Лекция 7 антропогенное воздействие на гидросферу

Истощение, загрязнение и засорение водных ресурсов. Классификация загрязнений. Характеристика основных гидрополлютантов. Антропогенные изменения в Мировом океане. Самоочищение водоемов.

Гидросфера – водная оболочка Земли, включающая ресурсы океанов, рек, озёр, прудов, болот, подземных вод, т. е. все воды, не связанные физически и химически. Вода является самым обильным и ценным ресурсом на Земле. Общемировые запасы воды огромны. Если бы распределить их поровну, то на каждого жителя планеты пришлось бы 280 млрд литров. Однако 94–97% всей гидросферы – воды океанов и морей, только 2,5–2,8 % пресная вода, из неё 0,6–1 % в жидком состоянии, а остальное – льды [2]. Гидросфера – самая тонкая оболочка Земли, для практического использования пригодна только её незначительная часть. В России запас поверхностных пресных вод равен 28 000 км³ (из них 82 % содержится в озере Байкал). Из 15 крупнейших рек мира 4 текут по территории нашей страны.

Вода – самое распространённое на поверхности земли химическое соединение. Она – единственное вещество, которое встречается в природе во всех трех агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном. Вода является универсальным растворителем, она растворяет солей и других веществ больше, чем любое другое вещество. Для жизни организмов важными являются такие характеристики водной среды, как кислотность, количество растворенных газов, температура, прозрачность, соленость. Кислотность воды оценивается показателем рН = -lg[H⁺], который для большинства водных обитателей должен составлять 5÷9, при изменении рН, выходящим за пределы этого диапазона, наблюдается массовая гибель живых организмов. Прозрачность воды зависит от количества взвешенных в ней минеральных частиц (глины, ила, торфа), от наличия мелких животных и растительных организмов. Соленость связна с содержанием в ней растворенных солей (карбонатов, сульфатов и т. д.). В пресных водах их содержание не велико, а воды Мирового океана имеют соленость до 35 г/л, воды Черного моря – 19 г/л, а Мертвого – 260 г/л.

Вода находится в непрерывном замкнутом процессе перемещения, включающем её накопление, испарение и перераспределение. Этот естественный процесс рециркуляции воды известен как круговорот воды. Неравномерный характер выпадения атмосферных осадков в различных регионах мира, в том числе и в нашей стране, обусловил дефицит пресной воды в одних районах и избыток – в других. Человечество предпринимало многочисленные попытки исправить подобный дисбаланс. Воду накапливали в водохранилищах, создаваемых плотинами, перебрасывали воду рек из одного района в другой, использовали её подземные запасы, пытались сократить потребление воды и уберечь её от загрязнения. Однако, несмотря на все усилия, вода остаётся в числе самых нерационально используемых ресурсов планеты. В результате интенсивного использования водных ресурсов происходят не только безвозвратные потери пресной воды, но и ухудшается её качество

Водоёмкость всего человеческого хозяйства достигла 20 тыс км³/г, что составляет почти 11 % годового стока всех рек мира. Самым крупным водопотребителем в большинстве стран мира является сельское хозяйство, затем промышленность, включая энергетику и, наконец, коммунальное хозяйство (табл. 3).

Таблица 3

Доля использования воды в основных отраслях водопотребления к общему потреблению воды в стране (1991 г.), % [18]

Водопользователь	Россия	США	Франция	Финляндия
Сельское хозяйство	52	49	51	10
Промышленность	39	41	37	80
Коммунальное хозяйство	9	10	12	10

Расходование воды предприятиями различных групп характеризуется значительной неравномерностью. Для оценки объёмов промышленного водопотребления используют понятие «водоёмкость производства», под которой понимают объём воды (м³), необходимый для производства 1 т продукции. В табл. 4 приведена водоёмкость различных видов производств.

