УО Мозырский государственный
Педагогический университет
ПРОБЛЕМЫ
ГИДРОСФЕРЫ
Мозырь 2003г.
План
Пресная вода и санитария.
Мировой океан.
Экологические проблемы прибрежных районов.
Пресная вода является органическим и уязвимым ресурсом. Доступ к чистой и безопасной воде относится к основным и универсальным потребностям человека. Согласно некоторым оценкам, 1млрд человек в развивающихся странах не имеют доступ к чистой воде. В настоящее время в эмиратах Персидского залива обмен литра сырой нефти на литр питьевой воды считается выгодной сделкой.
Известно, что 20% населения Земли испытывает нехватку чистой питьевой воды. Нехватка воды возникает тогда, когда нет возможности удовлетворить все существующие потребности и эксплуатация ограниченных водных ресурсов приобретает конкурентный характер.
По данным экспертов ВМО, в середине 90-х годов около 1,11 млрд. жителей развивающихся стран страдали от её недостатка.
К странам, страдающим от недостатка воды, относятся государства Северной Африки, Ближнего Востока, Азии. Недостаток воды и водных ресурсов является ключевым лимитирующим фактором будущего развития в Южной Африке. Огромное количество воды потребляет Европа.
Здоровье человека непосредственно зависит от наличия чистой воды и её использования для создания надлежащих санитарных условий проживания.
Доступ к чистой воде и приемлемые санитарные условия наиболее ощутимо влияют на уровень заболеваемости и смертности, а также на способность к производительному труду. По существу, бедные люди в развивающихся странах – те, кто не имеет возможности потреблять питьевую воду в достаточном количестве и живёт в антисанитарных условиях. Недостаток воды в купе с ростом населения часто приводит к серьёзному водному кризису.
В настоящее время почти 2 млрд. человек не имеют доступа к канализации, 5 млн., в том числе 2 –3 млн. детей, ежегодно умирают от болезней, так или иначе связанных с водой. Почти 50% населения Земли вынуждено жить в плохих санитарных условиях в связи с нехваткой чистой воды.
Несмотря на усилия, предпринятые с целью обеспечения населения чистой водой за период Международного десятилетия по снабжению питьевой водой и улучшению санитарных условий (1981 – 1990 гг.), рост численности населения практически свёл на нет успехи этого проекта к 2000 г.
Вода, находящаяся вне водопроводных сетей, является природным ресурсом, который находится в общественной собственности. Развитие, эксплуатация водных ресурсов и контроль за их потреблением выходят за рамки национальных интересов и требуют разработки принципов международного сотрудничества. На национальном уровне эти задачи также достаточно сложны, и к решению вопросов водопользования привлекаются потребители, планирующие органы и политические учреждения всех уровней.
На первый взгляд, имеющиеся на земле запасы пресной воды кажутся достаточными. Общий годовой сток всех рек мира составляет в среднем 426000 км3, и, по состоянию на 1995 год., это соответствует 7600 м3 на душу населения. Однако в результате роста численности населения эта доля постоянно уменьшается: в 1970 г. она составляла 12900 м3, а к 2025 г. может упасть до 5200 м3. Фактически жители многих районов земного шара получают значительно меньше воды. Часто источники пресной воды находятся далеко от тех мест, где есть потребность в них или воды не бывает в те сезоны года, когда она необходима.
Всё больше водных объектов становятся загрязнёнными и из – за этого непригодными для использования без специальных мер, что ведёт к дальнейшему обострению проблемы нехватки воды.
Сток рек не полностью отражает ситуацию с обеспечением пресной водой. Значительная доля стока приходится на наводнения, когда разлившуюся воду нельзя собрать и использовать для хозяйственных нужд, если не построить крупные водохранилища. Кроме того, в реке всегда должно оставаться такое количество воды, которое обеспечивает нормальное состояние и функционирование водной экосистемы.
Общий мировой забор воды составляет около 4 км3 в год, что, по некоторым расчётам, соответствует примерно половине той доли глобального стока, которая доступна для использования с географической и временной точек зрения.
