Экологические последствия загрязнения гидросферы

Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в первую очередь, для человека. Воздействие единицы объема токсиканта, попавшего в воду, аналогично воздействию десяти единиц этого же токсиканта, выброшенного в воздух.

Пресноводные экосистемы. Под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофикации водоемов.

Процесс эвтрофикации является естественным процессом, характерным для всего геологического прошлого планеты и протекающим очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, благодаря антропогенному воздействию, скорость его развития резко возросла. Инициируемая сбросом в водоемы биогенных (N,P,K) и моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных загрязнителей антропогенная эвтрофикация протекает в настоящее время в течение нескольких десятилетий и менее.

Процессы антропогенной эвтрофикации охватили многие крупные озера планеты – Великие Американские озера, Балатон, Женевское, Ладожское и др., а также водохранилища и реки, особенно малые реки (т.е. реки длиной не более 100 км). На этих реках, кроме катастрофически растущей биомассы сине-зеленых водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей растительностью. Сами же сине-зеленые водоросли при отмирании выделяют в воду токсины (ацетон, индол, скатол и др.), представляющие опасность для гидробионтов и человека. Именно малые реки оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов привело к их загрязнению, обмелению и истощению. В ряде регионов сток малых рек снизился наполовину.

Не лучше обстоит ситуация на крупных реках, в которые сбрасываются сточные воды, содержащие нефтепродукты, тяжелые металлы, фенолы, ПАВ, а также удобрения и пестициды. Особенно опасными и непредсказуемыми (по отдаленным последствиям) являются залповые аварийные выбросы, при которых в реки попадают сточные воды с токсичными веществами, концентрация которых может превышать нормативы в 50-100 тыс раз. Такая авария произошла в 1990 г. в г. Уфе (Россия), когда в реку (источник питьевой воды) попали отходы производства гербицида 2,4,5-Т, содержавшие диоксины. Растворимость самого опасного ТХДД в воде составляет всего лишь 19,3 нг/л, однако даже такая ничтожная величина обеспечивает превышение над нормативом более, чем в 1000 раз!

Реки постоянно выносят в Мировой океан свыше 3,5 млрд т минеральных веществ, из которых около 1,8 млрд т выпадают в донный осадок. Около 1,7 млрд т минеральных веществ находится в воде в растворенном состоянии. От их концентрации зависит воздействие на все живые водные организмы, а также качество питьевой воды и воды, используемой в сельском хозяйстве. Высокий уровень загрязнения воды способствует появлению серьезных генетических аномалий и рыб-мутантов. Содержание токсинов в организме аномальных видов рыб превышает норму в 10-100 раз.

В 2000 г. международная комиссия при ООН обнародовала результаты последних исследований состояния качества пресной воды на планете. Из 500 крупных рек Земли пригодными для жизни на их берегах признаны всего две – Амазонка и Конго. Самой грязной рекой в Европе оказалась Волга. Остальные опасные для жизни реки – Нил, Хуанхэ, Амударья, Сырдарья, Ганг и Иордан. Этот перечень вскоре может дополнить главная водная артерия Китая – Янцзы, в которую сейчас (2007 г) ежегодно попадают 25 млрд т отходов, т.е. 40% всех отходов страны.

Ситуация в бассейне Волга действительно приняла катастрофический характер. На хозяйственные нужды из Волги забирается более 30 км³ воды в год, т.е. треть всего водозабора России. А взамен река получает 19 км³ стоков – 39% от общего объема сточных вод страны. Для разбавления поступающих 19 км³ сточных вод требуется от 950 до 3800 км³ чистой воды, а среднегодовой сток Волги равен 254 км³(!).

К очень серьезным негативным экологическим последствиям приводит изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек. Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их годового стока. Так, по отношению к уровню 70-х гг. годовой сток Волги снизился на 16%, а Днепра, Днестра и Дона – на 25%. Самая крупная экологическая катастрофа постигла Аральское море, уровень которого, начиная с 60-х гг. постоянно понижается из-за того, что питавшие его когда-то полноводные реки Амударья и Сырдарья отдают практически всю(!) свою воду на хозяйственные нужды. По сравнению с началом 60-х годов уровень воды в море упал на 23 м, площадь уменьшилась в 5 раз, а средняя глубина – в 2,5 раза. Море практически распалось на три независимых водоема. В море на глубине 22 м начинается слой, содержащий сероводород. Вода в Арале постепенно превращается в рассол. Ее соленость увеличилась в 8 раз: с 10 г/л до 80 г/л на поверхности, а в придонных слоях – до 94 г/л.

