Химический состав гидросферы

    примером  третьего типа — ранее приведенная  реакция с участием хлора.

    2. Испарение и растворение газов на поверхности раздела воздух — вода. Например, растворение газов О₂, N₂, СО₂ H₂S и NH₃ в природной воде. Кислород растворим в большей степени, чем азот, поэтому их соотношение в природных водах составляет N₂ : О₂ = 65 : 35. Процесс растворения СО₂ можно представить равновесными реакциями, приведенными ниже.

    Равновесие, соответствующее процессу растворения углекислого газа в природной воде:

    СО₂ (атмосфера) <——> СО₂ (гидросфера).

    Равновесие, характеризующее образование угольной кислоты:

    СО₂ (раствор) + Н₂О <——> Н₂СО₃.

     Отметим, что количество углекислого газа, растворенного в гидросфере, примерно в 50 раз больше его общего содержания в атмосфере. Это следует учитывать при составлении прогнозов изменения климата на нашей планете (Израэль Ю. А., 1984).

     3. Сорбционные процессы, т.е. процессы адсорбции, абсорбции и десорбции, обычно протекающие с участием органических соединений и способствующие самоочищению природных вод.

     4. Фотолиз — фотохимические превращения, протекающие в природных водах под воздействием УФ-излучения Солнца при участии свободных радикалов и возбужденных частиц. Толщина слоя воды, в котором осуществляется фотолиз, может доходить до нескольких метров. Фотолиз протекает с участием кислорода и свободных радикалов, играя важную роль в процессах самоочищения неглубоких водоемов, рек, прудов, прибрежных зон морей, озер, водохранилищ от загрязняющих веществ.

     В водные экосистемы атомы тяжелых  металлов поступают из почв и горных пород в результате химического  и микробиологического выщелачивания  минералов, с паводковыми и дождевыми  водами, а также при осаждении из атмосферы пылевых частиц и аэрозолей, вовлеченных в воздушный перенос (Щербина В. В., 1972).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глава 5. Антропогенное воздействие на геохимический

     состав вод гидросферы

 

      Давая количественную оценку антропогенному вмешательству в природную среду, следует, прежде всего, отметить, что оно не идет ни в какое сравнение с изменениями, вызываемыми естественными причинами в атмосфере, гидросфере и литосфере. Хотя в глобальном масштабе изменения природной среды, вызванные деятельностью человека, количественно незначительны, они заметно отличаются по скорости своего протекания от изменений, вызванных естественными причинами. Естественные изменения по сравнению с продолжительностью человеческой жизни протекают крайне медленно и внешне почти незаметны. Антропогенное вмешательство, напротив, проявляется весьма быстро, что особенно заметно в последнее столетие. Естественные изменения происходят столь медленно, что для всего живого на Земле сохраняется возможность генетически приспособиться к изменениям окружающей среды, в то время как антропогенное вторжение в природу не оставляет никаких шансов на это приспособление, особенно для высших организмов (Израэль Ю.А., 1986).

      Антропогенное звено круговорота воды в природе  отличается от естественного тем, что большая часть забираемой воды для водоснабжения городов и промышленных предприятий (90%) сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйственной деятельности. Сточные воды - это воды, отводимые после их использования в бытовой и производственной деятельности человека, характеризуемые какими-либо отклонениями в физико-химических свойствах от природных вод.

      Другая  особенность антропогенного воздействия  на природу состоит в том, что  при этом образуется ряд высокотоксичных  продуктов, опасных и для человека, и для всего живого. Возникновение токсичных загрязнений может быть связано как с накоплением природных элементов или соединений, обладающих токсичностью, так и с получением новых веществ, представляющих опасность для биосферы. В первом случае примером служит загрязнение природной среды солями тяжелых металлов, во-втором - синтез пестицидов, галогеносодержащих органических соединений и т.п. (Берлянд М.Е. и др., 1991).

 

      5.1. Загрязнение Мирового океана

 

     Активное  использование человеком Мирового океана в качестве транспортной магистрали, источника пищевых и минеральных ресурсов, хранилища твердых и жидких (в том числе химических и радиоактивных) отходов неизбежно порождает экологические проблемы (Хефлинг Г., 2001).

