Проблемы антропогенного загрязнения гидросферы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химико-биологический факультет

Кафедра общей биологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Экология и рациональное природопользование»

Проблемы антропогенного загрязнения гидросферы

ГОУ ОГУ 020201.65.5 0 08 06 ОО

Руководитель работы

Алёхина Г.П.

Исполнитель

Студент гр. 07-БИО

Гринев В.В.

Оренбург 2008

Содержание

Введение

1. Общая характеристика гидросферы

1.1 Обитатели гидросферы

1.2 Полезные ископаемые гидросферы

2. Загрязнение гидросферы

2.1 Физическое загрязнение

2.2 Химическое загрязнение

2.3 Загрязнение гидросферы нефтью и нефтепродуктами

2.3.1 Транспортировка нефти

2.3.2 Аварии при транспортировке и добыча нефти

2.3.3 Вынос рек, промышленные и бытовые стоки

2.3.4 Отравление с летальным исходом

2.3.5 Нарушение физиологической активности

2.3.6 Обволакивание живого организма нефтепродуктами

2.3.7 Изменения, вызванные внедрением углеводов в организм

2.3.8 Изменения в биологических особенностях среды обитания

2.4 Биологическое загрязнение

2.5 Тепловое загрязнение

2.6 Сброс в море отходов с целью захоронения (дампинг)

Заключение

Приложение А

Приложение Б

Список использованной литературы

Введение

Гидросфера (греч. Hydro - вода, Sphere - шар) - совокупность всех водных запасов Земли. В общем виде гидросферу принято делить на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 94% объема гидросферы составляют моря и океаны поверхность которых составляет 361 млн. кв. км., около 2% - подземные воды, около 2% - снега и льды, около 0,02% - поверхностные воды суши. Часть воды находится в твердом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте. Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее, играют важную роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения.

Вода покрывает 2/3 поверхности Земли. Вода - второе по важности вещество на Земле, после кислорода. Без воды, человек может прожить всего три дня. Во взрослом человеке примерно содержится 78% жидкости, в водорослях - 97%, в насекомых - 46-92% воды. Вода необходима для развития растений, воспроизводящих кислород для животных, которые этот кислород потребляют. Одна из убедительнейших теорий о происхождении жизни на Земле гласит, что “жизнь вышла из воды” т.е. простейшие организмы, образовавшиеся именно в воде, в процессе эволюции стали более организованными существами. Эта теория вызывает доверие у учёных разных стран, хотя некоторые придерживаются других мнений.

Вода - основа жизни на Земле. Ранняя стадия эмбриона человека имеет жабры, что и доказывает то, что человек раньше был связан с водой и что он имеет общего предка со многими морскими животными. Это также подтверждает необычайная схожесть эмбрионов разных животных, в том числе и человека. Науке ещё не известно такое живое существо, которое могло бы обходиться без воды. Мировой океан, как колоссальное скопление воды, способствует жизни на Земле.[1]

1. Общая характеристика гидросферы

Гидросфера, или водная оболочка Земли, - это моря и океаны, ледяные шапки приполярных районов, реки, озера и подземные воды. Гидросфера занимает около 71% площади и 1/800 часть объема земного шара. Запасы воды на Земле огромные - 1,46·109 км, то есть 0,025% всей массы Земли.

Но абсолютное большинство этой массы - соленая вода, непригодная для питья и технологического использования. Пресная вода на планете составляет только 2% от ее общего количества, причем 85% ее сосредоточено в ледниковых щитах Гренландии и Антарктиды, айсбергах и горных ледниках. Только около 1% пресной воды - реки, пресноводные озера и некоторая часть подземных вод, именно эти источники используются человечеством для своих нужд.

Вода выполняет очень важные экологические функции:

1) это главная составная часть всех живых организмов (тело человека, например, на 78% состоит из воды, а некоторые организмы, такие, как медуза или огурец, содержат в себе от 98 до 99% воды);

2) основной механизм осуществления взаимосвязей всех процессов в экосистемах (обмен веществ, тепла, рост биомассы);

3) главный агент-переносчик глобальных биоэнергетических экологических циклов;

4) воды Мирового океана служат основным климатообразующим фактором, основным аккумулятором солнечной энергии и “кухней” погоды для всей планеты;

5) один из важнейших видов материального сырья, главный природный ресурс потребления человечества (человечество использует ее в тысячу раз больше, чем нефть или уголь).[2]

Огромную роль играет гидросфера в формировании поверхности Земли, ее ландшафтов, в развитии экзогенных процессов (выветривание горных пород, эрозия карста и т.п.), в переносе химических веществ, загрязнителей окружающей среды.

Для многих организмов вода является средой их жизни. Химический состав морской воды очень похожий на состав человеческой крови - содержит те же химические элементы и приблизительно в тех же пропорциях. Это одно из тех доказательств того, что предки людей, как и других млекопитающих, когда-то жили в море.

