Антропогенное воздействие на гидросферу

Вода – непременное условие и фактор жизни, и именно на нее воздействует человек в невиданных масштабах. Проблемы, связанные с ее использованием, чаще всего определяются как “водный дефицит”, “водный голод”, “истощение водных ресурсов”. Для удовлетворения чисто биологических потребностей человеку достаточно 2-5 л воды в сутки. С момента перехода на хозяйственную деятельность потребности возрастали. Очагами зарождения цивилизации являются долины рек. Многие древние культуры гибли по причине неумения использовать воду (кризис поливного земледелия ® засоление почв, их эрозия и потеря плодородия).

Исключительно высоки темпы роста использования воды. Для получения 1 т стали требуется 30 т воды, целлюлозы – 500 т, синтетических волокон – 5000 т, 1 т зерна пшеницы – 2500 т, риса - 4560 т, хлопка – 10000 т, говядины – 30000 т. Для изготовления одного автомобиля требуется 500 тыс. л воды, а в год их производится 50 млн.

В мире в настоящее время расходуется в среднем 1500-2000 л воды на человека в сутки. Из них 100-150 л расходуется на бытовые нужды. Основное количество расходуется на промышленные и сельскохозяйственные цели. Расход воды на каждого жителя России – 5000 л/сут. Из них на бытовые нужды расходуется несколько сотен литров (В Москве 300 - 500 л/сут). Цена за последние 50 лет выросла на питьевую воду в 1000 раз (для сравнения: цена на нефть выросла в 10 раз, на воду для бытовых нужд – примерно в 100 раз). Уже сейчас вода становится источником международных конфликтов – споры из-за вод реки Колумбии (США и Канада), из-за вод Дуная. 90 % водных запасов Иордании используется Израилем. Один из главных источников воды в регионе - Голанские высоты – тоже оккупированы Тель-Авивом, оставшиеся арабским странам 10 % от общих запасов пресной воды обеспечивают лишь 1 тыс. м³ на человека в год, и население этих стран живет в состоянии “водного стресса”. Турция реализует грандиозную программу по строительству 19 ГЭС и 22 плотин, которые заберут треть воды из рек Тигра и Евфрата, уровень которых и без того понижен на 3 метра. В соседней Сирии сейчас во многих городах отключают воду на 20 часов в сутки. На американском континенте штат Техас на орошение полей для гольфа и заправки кондиционеров забирает из реки Рио-Гранде воды в три раза больше, чем вся Мексика. Но и с той водой, что доступна, человечество не научилось обходиться по-хозяйски. Асуанское водохранилище в Египте испаряет жидкости в 5 раз больше, чем потребляют все ТЭЦ и АЭС Средиземноморского бассейна. В Израиле 72,4 % воды используется на нужды сельского хозяйства, хотя оно дает 2,9 % ВНП.

За прошедший век потребление пресной воды населением планеты выросло в 7 раз. Сельское хозяйство потребляет 69 %, промышленность и энергетика – 22 %, пищевая отрасль и личная гигиена – 8 %. 1 литр очищенной и разлитой в бутылки воды стоит столько же, сколько 1000 л из-под крана, или 10000 л из ирригационного канала.

60 % водных ресурсов сосредоточены в 9 странах, среди них - Бразилия, Россия, Китай, Канада, Индонезия, США. Американец в среднем потребляет 600 л воды в сутки, а африканец 30 л.

По данным ООН, 1,5 млрд человек в настоящее время не имеют свободного доступа к пресной воде и если не принять срочных мер, то через 25 лет таких людей может быть уже 4 млрд. По данным ВОЗ, ежегодно 30 млн человек страдают от эпидемий, вызванных употреблением воды низкого качества.

Мировые запасы воды на Земле колоссальны – 1353985 тыс. км³ (при равномерном распределении по поверхности планеты – слой 2,5 км). Мировой океан занимает 2/3 поверхности планеты. Основная масса воды - соленые воды (97,5 %). Пресных вод – 35 млн км³. Человек изымает в настоящее время и потребляет только 0,12 – 0,15 % от природных запасов пресной воды, однако проблема дефицита пресной воды очень серьезна.

Загрязнение водных объектов – это снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушении прозрачности, окраски, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, уменьшении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и загрязнителей.

