Лекция №13 Загрязнение гидросферы

Вопросы:

1. Загрязнение континентальных и океанических вод

2. Источники и последствия загрязнения

3. Эвтрофикация водоемов

4. Тепловое загрязнение водоемов

Из 10¹⁸ тонн воды на Земле на пресную воду приходятся всего лишь 3%, из которых 80% недоступны для использования, поскольку представляют собой лед, образующий полярные шапки. Пресная вода оказывается доступной человеку в результате участия в гидрологическом цикле, или круговороте воды в природе, который схематически изображен на рисунке. Ежегодно в круговорот воды, в результате ее испарения и выпадения осадков в виде дождя или снега, вовлекается приблизительно 500 000 км3 воды. По теоретическим подсчетам максимальное количество пресной воды, доступное для использования, составляет приблизительно 40 000 км3 в год. Речь идет о той воде, которая стекает с поверхности земли в моря и океаны (так называемый сток).  Рис. Кругооборот воды в природе Использование пресной воды принято подразделять на многократное использование и безвозвратное расходование. В соответствии с этим пресную воду также иногда подразделяют на используемую многократно и расходуемую безвозвратно. Многократное использование воды может быть проиллюстрировано на таких примерах, как навигация, рыбоводство и получение гидроэлектроэнергии. Безвозвратно расходуемая пресная вода становится уже недоступной для повторного использования. К ней относится пресная вода, которая после употребления оказалась потерянной в результате испарения (в том числе листьями растений); вода, вошедшая в состав продуктов, а также вода стока, достигшая моря (океана) и смешавшаяся с соленой водой. Безвозвратный расход пресной воды во всем мире составляет от 2500 до 3000 км3 в год, причем из этого количества приблизительно 10% расходуется в бытовых целях, 8% в промышленности, а подавляющее большинство-82% идет на ирригацию в сельском хозяйстве.

Вода - это минерал, обеспечивающий существование живых организмов на Земле. Вода входит в состав клеток любого животного и растения. В общей массе взрослого животного содержится 45-70% воды, у эмбрионов человека 97%. Сложные реакции в животных организмах и растениях могут протекать только при наличии воды. Потеря 10-12% воды тяжело сказывается на состоянии организма, проявляется слабость, жажда, дрожь; Потеря 20-25% воды - может привести к смерти. Недостаточное количество воды в организме человека приводит к нарушению вывода продуктов обмена пищеварения, кровь обедняется водой, человека лихорадит. Доброкачественная вода - важный фактор жизни человека, животных и их здоровья. Именно пресные воды подвергаются интенсивному истощению, так как для человека они имеют наибольшее практическое значение. Вода необходима в промышленности. Она служит источником электроэнергии. В некоторых производствах, для того чтобы выпустить одну тонну готовой продукции необходимо затратить сотни тонн воды. Так же вода необходима в сельском хозяйстве, для удовлетворения хозяйственно-бытовых нужд населения. В настоящее время изучение водных ресурсов Земли в связи с непрерывным увеличением их потребления показало, что в ряде стран с развитой экономикой назрела угроза недостатка воды. Причины истощения кроются не только в неравномерном распределении ресурсов на поверхности земли, но и в том, что вода, после ее использования, загрязняется и не подвергается эффективной очистке. Вода, покрывающая 70% поверхности земного шара, в наши дни становится одним из самых дефицитных минералов. Самым крупным потребителем пресных вод является сельское хозяйство. В настоящее время на орошение земель затрачивается 4200 км3 воды в год. При этом 3/4 теряется безвозвратно. Для того чтобы вырастить одну тонну пшеницы, требуется полторы тонны воды. Одна тонна риса - более 7000 тонн, а для одной тонны хлопка - около 10000 тонн воды. Прежде чем в магазине появится банка консервов овощей или фруктов, на нее будет истрачено 40 литров воды. На втором месте по водопотреблению пресных вод стоят промышленность и энергетика. Из промышленных отраслей наиболее водоемкими являются горнодобывающая и химическая, сталелитейная, пищевая, целлюлозно-бумажная. Для промышленных процессов вода необходима, как уголь, медь, железо и другие природные ресурсы. Если ежегодно мировое потребление минеральных ресурсов составляет 7-8 млрд. тонн, то воды 7-8 млрд. тонн ежесуточно. Особое место в использовании водных ресурсов занимает водопотребление для нужд населения. На коммунально-бытовые нужды объем потребления для одного человека составляет от 3 до 700 литров воды в день. Из анализа водопотребления за последние пять-шесть прошедших десятилетия следует, что при сохранении темпов прироста населения и объемов производства, к следующему веку человечество может исчерпать весь запас пресных вод.

