Антропогенное воздействие на водные объекты. Загрязнение водных объектов

Гидросфера - водная среда, которая включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в Мировом океане, содержащем около 91% всей воды на Земле. Поверхность Мирового океана (акватория) составляет 361 млн. км². Она примерно в 2,4 раза больше площади суши - территории, занимающей 149 млн. км².

Антропогенное воздействие на гидросферу проявляется в виде истощения и загрязнения вод.

Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся экологические связи в системе человек - биосфера.

К весьма серьезным экологическим последствиям может приводить изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек. Примером может служить трагедия Аральского моря. С 1960-х годов XX века уровень моря (и объём воды в нём) стал быстро снижаться вследствие забора воды из основных питающих рек Амударья и Сырдарья с целью орошения [1]. Коллекторно-дренажные воды, поступающие с полей в русло Сырдарьи и Амударьи, стали причиной отложений из пестицидов и различных других сельскохозяйственных ядохимикатов, появляющихся местами на 54 тыс. км² бывшего морского дна, покрытого солью. Пыльные бури разносят соль, пыль и ядохимикаты на расстояние до 500 км. Бикарбонат натрия, хлорид натрия и сульфат натрия переносятся по воздуху и уничтожают или замедляют развитие естественной растительности и сельскохозяйственных культур.

В 1989 году море распалось на два изолированных водоёма - Северное (Малое) и Южное (Большое) Аральское море. На 2003 год площадь поверхности Аральского моря составляла около четверти первоначальной, а объём воды - около 10 %. К началу 2000-х абсолютный уровень воды в море снизился до отметки 31 м, что на 22 м ниже исходного уровня, наблюдавшегося в конце 1950-х.

В июне 2013 года на заседании президиума РАН заместитель директора Института океанологии РАН Петр Завьялов сообщил, что процессы высыхания Аральского моря замедлились. Несмотря на крайне высокую соленость воды, в Аральском море сформировалась своя экосистема. «Экосистема Арала является весьма специфической, но живой», - сказал ученый.

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

Сточные воды – это воды, сбрасываемые в установленном порядке в водные объекты после их использования или поступившие с прилегающей территории.

Антропогенное загрязнение водных объектов происходит за счет двух основных источников:

· организованного сброса городских сточных вод;

· неорганизованного сброса сточных вод с территорий населенных пунктов, площадок промышленных предприятий, с территорий, занятых под сельское хозяйство, луга, пастбища и др.

Основные пути загрязнения гидросферы [2]:

1) загрязнение нефтью и нефтепродуктами. Приводит к появлению нефтяных пятен, что затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. Каждая тонна нефти создает нефтяную пленку на площади до 12 км². Восстановление пораженных экосистем занимает 10 - 15 лет;

источники загрязнения:

- выброс нефти при бурении в момент входа бура в нефтяной пласт, если не срабатывают специальные системы безопасности, то нефть начинает фонтанировать в воду. До 20% мирового океана уже покрыты няфтяной пленкой

- аварии и гибель танкеров при транспортировке нефти

Одна тонна нефти при распределении ее мономолекулярным слоем могла бы покрыть пленкой примерно 12 км² акваторий. В реальных условиях нефтяные пятна перемещаются под воздействием ветра и морских течений, причем в воде нефть подвергается определенным изменениям: летучие фракции испаряются, водорастворимые - выщелачиваются, а остающийся вязкий остаток образует с водой стойкие длительно существующие эмульсии.

- поступление в гидросферу мазута и нефти из трюмов затонувших судов.

- сток нефти и нефтепродуктов с территорий предприятии по переработке нефти нефтехранилищ, транспортных хозяйств, а также с насыщенных транспортом крупных внутри- и межгородских магистралей

Нефть опасна для рыбы и водоплавающих птиц. Помимо того, что она приводит их к гибели при непосредственном контакте, неизбежно ее попадание в пищевые цепи. Заметим, что для популяций животных и экосистем в целом последствия нефтяного загрязнения от источника не зависят, ибо они всегда практически одинаковы. Разница лишь в масштабах.

