Рациональное использование и охрана водных ресурсов.
Под термином «гидросфера» понимают водную оболочку Земли. Она включает в себя совокупность вод мирового океана, подземных вод, ледников и континентальных поверхностных вод. Более широкое смысловое значение гидросферы подразумевает включение в этот перечень атмосферной воды и воды живых организмов. Общий объём гидросферы Земли составляет порядка 1 533 000 000 км³. На 94 % она представлена солеными водами океанов и морей, которые покрывают более 70 % поверхности нашей планеты. Количество вод ледников не превышает 1,86 %, при этом более 75 % всей пресной воды законсервировано в полярных шапках Арктики и Антарктиды. На долю всех подземных вод приходится около 1,68 %, а самый низкий показатель принадлежит поверхностным водам суши – 0,02 %.
Совокупная масса всей гидросферы в 275 раз превышает общую массу атмосферы. Гидросфера является полноценной незамкнутой системой, в которой все воды не только взаимосвязаны и объединены в единую природную систему, но и взаимодействуют с другими сферами планеты, включая биосферу и геосферу.
Актуальность темы обусловлена тем, что гидросфера играет важную роль в биосфере, кроме того, что она является средой обитания многих организмов и необходима для существования всего живого, она регулирует температурный режим планеты. Вода является источником жизни для всего живого на планете, включая людей, животных, растения, а также участвует в разных физических, химических и биологических процессах. Из-за того, что человечество использует воду практически во всех сферах жизнедеятельности, состояние этих природных ресурсов в данный момент значительно ухудшилось.
Экологические проблемы гидросферы.
Все существующие экологические проблемы гидросферы условно делятся на внешние и внутренние. Внешние проблемы обусловлены тем, что гидросфера – это составная часть биосферы и поэтому она находится в неразрывной связи с атмосферой и литосферой. При этом, в результате тесного взаимодействия между собой эти слои влияют друг на друга. Любая экологическая проблема, возникающая в одном слое, вызывает в остальных немедленные реакции. Таким образом, идет процесс своеобразного «обмена» проблемами. Внутренние проблемы гидросферы обусловлены загрязнением главной составляющей ее части – воды.
Загрязнение водных ресурсов – это любые изменения ее физических, химических и биологических свойств, что связано со сбросом в водоемы жидких, твердых и газообразных веществ. Данные вещества причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб экономике, а также здоровью и безопасности населения.
Отмечу существующие виды загрязнения воды: физическое, тепловое, биологическое, химическое, органическое, поверхностное.
К физическому загрязнению относят попадание в воду песка, глины, пыли, радиоактивных примесей, золы и других подобных веществ.
Тепловое загрязнение происходит при использовании воды с целью охлаждения технологического оборудования и последующим сбросом ее в водоемы.
Биологическое загрязнение связано с попаданием по различным причинам в воду микроорганизмов, вирусов, бактерий, грибков, червей и простейших организмов. Содержащиеся в воде соли, кислоты и щелочи, вызывают химическое загрязнение. А попадание в водоемы нефти, ее производных и продуктов их переработки, а также отходов животноводства – органическое.
К поверхностному виду загрязнения относится загрязнение воды пестицидами, гербицидами, ядовитыми, отравляющими и активными веществами моющих средств.
Все вышеперечисленные виды загрязнений в той или иной степени вредны. Хотя, на мой взгляд, наибольший урон может нанести радиоактивное и химическое загрязнения. Нефтепродукты и твердые бытовые отходы, бытовые и промышленные стоки считаются наиболее крупными источниками загрязнения. Кроме них в водоемы попадают выброшенные в атмосферу и выпавшие вместе с осадками различные химические соединения [7, 8].
Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.
К основным источникам загрязнения и засорения водоемов относятся:
• недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых;
• воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта;
• отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д.
-Загрязняющие вещества, попадая в водоемы, приводят к качественным их изменениям. Это проявляется как в изменении физических свойств воды, так и в изменении ее химического состава.
-Сточные воды промышленного производства, а также коммунально-бытовыми стоки обогащают водоемы питательными веществами. Это, в свою очередь, приводит к чрезмерному развитию водорослей, из-за которых гибнут другие водные экосистемы с непроточной водой (озера, пруды). Иногда это способствует заболачиванию местности.
-Пагубное влияние на жизнь населения водоемов оказывают сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. При попадании древесной массы в воду происходит ее окисление с поглощением большого количества кислорода. Это ведет к гибели как икры и мальков, так и взрослых рыб. Из-за волокон и других нерастворимых веществ ухудшаются физико-химические свойства воды. При гниении древесины и коры, в воду выделяются различные дубильные вещества. Также отходы сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности нередко полностью забивает дно, тем самым лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.
-Основными загрязнителями гидросферы в настоящее время являются нефть и нефтепродукты, которые в водоемах создают разные формы загрязнения. Это и плавающая на воде нефтяная пленка, и растворенные в воде нефтепродукты, также и осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. Процессы фотосинтеза в воде затрудняются, так как прекращается доступ солнечных лучей, что приводит гибели растений и животных. Кроме того, изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества. Вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. Так, 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды. Каждая тонна нефти создает нефтяную пленку на площади до 12 км2 Восстановление пораженных экосистем занимает 10–15 лет.
