Запасы воды в гидросфере Земли

Тема 8: ЕКОЛОГІЧНА ХІМІЯ ГІДРОСФЕРИ

ПЛАН:

1. Гідросфера: поняття, структура і характеристики.
2. Фізико-хімічні властивості води та її геохімічна роль.
3. Якість води, водокористування та водоспоживання.
4. Геохімічна класифікація вод за ступенем мінералізації (за Альокіним) та за іонним складом.
5. Забруднення гідросфери.

1. Гидросферой называют прерывистую водную оболочку Земли, расположенную между атмосферой и земной корой и представляющую собой совокупность океанов, морей и водных объектов суши (реки, озера, водохранилища, болота, подземные воды), включая скопления воды в твердой фазе (снежный покров, ледники). Океан занимает 71% поверхности Земли, его средняя глубина 4 км, масса воды 1,5·10¹⁸ т. Запасы воды в гидросфере составляют почти 1,5 млрд. км ³ (табл. 1).

Таблица 1

Запасы воды в гидросфере Земли

Часть гидросферы	Объем воды, тыс. км3	Объем воды в % общего объема
Океан	1 370 323	94,201
Подземные воды	60 000	4,42
В том числе зоны активного водообмена	4 000	0,27
Ледники	24 000	1,65
Озера		0,016
Почвенная влага		0,005
Пары атмосферы		0,001
Речные воды	1,2	0,0001

Из приведенных данных видно, что запасы соленой воды колоссальны, а пресной воды очень малы и составляют лишь около 3% общего объема вод суши. Кроме того, значительная часть пресной воды практически не используется из-за своей недоступности - воды ледников и основной части подземных вод. В настоящее время объем пригодных для использования пресных вод составляет 0,3% общего запаса гидросферы (примерно 4 млн. км³).

Вода в атмосфере - это главным образом водяной пар и его конденсат (капельки воды и ледяные кристаллы).

Биологическая вода - это вода, содержащаяся в живых организмах и растениях, в которых в среднем ее находится 80%. Общая масса живого вещества биосферы около 1400 млрд. тонн, соответственно масса биологической воды составляет 1120 млрд. тонн, или 1120 км³.

2. Вода - это единственное вещество на Земле, существующее в природе во всех трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Под действием солнечного тепла вода испаряется из естественных водоемов и водотоков - океанов, морей, рек, а также почвы. Водяной пар, будучи легче воздуха, поднимается в верхние слои атмосферы и конденсируется в мельчайшие капельки, образуя облака. Из облаков вода возвращается на земную поверхность в виде атмосферных осадков - дождей и снега. Выпадающая вода поступает непосредственно в водные объекты, а также собирается в верхних слоях почвы, образуя поверхностные и грунтовые воды, которые, соприкасаясь с минеральными и органическими веществами, частично растворяют их, формируя химический состав природных вод.

«Парниковый эффект », приводящий к нарушению теплового баланса Земли, способен повысить температуру земной поверхности. Любая человеческая деятельность, которая способствует парниковому эффекту и происходящим изменениям климата, по-видимому, влияет и на глобальный круговорот воды. Предполагаемое повышение уровня моря не только создает проблему защиты прибрежных районов от затопления, но может привести к загрязнению водных ресурсов (при затоплении химических производств, складов ядовитых веществ, свалок токсических отходов и т.д.), а также увеличению доли соленой воды по отношению к пресной воде. В результате потепления климата и увеличения испарений осадки могут возрасти на 15%. При повышении температуры на 2-4^оС в глобальном масштабе возможно таяние льда и повышение уровня Мирового океана примерно на 20 м с последующими непредсказуемыми экологическими последствиями.

Огромную роль играет вода в живых организмах. Обмен веществ без нее невозможен; почти все химические, физиологические и коллоидные процессы в организме (ассимиляция, диссимиляция, диффузия, ресорбция, осмос и др.) протекают в водных растворах или при обязательном участии воды.

