Быстрыми темпами в стране развивалась мелиорация земель (21 млн га в 1972 г., 35 млн га в 1982 г., более 40 млн га к 1991 г.). Велось большое водохозяйственное строительство, особенно на юге европейской части России. Потребность народного хозяйства бывшего СССР в воде в 1991 г., по данным Минводхоза, составляла около 400 км3 .

Основной причиной возникновения водного дефицита и сокращения эксплуатационных ресурсов воды является загрязнение поверхностных и подземных вод /160,169,176,184/. В процессе промышленного и сельскохозяйственного производства человек преобразовывает и изменяет химический состав исходных естественных веществ, создавая новые химические комбинации и вещества, не встречающиеся в природных условиях. Природная среда все время «обогащается» (или отравляется) не только отходами производства, но и различными элементами продуктов нашей деятельности. Природные водоемы засорены, например, опавшей листвой деревьев, взвешенными веществами, образующимися во время бурных паводков, отмирающей водной растительностью. Однако примеси естественного происхождения довольно быстро биологически разлагаются, они всегда присутствуют как нормальные компоненты экосистемы. Техногенные загрязнения, связанные с деятельностью человека и поступающие в водоемы в огромных количествах, не могут быть переработаны природными экосистемами и не поддаются биохимическому разложению.

4.4 Загрязнение водных ресурсов

Выполнение в процессе строительства буровзрывных работ, эксплуатация карьеров, углубление фарватеров рек, намыв грунта, добыча песка и гравия из русел рек и на побережьях морей, устройство свалок под отходы строительного производства, разрушение плодородного слоя почвы, вырубка растительности на территории застройки, прокладка дорог и коммуникаций, слив загрязнений со строительных площадок оказывают отрицательное воздействие на состояние водного бассейна.

В природных водах процессы техногенеза проявляются почти так же интенсивно и масштабно, как и в атмосфере. Происходит коренное изменение состава водных растворов, которое мы вслед за Н.С. Курнаковым, М.Г. Валяшко, В.С. Самариной /102, 103, 169/ называем метаморфизацией. Под метаморфизацией понимаются изменения химического состава природных вод, в результате которых происходит смена химических типов и подтипов (групп) вод /117/. Метаморфизация происходит за счет супертехнофильных элементов, в понимании А.И. Перельмана /163/. Хлор, сера (сульфат-ион), азот (ионы нитратов, нитритов, аммония), углерод (гидрокарбонат и карбонат-ион, органические вещества), а также натрий, кальций, магний, тяжелые металлы характеризуются высокой степенью технофильности. Они накапливаются в

Земля и вода в настоящее время используются крайне неэффективно, мелиорация не сопровождается использованием твердых мелиорантов и посадкой лесных полос.

88

водных растворах. В результате изменяется химический тип вод и происходит их загрязнение /169/. Ф.И. Тютюнова рассчитала параметры технофильности более чем для трех десятков элементов /174/.

Воды засоряются естественными продуктами, отходами, поглощающими кислород, суспензиями (взвесями), различными ядовитыми веществами (пестицидами, гербицидами), веществами, вызывающими эвтрофикацию водоемов (ускорение естественных процессов старения водных систем), тепловыми горячими стоками, различными солями, нефтепродуктами, отходами предприятий органического синтеза, моющими средствами, радиоактивными отходами, химическими веществами. Крупными производственными загрязнителями служат и бытовые сточные воды, ливневые и сельскохозяйственные стоки, в том числе с сельскохозяйственных угодий, обрабатываемых пестицидами и минеральными удобрениями, а так же стоки животноводческих и птицеводческих комплексов, ежегодный объем которых составляет около 1,3 млрд м3. Поверхностные и подземные воды производят огромную геологическую работу /150, 151, 177/. Неорганические примеси производственных сточных вод содовых, сернокислых, металлургических и азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик, шахт, рудников, некоторых химзаводов содержат кислоты, щелочи, соли разных металлов, сернистые соединения, минеральные и взвешенные вещества.

Разнообразные органические примеси присутствуют в сточных водах нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, заводов органического синтеза, синтетического каучука и пластмасс, коксохимических заводов, предприятий пищевой и легкой промышленности и других объектов. В сточных водах содержатся нефтепродукты, нафтеновые кислоты, аммиак, альдегиды, кетоны, фенолы, спирты, синтетические смолы, меркаптаны и сероводород. В городских ливневых стоках присутствуют тетраэтилсвинец, осаждающийся из выхлопных газов автомобилей, сернистые соединения, болезнетворные бактерии, нефтепродукты и др.

