Антропогенное воздействие на гидросферу

В общем, масштабы евтрофирования водоемов и отрицательные последствия его оказались значительными в разных странах. Они сильно затронули интересы водопользователей и привлекли к себе широкое внимание. Это потребовало разработки мероприятий по восстановлению естественного качества вод, улучшению комплексного использования водных ресурсов, разработки научных основ обеспечения их охраны.

Из мер, предложенных для борьбы с евтрофированием, следует назвать такие, как  нормирование удобрений, ограничение стока биогенных элементов с сельскохозяйственных  угодий, борьбу с эрозией почв, создание емкостей, прудов-накопителей дренажных вод в районах орошаемого земледелия, создание лесополос и лугов как барьеров по берегам водоемов и водотоков, использование высшей водной растительности как биопоглотителей с последующей их уборкой, применение  методов доочистки хозяйственных стоков от биогенных элементов. Существенное значение в предупреждении евтрофирования и борьбе с ним, как и с загрязнением в целом, имеют также общегосударственные природоохранные мероприятия.

М.И. Львович  кратко сформулировал решение  отмеченных проблем   следующим образом: предупреждение появления грязных сточных вод, всемерная экономия воды, повторное использование сточных вод, снижение расходование воды на единицу  промышленной и сельскохозяйственной продукции, перестройка производства на безводную технологию и замкнутое оборотное водоснабжение, прекращение сброса сточных вод.

Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы, фенолы, СПАВ и др.

Морские экосистемы. Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Морские экосистемы испытывают все большее антропогенное воздействие посредством химических токсикантов, которые, аккумулируясь гидробионтами в трофических цепях, приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий.

Экологические последствия загрязнения морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях (рисунок 4):

• нарушении устойчивости экосистем;
• прогрессирующем евтрофировании;
• появлении «красных приливов»;
• накоплении химических токсикантов в биоте;
• снижении биологической продуктивности;
• возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде;
• микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря.

До определенного предела морские экосистемы могут противостоять вредным    воздействиям    химических     токсикантов,       используя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов. Так, например, двустворчатые моллюски способны аккумулировать один из самых токсичных пестицидов – ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организма. Доказано, что в Мировом океане существуют интенсивные процессы биотрансформации опасного загрязнителя  бенз(а)пирена с помощью гетеротрофной микрофлоры. Установлено, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам (они способны продуцировать сероводород, внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы).

Однако, в океан продолжают поступать все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Все более острый характер приобретают проблемы евтрофирования и микробиологического загрязнения прибрежных зон океана.

3. Истощение подземных и поверхностных вод

Под истощением вод понимается недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). Истощение вод приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся экологические связи в системе человек биосфера.

Истощение подземных вод. Практически во всех крупных промышленных городах мира, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Харькове, Донецке и других городах, где подземные воды длительное время эксплуатировались мощными водозаборами, возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами до 20 км и более. Например, усиление водоотбора подземных вод в Москве привело к формированию огромной районной депрессии с глубиной до 70-80 м, а в отдельных районах города – до 110 м и более.

Интенсивная эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводят к изменению условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод, к нарушению функционирования наземных экосистем, к ущербу речному стоку, к прекращению деятельности тысяч родников, многих ручьев и небольших рек. Снижение уровня подземных вод влечет за собой иссушение леса, гибель влаголюбивой растительности, осушение заболоченных территорий с большим видовым разнообразием растительности.

Продолжительная эксплуатация подземных водозаборов в определенных геолого-гидрогеологических условиях может вызвать медленное оседание и деформации земной поверхности, приводящие к затоплению пониженных участков.

Истощение поверхностных вод. Проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока и приводит к дефициту пресной воды. Связано это не только с неблагоприятными климатическими и гидрологическими условиями, но и с активизацией хозяйственной деятельности человека, которая приводит ко возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных вод, а следовательно, к снижению родникового стока, подпитывающего водотоки и водоемы.

Серьезную экологическую проблему представляет собой восстановление водности и чистоты малых рек (длиной не более 100 км), являющихся наиболее уязвимым звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию, приведшему к их истощению, обмелению, загрязнению, а нередко и исчезновению. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды в них стало неудовлетворительным.

К негативным экологическим последствиям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек. Как известно, уровень некогда многоводного Аральского моря начиная с 60-х гг. 20 века понижается в связи с высоким перезабором воды из Амударьи и Сырдарьи. В результате объем Аральского моря сократился более чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды увеличилась в 2,5 раза. Осушенное дно Аральского моря стало крупным источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сырдарьи на месте гибнущих тугайных лесов и тростниковых зарослей появляются бесплодные солончаки. Трансформация фитоценозов на берегу Аральского моря и в дельтах Амударьи и Сырдарьи происходит на фоне высыхания озер, проток, болот и повсеместного снижения уровня грунтовых вод, обусловленного падением уровня моря. Приведенные данные иллюстрируют закон целостности биосферы, в соответствии с которым изменение одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных.

Следует отметить, что кроме истощения подземных и поверхностных вод, к весьма значительным видам воздействия человека на гидросферу относится создание крупных водохранилищ, которое коренным образом преобразует природную среду на прилегающих территориях.

