Проблемазагрязнения среды в настоящее время приобрела глобальное значение. В водоемыпланеты ежегодно сбрасывается около 7003 км загрязненных вод. Погибают наиболее чувствительные организмы, разрушаются сбалансированные сообщества, ограничиваетсяхозяйственное и рекреационное использование водоемов. Полное прекращениеантропогенного загрязнения среды нереально, поэтому следует применять разумныемеры ограничения поступления в водоемы токсикантов и загрязнителей, применятьэффективную очистку вод.
Поступление токсикантов в водоемы
Загрязненияводоёмов могут возникать как в результате человеческой деятельности, так и врезультате природных процессов. Дождевые и паводковые стоки могут опреснятьсоленые водоёмы, увеличивать мутность, сносить в водоемы с суши органические иминеральные вещества. Солнечные лучи могут высушивать водоёмы, повышать в нихконцентрацию солей и других веществ. Продукты жизнедеятельностн некоторыхводорослей являются сильными токсинами.
Типичнымпримером может служить явление т.н. «красных приливов» или «эльниньо» в теплых морях. Такое явление вызывается бурным развитиемдинофлагеллят, выделения которых губят рыб и других гидробионтов. В пресныхводах токсикозы и заморы нередко возникают в результате «цветения»водоемов — сильном развитии синезеленых водорослей. В некоторых водоемах разложениеорганических остатков приводит к накоплению сероводорода и других продуктовраспада. Сероводородом заражены глубины Черного и Каспийского морей, придонныеводы некоторых северных фиордов, хотя в этом случае газ получается не из-заразложения органических остатков, а от деятельности автотрофных сероводородныхбактерий, которые восстанавливают серу до сероводорода.
Вряде африканских озер на глубине скопились огромные количества токсических иудушливых газов. Иногда, как, например в, Камеруне время от времени газывырываются на поверхность и вызывают гибель всего живого как в водоеме, так ина берегах. Естественное загрязнение возникает при вулканической деятельности, работегейзеров, фумарол, минеральных источников, грязевых вулканов. Вредные и ядовитыевещества могут образовываться в водоемах при разложении обильного листопада. Вряде регионов природные воды обладают избытком тех или иных минералов, чтоможет оказывать существенное влияние на жизнь водоёмов.
Загрязнение,ведущее к гибели «всего живого» наблюдается редко. Формы жизни оченьмногообразны. Есть организмы, живущие в горячих минеральных источниках — внасыщенных солями кипятке, есть организмы, для которых токсикантом являетсясвободный кислород, а субстратом жизни — сероводород, который они превращают вмолекулярную серу.
Врезультате человеческой деятельности в водоемы может поступать многозагрязнителей разной степени токсичности. Вредное действие может вызыватьсяпоступлением нетоксических веществ. Избыток удобрений может привести к изменениютипа водоема, его флоры и фауны, а это не всегда желательно. Особеннонежелательно увеличение трофности водохранилищ, снабжающих водой населенныепункты, озер, заселенных ценными сиговыми и лососевыми рыбами, водоемов, сохранениесостояния которых в неприкосновенности имеет особое значение для страны — Байкал,Иссык-куль, Ладожское озеро. Превращение «сигового» водоема в«плотвично-окуневый», «судачьего» в «карасёвый» врезультате удобрения и повышения первичной продукции всегда связано сухудшением качества воды.
Вредноедействие может оказывать поступление в водоем большого количества неядовитыхвзвесей — глины, песка, слюды, целлюлозы, окиси железа. Взвеси увеличиваютмутность вода, уменьшают глубину проникновения солнечных лучей, т.е. уменьшают«фотический слой» в котором происходит фотосинтез, что ведет кпонижению первичной продукции водоема и дефициту кислорода. Увеличение донныхосадков может привести к нежелательной смене фауны бентоса, заиливаниюнерестилищ, гибели от удушья уже отложенной икры рыб.
Частымявлением стало так называемое «тепловое загрязнение» водоемов. Стокиподогретых, пусть даже незагрязненных вод, могут совершенно изменить типводоема, сделать его незамерзающим зимой, перегревающимся в летнюю жару, вызватьбуйное развитие несвойственных данному водоёму организмов, сместить сроки иместа нереста рыб. Польза или вред для хозяйства таких явлений должнаоцениваться в каждом конкретном случае. Изменение теплового режима водоёмапроисходит, если его используют в качестве водоёма-охладителя для ТЭЦ или АЭС.Такие водоёмы обычно стараются использовать для выращивания товарной рыбы вуправляемом режиме.
