Загрязнение пресных вод

Пресные воды на поверхности континентов образуют реки, озера, болота. Человек для своих нужд создает искусственные пруды и крупные водохранилища. Значит, пресные воды могут находиться в текучем и относительно неподвижном стоячем состоянии. Некоторые водоемы могут переходить из одного состояния в другое. В связи с этим пресноводные местообитания подразделяются на:

лентические экосистемы — озера и пруды — стоячие воды;

лотические экосистемы — родники, ручьи, реки — текучие воды;

заболоченные  участки, с колеблющимся уровнем по сезонам и годам — марши и болота.

Составляя весьма малую часть  от всех экосистем биосферы, пресноводные экосистемы для человека имеют непреходящее значение вследствие следующих особенностей: 1) пресные воды — практически единственный источник для бытовых и промышленных нужд; 2) пресноводные экосистемы представляют собой самую удобную и дешевую систему переработки отходов; 3) уникальность термодинамических свойств воды, способствующих уменьшению температурных колебаний среды.

Лимитирующие факторы водной среды — температура, прозрачность, течение, соленость и др. Многие животные, живущие в воде, стенотермны , вследствие чего опасно даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для жизни в водоемах очень важна прозрачность воды, мерой для которой служит глубина зоны, в которой возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. Прозрачность может быть разная — от нескольких сантиметров в очень мутных водоемах, до 30—40 м в чистых горных озерах. Течение — также важный лимитирующий фактор в лотических экосистемах — влияет на распространение организмов и содержание газов и солей.

Важнейшим лимитирующим фактором в водных экосистемах является концентрация кислорода, чего нельзя сказать о концентрации диоксида углерода, но который часто бывает даже в избытке за счет антропогенного влияния, лимитируя в «максимуме». Лимитирующими из биогенных солей обычно бывают нитраты и фосфаты, иногда ощущается недостаток кальция и некоторых других элементов.

На численности и расселении водных организмов, в особенности рыб, сказывается пространственное разделение пресных водоемов: в разных водоемах одни и те же экологичеcкие ниши занимают рыбы разных видов.

Весьма существенна разница в концентрации солей у гид-робионта и в окружающей водной среде, приводящая к осмотическим явлениям на границе «организм — вода». В зависимости от различий в концентрации солей в рыбе и воде, жидкость в рыбе может быть гипертонична или гипотонична(повышающая или понижающая давление в теле рыбы), и то и другое ведет к гибели животного. Это главная причина, почему пресноводные рыбы не могут жить в море, а морские — в реке или пресном озере. Но есть рыбы, способные жить в обеих средах (лосось и др.), потому что у этих животных есть специальные механизмы осмотической регуляции.

Пищевые цепи в водоемах хорошо развиты и представлены организмами всех трофических уровней.Продуценты представлены автотрофами: фото- и хемосинтезирующими микроорганизмами и водными растениями. Консументы — полным набором от растительноядных и хищников различных порядков до паразитов, и т. д. И, наконец, редуценты (сапротрофы) отличаются значительным разнообразием, которое связано с природой субстрата.

Водные организмы с  экологических позиций можно  классифицировать и по местообитанию в водоеме.Бентос — организмы, прикрепленные к дну, живущие в илистых осадках и просто покоящиеся на дне.Перифитон — животные и растения, прикрепленные к листьям и стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема. Планктон — организмы плавающие, зоопланктон даже активно может перемещаться сам, но в целом они перемещаются с помощью течения. Нектон — свободно перемещающиеся в воде организмы — рыбы, амфибии и т. д.

Особое значение имеет  распределение организмов по трем зонам  водоема. Литоральная зона — толща воды, где солнечный свет доходит до дна. Лимническая зона — толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от солнечного света и где затухает фотосинтез. Эвфотической зоной называют всю освещенную толщу воды в литоральной и лим-нической зонах. Профундальная зона — дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет.

В проточных водоемах последние  три зоны не выражены, хотя их элементы встречаются. Перекаты — мелководные участки с быстрым течением; дно без ила, преимущественно прикрепленные формы перифитона и бентоса. Плесы — участки глубоководные, течение медленное, на дне мягкий илистый субстрат и роющие животные.

Приведенные выше классификации  имеют важное значение в определении экологического положения того или иного организма в сообществах.

