смирнов геоэкология

ми живых организмов, что их можно отнести к деградированным, на берегах которых становится невозможной даже рекреация.

С проблемой евтрофикации человечество столкнулось в пол­ ной мере во второй половине XX столетия. К сожалению, прогнозы свидетельствуют, что этот процесс будет расширяться и усиливать­ ся. В настоящее время процессы антропогенной евтрофикации ох­ ватили не только множество мелких и средних озер, но и такие крупные озера мира, как Великие Американские озера, Балатон, Ла­ дожское, Женевское, а также большинство водохранилищ мира, в том числе и водохранилища на Волге и Днепре. Даже многие реки, осо­ бенно мелкие и средние, подвержены процессу евтрофикации.

9.2.2. Закисление водоемов

Считается, что природные воды находятся в стадии закисления, если показатель кислотности pH равен или меньше 5,0. Особенно большое закисление испытывают водоемы в зонах избыточного ув­ лажнения. Например, в Швеции насчитывается 85 ООО озер с pH меньше 5,0. В 14 ООО озер погибли наиболее чувствительные к уровню кислотности виды, а 2 2 0 0 озер стали практически безжиз­ ненными. В Финляндии закислению подверглись 500 озер из 8 000.

В Канаде 14 000 озер также подвержены закислению, из них в 2 000 озер нарушены экосистемы, т.е. погибло рыбное население и часть бентосных организмов. В Норвегии в 1 750 озерах погибла вся ры­ ба, а в еще большем количестве она заметно поражена. В США по данным фонда окружающей среды 3 0 0 0 почти кислых озера и око­

ло 1 000 подкисленных. В 148 озерах США жизнь исчезла.

Хотя Центральная Европа, благодаря свойству ее почв, менее подвержена закислению, тем не менее буферные способности ее почв также оказались не беспредельны. Имеются указания на за­ кисление озер в Дании, Великобритании, Германии, Нидерландах, Австрии и Швейцарии.

С закислением озер, как и почв, можно в какой-то степени бо­ роться. Прежде всего - это снижение выбросов в атмосферу окси­ дов серы и азота, что ведет к уменьшению выпадения кислотных осадков в бассейнах озер. Второй путь - это известкование воды, наподобие тому, как это делается при известковании почв. Пионе­ ром таких работ выступает Швеция, в наибольшей степени постра­

251

давшая от закисления ее водоемов. Известкование в Швеции прово­ дится на 3 ООО озер. При известковании необходимо учитывать из­ менения содержания тяжелых металлов в озере (кадмия, ртути, ни­ келя, хрома, меди, цинка), поскольку известняк содержит их в оп­ ределенных концентрациях, и можно, уменьшив кислотность, уве­ личить содержание тяжелых металлов в воде озера.

После известкования химическое состояние воды озера улуч­ шается довольно быстро. Восстановление экосистемы озера, напро­ тив, происходит медленно, но тем не менее относительно быстро наступает общее оздоровление водоема.

9.2.3. Загрязнение грунтовых вод

Кроме поверхностных вод, идет постоянное загрязнение под­ земных вод. Особенно сильно загрязняются подземные воды в рай­ онах крупных промышленных центров и крупных городов. Практи­ чески везде, где проживает большое количество людей, загрязняют­ ся грунтовые воды. Значительное загрязнение грунтовых вод про­ исходит и в зонах активного земледелия вследствие применения большого количества удобрений и пестицидов.

На рис. 9.4 приведена схема источников загрязнения подзем­ ных вод, хотя и далеко не полная, она дает общее представление о причинах загрязнения подземных вод в районах промышленных центров. Исключительно большой вред качеству подземных вод наносят многочисленные свалки бытовых и промышленных отхо­ дов, окружающие крупные города, а также отстойные пруды и сто­ ки с автострад.

Важно подчеркнуть, что загрязнение грунтовых вод не огра­ ничивается площадью предприятий, свалок и других загрязняю­ щих объектов, а распространяется в стороны от них на десятки километров.

Учитывая, что грунтовые воды «отрезаны» от атмосферного кислорода, возможность их самоочищения очень низкая, ибо мик­ роорганизмам для разрушения органики необходим кислород, а до­ ля органических загрязнителей подземных вод очень велика.

