смирнов геоэкология

Норвегии имели место осадки с pH = 2,7. Наиболее высокая кислот­ ность осадков была зафиксирована в США, в штате Западная Вирд­ жиния, где величина pH составила 1,5 (это среднее значение между pH аккумуляторной кислоты и лимонным соком).

В настоящее время принято считать, что «кислотные дожди» - это осадки с pH меньше 5,0. Основная причина возникновения ки­ слотных осадков - это попадание в атмосферу оксидов серы и азота, но прежде всего диоксидов S02 и N 02. Диоксид серы, попадая во

влажную атмосферу, реагирует с водой, образуя сернистую кислоту:

S02 + Н20 Н + HSO3 -*• 2Н + SO2-.

Далее либо под каталитическим воздействием тяжелых метал­ лов, либо по реакции с радикалами ОН' , образовавшимися фото­ химическим путем, превращается в серную кислоту:

S02 + 20Н ‘ -*• H2 S04.

Двуокись азота, вступая в реакцию с водой, образует азотную и азотистую кислоту:

2N02 + Н20 -> HN02 + HN03.

В небольших количествах N 0 2 может реагировать с радикала­

ми ОН‘ с образованием азотной кислоты:

N 0 2 + ОН’ -> HN03.

Образование кислотных осадков имеет как естественное, так и антропогенное происхождение. Основными природными источни­ ками поступления в атмосферу оксидов серы и азота являются из­ вержения вулканов, лесные пожары и пр. Антропогенное загрязне­ ние атмосферы оксидами серы и азота связано в первую очередь со сжиганием минерального топлива, главным образом угля, в мень­ шей степени нефти и в еще меньшей степени газа на тепловых элек­ тростанциях, котельных, в металлургической и нефтехимической промышленности. Второй очень важный источник поступления в атмосферу, серы и прежде всего азота, это - автотранспорт. Нако­ нец, источником поступления кислотных соединений в атмосферу может быть и сельское хозяйство.

Современные оценки показывают, что поступление оксидов се­ ры и азота в атмосферу антропогенного происхождения превышают их суммарные естественные выбросы. Так, например, в 1990 г. ан­

241

тропогенная эмиссия диоксида серы в атмосферу втрое превысила природные выбросы, эмиссия азота - более чем вдвое.

Кислотные осадки наиболее широко распространены в разви­ тых странах: Северной Америке, Европе, Японии, Китае и целом ряде регионов России. В последние годы, в связи с заменой угля на газ и нефть, в развитых странах происходит сокращение кислотных осадков. В то же время в развивающихся странах как повторяемость кислотных осадков, так и их распространение растет.

Сост*ел*и<а И*

W*T«pti«noB Stockholm

institute 1&97Г

Условные

« j w o a w *й«исземм сум»

Рис. 8.7. Потенциальная чувствительность экосистем суши к кислотным осадкам (по Г.Н. Голубеву, 1999).

Чем опасны кислотные осадки для состояния экосистем и че­ ловека?

При выпадении кислотных дождей происходит закисление почв и водоемов. Особенно неблагоприятное воздействие кислых дождей на состояние экосистем проявляется в зонах избыточного увлажнения, особенно на Канадском и Фенно-скандинавском кри­ сталлических щитах. Буферные способности почв здесь очень низ­ ки, нейтрализации кислотных осадков не происходит. Кроме того, почва и вода в этих зонах и так имеет более высокую кислотность рис. 8.7. Ранее мы уже рассматривали проблему закисления почв.

242

При закислении вымываются из почвы ионы, важные для питания растений, в целом меняется химический состав почв, ухудшается развитие микроорганизмов в почве. Все эти изменения подавляют рост растений. И прежде всего страдают леса, особенно хвойные. Так, наиболее сильно от кислотных дождей пострадали леса Кана­ ды, США и Европы.

При пороговой величине pH, равной 4,2, из почвы начинает вы­ мываться алюминий, который накапливается в воде озер. Алюминий попадает в организм рыб и, будучи для них токсикантом, ведет к их гибели. При снижении кислотности вод менее 5,0 в организмах рыб начинают накапливаться и другие тяжелые металлы, особенно ртуть, очень опасная для человека. Для рыб пределы чувствительности к закислению лежат в пределах 5,0-4,5, в зависимости от вида рыбы. Самым чувствительным к закислению воды оказался карп.

