Без воды невозможен фотосинтез, которому обязана жизнь на Земле. Доказано, что кислород атмосферы фотосинтетического происхождения.

Исключительно высокая теплоемкость воды превратила океан в огромный термостат, который регулирует температуру атмосферы Земли; именно на просторах Мирового океана формируется климат, который делает планету пригодной для жизни.

Смягчающее влияние на климат оказывает не только водная масса самого океана, но и поступающий с океана в атмосферу водяной пар. Он задерживает до 60% теплового излучения нашей планеты, не дает ей охлаждаться. На смягчение земного климата, в частности температуры воздуха в переходные сезоны – весну и осень, заметное влияние оказывают огромные величины скрытой теплоты плавления и испарения воды.

Вода, зной и холод разрушают горные породы, создавая почву. Дожди, ручьи, реки размывают горы, образуют широкие долины и глубокие ущелья, перемещают огромное количество материала. Ледники вспахивают долины, оставляют моренные холмы и озера, меняют ландшафт. Морской прибой разрушает берега моря, сносит острова. Под действием подземных вод и плывунов оползают склоны холмов. Растворяя известняки и другие породы, подземные воды создают карстовые формы рельефа – воронки, провалы.

Вода сыграла и играет большую роль в историческом процессе геологического преобразования всей планеты. Природные воды находятся в едином круговороте, который происходит под воздействием солнечной энергии и гравитационных сил, на его осуществление расходуется около 23% всей достигающей Землю солнечной энергии.

Только вода может находиться в природе в трех фазовых состояниях: твердом, жидком и газообразном. Фазовые переходы воды – ее замерзание, таяние, конденсация водяных паров и испарение, связаны с количеством поступающей в различные районы Земли в различные сезоны года солнечной энергии.

Круговорот воды объединяет все водные ресурсы планеты, которые находятся в океане, атмосфере, биосфере, земной коре, обеспечивая таким образом единство всех природных вод Земли. Большой круговорот воды состоит из трех составляющих: океанического, атмосферного и материкового. Материковый круговорот включает литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное звенья, каждое из них отличается определенной скоростью водообмена, специфической структурой всех своих частей.

Наиболее активный водообмен отмечается в реках и атмосфере, очень медленный круговорот воды происходит в ледниках, при формировании подземных вод. Биологическое и почвенное звенья круговорота воды обеспечивают жизнь и сельское хозяйство, именно эти звенья подвергаются наибольшему преобразованию при создании водохранилищ, прудов, проведении ирригационных мероприятий. Эти мероприятия проводят с целью искусственного замедления круговорота воды для гарантии устойчивого водообеспечения народного хозяйства и населения.

Особенностью современной ситуации является то, что природные воды участвуют не только в естественном, но и антропогенном круговороте. В антропогенном цикле вода используется в энергетике, промышленности, сельском хозяйстве, коммунально-бытовом и питьевом секторе ЖКХ. Значительная ее часть после использования сбрасывается в водотоки в виде сточных вод.

Физико-химические и химико-биологические процессы, протекающие в водотоках, обеспечивают установление определенного экохимического равновесия; растворенные в воде органические вещества служат энергетической основой водных экосистем. Химический состав воды зависит не только от физико-географических факторов, но и от протекающих в воде процессов жизнедеятельности водных организмов – гидробионтов.

В условиях усиливающегося антропогенного воздействия существуют определенные закономерности протекания химико-биологических процессов. Решающее значение при этом имеет способность водной системы к самоочищению – снижению содержания поступающих в воду загрязняющих веществ за счет совокупного действия физико-химических, химико-биологических процессов.

Концентрация поступающих в водоем веществ уменьшается под воз­действием нескольких процессов: разбавления сточных вод; самоочищения водоема. Комплекс процессов, приводящих к снижению концентраций веществ вплоть до восстановления исходного качества воды водоемов (за исключе­нием разбавления), принято называть самоочищением водоема, в него входят: деструкция (разложение) неконсервативных веществ; образование новых промежуточных и конечных продуктов в ре

Способность к самоочищению является одним из неотъемлемых и ценных свойств природных систем, в том числе и водных. Самоочищение природных вод – это восстановление качества и природных свойств воды, происходящее естественным путем и результате протекания комплекса взаимосвязанных процессов.

Часть из этих веществ свойственны живой природе и могут вовлекаться в биологический круговорот. Чужеродные соединения рассеиваются в гидросфере. Они могут кумулироваться биотой по пищевым цепям, накапливаться в донных отложениях, претерпевать медленные химические превращения. Всю совокупность процессов самоочищения можно условно разделить на физические, биологические и химические.

При физическом самоочищении свойства собственно водной среды, ее химический состав играют второстепенную роль. Под действием факторов растворения, разбавления, испарения, осаждения, сорбции осуществляется изменение или вынос загрязняющих веществ из водной среды. К факторам физического самоочищения относится температура воды, ультрафиолетовое излучения (бактерицидное действие), соленость; гидрологические характеристики водотока: скорость течения, аэрация воды и др.