Токсичные(ядовитые) вещества попадают в водоёмы при разных видах хозяйственнойдеятельности. Ряд веществ используется специально для борьбы о организмами какв воде так и на суше. Это ядохимикаты — прежде всего сельскохозяйственные:против сорняков — гербициды, против вредных насекомых — инсектициды, противгрибков – фунгициды. Помимо этого используются дефолианты — вещества, используемыедля ускорения опадания листвы, например хлопчатника перед сбором урожая.Некоторые из этих веществ ядовиты не только для тех организмов, для которых онипредназначены, но и против других.
Загрязнениеводоемов может возникать при борьбе с малярийными комарами и другимикровососущими насекомыми, с грызунами, с сорной рыбой. Обычно стараютсяиспользовать нестойкие токсиканты, которые, уничтожив соответствующихвредителей довольно быстро распадаются под действием кислорода, воды, солнечныхлучей, действия микроорганизмов и др. причин. Однако многиесельскохозяйственные ядохимикаты отличаются высокой персиетентностыо, то естьдолго сохраняют свою токсичность в воде, илах и даже в теле гидробионта.
Сельскохозяйственныеядохимикаты используются на суше, но дождевые потоки рано или поздно сносят ихв водоемы — озера, болота, реки и моря. Эти вещества обнаружены даже во льдахполярных морей. С полей в водоемы уносится значительная часть минеральных иорганических удобрений — фосфатов, нитратов, солей аммония, калия, гуминовых иальбуминоидных соединений. Эти вещества мало токсичны, но они могут повышатьтрофность, нарушать экологическое равновесие в водоеме, стимулировать развитиеодних организмов в ущерб другим.
Иногдав водоёмы поступают отходы и навоз с животноводческих ферм. Загрязняют водоемыстоки промышленных предприятий — металлургических, химических и прочих.Современные предприятия оснащаются очистными сооружениями, но очистка никогдане бывает полной. Кроме того, нередки аварии очистных сооружений, аварийныесбросы неочищенных сточных вод. Токсиканты могут поступать в водоемы не толькоиз канализационных труб, но и с дождевыми каплями. Через заводские трубы спромышленными дымами в атмосферу уходит много продуктов горения и летучихзагрязнителей, которые затем выпадают в виде кислых и загрязненных осадков.
Классификация антропогенных стоков и загрязняющихвеществ
Загрязнениеводоемов обусловлено попаданием в них взвешанных частиц, растворенныхсоединений, токсичных и нетоксичных, механических загрязнений. Антропогенныестоки поступают в водоёмы со сточными водами населенных пунктов и промышленныхпредприятий, а также с дождевыми водами. Немалый вред приносит водоемам спуск вних сточных вод с проходящих судов.
Атмосферныеводы попадают в водоемы после кратковременного контакта с поверхностными слоямипочвы. Из почвы вымываются не только легкорастворимые, но и труднорастворимыесоединения. Количество взвешаных частиц в дождевом стоке достигает 1 г/л, аесли сток идет с территории промышленных предприятий, например сланцеперерабатывающего предприятия, то в нем содержится 30 мг/л летучих фенолов и до70 мг/л нелетучих. Такой сток без предварительной очистки может принестинепоправимый вред рыбохозяйственному водоёму (Голубовская, I978).
Городскиесточные воды состоят в основном из хозяйственно-бытовых и промышленных стоков.Особенностью этих стоков является высокое содержание в них микроорганизмов, могутприсутствовать патогенные бактерии. В таких стоках много взвешенных частиц иколлоидных соединений. В них высокий процент содержания растворенныхсоединений: аминокислот, минеральных солей. Присутствие промышленных сточныхвод делает состав воды очень разнообразным.
Промышленныесточные воды идут от наиболее активных потребителей воды: черная металлургия, химическая,нефтеперерабатывающая промышленность, пищевая промышленность. Во многих случаяхнепосредственное попадание сточных вод в водоем может привести к гибели живыхорганизмов, составляющих биоценоз. В настоящее время в промышленных сточныхводах содержится около 500 000 веществ, о действии которых биологи очень малознают и на которые надо установить нормы их содержания в водоемах.
Загрязнение водной среды солями
Большинствостоков содержит в себе неорганические соли. Особенно много солей содержится встоках промышленных предприятий. Соли образуются в стоках главным образом засчет нейтрализации кислот и щелочей, которые в очень больших количествахприменяются в промышленных процессах.
Вредностьсолей для гидробионтов проявляется прежде всего в нарушении осмотическогоравновесия. Большинство простейших выводит их из своих клеток за счетоткачивания сократительными вакуолями. Вода постоянно насасывается осмосом вцитоплазму, а сократительные вакуоли выводят ее во внешнюю среду. Уже изменениеконцентрации соли в воде на 0, 3% ведет к нарушению экскреции. В то время какрыбы мало реагируют на повышение солей в воде, беспозвоночные животные, которымиони питаются, очень чувствительны к повышению содержания солей.