Исключительные свойства воды в общей биологической системе Земли связаны с ее физическими и химическими свойствами. Вода (Н₂О) - простейшее устойчивое химическое соединение водорода с кислородом. При обычных условиях это жидкость без запаха, вкуса и цвета. По шкале Цельсия температура плавления воды принята за 0^оС, а температура кипения - за 100^оС. Температура кипения воды является аномальной и в то же время наиболее важной, так как именно поэтому стало возможным существование на Земле воды в жидкой фазе. С другой стороны, существование воды в чистом виде обусловлено и высокой температурой замерзания, что обеспечивает вымерзание примесей. Высокая теплоемкость воды способствовала тому, что Мировой океан стал регулятором климата, перераспределяя тепло по поверхности Земли. Наибольшую плотность вода имеет при 4^оС (1г/см³), при 0^оС плотность льда 916,8 кг/м³, а плотность воды - 999,968 кг/м³. Такая зависимость плотности воды от температуры позволяет сохраниться в холодные периоды всей водной биосфере. При температурах до 4^оС плотность льда становится меньше плотности воды и лед всплывает. При дальнейшем охлаждении происходит перемешивание более плотной холодной воды и менее плотной теплой до тех пор пока вся вода не достигнет 4^оС. Поверхностный слой становится легче глубинных слоев, и перемешивание воды прекращается, что приводит к образованию на поверхности воды льда, служащего тепловым барьером, защищающим гидросферу от переохлаждения.

Вода обладает способностью растворять очень многие вещества, имеет высокую диэлектрическую постоянную, способна к самопроизвольной электролитической диссоциации с образованием ионов: H₂O ®H⁺ + OH^-.

Эти свойства воды позволяют из любой природной системы получить водный раствор электролита, в котором возможно протекание многих процессов, невозможных в безводной среде. Многие вещества вступают с водой в реакцию обменного разложения, называемую гидролизом. Изменение физических свойств водных растворов почти линейно зависит от концентрации растворенных в ней солей.

3. С ростом населения Земли и увеличением выпуска промышленной и сельскохозяйственной продукции потребление воды возрастает. По оценкам Института мировых ресурсов, около 9000 км³ пресной воды доступно для человеческой деятельности. Этот запас воды достаточен, чтобы обеспечить 20 млрд. человек в год. По оценкам специалистов, безвозвратное водопотребление составляет 150 км³ в год (около 1% устойчивого стока пресных вод). В среднем городское водопотребление оценивается в 450 л/сутки на одного человека. Из них 50% идет на хозяйственно-питьевые, 20% на коммунально-бытовые и 30% на производственные нужды.

Главным потребителем воды является сельское хозяйство, на долю которого приходится около 70% всех запасов пресной воды. Велика потребность в воде и промышленности, где она используется для приготовления и очистки растворов, охлаждения и нагревания, транспортировки сырья, теплоэнергетических целей, удаления отходов, мытья оборудования, тары, помещений и т.д. Средний химический комбинат ежесуточно расходует 1 - 2 млн. м³ воды, теплоэлектростанция - 300 км³ в год.

Качество воды - это сочетание химического и биологического составаи физических свойств воды, определяющее ее пригодность для конкретных видов водопользования, в зависимости от назначения воды и особенностей технологического процесса. Требования к качеству всех видов вод, кроме сточных, устанавливаются отечественными государственными стандартами (ГОСТами). Термины и определения даны в ГОСТе 27065-86.