Биологическое самоочищение складывается из процессов метаболизма с участием легкоусваиваемых биогенных соединений; эффектов биоконцентрирования ионов тяжелых металловза счет процессов комплексообразования и сорбции; так называемого кометаболизма – биодеградации веществ, не участвующих в биологическом круговороте.

Химическое самоочищение водной среды осуществляется по каналам гидролиза, редокс-катализа, прямого и сенсибилизированного фотолиза, окисления свободными радикалами.

При массированном техногенном поступлении в водные объекты загрязняющих веществ механизмы самоочищения могут нарушаться или могут быть полностью подавлены если поступающие вещества или промежуточные продукты их разложения являются токсичными и выводят из сообщества гидробионтов наиболее чувствительные виды, участвующие в процессах самоочищения.

Особенно усложняются проблемы самоочищения при поступлении консервативных, т.е. трудно поддающихся разложению или практически неразлагаемых веществ: тяжелые фракции нефти, хлорорганические пестициды, соли тяжелых металлов.

Кумуляция консервативных загрязняющих веществ по трофической цепи биоценоза до биологически опасного вида происходит даже при низких исходных концентрациях токсиканта в воде. Коэффициент накопления, например, пестицидов в органах и тканях растительноядных рыб составляет 4600 – 6100, хищных рыб 23600 – 38000, по сравнению с водной средой, служащей для них средой обитания. Рыба с такой концентрацией ядохимикатов опасны для употребления в пищу. Все гидробионты, отмирая, возвращают кумулированные вещества в водную массу, в донные отложения. Самоочищение водоемов от соединений металлов не происходит, наоборот, – в их присутствии процессы самоочищения тормозятся.

Ресурсы чистых природных вод сокращаются, поскольку масштабы водопотребления непрерывно растут. Воздействие хозяйственной деятельности человека на водные экосистемы разнообразно, его условно можно свести к следующим типам:

– объем воды, связанный с безвозвратным ее потреблением на хозяйственные нужды;

– объем воды, связанный с возвратом загрязненных сточных вод, коммунально-бытового потребления, промышленных и сельскохозяйственных предприятий;

– объем воды на нужды животноводства с последующим возвратом специфически загрязненных сточных вод;

– использование воды на орошение сельскохозяйственных культур с последующим возвратом дренажного стока;

– сброс воды, связанный с осушением заболоченных территорий;

– урбанизация территории окружающих водоемы ландшафтов и сброс значительных объемов моечных, поливочных вод и ливневого стока городов и населенных пунктов;

– использование увеличивающихся объемов удобрений, пестицидов, биологически активных препаратов, и связанное с этим изменение состава поверхностного и грунтового стока с площади водосбора;

– попадание стоков с автострад, территорий аэродромов, где используются химические вещества для очистки ото льда, снега;

– сброс отепленных вод энергообъектов, в частности, тепловых и атомных электростанций;

– гидротехнические работы, связанные со строительством водохранилищ гидроаккумулирующих и гидроэлектростанций, их эксплуатация;

– межбассейновая переброска водного стока открытыми каналами;

– обвалование мелководий и использование их в сельском и рыбном хозяйствах;

– опреснение соленых и солоноватых водоемов, лиманов;

– использование морских лагун для аккумуляции и очистки сточных вод;

– использование морского шельфа для аквакультуры, добычи нефти и других полезных ископаемых;

– вырубка лесов на водосборных площадях, уничтожение пойменных лугов и лесокустарниковой растительности в прибрежных водах;

– водный транспорт и использование малого флота, загрязняющего воды нефтепродуктами и другими веществами;

– распашка почв до уреза воды, усиление водной и ветровой эрозии, образование оврагов, абразия берегов;

– подкисление (ацидификация) водотоков кислотными осадками вследствие загрязнения атмосферы выбросами оксидов азота, серы и др.;

– интенсивное рекреационное использование водотоков и их прибрежных зон;

– снижение уровней воды вследствие ее усиленного сброса и водопотребления;

– мероприятия по связыванию и осаждению фосфора в водоемах в результате использования тех или иных химических факторов;

– искусственная аэрация водных масс с целью улучшения и регуляции кислородного режима водоемов;

–изменение гидробиоценозов водоемов в результате усиленного вылова или уничтожения рыб ихтиоцидами, вселения новых организмов и интенсификация их развития (биоманипуляция).

Перечисленные виды хозяйственной деятельности оказывают влияние на водные экосистемы и функционирование гидробиоценозов, и в конечном итоге – на формирование качества воды и биологической продуктивности водоемов. Экологические последствия зависят от силы воздействия фактора, его сопряженности с другими типами воздействия. Большое значение при этом имеют особенности физико-географических условий нахождения водоемов и гидрометеорологических условий года.

