Антропогенний вплив на гідросферу

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Антропогенний вплив на гідросферу

Роботу виконав:

Микулин Юрій

ЛЬВІВ, 2009

Забруднення атмосфери, яке має великомасштабний характер, наносить збиток рікам, озерам, водоймам, ґрунтам. Забруднюючі речовини і продукти їх перетворень рано чи пізно з атмосфери потрапляють на поверхню Землі. Це лихо значно підсилюється тим, що й у водойми, і на землю безпосередньо потрапляє потік відходів. Величезні площі сільськогосподарських угідь піддаються дії різних пестицидів і добрив, збільшуються території смітників. Промислові підприємства скидають стічні води прямо в ріки. Стоки з полів також надходять у ріки й озера. Забруднюються і підземні води - і найважливіший резервуар прісних вод. Забруднення прісних вод і земель бумерангом повертається до людини в продуктах харчування і питний воді.

Яка в нас вода? У природному стані вода завжди містить певну кількість домішок. У ній розчинені різні гази і солі, зважені тверді частинки. Відкіля ж береться і чому ніколи не зникає це світове джерело прісної води? Адже майже всі запаси світової води - це солоні води Світового океану і підземних комор.

Прісні водні ресурси існують завдяки вічному кругообігу води. У результаті випаровування утворюється гігантський обсяг води, що досягає 525 тис. м³ у рік, 86% цієї кількості приходиться на солоні води Світового океану і внутрішніх морів, інше випаровується на суші, причому половина завдяки транспірації вологи рослинами. Щороку випаровується шар води товщиною приблизно 1250 мм. Частина її знову випадає з опадами в океан, а частина переноситься вітрами на сушу і постачає ріки й озера, льодовики і підземні води.

Природний дистилятор харчується енергією Сонця і відбирає приблизно 20% цієї енергії.

Всього 2% гідросфери припадає на прісні води, але вони постійно відновлюються. Швидкість поновлення і визначає доступні людству ресурси. Велика частина прісних вод - 85% - зосереджена у льоді полярних зон і льодовиків. Швидкість водообміну тут менша, ніж в океані, і складає 8000 років. Поверхневі води суші поновлюються приблизно в 500 разів швидше, ніж води океанів. Ще швидше, приблизно за 10-12 доби, поновлюються води річок. Найбільше практичне значення для людства мають прісні води рік.

Ріки завжди були джерелом прісної води. Але в сучасну епоху вони стали транспортувати відходи. Відходи на водозбірній території по руслах річок стікають у моря й океани. Велика частина використаної річкової води повертається в ріки і водойми у вигляді стічних вод. До недавнього часу швидкість розвитку очисних споруд відставала від швидкості споживання води.

Проте навіть коли проведено очищення, включаючи біологічне, усі розчинені неорганічні речовини і до 10% органічних забруднюючих речовин залишаються в очищених стічних водах. Така вода знову може стати придатною для споживання тільки після багаторазового розведення чистою природною водою. І тут для людини важливим є співвідношення абсолютної кількості стічних вод, хоча б і очищених, і водного стоку рік.

Світовий водогосподарський баланс показав, що на усі види водокористування витрачається 2200 м³ води в рік. На розведення стоків іде майже 20% ресурсів прісних вод світу. В розрахунках на 2000 р. передбачається, що норми водоспоживання зменшаться, а очищення охопить усі стічні води, отже, щорічно буде потрібно 30 -35 тис. м³ прісної води на розведення стічних вод. Це означає, що ресурси повного світового річкового стоку будуть близькі до вичерпання, а в багатьох районах світу вони уже вичерпані.

Кількість прісної води не зменшується, але її якість різка падає, вона стає непридатною для споживання.

Людству доведеться змінити стратегію водокористування. Необхідність змушує ізолювати антропогенний водний цикл від природного.

Практично це означає перехід на замкнуте водопостачання, на маловодну або маловідхідну, а потім на "суху" або безвідхідну технологію, що супроводжується різким зменшенням обсягів споживання води і очищених стічних вод.

Запаси прісної води потенційно великі. Однак у будь-якому районі світу вони можуть виснажитися через нераціональне водокористування або забруднення. Число таких місць зростає, охоплюючи цілі географічні райони. Потреба у воді не задовольняється в 20% міського і 75% сільського населення світу. Обсяг споживаної води залежать від регіону і рівня життя та складає від 3 до 700 л на добу для однієї людини.

