Химические процессы в гидросфере

Наиболее опасным из радиоактивных  изотопов, поступающих в океан, является стронций-90, участвующий в биологическом  цикле. Многие морские организмы  концентрируют изотопы. Раковины моллюсков, как и планктон, активно аккумулируют канцерогены.

Еще одним фактором загрязнения  Мирового океана является поступление  загрязняющих веществ из воздуха  или с атмосферными осадками в  виде кислотных дождей (Лозановская И. Н., 2006).

Очень важной характеристикой  океанской гидросферы является динамика вод, способствующая глобальному загрязнению. С этой точки зрения в океанах  нет национальных вод. Таким образом, загрязнение Мирового океана - это  сумма антропогенных воздействий, изменяющих системы открытого моря и прибрежных вод, в том числе  морского дна, причиняющих ущерб  растительному и животному миру, а также человеку (Хефлинг Г., 2001).

Мировой океан, в отличие  от речных систем, не имеет самоочищающего оттока. Его загрязнение создает угрозу глобальному круговороту кислорода, так как количество кислорода, производимое фотосинтезирующими организмами в океане, не восполнимо никакими другими источниками.

5.2 Загрязнение поверхностных вод

Изменение качества воды связано с загрязнениями промышленными и сельскохозяйственными стоками, нефтепродуктами. Основными загрязнителями поверхностных водоисточников являются сточные воды промышленных предприятий, сельского и коммунального хозяйства. Значительный вклад в загрязнения вносят аварии на нефте- и газопроводах.

Объемы промышленного  водоиспользования зависят от структуры промышленных предприятий и уровня применяемых технологий. Наиболее водоемкими являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабатывающая промышленность. Особенности сельскохозяйственного водоснабжения - массовость потребителей и малые объемы потребления. В коммунальном хозяйстве большая часть (88 %) потребляемой воды используется для нужд населения городов, имеющих централизованные системы водоснабжения (Милованова Е. В., Рябчиков А. М., 2006).

Несмотря на обширную сеть очистных сооружений, только около 70 % (на территории России) очищается до нормативных требований. Остальные  стоки сбрасываются неочищенными или  недостаточно очищенными. С ними в  природные водоисточники поступают огромные количества органических веществ, твердых взвешенных частиц, нефтепродуктов, тяжелых металлов, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора, азота, нитратов.

Применительно к России общий  объем ежегодных загрязнений, поступающих  в водоемы, достигает 50 млн. т различных  веществ. Из них на долю сельскохозяйственных предприятий приходится 55 %, коммунальной сферы - 37 %, промышленности - около 8 % (Воронков Н. А., 1999).

В нашей стране с 1972 г. ведутся  систематические наблюдения за качеством  поверхностных вод (в 1990 г. контролировалось 2258 водных объектов). Многие объекты  имеют высокую степень загрязнения - 10, некоторые до 650 ПДК по соединениям  металлов, нефтепродуктам, фенолам  и другим органическим, азотным, серным и прочим веществам.

Для непроточных водоемов особо неблагоприятно явление эвтрофикации. Если в прежние геологические периоды этот процесс длился тысячи - миллионы лет, то в наше время - десятилетия и менее, в зависимости от антропогенного поступления биогенных веществ (Беспамятов Г. П., Кротов Ю. А., 1985).

В США и Канаде работы по спасению эвтрофных озер начались в 70-х гг. - только на очистку вод бассейна Великих озер было затрачено 6,6 млрд. долл. В 80-х годах угроза была устранена (Хефлинг Г., 2001).

Помимо медико-санитарных последствий изменение качества воды активизирует различные геологические  процессы (химическое выветривание, карстообразование и др.), негативно влияет на биологическую продуктивность водоемов.

Термическое загрязнение  водоемов связано с работой тепловых и атомных электростанций. Основной объем используемой воды (до 90-95 %) предназначается  на отведение тепла от конденсаторов  турбин. При этом доля безвозвратного потребления составляет 4-5 %.

Существуют различные  системы охлаждения технологической  воды. Широкое развитие, в частности, получили специальные водохранилища - охладители при электростанциях. Нагретые сточные воды ТЭС и АЭС (охлаждающая  вода), поступая в водоемы, приводят к их «тепловому загрязнению», способствующему  массовому размножению фитопланктона - «цветению воды» (Дривер Д. И., 2005).