252

Рис. 9.4. Схема источников загрязнения подземных вод (по В.А. Шемелиной, 1989): I —грунтовые воды, II - напорные пресные воды, III - напорные соленые воды.: 1 - трубопроводы, 2 - хвостохранилище, 3 - дымовые и газовые выбросы, 4 - под­ земные захоронения промстоков, 5 - шахтные воды, 6 - терриконы, 7 - карьерные воды, 8 - заправочные станции, 9 - бытовое загрязнение, 10 - водозабор, подтяги­ вающ ий соленые воды, 11 - объекты животноводства, 12 - внесение удобрений и пестицидов.

Загрязнение подземных вод может сказываться на качестве по­ верхностных вод, поскольку родники, выносящие грунтовые воды к поверхности, питают многие водные объекты. Но самое главное, что загрязнение грунтовых вод создает реальную угрозу питьевому водоснабжению, поскольку во многих районах мира питьевое водо­ снабжение обеспечивается из артезианских скважин.

9.2.4. Проблема питьевого водоснабжения

Осознание того, что питьевая вода может способствовать рас­ пространению болезней, впервые появилось у древних греков. Ве­ ликий Гиппократ советовал кипятить или фильтровать воду, прежде чем ее пить. Но тем не менее и до сих пор люди заражаются через питьевую воду, а также получают болезни внутренних органов, по­ требляя некачественную воду.

253

Брюшной тиф, холера, паратиф, дизентерия и другие болезни желудочно-кишечного тракта могут распространяться с водой. К началу прошлого века это стало понятно всем. В 1902 г. В Бельгии стали применять хлорирование воды, а двумя годами позже в Лон­ доне руководство лондонского водопровода начало регулярное хло­ рирование воды. В 1908 г. и в США стали использовать этот метод для обеззараживания воды. Казалось, что к середине XX столетия был достигнут определенный успех. Количество передающихся че­ рез воду заболеваний сократилось в четыре раза.

Однако в 70-е годы XX столетия заболеваемость снова выросла более чем в три раза. В 70-х годах ежегодно фиксировалось 34 вспышки заболеваний через питьевую воду. Это такие заболевания как гастроэнтерит (65 % случаев), лямблиоз (11 %), бактериальная

дизентерия (10 %), гепатит А (8 %), сельмонеллез (4 %), брюшной тиф (2 %) и, кроме того, такое серьезное заболевание, как серозный миненгит (вследствие купания в воде).

Индикатором бактериального и вирусного загрязнения воды является бактерия, населяющая кишечник теплокровных животных, - кишечная палочка. Эта бактерия редко сама вызывает заболева­ ние, но является хорошим индикатором наличия бактериального и вирусного загрязнения. Вода считается безопасной для питья, если в 100 мл. воды содержится одна или менее кишечных палочек.

Но, кроме бактериального и вирусного загрязнения, питьевая вода может быть загрязнена различными химическими токсически­ ми веществами. До недавнего времени на химическое загрязнение питьевой воды обращали внимание только, когда для питьевого во­ доснабжения использовали поверхностные воды. Но, как уже было сказано, в настоящее время и грунтовые воды оказались сильно за­ грязнены, особенно в пределах крупных городов и их пригородов.

В 80-е годы прошлого столетия в США провели исследование питьевой воды из подземных источников, и оказалось, что в 30 % систем питьевого водоснабжения из подземных источников обна­ руживают загрязнения грунтовых вод синтетическими органиче­ скими веществами и тяжелыми металлами. Из обнаруженных син­ тетических органических веществ можно выделить трихлорэтилен, толуол, трихлорэтан, хлористый этилен, а из металлов - кадмий, мышьяк, свинец и ртуть. Было обнаружено присутствие в питьевой воде также нитратов.

254

Впоследние годы, особенно в США, уделяется большое вни­ мание обнаружению в питьевой воде еще одного загрязнителя - асбеста. Последствия загрязнения питьевой воды частицами асбеста

внастоящее время достаточно изучены. Это асбестозы и раковые заболевания легких, кожи и желудочно-кишечного тракта. Этот вид загрязнений особенно нарастал, когда в водопроводных системах стали использовать асбестовые трубы. В настоящее время их ис­ пользование запрещено.

