Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Социальная экология. Взаимодействие общества и природы. Учебное пособие
.pdf
§ 10. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД 111
мой, в которой фосфор выступает как питательный элемент
2-
для водной растительности, является фосфат-ион HPO
4
.Îí
попадает в воду, в частности, при использовании суперфосфа
та Ca(H
2PO4)2
èîíû HPO
, а также преципитата CaHPO4·2H2O. Фосфат-
2-
присутствуют в воде совместно с ионами H2PO
4
в условиях диссоциации:
-
PO
2
4
Û H++ HPO
H
24
.
Причем равновесие зависит от величины pH. Для боль
2-
шинства водных объектов преобладает форма HPO
-
PO
90 %) с примесью H
2
(примерно 10 %).
4
4
(около
Известно, что фосфор играет важную роль в процессах
энергопроизводства, обеспечивая энергетические нужды всех
биохимических процессов в живом организме. В отсутствие
фосфора был бы невозможен синтез протеина, хотя сам протеин не содержит фосфора.
Особенность миграции фосфора заключается в ее одностороннем характере. Фосфор движется из суши в воду, а из воды
в осадок. В результате осадки на дне водоемов становятся вместилищами огромных запасов фосфора. До 80 % попадающего
в воду фосфора обычно уходит в осадок. Однако замечено, что
осадки способны отдавать фосфор обратно в воду, если его
концентрация в них достигает некоторого максимума.
Переход фосфора из осадка в воду затрудняется в услови
ях соленой воды (данный факт был получен при исследовании
эстуариев) и облегчается в условиях известковых донных
осадков, а также при нарастании содержания фосфатов в воде.
Чем больше вводится фосфора в водоем, тем меньше его пере
ход в осадок и тем более, следовательно, он становится досту
пен растениям. Таким образом, с увеличением производства
и применения фосфорных удобрений многие водоемы в неда
леком будущем рискуют оказаться долговременно загрязнен
ными избыточным количеством фосфатов. Именно с этим свя
зана серьезная угроза массовой эвтрофикации водоемов.
Существует еще одно обстоятельство, которое способно
сильно осложнить наши попытки поставить под контроль про
цессы эвтрофикации. Дело в том, что характерные для эвтро
-
-
4
-
-
-
-
-
-
-
-
-
112 ГЛАВА IV. ВОДА
фицированных водоемов синезеленые водоросли способны по
треблять атмосферный азот, притом в таком количестве,
которое позволяет поддерживать эвтрофный режим в водо
еме даже в отсутствие антропогенных источников биоге
1
íîâ
.
Биогены (особенно нитраты) опасны также для подземных
водных источников. Проверка состояния грунтовых вод в Ев
ропе и США показала, что от 5 до 10 % источников имеют уро
вень содержания нитратов выше, чем допустимая величина
(45 мг/л) для указанных регионов
2
. На территории Индии об
наружены громадные ареалы (северо-западная часть Индии
и ее центральная часть к востоку от Бомбея) с содержанием
в подземных водах более 250 мг/л нитратов
3. Пестициды
3
.
Пестициды — это широкая группа химических веществ,
предназначенных для борьбы с различными живыми организмами, наносящими ущерб сельскому хозяйству: вредными насекомыми (инсектициды), сорняками (гербициды), грибковыми организмами (фунгициды), крысами, мышами, сусликами
(родентициды, представляющие собой специфические фунгициды), болезнетворными бактериями (бактерициды) и т. д.
Наибольшее применение получили инсектициды, поскольку число видов насекомых, наносящих вред сельскому хозяйству или здоровью человека и животных, составляет около
3000. Впрочем, следует заметить, что это лишь 0,1 % от обще
го числа видов насекомых.
Многие инсектициды представляют собой хлорпроизвод
ные углеводородов и фосфорорганические соединения. В ка
честве гербицидов применяются чаще всего хлорфенольные
кислоты — производные простых органических кислот: уксус
ной, масляной и пропионовой.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Хендерсон-Селлерс Б., Маркленд Х. Р. Умирающие озера (Причины
и контроль антропогенного эвтрофирования). — Л., 1990. — С. 155.
2
Морис Ла Ривьер Ж. В. Угроза водным ресурсам // В мире науки. —
1989.—¹11.—Ñ.42.
