6.2. Свойства воды и круговорот воды в природе

Природные воды подразделяют на два больших класса:

а) пре­сные – вода, в 1 л которой содер­жится не более 1 г солей;

б) соленые – вода, в 1 л которой содер­жится более 1 г солей, на их долю приходится 97,5 % всего мирового за­паса воды.

Средний элементный состав поверхностных вод суши отлича­ется от среднего элементного состава вод Мирового океана. Так, в океанических водах преобладают хлор и натрий, а в речных и озерных – гидрокарбонаты кальция и магния. Отмечаются разли­чия и по степени концентрации ионного состава. Концентрация растворённых в воде солей определяет степень её солености (жесткости). В океанических водах концентрация растворенных веществ в 175 раз превышает таковую в водах рек и озер. Состав реч­ной и озерной воды зависит главным образом от типа почвы и горных пород, через которые она протекает, а также от типа ис­точника питания в виде поверхностного стока или грунтовых вод. Обычно в грунтовой воде содержится больше растворенных ве­ществ, чем в водах поверхностного стока.

Несмотря на огромные запасы природных вод на Земле лишь незначительная часть их оказывается доступной и пригодной для практического использования. Это – пресная вода, запасы которой пополняются под действием глобального водообмена.

Глобальный водообмен – это и водообмен в системе океан-материки, когда вода, испаряясь с поверхности океана, перено­сится ветрами на континенты и с речным стоком снова возвраща­ется в океан, и локальные круговороты воды в отдельных ланд­шафтах, когда испарение воды приводит к облачности и выпаде­нию осадков. Над Мировым океаном осадков выпадает меньше, чем над ма­териками, но для планеты в целом осадки уравновешиваются. Ба­ланс воды между континентами и океанами поддерживается пре­имущественно стоками. При этом на испарение приходится до 65 %, а на поверхностные стоки – до 35 % воды, участвующей в кругообороте.

Испарение воды – важнейший процесс в ее кругообороте. Во­да испаряется с поверхности как океанов и почвы, так и листьев растений после поглощения корнями. Количество воды, транспирируемой растениями, значительно. Вся наземная раститель­ность отдает в атмосферу за год от 27 до 30 % общего количества влаги, получаемой сушей планеты в виде осадков.

Развитие цивилизации изменяет естественный круговорот во­ды из-за изменения баланса транспирируемой воды и техниче­ского водопотребления. Особая роль в этом процессе принадлежит орошению. 70 % потребляемой людьми пресной воды используется в зем­леделии. При этом 60 % воды, применяемой для орошения, не до­ходит до полей. Общая площадь орошаемых земель мира более 230 млн.га. Орошаемые земли продуктивнее неоро­шаемых: составляя шестую часть обрабатываемых земель, они приносят треть всех урожаев.

6.3. Загрязнение гидросферы

В настоящее время водное пространство стало вместилищем разнообразных отходов. В результате сброса в реки, а затем и в океан сточных вод различных промышленных предприятий, стока их с обработанных химикатами полей и лесов и потерь жидкого топлива при перевозках танкерами постоянно возрастает загрязнение океанов и морей такими вредными для жизнедеятельности веществами, как нефть, тяжелые металлы, пестициды, радиоизотопы и др.

Токсические вещества, в частности окись углерода, двуокись серы, попадают в морскую воду через атмосферу. Например, еже­годно в Мировой океан вместе с дождем поступают 50 тыс.т свин­ца, попадающего в воздух вместе с выхлопными газами от силовых установок транспортных систем. Под влиянием течений загрязне­ния очень быстро распространяются по водному пространству. Все указанное приводит к тому, что поля загрязнений формируются наиболее интенсивно в прибрежных водах крупных промышлен­ных центров, в районах нефтедобычи и интенсивного судоходст­ва, а также в устьях полноводных рек.

Различают три группы источников загрязнения Мирового океана:

- морские – военные корабли, суда различного назначения и другие установки и устройства, эксплуатируемые в морской среде; трубопроводы, установки и устройства, используемые при разведке и разработке природных ресурсов морского дна и его недр;

- наземные – реки, озера и другие водные системы, куда загряз­няющие вещества попадают с грунтовыми водами, а также в ре­зультате сбросов сточных и нагретых вод с различных береговых объектов, захоронений радиоактивных отходов и других особо вредных веществ;

- атмосферные – различные промышленные предприятия, транспортные средства и другие объекты, откуда могут происхо­дить выбросы в атмосферу вредных газообразных отходов.

Конвенция по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов от 29 декабря 1972 г. полностью за­прещает сброс:

• органно-галогенных соединений;

• ртути и соединений на ее основе;

• кадмия и кадмиевых соединений;

• изделий из устойчивых пластмасс и других устойчивых синтетических материалов (например, сетей и тросов), которые могут всплывать или оставаться во взвешенном состоянии в морской воде таким образом, что будут существенно мешать рыболовству, судоходству или другому законному использованию моря;

• сырой и топливной нефти, тяжелого дизельного топлива и смазочного масла, гидравлических жидкостей, а также смесей, содержащих эти вещества;

• радиоактивных веществ с высоким уровнем радиации по за­ключению Международного агентства по атомной энергии, как непригодных для сброса в море с точки зрения здравоохранения, биологической безопасности и по другим причинам;

• материалов в какой бы то ни было форме (твердые вещест­ва, жидкости, полужидкости, вещества в газообразном состоянии или живые организмы), изготовленных для ведения биологиче­ской или химической войны.