Споживання води промисловістю також залежить від економічного розвитку даного району. Наприклад, у Канаді промисловість споживає 84% усього водозабору, а в Індії - 1%. Найбільш водоємні галузі промисловості - сталеливарна, хімічна, нафтохімічна, целюлозо-паперова і харчова. На них іде майже 70% усієї води, що затрачується в промисловості. У середньому у світі на промисловість іде приблизно 20% усієї споживаної води. Головний же споживач прісної води - сільське господарство: на його нестатки іде 70-80% усієї прісної води. Зрошувальне землеробство займає лише 15-17% площі сільськогосподарських угідь, та дає половину всієї продукції. Майже 70% посівів бавовнику в світі існує завдяки зрошенню.

Сумарний стік річок СНД за рік складає 4720 м³. Але розподілені водні ресурси вкрай нерівномірно. У найбільш обжитих регіонах, де зосереджено до 80% промислових підприємств і знаходиться 90% придатних для сільського господарства земель, частка водних ресурсів складає всього 20%. Багато районів країни недостатньо забезпечені водою. Це південь та південний схід європейської частини СНД.

Стік річок змінюється в залежності від коливань клімату. Вплив людини на природні процеси торкнувся вже і річкового стоку.

У сільському господарстві велика частина води не повертається в ріки, а витрачається на утворення рослинної маси, тому що при фотосинтезі водень з молекул води переходить в органічні сполуки.

Для регулювання стоку річок, не рівномірного протягом року, побудовано 1500 водоймищ (вони регулюють до 9% усього стоку).

Обмежені і навіть убогі в багатьох країнах запаси прісних вод значно скорочуються через забруднення. Звичайно забруднюючі речовини розділяють на кілька класів у залежності від їхньої природи, хімічної будови і походження.

Органічні матеріали надходять з побутових, сільськогосподарських або промислових стоків. Їх розпад відбувається під дією мікроорганізмів і супроводжується споживанням розчиненого у воді кисню. Якщо кисню у воді достатньо і кількість відходів невелика, то аеробні бактерії досить швидко перетворюють їх у порівняно нешкідливі залишки. В іншому випадку діяльність аеробних бактерій пригнічується, вміст кисню різко падає, розвиваються процеси гниття. При вмісті кисню у воді менше 5 мг на 1 літр, а в районах нересту - нижче 7 мг багато видів риб гинуть.

Хвороботворні мікроорганізми і віруси утримуються в погано оброблених або зовсім не оброблених каналізаційних стоках населених пунктів і тваринницьких ферм. Потрапляючи в питну воду, патогенні мікроби і віруси викликають різні епідемії, такі, як спалахи сальмонельозу, гастроентериту, гепатиту й ін. У розвинутих країнах у теперішній час поширення епідемій через суспільне водопостачання відбувається рідко. Можуть бути заражені харчові продукти, наприклад, овочі, що вирощують на полях, які удобрюються шламами після очищення побутових стічних вод (в перекладі Schlamme - буквально „бруд”). Водні безхребетні, наприклад мідії або інші молюски, із заражених водойм часто служили причиною спалахів черевного тифу.

Живильні елементи, головним чином сполуки азоту і фосфору, надходять у водойми з побутовими і сільськогосподарськими стічними водами. Збільшення змісту нітритів і нітратів у поверхневих і підземних водах веде до забруднення питної води і до розвитку деяких захворювань, а збільшення вмісту цих речовин у водоймах викликає їх посилену евтрофікацію (збільшення запасів біогенних і органічних речовин, через що бурхливо розвиваються планктон і водорості, поглинаючи весь кисень у воді).

До неорганічних і органічних речовин також відносяться сполуки важких металів, нафтопродукти, пестициди (отрутохімікати), синтетичні детергенти (миючі засоби), феноли. Вони надходять у водойми з відходами промисловості, побутовими і сільськогосподарськими стічними водами. Багато які з цих речовин у водному середовищі або взагалі не розкладаються, або розкладаються дуже повільно і здатні накопичуватися в харчових ланках.

Збільшення денних опадів відноситься до одного з гідрологічних наслідків урбанізації. Їхня кількість у ріках і водоймах постійно зростає через ерозію ґрунтів у результаті неправильного ведення сільського господарства та винищення лісів. Це явище приводить до порушення екологічної рівноваги в водних системах.

