Источник,
вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества,
микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, вещество, нарушающее нормы
качества воды, —загрязняющим. Природные воды могут быть загрязнены самыми
различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и
физико-химических свойств на группы. К первой
группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в
молекулярном или ионном состоянии. В природной воде могут присутствовать в
растворенном виде различные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сернистый
газ и др.), а также растворимые соли (натрия, калия, кальция, аммония,
алюминия, железа, магния, марганца и др.). Можно установить их наличие с
помощью химического анализа, потому что растворенные примеси не задерживаются
ни песчаными, ни бумажными фильтрами. Вторая
группа примесей — те, что образуют с
водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически
нерастворимых веществ. Они задерживаются мембранами — тонкими пленками из коллодия или бычьего пузыря. В коллоидном
состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения.
При длительном отстаивании частицы песка, глины, образующие в воде взвеси,
способны осаждаться.
Вода может иметь загрязнения
биологического характера: бактерии, вирусы, водоросли, простейшие, черви и
т. д. Бактерии образуют устойчивые взвеси, а водоросли — целые «подводные луга», на дне водоемов может быть много червей.
В 90-х гг. XX
в.антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и
существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.
Основными источниками
загрязнения являются промыш-леннные и коммунальные канализационные стоки,
смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды
систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и
ливневыми стоками аэрогенных загрязнений (рис.
15.4).
Годовой объем
промышленных коммунально-бытовых и сельскохозяйственных стоков в мире достиг 6,7%, или около
2,5 тыс. км естественного речного стока на планете, а по наличию
примесей в воде практически сравнялся с ним. Антропогенные загрязнения воды по
сравнению с природными водами (растворы и взвеси) более опасны и во много раз
сильнее снижают ее качество.
Среди
загрязнителей воды наибольшую опасность
представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды,
пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями,
минеральные удобрения и т. д. Общая масса основных антропогенных загрязнителей
гидросферы достигла 15 млрд т в год.
Большая часть этих загрязнителей приходится на реки, где средняя их
концентрация достигла 400 мг/л.
Рис. 15.4. Сброс отходов производства в водоем
(по Е. А. Криксунову и др., 1995)
Наибольшая
нагрузка из крупных речных бассейнов как по водопотреблению, так и по
загрязнению приходится на Волгу, Днепр, Дунай и Рейн в Европе; Урал. Миасс,
Исеть, Тобол на Урале; Ганг, Хуанхэ и Янцзы в Азии; реки Св. Лаврентия,
Колорадо и Миссисипи в Америке.
Объем
хозяйственных стоков в реки европейской части России, Белоруссии, Украины и
Средней Азии увеличился в 5 раз. В России
в 1991 г. со сточными водами было
сброшено в водоемы (в тыс. т): 1200—
взвешенных веществ, 190— аммонийного
азота, 58 - фосфора, 50 - железа, 30
- нефтепродуктов, 11 — СПАВ, 2,1 — цинка,
0,8 — меди, 0,3 — фенолов и т. д.
Все большая
опасность загрязнения грозит и уникальному озеру Байкал. В 1990 г. объем хозяйственных стоков составил
Мнения рН
водной среды в результате загрязнения оказывает отрицательное влияние на организмы.
У пресноводных озер и рек рН воды обычно 6-7,
организмы адаптированы именно к этому уровню. Изменение реакции воды всего на
одну единицу рН по сравнению с оптимумом приводит в большинстве случаев к
стрессу, а нередко и к гибели организмов. Подкисление озер и рек влияет и на
сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых
цепей, начинающихся в водных экосистемах.
Сброс
канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных,
оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме,
грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека (рис. 15.5).
Рис. 15.5. Антропогенное воздействие на круговорот
органического
вещества в
водоеме (по Л. Бауэру, X. Вайничке, 1971)
Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и
смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей.
Данный процесс называют эвтрофизацией
(рис. 15.6).
Водоросли окрашивают воду в различные цвета и
поэтому данный процесс называют и «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей
изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании
водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические
вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в
водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне
скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения
отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От
недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в
таких водоемах становится непригодна для питья и даже для купания.
Рис. 15.6. Процессы эвтрофизации (по Б. Небелу, 1993)
Ртуть давно известна как яд. Главными симптомами
заболевания являются сужение поля зрения и расстройство координации движений. В
легких случаях отравление у людей вызывает бессоницу, неспособность
воспринимать критику, страхи, головную боль, депрессию и неадекватные
эмоциональные реакции. Ртуть поступает в природные воды из многих источников
(рис. 15.7).