Часть воды, забираемой из природных водных объектов, возвращается обратно, но когда речь идёт об ирригации, вода испаряется либо теряется другими путями и не возвращается обратно в водную экосистему.
Крупнейшим потребителем пресной воды является сельское хозяйство.
Проблемой стала и неравномерность распределение водных ресурсов как в глобальном масштабе, так и внутри каждой страны. Многие страны видят решение проблемы пресной воды именно в перераспределении водных ресурсов. Примером этого может быть Китай.
В Китае живёт 22% населения Земли. По общим запасам воды страна занимает шестое место в мире, но доля воды на одного жителя здесь в четыре раза ниже общемировой. Здесь находится только 7% мировой пашни, к тому же только четвёртая часть её полностью застрахована от засух или наводнений.
Четыре пятых общего запаса пресной воды сосредоточены в бассейне реки Янцзы, и лишь одна пятая приходится на Северный Китай, а именно там находится две трети пехотных земель. Земледельцы Китая расширили орошаемые площади с 13 до 50 млн. га, которые дают сейчас две трети валового урожая. Тем не менее на севере Китая посевы страдают от засух, а на юге – от наводнений. Под девизом «Водами Юга напоить Север» предполагается перебросить из Янцзы в Хуанхэ примерно 6% годового стока. Жёлтая река от этого станет в два с лишним раза многоводнее.
На глобальном уровне определение нехватки воды как отсутствие возможности удовлетворить все существующие нужды, по – видимому, не имеет смысла, поскольку страны находятся на разных уровнях развития, а распределение водных ресурсов отличается исключительной неравномерностью.
В рамках деятельности ООН при анализе проблемы «чистой воды» учитываются такие показатели, как отношение отбора воды к общему её наличию в расчёте на один год. По данным экспертов ООН, страны, использующие менее 10% имеющихся запасов воды, не испытывают сколько – нибудь серьёзных затруднений, связанных с эксплуатацией водных ресурсов. Если эта величина превышает 10 – 20% начинают ощущаться некоторые ограничения, которые будут нарастать в дальнейшем. Если забор воды устойчиво превышает 20%, это может служить сигналом для изменения практики водопользования и перераспределения ресурсов между конкурирующими за воду потребителями. Обычно такая ситуация указывает на обострение проблемы водообеспечения и сопровождается ухудшением качества воды.
Серьёзная нехватка воды, по данным ООН, -- это превышение потребностей на 40% от имеющихся запасов. В этом случае вода превращается в фактор, ограничивающий экономическое развитие.
В настоящее время значительно возросло потребление пресной воды из подземных источников, что усиливает общий дефицит этого ресурса, жизненно важного для человечества. По данным исследовательской организации «Уорлдуотч», ежегодно подземные резервуары планеты лишаются 160 млрд. м3 пресной воды. Такой объём воды не возмещается в ходе её круговорота. Этой воды хватило бы для возделывания 10% общего урожая зерновых в мире. Интенсивный водозабор подземных вод становится угрозой для дальнейшего повышения урожайности продовольственных культур. В Арабском регионе уже создана межгосударственная сеть по защите подземных вод.
Для того чтобы предотвратить дальнейшее увеличение дефицита пресной воды, следует увеличить (примерно вдвое) эффективность её потребления. В частности, фермерам в Индии, Израиле, Испании, Иордании и некоторых США рекомендуют перейти на систему капельного орошения. Она предусматривает подачу влаги непосредственно на корневище растения. В агротехнике возделывания риса желательно увеличить продуктивность использования за счёт укрепления системы каналов и перехода от традиционных методов высадки к посеву семян на полях.
Постоянно обостряющаяся нехватка воды и её рациональное использование уже давно вызывают озабоченность, поскольку эти факторы являются ключевыми в стратегии устойчивого развития, здоровья людей и их благосостояния, для промышленности и обеспечения продовольствием. В обозримом будущем ситуация, вероятно, будет ухудшаться.
Вполне допустимо, что в 21 веке пресная вода, а не нефть станет главным стратегическим ресурсом на земле.