Соленость океанических вод составляет 35‰ (т.е. в 1 л океанической воды содержится 35 г солей). Самая соленая вода в Мертвом море - 260‰ (человек свободно лежит на поверхности этой воды, не погружаясь в нее), в Черном море - 18‰, Азовском - 12‰.

Химический состав подземных вод очень разнообразный. За исключением минерализации они изменяются от пресных, и используются для питья и водоснабжения, к минерализованным и даже к рассолу относятся воды с соленостью 600‰; некоторые минерализованные подземные воды имеют лечебные свойства.

Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 - 47 тыс. куб. км. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. куб. км.

В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. куб. км. воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. куб. км. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25 - 30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (в Мехико и Бангкоке) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (в Маниле).

Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 куб. м воды в год (1780 л в сутки). Однако для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 л в день, т.е. около 1 куб. м в год. Большое количество воды требуется сельскому хозяйству (69%) главным образом для орошения; 23% воды потребляет промышленность; 6% расходуется в быту.

С учетом потребностей воды для промышленности и сельского хозяйства расход воды в Российской Федерации составляет приблизительно 125 - 350 л в сутки на человека (в Санкт-Петербурге - 450 л, в Москве - 400 л).В развитых странах на каждого жителя приходится 200-300 л воды в сутки, в городах 400-500 л, в Нью-Йорке - более 1000 л, в Париже - 500 л, в Лондоне - 300 л. В то же время 60% суши не имеет достаточного количества пресной воды. Четверть человечества (примерно 1,5 млн. человек) ощущает ее недостаток, а еще 500 млн. страдают от недостатка и плохого качества питьевой воды, что приводит к кишечным заболеваниям. [3]Человеком используются не только пресные, но и соленые воды в частности и для рыболовства.

В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные газы и соли, взвешены твердые частички. Даже пресной мы называем воду с содержанием растворенных солей до 1 г на литр.

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. куб. км в год. 86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского, Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод - 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10-12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.

Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение количества сточных вод, и водного стока рек. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. показали, что нормы водопотребления уменьшатся, ежегодно требуется 30 - 35 тыс. км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км очищенной сточной воды "портит" 10 км речной воды, а не очищенной - в 3 - 5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления. [4]

1.1 Обитатели гидросферы

Мировой океан является местом обитания огромного количества растений, рыб и морских животных, в том числе млекопитающих. В водной среде обитает примерно 150 тысяч видов животных, или около 7% от общего их количества и 10 тысяч видов растений это примерно 8% от общего числа видов. По самым скромным подсчетам, вес всех живых организмов в Мировом океане достигает 60 - 70 миллиардов тонн.

Все обитатели гидросферы подразделяются на две группы: нектон и планктон. Третью экологическую группу - бентос образуют обитатели дна.

Нектон (nektos - плавающий) - это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. Нектон представлен главным образом крупными животными, которые способны преодолевать большие расстояния и сильные течения воды. Они имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. К типичным нектонным организмам относятся рыбы, кальмары, киты, ластоногие. К нектону в пресных водах кроме рыбы относятся земноводные и активно перемещающиеся водные насекомые. Многие морские рыбы могут передвигаться в толще воды с огромной скоростью: до 45 - 50 км/час - кальмары,100 - 150 км/час - парусники и 130км/час - меч-рыба.

Планктон (planktos - блуждающий, парящий) - это совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым активным передвижениям. Как правило, это мелкие животные - зоопланктон, и растения - фитопланктон, которые не могут противостоять течениям. В состав планктона включают и «парящие» в толще воды личинки многих животных.

Бентос (benthos - глубина) - это совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Он подразделяется на зообентос и фитобентос. Большей частью представлен прикрепленными или медленно передвигающимися или роющими в грунте животными. На мелководье он состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество (продуценты), потребляющих (консументы) и разрушающих его (редуценты). На глубинах, где нет света, фитобентос (продуценты) отсутствуют. В морском зообентосе доминируют фораминифоры, губки, кишечно-полостные, черви, плеченогие, моллюски, асцидии, рыбы и др. Более многочисленны бентосные формы на мелководьях. Их общая биомасса здесь может достигать десятков килограммов на 1 кв. м.

В верхних слоях океана (глубина до 500 метров) обитает более 100 тысяч видов. При этом в одном литре воды верхнего десятиметрового слоя обитает одноклеточных микроскопических организмов более, чем 500 тысяч экземпляров, а на глубине 200 метров - примерно около 200 организмов. Жизнь существует даже в самой глубокой впадине Марианском желобе глубиной 11022 метров.

