не менее 1 км ,с осадками поступало 9 км , объем моря составлял 1064 км , с испарениями терялось 66 км .
Море отступило под натиском цивилизованного варварства. В бассейне Аральского моря в самые многоводные годы находилось 56 км воды, сейчас не более 10-15 км3, так как вода разбирается на орошение. В связи со строительством Каракумского канала речной сток сократился в .1965 г. до 29,9 км3 в 1981-1987 гг. в Аральское море поступало 4,0-9,3 км3 воды, объем моря составлял 404 км3, т. е. сократился почти в 2,5 раза, при этом уровень моря понизился на 14 м, а соленость увеличилась в 2,5-3 раза. Таким образом, море потеряло биологическую продуктивность, в 1988 г. произошел раздел моря на Большое (342 км ) и Малое (121 км3). В результате засоления, загрязнения почвы нитратами, пестицидами погибли плодовые сады, произошло опустынивание на больших территориях. Вода сильно минерализована, кроме того, вода загрязнена удобрениями и ядохимикатами. высыхают рукава дельты, исчезают озерные системы, увеличивается повторяемость пыльно-солевых бурь. Опустыниваются территория прилегающие к Аралу, деградирует само море.
В экологической катастрофе Арала повинно сооружение главных-оросительных каналов: большого Ферганского, а также строительство большого количества водохранилищ. В 1982 г. основное русло Арата было перекрыто глухой насыпной плотиной и весь речной сток направили на орошение окружающих территорий.
Резко сократились рыбные запасы водоема, уменьшилась численность и изменился состав обитающих в нем микроорганизмов. Теперь Арал раньше и быстрее замерзает и дольше освобождается ото льда. Резко изменился климат региона. Арал утратил хозяйственное и транспортное значение Появилась проблема с трудоустройством и переселением живущих на его берегах людей.
Озеро Байкал - уникальный резервуар пресной воды. Объем Байкала 23015 км", площадь водосборного бассейна 588000 км . В Байкале водятся более 500 видов животных, 50 видов рыб, более 1200 видов растений, половина всех живых организмов обитает только в Байкале и нигде в мире не встречается.
В Байкале происходит самоочищение воды под действием мельчайших водорослей, рачков, которые извлекают из воды минеральные и органические вещества. В Байкал впадает 336 рек, а вытекает только одна река Ангара.
Предприятия химической, биологической и сельскохозяйственной отраслей способствуют загрязнению озера, разрушению биохимического и физического состава и структуры водных масс. До нормативных показателей очищается 15 % вод, с основным стоком Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (ЦБК) и Селенгинского целлюлозно-карбонатного комбината (ЦКК) поступает в воды Байкала до 70 % трудно растворимых органических веществ. В настоящее время не решена проблема перепрофилирования ЦБК и ЦКК, не реализован проект лесоустройства в водоохранной зоне, лишь частично построены природоохранные и очистные сооружения, мало используются биологически чистые топлива, не вос-ся биолог. ресурсы озер, не прекращается вырубка леса акватории Байкала.