2. Гидросфера как природная система

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Проблемы гидросферы

Жизнь – это особая коллоидная система, особое царство природных вод.

В. Вернадский

План

1. Природа загрязнения вод. Загрязненная вода – бомба замедленного действия. Основные виды загрязнения вод.

2. Проблема дефицита и структура запасов пресной воды.

3. Водные ресурсы России.

4. Подземные воды. Загрязнение и истощение.

5. Эвтрофикация водоемов.

6. Самоочищение природных вод

Природа загрязнения вод. Загрязнённая вода – бомба замедленного действия. Основные виды загрязнения вод

Последствия загрязнения воды очень опасны, так как вода формирует пищевую цепь организмов, на вершине пирамиды которой стоит человек. Гомогенизация отравляющих веществ в воде оказывает воздействие на все организмы. Всемирная организация здравоохранения ещё в 80-х годах ХХ в. обнародовала сведения, согласно которым в мире ежесуточно умирает 25 тыс. человек в результате употребления загрязнённой воды. По данным американских исследователей, воздействие единицы объёма токсиканта, попавшего в воду, аналогично воздействию десяти единиц этого же токсиканта, попавшего в воздух.

Нарушение цикла круговорота воды и стока – важнейшие показатели деградации гидросферы. Причиной нарушения круговорота воды и стока является хозяйственная деятельность человека, прежде всего – сельское хозяйство и промышленное производство. Но наиболее опасны решения, связанные с вмешательством человека в область стока (строительство гидротехнических сооружений, переброска водных систем), и нарушение гидрогеологического режима поверхностных и подземных вод за счёт переиспользования или загрязнения и тех и других. Нарушение цикла круговорота воды и стока связано с интенсивным сведением лесов. Этот процесс изменяет круговорот в питании рек и озёр. Последние деградируют и исчезают. Нарушается естественный сток. Катастрофические паводки (которые приводят к потере громадных количеств пресной воды) сменяются эрозией почвы и засухой. Примером может служить засуха, а затем катастрофическое развитие паводков в 2002 г. в южных регионах России и на территории Европы. Это результат совместных процессов, которые происходят в атмосфере и гидросфере Земли периодически.

Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире – на каждого жителя России приходится свыше 30 000 м³/год воды. Однако в последнее время из-за загрязнения или засорения около 70 % рек и озёр России утратили свои качества как источник питьевого водоснабжения, в результате этого половина населения потребляет загрязнённую, недоброкачественную воду.

Различают естественные и антропогенные источники загрязнения вод. Первые, в отличие от вторых, сбалансированы процессами самоочищения воды за счет круговорота в природе. Этим механизмом природа пользуется в течение всей истории существования биосферы. В естественных условиях химический состав воды регулируется природными процессами. Поддерживается равновесие между поступлением химических веществ в воду и выведением их из неё. Лишь на отдельных (обычно небольших) участках наблюдаются аномальные концентрации некоторых микроэлементов.

Под загрязнением природных вод понимают любое изменение их состава и свойств, оказывающее вредное воздействие на человека и природу. Оно также может ограничивать возможность их использования. Антропогенному загрязнению подвержены, хотя и в разной степени, все категории природных вод: континентальные поверхностные и подземные, воды морей и океанов. Под засорением поверхностных природных вод понимают поступление в водотоки и водоёмы посторонних нерастворимых предметов (древесины, металлолома, шлаков, строительного материала и т.д.) Большой вклад вносит лесосплав, когда 90% заготавливаемой древесины транспортируется по воде. Для этого используются более 2000 рек, 250 озёр, 11 крупных водохранилищ.

Основными источниками загрязнения природных вод являются сточные воды промышленных предприятий, морских и речных судов, коммунального хозяйства, поверхностные стоки с городских территорий, полей и животноводческих ферм; атмосферные осадки, содержащие загрязняющие вещества.

Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение. Значительно реже наблюдаются радиоактивное, механическое и тепловое загрязнения. Более 400 видов веществ могут вызывать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.

Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим, неорганическим, токсичным и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте пород вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, но полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.