Лентические экосистемы в литоральной зоне содержат два типа продуцентов: укрепившиеся в дне цветковые растения и плавающие зеленые растения — водоросли, некоторые высшие (рдесты). Растения, укрепленные в дне, образуют три концентрические зоны: 1) зона надводной вегетации — фотосинтезирующая часть растений (камыши, рогозы и др.) находится над водой, а биогенные элементы извлекаются из донных осадков; 2) зона укрепленных в дне растений с плавающими по воде листьями(кувшинки) — у них та же роль, что и у растений первой зоны, но они могут затенять нижние толщи воды; 3)зона подводной вегетации — укорененные и прикрепленные растения, полностью находящиеся под водой и осуществляющие фотосинтез и минеральный обмен в водной среде (рдесты и прикрепленные водоросли — харовые).

Животные, консументы более разнообразны в литорали, чем в других зонах водоема. Перифитон представлен моллюсками, коловратками, мшанками, личинками насекомых и др. Многие животные нектонадышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.).

В сообществах лимнической  зоны продуцентом является фитопланктон. В водоемах умеренного пояса плотность его популяции заметно изменяется по сезонам. Весной «цветение» связано с массовым развитием приспособленных к прохладной воде диатомитовых водорослей, летом — зеленых, осенью — азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками, все другие — хищники. Нектон лимнической зоны — это только рыбы.

Сообщества профундальной  зоны существуют без света. Фауна  и флора здесь — в зоне поверхностного раздела вода — ил, где накапливается органический материал, — представлена бактериями и грибами (редуценты), а также бен-тосными формами — личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями (консументами).

Количество красных  кольчатых червей возрастает с ростом загрязнения водоема сточными водами, т.е. по этому показателю можно судить о степени загрязнения водоема.

Действие на сообщества стоячих водоемов таких лимитирующих факторов, как содержание кислорода, температуры и освещенности, зависит от специфических особенностей этих водоемов — озер, прудов и искусственных водохранилищ.

Загрязнение пресных вод — попадание различных загрязнителей в воды рек, озер, подземные воды. Происходит при прямом или непрямом попадании загрязнителей в воду в отсутствие адекватных мер по очистке и удалению вредных веществ.

В большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхностинефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводкивымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам.

Однако объём естественных загрязняющих веществ ничтожен по сравнению  с производимыми человеком. Ежегодно в водные бассейны попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием, многие из которых представляют собой новые химические соединения. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных тяжёлых металлов (как кадмия, ртути, свинца, хрома), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты,поверхностно-активные вещества (ПАВы). Как известно, ежегодно в моря и океаны попадает до 12 млн тонн нефти.

Определенный вклад в  повышение концентрации тяжелых  металлов в воде вносят и кислотные  дожди. Они способны растворять в  грунте минералы, что приводит к  увеличению содержания в воде ионов  тяжелых металлов. С атомных электростанций в круговорот воды в природе попадают радиоактивные отходы.

Сброс неочищенных  сточных вод в водные источники  приводит к микробиологическим загрязнениям воды. По оценкам Всемирной организации  здравоохранения (ВОЗ) 80 % заболеваний в мире вызваны неподобающим качеством и антисанитарным состоянием воды. В сельской местности проблема качества воды стоит особенно остро — около 90 % всех сельских жителей в мире постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой.

 

Источники загрязнения

Загрязнители  попадают в пресную воду различными путями: в результате несчастных случаев, намеренных сбросов отходов, проливов и утечек.

Крупнейший потенциальный  источник загрязнения — фермерские хозяйства, занимающие в Англии и Уэльсе почти 80 % земель. Часть покрывающего почву необработанного навоза животных проникает в источники пресной воды.

Кроме того, фермеры  Англии и Уэльса ежегодно вносят в  почву 2,5 млн тонн азота, фосфора и калия, и часть этих удобрений попадает в пресную воду. Некоторые из них — стойкие органические соединения, проникающие в пищевые цепи и вызывающие экологические проблемы. Сегодня в Великобритании свёртывают производство хлорорганических соединений, выпускаемых в больших количествах в 1950-е гг.

Всё большую угрозу для пресноводных водоёмов представляют стоки, сбрасываемые рыбоводческими хозяйствами, ввиду широкого применения ими фармацевтических средств борьбы с болезнями рыб.

Быстрое загрязнение  подземных вод вокруг городов. Источник — возрастающее число загрязнённых скважин вследствие неправильной эксплуатации.

