Доклад
Загрязнение иводные экосистемы
Введение
Существование биосферы ичеловека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянностремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огромноемногообразное давление.
На современном этаперазвития техносферы, когда в мире еще в большей степени возрастает воздействиечеловека на биосферу, а природные системы в значительной степени утратили своизащитные свойства, очевидно, необходимы новые подходы, осознание реальностей итенденций, появившихся в мире в отношении природы в целом и ее составляющих. Вполной мере это относится к осознанию такого негативного воздействия, какимявляется в наше время загрязнение и истощение поверхностных и подземных вод.
Загрязнение водныхресурсов
Под загрязнением водныхресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологическихсвойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых игазообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делаяводу данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб экосистеме,здоровью и безопасности населения.
Источниками загрязненияпризнаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление вводные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод,ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна ибереговых водных объектов.
Типы загрязнителей вод
Загрязнение поверхностныхи подземных вод можно распределить на такие типы: механическое — повышениесодержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видамзагрязнений; химическое — наличие в воде органических и неорганических веществтоксического и нетоксического действия, не свойственных для данной экосистемы;бактериальное и биологическое — наличие в воде разнообразных патогенныхмикроорганизмов, грибов и мелких водорослей; радиоактивное — присутствиерадиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах; тепловое — выпуск вводоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Установлено, что более400 видов веществ, могут вызывать загрязнение вод. В случае превышениядопустимой 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 кнаиболее распространенным относят нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетическиеповерхностно-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др.Очень опасно загрязняют воду биологические загрязнители, например вирусы идругие болезнетворные микроорганизмы, и физические — радиоактивные вещества,тепло и др.
Химическое загрязнение — наиболее распространенное, стойкоеи далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновыекислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным(мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждениина дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические веществасорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок,и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод непроисходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемыхгрунтах может распространяться до 10 км и более.
Бактериальноезагрязнениевыражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов),простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.
Весьма опасно содержаниев воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны “долгоживущие”радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению вводе (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементыпопадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захороненииотходов на дне и др. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадаюткак в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивныхпродуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе сатмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод срадиоактивными горными породами. Атомные электростанции радиоактивными отходамизагрязняют реки.
Радиоактивные веществаконцентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем поцепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивностьпланктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.
Сточные воды, имеющиеповышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению вподземные бессточные бассейны и специальные резервуары.
Механическоезагрязнениехарактеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам,ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептическиепоказатели вод.
Применительно к поверхностнымводам выделяют еще их загрязнение (а точнее, засорение) твердыми отходами(мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которыеухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояниеэкосистем.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры водв результате их смешивания с более нагретыми поверхностными илитехнологическими водами.
Серьёзной экологическойпроблемой является то, что обычным способом использования воды для поглощениятепла на тепловых электростанциях является прямая прокачка пресной озерной илиречной воды через охладитель и затем возвращение её в естественные водоёмы безпредварительного охлаждения. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуетсяозеро площадью 810 га, глубиной около 8,7 м.
Электростанции могутповышать температуру воды по сравнению с окружающей на 5-15 С. В естественныхусловиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы, и другиеводные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температурыокружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков спромышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим,времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок ипогибают.
Тепловой шок — этокрайний результат теплового загрязнения. Результатом сброса в водоёмы нагретыхстоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них являетсявлияние на процессы обмена веществ. В результате повышения температуры водысодержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмоввозрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокийфизиологический стресс, и даже смерть. Искусственное подогревание воды можетсущественно изменить и поведение рыб — вызвать несвоевременный нерест, нарушитьмиграцию
Повышение температурыводы способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные дляхолодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высокихтемпературах полностью ими вытесняются, при этом возникают благотворные условиядля массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей — такназываемого “цветения воды”.
Все перечисленные вышепоследствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природнымэкосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека. Ущербы,образовавшиеся в результате теплового загрязнения, можно разделить на: — экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты наликвидацию последствий от загрязнения); социальные (эстетический ущерб отдеградации ландшафтов); экологические (необратимые разрушения уникальныхэкосистем, исчезновение видов, генетический ущерб).
По существующимсанитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3«С летом и 5 „С зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должнапревышать 12—17 кДж/м3.
Основные источникизагрязнения поверхностных и подземных вод
Процессы загрязненияповерхностных вод обусловлены различными факторами. Основными источникамизагрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные водыпромышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов,отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников,обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожноготранспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д.
К основным из нихотносятся:
+ сброс в водоемынеочищенных сточных вод;
+ смыв ядохимикатовливневыми осадками;
+ газодымовыевыбросы;
+ утечки нефти инефтепродуктов
Загрязняющие вещества,попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые восновном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности,появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химическогосостава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающихвеществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Наибольший вред водоемами водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод. Сточные водыразделяют на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые,включающие стоки от камбуза, душей, прачечных и др.; подсланцевые, илинефтесодержащие.
Для фановых сточных водхарактерно высокое бактериальное загрязнение, а также органическое загрязнение (химическоепотребление кислорода достигает1500-2000мг/л.), объём этих вод сравнительноневелик.
Хозяйственно-бытовыесточные воды характеризуются невысоким органическим загрязнением. Эти сточныеводы обычно сбрасываются за борт судна по мере образования. Сброс их запрещёнтолько в зоне санитарной охраны.
Подсланцевые водыобразуются в машинных отделениях судов. Они отличаются высоким содержаниемнефтепродуктов.
Производственные сточныеводы загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный икачественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, еетехнологических процессов; их делят на две основные группы: содержащиенеорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды. К первой группеотносятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов,обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которыхсодержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др.
Сточные воды этой группыв основном изменяют физические свойства воды. Сточные воды второй группысбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятияорганического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разныенефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества.Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом вокислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в водекислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаютсяорганолептические показатели воды. На жизнь населения водоемов пагубно влияютсточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массысопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит кгибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые веществазасоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме- беспозвоночных — неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющейдревесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другиеэкстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибельрыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки,а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовыхмест. Огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратныйазот, фосфор, калий идр., смываются с сельскохозяйственных территорий, включая площади, занимаемыеживотноводческими комплексами. По большей части они попадают в водоемы и вводотоки без какой-либо очистки, а поэтому имеют высокую концентрациюорганического вещества, биогенных элементов и других загрязнителей.
Значительную опасностьпредставляют газодымовыесоединения (аэрозоли, пыль и т. д.), оседающие из атмосферы на поверхность водосборных бассейнови непосредственно на водные поверхности. Плотность выпадения, например,аммонийного азота на европейской территории России оценивается в среднем 0,3т/км2, а серы от 0,25 до 2,0 т/км2.
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являютсяосновными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана.Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воденефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшиена дно тяжелые фракции и т.д. Это затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-запрекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений иживотных. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение,вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредныеорганические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляетугрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употреблениятонну воды. Каждая тонна нефти создает нефтяную пленку на площади до 12 кв. км.Восстановление пораженных экосистем занимает 10-15 лет.
Кроме поверхностных водпостоянно загрязняются и подземные воды, в первую очередь в районах крупныхпромышленных центров. Источники загрязнения подземных вод весьма разнообразны.
Загрязняющие веществамогут проникать к подземным водам различными путями: при просачиваниипромышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей,отстойников и др., по затрубному пространству неисправных скважин, черезпоглощающие скважины, карстовые воронки и т. д.
Важно подчеркнуть, чтозагрязнения подземных вод не ограничиваются площадью промпредприятий, хранилищотходов и т. д., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до20—30 км и более от источника загрязнения. Это создает реальную угрозу дляпитьевого водоснабжения в этих районах.
Следует также иметь ввиду, что загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическомсостоянии поверхностных вод, атмосферы, почв, других компонентов природнойсреды. Например, загрязняющие вещества, находящиеся в подземных водах, могутвыноситься фильтрационным потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их. Какподчеркивают многие ученые, круговорот загрязняющих веществ в системеповерхностных и подземных вод предопределяет единство природоохранных иводоохранных мер и их нельзя разрывать. В противном случае меры по охранеподземных вод вне связи с мерами по защите других компонентов природной средыбудут неэффективными.
