7.3. Загрязнение гидросферы и его экологические последствия

Существование биосферы и человека всегда было основано на ис­пользовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличе­нию водопотребления, оказывая на гидросферу огромное многосто­роннее воздействие.

На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире еще в большей степени возрастает воздействие человека на гидросферу, а природные системы в значительной степени утратили свои защит­ные свойства, очевидно необходимы новые подходы, экологизация мышления, «осознание реальностей и тенденций, появившихся в ми­ре в отношении природы в целом и ее составляющих». В полной мере это относится к осознанию такого страшного зла, ка­ким является в наше время загрязнение и истощение вод.

Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, ток­сичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кисло­рода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире – на каждого жителя России приходится свыше 30 тыс. м³/год воды. Однако в настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70% рек и озер России утратили свои качества как источники питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляют загрязненную недоброкачественную воду (Государствен­ный доклад «Вода питьевая»). Только в 1998 г. в поверхностные водные объекты России предприятиями промышленного, комму­нального и сельского хозяйства сброшено 60 км³ сточных вод, 40% из которых относились к категории загрязненных. Лишь десятая часть из них проходила нормативную очистку. Нарушено исторически сложившееся равновесие в водной среде Байкала – уникальнейшем озере нашей планеты, которое, по подсчетам ученых, могло бы обеспечить чистой водой все человечество в тече­ние почти полустолетия. Только за последние 15 лет загрязнено более 100 км³ байкальской воды. На акваторию озера ежегодно поступало бо­лее 8500 т нефтепродуктов, 750 т нитратов, 13 тыс. т хлоридов и других загрязнителей. Ученые полагают, что только размеры озера и огромный объем водной массы, а также способность биоты участвовать в процес­сах самоочищения спасают экосистему Байкала от полной деградации.

Главные загрязнители вод. Установлено, что более 400 видов ве­ществ могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допусти­мой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.

Различают химические, биологические и физические загрязните­ли. Среди химических загрязнителей к наиболее распространенным относят нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхност­но-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др. (табл. 7.4).

Очень опасно загрязняют воду биологические загряз­нители, например, вирусы и другие болез-нетворные микроорганиз­мы, и физические – радиоактивные вещества, тепло и др.

Основные виды загрязнения. Наиболее часто встречается химиче­ское и бактериальное загрязнение вод. Значительно реже наблюдает­ся радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение.

Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фено­лы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим

(соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в оса­док и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязнен­ных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.

Таблица 7.4 Главные загрязнители воды
Химические загрязнители	Биологические загрязнители	Физические загрязнители
Кислоты	Вирусы	Радиоактивные элементы
Щелочи	Бактерии	Взвешенные твердые частицы
Соли	Другие болезнетворные организмы	Тепло
Нефть и нефтепродукты	Водоросли	Органолегтшческие (цвет, запах)
Пестициды	Лигнины	Шлам
Диоксины	Дрожжевые и плесневые грибки	Песок
Тяжелые металлы		Ил
Фенолы		Глина
Аммонийный и нитритный азот
СПАВ

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде пато­генных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

Таблица 7.5 Приоритетные загрязнители водных экосистем по отраслям промышленности
Отрасль промышленности	Преобладающий вид загрязняющих компонентов
Нефтегазодобыча, нефтепереработка	Нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийные соли, сульфиды
Целлюлозно-бумажный комплекс, лесная промышленность	Сульфаты, органические вещества, лигнины, смоли­стые и жирные вещества, азот
Машиностроение, металлообработка, метал­лургия	Тяжелые металлы, взвешенные вещества, фториды, цианиды, аммонийный азот, нефтепродукты, фенолы, смолы
Химическая промышленность	Фенолы, нефтепродукты, СПАВ, ароматические угле­водороды, неорганика
Горнодобывающая, угольная	Флотореагенты, неорганика, фенолы, взвешенные ве­щества
Легкая, текстильная, пищевая	СПАВ, нефтепродукты, органические красители, дру­гие органические вещества

Весьма 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-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элемен­ты попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них ра­диоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмо­сферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду раз­личных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механиче­ские примеси могут значительно ухудшать органолептические пока­затели вод.

Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загряз­нение (а точнее, засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухуд­шают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в ре­зультате их смешивания с более нагретыми поверхностными или тех­нологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет 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.

По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3 °С летом и 5 °С зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12 – 17 кДж/м³.

Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод. Процессы загрязнения поверхностных вод обусловлены различными факторами. К основным из них относятся: 1) сброс в водоемы неочи­щенных сточных вод; 2) смыв ядохимикатов ливневыми осадками; 3) газодымовые выбросы; 4) утечки нефти и нефтепродуктов.

Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод – промышленных, коммунально-быто­вых, коллекторно-дренажных и др.

Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами (табл. 7.5, Государственный док­лад ...,) в зависимости от специфики отраслей промышленности.

Следует заметить, что в настоящее время объем сброса промыш­ленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не уменьшается, но и продолжает расти. Так, например, в оз. Байкал, вместо планируемого прекращения сброса сточных вод из ЦБК (цел­люлозно-бумажного комбината) и перевода их на замкнутый цикл водопотребления, сбрасывается огромное количество сточных вод.

К оммунально-бытовые сточные воды в больших количествах по­ступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т. д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение.

Такие опасные загрязняющие вещества, как пестициды, аммо­нийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смываются с сельско­хозяйственных территорий, включая площади, занимаемые живот­новодческими комплексами. По большей части они попа­дают в водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а поэтому имеют высокую концентрацию органического вещества, биогенных элементов и других загрязнителей.