3
Пиннекер Е. В. Охрана подземных вод. — Новосибирск, 1979. —
Ñ. 40.
§ 10. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД 113
К наиболее стойким пестицидам относятся хлорпроизвод
ные углеводороды. Они могут сохраняться в окружающей сре
де два года и более
1
. Самый известный из них — ДДТ может
сохраняться в окружающей среде свыше 10 лет. Этим объясня
ется повсеместное распространение данного пестицида. Его
нашли даже в печени и жире тюленей и антарктических пинг
винов. Накапливаясь в жировых тканях, ДДТ обнаруживает
канцерогенные свойства, ведет к снижению иммунитета.
В водоемы пестициды попадают в результате поверхност
ного стока с сельскохозяйственных угодий. Причем вода явля
ется, по-видимому, окончательным хранилищем стойких пес
тицидов.
В некоторых случаях пестициды непосредственно вносят
ся в водную среду для ограничения количества некоторых видов насекомых или водных растений.
Инсектициды способны растворяться в воде. Причем фосфорорганические соединения растворяются лучше хлорпроизводных углеводородов. Хорошо растворимы и гербициды.
Наиболее опасен поверхностный смыв сразу после применения пестицидов, в этом случае переносится в водоем их значительная доля. Если же пестициды успели сорбироваться на частицах почвы, то они не подвергаются выщелачиванию, даже
если хорошо растворимы. В этом случае они попадают в водоем лишь в результате эрозионных процессов, то есть вместе
с частицами почвы.
Возможно попадание пестицидов в водоем также в резуль
тате атмосферных процессов (осадки и гравитационное осаж
дение). Такая возможность открывается при распылении пес
тицидов с самолета и в результате испарения с обработанных
пестицидами полей.
Содержание пестицидов в природных водах обычно очень
мало благодаря эффекту разбавления. Однако они способны
накапливаться в различных звеньях трофической цепи. В ко
нечных звеньях трофической цепи концентрация пестицидов
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Стойкость пестицида измеряется временем, в течение которого он
разлагается (теряет активность) на 95 %. Нестойкие пестициды остаются
в окружающей среде в течение 1–12 недель.
114 ГЛАВА IV. ВОДА
может достигать высоких значений и приводить к катастрофи
ческим результатам. Например, было замечено снижение вос
производства некоторых хищных птиц, таких как коричневый
пеликан, бермудский буревестник, скопа, орел. Изучение дан
ного факта показало, что накапливаемые в организме пестици
ды способны подавлять деятельность ферментов, контроли
рующих обмен кальция в организме. Это ведет к тому, что
скорлупа яиц становится тонкой и слабой, легко повреждается
при механических воздействиях.
Пестициды накапливаются также и в организме рыб. По
следствием этого является снижение сопротивляемости болез
ням, уменьшение толщины жаберных мембран, нарушение
теплорегуляции, учащенное дыхание, ухудшение репродук
тивных функций. В конечном счете это ведет к уменьшению
рыбных популяций.
Эффект накопления пестицидов в звеньях трофической
цепи можно продемонстрировать на хорошо изученном ДДТ.
При содержании в воде этого пестицида5·10
трация его в организме рыб достигает 2,0 млн
птиц, питающихся рыбой, — 27,0 млн
–5
млн–1, концен-
–1
–1
, то есть в конечном
, а в организме
счете возрастает более чем в 500 000 раз.
Фосфорорганические соединения обычно менее устойчи-
-
-
-
-
-
-
-
-
токсичны. Например, паратион примерно в 30 раз более ядо
вит, чем мышьяк. А тетраэтилпирофосфат (ТЭПФ) настолько
токсичен, что одна его капля при приеме внутрь или при кон
такте с кожей ведет к летальному исходу.
К счастью, эффект накопления фосфорорганических сое
динений в трофической цепи практически равен нулю. Это,
впрочем, не должно особенно успокаивать, поскольку во мно
гих случаях поведение продуктов распада этих соединений в
воде плохо изучено. Не исключено, что сами эти продукты яв
ляются токсичными и устойчивыми. В частности, уже упоми
наемый выше паратион распадается на тиофосфорную кислоту
и n-нитрофенол. Оба эти вещества способны оказать серьезное
воздействие на водную систему, в которой они могут сохраня
ться продолжительное время (при определенных условиях).