 
Лесные хозяйства и открытый дренаж — источники большого количества веществ, попадающих в пресную воду, в первую очередь железа, алюминия и кадмия. С ростом деревьев кислотность лесной почвы увеличивается, и проливные дожди образуют очень кислые стоки, губительные для живой природы.

Попав в реку, навозная жижа может стать причиной серьёзной  экологической катастрофы, так как  её концентрация в 100 раз больше, чем  у сточных вод, обработанных на очистных сооружениях.

Атмосферное загрязнение пресной воды особенно пагубно. Есть два вида таких загрязнителей: грубодисперсные (зола, сажа,пыль и капельки жидкости) и газы (сернистый газ и двуокись азота). Все они — продукты промышленной или с/х деятельности. Когда в дождевой капле эти газы соединяются с водой, образуются концентрированные кислоты — серная и азотная.

 

Распространение загрязнителей

Твёрдые и жидкие загрязняющие вещества попадают из почвы в источники водоснабжения  в результате т. н. выщелачивания. Небольшие количества сваленных на землю отходов растворяются дождём и попадают в грунтовые воды, а затем в местные ручьи и реки. Жидкие отходы быстрее проникают в источники пресной воды. Растворы для опрыскивания сельскохозяйственных культур либо теряют свою активность при контакте с почвой, либо попадают в местные реки, либо выщелачиваются в земле и проникают в грунтовые воды. До 80 % таких растворов тратятся впустую, так как попадают не на объект опрыскивания, а в почву.

Время, требуемое для проникновения  загрязнителей (нитратов или фосфатов) из почвы в грунтовые воды, точно  неизвестно, но во многих случаях этот процесс может длиться десятки тысяч лет. Загрязняющие вещества, поступающие в окружающую среду от промышленных предприятий, называют промышленными стоками и выбросами.

Всё большую  актуальность приобретает загрязнение  подземных вод. С помощью современных технологий человек всё интенсивнее использует подземные воды, истощая и загрязняя их. Вокруг городов бурно развивается частное строительство жилья и мелких предприятий, с автономным водоснабжением. Например, в Подмосковье ежедневно бурится от 50 до 200 скважин разной глубины. По разным причинам (незнанию например), подавляющее большинство скважин эксплуатируется без соблюдения правил пользования такими источниками воды. Это приводит к быстрому локальному загрязнению подземных вод этого региона.

 

Определение уровня загрязнения

На  загрязнение могут указывать  такие признаки, как мёртвая рыба, но есть и более сложные методы его обнаружения. Загрязнение пресной  воды измеряется в показателях биохимической  потребности в кислороде (БПК) — то есть сколько кислорода поглощает загрязнитель из воды. Этот показатель позволяет оценить степень кислородного голодания водных организмов.

 

Тяжёлые металлы

Свинец встречается в пресной воде в растворённом виде. Один из источников свинцового загрязнения — рыболовные грузила, которые постоянно выбрасывают при запутывании лески. От свинца сильно страдают лебеди, проглатывающие грузила вместе с водорослями. Он остаётся в желудке птиц, постепенно растворяясь и вызывая их смерть. «Сломанная шея» (когда мышцы не могут держать длинную шею птицы, и в результате она медленно умирает от голода) является признаком свинцового отравления. Другой тяжёлый металл, кадмий, проникает в пресноводную среду, поражает рыб, а через них попадает в организм человека. и могут погибнуть все.

 

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ЗЕМЛИ

Запасы  пресной воды на нашей планете  далеко не безграничны. Дефицит чистой воды для многих районов земного  шара стал насущной проблемой.

Водные  ресурсы Земли включают воду океанов и морей, рек и озер, горных и полярных ледников, подземную почвенную и атмосферную влагу. Суммарное количество воды на Земле составляет, км³:

в океанах  и морях 1370-10⁶

в виде льдов 2010⁶

в литосфере 0,5 -10⁶

в атмосфере 13-10⁶

Запасы пресной воды (2 % объема в_сей гидросферы) представлены в таблице.

Пресные воды гидросферы

Части гидросферы	Объем пресной воды, км3	% общего  объема пресной воды
Ледники	24000000	85
Подземные воды	4000000	14
Озера и водохранилища	155000	0,6
Почвенная влага	83000	0,3
Пары  атмосферы	14000	0,05
Речные  воды	1200	0,04
Итого	28253200	100