У моллюсков, водорослей, планктонных организмов при pH воды меньше 5,2 нарушается кальциевый обмен, что также приво­ дит к их гибели.

Таким образом, при закислении меняется структура водных экосистем, происходит их упрощение, и многие водоемы в резуль­ тате закисления становятся практически безжизненными. От ки­ слотных дождей особенно пострадали водоемы Канады, Скандина­ вии и частично Карелии.

Кислотные осадки оказывают влияние и на строительные объ­ екты, разрушая известковую кладку, бетон и другие минеральные строительные материалы. Они влияют даже на стекло, выщелачивая силикаты. Большой ущерб наносится и изделиям из железа.

Как бороться с кислотными осадками? Единственный путь - это уменьшение выбросов в атмосферу оксидов серы и азота. Один из вариантов - перевод теплоэнергетики на газ, а в будущем - переход на нетрадиционные виды получения энергии. В транспорте - это про­ должение совершенствования двигателей автомобилей и качества топлива и, возможно, в будущем переход на электоромобили.

243

Глава 9. ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСТОЩЕНИЯ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ

Вода - отличительная особенность нашей планеты. Именно вода стала средой для возникновения и эволюции первых этапов жизни. Вода входит в состав всех живых организмов. В то же время вода яв­ ляется самым используемым ресурсом на Земле. Отсюда и возникно­ вение глобальных проблем, связанных с использованием воды, это истощение водных ресурсов и их антропогенное загрязнение.

9.1. Истощение подземных и поверхностных вод

Под истощением вод следует понимать недопустимое сокра­ щение их запасов под влиянием антропогенной деятельности, на­ рушающее состояние водных и связанных с водой экосистем, и, та­ ким образом, влияющее на жизнедеятельность самого человека. В табл. 9.1 представлены результаты оценки уменьшения водных ре­ сурсов по странам мира и континентам и, в определенной степени, уровень загрязнения вод, который может характеризоваться кратно­ стью разбавления сточных вод.

Если рассматривать проблему истощения водных ресурсов, то наиболее актуальна она для азиатского континента, где количество водных ресурсов уменьшилось уже на 1 0 %, а в таких странах, как

Индия и Китай, уменьшение водных ресурсов заметно превышает эту величину, особенно в Индии. Россия входит в число стран с наиболее благоприятной ситуацией, таких, как Канада, Бразилия, Австралия. Однако ситуация очень варьирует по территории Рос­ сии. Рост использования воды на хозяйственные нужды особенно заметно сказался на истощении вод значительного числа рек и во­ доемов южной части Русской равнины и Северного Кавказа. В це­ лом на остальной территории России положение относительно бла­ гополучное.

244

годов
1990-х
начало
на	Зайцевой, 2000)
ресурсов в мире
водных	(по И.С.
показатели
Основные

	Уменьшение	водных	ресурсов, %
Испарение с поверхности водохрани­ лищ, км3
	Безвозврат­ ный		расход, км3
Кратность	разбав­ ления		сточных вод, раз
	Сброс	сточных	вод, км3
	Водо­	забор,	км
Антропогенная	нагрузка на	водные	ресурсы, млн чел/км3
	Водные	ресурсы, к м /г
	Континенты, страны

		|
О СО -	- >П 40 О ЧО о Г- 'Ф - со	28

УП

40

25

vn

о

О

-

ЧО 40

- С\

о

о

О

in

СО

'nJ-

I

| I

Г

1

I

«Л

1440

00

70

CN

о

1940

130

О

S*

г- «п

чо о

380

SZP

ю

о

|

|

|

| |

00W

170

ОО

г-

27

г-

73

О

22 284

со in m

00 (N

о

00

365	1	415
	019		60	in	о
				о
1	|	1
480	2050	009	130	170	20
| |				1
				1
0,24	0,22	0,07	0,03	si‘o	0,02
1 I			1	I|
зозо	14 750	6 090	10 400	4 220	1 670
Г |				|Г
					и
Европа	Азия	Северная Америка	Южная Америка	Африка	Австралия Океания
| |				I

1

1

О О 00 m •‘СПФ со

	| |
	3450	470
		I
	СП	0,1	о
	о
			о
		| |
	о
	40	2 380	2 770
	о
	||Г |
	Мир в целом	США	Канада
	| | I

