3.3 Антропогенные воздействия на гидросферу

Вода – важнейший агент и фактор географической среды. Во многих странах мира отмечается ухудшение геоэкологического состояния водных объектов и прилегающих к ним территорий, связанное в первую очередь со значительно возросшим антропогенным воздействием на природные воды. Оно проявляется в изменении как водных запасов и гидрологического режима водотоков и водоемов, так и качества вод. Своей производственной деятельностью человек оказывает влияние на все основные элементы гидрологического цикла: осадки, испарение, сток, однако степень этого влияния на разные компоненты далеко не одинакова.

Нарастание дефицита водных ресурсов и прогрессирующее ухудшение их качества объединяются под общим понятием деградации природных вод. В настоящее время наибольшее антропогенное воздействие испытывают речные системы. Серьезнейшая экологическая проблема – восстановление водности и чистоты малых рек (длиной не более 100 км), которые представляют собой наиболее уязвимое звено в речных экосистемах.

Причины сложившейся ситуации в области водных ресурсов достаточно разнообразны. Наиболее существенное влияние на водные объекты суши оказывают факторы, которые непосредственно связаны с масштабами водопотребления и водоотведения. Сюда можно отнести системы, которые непосредственно влияют на объект путем прямых изъятий воды и сбросов природных и сточных вод. Это системы промышленного и коммунального водоснабжения, каналы переброски стока, коллекторы сточных вод. Так, уровень некогда многоводного Аральского моря, начиная с 60-х гг., катастрофически понижается, в связи с недопустимо высокими показателями забора воды из Амударьи и Сырдарьи. В результате объем Аральского моря сократился более чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды (минерализация) увеличилась в 2,5 раза.

Прямое воздействие на водоемы может также оказываться за счет влияния на их природную структуру. Примерами могут служить создание в руслах рек водохранилищ и прудов, обвалование и спрямление русел рек и берегов озер, выемки грунта из рек и водоемов и т.п. Негативно сказываться на состоянии водных объектов могут и другие мероприятия в области землепользования (осушение болот и заболоченных земель, вырубка и посадка лесов и т.п.). Промышленные и энергетические объекты, нарушающие газовый состав и загрязняющие атмосферу, также оказывают воздействие на гидросферу посредством природных круговоротов веществ и изменения климатических условий.

Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушая сложившиеся экологические связи в системе человек – биосфера.

3.3.1 Загрязнение гидросферы

Загрязнение вод представляет собой сегодня одну из наиболее острых проблем мирового масштаба. Даже в России, которая имеет один из самых высоких водных потенциалов в мире, уже в конце ХХ века 70% рек и озер утратили свои качества как источники питьевого водоснабжения.

Согласно рекомендациям Всемирной организации здоровья вода в водоеме считается загрязненной, если в результате изменения ее состава или состояния она становится менее пригодной для любых видов водопользования, в то время как в природном состоянии вода соответствовала этим требованиям.

Основные загрязнители гидросферы можно разделить на несколько групп.

1. Химические загрязнители. Химическое загрязнение воды является наиболее распространенным и стойким. Сегодня более 400 видов веществ могут рассматриваться как потенциальные загрязнители вод. Среди них первоочередное значение имеют нефть и нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и другие соединения.

2. Биологические загрязнители. Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

3. Физические загрязнители, меняющие прозрачность (мутность) воды, ее температуру и другие показатели. Специфическим видом физического загрязнения гидросферы является термическое загрязнение. Когда электростанции употребляют воду для конденсации отработанного пара, они возвращают ее в водоем подогретой на 10–30 °С. Это приводит к уменьшению содержания кислорода в водной среде, увеличению токсичности имеющихся в ней загрязнителей, уменьшению доступа света к водной растительности, стимулированию роста вредных синезеленых водорослей и т. п.

4. Радиоактивные загрязнители. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы прежде всего при несоблюдении правил захоронения радиоактивных отходов. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают также в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

В настоящее время все источники загрязнения гидросферы можно условно разделить на четыре основные группы.

1. Атмосферные водяные пары. Приносят в гидросферу массу загрязнителей промышленного происхождения. Взаимодействуют с оксидами серы и азота в воздухе, образуя кислотные дожди. При стекании со склонов атмосферные и талые воды увлекают с городских улиц и промышленных предприятий мусор, нефтепродукты, кислоты, фенолы и др.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, моющие средства (детергенты), микроорганизмы, в том числе патогенные.

3. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях промышленности. Наиболее активно потребляют и загрязняют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленность, энергетика.

4. Сельскохозяйственные стоки, содержащие смытые в процессе эрозии частицы почвы, соединения, входящие в состав удобрений, пестициды, помет сельскохозяйственных животных.

