Загрязнение водных экосистем
представляет огромную опасность для всех живых организмов,
и в частности для человека.
Пресноводные экосистемы. Установлено,
что под влиянием загрязняющих веществ
в пресноводных экосистемах отмечается
падение их устойчивости вследствие нарушения
пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей
в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования
и других крайне неблагоприятных процессов.
Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость,
а в ряде случаев приводят к их гибели.
Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Эвтрофирование водоемов,
эвтрофикация – это повышение уровня
первичной продукции вод благодаря увеличению
в них концентрации биогенных элементов,
главным образом азота и фосфора Этот естественный процесс,
характерный для всего геологического
прошлого планеты, обычно протекает очень
медленно и постепенно, однако в последние
десятилетия, в связи с возросшим антропогенным
воздействием, скорость его развития резко
увеличилась.
Ускоренная, или так называемая антропогенная
эвтрофикация связана с поступлением
в водоемы значительного количества биогенных веществ — азота, фосфора
и других элементов в виде удобрений, моющих
веществ, отходов животноводства, атмосферных
аэрозолей и т. д. В современных условиях
эвтрофикация водоемов протекает в значительно
менее продолжительные сроки — несколько
десятилетий и менее.
Антропогенное эвтрофирование
весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы,
приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов,
резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря
массовому размножению сине-зеленых водорослей,
вызывающих «цветение» воды, ухудшающих ее качество
и условия жизни гидробионтов (к тому же выделяющих
опасные не только для гидробионтов, но
и для человека токсины). Возрастание массы
фитопланктона сопровождается уменьшением
разнообразия видов, что приводит к невосполнимой
утрате генофонда, уменьшению способности
экосистем к гомеостазу и саморегуляции.
Процессы антропогенной эвтрофикации
охватывают многие крупные озера мира — Великие Американские
озера, Балатон, Ладожское, Женевское
и др., а также водохранилища и речные экосистемы,
в первую очередь малые реки. На этих реках,
кроме катастрофически растущей биомассы
сине-зеленых водорослей, с берегов происходит
зарастание их высшей растительностью.
Сами же сине-зеленые водоросли в результате
своей жизнедеятельности производят сильнейшие
токсины, представляющие опасность для
гидробионтов и человека.
Помимо избытка биогенных
веществ на пресноводные экосистемы губительное
воздействие оказывают и другие загрязняющие
вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий,
никель и др.), фенолы, СПАВ и др. Так, например,
водные организмы Байкала, приспособившиеся
в процессе длительной эволюции к естественному
набору химических соединений притоков
озера, оказались неспособными к переработке
чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых
металлов, солей и др.). В результате отмечено
обеднение гидробионтов, уменьшение биомассы зоопланктона,
гибель значительной части популяции
байкальской нерпы 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 подвергаются
все большему антропогенному воздействию
посредством химических токсикантов,
которые, аккумулируясь гидробионтами
по трофической цепи, 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
:
нарушении устойчивости экосистем;
прогрессирующей эвтрофикации;
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. Ученые доказали
и существование в водах Мирового океана
интенсивных процессов биотрансформации
опасного загрязнителя — бенз(а)пирена,
благодаря наличию в открытых и полузакрытых
акваториях гетеротрофной микрофлоры.
Установлено также, что микроорганизмы
водоемов и донных отложений обладают
достаточно развитым механизмом устойчивости
к тяжелым металлам, в частности, они
способны продуцировать сероводород,
внеклеточные экзополимеры и другие
вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми
металлами, переводят их в менее токсичные
формы.
В то же время в океан продолжают
поступать все новые и новые токсичные
загрязняющие вещества. Все более острый
характер приобретают проблемы эвтрофирования
и микробиологического загрязнения
прибрежных зон океана. В связи с этим, важное
значение имеет определение допустимого
антропогенного давления на морские экосистемы,
изучение их ассимиляционной емкости
как интегральной характеристики способности биогеоценоза
к динамическому накоплению и удалению
загрязняющих веществ.
На здоровье человека неблагоприятные
последствия при использовании загрязненной
воды, а также при контакте с ней (купание,
стирка, рыбная ловля и др.) сказываются
либо непосредственно при питье, либо
в результате биологического накопления по
длинным пищевым цепям типа: вода — планктон
— рыбы — человек или вода — почва — растения
— животные — человек, и др.
При непосредственном контакте
человека с бактериально загрязненной
водой, а также при проживании или нахождении
близ водоема различные паразиты могут
проникнуть в кожу и вызвать тяжелые заболевания,
особенно характерные для тропиков и субтропиков.
В современных условиях увеличивается
опасность и таких эпидемических заболеваний,
как холера, брюшной тиф, дизентерия и
др.
- Истощение подземных и поверхностных
вод
Истощение вод следует понимать
как недопустимое сокращение их запасов
в пределах определенной территории (для
подземных вод) или уменьшение минимально
допустимого стока (для поверхностных
вод). И то и другое приводит к неблагоприятным
экологическим последствиям, нарушает
сложившиеся экологические связи в системе
«человек-биосфера».
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. Все это, в конечном счете, приводит
к значительному истощению подземных
вод.
Интенсивная эксплуатация
подземных вод в районах водозаборов и
мощный водоотлив из шахт, карьеров приводят
к изменению взаимосвязи поверхностных
и подземных вод, к значительному ущербу
речному стоку, к прекращению деятельности
тысяч родников, многих десятков ручьев
и небольших рек. Кроме того, в связи со
значительным снижением уровней подземных
вод наблюдаются и другие негативные изменения
экологической обстановки: осушаются
заболоченные территории с большим видовым
разнообразием растительности, иссушаются
леса, гибнет влаголюбивая растительность — гигрофиты и др.