2.) загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, минеральными и органическими удобрениями в результате сельскохозяйственного производства, а также коммунально-бытовыми стоками. Ведет к эвтрофикации водоемов - обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному развитию водорослей и гибели других экосистем водоемов с непроточной водой (озер и прудов), а иногда к заболачиванию местности. Следует иметь в виду, что промышленные и селитебные зоны располагаются преимущественно по берегам водных экосистем, вследствие чего формируются зоны особо сильного локального (прибрежного) загрязнения и ухудшения качества воды. Из рек загрязняющие вещества неизбежно выносятся в морские экосистемы. В очень тяжелом положении находятся так называемые внутренние моря, например в Европе - Балтийское, Черное, Средиземное. Хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды содержат широчайший спектр органических и минеральных соединений. Их разнообразие объясняется современными масштабами «химизации» общества. Так, десятки тысяч продуктов бытовой химии неизбежно рассеиваются в водных экосистемах, не говоря уже о миллионах тонн побочных продуктов циклов их производства, безусловно являющихся ксенобиотиками. Есть данные, что в Мировой океан, кроме нефтепродуктов, ежегодно выносится до 5 тыс. т ртути, 6 млн. т фосфора, свыше 2 млн. т свинца и многие другие химические вещества. Кроме нефтепродуктов, в сточных водах промышленных предприятий присутствуют углеводороды, тяжелые металлы, радиоактивные вещества, полихлорированные бифенилы и мн. др. Стоки коммунального хозяйства, кроме веществ бытовой химии, содержат пестициды, красители, моющие средства (детергенты), а также фекалии.

Данная сфера природопользования связана с двумя основными источниками загрязнения: выращиванием сельскохозяйственной продукции на полях и животноводством. Первый источник - основная причина поступления в проточные и непроточные водоемы смываемых с полей удобрений и ядохимикатов. Основные компоненты удобрений - соединения азота, фосфора и калия. Нитраты и фосфаты, попавшие в водоем, выполняют, как и на суше, роль удобрений, т. е. приводят к повышению продуктивности водных продуцентов, в том числе высших растений и фитопланктона. Вслед за этим возрастает и биомасса консументов. Все эти аэробные организмы интенсивно используют растворенный в воде кислород на дыхание. Кроме того, происходит отмирание организмов, и часть кислорода тратится на окисление мертвой органики. В результате расход кислорода опережает его поступление в воду, и в водной экосистеме начинают преобладать анаэробные процессы. Вода становится непригодной для жизни.

Ядохимикаты (пестициды) также неизбежно оказываются в почве, а из нее с поверхностным и грунтовым стоком выносятся в водоемы, где опять-таки включаются в пищевые цепи. Наиболее опасными ядохимикатами являются хлорорганические, фосфорорганические, ртуть- и мышьяксодержащие. Последние две группы широко используются для протравливания семян, чтобы защитить их от микроорганизмов в период хранения и перед посевом. Аналогичную угрозу представляют для водоемов и другие яды, применяемые в растениеводстве: гербициды, арборициды, дефолианты, десиканты. Последние используются для предуборочного подсушивания растений на корню и содержат такие вещества, как серная и мышьяковая кислоты, хлораты кальция, магния, натрия.

2) загрязнение ионами тяжелых металлов. Нарушает жизнедеятельность водных организмов и человека;

3) загрязнение кислотными дождями. Приводит к закислению водоемов и гибели экосистем;

4) радиоактивное загрязнение. Связано со сбросом радиоактивных отходов,весьма опасно даже при очень малых концентрациях радиоактивных веществ. Наиболее вредны «долгоживущие» и подвижные в воде радиоактивные элементы (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Они попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании радиоактивных отходов, захоронении их на дне и др., в подземные же воды - в результате просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами или в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами;

5) тепловое загрязнение. Вызывается сбросом в водоемы подогре­тых вод ТЭС и АЭС. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий и выделению ядовитых газов - сероводорода, метана. Это приводит к массовому развитию сине-зеленых водорослей, так называемому цветению воды, уменьшению количества кислорода и отрицательно влияет на флору и фауну водоемов;

7) механическое загрязнение. Повышает содержание механических примесей (песок, шлам, ил и др.), которые могут значительно ухудшать органолептические показатели вод;

8) бактериальное и биологическое загрязнение. Связано с разными патогенными организмами, грибами и водорослями.

Рассмотрим основные современные источники загрязнения океанов, морей, водоемов и водотоков суши [3].

При этом доля последних значительно большая, чем городских сточных вод, даже несмотря на то, что не все они проходят через очистные сооружения.

Антропогенное воздействие на литосферу. Деградация земель.

Деградация почвы - это постепенное ухудшение ее свойств, "которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия. Как известно, почва один из важнейших компонентов окружающей природной среды, непосредственно связанный с приповерхностной частью литосферы. Ее образно называют «мостом между живой и неживой природой». Почва обеспечивает существование биосферы, является ее основой, она — биологический адсорбент и нейтрализатор загрязнений.

Следует учитывать, что почва практически невозобновимый природный ресурс. Все основные ее экологические функции замыкаются на одном обобщающем показателе - почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Эти процессы ведут к весьма опасной по своим далеко идущим последствиям дегумификации — потере гумуса. Дегумификация возрастает и за счет неумеренного внесения в почву минеральных удобрений. За последнее столетие почвы Черноземья потеряли от трети до половины содержания гумуса. Но даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия не дает почве возможность выполнить в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т.е. ухудшать свои свойства.