Россия и большинство стран ближнего зарубежья богаты водными ресурсами, однако и здесь существуют водные проблемы, они обусловлены как природными, так и антропогенными факторами. Один из природных факторов – неравномерное распределение стока по территории: 84% ресурсов поверхностных вод приходится на бассейны Северного Ледовитого (3 030 км³/год) и Тихого океанов (950 км³/год). В них впадают крупнейшие реки России – Енисей, Лена, Обь и Амур, которые дают 44% объема всех рек России и стран ближнего зарубежья.

На южные и юго-западные районы (бассейны Черного и Азовского морей, Арало-Каспийская низменность), где сосредоточено 75% населения, 80% промышленности и сельскохозяйственного производства рассматриваемых стран, приходится всего 750 км³, или 16% ресурсов поверхностных вод. На Европейской территории сток рек южного склона (Волга, Урал, Днестр, Днепр, Дон, Кубань, Кура, Терек) составляет 605 км³, или 50% от речного стока этой части СНГ. В Средней Азии и Казахстане на значительной части территории не имеется рек, русла которых были бы заполнены водой в течение всего года.

Сибирь располагает большими водными ресурсами: реки Енисей, Ангара, Лена и другие отводят за год 1974 км³ воды, что составляет 47% ее запасов в России (В.А. Знаменский, 1982). По объему годового стока первое место занимает Красноярский край, последнее – республика Тыва. Но, несмотря на большой объем, основная часть речного стока этих сибирских рек идет в малонаселенных местах. В пределах водосборной площади Енисея и Ангары доступны для освоения лишь 242 км³, что составляет треть годового стока Енисея.

Еще контрастнее наличие и доступность для освоения у речных ресурсов Лены. Таким образом, при размещении водопользователей на обширной территории Сибири главную роль играет не величина стока по руслу большой реки, а сток, формирующийся на рассматриваемой части территории по мнению Виталия Александровича Знаменского.

Для Красноярского края его размер составляет 10% от 916 км³, о которых обычно идет речь при оценке водообеспеченности региона. Колоссальные запасы водных ресурсов Сибири послужили основанием для ошибочно высокой оценки водообеспеченности территории, механическое перенесение этого вывода на отдельные части территории, привело к расточительному расходованию воды, что, в свою очередь, затруднило борьбу с загрязнением рек.

Другой природный фактор, вызывающий возникновение водных проблем – неравномерное распределение стока по сезонам года. На большинстве рек Европейской части России, Западной и Восточной Сибири, а также Дальнего Востока свыше 2/3 стока проходит за 2…3 месяца весеннего половодья. Еще более остро положение в южных районах, в частности, в Казахстане, где на период весеннего паводка приходится свыше 95% всего годового стока.

Атмосферные осадки формируют воды почвенного горизонта, роль которых в земледелии исключительно велика, однако особенности физико-географического положения России и стран ближнего зарубежья таковы, что в зоне земледелия выпадает менее всего осадков.

Подсчитано, что на пашни приходится в среднем около 900 км³ осадков, т.е. 8% их общего количества. Дефицит водопотребления для пашни составляет около 600 км³. Высокая изменчивость этих показателей в многолетнем разрезе и внутри года вызывает засухи.

Таким образом, за последние пятьдесят лет водные проблемы существенно обострились в связи с антропогенными изменениями речного стока и бесхозяйственностью. Так, в наиболее обжитых районах не осталось крупных рек, не нарушенных в той или иной степени хозяйственной деятельностью, причем как на территориях водосборов, так и в руслах самих рек.

Важнейшей проблемой современности, связанной с качеством природных вод, продуктивностью водных экосистем является эвтрофирование водоемов и связанные с ним экологические, социальные, технические и экономические последствия. Это явление возникло в 30-е годы прошлого столетия в странах Западной Европы и США, в настоящее время имеет глобальные масштабы и представляет собой комплекс сложных социально-технических задач. Термин «трофность», введенный в начале века, имеет значение «кормность», «питательность» водоема для гидробионтов (греч. «автрофос» – тучность, жирность).

В настоящее время существуют классы качества воды: олиготрофным водоемам соответствует очень чистая вода (1-й класс качества); мезотрофным – чистая вода (2-й класс качества); слабоэвтрофным соответствует очень незначительная загрязненность (3-й класс качества); сильно эвтрофным – незначительная загрязненность (4-й класс качества); политрофности водоема соответствует очень сильная загрязненность воды (5-й класс качества); гипертрофности соответствует очень загрязненная вода (6-й класс качества). Эта классификация установлена в рамках «Единых критериев качества вод», принятых в 1982 году, для нее использован комплекс физико-химических, химических и биологических показателей природных вод, учтен характер водопользования, степень проточности водоема.

Эвтрофирование трактуется как увеличение содержания в водоемах соединений азота, фосфора, железа и других биогенных элементов, что приводит к повышению интенсивности первичного продуцирования органического вещества, стимулирует рост водорослей, высшей водной растительности. Различают естественное и антропогенное эвтрофирование.

