Источники загрязнения гидросферы и последствия

Главные водопотребители и водопользователи являются источниками загрязнения гидросферы. Промышленность, сельское хозяйство, коммунально-бытовое хозяйство, транспорт, рекреация влияют на состояние водоемов.

Выделяют несколько видов загрязнения водоемов: химическое, биологическое, физическое. Химическое загрязнение – это загрязнение водоемов нефтью и нефтепродуктами, металлами и их солями, поверхностно-активными веществами, кислотами и щелочами. Биологическое загрязнение – это загрязнение вирусами, бактериями, болезнетворными организмами, водорослями и т.д. К физическому загрязнению относится тепловое и радиоактивное, содержание в воде взвешенных твердых частиц, шлама, песка, ила, глины.

Основными факторами химического загрязнения морей и океанов являются следующие:

1. сброс сточных вод промышленности и коммунально-бытового хозяйства;

2.    поступление с суши применяемых в сельском и лесном хозяйстве веществ (удобрений, пестицидов);

3.    утечка веществ  при работе транспорта и авариях;

4.    разработка полезных ископаемых на морском дне;

5.    захоронение вредных отходов в водоемах;

6.    поступления загрязняющих веществ из атмосферы.

Наиболее интенсивно загрязняют поверхностные воды такие отрасли промышленности, как металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная. Различают минеральное и органическое загрязнение сточных вод. При минеральном загрязнении сточные воды содержат соли, кислоты, щелочи и другие минеральные вещества. В промышленных стоках содержится 40% минеральных веществ и 60% веществ органического происхождения. К веществам органического происхождения относятся растительные волокна, животные и растительные жиры, остатки плодов и овощей, отходы целлюлозно-бумажной, кожевенной, пищевой промышленности. Сточные воды с этими веществами являются причиной органического загрязнения водоемов.

Река Потомак похожа на открытую помойную яму со слоем отбросов на дне до 3 м. Здесь запрещено не только купаться, но даже кататься на водных лыжах, т.к. существует опасение попадания на кожу человека вместе с брызгами болезнетворных бактерий. Ниагарский водопад стал опасным для здоровья людей, т.к. с брызгами воды распыляются вредные вещества, содержащиеся в реке. Рядом с рекой находится свалка промышленных отходов, где содержание вредного вещества диоксида превышает допустимую норму в 600 раз. Это вещество попадает в реку Ниагару, в озеро Онтарио и представляет значительную опасность для питьевой воды.

Значительной концентрацией загрязняющих веществ отличаются внутренние и окраинные моря, например, Балтийское, Северное, Средиземное, Японское и Каспийское. В этих морях загрязняющие вещества накапливаются в донных отложениях. Например, средняя концентрация ртути в мышцах рыб Балтийского, Азовского, Каспийского морей в 2-4 раза выше, чем в мышцах океанических рыб. Уменьшение численности тюленей в Северных морях произошло из-за отравления их инсектицидом. В организмах голландских тюленей их в 10 раз больше, чем в тюленях Германии и Дании. Это приводит к уменьшению их рождаемости. При содержании в водоемах 0,02-0,03 мг/л фенолов происходит полная потеря вкусовых и товарных качеств рыбы. Вредные свойства фенолов для водных бактерий проявляются при концентрациях в 10 раз меньших, чем для рыб.

Из отраслей сельского хозяйства интенсивно загрязняет водоемы растениеводство, благодаря применению удобрений и пестицидов. Около четверти азотных удобрений, треть калийных и 4% фосфорных удобрений попадает в водоемы. Если в незагрязненных реках средний уровень содержания нитратов составляет 100 мг/л, то в Западной и Центральной Европе – 4500 мг/л,  концентрация фосфора в реках этого региона  в 2,5 раза выше, чем в незагрязненных водоемах.  Возрастание концентрации биогенов приводит к эвтрофикации водоемов. Эвтрофирование (эвтрофикация) – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или природных факторов (Н.Ф.Реймерс). Биогенные элементы – это химические элементы, необходимые для поддержания жизни. Например, повсеместно в Европе наблюдается эвтрофикация поверхностных вод. Анализ проб воды показал, что в 8-28% проб отмечено повышенное содержание нитратов, превышающее национальные нормы. В грунтовых водах такие превышения содержат в 4-18% проб, в частных колодцах – в 11% проб, в системах коммунального водоснабжения в 0-2,8% проб.