Рассмотрим истребление водных животных человеком на примере китов. За последние 100 лет в Мировом океане добыто более 2,1 миллиона китов. Для регулирования и ограничения китобойного промысла в 1964 году была создана Международная китобойная комиссия, включавшая представителей 20 стран. По принятым правилам международного соглашения запрещена охота на некоторые виды китов. В 1972 году английский исследователь Н.А. Макинтош подсчитал, что в Антарктике численность нарвалов уменьшились в 5 раз, синих в 25, а горбатых в 30 раз. Все это свидетельствует о том, что действительной мерой спасения китов был бы общий запрет китобойного промысла. Ученые посчитали, что для восстановления антарктических стад синих китов до 150 тысяч голов потребуется минимум 50 лет, а для роста стада горбатых китов до 27 тысяч голов и минимум 60 лет. [5]

1.2 Полезные ископаемые гидросферы

Океаны обладают огромными запасами полезных ископаемых. Сама морская вода содержит почти все химические элементы, но многие из них - в столь низких концентрациях, что стоимость их извлечения гораздо выше стоимости добычи тех же элементов на суше.

Из морской воды в промышленных масштабах извлекают лишь немногие вещества, а именно: обычную поваренную соль, магний и бром.

Соль получали из моря с глубокой древности. В настоящее время около 33% мировой добычи соли приходится на долю морской воды.

Магний - незаменимая составляющая легких сплавов, применяется в самолето- и ракетостроении. В 1939 году англичанами был разработан технологический процесс отделения магния в форме гидроксида после смешивания с морской водой извести. В настоящее время магний, получаемый из морской воды, составляет более 60% его ежегодной мировой продукции.

Бром - элемент, необходимый для фотографии, фармацевтической промышленности и производства высокооктанового бензина, - тоже в значительной степени добывается из воды. Помимо ресурсов, заключенных в самой воде, существенное количество минералов дает эксплуатация океанского дна и большую часть их добывают вблизи береговой линии или мелководных зонах континентального шельфа. Песок, гравий и известняк, используемые в строительстве получают с пляжей или из прибрежных вод. Важное значение также приобретает добыча материалов с морского дна на мелководье. Вокруг Японии отсасывают по трубам подводные железосодержащие пески, Япония около 20% угля добывает из подводных шахт. Над залежами угля сооружают искусственный остров и бурят ствол, вскрывающий угольные пласты. Начиная с 1962 года ведутся разработки алмазного гравия вблизи берегов Намибии. Со дна Мексиканского залива с помощью перегретой воды вытапливается сера. Серное месторождение было открыто там при поисках нефти. Нефть и газ являются самыми важными видами минерального сырья, добываемого на морском дне, и несмотря на трудности, уже сейчас около 20% мировой добычи нефти приходятся на морские разработки и по мере истощения нефтяных месторождений на суше, эта доля будет возрастать. Нефть, кроме того, служит сырьем для нефтехимической промышленности, производящей пластмассы, синтетические волокна и множество других органических соединений, в том числе лекарств, пестицидов и детергентов. В настоящее время эффективно ведутся подводные разработки на весьма значительных глубинах. [6]

Широко применяются способы добычи угля, нефти и газа с морского дна, где толщина твердого покрова до залежей тоньше, чем на поверхности земли, и это дает возможность человеку более дешевыми средствами получить полезные ископаемые.

Современный уровень цивилизации и технологий был бы немыслим без той дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть и газ, добываемые со дна морей и океанов. В то же время на Каспийском море, на побережье Арабских Эмиратов и во многих других местах практически уничтожены природный ландшафт, изуродована береговая линия, загрязнена атмосфера и истреблены флора и фауна.

Решить проблему энергетического кризиса на морских и океанических побережьях помогают электростанции, работающие на энергии приливов и отливов. Также с помощью прибоев работают мельницы. [7]

2. Загрязнение гидросферы

В результате деятельности людей гидросфера Земли изменяется. Среди этих изменений различают количественные (изменение количества воды, пригодной для использования) и качественные (загрязнение воды в следствие антропогенного влияния).

Загрязнение атмосферы, принявшее крупномасштабный характер, нанесло ущерб рекам, озерам, водохранилищам, почвам. Загрязняющие вещества и продукты их превращений рано или поздно из атмосферы попадают на поверхность Земли. Эта и без того большая беда значительно усугубляется тем, что и в водоемы, и на землю непосредственно идет поток отходов. Огромные площади сельскохозяйственных угодий подвергаются действию различных пестицидов и удобрений, растут территории свалок. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды прямо в реки. Стоки с полей также поступают в реки и озера. Загрязняются и подземные воды - важнейший резервуар пресных вод. Загрязнение пресных вод и земель бумерангом вновь возвращается к человеку в продуктах питания и питьевой воде. Загрязнения условно делятся на физическое, химическое, биологическое, тепловое и сброс отходов в воду с целью захоронения или дампинг (можно отнести к физическому загрязнению, но данный вопрос актуален в настоящее время поэтому его можно выделить в отдельный вид загрязнения гидросферы).