Джерелом теплового забруднення служать підігріті стічні води теплоелектростанцій і промисловості. Підвищення температури природних вод змінює природні умови для водних організмів, знижує кількість розчиненого кисню, змінює швидкість обміну речовин. Багато мешканців річок, озер або водоймищ гинуть, розвиток інших пригнічується.

Ще кілька десятиліть тому забруднені води представляли собою ніби острівці у відносно чистому природному середовищі. Зараз картина змінилася, утворилися суцільні масиви забруднених територій.

Нафтове забруднення Світового океану, безсумнівно, є найбільш розповсюджене явище. Від 2 до 4% водної поверхні Тихого й Атлантичного океанів постійно покрита нафтовою плівкою. У морські води щорічно надходить до 6 млн. т нафтових вуглеводнів. Майже половина цієї кількості пов'язана з транспортуванням і розробкою місцезнаходжень на шельфі. Континентальне нафтове забруднення потрапляє в океан через річковий стік.

Ріки світу щорічно виносять у морські й океанічні води більш 1,8 млн. т нафтопродуктів.

У морі нафтове забруднення має різні форми. Воно може тонкою плівкою покривати поверхню води, а при розливах товщина нафтового покриття спочатку може складати кілька сантиметрів. З плином часу утвориться емульсія нафти у воді або води в нафті. Пізніше утворюються грудочки важкої фракції нафти, нафтові агрегати, що здатні довго плавати на поверхні моря. До грудочок, що плавають (мазут), прикріплюються різні дрібні тварини, якими охоче харчуються риби і вусаті кити. Разом з ними вони заковтують і нафту. Одні риби від цього гинуть, інші наскрізь просочуються нафтою і стають непридатні для споживання через неприємний запах і смак.

Усі компоненти нафти - токсичні для морських організмів. Нафта впливає на структуру співтовариства морських тварин. При нафтовому забрудненні змінюється співвідношення видів і зменшується їхня розмаїтість. Так, рясно розвиваються мікроорганізми, що харчуються нафтовими вуглеводнями. Біомаса таких мікроорганізмів отруйна для багатьох морських мешканців.

Доведено, що дуже небезпечно тривалий хронічний вплив навіть невеликих концентрацій нафти. При цьому поступово падає первинна біологічна продуктивність моря. У нафти є ще одна неприємна побічна властивість: її вуглеводні здатні розчиняти в собі ряд інших забруднюючих речовин, таких, як пестициди, важкі метали, які разом з нафтою концентруються в приповерхньому шарі і ще більш отруюють його. Ароматична фракція нафти містить речовини мутагенної і канцерогенної природи, наприклад бензопірен. Зараз отримані численні докази наявності мутагенних ефектів забрудненого морського середовища. Бензопірен активно циркулює по морських харчових ланцюжках і попадає в їжу людей.

Найбільші кількості нафти зосереджені в тонкому поверхневому шарі морської води, що відіграє особливо важливу роль для різних сторін життя океану. У ньому зосереджені безліч організмів, цей шар відіграє роль "дитячого саду" для багатьох популяцій. Поверхневі нафтові плівки порушують газообмін між атмосферою й океаном. Потерпають зміни процесу розчинення і виділення кисню, вуглекислого газу, теплообміну, змінюється відбивна здатність (альбедо) морської води.

Хлоровані вуглеводні, які широко застосовуються як засоби боротьби зі шкідниками сільського і лісового господарства, з перенощиками інфекційних хвороб, уже багато десятиліть разом зі стоком рік і через атмосферу надходять у Світовий океан.

Вони легко розчинні в жирах і тому накопичуються в органах риб, ссавців, морських птахів. Будучи ксенобіотиками, тобто речовинами цілком штучного походження, вони не мають серед мікроорганізмів своїх "споживачів" і тому майже не розкладаються в природних умовах, а тільки накопичуються у Світовому океані. Разом з тим вони сильнотоксичні, впливають на кровотворну систему, придушують ферментативну активність, сильно впливають на спадковість.

Разом з річковим стоком в океан надходять і важкі метали, багато з яких мають токсичні властивості. Загальна величина річкового стоку складає 46 тис. км води в рік. Разом з ним у Світовий океан надходить до 2 млн. т свинцю, до 20 тис. т кадмію. Найбільш високі рівні забруднення мають прибережні води і внутрішні моря. Чималу роль у забрудненні Світового океану відіграє й атмосфера. Так, наприклад, до 30% усієї ртуті і 50% свинцю, що надходять у океан щорічно, переноситься через атмосферу.