Особенности загрязнения морских вод нефтью. К числу наибо­лее распространенных и вредных загрязняющих веществ относят­ся нефть, ежегодное поступление которой в моря и океаны, по данным ООН, достигает 6-7 млн.т. Ожидается дальнейший рост загрязнений нефтью из-за постоянного увеличения объема ее до­бычи, особенно с континентального шельфа. Нефтепродукты попадают в морскую воду непосредственно в результате аварий и сбросов или выноса речными и ливневыми стоками и грунтовыми водами, а также из атмосферы, главным образом в составе атмосферных осадков. Первый канал поступле­ния приводит к локальным или региональным загрязнениям мор­ской среды, а второй – к глобальным.

Одним из основных источников нефтяных загрязнений мор­ской среды является морской транспорт, прежде всего танкер­ный. В мире задействован гигантский танкерный флот общей вместимостью более 120 млн. брутто-регистровых тонн – это свыше трети вместимости всех морских транспортных средств. Сейчас плавают 230 судов грузоподъемностью от 200 до 700 тыс. т каждое. Из-за аварий на танкерах в моря и океаны поступает примерно 5 % всей перевозимой нефти. Огромное количество нефти попадает в море в результате сброса с судов промывочных, балластных и льяльных (трюмных) вод, а также потерь при погрузке и разгрузке танкеров. По этим причинам в морях и океанах ежегодно оказывается около 3 млн.т нефти.

В начале третьего тысячелетия подводные скважины будут да­вать 50 % добываемой в мире нефти. При морской нефтедобыче происходит загрязнение морской среды вследствие аварий, а также мелких утечек нефти (оцениваемых в 0,1 млн.т ежегодно). Источником нефтяных загрязнений вод являются так же береговая промышленность, и в первую очередь нефтеперерабатывающие заводы. Хотя сточные воды промышленных предприятий очища­ются, полной очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достичь не удается. Большое количество нефтепродуктов попадает в океанические бассейны из атмосферы. Например, двигатели внутреннего сгора­ния, которыми оснащены различные транспортные средства, вы­брасывают в воздух в год более 50 млн. т различных углеводородов.

Поступившие в воду нефтепродукты деградируют в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности некоторых морских организмов и высших растений. Однако «процесс» естественной нейтрализации нефте­продуктов достаточно длителен и может составлять от одного до нескольких месяцев.

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода в нефти». Прямые эмуль­сии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверх­ности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. Однако наибольшую опасность по своим последствиям представляют нефтяные пленки, образующиеся на водной по­верхности и уменьшающие теплопроводность и теплоемкость верхнего водного слоя. Поэтому наличие нефтяной пленки ска­зывается на процессе испарения. В естественных условиях через границу раздела атмосфера – водная поверхность непрерывно происходит обмен кислородом и углекислым газом, интенсивность которого при наличии нефтя­ной пленки сильно уменьшается. В мелководных бассейнах поверхност­ные загрязненные слои могут опускаться на дно и образовывать придонные воды, содержащие значительное количество нефти. Особенно вероятно образование таких загрязненных придонных слоев в период осеннего охлаждения вод.

Нефтяные загрязнения воздействуют и на живые организмы, экранируя солнечное излучение и замедляя обновление кислоро­да в воде. В результате перестает размножаться планктон – ос­новной продукт питания морских обитателей. Толстые нефтяные пленки нередко становятся причиной гибели морских птиц.

Особенности загрязнения морей и океанов тяжелыми металла­ми. Группа тяжелых металлов плотностью выше 4,5 г/см³ объединяет более 30 элементов периодической системы. Эти ме­таллы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и др.) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих ве­ществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, со­держание тяжелых металлов и их соединений в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соедине­ний поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий, так как они сохраняют токсичность бесконечно долго.

В Мировой океан в год поступает до 2 млн.т свинца, до 20 тыс.т кадмия и до 10 тыс.т ртути. Наиболее высокие уровни загрязне­ния имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, до 30 % всей ртути и 50 % свинца, поступающие в океан ежегодно, пере­носится через атмосферу. Попав в морскую воду, тяжелые ме­таллы концентрируются главным образом в поверхностной плен­ке, в придонных отложениях и в биоте, тогда как в самой воде они ос­таются лишь в сравнительно небольших концентрациях.

Активность накопления различных веществ в живых организ­мах из окружающей среды выражается соответствующими коэф­фициентами. Так, отношение содержания вещества в тканях гидробионтов (обитателей водной среды) к концентрации его в воде называется коэффициентом накопления. Например, в дафниях коэффициент накопления метилртути – 4 тыс., в планктоне коэф­фициент накопления свинца 12 тыс., кобальта – 16 тыс., а меди – 90 тыс. Исследователи говорят, что для любого химического эле­мента найдётся, по крайней мере, один вид планктона, способный его концентрировать. Большие количества тяжелых металлов сосредоточиваются в донных отложениях. Концентрация ме­таллов в осадке традиционно на несколько порядков выше, чем в воде.

Естественные возможности нейтрализации загрязнений в океане практически исчерпаны. Поэтому для поддержания экологического баланса морских пространств планеты важны нормы современного международного права.