-
-
-
-
-
-
-
§ 10. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД 115
Установлено, что распад ядохимикатов происходит быст
рее в южных районах и медленнее в условиях холодного кли
мата. Замечено также, что влияние пестицидов оказывается
более длительным в щелочной среде, в нижнем течении рек и
понижениях рельефа
4. Нефтепродукты
1
.
Источниками нефтяного загрязнения вод служат нефте
промыслы на суше и континентальном шельфе морей, морской
и речной флот, а также нефтехранилища и нефтераспределите
льные пункты.
Добыча сырой нефти в промышленных масштабах практи
чески началась в 1880 году и за 100 последующих лет достигла
объема, превышающего 3,2 · 10
12
л в год. Неудивительно, что
в наши дни загрязнение вод нефтепродуктами приняло глобальный характер. В 80 % всех проб воды, взятых для химического анализа, присутствуют нефтепродукты в большей или
меньшей концентрации. При разработке нефтяных месторождений на поверхность земли вместе с добытой нефтью откачивается огромное количество так называемой пластовой воды,
которая отличается высокой минерализацией и средним содержанием нефти около 3 г/л. В сточных водах нефтеперерабатывающих предприятий нефти еще больше — до 10 г/л.
Нефть непосредственно поступает в водоемы при сбросе
с танкеров балластных вод, при очистке от нефти судовых ем
костей, при погрузочно-разгрузочных работах. Особенно ката
строфичными для окружающей среды являются аварии на
нефтепроводах и на крупнотоннажных танкерах. По оценкам,
сделанным в 1970-х годах, ежегодно в окружающую среду по
ступает более 45 млн т нефти, в том числе в Мировой океан —
от5до10млнт.
При попадании в воду нефтепродукты, растекаясь по по
верхности, образуют мультимолекулярный слой, покрываю
щий значительные площади. Например, 15 т мазута в течение
6–7 суток, растекаясь, покрывают площадь около 20 км
2
. Более
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Справочник по охране природы. — М., 1980. — С. 31.
116 ГЛАВА IV. ВОДА
легкие фракции нефти загрязняют еще большую площадь: 1 т
такой нефти способна образовать пятно размером до 12 км
и диаметром около 4 км (то есть до самого горизонта).
Нефтяная пленка на водной поверхности стимулирует
протекание разнообразных химических реакций с участием ве
ществ, растворимых в нефти. Между тем хорошо известно,
что в нефтяных пленках происходит концентрация тяжелых
металлов и пестицидов. Например, пестицид дильдрин (из
группы инсектицидов) способен наращивать свою концентра
цию в пленке в 10 000 раз.
Многие содержащиеся в нефти фракции весьма токсичны.
При их растворении в воде токсичность может возрасти.
К токсичным фракциям относятся, например, низкокипящие
насыщенные углеводороды и такие ароматические соединения, как бензол и ксилол. Вещества с канцерогенными свойствами часто входят в состав высококипящих фракций. К таким
веществам обычно относят полициклические соединения. Сама нефть, являющаяся смесью из нескольких сотен химических веществ, тоже весьма токсична. Рыба погибает уже при
концентрации нефти в воде 0,5 мг/л, а при концентрации
1,2 мг/л гибнет даже бентос и планктон. Нефтяная пленка оказывается гибельной для мальков, только что вышедших из икринок. Малькам нужен глоток воздуха, чтобы заполнить плавательный пузырь. Достигая поверхности, покрытой нефтяной
пленкой, мальки делают глоток — и погибают. Нефтяное за
грязнение отрицательно действует также и на рыбью икру.
Кроме того, нефтяная пленка препятствует обогащению воды
атмосферным кислородом.
Процессы разложения нефти в воде протекают весьма
медленно. В конечном счете образуются гудрон и эмульсии.
Для разложения нефти требуется кислород и различные мик
роорганизмы, эффективность работы которых существенно за
висит от температуры воды. Для полного окисления нефти
в аэробных условиях нужно 100–150 дней,аванаэробных ус
ловиях — еще больше.