Как отмечено в докладе ООН, постоянный рост нехватки воды может стать даже более острой проблемой, чем глобальное потепление. По некоторым прогнозам, в 2050 г. от нехватки воды будут страдать 3млрд. человек в 50 странах мира. Предполагается, что к 2005 г. третья часть населения мира будет проживать в экваториальном поясе, влажные тропические леса которого сыграют критическую роль в глобальном гидрологическом цикле. Это усилит сложность экологических и социальных проблем, связанных с водой.
Уже сейчас в таких регионах, как Африка и Ближний Восток, недостаток пресной воды порождает бедность и отсталость, влечёт политическую нестабильность. Нехватка воды служит причиной этнических и межгосударственных конфликтов.
Египет, Судан и Эфиопия постоянно враждуют из – за вод реки Нил. Летом в 1998 г почти пол миллиона палестинцев на западном берегу Иордана были подвергнуты строгим ограничениям на расход воды, что вызвало волну гнева против властей Израиля. Не исключено, что истинной причиной конфликтов между Турцией и Сирией по курдской проблеме является доступ к водным ресурсам. Индия и Бангладеш спорят из – за стока Ганга, который иногда полностью пересыхает в низовьях.
Рост населения в азиатском регионе приводит к росту потребностей в пресной воде для сельскохозяйственных, промышленных и бытовых нужд. Основу питания там составляет рис, для возделывания которого нужны заливные поля.
Не исключено, что Россия вскоре ощутит активизацию Китая в отношении водной политики. В январе 1999 г. начался переброс стока верхнего течения Иртыша протяжённостью около 500 км (в Китае реку называют «Чёрный Иртыш»). Уже сейчас россияне обнаруживают рост загрязнённости всей реки и резкое сокращение её «наполняемости» водой.
На водном балансе Западной Сибири негативно сказывается также нарушение правил использования вод Иртыша Казахстаном, в частности, при эксплуатации каскада Иртышских гидроэлектростанций и водохранилищ. Быстро ухудшается также качество воды в реке Ишим, как полагают, из – за роста загрязнённости реки в верхнем и среднем течениях, -- в Северном Казахстане.
Кризис водоснабжения в отдельно взятой стране, который, на первый взгляд, представляется локальным, имеет последствия глобального характера. Поэтому разрешение такого рода кризисных ситуаций требует сотрудничества на глобальном уровне. Разумное и дальновидное отношение к воде как к одному из главных стратегических ресурсов, становится приоритетом 21 века.
Страны с высокоразвитой экономикой могут направлять свои водные ресурсы в такие секторы, которые позволяют получить быструю отдачу. В то же время более бедные государства, испытывающие трудности с водой,вряд ли сумеют использовать такой подход и будут испытывать всё более возрастающую нехватку воды.
Высказывается много различного рода предложений о перспективах использования в будущем потенциальных источников пресной воды.
Одним из таких источников могут стать ледники. Водный режим ледниковых районов далеко не всегда отвечает хозяйственным потребностям. Поэтому встаёт задача его оптимального регулирования, в том числе путём искусственного таяния, создания системы водохранилищ ниже ледников, создание наледей в руслах рек. При этом учитывается, что на восстановление баланса массы ледников уходит 20 – 30 лет.
На юге Красноярского края, в Забайкалье, Амурской области «орошение наледями» практикуется. Оно позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур и трав в 1,5 – 2 раза.
Маловодные территории часто имеют запасы подземных вод, но они оказываются солоноватыми. Тогда на помощь приходит способ опреснения путём факельного намораживания (пропускание на морозе через дождевальную установку).
Самое интересное предложение из этой серии – использовать воду айсбергов. В 70 – 80-х гг. были разработаны проекты по транспортировке больших (длинной 1км, шириной 0,5км и толщиной 200 – 250м) айсбергов в засушливые районы Австралии, Америки, Африки и даже Аравии.
Предполагается, что один такой айсберг будут транспортировать 4 – 5 буксиров мощностью 10 – 15 тыс. л.с. каждый в сопровождении танкера водоизмещением 80 тыс. т. Часть работ по перемещению выполнят холодные течения и устойчивый ветер. При удачном захвате айсберга, благоприятных ветрах и течениях он может быть доставлен даже к берегам Аравии менее чем за год, а к берегам Австралии – за несколько месяцев. Чтобы предохранить айсберг от интенсивного таяния в пути, будут использованы пластиковые капсулы.