-Радиоактивные отходы атомных электростанций загрязняют водоемы. По пищевой цепи радиоактивные вещества, концентрируясь микроорганизмами, планктоном и рыбой, передаются животным и человеку. Это явление называют биоаккумуляцией. Доказано, что радиоактивность рыб в несколько тысяч раз выше воды, в которой эти рыбы обитают.
Попадание бытовых стоков во внутренние водоемы обусловлено ростом населения, расширением старых и возникновением новых городов. Данные стоки становятся источниками загрязнения озер и рек болезнетворными бактериями и гельминтами. В гораздо большей степени загрязняются внутренние водоемы моющими синтетическими средствами, которые широко используются в быту. Кроме того, синтетические средства используют промышленность и сельское хозяйство. Химические вещества сточных вод, сильно влияют на биологическое и физическое состояние рек и озер. Это снижает насыщение воды кислородом, парализует деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
Серьезное загрязнение водоемов вызывается также пестицидами и минеральными удобрениями, попадающими с дождевой и талой водой с сельскохозяйственных полей. Взаимодействие инсектицидов с нефтепродуктами, которыми загрязнены водоемы ведет к ослаблению окислительных функций водных растений. Попадающие в воду пестициды, аккумулируются в планктоне и рыбе. Затем по пищевой цепочке могут попасть в организм человека, негативно воздействуя его здоровье. В связи с ростом интенсификации животноводческой отрасли, стоки данных предприятий все более дают о себе знать.
Органические загрязнения водоемов сточными водами происходит по причине, содержащихся в них растительных волокон, животных и растительных жиров, фекальной массы, остатков плодов и овощей, отходов предприятий легкой и пищевой промышленности. Вещества органического происхождения составляют 60 % объема сточных вод.
Сюда же входят и биологические (водоросли, бактерии, вирусы и грибы) загрязнения сточных вод коммунально-бытовых, медико-санитарных и кожевенных предприятий.
Серьезная экологическая проблема – использование прямой прокачки пресной воды рек и озер через охладители тепловых электростанций и возврат ее без предварительного охлаждения обратно в водоемы. Так, для охлаждения электростанции с мощностью до 1000 МВт, необходим водоем глубиной 8,7 м и площадью до 810 га.
Из-за электростанций температура воды может повыситься на 5-15°С. В природных условиях, когда температура воды медленно повышается или понижается, рыбы и другие водные организмы могут приспособиться к этим изменениям окружающей среды. В случаях, когда горячие стоки предприятий резко повышают температуру воды, живые организмы водоема не успевают акклиматизироваться и погибают. Изменение температурного режима может вызвать изменения в поведении рыб – несвоевременный нерест, нарушение миграции и т.п. Также это существенно влияет и на изменение структуры растительной составляющей водоемов – водоросли, растущие в холодной воде, заменяются более теплолюбивыми и постепенно полностью вытесняют их. Таким образом, наблюдается картина так называемого «цветения воды» - когда в водоемах возникают благоприятные условия для массового развития сине-зеленых водорослей. Все перечисленные мной последствия, возникающие вследствие теплового загрязнения, несут большой вред как гидросфере, так и пагубно влияют на изменение среды обитания людей.
Ущерб, возникающий в результате теплового загрязнения, разделяют на:
• экономический – это потери, которые происходят при снижении продуктивности водоёмов; это затраты, связанные с ликвидацией последствий загрязнения;
• социальный ущерб возникает при деградации ландшафтов;
• экологический – необратимые процессы разрушения уникальнейших экосистем, исчезновение видов, а также генетический ущерб.
Мировое экономическое хозяйство в год сбрасывает около 1500 куб. км сточных вод с разной степенью очистки. Для естественного очищения и придания им природных свойств, требуется 100-кратное разбавление. Мировой речной сток, который составляет от 37,5 до 45 тыс. км3 в год, является недостаточным для требуемого нормального разбавления сточных вод. В результате деятельности промышленных и сельскохозяйственных предприятий, пресная вода перестает быть возобновляемым ресурсом.
Таким образом, глобальной проблемой гидросферы становится обеспеченность человечества чистой питьевой водой. Для нужд людей необходимо в год до 2200 км3 воды. Согласно подсчетам экологов, для того, чтобы разбавлять сбрасываемые сточные воды требуется около 20 % всех ресурсов пресной воды нашей планеты. Даже при условии улучшения ситуации с очисткой и уменьшением потребления воды, все равно будет необходимо до 35 тысяч км3 пресной воды, что равняется примерно всему речному стоку. Воды не станет меньше. Она станет хуже. Выход из данной ситуации я вижу только один – необходимо перейти на замкнутое водопользование. Но насколько это возможно с технической точки зрения?