К естественным источникамзагрязнения относятсильно минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды,которые могут внедряться в пресные незагрязненные воды при эксплуатацииводозаборных сооружений и откачке воды из скважин.
Экологические последствиязагрязнения гидросферы
Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влияниемзагрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение ихустойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей вбиоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайненеблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, ихплодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.
Наиболее изучен процессэвтрофирования водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всегогеологического 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 такназываемая антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемызначительного количества биогенных веществ — азота, фосфора и других элементовв виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолейи т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительноменее продолжительные сроки — несколько десятилетий и менее.
Антропогенноеэвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя кперестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастаниюбиомассы фитопланктона благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей,вызывающих “цветение” воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов(к тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для человекатоксины). Возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшениемразнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшениюспособности экосистем к гомеостазу и саморегуляции.
Процессы антропогеннойэвтрофикации 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 растущейбиомассы сине-зеленых водорослей, с берегов происходит зарастание их высшейрастительностью. Сами же сине-зеленые водоросли в результате своейжизнедеятельности производят сильнейшие токсины, представляющие опасность длягидробионтов и человека.
Помимо избытка биогенныхвеществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющиевещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, СПАВ и др.Так, например, водные организмы Байкала, приспособившиеся в процессе длительнойэволюции к естественному набору химических соединений притоков озера, оказалисьнеспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений(нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и др.). В результате отмеченообеднение гидробионтов, уменьшение биомассы зоопланктона, гибель значительнойчасти популяции байкальской нерпы и др.
Морские экосистемы. Скорости поступления загрязняющихвеществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океансбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% которых не подвергаетсяпредварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большемуантропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые,аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи, приводят к гибели консументовдаже высоких порядков, в том числе и наземных животных — морских птиц,например. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты ичеловека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестицидыи тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).
Экологические последствиязагрязнения морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях:
— нарушении устойчивостиэкосистем;
— прогрессирующейэвтрофикации;
— появлении “красныхприливов”;
— накоплении химическихтоксикантов в биоте;
— снижении биологическойпродуктивности;
— возникновениимутагенеза и канцерогенеза в морской среде;
— микробиологическомзагрязнении прибрежных районов моря.
До определенного пределаморские экосистемы могут противостоять вредным воздействиям химическихтоксикантов, используя накопительную, окислительную и минерализующую функциигидробионтов. Так, например, двустворчатые моллюски способны аккумулироватьодин из самых токсичных пестицидов — ДДТ и при благоприятных условиях выводитьего из организма. (ДДТ, как известно, запрещен в России, США и некоторых другихстранах, тем не менее, он поступает в Мировой океан в значительном количестве.)Ученые доказали и существование в водах Мирового океана интенсивных процессовбиотрансформации опасного загрязнителя — бенз(а)пирена, благодаря наличию воткрытых и полузакрытых акваториях гетеротрофной микрофлоры. Установлено также,что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно развитыммеханизмом устойчивости к тяжелым металлам, в частности, они способныпродуцировать сероводород, внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые,взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы.
В то же время в океанпродолжают поступать все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Всеболее острый характер приобретают проблемы эвтрофирования и микробиологическогозагрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим важное значение имеетопределение допустимого антропогенного давления на морские экосистемы, изучениеих ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способностибиогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих веществ. Дляздоровья человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненнойводы, а также при контакте с ней (купание, стирка, рыбная ловля и др.)проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологическогонакопления по длинным пищевым цепям типа: вода — планктон — рыбы — человек иливода — почва — растения — животные — человек, и др.
При непосредственномконтакте человека с бактериально загрязненной водой, а также при проживании илинахождении близ водоема различные паразиты могут проникнуть в кожу и вызватьтяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков. Всовременных условиях увеличивается опасность и таких эпидемических заболеванийкак холера, брюшной тиф, дизентерия и др.