В связи с этими надеждами важна необходимость осознания того, запасы льда на Земле (которые составляют около 30 млн. км3) и такие регионы Земли, как Антарктида, принадлежат всему миру.
Большой вклад в гляциологические исследования внесли работы учёных России и бывшего СССР, которые занимаются оценкой глобальных запасов льда и снега, характеристикой их режима, изменчивости и других параметров. Коллективом авторов во главе с Академиком В.М. Котляковым составлен «Атлас снежно – ледовых запасов мира».
Трудно переоценить значимость загрязнения другой среды, обеспечивающей человеку возможность выживания, которую можно было бы сравнить с загрязнением воды.
Сброс недостаточно очищенных сточных вод в водоём непосредственно сказывается на качестве воды, используемой человеком, и влияет на его здоровье. Не менее важно, что это приводит к деградации водных экосистем, нарушению условий обитания гидробионтов, участвующих в формировании качества природных вод.
Загрязнение естественных водных экосистем приводит к потере в рыболовстве, причиняя экономический ущерб, что в особенности важно для стран, которые находятся в прибрежных зонах, и для островных государств.
Деградация водных экосистем происходит в следствии слияния двух основных факторов: токсического загрязнения, вызывающего гибель водных организмов, и поступление в водные объекты биогенных веществ, вызывающих усиление эвтрофикации, снижение концентрации кислорода. Оба фактора влекут за собой снижение самоочищающей способности водных экосистем.
К наиболее опасным веществам, загрязняющим водные экосистемы, сейчас относятся так называемые УОС. Эти вещества накапливаются в водной экосистеме и передаются по трофической цепи, попадая в конце концов в организм человека. Их «поведение» в окружающей среде всё ещё недостаточно изучено. В частности, сейчас вызывают большую тревогу возможность попадания в подземные воды в результате миграции опасных химических соединений используемых в агротехнике.
Так, глубина проникновения пестицидов (ДДТ, ДДЭ, ГХЦГЭ и др.) в почву, по данным Росгидромета, достигает 70 – 115 см. При этом отмечены существенные различия этого параметра не только для разных регионов, но и для идентичных почв под различными сельскохозяйственными культурами. Анализ данных за 1984 – 1996г. позволил заключить, что не один из этих пестицидов не «закрепляется» в пахотном горизонте почвы, а мигрирует на разную глубину: ДДТ и ГХЦГЭ – до 120 см., в ДДЭ и трефлан – до 200см., ТХАМ – до 150 см., фозалон – до 180-см. В отдельных регионах загрязнённые воды с поверхности (в зонах орошения) могут проникать на глубины 100 и более метров.
Исходя из важности проблемы, международное сообщество учредило Международную Гидрологическую программу (МГП) ЮНЕСКО. В течение 1996 – 2001 г. основными задачами МГП были обоснованное планирование и управление водными ресурсами, укрепление связей научных и прикладных исследований. Планирование на 2002 – 2007 г. отличается более интегрированным подходом, основанным на важности пресной воды для устойчивого развития, роли её как критического фактора для человечества и биосферы. Организуются национальные узлы в Интернет для распространения данных по водным ресурсам. Например, по адресу в Интернет http: //agrolink.moa.mv.htropiks/wetfiend.htmt можно найти данные для пяти стран Австралии, Кореи, Н. Зеландии, Японии и Малайзии.
Мировой океан играет ключевую роль в формировании глобальных круговоротов биогенных компонентов и продуктивности биосферы. В биохимических круговоротах Мировой океан функционирует как крупный резервуар биогенных компонентов. Суммарная биопродуктивность океана составляет значительную часть продуктивности биосферы.
Существование человечества всё больше связывают с использованием ресурсов Мирового океана. Океаны являются важнейшим источником продовольствия, энергии, воды, углеводородов и ископаемых. Биоресурсы океана используются в качестве продовольствия, кормов для скота, в фармацевтической и косметологической промышленности.