Морские экосистемы. Угрожающие размеры принимает загрязнение морей и всего Мирового океана, которому в условиях современной цивилизации отведена роль гигантской мусорной свалки. Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 700 млрд м³ сточных вод, из которых 90% не подвергается предварительной очистке.

По данным американских исследователей, основными источниками загрязняющих веществ в Мировом океане являются: естественные поступления из атмосферы и дна – 20%, наземные источники – 44%, судоходство – 35%, прочие – 1%.

Наибольший вклад в загрязнение Мирового океана вносит нефть и нефтепродукты. Общее загрязнение ими океана составляет 15-18 млн т в год, причем из всех источников вклад судоходства (включая аварии танкеров) стал уже выше поступления с материковым стоком: соответственно 35 и 31%. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км² водной поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды. Нефтяная пленка вызывает гибель живых организмов, птиц и млекопитающих, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушатся газообмен между атмосферой и гидросферой. Нефтью уже загрязнено около 20% акватории Мирового океана. Только в Северном море и Северной Атлантике нефтяные загрязнения являются причиной гибели 150 – 450 тыс птиц в год.

Концентрация нефтепродуктов в различных районах Мирового океана колеблется в широких пределах, мг/л: Тихий океан (северо-запад) – 0,2; Атлантический океан (северо-восток) – 0,16;Каспийское море – 0,5-0,8; Средиземное – 0,9; Балтийское – 1-8. Следует отметить, что при концентрации нефти 0,06 мг/л качество воды ухудшается, а рыба приобретает нефтяной привкус; более 0,5 мг/л – рыба гибнет, более 1,2 мг/л – гибнет планктон.

Моря и океаны загрязняются не только нефтепродуктами, а также веществами, поступающими с речным стоком и из атмосферы. В настоящее время в океан ежегодно поступает свыше 500 тыс различных химических веществ, в том числе органических соединений – более 300 млн т, железа -320 млн т, свинца – 2,3 млн т, никеля -1,4 млн т, серы – 120 млн т, кадмия – 15 тыс т, ртути – 7 тыс т, мышьяка – 90 тыс т. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, никель) и другие токсические вещества прогрессивно накапливаются в пищевых цепях, конечное звено которых – человек. Известны случаи, например, массового отравления ртутью (болезнь «минамата»), которая попала в организм людей вместе с рыбой, и кадмием (болезнь «итай-итай»), который попадал в организм с рисом, выращенным на полях, орошавшихся речной водой с высоким содержанием кадмия.

Самым грязным морем на планете является Средиземное море. Из 120 городов, расположенных на его берегах, 90 не имеют очистных сооружений, и канализационные воды сбрасываются в море без очистки. На него приходится до 17% всех загрязнений в океане, хотя оно составляет всего 0,7% площади океана. Загрязнено и Балтийское море, в которое впадает 200 рек, а на берегах расположено 60 крупных городов. Загрязненные воды Волги и наступление нефте- и газодобытчиков на морские шельфы Каспийского моря поставили на грань вымирания его уникальное богатство – осетровые, которые составляют 70% мировых запасов этих рыб.

Самоочищение морей и океанов представляет сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включение их в общий круговорот веществ. Известны около 70 родов микроорганизмов, включая бактерии, грибы, дрожжи, которые способны вступать в единоборство с нефтью. Численность их в местах загрязнения может достигать сотен миллионов в 1 мл воды. Ученые считают, что эти наши верные помощники в будущем заменят многие способы сбора и изъятия нефти.

Одна из важнейших природоохранных задач заключается в том, чтобы всячески поддерживать способность водоемов к самоочищению. К сожалению, с каждым годом это становится все труднее. Загрязнение рек, озер, морей и даже океанов принимает такие размеры, что во многих районах превышает их способность к самоочищению.