Вцелом, по мере накопления данных, становилось все очевид­ нее, что в отличие от микроорганизмов, создающих угрозу здоро­ вью людей при кратковременном контакте, химические вещества, особенно органические синтетические соединения, потенциально опасны в долгосрочном плане. Их воздействие может сказаться по­ сле многих лет потребления питьевой воды, содержащей эти веще­ ства (раковые и иные хронические заболевания). Кроме того, они способны оказывать влияние на потомство.

Вэтой связи понятие токсичности минеральных соединений и химических веществ, содержащихся в питьевой воде, должно быть достаточно широким и включать в себя такие генетические измене­ ния, как канцерогенные, мутагенные и тератогенные (тератоген - вещество, которое действует на зародыш человеческого организма

испособно вызвать физические или функциональные его дефекты). Последние изменения могут иметь прогрессирующий и кумулятив­ ный характер.

Единственный путь сделать питьевую воду качественной - это прекратить загрязнение поверхностных и грунтовых вод, а пока зани­ маться очисткой и обеззараживанием используемой для питья воды.

Существуют стандарты качества питьевой воды по химическо­ му составу (международный, европейский, США и др.). Естествен­ но, европейский и американский стандарты более жесткие, чем ме­ ждународный. В России ГОСТ на питьевую воду также довольно жесткий, но, к сожалению, он далеко не всегда соблюдается.

Для примера в табл. 9.2 приведен европейский ГОСТ на каче­ ство питьевой воды.

Что касается развитых стран, то подготовка воды в системах питьевого водоснабжения налажена достаточно неплохо. Но даже в этих странах ее нельзя во всех случаях признать удовлетворитель­

255

ной. В развивающихся, бедных странах иногда системы канализа­ ции и очистки воды просто отсутствуют, а водоподготовка в систе­ ме питьевого водоснабжения далека от совершенства.

В результате около 80 % всех заболеваний в мире вызвано во­ дой неудовлетворительного качества. В развивающихся странах 25 млн. человек ежегодно умирает вследствие воздействия патогенов и загрязненной питьевой воды. От диареи умирает ежегодно 3 млн. детей в возрасте до 5 лет.

Таблица 9.2.

Нормы качества питьевой воды стран Европы

Более одного миллиарда человек в мире не обеспечено чистой питьевой водой. В России население во многих городах и регионах также не обеспечено питьевой водой удовлетворительного качест­ ва. Почти 30 % исследуемых проб воды не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим и микробиологическим по­ казателям.

Таким образом, деградация природных вод во всех странах яв­ ляется одной из приоритетных глобальных экологических проблем, на которую, к сожалению, пока что обращается внимания куда

256

меньше, чем на проблему «глобального потепления». Последствия деградации природных вод для существования человека могут ока­ заться куда более губительными, чем представляется нам в настоя­ щее время.

9.3. Проблема загрязнения Мирового океана

Мировой океан по сравнению с водами суши кажется неисчер­ паемым источником чистой, хотя и соленой, воды. Океаны и моря покрывают 71 % общей площади нашей планеты и содержат 96,4 % общего объема гидросферы. Поэтому долгое время казалось, что океан способен выдержать любые объемы сбрасываемых в него за­ грязняющих веществ антропогенного происхождения.

Но океан - это конечный аккумулятор загрязнений атмосферы (до 40 % общего количества загрязнений), бассейнов рек и при­ брежных территорий (также около 40 %). Кроме того, океан сам стал территорией активной хозяйственной деятельности человека, все отходы которой поступают в океан (около 20 %). Почти поло­ вина нефти, (а скоро будет и газа) добывается со дна морей. Уже более 80 государств ведут добычу нефти со дна моря. Со дна морей добывается 90 % брома, 60 % магния, 30 % поваренной соли, 50 % - циркония и рутила. Добывается также олово, золото, алмазы и ги­ гантское количество строительных материалов. Около трех четвер­ тей всего мирового грузооборота приходится на морской транспорт. Более половины всех крупных городов мира расположены в при­ брежной зоне или вблизи нее. В этой зоне проживает более полуто­ ра миллиардов человек.