В обеспечении продовольствием населения Земли большие надежды связывают с марикультурой. Сейчас 80% продукции марикультуры приходится на Индо – Тихоокеанский регион, в частности на Индию, КНР, Республику Корея, Японию, Филиппины, и, кроме того, также на США и Францию. Считается, что к началу 21 века потребность в морепродуктах будет на 30 – 40% выше максимального разумного лова, а мировой объём марикультуры будет доведён до 40 – 50 млн. т. в год.
Мировой океан играет важнейшую роль в смягчении климата Земли благодаря своей гигантской инерции, переносу тепла к полюсам и формированию облачного покрова. Таким образом, загрязнение Мирового океана может привести к изменениям, касающимся глобальной экодинамики.
Наибольший вклад в загрязнение Мирового океана вносит нефтяное загрязнение. Впервые загрязнение нефтью с судов было признано важной проблемой ещё во времена первой мировой войны, но лишь в 1954 г. была заключена Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря нефтью («Ойлпол – 54»). В 60 – х гг. резко возрос объём морских перевозок нефти с 210 млн. т. в 1948 г. до 865 млн. т. в 1967.
Поворотным моментом во взглядах на нефтяное загрязнение была авария на танкере Torrey Canion в 1967 г. В результате целой цепи навигационных ошибок танкер сел на скалы у юго – западного побережья Великобритании. В море вылилось 119 тыс. тонн нефти, значительная часть которой выплеснулась на побережье. С последствиями загрязнения боролись всеми возможными в то время способами: от использования «детергентов» до бомбёжки и использования напалма. Но ничего не смогло предотвратить ужасного удара по прибрежным флоре и фауне. Эта авария помогла осознать всю опасность морских перевозок нефти для окружающей среды.
С 1973 г. действует конвенция «МАРПОЛ – 73/78», которая установила ряд жёстких требований к количеству перевозок, сбросам с судов, техническому устройству и оборудованию судов и контролю перевозок.
Подавляющий объём загрязнения морской среды нефтью вносят морские порты и береговые промышленные предприятия, на втором месте находятся дноуглубительные работы. Промышленные стоки и отходы составляют 60,8% нефтяного загрязнения, загрязнение от нефтяных терминалов и нефтеперерабатывающих заводов составляет 1,2%, от нефтегазовых установок, платформ и скважин в море – 2,1 от танкерного судоходства – 11,3, от остального судоходства (не танкерного) – 14,4%.
Судьба нефтепродуктов, попадающих в морские воды, пока ещё недостаточно изучена. Нефть представляет собой смесь различных веществ, из которых 50 – 88% (в зависимости от происхождения) приходится на углеводороды, а остальная честь – на соединения, содержащие помимо углерода и водорода, кислород, азот, серу. Часть нефтепродуктов с низкой молекулярной массой (4 – 12 атомов углерода – сырой нефти эта фракция может составлять до 50%) довольно быстро испаряется с поверхности воды. Не исключено, однако, что она может вновь попасть в океан.
Часть нефтепродуктов растворяется в морской воде и распространяется в её толще. При этом в ходе химико – биологических превращений новые химические вещества, более растворимы, чем исходные. Так, например, растворимость в воде H октановой кислоты в 600 раз больше, чем H октанового спирта, из которого она образуется.
Нефтепродукты быстро образуют с водой стойкие эмульсии, которые затем превращаются в нефтяные комки и сгустки. Дальнейшее разложение нефтепродуктов приводит к увеличению их удельной массы, они оседают на дно, но затем в следствие образования газов вновь всплывают на поверхность.
Под действием кислорода и ультрафиолетового излучения нефтепродукты окисляются. В окислении их важную роль играют микроорганизмы (бактерии). Таким образом, нефтепродукты включаются в пищевую цепь водной экосистемы. В то же время нефтепродукты оказывают негативное воздействие на морские экосистемы. Они подавляют фотосинтез водорослей, нарушают хеморецепторные реакции у морских животных, вызывают нарушение репродуктивных и пищевых функций и т.д. канцерогенные компоненты нефтепродуктов (например, бензпирен) не только вызывает заболевание у гидробионтов, но и опасны для человека, т.к. передаются и концентрируются в трофических цепях.