Россия обладает высоким водным потенциалом (30000 м³/год на каждого жителя). Однако в настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70 % рек и озер утратили свои качества как источники питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляют загрязненную недоброкачественную воду.

Озеро Байкал могло бы обеспечивать чистой водой все человечество в течение 50 лет. За последние 15 лет загрязнено более 100 км³ байкальской воды. В озеро ежегодно поступает 8500 т нефтепродуктов, 750 т нитратов, 13 тыс. т хлоридов и др.

2.4.1. Главные загрязнители вод

Более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из 3 показателей вредности – санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому вода считается загрязненной.

Различают загрязнители воды: химические (нефть, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ, например, стиральные порошки), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др.); биологические (вирусы, бактерии, болезнетворные организмы, водоросли, плесневые грибки); физические (радиоактивные вещества, тепло, шлам, песок, глина, ил); органолептические (цвет, запах).

2.4.2. Основные источники загрязнения

поверхностных и подземных вод

На процессы загрязнения поверхностных вод влияют следующие основные факторы:

- сброс в водоемы неочищенных сточных вод;

- смыв ядохимикатов ливневыми стоками;

- газодымовые выбросы;

- утечки нефти и нефтепродуктов.

Наибольший вред водоемам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод - промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. Для обеспечения промышленных предприятий требуется огромное количество воды, которая затем возвращается в водоемы с различной степенью загрязнения. Основными вредными веществами, содержащимися в сточных водах предприятий являются масла, минеральная пыль, окалина, органические вещества, кислоты, щелочи, тяжелые металлы, цианиды и др. Объем промышленных сточных вод продолжает возрастать, коммунально-бытовые – из жилых и общих зданий, прачечных в больших количествах содержат органические вещества и микроорганизмы, т.е. происходит бактериальное загрязнение воды. С сельскохозяйственных полей поступает огромное количество опасных загрязняющих веществ – пестициды (ядохимикаты), аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий, в том числе с животноводческих комплексов. Перечисленные вещества попадают в водотоки без какой-либо очистки, поэтому высока концентрация органического вещества, биогенных элементов. Значительную опасность представляют газо-дымовые соединения (аэрозоли, пыль, аммонийный азот, сера), оседающие на поверхности водосборных бассейнов.

Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах и прибрежных зонах.

Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные воды (срок возобновления их 1400 лет, сравните: русла рек – 16 дней, озера - 17 лет).

Источники загрязнения подземных вод: просачивание промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и пр., по затрубному пространству неисправных скважин, через карстовые воронки.

Загрязнители подземных вод распространяются вниз по течению потока на 20-30 км от источника загрязнения.

2.4.3. Критерии оценки качества вод

Для оценки качества воды, как и воздуха, используются ПДК (разработаны в РФ для более чем 200 веществ). ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) рекомендует свои ПДК.

Нормы на качество воды различны для категорий (типов) водопользования: хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового, рыбохозяйственного.

Показатели качества воды делят на общесанитарные, санитарно-токсикологические, токсикологические.

Виды показателей качества воды для поверхностных источников:

- органолептические (температура, запах, привкус, цветность, мутность);

- токсикологические показатели (или показатели химического состава) (показатель кислотности воды pH, взвешенные вещества, железо, марганец, общая жесткость, сульфаты, сухой остаток, углекислота свободная, фтор, хлориды, щелочность, наличие промышленных, сельскохозяйственных и бытовых загрязнений);

- санитарные показатели качества воды (БПК полное, ХПК, окисляемость перманганатная, аммоний солевой, нитриты, нитраты, поверхностно-активные вещества (ПАВ));

- бактериологическое состояние воды оценивается:

1) через общее число бактерий в воде (не более 100 в 1 мл воды);

2) количество бактерий группы кишечной палочки – выражается либо коли-индексом (количество кишечных палочек в 1 л воды (не более 3 по нормам), либо коли-титром (количество воды в миллиметрах, в котором содержится 1 кишечная палочка (³ 300 мл по нормам);

3) наличие энтерококков;

4) фитопланктон;

5) паразитологические показатели для питьевой воды (наличие патогенных кишечных простейших и гельминтов);

- показатели радиоактивного загрязнения воды: нормируется суммарная объемная активность бета- и альфа-излу­чателей. В случае превышения установленных нормативов проводится до­полнительный контроль радионуклидного состава загрязнений в соответ­ствии с действующими нормами радиационной безопасности.