4. Существует несколько различных классификаций вод. В зависимости от водопользования воды могут быть питьевые, речные, озерные, артезианские, морские, сточные, смешанные и илы. Питьевая вода - это вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсичных химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения (отсутствие запаха, вкуса, цвета, минерализация не более 1 г/л, жесткость не должна превышать 7,0 ммоль/л, рН в пределах 6,5-9,5, концентрация нитрат-иона не более 45-50 мг/л, коли-индекс не более 3, коли-титр не менее 300). Состав речных и озерных вод зависит от ряда особенностей, к которым относятся скорость течения, геологические особенности местности, климатические и погодные условия, интенсивность воздействия на ионный и газовый состав биологических процессов и хозяйственной деятельности человека. Состав артезианских вод зависит от зональности - от пресных гидрокарбонатных в верхней части до высокоминерализованных хлоридных в глубоких частях бассейна. Под смешанными водами подразумеваются дождевая, колодезная, кипяченая вода и вода из устьев рек (солоноватая). Другая классификация подразделяет все воды на морские, поверхностные, подземные и осадки.

Классификации природных вод по химическому составу основываются на самых различных признаках: минерализации, концентрации преобладающего компонента или групп их, соотношении между концентрациями разных ионов, наличии повышенных концентраций каких-либо специфических компонентов газового (СО₂, Н₂S, CH₄ и др.) или минерального (F, Ra и др.) состава. Известны попытки классифицировать природные воды в соответствии с общими условиями, в которых формируется их химический состав, а также по гидрохимическому режиму водных объектов.

К наиболее известным классификациям относятся классификации С.А.Щукарева, Н.И.Толстихина, В.А.Сулина, О.А.Алекина. Для минеральных вод ранее применяли классификацию В.А.Александрова, в настоящее время - В.В.Иванова и Г.А.Невраева; для рассолов используется классификация М.Г.Валяшко. Для поверхностных вод наиболее часто применяется классификация О.А.Алекина, сочетающая принцип деления химического состава воды по преобладающим ионам с делением по количественному соотношению между ними.

По преобладающему аниону природные воды делятся на три класса:

1) гидрокарбонатные и карбонатные (большинство маломинерализованных вод рек, озер, водохранилищ и некоторые подземные воды);

2) сульфатные воды (промежуточные между гидрокарбонатными и хлоридными водами, генетически связаны с различными осадочными породами);

3) хлоридные воды (высокоминерализованные воды океана, морей, соленых озер, подземные воды закрытых структур и т.д.).

Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется на четыре типа вод, определяемых соотношением между содержанием ионов в процентах в пересчете на количество вещества эквивалента:

I. HCO₃^-> Ca²⁺ + Mg²⁺.

II. HCO₃^- < Ca²⁺ + Mg²⁺< HCO₃^- + SO^2-_4.

III. HCO₃^- + SO^2-₄< Ca²⁺ + Mg²⁺или Cl^-> Na⁺.

IV. HCO₃^- = 0.

Воды I типа образуются в процессе химического выщелачивания изверженных пород или при обменных процессах ионов кальция и магния на ионы натрия и являются маломинерализованными. Воды II типа смешанные, к ним относятся воды большинства озер, рек и подземные воды с малой и умеренной минерализацией. Воды III типа метаморфизированные, включают часть сильноминерализованных природных вод или вод, подвергшихся катионному обмену ионов натрия на ионы кальция и магния. К этому типу относятся воды морей, океанов, морских лиманов, реликтовых водоемов. К IV типу относятся кислые воды - болотные, шахтные, вулканические или воды сильно загрязненные промышленными стоками.

Выделяют несколько классификаций природных вод по минерализации. Округляя различные пределы значений, О.А.Алекин наметил следующее деление природных вод по минерализации:

1) рассолы (соленость > 50‰);

2) морские (соленость 25 - 30‰);

3) солоноватые (соленость 1 - 25‰);

4) пресные (соленость до 1‰).

5. Загрязнение гидросферы происходит с нарастающей скоростью. При прохождении через гидрологический цикл вода загрязняется взвешенными и растворенными веществами - как природными компонентами, так и отходами человеческой деятельности. Источники загрязнения вод делятся на четыре большие группы.

1. Производственные или промышленные сточные воды, использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки.

3. Атмосферные воды - дождевые и от таяния снега, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения.

4. Сточные воды сельскохозяйственных предприятий, включающие канализационные воды и смывы с полей удобрений и пестицидов.