Создание крупных водохранилищ (особенно равнинного типа), для аккумуляции и регулирования поверхностного стока приводит как к положительным, так и отрицательным последствиям (рисунок 4) в окружающей природной среде. Как видно из рисунка, негативных последствий больше, и они масштабнее.

Кроме того, необходимо учитывать, что при создании водохранилищ путем перегораживания русла рек плотинами значительно изменяются условия существования большинства гидробионтов – многие нерестилища рыб оказываются отрезанными плотинами, ухудшается или прекращается естественное воспроизводство многих проходных рыб.

4. Влияние антропогенного загрязнения окружающей среды на качество продуктов питания

Качество пищевых продуктов определяется совокупностью свойств, отражающих пищевую ценность, органолептические и физико-химические показатели, безопасность для потребителя. В составе пищевых продуктов должны отсутствовать (или содержаться в пределах ПДК) несвойственные им химические вещества, такие как соединения тяжелых металлов, антибиотики, гормональные препараты, пестициды, микотоксины и т.п.

Например, молоко загрязняется токсикантами задолго до поступления на перерабатывающие предприятия. Степень его загрязнения определяется средой обитания животного и технологическими факторами производства. Наиболее распространенные токсиканты (тяжелые металлы, пестициды и микотоксины) поступают в молоко в основном из почвы, воды, атмосферы, кормов. Кроме того, в кормлении животных сегодня используют более 500 различных рационов и кормовых добавок. Они включают отходы пищевой промышленности, продукты микробиологического синтеза, микроэлементы, витаминные препараты, ферменты, аминокислоты, антибиотики, транквилизаторы, сорбенты, антиоксиданты, вкусовые препараты, небелковые азотистые вещества, гормоны, сульфаниламиды, нитрофураны, химические консерванты кормов и др.

В процессе производства качественных и санитарно безопасных продуктов питания важная роль принадлежит состоянию почвы. Почва представляет собою гигантскую экологическую систему со своей внутренней атмосферой, своеобразным водным режимом, определенной фауной и флорой, а также составом минеральных элементов. Согласно биогеохимической теории академика В.И. Вернадского, в ней происходит миграция и обмен всех экзогенных химических веществ, которые из почвы через питьевую воду, продукты питания и атмосферный воздух поступают в организм человека и животных.

В организме химические вещества участвуют в биохимических процессах, образуя при этом от 5 до 10 млн. разнообразных комплексных соединений с кислородом, азотом, ферментами, аминокислотами, белками, нуклеиновыми кислотами и др. У человека половина всех тканевых белков расщепляется и строится заново в течение 80 суток. Белки печени и сыворотки крови обновляются каждые 10 суток, а отдельные ферменты печени – каждые 2-4 часа. На эти процессы определенное влияние оказывают различные факторы окружающей среды.

Известно, что в среде обитания человека циркулирует свыше 10 тыс. химических соединений и в течение суток они могут попадать в организм человека разными путями. Контакт человека с загрязнениями почвы происходит по экологическим цепям:

• почва – вода – человек; почва – атмосферный воздух – человек;

• почва – растение – человек;

• почва – растение – животное – человек.

Этому способствует изменение кислотности почвы, снижение содержания гумуса, изменение механического состава. Такие почвенные условия повышают подвижность тяжелых металлов, в результате чего появляется вероятность загрязнения дренажных, грунтовых и поверхностных вод. При уменьшении кислотности и добавлении гумуса в почву тяжелые металлы переходят в неподвижное состояние и закрепляются почвенными частицами.

Тяжелые металлы обладают способностью накапливаться в организме человека и животных даже при употреблении их в небольших дозах, оказывая отрицательное воздействие на жизненно важные функции. К числу таких металлов, прежде всего, относятся ртуть, кадмий, свинец, олово, медь, цинк. Из группы неметаллических веществ наибольшую опасность представляет мышьяк.

Ртуть и ее соединения обладают повышенной возможностью распределения и биопереноса в окружающей среде. Соединения ртути передвигаются и накапливаются по водным и земным цепям питания, попадая в конечном итоге в организм человека, вызывая при накоплении выше предельно допустимой концентрации поражение печени, почек, половых органов, нарушение иммунитета. Повышенное содержание ртути в почве способствует росту заболеваемости нервной и эндокринной систем.

Наиболее активны органические соединения ртути. Наличие у них углеводородного радикала обеспечивает относительно быструю миграцию через клеточные мембраны и накопление во всех тканях и органах. В почвах легкого механического состава, кислых и бедных гумусом процессы миграции ртути усиливаются. В таких почвах проявляется также процесс испарения органических соединений ртути, которые обладают свойством летучести.

Большую опасность для здоровья населения представляет накопление в почве кадмия. Кадмий в микродозах необходим человеку. Но при повышенных концентрациях в любом состоянии кадмий чрезвычайно токсичен. Чтобы вызвать отравление достаточно незначительного количества кадмия, т.к. металл хорошо растворяется в органических кислотах и легко переходит в пищевые продукты. Продолжительное поступление в организм этого металла вызывает тяжелые необратимые изменения в почках, костях, сердечно-сосудистые заболевания.

Свинец в почве может находиться в виде элементного свинца, в виде сульфатов и карбонатов. Наиболее ядовитым соединением является тетраэтилсвинец, который добавляют к бензину для подавления детонации. При сгорании 1 л горючего в воздух попадает 200-400 мг свинца. В год один автомобиль выбрасывает около 1 кг свинца.