Наибольшим водопотреблением в промышленности отличается энергетика, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная отрасли, чёрная и цветная металлургия. ТЭС мощностью 300 МВт потребляет 120 м³ воды в секунду или это 300 млн м³/год. Особенно быстро водопотребление в промышленности выросло в XX столетии, так как начали развиваться чрезвычайно водоёмкие отрасли производства, такие как органический синтез и нефтехимия.

Таблица 4

Водоёмкость различных видов производств [18]

Вид промышленной продукции	Водоёмкость, м^3/т
Химическое волокно	2000-3000
Целлюлоза	1000-1500
Пластмасса	500-1000
Медь	400-500
Сталь	200-250
Чугун	160-200
Добыча и обогащение руды	2-4

В сельском хозяйстве высокое водопотребление связано в основном с орошаемым земледелием. Чтобы вырастить 1 т пшеницы за вегетативный период требуется 1500 м³, 1 т риса – 8000 м³, 1 т хлопка – 5000 м³. В условиях быстрых темпов роста населения планеты орошению отводится всё большая роль в повышении эффективности земледелия как основного источника обеспечения людей продуктами питания.

Особое место в использовании водных ресурсов занимает коммунальное хозяйство: для хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых целей. Для питья человек расходует в сутки 2,0–2,5 л. По СНиП в России норматив расхода воды в сутки на одного человека составляет 250 л, для сравнения в других развитых странах – 150 –200 л. В разных странах и разных городах расход воды разный, л/(сут · чел):

Екатеринбург ………………..	350
Москва ………………………	557
Челябинск …………………...	368
В среднем по России ……….	410
Венгрия ……………………...	300
США …………………………	190
Дания ………………………...	134
Германия …………………….	130
Индия ………………………..	65
Ирак ………………………….	16

Чрезмерное выкачивание воды в связи с увеличением её потребления привело к понижению уровня грунтовых вод на всех континентах [19]. В Китае и Индии, двух крупных по численности населения странах мира, запасы продовольствия зависят от орошаемого земледелия. В Индии отбор воды из водоносных горизонтов в 2 с лишним раза превышает её накопление, поэтому в Индии почти повсеместно уровни водоносных грунтов с пресной водой снижаются на 1–3 м ежегодно. На острове Майорка (у побережья Испании) в настоящее время вообще нет пресных вод, потребности жителей острова обеспечивают три опреснителя. Остров состоит из скальных пород, считается, что раньше он был частью континента. Запасы пресной воды на Майорке после отделения её от Пиренейского полуострова были очень велики. Для того чтобы обрабатывать болотистую местность жители острова в прошлые столетия выкачивали воду с помощью ветряных установок. Оказалось, что этой водой были всего лишь заполнены пустоты в скальных породах.

Потребление воды ежегодно увеличивается, человек использует намного больше её запасов, поэтому в недалёком “будущем” во многих странах может появиться проблема нехватки воды. Дефицит пресной воды уже ощущается в Нидерландах, Бельгии, Люксембурге, Венгрии. Дистиллированную воду используют в Кувейте, Алжире, Ливии, мощные опреснители стоят в Калифорнии и Аклахоме. По данным Всемирной организации здравоохранения от нехватки воды страдает 1,2 млрд человек. Водообеспеченность населения у нас в стране одна из самых высоких в мире, поэтому пресная вода расходуется крайне неэкономно. А трудности с обеспечением населения качественной питьевой водой уже есть. Возможно когда-то мы будем получать пресную воду из морской, но нужно сказать, что методы опреснения дороги и сложны.

Учёные считают, что на Земле нет кристально чистой воды, и вся пресная вода уже прошла техносферу [20], поэтому она меняет свой качественный состав. Основной причиной современной деградации природных вод земли является антропогенное загрязнение. Главные источники его:

• сточные воды промышленных предприятий;

• сточные воды коммунального хозяйства городов и других населённых пунктов;

• стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов;

• атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоёмов и водосборных бассейнов.

Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете. Общий объём промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых стоков составляет ≈ 1300 км³. Общая масса загрязнителей гидросферы ≈ 15 млрд т в год [2].