2.1 Физическое загрязнение

Физическое загрязнение возникает вследствие увеличения в воде нерастворенных примесей - песка, глины, или за счет смыва дождевыми водами из распаханных участков (полей), поступление суспензий из действующих предприятий горнорудной промышленности, пыли, которая переносится ветром в сухую погоду и т.п. Твердые частички снижают прозрачность воды, удручая развитие растений, забивают жабры рыб и других водных животных, ухудшают вкусовые качества воды, и делают ее вообще непригодной для употребления.

2.2 Химическое загрязнение

Химическое загрязнение воды происходит за счет поступления в водоем со сточными водами разных вредных примесей неорганических (кислоты, щелочи, минеральные соли) и органических (нефть и нефтепродукты, моющие средства, пестициды и т.п.). Вредное действие токсичных веществ, которые попадают в водоем, усиливается за счет так называемого кумулятивного эффекта, который заключается в прогрессирующем увеличении содержимого вредных соединений в каждом последовательном звене пищевой цепочки. Так, в фитопланктоне содержимое вредных соединений оказывается в десять раз выше, чем в воде, в зоопланктоне (личинки, мелкие рачки и т.п.) - еще в десять, в рыбе, которая питается зоопланктоном, - еще в десять. А в организме хищных рыб (таких, как щука или судак) концентрация яда увеличивается еще в десять и, итак, будет в десять тысяч раз выше, чем в воде! Недавно, например, было сообщение в процессе, которого содержание ртути в балтийской треске кое-где равняется 800 мг на 1 кг массы рыбы. Это означает, что, съев 5-8 таких рыбин, человек получает столько ртути, сколько ее содержится в медицинском термометре.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс. т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 121тыс. т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. т. в год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Минамата. Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу.

2.3 Загрязнение гидросферы нефтью и нефтепродуктами

Большой вред водоемам наносит нефть и нефтепродукты, которые образовывают на поверхности пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой и снижает содержимое кислорода в воде; 1 т. нефти способна расплыться пленкой на 12 кв. км. поверхности воды. Оседая на дно, сгустки мазута убивают донных микроорганизмы, которые принимают участие в самоочищении воды. Гниение донных осадков, загрязненных органическими соединениями, продуцирует в воду отравляющие соединения, в частности, сероводород, который загрязняет всю воду в реке или озере.

Основными загрязнителями воды есть химические, нефтеперерабатывающие и целюлозобумажные заводы, большие животноводческие комплексы, горнорудная промышленность. В последнее время особое место среди загрязнителей воды занимают синтетические моющие средства. Эти вещества чрезвычайно стойкие, сохраняются в воде годами. Большинство из них содержит фосфор, который оказывает содействие бушующему размножению в воде сине-зеленых водорослей и “цветением” водоемов, которое сопровождается резким снижением и воде содержимого кислорода, гибелью рыбы и других организмов.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-х годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. В период за 1962 - 1979 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т. нефти. За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и из них 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2 млн. т. в год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину: нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 10 - 11% (280 нм), 60 - 70% (400нм). Пленка толщиной 30 - 40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение.

Таблица 1 Зависимость цвета нефтяной пленки от количества нефти

Внешний вид	Толщина, мкм	Количество нефти, л. на кв. км.
Едва заметна	0.038	44
Серебристый отблеск	0.76	88
Следы окраски	0.152	176
Ярко окрашенные разводы	0.303	352
Тускло окрашенные	1.016	1170
Темно окрашенные	2.032	2310

Сырая нефть является смесью химических веществ, содержащей сотни компонентов. Установлено, что нефть образовалась в результате длительного теплового, бактериологического и химического воздействия на органические остатки растительных и животных организмов. Разумно ожидать, что нефть будет обладать, по крайней мере, частично, сложной химической природой тех материалов, из которых она образовалась.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Основными источниками загрязнения нефтью являются: регламентные работы при обычных транспортных перевозках нефти, аварии при транспортировке и добычи нефти, промышленные и бытовые стоки.

Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей.

В воде нефтепродукты могут подвергаться одному из следующих процессов: ассимиляции морскими организмами, повторной седиментации, эмульгированию, образованию нефтяных агрегатов, окислению, растворению и испарению.Компоненты отходов часто точно не известны, так что предсказание последствий сброса - как биохимических, так и биологических - и потенциальной опасности для экологической системы является невозможным.

2.3.1 транспортные перевозки

В настоящее время по морю ежегодно транспортируется более 1 млрд. тонн нефти. Часть этой нефти примерно от 0,1 до 0,5% выбрасывается в океан.После разгрузки пустые отсеки танкера заполняют морской водой, которая служит стабилизирующим балластом на обратном пути. Морская вода образует эмульсию с нефтепродуктами, оставшимися в отсеках. Содержащий нефтепродукты балласт сливается в море на небольшом расстоянии от порта назначения.