Количество загрязненных сточных вод, сбрасываемых в озера, реки и моря, во всем мире достигает 250 - 300 млрд. м³ в год.

Четкая классификация промышленных стоков затруднена из-за разнообразия загрязнений в них. Различают две основные группы сточных вод:

1) содержащие органические вещества; сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, предприятий органического синтеза и синтетического каучука, коксохимических, газосланцевых и др. Они содержат нефть и нефтепродукты, нафтеновые кислоты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, поверхностно-активные вещества, фенолы, смолы, аммиак, меркаптаны, сероводород и др.

2) содержащие неорганические примеси: сточные воды содовых, сернокислотных, азотнотуковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд, шахт, рудников, катализаторных фабрик, металлургических предприятий, гальванических производств и др. Они содержат кислоты, щелочи, соли, сернистые соединения, ионы тяжелых металлов, взвешенные минеральные вещества и др.

Промышленные сточные воды классифицируют также по дисперсионному составу загрязняющего вещества. В соответствии с этой классификацией выделяют четыре группы сточных вод:

- содержащие нерастворимые в воде примеси с величиной частиц более 10^-5 - 10^{-4 м;}

- представляющие собой коллоидные растворы;

- содержащие растворенные газы и молекулярно-растворимые вещества;

- содержащие вещества, диссоциирующие на ионы.

Такая классификация позволяет предложить для каждой группы определенные методы очистки сточных вод.

Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем, хотя водоемы и способны к самоочищению путем биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов. Самоочищающая способность зависит от запаса растворенного кислорода, гидродинамических и биохимических процессов, солнечной радиации, жизнедеятельности растительных и животных организмов и др. Эти процессы интенсифицируются летом, замедляются зимой и зависят от кратности разбавления сточных вод.

Для нормального протекания процесса самоочищения прежде всего необходимо наличие в водоеме запаса растворенного кислорода. Насыщенность им воды требуется для окислительного разложения большинства примесей. Химическое или бактериальное окисление органических веществ приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода (в 1 литре воды содержится всего 8-9 мл растворенного кислорода, в 1 литре воздуха - 210 мл кислорода). Влияние дезоксигенизирующих (сни­жающих содержание кислорода) агентов выражается в замене нормальной флоры и фауны водоемов примитивной, приспособленной к существованию в анаэробных условиях. Органические вещества, взаимодействуя с растворенным кислородом, окисляются до углекислого газа и воды, потребляя различное количество кислорода. Поэтому введен обобщенный показатель, позволяющий оценить суммарное количество загрязнений в воде по поглощению кислорода. Таким показателем является биохимическое потребление кислорода (БПК), равное количеству кислорода, поглощаемого при окислении конкретного вещества в определенный отрезок времени. БПК выражается в миллиграммах потребного кислорода на 1 грамм окисляемого вещества (мг О₂ / г), а в растворах - в миллиграммах потребного кислорода на 1 литр раствора (мг О₂ / г). Наряду с БПК установлен показатель химического (бихроматного) потребления кислорода (ХПК) - количество кислорода, потребляемого при химическом окислении содержащихся в воде органических и минеральных веществ под действием окислителей; выражается в мг/л атомарного кислорода.

В зависимости от времени, за которое определяется БПК, различают БПК₅ (пятисуточное), БПК₂₀ (двадцатисуточное), БПК_полн. (полное, когда окисление заканчивается). По нормам БПК_полн. не должно превышать в водоемах рыбохозяйственного значения (I категории) 3 мг О₂ / л, остальных категорий - 6 мг О₂ / л. БПК промышленных стоков в зависимости от производства и состава стоков составляет 200 - 3000 мг О₂ / л. Это значит, что при сбросе таких стоков содержание кислорода в водоеме значительно уменьшается, либо он употребляется полностью. Это вызывает гибель планктона, бентоса, рыбы и других организмов, живущих в водоеме и нуждающихся в кислороде. Одновременно усиленно развиваются анаэробные микроорганизмы, биологическое равновесие нарушается, возникает загнивание водоема. Следовательно, необходима очистка стоков до такой степени, чтобы при сбросе их в водоемы и смешении с водой водоема БПК соответствовало норме, установленной санитарными правилами. По международному соглашению для сохранения водной фауны требуется содержание растворенного кислорода не ниже 5 мг О₂/л.