По характеру экологических последствий влияния антропогенных факторов на водные экосистемы можно выделить следующие: химическое, тепловое эвтрофирование, загрязнение (химическое, биологическое, тепловое, радиоактивное); подкисление воды, открытая переброска стока на значительные расстояния, создающая специфические условия для проявления последствий химического эвтрофирования, загрязнения, ацидификации. Рассмотрим специфические особенности этих типов экологических последствий.

До определенных этапов эвтрофирование с точки зрения получения биологической продукции, является полезным процессом; умеренно эвтрофные водоемы дают более высокие показателя биопродукции, чем мезотрофные и олиготрофные. Но химическое эвтрофирование, является причиной возникновения в водных экосистемах комплекса изменений физико-химических и биологических характеристик воды, что определяет формирование качества воды и биологическую продуктивность водоема.

Химическое эвтрофирование связано с увеличением содержания в водоеме соединений азота, фосфора и других биогенных элементов, что приводит к повышению интенсивности первичного продуцирования органических веществ, стимулирует рост водорослей. По характеру ответных реакций водных экосистем наиболее близко находится их отклик на тепловое или термическое эвтрофирование (таблица 1).

Понятия «эвтрофирование» и «загрязнение» не идентичны, несмотря на то, что эти процессы тесно связаны, взаимообусловлены и являются следствием попадания в водоемы различных веществ. Принципиальная разница заключается в следующем. Под загрязнением понимают накопление в воде различных химических соединений, в первую очередь токсичных для гидробионтов (нефтепродукты, фенолы, СПАВы, тяжелые металлы и другие), при этом различают химическое, биологическое («цветение» воды), термическое и радиоактивное загрязнения.

При загрязнении природных вод в водных экосистемах наблюдаются изменения, связанные с падением биологической продуктивности, вымиранием целых трофических звеньев, снижением уровня функционирования большинства гидробионтов и, в конечном итоге, отмиранием экосистемы (таблица 2). (табл из сб 11 школы стр 84)

Последствия токсического загрязнения для водных экосистем

_______________________________________________________________

Изменение физических и химических Изменение биологических

Характеристик воды характеристик водоемов

_____________________________________________________________________________

Появление и увеличение концентраций Перестройка гидробиоценозов, обусловлен-

в воде нефтепродуктов, пестицидов, фе- ная отмиранием целых трофических звеньев

нолов, тяжелых металлов, детергентов, Элиминация из экосистем ценных видов,

СПАВ и других загрязнителей нарушение трофических связей

Изменение рН и Еh воды Нарушение фототаксиса водорослей и

движения животных

Нарушение газообмена водной поверх- Снижение интенсивности фотосинтеза,

ности с воздухом; нарушение процессов выделения кислорода и первичного обра-

испарения воды с поверхности зования органического вещества

Ухудшение подводной освещенности Повышение скорости деструкции, анаэроб-

водной толщи ных процессов, образование сероводорода

Интенсификация фотохимических, сво- Ухудшение кормовой базы рыб за счет ос-

бодно-радикальных процессов лабления развития и отмирания бентоса и

зоопланктона

Накопление загрязнителей в донных от- Снижение интенсивности процессов само-

ложениях и вторичное загрязнение воды очищения, падение БПК₅

Исчезновение ценных промысловых видов

Усиление химического поглощения кис-

лорода и ухудшение газового режима Отмирание экосистем, возникновение «био-

логически мертвых» водоемов

Несмотря на то, что в основе процессов эвтрофирования и загрязнения лежит попадание в водоем различных химических соединений, как утилизируемых, так и не утилизируемых гидробионтами, между характером последствий есть существенное принципиальное отличие, которое определяет направленность водоохраной деятельности общества.

Необходимо уточнить понятия термического эвтрофирования и термического загрязнения. Тепловые и атомные электростанции сбрасывают в водоемы большое количество тепла, составляющее до 50-55% энергии ископаемого топлива, идущего на выработку электроэнергии. Атомные электростанции на единицу установленной мощности сбрасывают подогретой воды в 1,7-2,0 раза больше, чем тепловые. Это приводит к значительному изменению температурного режима водоема, его термическому загрязнению.

До определенного предела теплофикация водоема оказывает положительное влияние на процессы самоочищения; однако усиление тепловой нагрузки, перегрев водоема приводит к глубокому нарушению функционирования, деградации водной экосистемы. В этом случает можно классифицировать этот фактор как тепловое загрязнение. Тепловое воздействие на водоемы обусловлено влиянием локального фактора на конкретные водные объекты.

Таким образом, антропогенное эвтрофирование является мощным, повсеместно действующим, практически пока неизбежным и прогрессирующим фактором воздействия на водные экосистемы. На земном шаре практически не осталось не затронутых человеческим вмешательством природных водоемов.