Важный показатель – кислородообеспеченность (от нее зависит жизнь водных организмов, и способность к самоочищению) – выражается через БПК (показатель биологического потребления кислорода).

Под БПК понимают количество кислорода, которое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процессах. Потребление кислорода измеряется при создании стандартных условий для жизнедеятельности организмов и измеряется в 1 л воды за 5 дней (БПК₅). Чем больше потребление кислорода, тем сильнее загрязнение органикой.

Те вещества, которые не поддаются биологическому разложению, оцениваются через ХПК (химическое потребление кислорода) (ХПК£ 100 мг/л допускается при сбросе в водоеме воды). Отношение БПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению. Если БПК/ХПК = 1, то самоочищаемость максимальная.

Общие требования к качеству питьевой воды: допустимые концентра­ции химических веществ, попадающих в водоисточники с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными загрязнениями, не должны превышать нормативов, установленных Минздравом РФ для источников централизованного водоснабжения (СанПиН 2.1.4.559-96), для нецентрализованного водоснабжения (СанПиН 2.1.4.544-96). При комплексном загрязнении сумма концентраций, выраженная в долях от максимально допустимой для каждого вещества в отдельности, не долж­на превышать 1.

2.4.4. Классификация вод по интегральным показателям качества

Для оценки качества водных объектов наиболее часто применяют гидрохимический индекс загрязнения воды ИЗВ, который считают интегральной характеристикой состояния.

Индекс загрязнения воды ИЗВ рассчитывают по шести-семи показателям, часть из них является обязательной (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель pH, БПК₅):

,

где q_i – концентрация компонента (в ряде случаев – значение параметра); n – число показателей, используемых для расчета индекса; ПДК_i – установленная величина для соответствующего типа водного объекта.

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 2.3). Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической территории.

Таблица 2.3

Оценка качества воды

Характеристика вод	Значения ИЗВ	Класс качества воды
Очень чистые	£ 0,3
Чистые	> 0,3 -1
Умеренно загрязненные	>1 – 2,5
Загрязненные	> 2,5 - 4
Грязные	> 4 - 6
Очень грязные	> 6 – 10
Чрезвычайно грязные	> 10

Уровень загрязненности устанавливают также по гидробиологическому показателю – индексу сапробности водных объектов, исходя из видов, представленных в водных сообществах, и по микробиологическим показателям.

2.4.5. Экологические последствия загрязнения гидросферы

Для пресноводных экосистем: эвтрофикация - поступление в водоемы значительного количества биогенных элементов – азот, фосфор, СПАВ, вызывает “цветение” воды – бурный рост сине-зеленых водорослей, цианобактерий, вырабатывающих токсины, и в конечном итоге утрата генофонда; нарушение пищевых пирамид; микробиологическое загрязнение.

Для морских экосистем: ежегодно сбрасывается 300 млрд м³ сточных вод, 90 % без очистки, это ведет к нарушению устойчивости экосистем (гибель морских птиц), накопление химических токсикантов по пищевым цепям (биоаккумуляция), эвтрофикация, мутагенез и канцерогенез, снижение продуктивности, микробиологическое загрязнение.

Водные экосистемы до определенного предела могут противодействовать воздействию благодаря накопительным, окислительным и минерализующим функциям, но если предел превышен, то последствия губительны.

Для человека: появление заболеваний при использовании в быту и потребление загрязненной воды.

Для подземных и поверхностных вод: истощение подземных и поверхностных вод - недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории и уменьшение минимально допустимого стока. Результат истощения – образование депрессионной воронки (понижение уровня воды) в радиусе до 20 км, образуется при изъятии на хозяйственные цели большого количества воды, при создании крупных водохранилищ.

ª Вопросы для самопроверки

1. В чем проявляется загрязнение подземных и поверхностных вод и каковы их главные загрязнители?

2. Как загрязняющие вещества попадают в поверхностные, подземные воды?

3. Что такое эвтрофикация водной экосистемы и каково ее влияние на экосистему?

4. Перечислите экологические последствия загрязнения морских экосистем.

5. Что понимают под истощением вод? К каким неблагоприятным экологическим последствиям оно приводит?