О

Рис.7.3. Схема источников загрязнения подземных вод: I – грунтлвые воды; II – напорные пресные воды; III – напорные соленый воды: 1- трубопроводы; 2 – хвостохранилища; 3 - дымовые и газовые выбросы; 4 - подземные захоронения промстоков; 5 – шахтные воды; 6 – терриконы; 7 – карьерные воды; 8 – заправочные станции; 9 – бы-товое загрязнение; 10 – водозабор, подтягивающий соленые воды; 11 – объекты животноводства; 12 – внесение пестицидов и удобрений

громны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресновод­ные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепро­мыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод и т. д.

Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные во­ды, в первую очередь в районах крупных промышленных центров. Ис­точники загрязнения подземных вод весьма разнообразны (рис. 7.3).

Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам раз­личными путями: при просачивании промышленных и хозяйствен­но-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др., по затрубному пространству неисправных скважин, через по­глощающие скважины, карстовые воронки и т. д.

К естественным источникам загрязнения относят сильно минера­лизованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды, которые могут внедряться в пресные незагрязненные воды при экс­плуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.

Важно подчеркнуть, что загрязнения подземных вод не ограничи­ваются площадью промпредприятий, хранилищ отходов и т. д., а рас­пространяются вниз по течению потока на расстояния до 20 – 30 км и более от источника загрязнения. Это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Следует также иметь в виду, что загрязнение подземных вод нега­тивно сказывается и на экологическом состоянии поверхностных вод, атмосферы, почв, других компонентов природной среды. На­пример, загрязняющие вещества, находящиеся в подземных водах, могут выноситься фильтрационным потоком в поверхностные водо­емы и загрязнять их. круго­ворот загрязняющих веществ в системе поверхностных и подземных вод предопределяет единство природоохранных и водоохранных мер и их нельзя разрывать. В противном случае меры по охране подзем­ных вод вне связи с мерами по защите других компонентов природ­ной среды будут неэффективными.

Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.

Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием за­грязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается паде­ние их устойчивости, вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического за­грязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных про­цессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели. Наиболее изучен процесс эв­трофирования водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всего геологическо­го прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим антропо­генным воздействием, скорость его развития резко увеличилась.

Ускоренная, или так называемая антропогенная, эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биоген­ных веществ – азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки – несколько десятиле­тий и менее.

Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры тро­фических связей гидробионтов и резкому возрастанию биомассы фитопланктона. Благодаря массовому размножению синезеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшается ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же выделяющих опасные для человека токсины). Возрастание массы фитопланктона сопровождает­ся уменьшением разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции.

Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные озера мира – Великие Американские озера, Балатон, Ла­дожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экоси­стемы, в первую очередь, малые реки. На этих реках кроме катастро­фически растущей биомассы синезеленых водорослей с берегов проис­ходит зарастание их высшей растительностью. Сами же синезеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят силь­нейшие токсины, представляющие опасность для гидробионтов и че­ловека.

Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосисте­мы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие веще­ства: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, СПАВ и др. Так, например, водные организмы Байкала, приспосо­бившиеся в процессе длительной эволюции к естественному набору химических соединений притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и др.). В результате отме­чено обеднение гидробионтов, уменьшение биомассы зоопланктона, гибель значительной части численности популяции байкальской Нерпы и др..

М орские экосистемы. Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м³ сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке.

Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенно­му воздействию посредством химических токсикантов, которые, ак­кумулируясь гидробионтами, по трофической цепи, приводят к гибе­ли консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных жи­вотных – морских птиц, например.

С

Рис.7.4. Экологические последствия загрязнения Мирового океана

реди химических токсикантов наибольшую опасность для мор­ской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (осо­бенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).

Экологические последствия загрязнения морских экосистем вы­ража-ются в следующих процессах и явлениях (рис. 7.4):

– нарушении устойчивости экосистем;

– прогрессирующей эвтрофикации;

– появлении «красных приливов»;

– накоплении химических токсикантов в биоте;

– снижении биологической продуктивности;

– возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде;

– микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря.

До определенного предела морские экосистемы могут противо­стоять вредным воздействиям химических токсикантов, используя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов. Так, например, двухстворчатые моллюски способны акку­мулировать один из самых токсичных пестицидов – ДДТ и при бла­гоприятных условиях выводить его из организма. (ДДТ, как известно, запрещен в России, США и некоторых других странах, тем не менее он поступает в Мировой океан в значительном количестве.) Ученые дока­зали и существование в водах Мирового океана интенсивных процес­сов биотрансформации бенз(а)пирена, благодаря наличию в открытых и полузакрытых акваториях гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в частности, они способны продуцировать сероводород, внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелы­ми металлами, переводят их в менее токсичные формы.

В то же время в океан поступают все новые и новые токсичные за­грязняющие вещества, все более острый характер приобретают про­блемы эвтрофирования и микробиологического загрязнения при­брежных зон океана. В связи с этим важное значение имеет определе­ние допустимого антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характери­стики способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих веществ.

Для здоровья человека неблагоприятные последствия при ис­пользовании загрязненной воды, а также при контакте с ней (купа­ние, стирка, рыбная ловля и др.) проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления по длинным пищевым цепям типа вода – планктон – рыбы – человек или вода – почва – растения – животные – человек и др.

При контакте человека с загрязненной водой различные паразиты могут проникнуть в кожу и вызвать тяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков.

В современных условиях увеличивается опасность и таких эпиде­мических заболеваний, как холера, брюшной тиф, дизентерия и др., вызванных бактериальным загрязнением воды.