Для человека как потребителя водных и биологических ресурсов водоемов, накопление в воде биогенных элементов, усиление темпов и повышение интенсивности продуцирования по экологическим, техническим, экономическим и социальным последствиям для общества является крайне нежелательным. «Цветение» континентальных водоемов, явления «красных приливов» в морях и океанах у берегов Африки, Аравийского полуострова, востоке Австралии Японии, Перу, Чили, Мексики, Калифорнии, Флориды из-за размножения отдельных видов (красного цвета) водорослей; в средних широтах недобрую известность приобрело цветение сине-зеленых водорослей.

Таблица

______________________________________________________________

Социальные Экономические Технические

Заболеваемость под влия Сокращение рекреационного Усложнение методов

нием накопления нитратов, использования водоемов очистки воды при

нитритов, нитрозоаминов, Увеличение затрат на водоподготовке

подготовку

Биологическое загрязнение Падение уловов рыбы Помехи в оборотно ухудшение качества воды замена ценных видов рыб

заболеваемость (холера, гаст- тюлькой

роэнтериты, лямблиозы,

дифиллоботриозы,

легочные заболевания

Вирусное загрязнение Уменьшение национального Переброска воды на

(менингит, энцефалит) из-за затрат на очищение вод далекие расстояния

Грибковые инфекции Ухудшение качества продук

Заболевания из-за цветения ции за счет загрязнения воды

воды синезелеными водо-

рослями (юксовско-сартланская,

гаффская болезнь, аллергия, ток-

сикозы, конъюктивиты, пора-

жения печени)

Ухудшение качества жизни

общества

Существенное влияние на качество воды водоемов имеет подкисление. Под подкислением (ацидификацией) водоемов понимают снижение рН среды, обусловленное такими естественными причинами как зарастание и заболачивание, так и антропогенными факторами, связанными с трансконтинентальными переносами кислотных осадков. Так, с начала ХХ века за восемьдесят лет содержание в атмосфере Европы окислов азота и серы увеличилось более, чем в шесть раз; рН дождевой воды в Нидерландах до 4,8, в Бельгии – до 4,5; туманы в Германии имеют рН 2,5 – 5,1. В США выпадают кислотные дожди с рН воды до 2,2.

Интенсивно развивается закисление озер в Норвегии, Швеции, Франции, Германии, а также в США; вместе с закислением повышается и концентрация сульфатов. В России и СНГ с фактами закисления столкнулись в Карелии, районах Карпат, в пойменных озерах Днестра. Применяемые восстановительные мероприятия – известкование, вселение ацидофильных водорослей дают кратковременный эффект, поэтому продуктивность водоемов падает, качество воды ухудшается.

“

Экологические последствия от создания водохранилищ разнообразны. С одной стороны, помимо решения главных гидроэнергетических проблем, регулируют поверхностный сток, снижая разрушительные последствия паводков, улучшают условия водоснабжения, судоходства. Регулирование стока рек водохранилищем позволяет гидроэлектростанции развить установленную и увеличить гарантированную мощность, повысить общую выработку энергии и степень энергетического использования стока.

Создание водохранилищ связано с отрицательными для окружающей среды и человека последствиями как переработка, абразия берегов, активация на них оползней и карста. Зарегулирование водотока приводит к нарушению режима грунтовых вод в результате их подпора. В результате корнеобитаемый слой прилежащих сельскохозяйственных угодий испытывает избыточное увлажнение, что ведет к заболачиванию, засолению почвы. Вдоль берега образуется многометровая заболоченная полоса подтопления, дикие животные в этих местах не могут подойти к чистой воде на водопой и на берегу моря пресной воды погибают от жажды.

При строительстве водохранилищ существенно нарушается хозяйственная жизнь районов, подвергающихся затоплению, что требует широкого круга мероприятий не только по переустройству затопляемых объектов.

Территории, предназначенные для нового расселения и использование под сельскохозяйственные угодья, обычно представляют собой нетронутую тайгу, хозяйственное освоение которой – трудоемкий процесс.

Колебания воды в водохранилище (паводковые и регламентные) приводят к тому, что в прибрежной полосе вследствие химического и механического вымывания органической и глинистой части почвы остается песчаная фракция, что влечет за собой опустынивание местности.

Зарегулирование стока реки и создание водохранилища приводит к значительному замедлению водообмена, что является одной из причин нарушения функционирования водных экосистем, перестройки гидробиоценозов. Массовое развитие сине-зеленых водорослей и «цветения» воды, когда в результате их избыточного развития резко падает кислородная продуктивность клеток, усиливаются процессы разложения, накапливаются органические вещества и токсичные продукты их распада. В местах скопления больших масс сине-зеленых водорослей, особенно в заливах и бухтах, возникают локальные заморы, вызывающие массовую гибель рыб и других гидробионтов.