Биологическое загрязнение играет особую роль в жизни водоемов. С бытовыми сточными водами и стоками некоторых производств в водоемы и водотоки попадают болезнетворные бактерии и вирусы (до 700 видов), возбудители инфекций. Этот вид загрязнений носит временный характер.

Исследованиями отечественных и зарубежных ученых-гигиенистов установлено, что преобразование естественных ландшафтов в антропогенные сказывается на характере распространения инфекционных заболеваний и, прежде всего, зоонозных, наиболее тесно связанных с окружающей средой. Процессы преобразования природы приводят к подавлению одних очагов болезней и к формированию других – антропургического типа, то есть очагов, связанных с человеческой деятельностью, что позволило академику Е.Н. Павловскому ввести понятие «ландшафтная эпидемиология».

Вспышки инфекционных заболеваний в РФ регистрируются ежегодно. Среди них брюшной тиф, вирусный гепатит “А”, острые кишечные инфекции, вызванные употреблением недоброкачественной питьевой воды. Доказана возможность передачи через воду холеры, сальмонеллезов, дизентерии, туляремии, бруцеллеза, ротавирусного энтерита. В источниках водоснабжения могут находиться вирусы полиомиелита, различные адено- и энтеровирусы. Крайне опасны необеззараженные стоки инфекционных и ветеринарных больниц, городские бытовые стоки и отходы предприятий по переработке животного сырья.

Очень опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны “долгоживущие” радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций, уран, радий, цезий и др.). В подземные воды они попадают в результате выпадения радиоактивных осадков и отходов производства с последующим просачиванием их вглубь земли с атмосферной водой, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песка, шлама, ила, мусора и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели воды (цвет, вкус, запах).

Особый вид загрязнения водных объектов – тепловое загрязнение связано с промышленным водопотреблением. Оно характеризуется сбросом в природные воды нагретой воды, получающейся при охлаждении агрегатов промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций. Подогретые воды должны охлаждаться в трубах-охладителях или в специальных устройствах (градирнях) и после этого повторно использоваться в производственных процессах. Однако значительная часть теплой воды сбрасывается в природные воды и обусловливает их тепловое загрязнение. Так, например, на площадках Кольской атомной станции, расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала эксплуатации АЭС температура вод повысилась на 13 С. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава воды. Это ведёт к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов – сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. Изменение теплового режима водоемов ведёт к возникновению нежелательных воздушных потоков (из-за повышения температуры в атмосфере), изменению влажности воздуха и повышенной солнечной радиации и в итоге – к возникновению микроклимата. Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные системы усиливают восприимчивость организмов к токсичным веществам. Температура может превысить критические величины для «стенотермных» стадий жизненных циклов. Высокая температура благоприятствует замене популяций обычной флоры водорослей менее желательными сине-зелеными. Чувствительность различных экофаз к температуре у рыб неодинаковая. Верхняя летальная температура у икринок и молоди рыб ниже, чем у взрослых особей. Тепловое загрязнение пагубно влияет и на миграцию рыбы, причем не только на анадромных рыб (лосось и атлантическая проходная сельдь), мечущих икру в реке, но и на катадромных (угорь), мечущих икру в море. Температура может не вызывать прямой гибели организмов, а влиять на их репродуктивные функции. Для размножения форели необходима низкая температура воды. Взрослые особи способны выживать в теплой воде, но они не будут размножаться. В Шотландии один из видов веслоногих рачков вылупляется раньше, чем обычно, это связано с влиянием теплой воды. Затем они погибают в большом количестве, поскольку в это время года пищи для них не хватает. Рыбы, которые не гибнут от воздействия высоких температур, могут оказаться неспособными находить пищу.

В общем, приток избыточного тепла упрощает водные сообщества; число различных видов может уменьшаться, хотя количество представителей отдельных видов может быть велико. Опасное воздействие на экосистемы оказывают те электростанции, которые расположены в более теплых климатических областях, так как организмы, живущие там, часто попадают в условия, уже близкие к их верхнему температурному пределу. Дополнительное тепло от электростанций нередко превышает температурный порог нормального существования организмов.