Эта вода, загрязненная нефтью впоследствии сливается в открытое море, но часто загрязненная вода сливается недалеко от побережья. Так, например, в 1970 г. в Средиземное море было сброшено около 300000 тонн груза нефтеналивных судов, в район на юго-западе от Кипра. Около половины 51% потерь нефти при транспортировке приходится на загрузку балласта и очистку отсеков (Приложение А).

2.3.2 Аварии при транспортировке и добычи нефти

Попадание нефти в море в результате несчастных случаев при столкновениях танкеров или посадке на мель, происходит не столь часто.

Примером первой крупнейшей аварии нефтеналивного судна может служить катастрофа в 1967 году танкера «Торри-Каньон», в танках которого содержалось 117 тысяч тонн сырой нефти. Недалеко от мыса Корнуолл (Англия) танкер налетел на риф, и в результате пробоин и повреждений в море вылилось около 100 тысяч т. нефти. С тех пор разливы нефти при авариях судов и морских буровых установках происходят довольно часто. В целом за 1962-1979 г.г. в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т. нефти, причем с 1962 по 1971 г. 66 тысяч тонн ежегодно, с 1971 по 1976 г. - по 116 тысяч тонн, а с 1976 по 1979 г. - по 177 тысяч тонн. [8]. Аварии на нефтяных разработках в открытом море могут привести к серьезному загрязнению океана. В момент бурения, введения труб, при установке вершины вышки, а также и во время эксплуатации скважин существует определенный риск загрязнения. Впервые подобная авария произошла в 1968 г. на калифорнийском шельфе, при бурении подводной скважины у пролива Санта-Барбара. Трещина в головке скважины привела к тому, что в море попало в общей сложности несколько десятков миллионов т. нефти.

2.3.3 Вынос рек, промышленные и бытовые стоки

Поскольку бензин проникает в почву в семь раз быстрее, чем вода, и придает неприятный вкус питьевой воде даже при таких низких концентрациях, как 0,00001-1, подобное загрязнение способно сделать неприемлемой для питья довольно значительное количество подземных вод. Кроме того, следует отметить, что воды всех рек в промышленно развитых странах содержат углеводороды. Так, Рейн в своем нижнем течении переносит около 12000 т нефтепродуктов в день.

Как правило, половина нефти, загрязняющей природные водоемы, - это отработанное масло автомобильных и промышленных двигателей, попадающее в водоемы с промышленными сточными водами и дождевыми потоками.

Огромное количество нефти выносят в океан реки из нефтедобывающих районов и промышленных центров. Особенно сильно загрязнены устья рек. Например, на дне Обской губы (Обь протекает через главные месторождения Западной Сибири) осевшая нефть составляет местами 10% донных осадков (ила и песка). Примерно 40 % попавшей в водоем нефти оседает на дно в виде донных отложений, причем осевшие на дно нефтепродукты окисляются в 10 раз медленнее, чем находящиеся на поверхности воды.

Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5 категорий: непосредственное отравление с летальным исходом, серьезные нарушения физиологической активности, эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами, болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм, а также изменения в биологических особенностях среды обитания.

2.3.4 Отравление с летальным исходом

Летальное отравление возможно в результате прямого воздействия углеводородов на некоторые важные процессы в клетках и, особенно на процессы обмена между клетками.

Растворимые в воде ароматические углеводороды представляют наибольшую опасность для морской среды. Воздействие парафиновых углеводородов может вызвать наркотическое действие, но необходимая для этого концентрация крайне высока и отсутствует в нефтяных пятнах. Смерть взрослых морских организмов может наступить после контакта в течение нескольких часов с растворимыми ароматическими углеводородами. Икринки и мальки в 10 - 100 раз чувствительнее к действию углеводородов, чем взрослые организмы. Смертельные концентрации ароматических углеводородов возможны в нефтяных пятнах, не подвергшихся атмосферному воздействию (Приложение Б).

Гибель морских организмов ассоциируется с определенным нефтяным загрязнением. Токсичные эффекты обычно локализованы, и смертность наибольшая там, где загрязнение ограничено прибрежными районами с большим содержанием живых организмов. Большинство нефтяных загрязнений находится вдали от берегов, в районах с большими глубинами, поэтому токсичные нефтяные фракции частично испаряются либо разбавляются водой до безопасной концентрации еще до того, как нефтяное пятно достигнет прибрежных районов. Компоненты, являющиеся причиной смертельных исходов при больших концентрациях, могут создавать серьезные проблемы и при меньших концентрациях. Эти проблемы заключаются в том, что нефтяные углеводороды взаимодействуют с морскими организмами, чувствительными к химическим веществам, влияя на их выживаемость.После аварии танкера «Торри-Каньон» исследования, показали, что весь планктон серьезно пострадал от контактов с углеводородами. Пострадал также и зоопланктон, находящийся в зараженной зоне. По имеющимся данным, погибло около 90 % пелагических икры европейской сардины, а количество мальков резко сократилось.