Мероприятия по борьбе с эвтрофированием можно разделить на две группы: профилактические и регулирующие. Среди профилактических мер – осуществление всего водоохранного комплекса по защите водных объектов от загрязнения, истощения и чрезмерного эвтрофирования. Среди регулирующих – изменение гидрологических, морфологических характеристик водоема: проточности и скорости течения, турбулентности, водообмена, мутности, температуры воды. Значительный эффект могут дать различные химические и физико-химические меры, использование внутриклеточных паразитов водорослей, акклиматизация растительноядных рыб. Существенное влияние на улучшение качества воды может оказать изъятие из водоемов их биологической продукции – рыбы, водорослей, высшей водной растительности, а в перспективе – запасов органического и минерального сырья донных отложений.

Таким образом, антропогенный фактор в настоящее время стал играть определяющую роль в функционировании не только континентальных, но и морских, океанических экосистем. Признав опасность различных видов загрязнения для водных систем, общество находит экономические и технические возможности для законодательного и технологического устранения загрязнения (таблица).

Характеристика природных вод

Грунтовые воды содержат преимущественно растворенные, а поверхностные – взвешенные вещества. Например, в р. Аму-дарья 5 000мг/л и более. Больше взвешенных наблюдается в осенние и весенние паводки.

Существует несколько способов классификации природных вод.

1. По происхождению: атмосферные (осадки), подземные (ключевые, колодезные) и поверхностные (речные, озерные, морские, болотные).

2. По количеству и характеру примесей воды подразделяют на пресные, соленые, мягкие, жесткие, прозрачные, бесцветные, опалесцирующие, мутные, окрашенные, пахнущие и т.д.

3. По принципу использования: питьевые, хозяйственные, технические, охлаждающие, лечебные и т.д.

Минеральные воды подразделяют на соленые, щелочные, горькие, железистые, газовые, серные.

Речная вода обычно содержит от 0,05 до 1,6 г/л солей. Наиболее минерализованы воды Темзы и Нила. Малым содержанием солей отличаются воды Печоры и Невы (около 0,05 г/л). Болотные воды содержат мало минеральных солей, но много органических веществ – до 850 мг/л.

По физико-химическим свойствам загрязнения можно разделить на 3 группы.

К первой относятся вещества, полностью растворяющиеся в воде; это растворенные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, растворимые соли: натрия, калия, кальция, магния, алюминия, железа, марганца.. По внешнему виду эту воду нельзя отлить от чистой, примеси можно обнаружить только с помощью химического анализа.

Растворенные примеси не задерживаются ни песчаными ни бумажными, ни другими обычными типами фильтров.

Ко второй группе относятся примеси, образующие с водой коллоидные системы (мыло в воде дает частицу примерно из 50 молекул. В воде могут находиться в коллоидном состоянии вещества минерального происхождения (оксиды кремния, гидроксиды алюминия, железа) и органического происхождения (гуминовые, фульвокислоты), они окрашены.

В отстойниках коллоидные частицы не задерживаются, проходят через песчаный и бумажный фильтры.

К третьей группе относятся примеси, образующие в с водой взвеси: частицы глины, песка, перегноя. Они осаждаются при продолжительном отстаивании; задерживаются бумажными, частично песчаными фильтрами.

Схема самоочищении воды: физический канал – растворение, разбавление вынос, сорбция осаждение, испарение. Биологический – метаболизм, биоконцентрация, биодеградация; химический – гидролиз, редокс катализ, фотолиз, радикальное окисление.

Основными источниками водоснабжения населения Красноярского края являются поверхностные проточные водотоки бассейна рек Енисей, Обь, Пясина и их притоки: Ангара, Чулым, Кан, Курейка, Оя, Ирба, Канзыба, Рыбная, Барга, Туба, Тея, Кривляжная, Джебь, Березовска, Оллонокон, Гравийка, на которых расположено 34 водозаборных сооружения, в том числе 20 используют их подрусловые воды. Эти водотоки обеспечивают хозяйственно-питьевое водоснабжение 1623,8 тысяч человек, (что составляет 53,2% населения края); подземные источники, обеспечивают 46,8% населения.

Бассейн р. Енисей является одним из основных источников водоснабжения населения края водой питьевого качества. В 44 административных территориях эксплуатируется 1250 водозаборов, использующие напорные и безнапорные подземные воды.

Наиболее предпочтительными характеристиками водопользования обладают реки Енисей, Чулым, Кан, наименее предпочтительны для питьевого и культурно-бытового использования – реки Кача, Оя, Рыбная, Ангара. Так, качество воды открытых водоисточников в исследованных Госкомгидрометом створах для систем централизованного водоснабжения по санитарно-химическим показателям не соответствует гигиеническим нормативам в 29,1% проб из р. Енисей в г. Лесосибирске, 14,6% из р. Чулым г. Ачинска, в 35,7% из водоисточников Эвенкийского муниципального района.

К категории эпидемически опасных отнесены 7 створов на водоемах питьевого использования: на р. Енисей (п. Городок, Минусинского района, г. Лесосибирск); р. Кан (г. Иланский), р. Барга (г. Бородино); р. Ангара (п. Мотыгино, п. Раздолинск, Мотыгинского района). В 36 административных территориях края в 157 населенных пунктах обеспечиваются питьевой водой, с качеством, не отвечающим действующим санитарным нормам по ряду санитарно-химических показателей.