W-)	со
со
	|
о	30
00
"З-	О
о
| |
350	290
|1	|
Мексика	Аргентина
| |

|

О

(N 38

*П in
со
| |
0,03	0,76
|
	in
5 670	о
| |
Бразилия	Германия
I |

		|
	со 70		in
			40
	|		|
	40	О	545
	|		|
	0,33	"3-	0,40
		о
	|		|
	170	о
		•'ф2900
		о
	| 1 |
	Франция	Россия	Китай
	| 1 1

| Индия | 1 590 | 0,53 | 560 | 135 |

245

■>80% (1 2 )

■50-90% (5)

■««OK {«)

ИS-25% (SO)

0 <s% <a*)

Рис. 9.1. Уменьшение водных ресурсов (по И.С. Зайцевой, 2000).

Уменьшение водных ресурсов, как и их загрязнение, связано в первую очередь с ростом численности населения и активизацией хозяйственной деятельности. Антропогенная нагрузка на водные ресурсы постоянно возрастает. За период с 1950 по 1990 г. она воз­ росла более чем в два раза, особенно в Африке, Азии и Южной Америке, где очень быстро растет население. Пока что есть все ос­ нования полагать, что в ближайшие десятилетия истощение водных ресурсов будет возрастать, и особенно в Азии и Африке.

Наиболее восприимчивы к антропогенному воздействию малые реки. Непродуманное хозяйственное использование их водных ре­ сурсов и прилегающих земельных территорий приводит к их исто­ щению, а нередко и просто к исчезновению. Так, состояние многих малых рек и озер, особенно в Европейской части России, достаточ­ но тяжелое. Сток ряда рек снизился более чем наполовину, а неко­ торые вообще прекратили свое существование. Снижение стока, понижение уровня грунтовых вод, вырубка лесов, мелиорация при­ вели к исчезновению и многих малых озер.

Наряду с поверхностными водами происходит прогрессирую­ щее истощение и грунтовых вод. Уровень грунтовых вод понижает­ ся во многих странах мира. Грунтовые воды активно используются

246

для орошения сельскохозяйственных полей, питьевого водоснабже­ ния и даже промышленного. Пополнение же их значительно сокра­ тилось вследствие исчезновения лесов и болот, деградации земель. В зонах активного использования воды для орошения в последние десятилетия наблюдается снижение уровня грунтовых вод уже не на метры, а на десятки метров. Так, в Северном Китае уровень грунтовых вод повсеместно снизился на 30 м. В районах всех про­ мышленных городов мира, в том числе и городов России, где дли­ тельное время шла эксплуатация подземных вод, сформировались депрессии с глубинами до 100 м. и более (например, в Москве глу­ бина такой депрессии составляет 70 - 80 м.).

В связи с истощением подземных вод изменяются условия их взаимодействия с другими компонентами природной среды, по­ скольку все они тесно связаны между собой: уменьшается поверх­ ностный сток, исчезают родники, ручьи и небольшие реки, осуша­ ются заболоченные территории, иссушаются леса, гибнет влаголю­ бивая растительность. В целом меняется структура экосистем, и большей частью не в лучшую сторону.

Какой путь необходимо выбрать, чтобы уменьшить проблему истощения водных ресурсов на Земле? Только, по-видимому, один

-более экономное использование имеющихся ресурсов воды. Дело

втом, что водные ресурсы используются неэффективно практиче­ ски во всех странах мира и во всех отраслях народного хозяйства.

Главный пользователь воды в мире - ирригация. На долю ир­ ригации приходится в среднем 65 % всей забираемой воды. В ряде аридных районов мира этот показатель намного выше, достигая в Египте 98 %. Как правило, эффективность использования воды при орошении очень низка. По оценкам менее половины воды, забирае­ мой на орошение, используется растениями. Рационализация оро­ сительных систем может на 75 % снизить современные затраты во­ ды на орошение.

Забор воды для промышленных нужд составляет в среднем около 25 %, а в отдельных развитых странах доходит до 70-80 % от суммарного водопотребления. При этом в зависимости от техноло­ гии производства количество потребляемой воды на единицу про­ дукции для одинаковых товаров может меняться более чем в 1 0 раз.

247

Поэтому водопотребление в промышленности вполне можно уменьшить во столько же раз.