     Примыкающая к суше часть океана в международной практике подразделяется на пространства различной государственной юрисдикции. Выделяют зону территориальных вод протяженностью 12 миль, прилежащую зону (до 24 миль от внутренних вод) и экономическую зону общей шириной 200 миль, или около 370 км. Экономическая зона является зоной суверенного права приморского государства на разведку, разработку, сохранение и воспроизводство живых и минеральных ресурсов, а также управление этими ресурсами. Общемировая площадь экономической зоны, интенсивно осваиваемая человеком, составляет 36 % площади акватории Мирового океана. Естественно, что именно она испытывает максимальную антропогенную нагрузку. Одним из основных источников загрязнения экономической зоны и открытого океана является экономическое развитие приморских государств, рост населения и промышленно-технического потенциала городов и городских агломераций (Выколван А. И. и др., 2005).

     Средиземное море превратилось в огромный резервуар для промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Каждый год в него поступает около 0,5 млн. т нефти. Порция ежедневного сброса фабрики по производству титана в Ливорно (Италия, берег Лигурийского моря) содержит 920 т медного купороса и 2400 т серной кислоты. По существу, в Средиземное море осуществляются выбросы всеми странами этого региона. Учитывая, что вода Средиземного моря обновляется каждые 80 лет, при современных темпах загрязнения Средиземное море рискует превратиться в мертвый водоем через 30-40 лет (Выколван А. И. и др., 2005).

     Что касается отечественных гидроресурсов, то сегодня особенно уязвимо Черное море: с глубины 100-150 м в его водах начинается бескислородная сероводородная зона, которая при современной структуре и балансе Н₂О пока находится в стабильном состоянии. Однако при увеличении водопотребления до размеров более 50-70 км³/год и нарушении баланса речного и морского притоков (в настоящее время 360 и 200 км³/год соответственно) в Черном море возможно наступление глубокой конвекции. Примером последствий возможной конвекции служит Мертвое море, в котором в 80-х гг. сероводородные соленые воды вышли на поверхность, и оно стало действительно мертвым. Произошло это очень быстро - за 80-90 мин (один оборот спутника «Landsat» вокруг Земли) (Романова Э. П., 2003).

     Другим  источником загрязнения является речной сток, выносящий в Мировой океан значительный объем загрязняющих веществ. Река Рейн ежедневно выносит в территориальные воды Нидерландов 35 тыс. м³ твердых отходов, 10 тыс. т химикатов (соли, фосфаты, ядовитые вещества). Английские исследователи Батерборт и др. (1972) обнаружили аномальные уровни содержания кадмия и цинка в моллюсках, обитающих в 140 км ниже по побережью от места впадения р. Авона (Эйвонс), в устье которой расположены плавильни (Проблемы совершенствования…, 2009).

     Определенную  роль в загрязнении территориальных  вод играют и рекреационные зоны, к которым относят природные  или специально организованные территории, традиционно используемые для отдыха и досуга. Максимальная антропогенная нагрузка в этих зонах приводит к резкому изменению бальнеологической и бактериальной ситуации прибрежных вод и способствует увеличению роста и распространению различных заболеваний.

     Особую  опасность для Мирового океана представляют катастрофы на плавучих и стационарных буровых установках, ведущих разработку морских нефтегазовых месторождений, а также аварии танкеров, перевозящих нефтепродукты. Нефть является одним из самых опасных загрязнителей океана (Рис. 1., Прил. 2). Только 1 т нефти способна покрыть тонким слоем площадь в 12 км². Нефтяная пленка не пропускает солнечные лучи, препятствует фотосинтезу кислорода в воде (Хефлинг Г., 2001).

     Сбросы  нефти в воду быстро покрывают  большие площади при этом толщина  загрязнения также бывает разной. Холодная погода и вода замедляют  растекание нефти по поверхности, поэтому данное количество нефти покрывает большие участки летом, чем зимой. Толщина разлитой нефти больше в тех местах, где она собирается вдоль береговой линии. Движение нефтяного разлива зависит от ветра, течения и приливов. Некоторые виды нефти опускаются (тонут) и движутся под толщей воды или вдоль поверхности в зависимости от течения и приливов (Выколван А. И. и др., 2005).

     В марте 1978 г. вблизи французского города Бреста потерпел аварию американский супертанкер «Амоко Кадис». В результате катастрофы в море вылилось 230 тыс. т нефти. Нефть образовала пленку на площади 2000 км². Было загрязнено до 400 км французского побережья. В январе 1997 г. у берегов Японии потерпел аварию российский танкер «Находка», перевозивший топливо на Камчатку. Нефтяная пленка достигла одного из островов Японского архипелага (Хефлинг Г., 2001).