Поверхностные водоемы используются также для создания хранилищ вредных, в том числе радиоактивных, отходов (хвостохранилища на горнодобывающих и обогатительных предприятиях). Широко известен пример предприятия «Маяк» (Челябинск-40), в течение длительного времени использующего в качестве накопителя радиоактивных отходов озеро Кыштым. Переполнение водоемов-хранилищ отходов и природные катастрофы с ними приводят (могут приводить) к необратимому геохимическому загрязнению и радиационному заражению местности (Посохов Е. В., 2005).

5.3 Загрязнение Каспийского моря

Каспийское море - самый  крупный в мире внутриконтинентальный  водоем, не связанный с мировым  океаном, площадью более 398000 кмі. Расположено оно во внутренней части Евразии, и является удивительным созданием природы. В то время как на северном берегу свирепствуют лютые морозы и снежные метели, на южном расцветают магнолии и абрикосовые деревья (Каспийская экологическая…, 2007).

В Каспийском регионе находятся  пять государств: Россия, Азербайджан, Казахстан, Туркменистан, Иран, в прибрежной зоне которых проживает более 5 млн. человек. Каспийское море обладает безмерной  красотой, многообразием экосистем  и богатыми запасами природных ресурсов, до настоящего времени не полностью  изученных и не используемых рационально (Беркелиева Л. А., Шакирова Ф. Н., 2007).

Каспийское море имеет  климатообразующее значение и уникально  тем, что донесло реликтовую флору  и фауну, в том числе крупнейшее в мире стадо осетровых рыб (90 % мирового запаса). В Каспийском море обитает более 500 видов растений и 850 видов животных. Каспий является главнейшим миграционным путем и  местом обитания водоплавающих и  береговых птиц (Экологические проблемы…, 2003).

В недрах Каспийского моря скрыты продолжения известных «сухопутных» нефтяных и газовых месторождений  Азербайджана, Дагестана, Туркменистана  и Северо-западного Казахстана, а  также многие другие сугубо морские, не связанные с материком нефтяные залежи. Геологоразведочные работы в  регионе позволили выявить ряд  крупнейших нефтегазоносных участков в Каспийском море и прилегающей  территории. По некоторым данным потенциал  углеводородных ресурсов составляет не менее 15 млрд. условного топлива  в нефтяном эквиваленте. Это ставит его на второе место в мире (после  Персидского залива) по запасам нефти  и газа (Каспийская экологическая…, 2007).

Специфика Каспия - закрытого  водоема, особенно его мелководной, с глубинами 1-3 метра, северной части, - такова, что достаточно одного серьезного разлива нефти или токсичных  продуктов бурения, чтобы нанести  фатальный, последний удар по осетровому стаду и гнездовьям птиц. В связи  с этим необходима разработка и внедрение  системы предотвращения загрязнения  экосистемы Каспия от предстоящих широкомасштабных нефтяных операций на море, в первую направленной на сохранение уникальности экосистемы (Беркелиева Л. А., Шакирова Ф. Н., 2007).

Всестороннее изучение и  различные наблюдения, проводимые в  районе Каспийского моря, направлены в первую очередь на сохранение уникальной экосистемы Каспия в условиях интенсификации использования живых ресурсов его  акватории и минерального (преимущественно  углеводородного) сырья. В то же время  уникальность Каспийского моря, как  крупнейшего в мире местообитания  осетровых рыб, выводит его проблемы не только на межгосударственный, но и  на глобальный уровень и сохранение биологического разнообразия Каспия становится предметом заботы всего мирового сообщества (Каспийская экологическая…, 2007).

Каспийское море представляет очень чувствительную экосистему. За последние десятилетия под воздействием антропогенных и биохимических  факторов резко ухудшилось состояние  экосистем в целом, и особенно северо-восточной части моря. В  целом, экосистема Каспия оценивается  как предкризисная и может  ухудшиться в результате крупномасштабного  вторжения в природную среду  из-за планируемого освоения мелководий северо-восточной части для добычи нефти (Экологические проблемы…, 2002).

Имеется целый ряд предпосылок  для высокого уровня загрязнения  Каспия. Среди них наличие значительных запасов углеводородного сырья  под дном моря, высокая плотность  населения и промышленности, интенсивное  сельскохозяйственное освоение в долинах  впадающих рек, отсутствие четко  выраженного геохимического барьера  «река-море», замкнутость бассейна и др. Но главным загрязнителем  моря является нефть. Некоторое количество таких загрязнителей как нефть и фенолы попадает в морскую воду в результате естественных процессов (грязевулканическая деятельность, разложение органики на дне и т.п.) (Экология Каспия, 2000).