2.3.5 Нарушение физиологической активности

Химический способ передачи информации играет важную роль в поведении отдельных морских организмов. Морские хищники, например, находят свою добычу с помощью органических химических веществ, содержащихся в морской воде. Подобная химическая природа процессов привлечения и отталкивания играет важную роль при защите от хищников, локализации места обитания и для привлечения особей противоположного пола. Некоторые компоненты нефти (главным образом растворимые ароматические углеводороды) влияют на химические коммуникационные процессы, блокируя рецепторы организма или подавляя естественные стимулы.

2.3.6 Обволакивание живого организма нефтепродуктами

Эффекты покрытия и удушения являются основными вредными последствиями при загрязнении нефтепродуктами. В последние годы частой темой для обсуждения были пляжи, покрытые нефтью и смолистыми отложениями, гибель находящихся в зоне прилива низкорастущих растений, планктона, птицы. Морские птицы стали первыми жертвами загрязнения вод нефтью. Чистиковые, утиные, чайки, трубконосые, опускаясь на нефтяные пятна, сильно пачкали свое оперение. Углеводороды обволакивали перья птиц, нарушая их гидрофобность и сводя на нет защитную функцию оперения, поэтому, покрытые мазутом, птицы переохлаждались и гибли от гипотермии. Кроме того, птицы интоксицировались нефтью, поглощаемой ими во время ныряния или при попытках очистить перья. В результате этой интоксикации произошло серьезное нарушение эндокринной системы.Заповедник на островах Ле-Сет-Иль, где в течение 60 лет напряженного труда удалось воссоздать процветающие колонии птиц, был полностью заражен нефтью. Количество тупиков, населявших заповедник, после катастрофы уменьшилось с 4000 до 600 особей, а численность гагарок и тонкоклювых или длинноклювых кайр - с 700 до 100 особей. Северная олуша значительно легче перенесла катастрофу.

В настоящее время Ла-Манш, Северное и Средиземное моря, все в большей степени загрязняемые нефтью, постепенно становятся непригодными для обитания морских птиц. Так, было подсчитано, что ежегодно от 20000 до 50000 особей, представителей 50 видов (из которых 14 утиные), населяющих побережье Нидерландов, становятся жертвами нефтяного загрязнения. В Великобритании погибает до 250000 птиц в год. Это касается и популяций, населяющих окрестности Новой Земли, где колонии тупиков, насчитывавших сотни тысяч особей, за несколько лет сильно поредели. В результате ряда аварий танкеров был нанесен невосполнимый урон различным колониям морских птиц. Еще одна авария танкера на реке Эльбе повлекла за собой гибель от 250000 до 500000 особей тарпана. Некоторые ученые считают, что из-за загрязнения океана нефтью в Северной Атлантике ежегодно погибает до 400000 птиц. Так, сильно поредели колонии тупиков на островах Силли в Корнуолле. Если в 1907 г там насчитывалось до 100000 птиц, то к 1967 г. - только 100 особей.Загрязнение океана углеводородами является основной причиной массовой гибели морских птиц. [9]

2.3.7 Изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм

Поражение в результате накопления углеводородов в тканях характерно для многих, если не для всех морских организмов. Можно ожидать, что любой организм, живущий в водной среде, должен находиться с ней в химическом равновесии. Нефтепродукты могут внедряться в различные ткани. Такое внедрение химических веществ, содержащих ароматические углеводороды, изменяет вкус съедобных организмов, кроме того, это опасно, так как подобные вещества являются канцерогенными.

Если воздействие загрязнений невелико и концентрация их мала, то они могут полностью выводиться из организма. Однако при продолжительном пребывании в этих условиях возможно постоянное загрязнение организма. Например, у ракообразных и рыб выведение большинства углеводородов происходит в течение двух недель. Однако обмен веществ у низших организмов происходит гораздо медленнее и механизм его еще недостаточно понятен.

Прожорливые морские рыбы нередко проглатывают мелкие комочки нефти. Таким образом, рыбы накапливают значительные количества токсичных веществ, которые, продвигаясь по пищевым цепям, могут дойти до человека.

Эффект долгосрочных воздействий непосредственно не обнаруживается и обычно носит кумулятивный характер. Эти эффекты могут быть вызваны периодическим введением веществ с большим временем «жизни» или непрерывным введением устойчивых либо неустойчивых веществ; они зависят от реакционной способности этих веществ. Протекающие при этом химические и биохимические процессы как физически, так и биологически влияют на окружающую среду.Очень часто опасные концентрации соответствуют максимально допустимым уровням, не допускающим никаких отклонений в наборе веществ. Например, сточные воды поставляют в систему питательные вещества, но не все организмы могут извлечь из этого пользу. В связи с этим некоторые организмы получают преимущество перед остальными и экологическое равновесие в той или иной степени нарушается.

