Загрязнения гидросферы. 
Химия окружающей среды

Эвтрофикация водоемов. Последствия перерасхода водных ресурсов

Воздействия человеческого общества на гидросферу приводят к увеличению уровня содержания вредных веществ в гидросфере, появлению новых химических соединений, частиц и чужеродных предметов, чрезмерному повышению температуры, радиоактивности и т. д.

Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органических свойств, увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Виды загрязнителей гидросферы:

• — химические. Здесь участвуют все виды промышленного, сельскохозяйственного производства, транспорт. Последствия представляют собой изменение естественных химических свойств воды из-за увеличения в ней вредных примесей как неорганической, так и органической природы (кислоты, щелочи, соли, нефтепродукты, пестициды, диоксины, тяжелые металлы, фенолы, аммонийный и нитритный азот);
• — биологические. Вызываются микроорганизмами и способными к брожению органическими веществами, приводят к бактериологическому заражению (вирусы, бактерии, другие болезнетворные организмы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибы);
• — физические. Связаны со сбросом тепла в воду, что приводит к потрясению всего биоценоза водоемов. Источником служат подогретые сбросные воды ТЭЦ и промышленности. Повышение температуры изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество растворенного кислорода, изменяет скорость обмена веществ. Также к физическим загрязнениям относятся радиоактивное загрязнение вод, попадание различных взвесей в водные системы.

Виды загрязнителей гидросферы по отраслям промышленности:

• 1) целлюлозно-бумажный комплекс, деревообработка: органические вещества (смолы, жиры, лигнины, фенол), аммонийный азот, сульфаты, взвешенные вещества;
• 2) нефтегазодобыча: нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийный азот, сульфиды;
• 3) машиностроение, металлообработка, металлургия: тяжелые металлы, взвешенные вещества, цианиды, аммонийный азот, нефтепродукты, смолы, фенолы, фотореагенты;
• 4) химическая, нефтехимическая промышленность: фенолы, нефтепродукты, СПАВ, полициклические ароматические углеводороды, бензапирен, взвешенные вещества;
• 5) горнодобывающая, угольная промышленность: флотореагенты, минеральные взвешенные вещества, фенолы;
• 6) легкая, текстильная, пищевая промышленность: СПАВ, нефтепродукты, органические красители, органические вещества.

Более половины (56%) воды, используемой в различных отраслях промышленности, возвращается в природную среду в виде загрязненных сточных вод. Основную ответственность за загрязнение природных вод несут: машиностроение, включая судостроение и судоремонт (39% общего поступления загрязняющих веществ), коммунальное хозяйство (37%), цветная металлургия (7%) и сельское хозяйство (8% без учета смывов пестицидов и минеральных удобрений).

Водоемы значительно загрязняются при сбросе сточных вод, содержащих большое количество органического вещества. В таких водах быстро размножаются грибы и бактерии, что приводит к изменению структуры объектов гидросферы и уменьшению содержания растворенного в воде кислорода. Биологическое потребление кислорода (БПК) является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема органическими веществами. Он определяет количество кислорода, необходимое для разложения органических загрязняющих веществ.

Эвтрофикация (др. греч. еитрофга — хорошее питание) — повышение уровня первичной продуктивности водоемов из-за повышения в них концентрации биогенных веществ, в основном азота и фосфора; часто приводит к цветению вод.

Эвтрофикация водоемов — обогащение рек, озер и морей биогенами, сопровождающееся повышением продуктивности растительности в водоемах. Попав в природные водоемы, биогенные элементы (например, соединения фосфора и азота) становятся питательной средой для микроорганизмов, в том числе сине-зеленых водорослей. Продукты жизнедеятельности сине-зеленых — аллергены — токсины, уже напрямую воздействующие на человека. Особенно интенсивно водоросли размножаются в хорошо прогретой воде, т. е. летом. Именно поэтому некоторые из нас обнаруживают после купания в заливе на своем теле красные пятна.

Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоема, так и антропогенных воздействий (рис. 2.10). Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации, — фосфор и азот.

Рис. 2.10. Эвтрофикация водоема.

Для эвтрофных водоемов характерны богатая литоральная и сублиторальная растительность, обильный планктон. Искусственно несбалансированная эвтрофикация может приводить к бурному развитию водорослей («цветению» вод), дефициту кислорода, замору рыб и животных. Этот процесс можно объяснить малым проникновением солнечных лучей в глубь водоема (за счет фитопланктона на поверхности водоема) и, как следствие, отсутствием фотосинтеза у надонных растений, а значит, и кислорода.

