Нарушения в гидросфере
На заре развития человек был "вписан" в природу, как вписаны в нее все другие живые организмы. Конечно, он оставил с того времени какие-то следы, которые с большим азартом ищут археологи и антропологи - кострища, обработанные примитивные орудия труда, но все это было естественной частью природы, составляющими ее биогеохимических процессов и в концентрациях, близких к естественным.
Уже на раннем этапе люди стали создавать объединения и наращивать концентрацию населения на небольших территориях, формируя сначала поселения, а потом и города. Вот такая повышенная концентрация и создала первые ареалызагрязнения среды, так как количество сосредоточиваемых на небольшой территории естественных отходов жизнедеятельности человека стало превышать их допустимое естественное скопление на единицу площади, и поэтому природе стало требоваться больше времени на их переработку. И все же это были очень локализованные участки загрязнения. Пожалуй, первые нарушения равновесия на заметной территории были связаны с водой, ее использованием для орошения, Ирригационные системы были, по сути дела, ранами на поверхности земли. Вода из ирригационных каналов, фильтруясь через дно и стенки, увлажняла полосу вдоль них и повышала уровень грунтовых вод. В одних случаях вода размывала стенки канала, в других заполняла их русла отложениями. Чистка канала приводила к наращиванию берегов, так как наносы из его русла выкладывались на борта. В результате канал начинал приподниматься над окружающей местностью, а это еще больше повышало уровень грунтовых вод. Переполивы, фильтрация из каналов в конце концов так поднимали уровень грунтовых вод, что начиналосьзасолениепочвы. Коэффициент использования оросительных вод был невысоким. Проблема так и не решена до сих пор: в США коэффициент использования оросительных вод равен в среднем 0,6, в СССР меняется от 0,4-0,7 в Киргизии до 0,5 на Северном Кавказе и в Южном Казахстане 0,25-0,35, т. е. до растений доходит не более 25-60% воды, поступающей из водоисточника, остальная вода расходуется неэффективно, а часто даже приносит определенный вред. Потери воды начинаются уже в магистральном канале. Для уменьшения размыва и заиления каналов создана теория расчета устойчивых сечений и уклонов каналов для разных грунтов. Но все-таки пока всякая теория есть лишь модель реальных процессов, которая только приближается к ним. Поэтому стенки и дно каналов укатывают, покрывают разнообразными облицовочными материалами и строят в русле противоэрозионные сооружения. Когда из каналов вода направляется на поле в борозды, то происходит значительный смыв почвы. Размеры смыва местами очень велики: в орошаемой зоне Узбекистана ежегодно с каждого гектара сносится 100 кг азота, фосфор идругиепитательные вещества. Ущерб, причиняемый такой "оросительной" эрозией, составляет в США $800 млн. в год, а заиление водоемов и каналов в результате смыва требует еще $600 млн. на их очистку. При поливах в дневное время, когда почва разогрета до 40-50°С, значительно более холодной водой, в ней возникают такие химические сдвиги, которые начинают угнетать растения. Иногда сдвиги сохраняются 2-3 дня после полива, и лишь потом начинается восстановление нормальных химических реакций. Поэтому поливы следует производить только в ночные часы. Другим следствием орошения черноземов оказалось изменение их структуры и плотности. Почва приобретает слитность и склонность к образованию на поверхности корок. При высыхании такая почва распадается на прочные глыбы. В нарушенных почвах идет интенсивная перестройка почвенных процессов: гумус и входяшие в него ферменты меняют свою структуру, и, хотя в черноземе остается столько же гумуса, сколько до поливов, он становится недоступным растениям.
Орошение - это только один из путей воздействия на подземные воды. Другой путь воздействия - осушение. Широкая программа осушения земель осуществляется в нашей стране, в особенности в Нечерноземье, где общая длина осушительных каналов уже в пять раз превысила длину окружности земного шара по экватору. Как и орошение, осушение требует тщательного вписывания в природу. Чрезмерное осушение болот, когда уровень грунтовых вод падает ниже 1,5 м от поверхности земли, приводит к быстрому окислению торфа и выносу питательных веществ в дренажные канавы. При еще большем понижении уровня водного зеркала происходит отрыв корней обитаемого горизонта от капиллярной каймы и резкое ухудшение условий развития растений. Известны случаи деградации и гибели лесов при осушении болот и интенсивном заборе воды из подземных источников.
В Нидерландах крупные по масштабам осушительные работы, ведущиеся уже сотни лет, достаточно хорошо вписаны в окружающую среду. Две тысячи километров дамб и плотин защищают земли этой страны, лежащие ниже уровня моря, от затопления и вторжения морских вод, а множество насосов откачивают подземные и паводковые воды, заменив тысячи знаменитых голландских ветряных мельниц, ранее выполнявших эту роль и изобретенных еще Леонардо да Винчи.