Одним из важнейших показателей способности водоема к самоочищению является соотношение форм азота. Резервуаром азота в биосфере является атмосфера. В результате ряда превращений он переходит в форму, участвующую в образовании аминокислот и протеинов. Рассмотрим динамику форм азота в водоеме. В природных водах содержание ионов аммония не превышает 0,1 мг/л, нитрит ионов - 0,001-0,01 мг/л и нитрат ионов - 0,01-0,5 мг/л. Это соотношение меняется по сезонам года: летом нитрат ионы составляют сотые доли мг/л, осенью и зимой - несколько десятых мг/л, что объясняется значительным употреблением нитратов растениями.

В результате загрязнения водоемов хозяйственно-бытовыми стоками количество азота в воде по сравнению с природным его содержанием может возрастать в сотни и тысячи раз. Например, по данным профессора Н.С. Строганова, для водоемов, в которые поступали бытовые стоки, содержание азота аммонийных солей составляло примерно 84 мг/л. Превращение разных форм азота осуществляется в водоеме различными микроорганизмами. Указанные процессы четко прослеживаются на схеме, представленной на рис. 8.1.

 

Рис. 8.1. Превращение форм азота в водоеме

(по М.М. Телитченко и К.А. Кокину)

Аммиак накапливается в воде в процессе дезаминирования в результате протеолиза белков растительного и животного происхождения, осуществляемого гетеротрофными (аммонифицирующими) бактериями в аэробных и анаэробных условиях и вследствие автолиза клеток. Затем аммиак окисляется микроорганизмами до нитратов - основы питания растений. Этот процесс называется нитрификацией. Микроорганизмы нитрификаторы были открыты Виноградским в 1880 году.

Процесс нитрификации протекает в две фазы в аэробных условиях и осуществляется двумя группами бактерий.

Первая (р.Nitrosomonas) характеризуется способностью окислять аммиак до нитритов:

NH₃ + O₂ + CO₂® HNO₂ + [CH₂O] - органическое вещество.

Вторая (р.Nitrobacter):

HNO₂ + O₂ + CO₂® HNO₃ + [CH₂O] - органическое вещество до нитратов. Энергия, выделенная при окислении аммиака и нитритов, используется нитрификаторами для ассимиляции углекислого газа и других процессов жизнедеятельности. Таким образом гнилостные бактерии и нитрификаторы осуществляют процесс самоочищения водоема.

Все микроорганизмы, накапливающие азот, способствуют евтрофикации водоема, что бывает нежелательно для водопользователей. Евтрофикация - это повышение биопродуктивности водоема в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием природных и, главным образом, антропогенных факторов. В результате усиленного развития в водном объекте растений и микроорганизмов и затем их гибели ухудшаются физико-химические свойства воды: уменьшается ее прозрачность, вода приобретает зеленый или желто-бурый цвет, появляется неприятный вкус и запах, повышаются значения рН, в осадок выпадает карбонат кальция и гидроксид магния, наблюдается дефицит кислорода и возникают заморные явления.

Восстановление нитратов в анаэробных условиях осуществляет в водоеме весьма неоднородная в физиологическом отношении группа микроорганизмов денитрификаторов. Однако общим для них является способность использования в анаэробных условиях нитрат-иона в качестве конечного акцептора электронов при окислении разных органических субстратов и молекулярного водорода:

[CH₂O] + NO₃^-® N₂ + CO₂; [CH₂O] + NO₃^-® NH₃ + CO₂.