     Масштабы  нефтяного загрязнения Мирового океана показаны на рис. 2 (Прил. 3). Особенно загрязнению нефтью подвержены относительно мелководные окраинные и внутренние моря, такие как Северное, Японское и др.

     До 1984 г. в Мировом океане производилось  также захоронение радиоактивных  отходов, наиболее активно проводившееся  в пределах Баренцева и Карского морей. В настоящее время международными соглашениями эта практика приостановлена, так как употреблявшиеся для этого контейнеры гарантировали надежность лишь в течение нескольких десятилетий. Тем не менее опасность радиационного загрязнения океана не устранена в связи с авариями, происходящими на атомных подводных лодках, атомных ледоколах и надводных судах, несущих ядерное вооружение, а также ядерными взрывами, производимыми Францией на атолле Моруруа (Хефлинг Г., 2001).

     Наиболее  опасным из радиоактивных изотопов, поступающих в океан, является стронций-90, участвующий в биологическом цикле.   Многие морские  организмы концентрируют изотопы. Раковины моллюсков, как и планктон, активно аккумулируют канцерогены.

     Еще одним фактором загрязнения Мирового океана является поступление загрязняющих веществ из воздуха или с атмосферными осадками в виде кислотных дождей (Лозановская И. Н., 2006).

     Очень важной характеристикой океанской  гидросферы является динамика вод, способствующая глобальному загрязнению. С этой точки зрения в океанах нет национальных вод. Таким образом, загрязнение Мирового океана - это сумма антропогенных воздействий, изменяющих системы открытого моря и прибрежных вод, в том числе морского дна, причиняющих ущерб растительному и животному миру, а также человеку (Хефлинг Г., 2001).

     Мировой океан, в отличие от речных систем, не имеет самоочищающего оттока. Его загрязнение создает угрозу глобальному круговороту кислорода, так как количество кислорода, производимое фотосинтезирующими организмами в океане, не восполнимо никакими другими источниками.

 

     5.2. Загрязнение поверхностных вод

 

    Изменение качества воды связано с загрязнениями промышленными и сельскохозяйственными стоками, нефтепродуктами. Основными загрязнителями поверхностных водоисточников являются сточные воды промышленных предприятий, сельского и коммунального хозяйства. Значительный вклад в загрязнения вносят аварии на нефте- и газопроводах.

    Объемы  промышленного водоиспользования  зависят от структуры промышленных предприятий и уровня применяемых  технологий. Наиболее водоемкими являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабатывающая промышленность. Особенности сельскохозяйственного водоснабжения - массовость потребителей и малые объемы потребления. В коммунальном хозяйстве большая часть (88 %) потребляемой воды используется для нужд населения городов, имеющих централизованные системы водоснабжения (Милованова Е. В., Рябчиков А. М., 2006).

    Несмотря  на обширную сеть очистных сооружений, только около 70 % (на территории России) очищается до нормативных требований. Остальные стоки сбрасываются неочищенными или недостаточно очищенными. С ними в природные водоисточники поступают огромные количества органических веществ, твердых взвешенных частиц, нефтепродуктов, тяжелых металлов, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора, азота, нитратов.

    Применительно к России общий объем ежегодных  загрязнений, поступающих в водоемы, достигает 50 млн. т различных веществ. Из них на долю сельскохозяйственных предприятий приходится 55 %, коммунальной сферы - 37 %, промышленности - около 8 % (Воронков Н. А., 1999).

    В нашей стране с 1972 г. ведутся систематические  наблюдения за качеством поверхностных  вод (в 1990 г. контролировалось 2258 водных объектов). Многие объекты имеют высокую степень загрязнения - 10, некоторые до 650 ПДК по соединениям металлов, нефтепродуктам, фенолам и другим органическим, азотным, серным и прочим веществам.

         Для непроточных водоемов особо неблагоприятно явление эвтрофикации. Если в прежние геологические периоды этот процесс длился тысячи - миллионы лет, то в наше время - десятилетия и менее, в зависимости от антропогенного поступления биогенных веществ (Беспамятов Г. П., Кротов Ю. А., 1985).

    В США и Канаде работы по спасению эвтрофных озер начались в 70-х гг. - только на очистку вод бассейна Великих озер было затрачено 6,6 млрд. долл. В 80-х годах угроза была устранена (Хефлинг Г., 2001).