Олиготрофные озера (от др. греч. окхуос^ — незначительный, бедный, трофц — питание, пища). Их воды бедны минеральным азотом и особенно фосфором, встречающимся в виде следов. Благодаря низкой плотности биоценоза в воде присутствует много кислорода, а содержание С0₂ невелико, вследствие чего, в частности, отмечается нерастворимость соединений железа. Вода прозрачная, синего или зеленого цвета. К такому типу относят глубокие озера с песчаными берегами.

Кислород из атмосферы растворяется в воде крайне медленно. Следовательно, бентосные растения не только обеспечивают пищу и убежище водным животным, но и поддерживают необходимую концентрацию растворенного 0₂ на глубине, выделяя его непосредственно в воду. В результате в водоеме, обедненном питательными элементами, может существовать богатый, разнообразный биоценоз из рыб, моллюсков и бентосных растений, которыми они питаются.

Эвтрофные озера. Их воды богаты азотом и фосфором. Обилие организмов ведет к истощению кислорода в глубинных слоях во время фаз застоя. Вода малопрозрачная, от зеленовато-коричневой до коричневой. Для таких озер характерны небольшие глубины, благоприятствующие образованию широких поясов прибрежной растительности.

Дистрофные озера. Это неглубокие озера с берегами, поросшими торфообразующими растениями. Вода малопрозрачна, окрашена в бурый цвет гуминовыми веществами; кислород в дефиците; реакция воды слабокислая. Между этими тинами озер существуют все переходные стадии. Кроме того, одно и то же озеро (пруд) может переходить из одного тина в другой.

Процесс антропогенного эвтрофирования, вызывая быстрые и подчас необратимые нарушения функциональных связей экосистемы, приводит к ухудшению качества воды, подрыву полезной продуктивности, а иногда и к полной утрате природных ресурсов озера. Основные отрицательные последствия этого процесса — массовое развитие планктонных водорослей, появление неприятного запаха и вкуса воды, увеличение содержания органических веществ, снижение прозрачности и увеличение цветности воды. Перенасыщение воды органическим веществом стимулирует развитие сапрофитных бактерий, в том числе болезнетворных, а также водных грибов. В результате жизнедеятельности некоторых водорослей, особенно сине-зеленых, возникают токсические эффекты, приводящие к заболеваниям животных, а в отдельных случаях и человека («гаффская» и «сартландская» болезни).

На окисление огромного количества новообразованного органического вещества расходуется значительная часть содержащегося в озерной воде растворенного кислорода. В результате ценные в промысловом отношении породы рыб (лососевые, сиговые), требовательные к высокому качеству воды, вытесняются низкосортными видами, менее в этом отношении чувствительными.

В последнее время наблюдается падение уровня грунтовых вод и истощение их запасов. Потребление грунтовых вод превышает по скорости пополнение их запасов. В лучшем случае при этом становится дороже качать воду, но со временем скважины могут просто пересохнуть. Проблема стоит особенно остро в регионах с низким количеством осадков, где скорость пополнения очень невелика, а потребность в грунтовых водах высока из-за недостатка поверхностных водоемов.

Падение уровня грунтовых вод влияет и на поверхностные водоемы. Вспомните, что ручьи, реки и озера в значительной мере питаются за счет родников, представляющих собой выходы грунтовых вод на поверхность. По мере падения уровня грунтовых вод количество воды, вытекающей из родника, сокращается, и в конце концов он иссякает, когда уровень грунтовых вод падает ниже точки его выхода. Следовательно, это падение приводит к сокращению стока родников и, таким образом, всех поверхностных вод, что усугубляет все упомянутые выше экологические проблемы.

Веками грунтовые воды вымывали в недрах земли полости. Пока эти пространства были заполнены водой, она сама отчасти поддерживала вышележащие породы и почвы. Когда уровень грунтовых вод падает, эта опора исчезает и может происходить постепенное опускание поверхности суши, называемое просадкой грунта.

Из-за истощения запасов грунтовых вод возникает еще одна проблема — подток соленой воды. В приморских районах родники могут находиться ниже уровня океана. Пока уровень грунтовых вод на суше выше уровня океана, в водоносном горизонте сохраняется давление, поддерживающее постоянный отток пресной воды в океан, причем колодцы, расположенные вблизи него, также дают пресную воду. Однако понижение уровня грунтовых вод или большая скорость их потребления могут снизить давление в водоносном горизонте, что позволит проникать в него, а следовательно, и в колодцы соленой воде.