При эвтрофикации увеличивается количество сине-зеленых водорослей, уменьшается количество О2 и возрастает СО2 и СН4, происходит вторичное загрязнение водоемов токсическими веществами (которое выделяют сине-зеленые водоросли), увеличивается растворимость карбонатов, что вызывает гибель кораллов и других скелетных форм бентоса. В результате эвтрофикации водоемов происходит изменение видового состава рыб в следующей последовательности: лососевые – сиговые – корюшковые – окуневые - карповые. При этом более ценные рыбы заменяются менее ценными.

На экологическое состояние водоемов влияет животноводство. Свиноводческий комплекс на 100 тысяч голов может загрязнять реку так же, как  город с полумиллионным населением. Навоз и навозные стоки, попадая в поверхностные и грунтовые воды, вызывают:

1.       загрязнение воды патогенными и другими микроорганизмами, яйцами гельминтов;

2.       насыщение воды органическими веществами;

3.       насыщение воды азотистыми и другими веществами (нитратами, нитритами, фосфором);

4.       обсеменение рыб и других водных животных микроорганизмами.

Сточные воды животноводческих комплексов содержат много бактерий кишечной группы, которые живут длительное время: сальмонеллы – 2,5 года, микроорганизмы туберкулеза – 475 дней и др.

Источником загрязнения водоемов являются газопылевые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. В развитых промышленных странах с атмосферными осадками в почву, в поверхностные и грунтовые воды поступает ежегодно 3-20 кг/га нитратов. Плотность выпадения аммонийного азота на европейской территории России оценивается в среднем 0,3 т/км2, серы от 0,25 до 2 т/км2.

Из всех видов химического загрязнения водоемов наиболее опасны нефтяное и радиоактивное, что обусловлено свойствами нефти и радионуклидов. Биохимическое разложение нефти происходит медленно. Даже при благоприятных условиях разложение взвешенной и растворенной в воде нефти происходит в течение 100-150 дней. Нефть испаряется. Бензин полностью испаряется с поверхности воды за 6 часов. За 20 дней испаряется 50% сырой нефти. Но наиболее тяжелые нефтепродукты почти не испаряются. Нефть разбивается на мелкие капельки. Нефть достаточно активно взаимодействует со льдом, который способен поглощаться в количествах до 1/4 своей массы. При таянии такой лед становится источником загрязнения водоема. Одна тонна нефти способна образовать на поверхности пленку площадью 10 – 15 км2. В Мировой океан ежегодно поступает более 10 млн. т нефти и нефтепродуктов. В результате нефтяного загрязнения водоемов нарушается   энерго-, тепло- и газообмен между атмосферой и гидросферой, уменьшается биологическая продуктивность вследствие гибели планктона,  рыб, птиц, млекопитающих.

Опасность радиоактивного загрязнения обусловлена свойствами радиоцезия и радиостронция, которые аналогичны или противоположны по своим химическим свойствам калию, натрию, кальцию.

Одним из видов загрязнений водоемов является тепловое. Этот вид загрязнения связан со сбором в водоемы нагретых вод, используемых в промышленности. Например, на площадке Кольской атомной станции, расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала эксплуатации температура подземных вод повысилась с 6оС до 19оС вблизи главного корпуса. По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3оС летом и 5оС  зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12-17 кДж/м3.

Тепловое загрязнение водоемов влияет на состояние биоты. Увеличение температуры воды приводит к нарушению условий нереста рыб, повышению   их зараженности  теплолюбивыми видами паразитов и т.д. Интенсивность влияния теплового загрязнения   зависит от  температуры нагревания воды. Для летнего периода установлена характерная последовательность   воздействия   повышенных температур   воды на биоценоз  озер и искусственных  водоемов:

при температуре до 26оС  не наблюдается вредного воздействия; 

в пределах температуры 26-30оС  наступает состояние угнетения жизнедеятельности  рыб;

при температуре свыше 30оС наблюдается вредное воздействие на биоценоз;

при температуре 34-36оС создаются летальные условия для рыб.

Для оценки качества вод рассчитывается индекс загрязненности воды (ИЗВ). Расчет ИЗВ  основан на  вычислении среднегодовых концентраций шести ингредиентов: два ингредиента в Беларуси являются  обязательными – это растворенный кислород и биологическое потребление кислорода (БПК5). Биологическое потребление кислорода – показатель загрязнения воды, характеризуемый количеством кислорода, которое за установленное время (обычно за  пять суток) пошло на окисление химических загрязнителей, содержащихся в единице объема воды. Четыре ингредиента выбираются, исходя из приоритетности  превышения ПДК.  В Беларуси часто -  это азот аммонийный, азот нитратный, цинк, нефтепродукты. Если ИЗВ  меньше или равен 0,3, то вода очень чистая;  ИЗВ=0,3 –1 - чистая вода; ИЗВ = 1- 2,5  - умеренно загрязненная; ИЗВ = 2,5-4 -  загрязненная;  ИЗВ = 4-6 – грязная; ИЗВ= 6-10 - очень грязная; ИЗВ больше 10 – чрезвычайно грязная.

