Химическое загрязнение – загрязнение вод неорганическими и органическими веществами.
Химическое загрязнение наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся загрязнение гидросферы. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в грунтовые воды вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т.д. Однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит.
Основными антропогенными источниками химического загрязнения поверхностных вод являются следующие:
1. сброс неочищенных сточных вод промышленности и коммунально-бытового хозяйства;
2. поступление с суши применяемых в сельском и лесном хозяйстве веществ (удобрений, пестицидов);
3. утечка веществ при работе транспорта и авариях (нефти и нефтепродуктов);
4. разработка полезных ископаемых на морском дне;
5. захоронение вредных отходов в водоемах;
6. поступления загрязняющих газодымовых выбросов из атмосферы.
Сбросы в водоемы неочищенных сточных вод оказывают наибольший вклад в загрязнение гидросферы. Сточные воды классифицируются на промышленные, коммунально-бытовые, коллекторно-дренажные и др. Промышленные сточные воды в зависимости от специфики отраслей промышленности содержат нефтепродукты, фенолы, СПАВ, сульфаты, фториды, цианиды, тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк и др.) и т.д.
Наиболее интенсивно загрязняют поверхностные воды такие отрасли промышленности, как металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная. Различают минеральное и органическое загрязнение сточных вод. При минеральном загрязнении сточные воды содержат соли, кислоты, щелочи и другие минеральные вещества. В промышленных стоках содержится 40% минеральных веществ и 60% веществ органического происхождения. К веществам органического происхождения относятся растительные волокна, животные и растительные жиры, остатки плодов и овощей, отходы целлюлозно-бумажной, кожевенной, пищевой промышленности. Сточные воды с этими веществами являются причиной органического загрязнения водоемов.
Река Потомак похожа на открытую помойную яму со слоем отбросов на дне до 3 м. Здесь запрещено не только купаться, но даже кататься на водных лыжах, т.к. существует опасение попадания на кожу человека вместе с брызгами болезнетворных бактерий. Ниагарский водопад стал опасным для здоровья людей, т.к. с брызгами воды распыляются вредные вещества, содержащиеся в реке. Рядом с рекой находится свалка промышленных отходов, где содержание вредного вещества диоксида превышает допустимую норму в 600 раз. Это вещество попадает в реку Ниагару, в озеро Онтарио и представляет значительную опасность для питьевой воды.
Значительной концентрацией загрязняющих веществ отличаются внутренние и окраинные моря, например, Балтийское, Северное, Средиземное, Японское и Каспийское. В этих морях загрязняющие вещества накапливаются в донных отложениях. Например, средняя концентрация ртути в мышцах рыб Балтийского, Азовского, Каспийского морей в 2-4 раза выше, чем в мышцах океанических рыб. Уменьшение численности тюленей в Северных морях произошло из-за отравления их инсектицидом. В организмах голландских тюленей их в 10 раз больше, чем в тюленях Германии и Дании. Это приводит к уменьшению их рождаемости. При содержании в водоемах 0,02-0,03 мг/л фенолов происходит полная потеря вкусовых и товарных качеств рыбы. Вредные свойства фенолов для водных бактерий проявляются при концентрациях в 10 раз меньших, чем для рыб.
Смыв пестицидов, минеральных и органических удобрений. При неправильном хранении и внесении в почву пестицидов, минеральных и органических удобрений возможен смыв их ливневыми водами в водоемы и водотоки. Поступление в водоемы пестицидов ведет к болезням и гибели гидробионтов. Загрязнение вод биогенными элементами и органическими веществами приводит к эвтрофикации, цветению вод, «красным приливам».
Из отраслей сельского хозяйства интенсивно загрязняет водоемы растениеводство, благодаря применению удобрений и пестицидов. Около четверти азотных удобрений, треть калийных и 4% фосфорных удобрений попадает в водоемы. Если в незагрязненных реках средний уровень содержания нитратов составляет 100 мг/л, то в Западной и Центральной Европе – 4500 мг/л, концентрация фосфора в реках этого региона в 2,5 раза выше, чем в незагрязненных водоемах. Возрастание концентрации биогенов приводит к эвтрофикации водоемов. Эвтрофирование (эвтрофикация) – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или природных факторов (Н.Ф.Реймерс). Биогенные элементы – это химические элементы, необходимые для поддержания жизни. Например, повсеместно в Европе наблюдается эвтрофикация поверхностных вод. Анализ проб воды показал, что в 8-28% проб отмечено повышенное содержание нитратов, превышающее национальные нормы. В грунтовых водах такие превышения содержат в 4-18% проб, в частных колодцах – в 11% проб, в системах коммунального водоснабжения в 0-2,8% проб.
При эвтрофикации увеличивается количество сине-зеленых водорослей, уменьшается количество О2 и возрастает СО2 и СН4, происходит вторичное загрязнение водоемов токсическими веществами (которое выделяют сине-зеленые водоросли), увеличивается растворимость карбонатов, что вызывает гибель кораллов и других скелетных форм бентоса. В результате эвтрофикации водоемов происходит изменение видового состава рыб в следующей последовательности: лососевые – сиговые – корюшковые – окуневые - карповые. При этом более ценные рыбы заменяются менее ценными.
Газодымовые выбросы попадают в водные объекты в процессе механического оседания или с осадками. Они содержат твердые частицы, оксиды серы и азота, тяжелые металлы, углеводороды, альдегиды и др. Оксиды серы, оксиды азота, сероводород, хлороводород, взаимодействуя с атмосферной влагой, образуют кислоты и выпадают в виде кислотных дождей, закисляя водоемы.
В развитых промышленных странах с атмосферными осадками в почву, в поверхностные и грунтовые воды поступает ежегодно 3-20 кг/га нитратов. Плотность выпадения аммонийного азота на европейской территории России оценивается в среднем 0,3 т/км2, серы от 0,25 до 2 т/км2.
Утечки нефти и нефтепродуктов. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод и т.д.
Биохимическое разложение нефти происходит медленно. Даже при благоприятных условиях разложение взвешенной и растворенной в воде нефти происходит в течение 100-150 дней. Нефть испаряется. Бензин полностью испаряется с поверхности воды за 6 часов. За 20 дней испаряется 50% сырой нефти. Но наиболее тяжелые нефтепродукты почти не испаряются. Нефть разбивается на мелкие капельки. Нефть достаточно активно взаимодействует со льдом, который способен поглощаться в количествах до 1/4 своей массы. При таянии такой лед становится источником загрязнения водоема. Одна тонна нефти способна образовать на поверхности пленку площадью 10 – 15 км2. В Мировой океан ежегодно поступает более 10 млн. т нефти и нефтепродуктов. В результате нефтяного загрязнения водоемов нарушается энерго-, тепло- и газообмен между атмосферой и гидросферой, уменьшается биологическая продуктивность вследствие гибели планктона, рыб, птиц, млекопитающих.
В подземные воды загрязняющие вещества могут проникать различными путями: при просачивании промышленных и коммунально-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др., по затрубному пространству неисправных скважин, через поглощающие скважины, карстовые воронки и т.д.