Глубокое влияние на водоемы оказывает сельское хозяйство. Распашка и мелиорация новых земель, осушение болот, вырубка лесов, в том числе в бассейнах малых рек, приводят к изменению их гидрологического режима, бурным паводкам и обмелению в меженный период, пересыханию ключей и родников, высыханию болот и озер. При неправильном применении удобрений и пестицидов, многократном превышении норм, значительная их часть смывается в водоемы, просачивается в подземные воды, приводит к эвтрофикации малых рек и озер, оказывает угнетающее действие на флору и фауну.

На состояние водных реcурсов влияет и энергетика. На ТЭС и АЭС производится около 96 % всей потребляемой в мире энергии, что сопровождается выбросом токсичных веществ и тепловым загрязнением водоемов. Горячие и теплые сточные воды сбрасывают предприятия химической и металлургической промышленности. Повышение температуры воды в водоемах увеличивает потребление кислорода, усиливает действие токсичных веществ, нарушает биологические процессы существования водных сообществ. Пропуск больших объемов воды через охлаждающие устройства губит живые организмы, в первую очередь планктон и мальков рыб.

Вода не только служит сырьем, но и является средой обитания, участвуя в сложнейших биологических реакциях, присущих всем жизненным процессам.

89

Вода участвует в фотосинтезе – процессе, в результате которого образуется кислород. В поддержании баланса кислорода основную роль играют растения, в том числе фитопланктон морей и океанов, продуцирующий более 50 % годового поступления кислорода и поглощающий избыток углекислоты в атмосфере. Большая часть загрязнений внутренних водоемов и суши рано или поздно оказывается во внутренних морях и в Мировом океане. Морской и речной транспорт загрязняет водоемы нефтепродуктами и мусором. Лесосплав ведет к загрязнению рек топляками деревьев и продуктами их гниения.

Минеральное загрязнение воды развивается при техногенном оврагообразовании, при техногенной абразии берегов вдоль морей, рек, озер, при водной эрозии поверхности земли. В водоемы поступают минеральные соли, кислоты, щелочи, а также песок, глина, ил, вследствие чего они мелеют. Органическое загрязнение вод осуществляется за счет нефти, бензина, масел, органических соединений, различных растительных и животных остатков. Источниками органического загрязнения вод служат предприятия автомобильной, нефтяной и газовой промышленности. Значительными загрязнителями являются сточные воды кожевенной, целлюлозно-бумажной, мясомолочной, консервной и легкой промышленности, а так же предприятия строительной индустрии и транспорт. Существенно загрязняют водоемы остатки растений, растительного масла, физиологические выделения людей и животных, остатки живого вещества. Биологическое загрязнение протекает при участии бактерий, вирусов, грибков, происходит за счет зарастания водоемов водорослями, попадания в них коммунально-бытовых вод. Биологическое загрязнение вод нередко становится причиной развития инфекционных заболеваний. Тепловое загрязнение усиливает биологическое. Тепловое загрязнение происходит при использовании воды в качестве охладителя. При повышении температуры снижается содержание в воде кислорода, что ведет к размножению анаэробных бактерий, выделению сероводорода, метана и других ядовитых веществ, отравляющих все живое.

Радиоактивное загрязнение вызывается испытаниями термоядерного оружия. Радиоактивные отходы предприятий, атомных электростанций загрязняют речную воду, которая используется в качестве охладителя реакторов. Захоронение радиоактивных отходов в океанических впадинах приводит к радиоактивному загрязнению вод океана.

По данным Всемирной организации здравоохранения, употребление загрязненной воды вызывает 80 % всех заболеваний. В США в 1916 и 1924 гг. причиной эпидемии тифа на Атлантическом побережье оказались устрицы, вылавливаемые из загрязненных вод. В 1961 г. в штатах Нью-Йорк и Нью-Джерси наблюдалась вспышка инфекционного гепатита. Выяснилось, что заболевшие ели устриц, собранных в морском заливе Раритан. Решением ООН период с 1981 по 1990 и 2001-2010 гг. объявлены десятилетиями «питьевой воды».

В загрязненных нефтяными маслами и нефтью водоемах гибнут морские животные и рыбы. Нефтепродукты нерастворимы в воде и распространяются на расстояние более 300 км от источника загрязнения. Легкие фракции нефти образуют пленки, затрудняющие газообмен в водоеме. Так, одна капля нефти образует пятно диаметром до 150 см, а 1 т нефти - до 12 км. В моря ежегодно

90

попадает около 5 млн т нефти и масел, поступающих при авариях нефтеналивных судов, а также при добыче нефти в море, смываемых с автострад, сбрасываемых при мойке судов.

Загрязненные воды разрушают железобетонные и металлические конструкции, находящиеся в воде, усиливают коррозию трубопроводов и образование различного рода отложений в них. Особенно агрессивны кислые стоки, разъедающие металлическую арматуру. При охлаждении агрегатов загрязненной водой на охлаждаемых поверхностях образуются осадки.