Городское население потребляет около 10% от всего объема забираемой воды. Казалось бы, системы городского водоснабжения наиболее совершенны, обходятся весьма дорого и постоянно кон­ тролируются. Тем не менее и здесь величина потерь составляет око­ ло 50 %. Города растут, и необходимо строительство все новых и новых систем водоснабжения. Однако, по оценке Всемирного бан­ ка, при потерях воды в 25 % их снижение экономически более целе­ сообразно, чем строительство новых дополнительных систем водо­ снабжения. По оценкам специалистов в домашнем хозяйстве можно добиться экономии до 50-70 % воды.

Таким образом, даже при росте населения можно добиться не только прекращения роста потребления воды, но даже его снижения при рационализации использования воды в сельском хозяйстве, промышленности и коммунальной сфере. Но все это требует опре­ деленных финансовых вложений.

9.2.Проблемы, связанные с загрязнением поверхностных

иподземных вод суши

Во всем мире идет постоянное и достаточно интенсивное за­ грязнение поверхностных и подземных вод рис. 9.2. Установлено, что более 400 видов различных веществ сбрасывается в воду, мно­ гие из которых вызывают ее загрязнение. К основным источникам загрязнения вод относятся следующие: 1 ) сброс в водоемы неочи­ щенных или плохо очищенных сточных вод; 2 ) смыв ядохимикатов

ливневыми осадками, в том числе с сельскохозяйственных угодий и автострад; 3) поступление различных веществ из атмосферы вместе с осадками; утечки нефти и нефтепродуктов.

248

0,25

Рис. 9.2. Антропогенная нагрузка на водные ресурсы (по И.С. Зайцевой, 2000).

■	«5	(35)
■	6-20	(40)
т	2 1 -5 0 (1 8 ).

B S M O O lia )

Рис. 9.3. Кратность разбавления сточных вод (по И.С. Зайцевой, 2000).

Очень масштабное загрязнение поверхностных вод во всем мире происходит за счет поступления в них органических соединений. Они поступают в воду со сточными водами коммунального бытового сек­ тора, с сельскохозяйственных территорий, включая площади, зани­

249

маемые животноводческими комплексами, и с осадками из атмосфе­ ры. Роль последних может быть довольно существенной. Так, напри­ мер, плотность выпадения аммонийного азота из атмосферы на Евро­ пейской территории России оценивается в среднем в 0,3 т/км2. За­ грязнение вод органикой и органическими соединениями породило одну из наиболее серьезных глобальных экологических проблем, с которой столкнулось человечество.

9.2.1. Евтрофикация водоемов

Евтрофикация свойственна всем водоемам, но в естественных условиях - это медленно развивающийся процесс, который обычно протекает достаточно незаметно. Однако при избыточном поступ­ лении биогенов, т.е. соединений фосфора и азота в реки, озера и водохранилища, процесс евтрофикации резко интенсифицируется и часто носит взрывной характер. Начинается бурный рост водорос­ лей и макрофитов, а это в свою очередь ведет к росту численности зоопланктона и высшей фауны. С ростом количества живых орга­ низмов увеличивается и количество отмирающих организмов. При обычном развитии водоема в его водах содержится достаточное ко­ личество кислорода для существования аэробных организмов, раз­ лагающих отмирающую органику. При бурном же росте числа от­ мерших организмов резко возрастает расход кислорода. Растения за счет фотосинтеза уже не могут восполнить его расход в полном объеме. Поступление из воздуха, особенно в условиях закрытости водоема, идет медленно. Поэтому через определенное время начи­ нает наблюдаться дефицит кислорода и даже его полное исчезнове­ ние в придонных горизонтах. Аэробные микроорганизмы погибают, а на их место приходят анаэробные микроорганизмы, которые раз­ рушают органику путем брожения. После анаэробного распада ор­ ганики образуются такие соединения, как СН4, С 02, Н2 0 , NH3 и H2 S. Происходит такое изменение состава воды, которое делает не­

возможным ее возвращение к аэробному состоянию в обозримом будущем. Аммиак (NH3) и сероводород (H2 S) отравляют воду. Ме­

няется полностью структура экосистемы водоема, она предельно упрощается. Из нее исчезает рыбное население, большинство бентосных организмов, зоопланктона. В фитопланктоне полностью до­ минируют сине-зеленые. Такие водоемы настолько обеднены вида-

250