Считается, что в Мировом океане растворённые углеводороды содержаться в количествах примерно 400 – 1300 млн. т. обнаруживаются на глубинах порядка 1000 м.
Существенный вклад в мировое загрязнение морей вносят аварии. В мире происходит огромное количество аварий. В банке данных одной из фирм США, которая занимается мониторингом аварийных ситуаций, на 1997 г. насчитывалось 300 млн. зафиксированных аварий, причём их прирост составляет примерно 12 – 14 млн. аварий в год.
По оценкам специалистов, в середине 80 – х гг. в Мировой океан ежегодно попадало около 10 млн. т. нефти и нефтепродуктов, 50 тыс. т. ДДТ и других пестицидов, 5 тыс. т. ртути, 6 млн. т. фосфора, 2 млн. т. свинца и различного рода пластики и пластмассы. Основными источниками загрязняющих веществ в Мировом океане являются: естественные поступления из атмосферы и дна – 20%, наземные источники – 44%, судоходство – 35%; прочие источники составляют 1%.
В отличие от тенденций к увеличению числа и масштабов аварий в других отраслях статистика отмечает неуклонное снижение как числа крупных аварий с разливом нефти, так и количества попадающей в море нефти. Так, в 90—х гг. среднегодовое количество крупных разливов нефти (более 700 т. в каждый) снизилось по сравнению с 70 – ми гг. более чем втрое, а среднегодовое количество разлитой нефти – в 2.3 раза. Некоторые крупнейшие аварии оказались практически вне поля зрения общественности, так как они произошли в открытом океане и не причинили серьёзного вреда побережью. В то же время другие инциденты, хотя и более мелкого масштаба, стали причиной появления крупнейших международных соглашений.
Влияние разливов нефти в морской среде в значительной степени зависит от того, насколько эта нефть достигнет чувствительных животных. Крупные разливы в открытом океане могут быть менее опасны, чем небольшие разливы вблизи береговой зоны или колоний птиц. В связи с этим для оценки риска загрязнения важно определить параметры, характеризующие перенос и рассеивание загрязнения. Обычно более лёгкие фракции нефти, разлитой в море, испаряются а оставшаяся часть рассеивается под действием ветра и волн и подвергается разложению.
В высоких широтах, например, в Арктике, естественные процессы самоочищения проходят медленно, а ситуация усугубляется тем, что лёд может «капсулировать» нефть и она затем перемещается вместе со льдом. Нефть, высвобождающаяся из льда весной, может нанести большой ущерб природе.
На защищённых песчаных и илистых берегах эффект разлива нефти может быть более сильным и сохраняться в течении многих лет.
Согласно статистике, 80 – 85% аварий с морскими судами связанно с «человеческим фактором». В 1995 г. приняты поправки к конвенции 1978 г., которые повышают требования к квалификации моряков и ужесточают ответственность судоходной компании и государств за выполнение этих требований.
Морские воды России также загрязнены нефтью и нефтепродуктами, что является достаточно серьёзной проблемой. Данные мониторинга химического загрязнения морей России ежегодно публикуются в Госдокладах и Обзорах состояния окружающей природной среда в РФ. По данным Росгидромета, в 1997 г. содержание нефтепродуктов в водах Белого моря не велико: 0,06 мкг/л (менее 1,2 ПДК); в наиболее загрязнённых районах оно составляет 2 – 8 ПДК. Однако загрязнена не только водная толща, но и придонные слои воды (до 7 ПДК).
Помимо нефти и нефтепродуктов воды Мирового океана загрязнены тяжёлыми металлами, хлорорганическими пестицидами, фенолами.
Загрязняющие вещества поступают в океан в процессе атмосферного переноса. Атмосфера может быть эффективным, а иногда доминирующим звеном в цепочке переноса загрязняющих веществ в Мировой океан. О масштабах процесса говорит
то, что это сопоставимо с поступлениями из рек. Таблица.6.4.3.2.