Этот вопрос связан не с запасами пресной воды. Ее ресурсы довольно велики, но распределены по поверхности планеты неодинаково. На нашей планете ситуация такая, что в местах с большей потребностью воды, запасы ее незначительны. 20 % городского и 75 % сельского населения ощущают дефицит пресной воды. А объемы ее потребления зависят от очень многих обстоятельств и колеблются в рамках от 3 до 700 литров воды в сутки. Например, такие отрасли производства, как металлургия, химическая и нефтехимическая, пищевая и целлюлозно-бумажная, требуют почти 70 % всей воды, необходимой для всей промышленности. Но это только 20 % мирового потребления. Еще 70 % приходится на сельское хозяйство, где постоянных оросительных мероприятий требуют земли, на которых выращивается половина всего урожая планеты [1, 2].
Экологические проблемы реки Волга
Отдельно хочу рассмотреть ухудшение экологического состояния Волги. Волга является центральной водной артерией России и протекает по её европейской части через Восточно-Европейскую равнину. Это самая большая в мире река, впадающая во внутренний водоём. Площадь дельты, образованной Волгой, составляет 19 000 км2. Из 100 городов страны с наиболее загрязненной атмосферой 65 расположены в бассейне Волги. Объем загрязненных стоков, сбрасываемых в бассейны региона, составляет 38 % от общероссийского сброса.
Экологическая проблема Волги продолжает обостряться. На Волге и ее притоках создано 300 водохранилищ, в ее бассейне были сведены большие лесные массивы. От Волги отведены тысячи километров каналов – так обводнили миллионы гектаров земель. Построенные плотины на Волге перегородили реку во многих местах. Вода в Волге теперь течёт гораздо медленнее. До строительства плотин волжская вода от Рыбинска до Волгограда добегала за 50 суток, а в половодье за 30 суток. Теперь этот путь вода преодолевает за 450–500 суток. Во всей волжской системе водный обмен уменьшился в 12 раз. Из 150 000 волжских притоков исчезло 30 %. Многие притоки высохли при сведении лесов, другие осушены, третьи оказались забитыми мусором, четвертые просто разрыты. Так получилось, что Волга потеряла часть питающих ее притоков.
Система каналов, гидроэлектростанций и хранилищ изменила водный баланс бассейна Волги. Река изменила естественный режим течения. Водохранилища его приостановили, а сами превратились в стоячие озера.
В результате самоочищение Волги снизилось в десятки раз. Изменился тепловой режим. В верховье период стояния льдов увеличился, а в низовье уменьшился. До создания этой системы, течение Волги выносило к устью до 25 млн. т наносов и в два раза больше минеральных веществ. Теперь вместо природного удобрения районов поймы и заливных земель, они перемешиваются с токсичными веществами и миллионами тонн земли, обрушивающимися с берегов, и откладываются на дне.
Наиболее серьёзные экологические проблемы загрязнения воды возникают в связи с:
• наличием большого количества плотин;
• работой крупных промышленных предприятий и комплексов;
• обилием загрязнённых стоков больших городов;
• интенсивной навигацией.
После того как на Волге были созданы многочисленные водохранилища и восемь плотин, волжская вода стала в десятки раз грязнее. В воде накопилось много разных химических веществ, в том числе и токсичных. Донные отложения Волги раньше поступали во время половодий на поля, удобряли их. Теперь до 90% донных отложений оседают в Волге или на дне водохранилищ. В каскаде гидростанций только два гидроузла – Волгоградский и Саратовский имеют устройства для пропуска рыб, но они маломощны. Много рыбы гибнет под плотинами. Из трех тысяч гектаров естественных нерестилищ осетра на Волге сохранилось лишь 400 га ниже Волгоградской плотины. Вместе с колебаниями уровня вод в реке и под землей приходит в движение вся окрестная твердь земли. Следствием этого являются оползни обвалы грунта в Волгу, что еще больше усугубляет экологическое состояние реки. Ежегодно 300 млн. тонн земли обрушивается с берегов в Волгу.
Основной причиной загрязнения реки является сброс неочищенных, а также недостаточно очищенных сточных вод. Причина этого кроется в физическом и технологическом износе и, как следствие, неэффективности очистных сооружений промышленных и муниципальных предприятий.
Загрязнённость волжской воды напрямую сказывается на состоянии её обитателей. Данные различных исследований показали наличие мутаций и врождённых уродств у некоторых популяций рыб.
Серьезная экологическая проблема Волги – это распространение сине-зеленых водорослей летом. Они активно разрастаются вдоль берегов. Эти водоросли покрывают до 20-30% водохранилищ и стали настоящим бедствием для Волги. Отмершие водоросли попадают на дно и увеличивают содержание фосфора и азота, а также создают идеальную среду для собственного самовоспроизведения. В результате происходит вторичное загрязнение.
Судоходство по главной водной магистрали региона также не остается в стороне от ее загрязнения. Оно не ограничивается только разливами нефтепродуктов, сбросом стоков и твердых бытовых отходов. Есть еще один источник загрязнения реки – это затонувшие и брошенные водные транспортные средства. Здесь и нефтеналивные и грузовые и пассажирские суда и суденышки.