От метаморфизации и загрязнения воды общество несет материальный и моральный ущерб. Польские ученые подсчитали, что материальный ущерб, нанесенный национальной экономике использованием неочищенных вод в промышленности, составляет 6,2 млрд злотых в год. При предварительной очистке сточных вод национальный доход Польши был бы на 2,8 млрд злотых больше.

Даже краткий перечень источников техногенного воздействия на водные растворы уже красноречиво характеризует процессы локального, регионального и глобального преобразования гидросферы. И если мы хотим предотвратить разрушение биосферы, то эти процессы следует приостановить или хотя бы замедлить /34, 57, 58, 73, 74, 75, 80, 101, 120, 124, 146/.

4.5Самоочищение вод и геохимические барьеры

Вкаждом водоеме живут рыбы, водоплавающие животные, птицы, существуют водоросли, инфузории, рачки, насекомые, планктон, донные организмы. Они участвуют в круговороте веществ. При сбросе в водоем загрязнений биологическое равновесие в нем нарушается. Появляются минеральные новообразования в виде взвесей и растворов. Органические вещества окисляются аэробными микроорганизмами, расходующими кислород:

где СаНвОс – органическое вещество, Q – теплота, выделяющаяся при реакции. Образуются углекислый газ и вода, водоем очищается от органических веществ, но содержание кислорода в воде уменьшается. При израсходовании кислорода размножаются анаэробные организмы, а все аэробные погибают. Самоочищение вод при этом прекращается и начинается разложение органических веществ анаэробными микроорганизмами с образованием аммиака, сероводорода, метана и других веществ. Водоем становится мертвым, а вода приобретает запах тухлых яиц (сероводорода). Чтобы этого не произошло, надо прекратить сброс сточных вод в водоемы, широко использовать в технологии их очистки геохимические барьеры.

Геохимическими барьерами А.И. Перельман /163/ называет такие участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции, что приводит к концентрации химических элементов. Геохимические барьеры обнаружены как на поверхности земли, так и в глубоких ее горизонтах. Многие месторождения обязаны своим происхождением осаждению рудных элементов на геохимических барьерах. Выделяют три

91

основных типа барьеров: биогеохимический, физико-химический, механический. Физико-химические барьеры подразделяются на классы: окислительный, восстановительный, сульфатный, щелочной, кислый, испарительный, адсорбционный, термодинамический. Для окислительного барьера характерно резкое увеличение Еh среды, а для восстановительного – уменьшение; щелочной барьер связан с резким увеличением рН, кислый – с уменьшением. На термодинамическом барьере происходит осаждение элементов в результате изменения температуры или давления и т.д. Всего в классификации А.И. Перельмана /2, 163/ выделено 96 видов концентраций химических элементов на геохимических барьерах физико-химического типа. Большинство из этих

концентраций обнаружено в естественных условиях.

В зависимости от положения в пространстве выделяют латеральные и радиальные барьеры. Латеральные барьеры являются препятствием для субгоризонтальной миграции вещества, радиальные – для вертикальной. На рисунке. 4.1 (по данным Н.Ф. Мырляна, 1985) приведен пример осаждения меди из загрязнённых вод на радиальном щелочном барьере в профиле типичного чернозема. На коротком расстоянии происходит увеличение рН среды от 7 до 8,5, и за счет этого соединения меди из водорастворимой формы переходят в трудно растворимую и накапливаются в почве в более высоких концентрациях. Элементы, которые при увеличении щелочности среды не образуют трудно растворимых соединений, на этом барьере не осаждаются (молибден и рубидий).

Помимо природных выделяются и техногенные геохимические барьеры. По механизму проявления они принципиально не отличаются от природных барьеров. Это такие участки ноосферы, на которых происходит резкое уменьшение интенсивности техногенной миграции и, как следствие, концентрации элементов. Выделяются техногенные биогеохимические, механические и физико-химические барьеры. Широкое распространение имеют механические барьеры: наземные сооружения, земляные выемки, придорожные посадки деревьев. Они являются механическим препятствием для распространения свинца и цинка, поступающими с автомобильными выхлопами. В почве под этими посадками обнаруживаются концентрации элементов, в десятки раз превышающие фон. Техногенные механические барьеры (здания, деревья) в значительной мере определяют размеры и структуру атмо- и литохимических ореолов в городах. В качестве техногенных биогеохимических барьеров выступают плантации сельскохозяйственных культур, где накапливаются фосфор, сера, азот, калий и др. Большая часть этих элементов на значительных площадях удаляется из почвы с урожаями. В русловых отложениях рек и прудов, загрязненных сульфатами и органическими веществами, формируются техногенные металлоносные илы.

92