Поэтому, несмотря на гигантские размеры океана, его экоси­ стемы во второй половине XX столетия стали ощущать антропо­ генный стресс.

9.3.1.Евтрофирование внутренних морей

иокеанического шельфа

Ежегодный речной сток поставляет в Мировой океан более 20-109 т взвешенных веществ и растворенных солей. В числе этих веществ заметная доля принадлежит органическим соединениям. Большое количество в прибрежные районы океана поступает азота,

257

фосфора, кремния и просто органики с прибрежных территорий со стоками из больших городов и сельскохозяйственных угодий.

Следует заметить, что потоки биогенов в океан существовали всегда за счет естественных источников. Однако антропогенные сбросы, по наиболее заслуживающим доверия оценкам, сейчас за­ метно превосходят естественные потоки азота и фосфора в океан. Так, азота сбрасывается 32-106 т/год, а фосфора - 3,75-106 т/год. В то же время естественные природные потоки составляют: азота 15-106 т/год и фосфора - МО6 т/год.

Такое возрастание поступления органических веществ в при­ брежные зоны и внутренние моря привело к процессу их евтрофикации. Как и во внутренних водоемах, евтрофикация ведет к дегра­ дации экосистем, их упрощению и, в первую очередь, к сокраще­ нию рыбного населения, у большей части которого жизненные цик­ лы связаны именно с шельфовой зоной. Несомненно, что сокраще­ нию рыбного населения способствовал и бесконтрольный вылов ценных видов рыбы, который осуществлялся странами, несмотря на договоренности о квотах вылова.

Заметной евтрофикации подверглись такие моря, как Балтий­ ское, Черное, Средиземное, Мексиканский залив и др. Заметной евтрофикации подверглись также шельфы Европы.

9.3.2. Загрязнение углеводородами

Загрязнение углеводородами является одним из наиболее опас­ ных с точки зрения воздействия на морские экосистемы. К таким загрязнениям относится, в первую очередь, загрязнение сырой неф­ тью, имеющее наибольшее распространение. Затем загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). Всего насчитывается около 200 соединений ПАУ. Однако наиболее широ­ ко распространен бензапирен, а также антрацен, хризен, пирен и флуорантен. И, наконец, загрязнение хлорированными углеводоро­ дами, среди которых наиболее опасны полихлорированные бифе­ нилы (ПХБ) и пестициды.

258

Рис. 9.5. Расположение видимых нефтяных пятен в морях на начало 80-х годов. Дистанционный контроль над состоянием поверхности океана позволяет опреде­ лять местонахождение нефтяных пятен и мест выбросов их в воды океана

(из International Oceanographic Commission, UNESCO).

Согласно современным оценкам, от непосредственной хозяйст­ венной деятельности в океане ежегодно в него поступает до 2,6 млн. т нефти (рис. 9.5). Для сравнения - природные поступле­ ния нефти составляют около 0,25 млн. т. Примерно 0,3 млн. т до­ бавляется в океан из атмосферы и еще около 1,1 млн. т с прибреж­ ных территорий. Самыми загрязненными нефтью районами Миро­ вого океана являются Средиземное и Северное моря.

Из состава сырой нефти наиболее токсичны легкие и аромати­ ческие фракции. Однако низкомолекулярные фракции быстро испа­ ряются и производят малый поражающий эффект на морские эко­ системы. Таким образом, испарение - это первый процесс транс­ формации нефтяного загрязнения в океане (рис. 9.6).

Основную судьбу нефти в океане решают бактерии. Именно бактериальная трансформация и окисление нефти позволяет Миро­ вому океану обходится без постоянной пленки нефти на его по­ верхности и, таким образом, спасают жизнь в Мировом океане. При этом экспериментально доказано, что смешанное бактериальное население более эффективно разрушает различные типы сырой нефти, чем отдельные штамы. По оценкам в среднем 50-60 % неф­ ти, попадающей в океан, окисляется морскими бактериями.

Чем опасно загрязнение сырой нефтью?

259