Большую опасность для Мирового океана представляет радиоактивное загрязнение, основными источниками которого являются: испытания ядерного оружия; захоронение радиоактивных отходов непосредственно в море; крупномасштабные аварии (ЧАЭС, аварии судов с атомными реакторами). Весьма опасными являются выведенные из эксплуатации атомные подводные лодки с невыгруженными активными зонами и аварийными реакторами. Особую проблему представляют затонувшие в результате аварий атомные подводные лодки «Комсомолец» и «Курск».

В целом загрязнение водных систем является более опасным, чем загрязнение атмосферы, по следующим причинам:

- процессы регенерации, или самоочищения, протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе;

- источники загрязнения водоемов более разнообразны;

- естественные процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

9.4.1. Проблема чистой питьевой воды

Растущее загрязнение поверхностных и подземных пресных вод резко обострило проблему нехватки воды, которая ощущается в настоящее время во многих странах мира. Согласно данным ООН, около 2 млрд человек испытывают недостаток в чистой питьевой воде, 2,6 млрд жителей планеты не имеют доступа к канализации, а более 5 млн, в том числе около 3 млн детей, ежегодно умирают от болезней, так или иначе связанных с водой. По данным ВОЗ, загрязненная или недостаточно очищенная вода является причиной 80% всех заболеваний в мире. В целом, от болезней, связанных с водой, страдает около 30% всего человечества. Почти 50% населения Земли вынуждено жить в плохих условиях в связи с нехваткой чистой воды. Особенно неблагоприятна обстановка в сельских районах, где только треть жителей имеет доступ к безопасным системам водоснабжения и лишь 13% обеспечены канализацией. Если водные артерии планеты будут уничтожаться такими же темпами, то к 2025 году более 3 млрд человек в мире окажутся в ситуации острой нехватки питьевой воды.

Проблемой стала и неравномерность распределения водных ресурсов, как в глобальном масштабе, так и внутри каждой страны. Многие страны видят решение проблемы пресной воды именно в перераспределении своих водных ресурсов (например, Китай, Россия).

В рамках деятельности ООН при анализе проблемы чистой воды учитываются такие показатели, как отношение отбора воды к общему ее наличию в расчете на один год. Страны, использующие менее 10% имеющихся запасов воды, не испытывают сколько-нибудь серьезных затруднений, связанных с эксплуатацией водных ресурсов. Если эта величина превышает 10-20%, начинают ощущаться некоторые ограничения, которые будут нарастать в дальнейшем. Если забор воды устойчиво превышает 20%, это может служить сигналом для изменения практики водопользования и перераспределения ресурсов между конкурирующими за воду потребителями. Обычно такая ситуация сопровождается заметным ухудшением качества воды.

Серьезная нехватка воды, по данным ООН, - это превышение потребностей на 40% от имеющихся запасов. В этом случае вода превращается в фактор, ограничивающий экономическое развитие.

В питьевом водоснабжении населения все большее значение приобретают подземные источники. На них основано водное хозяйство более 25% городов мира, в том числе и многих крупных. В настоящее время более 30% населения Земли (~2 млрд человек) снабжается водой из подземных источников. По имеющимся данным, ежегодно подземные резервуары планеты лишаются 160 км³ пресной воды. Такой объем воды не возмещается в ходе ее круговорота и ведет к постепенному истощению запасов подземных вод (табл. 9.1.).

Постоянно обостряющаяся нехватка воды и ее рациональное использование уже давно вызывают озабоченность, поскольку эти факторы являются ключевыми в стратегии устойчивого развития, здоровья людей и их благосостояния, для промышленности и обеспечения продовольствием.

Уже сейчас в таких регионах, как Африка и Ближний Восток, недостаток пресной воды порождает бедность и отсталость, влечет политическую нестабильность. Нехватка воды служит причиной этнических и межгосударственных конфликтов. В мире 236 рек протекают по территории 2-х и более государств. За последние 50 лет из-за воды «общих» рек произошло 507 конфликтов между странами, из них более 20 были вооруженными.

Высказывается много различного рода предложений о перспективах использования в будущем потенциальных источников пресной воды, в числе которых чаще других фигурируют айсберги и ледники.