В процессе денитрификации нитраты восстанавливаются до аммиака или молекулярного азота. В водоемах, предназначенных для водопользования, это не страшно, в рыбохозяйственных - нежелательно, так как это обедняет их связанным азотом, доступным для растений и микроорганизмов. Процессу денитрификации препятствует наличие растворенного кислорода. По наличию в водоеме азота в той или иной форме можно судить о степени органического загрязнения вод и об интенсивности их самоочищения. Присутствие в воде ионов аммония и нитритов часто является признаком недавнего загрязнения, а нитрат ионов - признаком более раннего загрязнения воды.

В отличие от азота круговорот фосфора является односторонней системой с движением из литосферы в гидросферу, а в ней - в осадки. Но при увеличении сброса фосфорсодержащих отходов воды становятся насыщенными по фосфатам и последствия этого явления до сих пор неясны из-за сложности определения скорости гидролиза конденсированных полифосфатов.

Существенную роль в развитии евтрофикации водоемов играет сельское хозяйство. Смываемые с почвы и поступающие в водоемы и подземные воды минеральные удобрения и отходы животноводства нарушают природное равновесие существующих экосистем, приводят к бурному росту водорослей, что вызывает зарастание каналов, рек, озер, водохранилищ, особенно слабопроточных, приводит к гибели водоемов, превращая их в болото.

Большой вред приносят смываемые с полей, орошаемых массивов, лесных почв пестициды, которые не поддаются биологическому распаду и сохраняются на протяжении многих лет в пресной и морской воде. Они вызывают гибель обитателей водоемов на ранних стадиях развития, различные мутации и вырождение особей. Особенно опасны хлороорганические пестициды, обладающие наибольшей способностью накапливаться в организме гидробионтов, что может приводить к летальному исходу. Большинство фосфороорганических пестицидов накапливаются в воде и рыбе в незначительных количествах. Разложение пестицидов под действием микроорганизмов в донных отложениях происходит наиболее быстро в тех случаях, когда образуются гидрофильные метаболиты.

Сточные воды металлургических, химических, машиностроительных и других предприятий загрязняют водоемы солями тяжелых металлов, травильными растворами, железом, цинком и другими неорганическими веществами, многие из которых являются сильнейшими ядами. Тяжелые металлы (Pb, Hg, Zn, Cu, Cd, Ni, Co, Sn, Cr) и другие токсичные вещества прогрессивно накапливаются в пищевых цепях, конечным звеном которых является человек. Высокотоксичны - кадмий и цинк, содержащиеся в сбросных водах предприятий, занимающихся гальванизацией, а также заводов по выплавке цветных металлов, где эти металлы сбрасываются вместе со свинцом и медью. Внушают опасения такие элементы, как селен, мышьяк, сурьма, ртуть и висмут. Металлическая ртуть малотоксична, в то время как метиловая ртуть - сильнейший яд. Всемирно печальную известность приобрело отравление японцев, питавшихся рыбой из залива Минамата, в который химический комбинат долгие годы сбрасывал отходы, содержавшие метиловую ртуть. Развившаяся у них болезнь, названная «минамата», привела к заболеванию около 300 человек, из которых 59 умерло.

В организм водных животных металлы попадают в основном с пищей. Для водных растений - через поверхность, путем непосредственного проникновения в ткани. Токсичность металлов зависит от концентрации, продолжительности действия, температуры, насыщенности воды кислородом и других факторов. Особенности токсического действия металлов заключаются в их универсальном влиянии на живые организмы как общеплазматических ядов и способности к образованию комплексов с компонентами клеток, белков, аминокислот и других радикалов. Действие тяжелых металлов обусловлено денатурирующим эффектом на ткани, клетки, белки, заключающимся в нарушении структуры коллоидных систем, осаждении белков, в связывании и блокировании активных центров ферментов. В результате отравления тяжелыми металлами нарушается проницаемость оболочек клеток крови. Это доказано на примере действия свинца, при отравлении которым эритроциты становятся проницаемы для калия. Образующиеся при попадании в организм трудно растворимые гидроксиды, фосфаты, альбуминаты или стойкие комплексы с тяжелыми металлами плохо всасываются из желудочно-кишечного тракта и способны откладываться в органах и тканях, избирательно накапливаясь в них. Например, в почках отмечено высокое содержание ртути, в эритроцитах - свинца, хрома, мышьяка и селена. В ионизированном состоянии металлы преимущественно депонируются в костной ткани (кадмий вызывает искривление и деформацию костей, сопровождающиеся сильными болями).

Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами. В результате сбрасывания радиоактивных отходов повысилась радиоактивность Ирландского моря и прилегающего района Атлантического океана, Тихоокеанского побережья США и других районов океана.

Особым видом загрязнения водоемов является «тепловое» загрязнение, вызываемое сбросом в них подогретой воды, используемой для охлаждения турбин ТЭЦ и других целей. Немаловажную проблему создало сбрасывание в водоемы нагретых производственных вод с температурой 35-37°С. Вследствие этого температура у мест сброса на большой площади повышается на несколько градусов, что приводит к гибели растительного и животного мира.

Серьезную угрозу для гидросферы таит в себе все возрастающее загрязнение Мирового океана нефтью. По имеющимся данным, в Мировой океан попадает около 1% транспортируемой нефти. Нефть и нефтепродукты попадают в моря и океаны с балластными и промывными водами судов, во время катастроф с танкерами, при авариях на морских нефтяных промыслах. Источники загрязнения нефтью мировых водоемов представлены в табл. 8.2.

Таблица 8.2 Источники загрязнения нефтью мировых водоемов на начало восьмидесятых годов. Общее количество 2 - 5 млн. тонн в год

(по данным Ревелль Н., Ревелль Ч., 1995)

Источник загрязнения	В % от общего количества
Речной сток
Перевозка морем (аварии и нормальные рабочие операции)
Естественные излияния нефти со дна океана
Сточные воды
Добыча нефти на море
Выпадение с атмосферными осадками
Сток из городских районов
Нефтеперегонные излияния нефти со дна океана	< 1

Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 квадратных километров водной поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода фитопланктоном, что нарушает газообмен между атмосферой и гидросферой. Загрязнение нефтью вызывает массовую гибель птиц и морских млекопитающих (кала­нов, морских котиков и др.). Влияние на экосистемы выражается в изменении видового состава сообщества, снижении численности водных организмов, гибели растительности. Длительность загрязнения нефтью береговой зоны зависит от геологических особенностей строения берега и может сохраняться более 10 лет.

Кроме нефти и вредных веществ, приносимых в Мировой океан загрязненными реками, большое количество их поступает из атмосферы. Ежегодно выпадает до 200 тысяч тонн свинца, 1 миллионов тонн углеводородов, 5 тысяч тонн ртути. Около половины пестицидов попадает в океан из атмосферы.

Сильно загрязнены Средиземное море, заливы и моря Японии, многие реки во всех странах мира. В нашей стране до опасного уровня снизилось качество воды в низовьях Волги, Печоры, Оби и ряда других рек. Во многих реках концентрация вредных веществ-загрязнителей достигает предельно допустимых величин, а в каждой седьмой реке их концентрация превышает ПДК в 10 раз и более. В период обработки пестицидами рисовых полей в ряде южных стран концентрация этих ядохимикатов превышает ПДК в сотни раз. Уловы осетровых, сельдевых и других рыб в когда-то самом продуктивном море мира - Азовском - упали в 25 раз. Рыбу из озера Балхаш и некоторых крупных водохранилищ становится опасным употреблять в пищу из-за высокого уровня загрязнения воды. В целом по стране одна треть видов рептилий и амфибий находится на грани исчезновения.