Низкая температура воды, характерная для северных тер
риторий (например, на севере Тюменской области, где добыва
ется сотни миллионов тонн нефти в год), резко снижает актив
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
§ 10. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД 117
ность микроорганизмов, и разложение нефти растягивается на
многие месяцы. При этом нужно иметь в виду, что промежу
точные продукты распада часто обладают более высокой ток
сичностью, чем сама нефть.
Разлагаясь, нефть изымает из воды огромное количество
кислорода: для полного окисления1лнефтитребуетсякисло
род, содержащийся в 400 тыс. л воды. Это в условиях летних
температур, когда в 1 л речной воды содержится обычно
7–8 мг кислорода. В условиях зимы, когда водоемы покрыты
льдом, содержание кислорода в воде понижается до 4 мг/л
и менее. Так что в эту пору на окисление 1 л нефти потребует
ся кислород, содержащийся примернов1млнлводы
1
.
При аварийных разливах нефти особенно уязвимыми ока
зываются птицы. При попадании нефти на оперение птиц оно
теряет свои изолирующие свойства. А при попытке очистить
свои перья птицы заглатывают нефть, в результате чего наступает отравление.
Хотя в океан попадает огромное количество нефтепродуктов, еще больше их выбрасывается в атмосферу при испарении
и неполном сгорании топлива
2
. Попавшие в атмосферу углеводороды трансформируются, вступая в различные фотохимические реакции. Конечные продукты этих реакций опять-таки
оказываются в океане.
-
-
-
-
-
5. Металлы
Хотя металлы попадают в водную среду в незначительных
количествах, они могут представлять опасность, концентриру
ясь в поверхностной пленке, осадке и биоте. Например, планк
тон способен концентрировать свинец в 12 000 раз, кобальт —
в 16 000 раз, медь — в 90 000 раз больше по сравнению с фоно
вым содержанием. Местом концентрации металлов нередко
становятся моллюски. Исследования новозеландских моллю
сков, в частности, показали, что содержание меди в морских
1
Крючков В. В. Север на грани тысячелетий. — М., 1987. — С. 66.
2
Стокер Н. С., Сигер С. Л. Загрязнение органическими веществами
(нефть, пестициды и ПАВ) // Химия окружающей среды. — М., 1982. —
С. 351.
-
-
-
-
118 ГЛАВА IV. ВОДА
гребешках в 3000 раз (а в устрицах—в14000раз)выше, чем
в окружающей морской воде. Аналогичные цифры для кадмия
оказались еще более впечатляющими: 2 млн раз выше в гре
бешкахи300тыс.раз—вустрицах.
Концентрация металлов в донном осадке также на неско
лько порядков выше, чем в воде. Например, замечено, что при
концентрации ртути в воде 0,1–3,6 мкг/л в осадке ее может
быть 80–800 мкг/л. Таким образом, коэффициент обогащения
в этом случае может колебаться от нескольких десятков до не
скольких сотен или даже тысяч.
Для поверхностной пленки (100–150 мкм) коэффициенты
обогащения заметно меньше: для частиц никеля — 50, меди —
36, железа — 29 (сравнение проводится с концентрацией ме
таллов на глубине 20 см). Для свинца этот коэффициент —
всего 5,8.
Большинство металлов в водной среде обладает достаточно высокой реакционной способностью, принимая участие
в образовании химических комплексов. Ионы кадмия и цинка
образуют ассоциаты преимущественно с ионами хлора, ионы
свинца и меди — с гидроксильной группой.
Токсические характеристики металлов во многом зависят
от типа химического комплекса, в который они входят. Например, токсичность меди зависит от таких образований, как
CuСO
, Cu(CO3)
3
2-
, CuOH+èCu2(OH)
2
2+
2
.
Если в воде присутствуют одновременно несколько метал
лов, то совместная их токсичность либо суммируется (адди
тивность), либо усиливается (синергетизм), либо ослабляется
(антагонизм). Известно, в частности, что смесь меди и цинка
обладает синергетическими характеристиками: ее токсичность
возрастает в 5 раз по сравнению с аддитивным действием этих
компонентов. Синергетически действует цинк также в присут
ствии никеля. Смесь же цинка с кадмием действует адди
1
тивно
.
Токсичность действия металлов может зависеть и от дру
гих параметров водной среды (содержание растворенного кис
лорода, уровень закисления воды и т. д.). Например, замечено,
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Химия окружающей среды. — М., 1982. — С. 308.