Примеры загрязненияморских экосистем
Все серьёзные случаизагрязнения океана связаны с нефтью. В результате широко распространённойпрактики мытья трюмов танкеров, в океан ежегодно сознательно сбрасывается от 8до 20 млн. баррелей нефти. Раньше такие нарушения часто оставалисьбезнаказанными, но сегодня спутники позволяют собрать необходимые улики ипривлечь виновных к ответственности.
В 1989 г. танкер «Экссон Вальдес» сел на мель в районе Аляски, и нефтяное пятно в результате разливапочти 11 млн. галлонов (ок. 50 тыс. т) нефти растянулось на 1600 км вдоль побережья. Только по делу об уголовной ответственности суд обязал владельца судна —нефтяную компанию «Экссон мобил» — выплатить штату Аляска 150 млн. долл., самыйкрупный экологический штраф в истории. Из этой суммы суд простил компании 125 млн.в признание её участия в ликвидации последствий катастрофы, но ещё 100 млн.«Экссон» заплатил за ущерб природе и 900 млн. в течение 10 лет по гражданскимискам. Хотя последняя выплата федеральным и аляскинским властям состоялась всентябре 2001 г., до 2006 г. правительство может подать иск ещё на сумму до 100млн., если обнаружатся экологические последствия, которые нельзя былопредусмотреть во время суда. Огромную сумму составляют также претензии компанийи частных лиц, по многим из которых тяжба длится до сих пор.
«Экссон Вальдес» — одиниз самых известных, но, тем не менее, многих случаев разлива нефти в море.Океан остаётся местом больших и малых экологических бедствий, связанных сперевозкой крайне опасных грузов. Так было с судами «Кэрен Би» (1987), наборту, которого находилось 2000 т токсичных отходов, и «Акацуки-мару» (1992),везший большую партию радиоактивного плутония из Европы в Японию дляпереработки. 20 ноября 2007 года в Черном море разразился сильный шторм и изразломившегося танкера “Волгонефть-139» в море вылилось около двухтысяч тонн мазута.
У юго-восточногопобережья Азовского моря концентрации загрязнений была на уровне 1-2 ПДК врайоне станицы Голубицкая, а восточнее порта Темрюк появились пятна нефтяногозагрязнения. В районе поселка Перекопка отмечено загрязнение до 3 предельнодопустимых концентраций. Кроме того, вырос уровень загрязнения Таманскогозалива — концентрация нефтепродуктов на 15 ноября достигала 11 ПДК.
Специалисты же поэкологии и охране окружающей среды со своей стороны считают, что навосстановление экологической системы Керченского пролива уйдет не менее 10 лет.«Нас больше всего беспокоит возможность проникновения пластов мазута вдонный грунт. Если это случится, экология района на долгие годы останетсянестабильной, пласты мазута периодически будут подниматься на поверхность,образовывая пленку», — сказал зоозащитник. Ущерб от массовой гибели птиц ирыбы в Керченском проливе, где 11 ноября произошло крушение нескольких судов,предварительно оценивается в 3,9 миллиарда рублей, говорится в документахРоссельхознадзора по Краснодарскому краю, оказавшихся в распоряжении РИА«Новости».
Ущерб охотничьим видамживотного мира определен в размере 6,084 миллиона рублей. Ущерб рыбным запасам- 3 миллиарда 959 миллионов 430 тысяч рублей", — говорится в справке поопределению размеров вреда. Расчет сделан ведомством по состоянию на 13 ноября.Из разломившегося танкера «Волгонефть-139» в море вылилось около двухтысяч тонн мазута. Уже во вторник 13 ноября в районе бедствия были обнаружены12 тысяч 839 погибших лысух, 811 особей чомги большой, 171 нырковая утка, 877бакланов, два лебедя-шипуна, один фазан. «На воде с сильным загрязнениемперьевого покрова нефтепродуктами 19,5 тысячи особей лысухи, 21 чомга, 300-350особей нырковых видов уток, 755 особей баклана. Вероятность гибели этих видовптицы очень высока», — говорилось в документе.