 Последствия загрязнения гидросферы разнообразны, происходят изменения:

1)      физических свойств воды (прозрачности и окраски, появление запахов и привкусов);

2)      химических свойств (накопление загрязняющих веществ; образование плавающих загрязнений на поверхности водоемов, взвешенных в толще водоемов и отложения на дне);

3)      газового состава (уменьшение количества растворенного О2, увеличение количества СО2, СН4). Уменьшение О2 происходит за счет окисления им органических веществ;

4)      изменение состояния биоты: эвтрофикация водоемов, накопление химических токсикантов в биоте и мутагенное ее изменение; снижение биологической продуктивности водоемов; появление новых бактерий (в т.ч. болезнетворных); нарушение структуры пищевых цепей.

            По оценкам Всемирной организации здравоохранения, 80% всех  болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством воды.   Заболевания, вызванные загрязненной водой, можно объединить в пять групп.

            Первую группу объединяют заболевания, возникающие при использовании  зараженной воды для  мытья посуды,  продуктов, умывания. Это тиф, холера,   дизентерия, гастроэнтерит и инфекционный гепатит.

            Ко второй группе относятся заболевания  кожи и слизистых оболочек, возникающие главным образом при умывании. Это чесотка, конъюктивит, язвы.

            Третья группа представлена заболеваниями, которые вызываются моллюсками, живущими в воде.  Они являются переносчиками такой инфекции  как шистосоматоз. Шистосоматоз  вызывает  лихорадку, боли в печени, сыпь на коже, появление крови в фекалиях.

            Четвертая группа – это заболевания, вызываемые живущими  или размножающимися в воде насекомыми. Они являются переносчиками   малярии, желтой лихорадки, сонной болезни.  Пятая группа – это заболевания, возникающие из-за  несовершенной канализации. Наиболее распространенное из них  – нематодоз.

Загрязнение атмосферы

  Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными и искусственными. Естественными источниками загрязнения атмосферы служат извержения вулканов, лесные пожары, пыльные бури, процессы выветривания, разложение органических веществ.    К искусственным (антропогенным) источникам загрязнения атмосферы относятся промышленные и теплоэнергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.    Естественные источники загрязнения атмосферы представляют собой такие грозные явления природы, как извержения вулканов и пыльные бури. Обычно они имеют катастрофический характер. Искусственные источники загрязнения наиболее опасны для атмосферы. Они способствуют поступлению в атмосферный воздух инородных, не свойственных естественным условиям газов и веществ. По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90 % от общей массы выбрасываемых в атмосферу искусственных загрязняющих веществ. (рис) Проблема загрязнения воздуха не нова. Более двух столетий серьезные опасения вызывает загрязнение воздуха в крупных промышленных центрах многих европейских стран. Однако длительное время эти загрязнения носили локальный характер. В то время, когда промышленных предприятий, заводов и фабрик было немного, дым и копоть загрязняли сравнительно небольшие участки атмосферы и легко разбавлялись массой чистого воздуха. Однако быстрый рост промышленности и транспорта в XX в. привел к тому, что выброшенные в воздух вещества не успевают рассеяться к моменту поступления в атмосферу новой порции загрязнения. Их концентрация увеличивается, и они становятся причиной вредных и даже фатальных последствий для биосферы. Загрязнение воздуха в промышленных городах и городских агломерациях значительно выше, чем на прилегающих территориях. С каждым годом возрастает роль автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы выхлопными газами. В целом в атмосферу Земли ежегодно выбрасывается в среднем более 400 млн т четырех главных поллютантов (загрязнителей): диоксида серы, оксидов азота, оксидов углерода и твердых частиц. Вклад наиболее промышленно развитых стран в загрязнение атмосферы распределяется следующим образом: по диоксиду серы - 12% Россия, 21 % США, по оксидам азота - 6% Россия, 20% США, по оксиду углерода - 10% Россия, 70% США. Серьезные последствия имеет загрязнение воздуха хлорфторметанами, или фреонами. Радиоактивное загрязнение атмосферы особенно опасно для людей, животных и растений.