В пределах одного вида, при переходе от молодого организма к взрослой особи, требования к питательным веществам изменяются, что отражается и в разной реакции на отклонения от нормы. Так, взрослые организмы могут перенести определенный уровень загрязнения, который в то же время уничтожает молодые организмы. Поэтому наличие взрослой рыбы в определенной водной системе не означает, что вода подходит для жизни водных организмов.

Как нефть, так и нефтяные смолы (гудрон) содержат некоторые канцерогенные вещества. Результаты нескольких исследований, проведенных на моллюсках в загрязненных водах, свидетельствуют о том, что у этих животных обнаруживаются аномально большое число новообразований, сходных с раковыми опухолями человека. Нефть, концентрирующаяся в моллюсках, в частности двустворчатых, может быть отнесена к числу причин, вызывающих эти новообразования. Для точного определения уровня каких-либо загрязнений следует помнить, что каждое соединение и вид организма выполняют определенные функции в экологической структуре. К ним относятся биологическое поглощение, конкуренция химических и биохимических реакций, которая определяется скоростями и механизмами реакций, и конкуренция за такие биологически важные вещества, как кислород. При всем разнообразии основной упор нужно делать на химическую реакцию, независимо от того, возникает ли при этом потребность в кислороде просто для окисления или для протекания реакции образования комплексов различной степени устойчивости и биологической активности.

2.3.8 Изменения в биологических особенностях среды обитания

Загрязнение нефтепродуктами влияет и на среду обитания и может привести к невозможности выживания в субстрате. Субстрат является средой, от которой растение или организм получает поддержку. Присутствие углеводородов может химически изолировать субстрат от всех видов . Виды, нуждающиеся в субстрате только как в пассивной поддержке просто опираются на субстрат - испытывают малое влияние; виды, живущие в субстрате, другими словами активно зависящие от него, более уязвимы.[Таблица 4]

Таблица 4 Содержание углеводородов в различных типах донных отложений

Тип донных отложений	Среднее содержание углеводородов, мг/г сухого грунта	Предел колебаний углеводородов, мг/г сухого грунта
Ил глинистый	6,6	1,0-17,1
Ил суглинистый	1,5	0,5-2,0
Ил супесчаный	0,9	0,3-2,2
Песок крупный	0,2	0,1-0,2
Песок средний	0,7	0,1-0,7
Песок мелкий	2,2	-
Песок пылеватый	6,4	3,8-8,9

Вблизи Саутгемптона (Англия) сливаются отходы нефтеперегонного завода - 5800 литров воды каждый день. Систематическое загрязнение нефтью привело к гибели всей растительности на площади 36 га вокруг завода. После гибели растительности пески начали сдуваться ветрами и смываться дождями, так что эффективная глубина загрязнения почвы нефтью резко возросла. Птицы и другие водные существа, которые раньше находили здесь пропитание вынуждены были покинуть эти места. Таким образом, даже очень малые уровни загрязняющей нефти при длительном действии могут привести к серьезным последствиям для сообщества водных организмов.

В районах, где нефть часто попадает в воду, например на морском нефтяном месторождении в Мексиканском заливе, заметными становятся и изменения видового состава морского сообщества. Организмы, селящиеся на донных осадках в заливе Тимбальер (Мексиканский залив), принадлежат в основном к двум видам, известным тем, что они обитают преимущественно в загрязненных районах.

В Северном море, напротив, промышленное бурение с целью добычи нефти и газа началось в 1973 году, и с тех пор там велись биологические исследования. Последние выявили постепенное увеличение содержания нефти в донных осадках в окрестностях буровых скважин. Кроме того, заметно снизилось число видов водных организмов, а также общая численность организмов. С течением времени площадь областей, в которых были отмечены эти явления, постоянно возрастает. [10]

Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тектонически активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

2.4 Биологическое загрязнение

Биологическое загрязнение водоемов состоит в поступлении в них со сточными водами разных микроорганизмов (бактерий, вирусов), спор грибков, яиц червей и т.д., много из которых являются болезнетворными для людей, животных и растений. Среди биологических загрязнителей первое место занимают коммунально-бытовые стоки (особенно, если они очищены недостаточно), а также стоки предприятий сахарных заводов, мясокомбинатов, заводов, которые обрабатывают кожу, деревообрабатывающих комбинатов. Особого вреда биологическое загрязнение водоемов наносит в местах массового отдыха людей (курортные зоны побережья морей). Через плохое состояние канализационных и очистительных сооружений в последнее время в Одессе, Мариуполе и других городах побережья Черного и Азовского морей неоднократно закрывались пляжи, поскольку в морской воде были выявлены возбудители таких опасных болезней, как холера, дизентерия и гепатит.