Средисточных вод особо большим содержанием солей отличаются воды сбрасываемыекожевенными заводами, которые для отделки кожи применяют различные соли. Врезультате количество сульфатов доходит почти до 2000 мг/л, а хлоридов — почтидо 8000 мг/л. Солевое загрязнение пресных водоемов может происходить не толькоза счет промышленных стоков, но и за счет проникновения морской воды в пресныеводоемы. Подобная ситуация может сложиться в водоемах, расположенных недалекоот моря и связанных с ним протоками. Если в пресном водоеме уровень водыснизится, то морская вода может войти в водоемы и погубить часть фауны и флоры.
Нефтяное загрязнение
Загрязнениеводы нефтью происходит в основном из-за халатного отношения к этому вопросулюдей, ответственных за это дело. Иногда воду, после промывки нефтяных танкеровсливают в водоемы, иногда моют машины и выливают в реки даже отработанноемашинное масло. Нефть попадает в воду с плавающих механизированных средств и сводного транспорта. Не нужно думать, что нефть безвредна для водоемов. Дажетончайшие слои уменьшают скорость проникновения в воду кислорода. Тонкая пленканефти может убить нейстон и плейстон. Птицы, испачканные нефтью, обычнопогибают. Загрязнение нефтью чревато еще и тем, что охватывает большие площадипри незначительных попаданиях в воду. Один литр нефти покрывает поверхностнойпленкой полгектара поверхности воды.
Катастрофы,связанные с утечкой нефти, приносят невосполнимые потери. Для примера можнопринести случай с гигантским танкером «Тори-Кэньон», из которого приаварии вылилось почти 120000 тонн нефти у поберекья Корнуэлла. За нескольконедель нефть распространилась по пляжам Бретани и Корнуэлла. ПравительствоВеликобритании питалось эмульгировать нефть на поверхности воды и вылило 12500тонн детергентов. Но мероприятие окончилось только тем, что погибло 20000 кайри 5000 гагарок. От детергентов, о них речь будет ниже, погибли морские желуди ибольшая часть планктона в этом районе. Ветер унес нефть в море.
Авариитанкеров случаются и в настоящее время. Мировой океан сейчас уже настолькозагрязнен нефтью и нефте- продуктами, что далеко в открытом Атлантическомокеане участники экспедиции на папирусной лодке «Ра» под руководствомТура Хейердала, встречали постоянно сгустки нефтепродуктов.
Детергенты
Запоследнее время химическая промышленность выпустила целые серииповерхностно-активных веществ и в таком разнообразии, что многие пресноводные исоленые водоемы уже заполнены ими, хотя до конца еще далеко, не известно, какдействуют новые моющие средства на гидробиоценозы.
Выясненоточно, присутствие детергентов снижает количество растворенного кислорода вводе. Микробиологами установлено, что большие концентрации СПАВ убивают живыеклетки организмов, частично растворяя жироподобные вещества — липиды, которыеявляются обязательным компонентом клеточных мембран. Низкие концентрациидетергентов действуют подобно ядам и сходны по своему проявлению на организмыпри тепловом загрязнении. Они понижают способность гидробионтов противостоятьнизкому содержанию кислорода в воде.
Исследованияамериканского ученого Хейса показывают, что хлопья пены, образуемыедетергентами, способствуют захвату яиц гельминтов в сточных водах и ихрасселению на большие участки. Помимо всего детергенты разрушают поверхностнуюпленку натяжения воды, что влечет за собой гибель нейстона. Эпинейстон вообщетонет в воде.
Еслирассматривать устойчивые детергенты в воде, то они постоянно будут приноситьвред водным сообществам. По этим причинам химическая промышленность пытаетсявыпустить быстро разлагаемые бактериями моющие средства. Такие детергенты ужевыпускаются, а представляют собой алкилсульфатные соединения. Однако у этихдетергентов есть неприятные для водоемов свойства. Во-первых при разложенииподскакивает показатель БПК, во-вторых, образуется большое количество фосфатов,которые приводят к эфтрофикации. Выход из создавшегося положения будет найден, еслипромышленность создаст быстроразлагаемые бактериями детергенты с малымколичеством фосфатов.
Загрязнение воды биологически активными веществами
Внастоящее время усиленно развивается медицинская и биохимическая промышленность,изготавливающая биологически-активные вещества, гормоны, ферменты, витамины, лекарственныевещества, содержащие активнодействующие на микрофлору и микрофауну веществатипа антибиотиков. Действие большинства биологически-активных веществ нагидрофауну и гидрофлору не изучено, вот почему к выпуску сточных вод, содержащихбиологически активные вещества (БАВ) в водоемы следует подходить с оченьбольшой осторожностью.