В мировом масштабе в качестве основного загрязнителя гидросферы сегодня выступают нефть и нефтепродукты, попадающие в водную среду в результате добычи нефти, ее транспортировки, переработки и использования. Попавшая в морскую среду нефть начинает растекаться по поверхности воды. Легкие фракции нефти быстро испаряются. Таким образом, часто случающиеся катастрофы танкеров служат причиной серьезного загрязнения не только моря, но и атмосферы. Оставшиеся после испарения фракции нефти образуют смолистые «комки», способные погружаться на дно. Раньше этот эффект широко использовался с помощью диспергирующих агентов, погружающих нефть на дно. Однако впоследствии такой способ отвергли, так как диспергирующий агент оказывался токсичнее самой нефти. Помимо растворения и испарения нефть, оказавшись в водной среде, подвергается интенсивному фотохимическому и биологическому окислению, что приводит к снижению содержания кислороды в воде. Наиболее легко растворимой в водной среде частью нефти являются ароматические углеводороды, которые, кстати, считаются и наиболее токсичными. Именно они представляют смертельную опасность для рыб, особенно мальков. Чрезвычайно токсично также дизельное топливо, загрязняющее в первую очередь портовые акватории вследствие халатности (а нередко – и преступных действий) команд судов. Крайне чувствительны к нефтяному загрязнению птицы. Попытки их спасти, как правило, безуспешны, поскольку оперение птиц хотя и гидрофобно, но лишено защиты от нефти и нефтепродуктов. Число погибших птиц только у берегов Англии достигает 50 тысяч в год. Однажды в Швеции в результате загрязнения воды нефтью погибло 30 тысяч уток-морянок. Гибнут также иглокожие, лангусты, креветки и многие другие морские беспозвоночные.

Среди других продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду занимают детергенты, или поверхностно активные вещества (ПАВ). Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – основа любого синтетического моющего средства. В процессе стирки ПАВ обеспечивают отрыв грязевых частиц от очищаемой поверхности и обеспечивают их растворение. Существуют три основных вида ПАВ: анионные, катионные и неионогенные. При этом самыми опасными являются анионные (А-ПАВ), способные вызывать аллергию, а также нарушения иммунитета.

ПАВ в настоящее время относятся к числу наиболее распространенных загрязнителей объектов окружающей среды, прежде всего водных ресурсов. Они плохо поддаются очистке, а между тем в водоемы их попадает не менее половины от начального количества. Детергенты часто образуют в водоемах слои пены, толщина которых на шлюзах и порогах достигает 1 м и более. При определенных условиях эти вещества отрицательно влияют на качество подземных питьевых вод и способность водоемов к самоочищению, на теплокровные организмы, флору и фауну природных вод. Стойкая пена водных растворов ПАВ препятствует аэрации (процессу обогащения воды кислородом), что ухудшает биохимическую очистительную способность водоемов. Кроме того, загрязнение воды ПАВ приводит к существенному усилению коррозии в ней металлов. Легко проникая сквозь грунты, ПАВ могут попасть в питьевую воду через очистные сооружения водопроводов и впоследствии негативно воздействовать на организм человека.

Наглядным примером могут служить общие изменения показателей крови в организмах рыб, спровоцированные влиянием некоторых ПАВ различных концентраций. Так, концентрация веществ высокой и средней токсичности вызывает увеличение числа эритроцитов и содержания гемоглобина на 17–23%, одновременно наблюдается резкое уменьшение количества лейкоцитов. Эти процессы говорят о подавлении защитных функций организма под воздействием ядовитых веществ. Увеличение гемоглобина и числа эритроцитов является общей компенсаторной реакцией, которую вызывают абиотические и биотические факторы среды, нарушающие газообмен в организмах рыб.

В современных условиях одним из наиболее значительных источников загрязнения водных ресурсов становится сельскохозяйственное производство, которое является источником удобрений, в большом количестве попадающих в водоемы. Это приводит к процессам эвтрофикации водоемов вследствие загрязнения их азотными и фосфорными удобрениями.

Все чаще водные ресурсы загрязняются гербицидами и пестицидами. При этом степень их накопления и проявления токсичности в значительной степени зависит от гидродинамических и термических характеристик водного объекта. Например, в непроточном водоеме ядохимикат аккумулируется в донных отложениях, которые становятся источником хронического загрязнения. С повышением температуры токсическое воздействие практически всех ядохимикатов усиливается. Часто в пищевых цепях ихтиофауны наблюдается своеобразный эффект усиления концентрации ядохимикатов. Так, если морской планктон содержит одну условную единицу ДДТ, то мальки рыб – уже 25 единиц, хищная морская птица – около 1500 единиц, а для крупных морских животных эти показатели еще выше.