К деградации почв (земель) ведут и другие причины, преимущественно антропогенного характера:

1. эрозия;

2. загрязнение, вторичное засоление, заболачивание, опустынивание. В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем, причина неустойчивого состояния которых в их упрощенном фитоценозе, не обеспечивающем оптимальную саморегуляцию.

Огромный экологический ущерб почвам наносит эрозия.

1. Эрозия почв (от лат. erosio — разъедание) - разрушение и снос верхних, наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными.

По аналогии выделяют также промышленную эрозию (разрушение почв при строительстве и при разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.

Однако настоящим бичом земледелия у нас в стране и в мире остаются ветровая эрозия (ей подвержены 34% суши) и водная эрозия, активно действующая на 31% поверхности суши. В засушливых районах мира эродировано 60% от общей площади, из них 20% - сильно эродированы.

Интенсивность ветровой эрозии (дефляции) зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других факторов. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные факторы. Например, уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер резко активизируют эрозионные процессы.

При очень сильных и продолжительных ветрах возникают пыльные бури. Они способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га пашни и безвозвратно уносят самый плодородный верхний слой почв. Пыльные бури загрязняют атмосферный воздух, водоемы, отрицательно влияют на здоровье человека. В нашей стране пыльные бури неоднократно возникали в Нижнем Поволжье, на Северном Кавказе, в Башкирии и др.

В настоящее время крупнейший источник пыли - Арал. На космических снимках видны шлейфы пыли, которые тянутся в стороны от Арала на сотни километров. Общая масса переносимой ветром пыли в районе Арала достигает 90 млн т/г. Другой крупный пылевой очаг - Черные земли Калмыкии.

Подводной эрозией понимают разрушение почв под действием временных водных потоков. Различают водную эрозии плоскостную, струйчатую, овражную, береговую. Как и в случае ветровой эрозии, условия для проявления водной эрозии создают природные факторы, а основной причиной ее развита является производственная и иная деятельность человека: появление новой тяжелой почвообрабатывающей техники, уничтожение растительности и лесов, чрезмерный выпас скота, отвальная обработка почв и др.

Среди различных форм проявления водной эрозии значительный вред окружающей природной среде и в первую очередь почвам приносит овражная эрозия. Оврагов только на территории Русской равнины 5 млн га, и площадь их увеличивается: ежедневные потери почв из-за развития оврагов достигаю100-20о Гa.

2. Загрязнение почв. Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу: 5) нефть и нефтепродукты.

В мире ежегодно производится более миллиона тонн пестицидов. В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ. По данным ВОЗ, отравлению пестицидами в мире каждый год подвергаются до 2 млн. человек, из них 40 тыс. - с летальным исходом.

Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения, которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет, и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов, так как обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. Вот почему применение наиболее опасного из них - ДДТ - в нашей стране и в большинстве развитых стран запрещено. Воздействие пестицидов оказывается весьма негативным не только для человека, но и для фауны и флоры. Можно с уверенностью констатировать, что общий экологический вред от использования загрязняющих почву пестицидов многократно превышает пользу от их применения.

Почвы загрязняются и минеральными удобрениями, если их используют в неумеренных количествах, теряют при транспортировке и хранении. Из различных удобрений в почву в больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие соединения.

К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн. т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, способность которых к самоочищению, как известна, ограничена.

Огромный вред для функционирования почв представляют газодымовые выбросы промпредприятий. Почва способна накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы, радионуклиды и радиоизотопы, оседающие из этих выбросов.

Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Поволжье и др. Причины загрязнения: аварии на нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи у аварийные и технологические выбросы и т.д. В Западной Сибири свыше 20 тыс. га загрязнены нефтью толщиной слоя не менее 5 см. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5% (6 млн га), замазученными оказались 30 тыс. га. В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. Во всем мире процессам вторичного засоления и осолонцевания подвержено около 30%, в России - 18% общей площади орошаемых земель. Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые - растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.

Заболачивание почв наблюдается в переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты. Оно сопровождается деградационными процессами в биоценозах, накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов. Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание. Опустынивание - это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню. На территории СНГ опустыниванию подвержено Приаралье, Прибалхашье, земли в Калмыкии и Астраханской области и, некоторые другие районы. Все они относятся к зонам экологического бедствия.

Непродуманная хозяйственная деятельность на этих территориях привела к необратимым деградационным изменениям природной среды и, что особенно опасно, ее эдафической части. Например, там, где по условиям рельефа, качеству почвы мощности травостоя можно было выпасать только одну овцу, выпасалось в десятки раз больше. В результате пастбища превратились в эродированные земли. Это привело к резкому снижению биоразнообразия и разрушению природных экосистем. Многие экологи считают, что в списке злодеяний против окружающей среды на второе место после гибели лесов можно поставить «опустынивание».