Длительная интенсификация
подземных водозаборов в определенных
геолого-гидрогеологических условиях
может вызвать медленное оседание и деформации
земной поверхности. Последнее негативно сказывается на
состоянии экосистем, особенно прибрежных районов,
где затапливаются пониженные участки,
и нарушается нормальное функционирование
естественных сообществ организмов и
всей среды обитания человека. Истощению
подземных вод способствует также длительный
неконтролируемый самоизлив артезианских
вод из скважин.
Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем
снижении их минимально допустимого стока.
На территории России поверхностный сток воды
распределяется крайне неравномерно.
Около 90% общего годового стока с территории России
выносится в Северный Ледовитый и Тихий
океаны, а на бассейны внутреннего стока
(Каспийское и Азовское море), где проживает
свыше 65% населения России, приходится
менее 8% общего годового стока.
Именно в этих районах наблюдается
истощение поверхностных водных ресурсов,
и дефицит пресной воды продолжает расти.
Связано это не только с неблагоприятными
климатическими и гидрологическими условиями,
но и с активизацией хозяйственной деятельности человека,
которая приводит к все более возрастающему загрязнению
вод, снижению способности водоемов
к самоочищению, истощению запасов подземных вод,
а, следовательно, к снижению родникового
стока, подпитывающего водотоки и водоемы.
Серьезнейшая экологическая проблема
— восстановление водности и чистоты малых
рек (т. е. рек длиной не более 100 км),
наиболее уязвимого звена в речных экосистемах.
Именно они оказались наиболее восприимчивыми
к антропогенному воздействию. Непродуманное
хозяйственное использование водных ресурсов
и прилегающих земельных угодий вызвало
их истощение (а нередко и исчезновение),
обмеление и загрязнение.
В настоящее время состояние
малых рек и озер, особенно в европейской
части России, в результате резко возросшей
антропогенной нагрузки на них, катастрофическое.
Сток малых рек снизился более чем наполовину,
качество воды неудовлетворительное.
Многие из них полностью прекратили свое
существование.
К очень серьезным негативным экологическим
последствиям приводит и изъятие на хозяйственные
цели большого количества воды из
впадающих в водоемы рек. Так, уровень
некогда многоводного Аральского
моря начиная с 60-х гг. катастрофически
понижается в связи с недопустимо 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 (минерализация)
увеличилась в 2,5 раза.
Осушенное дно Аральского
моря становится сегодня крупнейшим 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.
В целом перезабор воды из Амударьи и Сырдарьи
и падение уровня моря вызвали такие экологические
изменения приаральского ландшафта, которые
могут быть охарактеризованы как опустынивание.
Для сохранения и восстановления
Аральского моря, нормализации экологической, санитарно-гигиенической
и социально-экономической ситуации
в Приаралье необходимы совместные усилия
государств Средней Азии и Казахстана
по перестройке экономики этих стран (отказ
от ориентации на чрезвычайно водоемкие
селскохозяйственные культуры, сокращение
орошаемых площадей и т. д.), постоянная
ориентация на экологически устойчивое
развитие.
К другим весьма значительным
видам воздействия человека на гидросферу, кроме истощения
подземных и поверхностных вод, следует отнести
создание крупных водохранилищ, коренным
образом преобразующих природную среду
на прилегающих территориях
Создание крупных
водохранилищ, особенно равнинного типа,
для аккумуляции и регулирования поверхностного
стока приводит к разнонаправленным последствиям
в окружающей среде. Необходимо учитывать,
что создание водохранилищ путем перегораживания
русла водотоков плотинами чревато серьезными негативными
последствиями для большинства гидробионтов.
Из-за того, что многие нерестилища рыб
оказываются отрезанными плотинами, резко
ухудшается или прекращается естественное
воспроизводство многих лососевых, осетровых
и других проходных рыб.
- Охрана
гидросферы
Поверхностные
воды защищают от засорения,
загрязнения и истощения. Для защиты от
засорения предотвращают попадание в
поверхностные водоемы и реки различных
твердых отходов и других предметов. Для
защиты от истощения контролируют минимально
допустимые стоки вод. Для защиты от загрязнения
применяют следующие мероприятия:
– развитие безотходных
и безводных технологий и оборотного водоснабжения;
– очистка сточных
вод (промышленных, коммунально-бытовых
и др.);
– закачка сточных
вод в глубокие водоносные горизонты (подземное
захоронение);
– очистка и обеззараживание
поверхностных вод, используемых для водоснабжения
и других целей.
Безотходные
и безводные технологии и оборотное водоснабжение. Главный загрязнитель
поверхностных вод – сточные воды. Наиболее
действенным способом защиты поверхностных
вод от загрязнения сточными водами являются
безводные и безотходные технологии. На
начальном этапе создается оборотное
водоснабжение. В его систему включают
ряд очистных сооружений и установок,
что создает замкнутый цикл использования
сточных вод, которые при таком способе
все время находятся в обороте и не попадают
в поверхностные водоемы.
Очистка
сточных вод. Существуют различные
способы очистки сточных вод: механический,
физико-химический, химический, биологический
и термический. В зависимости от вида сточных
вод их очистка может производиться каким-либо
одним или комбинированными способами,
с обработкой осадка (или избыточной биомассы)
и обеззараживанием сточных вод перед
сбросом их в водоем.
Механическая
очистка основана на процеживании,
отстаивании и фильтровании. При этом
из сточных вод удаляются нерастворимые
механические примеси: песок, глинистые
частицы, окалина и др.
Физико-химическая
очистка предполагает коагуляцию,
сорбцию, флотацию, экстракцию и другие
методы. Из сточных вод удаляются тонкодисперсные
взвешенные частицы, минеральные и органические
вещества.