Во всем мире растет использование подземных воддля разнообразных нужд. В СССР, например, с 1940 по 1980 г. оно возросло в 15 раз. В целом 10% мирового водопотребления обеспечивается за счет откачки подземных вод. Обычно извлечение их ведется на сравнительно ограниченной территории, но при этом часто очень интенсивно. Одним из самых крупных в мире районов потребления подземных вод служит огромный подземный резервуар, протянувшийся от штата Небраска до штата Техас в США и известный под названием Огаллала. Из этого резервуара через множество скважин извлекается пресная вода как для нужд сельского хозяйства, так и для промышленности и водоснабжения населения. В результате интенсивной откачки воды, которая началась примерно с 1940 г, уровень подземных вод местами понизился на 100-200 м. Откачиваются не только возобновляемые, но и не возобновляемые запасы. Интенсивная откачка привела к оседанию поверхности земли на 2-2,5 м в результате уплотнения осушенных пористых пластов. В городе Хьюстон (штат Техас) из подземных резервуаров изъято столько воды, что в радиусе 64 км от центра города земля просела почти на 3 м. Если так будет и дальше, то к 2180 г. крыша 45-этажного небоскреба окажется ниже уровня моря, шутят горожане. В городах Японии - Токио, Осака и некоторых других - в результате откачки подземных вод земная поверхность опускается со скоростью 18 см в год. В долине Сан-Хоакин (Калифорния, США) на площади более 9 тыс. км2оседание идет со скоростью 37 см в год, поверхность местами понизилась здесь на 8-9 м. Город Мехико в результате откачки воды опустился приблизительно на 10 м. Главная беда все же не в оседании грунта, а в том, что воды откачивается гораздо больше, чем успевают пополняться запасы подземных резервуаров. В результате очень высоких темпов откачки из водоносного резервуара Огаллала в США уже перестали фонтанировать или иссякли тысячи скважин.
В городах человек практически полностью преобразует поверхность территории, делая ее преимущественно водонепроницаемой, уничтожая поверхностную речную сеть, полностью преобразуя другие водные объекты. В то же время создается искусственная дренажная сетьдля отвода как естественных дождевых и талых вод, так и переработанных вод, поступающих в города по системам переброски стока или из подземных источников. Некоторые реки, протекавшие по территории городов, или засыпаны, или упрятаны в подземные галереи. Наблюдения показали, что город на своей и прилегающей к нему территории, примерно на порядок большей по площади, заметно меняет водный баланс и баланс наносов. И все же не это главная отрицательная черта города в его воздействии на гидросферу. Самое большое воздействие оказывает создаваемое в городах огромное количество веществ в видеотходов, которые в конце концов попадают в поверхностные и частично в подземные воды, в океан и в атмосферную составляющую гидросферы. Сейчас известно 8-9 млн. химических веществ, которые можно синтезировать и так или иначе использовать. Из этого огромного количества в массовом масштабе производится примерно 5 тысяч веществ, а в заметных масштабах около 50 тысяч. Их производство практически всегда сопровождается использованием в том или ином объеме воды, часть которой, насыщенная разнообразными промежуточными и частично конечными продуктами, потомсбрасываетсяв водоемы. Любое производство требует энергии, поэтому сжигание угля, нефти, газа, дров, мазута и т. п.- это еще один источник образования отходов; хотя здесь основная часть отходов это газы и дымы, но, оказывается, и они влияют на гидросферу...
Естественные водные объекты обладают удивительной способностью очищать воды, загрязненные естественными веществами. В процессе самоочищения участвуют кислород, содержащийся в воде, и водные организмы. Самая большая способность к самоочищению - у океана, с уменьшением размера водного объекта уменьшается и его способность к самоочищению. Каждый из них имеет определенный предел самоочищения и поэтому может выдержать только определенную нагрузку сточных вод, превышение которой разрушает его способность к самоочищению и ведет к смерти водоема. Формы смерти могут быть разные от стерилизации до перенаселения. Река может даже загореться, как это случилось однажды в США на реке Кохайога.
В древности сбрасываемые в водоемы сточные воды представляли собой в основном продукты жизнедеятельности людей и животных и почти не включали искусственно созданных веществ. Такой сброс "вписывался" в естественные биогеохимические процессы и в целом вызывал только незначительные локальные изменения водных экосистем в основном за счет повышенной концентрации естественных веществ. Промышленная революция, а затем и научно-техническая революция внесли колоссальное разнообразие в набор загрязнителейгидросферы, добавив к естественным массу искусственных загрязнителей, на которые природа не рассчитывала. Для этого достаточно сравнить такие цифры: количество природных соединений неживого вещества составляет около 2 тыс. наименований, в состав живого вещества входит около 2 млн. соединений, а человек может синтезировать уже около 8 млн. соединений и число их с каждым годом нарастает.
За последние 30 лет человек использовал втрое больше сырья, чем за всю свою предыдущую историю. Пропорционально росло и количество отходов. На одного человека в год сейчас приходится более тонны разнообразных отходов, значительная часть которых в конце концов оказывается в гидросфере. На суше сейчас загрязнена почти пятая часть всех поверхностных водоемов и водотоков, резко возросло загрязнение подземных и морских вод. Быстро растет число загрязнителей, для которых часто еще не разработаны способы удаления при подготовке питьевой воды и отдаленные последствия воздействия которых на организм человека остаются неизвестными. Усложнение, концентрация, масштабность производства и населенных пунктов приводят к возрастанию вероятности "непредвиденных" аварий. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежедневно в мире от употребления загрязненной воды умирает 25 тыс. человек. Перефразируя слова одного из исследователей, можно сказать: "Или человек уменьшит количество загрязнений, или загрязнения уменьшат количество людей".