Иногдав воде появляются углеводороды, обладающие самыми неожиданными свойствами, онимогут быть канцерогенами и не разлагаться в очистных сооружениях, либоразлагаются частично. Так американским исследователям удалось показать, чтонекоторые полициклические углеводороды загрязненной воды повышают восприимчивостьк ультрафиолетовому облучению у инфузорий. Этот факт заставляет насторожиться исчитать, что эти вещества стимулируют фоточувствительность и обладаютканцерогенностью.
Радиоактивные вещества
Радиоактивныевещества оказывают вредное воздействие на организм в результате излучений, возникающихпри самопроизвольном распаде ядер радиоактивных элементов. Эти излученияразрушают и изменяют химические соединения, составляющие организм (нуклеиновыекислоты, белки, жировые вещества и т.п.) и нарушают строение биологическихструктур (хромосом, мембран и других клеточных органелл). Радиоактивныевещества содержатся в больших количествах в рудных телах и могут загрязнятьводоемы при «урановых разработках» и переработке радиоактивногосырья.
Отдельныеэтапы ядерного топливного горючего предусматривают потребление большихколичеств воды, которая в результате использования в технологических процессахоказывается радиоактивно загрязненной. Такую воду сбрасывают в специальныеводоемы, где она испаряется или фильтруется через землю. Дополнительная очисткапредусмотрена только в том случае, если воду сбрасывают в реки или другиеводоемы многоцелевого назначения.
Неполноерешение проблемы захоронения радиоактивных отходов и отсутствие безаварийнойтехнологии на всех этапах ядерного топливного цикла, в том числе на АЭС можетприводить к локальному радиоактивному загрязнению среды. Выпадающие на землю сдождем и снегом радиоактивные осадки накапливаются в водоемах озерного типа.Конечным этапом миграции радиоактивных веществ является Мировой океан.Концентрация радионуклидов в водоемах-охладителях АЭС не превышает ПДК(предельно-допустимых концентраций) и в них разрешен промышленный лов рыбы исадковое рыбоводство. В случае аварийной утечки радиоактивных веществ водоем исключаетсяиз водопользования (например, Чернобыльская авария). На гидробионтов влияют какрадионуклиды, находящиеся в воде и грунте (оказывая внешнее облучение), так ивещества, накапливающиеся в теле (внутреннее облучение).
Совершенноизбежать облучений невозможно, т.к. все живое подвержено космическому излучению(около 0, 1 милирентгена в сутки), а также и облучению естественныхрадиоактивных веществ — прежде всего калия — 40 и полония — 210 (общаярадиоактивность порядка 10-10 Кюри/л). Общая мощность дозы этих источниковдостигает 10-5 рад/сут. Опытным путем установлены допустимые уровнирадиоактивности и облучения (4 рад в год). Устойчивость к радиоактивномуизлучению позволяет существовать естественным популяциям без существенныхизменений при уровнях облучения до 1 рад/сут. ПДК радионуклидов, таких какстронций — 90 составляют 10-10 Кюри/л.
Значительнымиисточниками радиоактивного загрязнения являются взрывы ядерных устройств ватмосфере и гидросфере. Однако сейчас такие взрывы могут проводить Франция иКитай, не присоединившиеся к Московскому договору о проведении испытательныхядерных взрывов под землей. Наиболее опасны долгоживущие и медленно выводимыеиз организма изотопы, такие как стронций-90, накапливающиеся в костях.Распространенными загрязнителями являются изотопы иттрия, цезия, йода, кобальта,марганца, цинка.
Тяжелые металлы
Тяжелыеметаллы имеют атомную массу более 60 Д. В качестве токсикантов в водоемахобычно встречаются: ртуть, свинец, кадмий, олово, цинк, марганец, никель, хотяизвестна высокая токсичность других тяжелых металлов — кобальта, серебра, золота,урана и других. Высокая токсичность для живых существ — это характерноесвойство соединений и ионов тяжелых металлов. В металлическом виде онинетоксичны.
Тяжелыеметаллы поступают в водоемы в токсических концентрациях обычно со стокамигорнодобывающих и металлургических предприятий, а также предприятий химическойи легкой промышленности, где их соединения используют в различныхтехнологических процессах. Например, много солей хрома сбрасывают предприятияпо дублению кожи, хром и никель используются для гальванического покрытияповерхностей металлических изделий. Соединения меди, цинка, кобальта, титанаиспользуются в качестве красителей и т.д. Тяжелые металлы имеют много общего вбиологическом действии и судьбе в водоемах. Как уже было сказано, они оченьтоксичны, хотя многие из них необходимы в микроколичествах различным организмам/медь, марганец, хром, молибден, ванадий/. Они легко образуют соединения икомплексы с органическими веществами в растворах и в организме, хорошоусваиваются организмами из воды и передаются по пищевой цепи.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы маДля подготовки данной работы былииспользованы материалы с сайта www.aquatoria.net.ru/