Во время дождя ртуть вымывается из воздуха, куда она
попадает при сгорании ископаемого топлива, дождевая вода смывает в водоемы,
содержащие ртуть пестициды, попадает с бытовыми и промышленными сточными
водами, а также в результате утечек со свалок, куда выбрасываются отработанные
элементы питания, переключатели и другое оборудование. Далее ртуть, попавшая в
озеро много лет назад, накапливается в слоях донного ила и грязи, где она
медленно превращается бактериями в ядовитую метиловую ртуть и затем включается
в пищевые цепи.
Нужно учитывать, что при попадании соединений ртути
в водные экосистемы происходит,
во-первых, ее трансформация,
во-вторых, биологическое накопление,
например в рыбе и моллюсках до уровней во много раз выше, чем в воде озера.
Ртуть, попавшая в озеро
много лет назад
с предприятий, производящих
хлор и едкий
натр, а также с бумажных фабрик
Рис. 15.7. Загрязнение озера ртутью (по П. Ревелль,
Ч. Ревелль, 1995)
Возможность этих двух процессов — трансформации веществ в окружающей среде и
избирательного накопления их живыми организмами
— всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или
иного химического загрязнения.
К одному из видов загрязнения природных вод
относится и тепловое загрязнение.
Промышленные предприятия, электростанции нередко сбрасывают в водоемы
(водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В
водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается
токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие,
происходит смена видового состава организмов, например, водорослей (рис. 15.8).
С повышением температуры в загрязненной воде
наблюдается бурное размножение болезнетворных вирусов и микроорганизмов.
Важным источником пресной воды в ряде регионов
России являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы так же
подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения земли и
наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них
непригодна для питья.
Рис.15.8.Последовательность смены видового
состава
и формирования сообщества водорослей,
вызываемая тепловым загрязнением (по Ф.
Рамаду, 1981)
Большую озабоченность вызывает судьба Мирового
океана, являющегося великим транспортным путем, «жизненным пространством» для
многих растительных и животных организмов, источником несметных богатств для
человечества. Загрязнение Мирового океана и многих морей приняло угрожающие
размеры. В морские и океанские экосистемы попадает в год только свыше 10 млн т нефти при ее транспортировке, во
время катастроф нефтеналивных танкеров и т. д. (рис. 15.9).
Рис. 15.9.Распределение потерь нефти в % от общей суммы мировых потерь в океане за
год (общие потери нефти 0,23% мировой
добычи), по Н. Ф. Винокуровой и др., 1994
Известный путешественник Тур Хейердал писал: «В 1947 году, когда бальсовый плот «Кон-Тики» за 101 сутки прошел около 8 тысяч километров в Тихом океане, экипаж на всем пути не видел
никаких следов человеческой деятельности. И для нас, пишет он, было настоящим
ударом, когда в 1969 году, дрейфуя на
парусной лодке «Ра», увидели — до какой
степени загрязнен Атлантический океан. Обгоняли пластиковые сосуды, изделия из
нейлона, пустые бутылки, консервные банки. Но особенно бросался в глаза мазут.
У берегов Африки, посреди океана, в районе Вест-Индских островов до самого
горизонта поверхность моря оскверняли черные комки мазута с булавочную головку,
с горошину, с картофелину».
Озабоченность вызывает загрязнение морей, окружающих
Европу: Балтийского, Северного, Средиземного, Черного, где антропогенная
нагрузка очень значительна, а сменяемость массы воды происходит сравнительно
медленно. Так, только в Среди-земое море ежегодно выбрасывается 120 т минеральных масел, 100 т ртути,
3800 т олова, 2400 т хрома, 21 000 т цинка и еще десятки других вредных
веществ.
В последние годы возникла опасность загрязнения вод
Мирового океана и морей радиоактивными отходами, пестицидами. Пестициды и
другие вредные вещества, в первую очередь агрохими-каты, под влиянием течений
распространяются довольно быстро. Они обнаруживаются в различных районах Балтийского,
Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западных побережий Англии,
Исландии, Португалии, Испании. Это отрицательно сказывается на живых
организмах, особенно на рыбных запасах. Все больше загрязняются моря
промышленными отходами и сточными водами, содержащими значительное количество
органических отходов. Нередко реки играют роль продолжения канализации и
выносят большую часть стоков в моря. Так, прибрежные государства Северного моря
ежегодно сбрасывают в него около 20 000 т
жидких и твердых отходов. В настоящее время в Северном море известны 10 постоянных мест «свалки» отходов. Отходы,
попавшие в воды морей, частично оседают на дно, частично разрушаются, но при
этом они губят большое количество живых организмов, особенно страдает планктон.
На него обрушиваются все поверхностные загрязнители — поверхностно-активные вещества, масла, пленки нефтепродуктов и
т. д. Однако проблемы, связанные с загрязнением морей и океанов, остаются
нерешенными. По имеющимся оценкам, к концу XX
в. общая масса загрязняющих веществ, поступающих в воды морей и океанов,
возрастет по сравнению с началом 80-х гг. в
1,5—3 раза.