2.5 Тепловое загрязнение

Тепловое загрязнение воды обуславливает спуском у водоема подогретых вод от ТЭС, АЭС и других энергетических установок. Теплая вода изменяет термический и биологический режимы водоемов и вредно влияет на их жителей. Как показали исследование гидробиологов, вода, нагретая до 26-30°С, действует угнетающе на рыб и других жителей водоемов, а если температура воды поднимается до 36°С, вся рыба гибнет. Наибольшее количество теплой воды выбрасывают в водоемы из атомных электростанций.

Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей. На основании обобщения материала можно сделать вывод , что эффекты антропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.

2.6 Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг)

Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40% 0органических веществ; 0,56% азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0, 085% свинца; 0,001% ртути; 0, 001% кадмия. Во время сброса прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ чисто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не едко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.

Заключение

Несколько тысячелетий назад люди боялись и боготворили воду, приносили жертвоприношения и молились ее богам. Но за последние века все кардинально изменилось.

Человечество практически полностью зависит от поверхностных вод суши - рек и озер. Эта ничтожная часть водных ресурсов подвергается наиболее интенсивному воздействию. Вода рек и озер покрывает потребности человечества в питьевой воде, используется на орошение в сельском хозяйстве, в промышленности, служит для охлаждения атомных и тепловых электростанций. На все виды водопользования тратится 2200 куб. км. Воды в год. Потребление воды постоянно растет, и одна из опасностей - исчерпание ее запасов. К примеру, забор воды на орошение из рек Средней Азии привел к обмелению Аральского моря, которое практически перестало существовать. Со дна высохшего моря соль разносится ветрами на сотни километров, вызывая засоление почв. Не менее грозное явление - загрязнение пресных водоемов. В 1991 году в Российской Федерации 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. Соли тяжелых металлов (ртути, свинца, цинка, меди и др.) накапливаются в иле на дне водоемов и в тканях организмов, составляющих пищевые цепи. При попадании в организм человека соли тяжелых металлов вызывают тяжелейшие отравления.

Уникальным по запасам пресной воды является озеро Байкал. Это 1/3 мировых запасов пресной воды (исключая льды) и более 4/5 запасов России. При объеме 23 тыс. куб. км. в озере ежегодно воспроизводится около 60 куб. км. чистейшей пресной воды. Неповторимое качество обеспечивается жизнедеятельностью уникального, тонко настроенного биоценоза Байкала, которое содержит в своем составе самое большое в мире количество эндемических форм организмов. Однако тревогу вызывает все возрастающее количество хозяйственных стоков. [11]

В 1990 году объем хозяйственных стоков, поступающих в Байкал, достиг 200 млн. куб. м. Нередко стоки несут губительные для гидробионтов вещества такие, как ртуть, цинк, вольфрам, молибден.

Загрязнение водоемов происходит не только отходами промышленного производства, но и попаданием с полей в водоемы органики, минеральных удобрений, пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве.

При разложении органики затрачивается кислород, в связи с этим его содержание в воде снижается, и многие животные гибнут. Минеральные удобрения вызывают бурное развитие водорослей, приводящее зачастую к ухудшению качества воды и исчезновению наиболее ценных видов рыб. Многие пестициды обладают высокой устойчивостью и накапливаются в тканях организмов. При этом в организмах каждого следующего трофического уровня их содержание повышается в несколько раз.

Научные открытия и развитие физико-химических технологий в ЧЧ столетии привели к появлению искусственных источников радиации, представляющих потенциальную опасность для человечества и всей биосферы. Так, по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину, многолетняя деятельность ПО «Маяк» (Челябинская область) привела к накоплению чрезвычайно больших количеств радионуклидов и загрязнения Уральского региона (районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей). Сброс отходов радиохимического производства в 1949 - 1951 гг. в открытую гидрологическую систему Обского бассейна через реку Теча, а также в результате аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду было выброшено 23 млн. кюри. Радиационное загрязнение охватило территорию 25 тыс. кв. км. с населением более 500 тыс. человек.

Морские воды также подвергаются загрязнению. С реками и со стоками прибрежных промышленных и сельскохозяйственных предприятий ежегодно выносятся в моря миллионы тонн химических отходов, а с коммунальными стоками и органических соединений. Из-за аварий танкеров и нефтедобывающих установок в океан попадает по разным источникам не менее 5 млн. тонн нефти в год, вызывая гибель многих водных животных, морских птиц. Опасения вызывают захоронения ядерных отходов на дне морей, затонувшие корабли с ядерными реакторами и ядерным оружием на борту. Наиболее значительные скопления таких источников находятся в Баренцевом, Карском и Японском морях. Более 20 лет военными использовались акватории вблизи Новой Земли и Кольского полуострова в качестве ядерной свалки.