§ 10. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД 119
что в обедненной кислородом воде цинк, свинец, медь и одно
атомные фенолы проявляют повышенную токсичность по от
ношению к рыбам. Кстати, рыбные популяции настолько чув
ствительны к присутствию металлов, что стремятся покинуть
районы загрязнения при концентрации металлов много мень
шей, чем это требуется для выявления фактов отравления.
На сегодняшний день, пожалуй, наиболее изучена токсич
ность свинца. Известно, что этот металл нарушает процессы
кроветворения, повреждает печень и почки, угнетает актив
ность стероидных гормонов, ухудшает сперматогенез. Неорга
нические соединения свинца, попавшие с водой в организм че
ловека, вызывают хроническое заболевание мозга и умствен
ную отсталость (особенно у детей в период формирования их
интеллектуального потенциала).
Не менее опасна способность неорганических соединений
свинца к замещению кальция в костных тканях организма, что
приводит к длительной (на протяжении всей жизни) интоксикации организма. При хронической свинцовой интоксикации
наступает вялость, апатия, снижение работоспособности и
творческой активности. Органические соединения свинца обладают большей токсичностью, чем неорганические. Однако
механизм их переноса, скорости образования и диссоциации
изучены еще недостаточно.
Другим хорошо известным токсикантом в водных системах является ртуть. Хрестоматийный пример — массовое от
равление ртутью в японском городе Минамата в 1953 году:
жители этого города и близлежащих рыбацких деревушек упо
требляли в пищу моллюсков, содержащих ртуть. В 1969 году
в другом японском городе (Ниигата) снова была вспышка «бо
лезни Минамата».
Ртуть обладает общетоксическим, аллергическим действи
ем, влияет на функцию половых желез и развитие эмбриона.
Проникая во внутриклеточное пространство, ртуть вступает во
взаимодействие с молекулами клеточных органелл и мембран.
Она негативно влияет на нервную систему, включая кратко
срочную память; способна вызывать почечную недостаточ
ность, нарушать сенсорные функции и мышечную координа
цию.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
120 ГЛАВА IV. ВОДА
В водной среде ртуть быстро взаимодействует с органиче
скими веществами, переходя в высокотоксичные формы (ме
тилртуть и диметилртуть). Метилртуть достаточно хорошо
растворима и быстро внедряется в живые организмы, мигри
руя по пищевым цепям. Из морских рыб самое высокое содер
жание ртути было обнаружено у популяций тунца и акулы,
принадлежащих к верхним звеньям пищевой цепочки. По этой
причине в Северной Америке и Австралии был даже сокращен
промысел этих рыб. Считается, что предельный уровень безо
пасности по ртути в рыбе составляет величину 0,5 · 10
–4
%.
Между тем, содержание ртути в рыбе в прибрежной зоне инду
стриальных районов, как показали исследования, в среднем и
–4%1
составляет 0,5 · 10
.
Придонные виды рыб обычно содержат ртути больше, чем
свободно мигрирующие. Исследование, проведенное в устье
Темзы, показало, что это различие может бытьв2раза.Например, содержание ртути в свободно мигрирующей треске было
0,36 · 10
величину 0,74 · 10
–4
%, а в камбале (придонный вид рыб) оно составило
–4
%.
Поглощенная животными и человеком метилртуть переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы ртутного отравления
(они проявляются далеко не сразу) таковы: состояние оцепенения, потеря ориентировки в пространстве, частичная потеря
зрения.
Метилртуть способна проникать в плаценту и накаплива
ться в тканях плода, не вызывая каких-либо болезненных ощу
щений у матери.
Еще одним металлом, представляющим опасность для ок
ружающей среды и людей, является кадмий, который в сово
купности со свинцом и ртутью — образует тройку ведущих
токсикантов по масштабности и опасности загрязнения. Кад
мий обычно накапливается в печени рыб, а попадая в организм
человека, локализуется преимущественно в почках. Здесь «за
стревает» более 30 % кадмия, еще 14 % накапливается в пече
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Брукс Р. Р. Загрязнение микроэлементами // Химия окружающей сре
äû. — Ì., 1982. — Ñ. 395.
-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]