По своїй токсичній дії в морському середовищі особливу небезпеку становить ртуть. Під впливом мікробіологічних процесів токсична неорганічна ртуть перетворюється в набагато більш токсичні органічні форми ртуті. Накопичені завдяки біоакумуляції в рибі або у молюсках сполуки метильованої ртуті становлять пряму загрозу життю і здоров'ю людей. Згадаємо хоча б сумно відому хворобу "мінамато", що одержала назву від японської затоки, де так різко проявилося отруєння місцевих жителів ртуттю. Вона забрала чимало життів і підірвала здоров'я багатьом людям, що вживали в їжу морські продукти з цієї затоки, на дні якої нагромадилося чимало ртуті від відходів прилеглого комбінату.

Ртуть, кадмій, свинець, мідь, цинк, хром, миш'як і інші важкі метали не тільки накопичуються в морських організмах, отруюючи тим самим морські продукти харчування, але і згубним чином впливають на мешканців моря. Коефіцієнти нагромадження токсичних металів, тобто концентрація їх на одиницю ваги в морських організмах стосовно морської води, змінюються в широких межах - від сотень до сотень тисяч, у залежності від природи металів і видів організмів. Ці коефіцієнти показують, як накопичуються шкідливі речовини в рибі, молюсках, ракоподібних, планктонних і інших організмах.

Масштаби забруднення продуктів морів і океанів такі великі, що в багатьох країнах встановлені санітарні норми на зміст у них тих або інших шкідливих речовин. Цікаво відзначити, що при концентрації ртуті у воді, тільки в 10 разів більшої її природного змісту, забруднення молюсків уже перевищує норму, встановлену в деяких країнах. Це показує, що межу забруднення морів, не можна подолати без шкідливих наслідків для життя і здоров'я людей.

Однак наслідки забруднення небезпечні насамперед для всіх живих мешканців морів і океанів. Ці наслідки різноманітні. Первинні критичні порушення у функціонуванні живих організмів під дією забруднюючих речовин виникають на рівні біологічних ефектів: після зміни хімічного складу клітин порушуються процеси дихання, росту і розмноження організмів, можливі мутації і канцерогенез; порушуються рух і орієнтація в морському середовищі. Морфологічні зміни нерідко виявляються у вигляді різноманітних патологій внутрішніх органів: змін розмірів, розвитку вироджених форм. Особливо часто ці явища реєструються при хронічному забрудненні.

Усе це відбивається на стані окремих популяцій, на їх взаємовідношеннях. У такий спосіб виникають екологічні наслідки забруднення. Важливим показником порушення стану екосистеми є зміна числа вищих токсинів - риб. Істотно змінюється фотосинтезуюча дія в цілому. Росте біомаса мікроорганізмів, фітопланктону, зоопланктону. Це характерні ознаки евтрофікації морських водойм, особливо вони значні у внутрішніх морях, морях закритого типу. У Каспійському, Чорному, Балтійському морях за останні 10-20 років біомаса мікроорганізмів виросла майже в 10 разів. У Японському морі великим нещастям стали "червоні припливи", наслідок евтрофікації, при якій бурхливо розвиваються мікроскопічні водорості, а потім щезає кисень у воді, гинуть водні тварини й утворюється величезна маса гниючих залишків, що отруюють не тільки море, але й атмосферу.

Забруднення Світового океану призводить до поступового зниження первинної біологічної продукції. По оцінках вчених, вона скоротилася до дійсного часу на 10%. Відповідно до цього знижується і щорічний приріст інших мешканців моря.

Яким можна чекати найближче майбутнє для Світового океану, для найважливіших морів?

У цілому для Світового океану очікується на найближчі 20-25 років зріст його забруднення в 1,5-3 рази. Відповідно до цього буде погіршуватися й екологічна ситуація. Концентрації багатьох токсичних речовин можуть досягти граничного рівня, потім настане деградація природної екосистеми. Очікується, що первинна біологічна продукція океану може знизитися в ряді великих районів на 20-30% в порівнянні з нинішньою.

Зараз уже ясний шлях, що дозволить людям уникнути екологічної безвиході. Це безвідхідні і мало відхідні технології, перетворення відходів у корисні ресурси. Але будуть потрібні десятиліття для втілення ідеї в життя.

Список літератури

1. В.И. Артамонов "Рослини і чистота природного середовища"

2. Москва "Наука"

3. В.В. Тесль, "На перехрестях ЕКОЛОГІЇ", Київ: "Думка"