На берегах Балтийского моря расположены девять государств, которые вследствие развитой промышленности оказывают непосредственное влияние на экосистемы Балтийского региона. Уровень загрязненности открытых районов моря нефтепродуктами повысился до 2 ПДК. В толще воды ниже скачка плотности (на глубине 80 м) присутствует сероводород. Со стороны России, Литвы, Латвии и Эстонии в 1989 году в бассейн моря сбрасывалось 3,616 миллионов кубических метров загрязненных сточных вод, с которыми поступало 58,3 тысяч тонн азота, 353 тысячи тонн органических веществ, 375 тонн цинка, 42 тонны свинца, 167 тонн соединений меди и т.д.

Среди наиболее активных загрязнителей моря - объекты жилищно-коммунального хозяйства. В промышленной сфере особое внимание требует природоохранная деятельность предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. Всего таких предприятий в регионе насчитывается 14. Их удельный вес в общей нагрузке загрязнений, например по органическим соединениям, составляет более 20%.

К наиболее «неблагополучным» районам по химическим показателям и напряженному кислородному режиму относятся Невская губа (марганец, медь, хлороорганические пестициды - ХОП), акватории портов (ХОП, фенолы, тяжелые металлы, дефицит кислорода), устьевые районы рек Лиелупе и Преголи (фенолы, дефицит кислорода) и Куршский залив (фенолы). В Вислинском и Куршском заливах среднегодовые концентрации нефтяных углеводородов составляли 1-2 ПДК, а фенолов - 3-7 ПДК. До 220-250 тысяч тонн в год сократились уловы в Балтийском море. В справке об экологической обстановке в городе Калининграде (по данным EKAT, 1996) отмечается ухудшение экологической ситуации водных объектов города. Основной водный объект города река Преголя является главным источником питьевой воды. Высокий уровень поверхностного загрязнения реки происходит за счет легкоокисляемой органики хозяйственно-бытовых и фекальных стоков. Дно реки покрыто многометровым слоем мертвых отложений. Содержание органических загрязнений, особенно в летний период, превышает ПДК. Содержание растворенного кислорода в черте города часто находится в критических пределах. В реку попадают соли тяжелых металлов с промышленных предприятий. Состояние мелких водоемов (озера, речки, ручьи) в городе крайне неудовлетворительно, они практически превратились в сточные канавы, через которые в реку Преголю сбрасываются необеззараженные сточные воды. Вода в водоемах мутная, темного цвета, со специфическим запахом. В периоды производимых западным ветром нагонных явлений качество воды, поступающей из Преголи для водопроводной очистки, не отвечает требованиям ГОСТа.

Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы, так как процессы самоочищения в водной среде протекают медленее, чем в воздухе. Кроме того, источники загрязнения водной среды более разнообразны и процессы, протекающие в ней, более чувствительны, чем те, которые протекают в атмосфере.

Для уменьшения степени загрязнения природных вод сточными водами в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений» качество воды водоема после сброса в него сточных вод должно соответствовать определенным требованиям. Количество растворенного в воде кислорода - не менее 4 мг/л. БПК_полн. при 20°С - не выше 3 мг/л. Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,25 и на 0,75 мг/л для водоемов рыбохозяйственного и хозяйственно-бытового водопользования соответственно. Минеральный осадок - не более 1000 мг/л, в том числе хлориды - 350 мг/л, сульфаты - 500 мг/л. Запахи и привкусы должны отсутствовать. Кислотность воды (рН) - в диапазоне от 6,5 до 8,5. На поверхности воды не должно быть плавающих примесей, пленок, пятен масел, нефтепродуктов. В воде не должны содержаться ядовитые вещества в концентрациях, оказывающих вредное воздействие на людей и животных. Категорически запрещается сбрасывать в водоемы радиоактивные сточные воды. Выполнение этих требований обязательно для проектировщиков, строителей и эксплуатационников. Правила ориентируют на преимущественное сокращение объемов сточных вод с вредными примесями путем внедрения прогрессивных технологий и водооборотных циклов.