Питьевую воду с содержанием ионов железа выше ПДК получают жители в 33 административных территориях края; с содержанием нитратов выше гигиенических нормативов – в 7 территориях; не отвечающей гигиеническим требованиям по жесткости – в 18 территориях. Повышенные концентрации марганца отмечаются в питьевой воде 12 водопроводов из подземных источников, аммиак в концентрациях выше ПДК регистрирован в оде 6 водопроводов, повышенные концентрации бария выявлены в питьевой воде 7 водопроводов. Содержание фтора превышает гигиенический норматив в воде 11 водопроводов территории Балахтинского, Сухобузимского, Новоселовского районов и г. Лесосибирске.

Хозяйствующие субъекты в нарушение п.3 ст. 18 ФЗ № 52 от 30.03.99 г. не имеют санитарно-эпидемиологических заключений о соответствии водных объектов санитарным правилам и условиям безопасного для здоровья использования водного объекта. Низкий процент обеспеченности производственным контролем за качеством питьевой воды централизованных и особенно нецентрализованных систем водоснабжения. Отсутствуют проекты зон и организованные зоны санитарной охраны водоисточников.

Истощение озонового слоя происходит в результате поступления в атмосферу таких соединений, как фреон-12 (CCl₂F₂), фреон-22 (CHClF₂), хлорфторуглерод-11 (CCl₃F), хлорфторуглерод-113 (CCl₂FCClF₂)* и др., применяющихся в холодильных установках, системах кондиционирования воздуха, при производстве пластмасс, очистке деталей электронного оборудования. В результате метеорологических процессов и химических реакций, которые для фреона-12, например, протекают следующим образом

CCl₂F₂ + УФ-излуч. ® Сl + CClF₂,

Сl + О₃ ® СlO + О₂,

СlO + О ® С1 + О₂

значительная часть хлора высвобождается в виде атомарного хлора, который участвует в разрушении озона. Эти реакции могут повторяться снова и снова (один атом хлора может разрушить около 100 000 молекул озона). Истощение озонового слоя приводит к повышению доли достигающего поверхности Земли ультрафиолетового излучения, которое увеличивает заболеваемость населения, губительно для фауны и флоры.

Почвы

Вмешательство в структуру и функционирование компонентов биосферы человеком происходит в земледелии, например, истощение почв, замена боле продуктивных экосистем менее продуктивными, отчуждение почв под строительство, нарушение естественных круговоротов при перемещении больших масс биологической продукции. Это приводит к уменьшению объемов живого вещества (биомассы) биосферы.

Приложения

ПЕСТИЦИДЫ. С 1947 г. началось производство пестицидов из группы хлорированных углеводородов; наибольшее распространение имел препарат ДДТ (дуст). Он обладает такими положительными качествами, как высокая активность, широкий спектр действия, достаточно недорог.

Действие на человека и теплокровных животных – яд политропного действия; поражает центральную и вегетативную нервную систему, печень, почки. Поступает через рот, дыхательные пути, кожу. Через 3 часа после контакта появляется в мозге, печени, мышцах, плаценте, зародыше; переходит в молоко кормящих женщин.

Действие на насекомых – высокоактивный яд контактного и кишечного действия. Обладает свойствами фумиганта; на некоторых насекомых действует как отпугивающее средство.

Действие на растения – проникает через листья и корни, накапливается в растении; на легких песчаных почвах поступает больше, чем на глинистых тяжелых, повышение влажности усиливает процесс. Наблюдается четкая стимуляция роста растений после обработки семян. (!)

Препарат ДДТ плохо растворим в воде, но хорошо растворим в органических растворителях, в т.ч. жирах (липидах). Поэтому хорошо проникает через липидные мембраны клеток кожи человека. Термически и химически устойчив к воздействию факторов внешней среды – температуре, инсоляции (УФ солнечных лучей), влаге; в почве сохраняется до 15-20 лет. Из почвы попадает в растения, особенно в корне- и клубнеплоды, в грунтовые воды, водоемы; попадая в воду, обнаруживается в ней месяцы.

Разрушение ДДТ происходит медленно (период полураспада 30 лет), он поглощается растительными и животными организмами и накапливается по пищевым цепям; в организме человека накапливается в жировой ткани, внутренних органах, мозге. Устойчив к действию окислителей.

Обладает резко выраженной способностью к кумуляции. Не удаляется термической обработкой. Хроническое отравление – 50 мг на 1 кг пищи. К 70-м годам производство ДДТ составляло миллионы тонн, что в пересчете на население планеты – более 1 кг на человека. Систематическое применение ДДТ привело к появлению устойчивых популяций насекомых, при этом возникает групповая приобретенная устойчивость. Из-за этого дозы дуста при обработке тайги от энцефалитного клеща были вынуждены постоянно увеличивать, в результате увеличение к 80-м гг. было в 50 раз.