Каспийское море - конечный бассейн множества антропогенных  компонентов. Считается, что источником углеводородных загрязнений Северного  Каспия является транспортировка нефти, естественное просачивание углеводородов, промышленные сбросы и нефтеперерабатывающая  индустрия, а также утечки с прибрежных нефтяных разработок. Основной объем  загрязнений (90% от общего) поступает  в Каспийское море с речным стоком. Это соотношение прослеживается почти по всем показателям (нефтеуглеводороды, фенолы, СПАВ, органические вещества, металлы и др.). Так ежегодно в бассейн Волги сбрасывается 2,5 кмі неочищенных и 7 кмі условно очищенных сточных вод, в речных стоках которой обнаружено содержание нефтепродуктов выше ПДК (предельно-допустимой концентрации): от 8 до 60 раз (Загрязнения Каспия…, 2005).

Волго-Каспийский бассейн - важнейший рыбопромысловый район  России, в формировании и поддержании  биоразнообразия. Осетровые - уникальное богатство Каспия, даже при нынешней мировой цене на черную икру прибыли от рыбного промысла могут быть несравнимо выше ожидаемых нефтяных. Однако стаду каспийского осетра грозит вымирание - именно это утверждали ихтиологии на конгрессе, проходившем в 1995 г в Астрахани. Участники конгресса отметили полную беззащитность осетровых рыб перед наступлением нефти - и газодобытчиков на морские шельфы, что неминуемо приведет к исчезновению стада осетровых (Каспийская экологическая…, 2007).

Заключение

Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности  вода проникает повсеместно в  различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мг/л растворимых  веществ (Шилов И. А., 2003).

Наиболее обводнена географическая оболочка, в которой вода является самым распространённым веществом. 97% общей массы воды в биосфере Земли сосредоточено в Мировом  океане. На долю пресной воды приходится всего 2%, причем лишь 0,025% пресной воды находится в жидком состоянии (в  реках, озерах и других водоемах, почве), 1,6% - это лед, а 4% - подземные воды, большая часть которых представляет собой глубинные рассолы (Скурлатов Ю. И. и др., 1994).

Морская вода представляет собой сложный комплекс минеральных  и органических компонентов и  растворенных газов. Мировой океан  за все время своего существования  служил аккумулятором не только воды, но и приносимых ею с континентов  водорастворимых неорганических соединений. Химический состав воды определяется совокупностью геохимических и биологических процессов. Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана (Золотов Ю. А., 2007).

Содержание химических элементов  в речных взвесях не соответствует  кларкам земной коры. Следовательно, взвешенное вещество рек - не механически измельченный материал земной коры, а результат его определенного преобразования (Афанасьев Т. П., 2005).

Гидросфера, как и все  другие геосферы планеты, имеет естественный радиоактивный фон. Его основными  компонентами являются изотопы калия, урана, тория, протактиния и продукты их распада.

Антропогенное загрязнение  гидросферы, по сравнению с природным, проявляется весьма быстро, что особенно заметно в последнее столетие. Естественные изменения происходят столь медленно, что для всего  живого на Земле сохраняется возможность  генетически приспособиться к изменениям окружающей среды, в то время как  антропогенное вторжение в природу  не оставляет никаких шансов на это  приспособление, особенно для высших организмов (Израэль Ю.А., 1986).

Активное использование  человеком Мирового океана в качестве транспортной магистрали, источника  пищевых и минеральных ресурсов, хранилища твердых и жидких (в  том числе химических и радиоактивных) отходов неизбежно порождает  экологические проблемы (Хефлинг Г., 2001).

За счет антропогенной  деятельности в химический состав природных  вод можно внести еще одну разновидность  соединений -- это токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические  поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы и т.д. (Ложниченко О.В., 2005).

Имеется целый ряд предпосылок  для высокого уровня загрязнения  Каспия. Среди них наличие значительных запасов углеводородного сырья  под дном моря, высокая плотность  населения и промышленности, интенсивное  сельскохозяйственное освоение в долинах  впадающих рек, отсутствие четко  выраженного геохимического барьера «река-море», замкнутость бассейна и др. Но главным загрязнителем моря является нефть (Экология Каспия, 2000).

Во всех развитых странах  приняты законы об охране всех сфер Земли, в том числе гидросферы. Они периодически пересматриваются с учетом новых требований к качеству воды и поступления новых данных о токсичности и поведении  загрязняющих веществ (Хефлинг Г., 2001).