Замена водного охлаждения воздушным в химическом и нефтехимическом производствах, машиностроении и металлообработке, на ТЭС и в деревообрабатывающей промышленности сократила бы здесь потребление воды на 70-80%. Большие возможности сокращения нерациональных расходов воды имеются и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Всем хорошо известно, как велики утечки из неисправных кранов, другой санитарно-технической арматуры, из наружных водопроводных сетей. В последнем случае причиной утечек зачастую являются быстроизнашивающиеся трубы, и замена их на долгосрочных эмалированные трубы и трубы из стеклообразных материалов с повышенной антикоррозионностью позволили бы намного снизить расход воды.

Проникновения вредных веществ в воду имеет очень сложный характер. Основные его стадии поясняются рисунком:

Рис. Проникновение загрязняющих веществ в круговорот воды

Три важных стадии круговорота воды: испарение (А), конденсация (Б) и атмосферные осадки (В). Если в него вовлечено слишком много природных или искусственных загрязняющих веществ из перечисленных ниже источников, естественная система не справляется с очисткой воды. 1. Радиоактивные частицы, пыль и газы поступают из атмосферы вместе со снегом, выпадающим и накапливающимся в высокогорьях. 2. Талые ледниковые воды с растворенными загрязняющими веществами стекают вниз с высокогорий, формируя истоки рек, которые на своем пути к морю увлекают частицы грунта и горных пород, размывая поверхности, по которым они текут. 3. Воды, дренирующие горные выработки, содержат кислоты и другие неорганические вещества. 4. Вырубка лесов способствует развитию эрозии. Многие загрязняющие вещества сбрасываются в реки предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности, на которых обрабатывается древесина. 5. Дождевые воды вымывают химические вещества из почвы и разлагающихся растений, транспортируют их в грунтовые воды, а также смывают со склонов в реки почвенно-грунтовые частицы. 6. Промышленные газы попадают в атмосферу, а оттуда вместе с дождем или снегом - на землю. Промышленные стоки поступают непосредственно в реки. В зависимости от отрасли промышленности сильно различается состав газов и сточных вод. 7. Органические инсектициды, фунгициды, гербициды и удобрения, растворенные в водах, дренирующих сельскохозяйственные угодья, поступают в реки. 8. Опыливание полей пестицидами загрязняет воздушную и водную среду. 9. Коровий навоз и другие остатки животного происхождения - основные загрязнители мест больших скоплений животных на пастбищах и скотных дворах. 10. При откачке пресных грунтовых вод может произойти засоление в результате подтягивания к их зеркалу минерализованных вод из эстуариев и морских бассейнов. 11. Метан продуцируется бактериями как в естественных болотах, так и в стоячих водоемах при избытке органических загрязнителей антропогенного генезиса. 12. Тепловое загрязнение рек происходит из-за поступления от электростанций нагретых вод. 13. Города являются источниками разных отходов, включая как органические, так и неорганические. 14. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания - основные источники загрязнения воздушной среды. Углеводороды адсорбируются содержащейся в воздухе влагой. 15. Крупные предметы и частицы удаляются из коммунально-бытовых сточных вод на станциях предварительной очистки, органика - на станциях вторичной очистки. От многих веществ, поступающих с промышленными стоками, невозможно избавиться. 16. Разливы нефти от морских нефтяных скважин и из танкеров загрязняют воды и пляжи.