Находясь в организме человека, животных и птиц препарат ДДТ способствует выведению кальция из организма. В результате этого в 70-е годы численность птиц (в том числе насекомоядных) сократилась на 75%, т.к. скорлупа яиц была мягкой и зародыши погибли. Таким образом, вредителей с/х сам человек вывел из-под пресса их естественных хищников!

Запрещен к применению в большинстве стран, но в Африке сегодня производится в объемах около 30000 т в год.

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ. Появились в окружающей среде благодаря человеку, извлекшему их из рудных ископаемых. Обладают самой высокой экологической опасностью, т.к. накапливаются в живых объектах окружающей среды в отличие от веществ, молекулы которых способны к разложению со временем под действием природных факторов. (Атомы металлов не могут разрушиться, разложиться!).

Тяжелые металлы необратимо связываются с веществами тканей организма, которые при этом изменяют свои биологические свойства; они обладают способностью реагировать с тиогруппами (–SH) белков; происходит денатурация белков, они «свертываются» (как белок яйца при нагревании), что приводит к потере белком своей биологической активности.

Тяжелые металлы действуют на различные белки организма человека, в т.ч. на белки ферментов, гормонов, поэтому обладают широким спектром действия, вызывая тяжелые нарушения обменных процессов: мутации, рак, аллергии, болезни нервной, кровеносной систем, поражение печени, почек, мозга.

Прочное связывание веществ организма тяжелыми металлами приводит к накоплению, аккумуляции их в организме растений, животных, человека. После разложения остатков и останков, накопленные тяжелые металлы вновь вовлекаются в следующий виток спирали биологического круговорота веществ.

Основным источником поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются: промышленность, теплоэнергетика, транспорт, а также минеральные удобрения и пестициды, те, которые содержат соли тяжелых металлов.

В микроколичествах (около и ниже 0,0001 мг/л) тяжелые металлы необходимы организму, они входят в состав молекул многих веществ тканей человека, но в тех концентрациях, в которых они в настоящее время находятся в окружающей среде, они крайне опасны по вышеперечисленным причинам.

Словарь терминов

Контрольные вопросы по экологии

1. Предмет, методы и объекты экологии; основные разделы экологии

2. Каким образом связаны и соотносятся экология, природопользование и охрана природы.

3.Задачи теоретической и прикладной экологии

4. Современные глобальные проблемы экологии.

5. В чем суть эгоцентрического и биоцентрического подхода к проблеме отношений человека и природы?

6. Системные связи в экологии, определение системы. Общие свойства систем; значение контура обратных связей.

7.Системные постулаты экологии.

8. Геосфера, биосфера, экосфера; модель экосферы, основные связи между компонентами экосферы

9. Главные законы экологии.

10. Уровни организации живой материи; систематика живых организмов.

Основные свойства живых систем

11. Надорганизменные биосистемы. Популяции. Структуры и динамика численности популяции

12.Экосистемы планеты Земля.

13. Дать определение биосферы, назвать ее главные функции.

14. Биотическая регуляция окружающей среды. Поток знергии, информации в биосфере.

15. Привести схему круговорота углерода, азота, кислорода, фосфора, серы в биосфере.

16. Основные этапы эволюции биосферы.

17. Основные группы экологических факторов.

18. Описать основные формы реагирования живых систем на изменение факторов среды.

19. Основные типы межвидовых биотических взаимодействий.

20. Сформулировать и иллюстрировать понятие экологической ниши,.

21. Назвать главные этапы техногенеза, связав их с экономическим развитием цивилизации.

22. Сравнить техносферный обмен веществ с биосферным.

23. Дать классификацию природных ресурсов по разным критериям.

24. Охарактеризовать масштабы использования возобновимых ресурсов на примере почвы, воды, биоресурсов.

25. Оценить мировые запасы невозобновимых природных ресурсов.

26. Описать общую структуру использования энергоресурсов.

27. Дать сравнительную характеристику способов производства энергии.

28. Альтернативная энергетика: проблемы и перспективы.

29. Указать виды техногенных загрязнений окружающей среды.

30. Химическое загрязнение; характер действия химических веществ – загрязнителей

31. Физические факторы загрязнения окружающей среды.

Источники загрязнения природных вод.

32. Биологическое загрязнение.

33. Комплексное загрязнение.

34. Загрязнение атмосферного воздуха в городах.

35. Основные источники загрязнения атмосферы в горной промышленности.

36. Загрязнение поверхностных и подземных вод в горнодобывающей промышленности.

37. Водоохранные мероприятия по защите подземных вод на горнодобывающих предприятиях.

38. Основные экологические проблемы в горной отрасли промышленности.

39. Проблемы истощения водных ресурсов.

40. Проблема образования техногенных ландшафтов при горных разработках.

* Соединения, состоящие из атомов углерода С, хлора Сl и фтора F, в естественной природе не существуют.

Дата добавления: 2015-08-05