Возобновляемые ресурсы и окружающая среда

2. При  замерзании вода расширяется, а не сжимается, как все другие вещества, и р_льда < р_воды (сосуд с водой при ее замерзании может лопнуть).

3. Удельная теплоемкость воды чрезвычайно велика по сравнению с другими естественными веществами (кроме водорода и аммиака).

Эти свойства воды обеспечивают жизнь в водоемах. Если бы лед был тяжелее воды, то водоем всегда полностью промерзал бы, и жизнь в нем стала невозможной. Большая теплоемкость также уменьшает колебания температуры воды и позволяет управлять погодой, отдавая накопленное тепло при похолодании и аккумулируя его при потеплении. Там, где воды мало, суточные и годовые колебания температуры всегда велики.

    Вода  не только обеспечивает жизнь, она —  сама жизнь. Человек на 60—65% состоит  из воды, а его мозг — на 82—85%! Недаром В. Вернадский считал, что  «жизнь — это особая коллоидная система, особое царство природных вод».

    Пре́сная  вода́ — противоположность морской  воды, охватывает ту часть доступной  воды земли, в которой соли содержатся в минимальных количествах.

    Вода, солёность которой не превышает 0,1 %, даже в форме пара или льда называется пресной. Ледяные массивы в полярных регионах и ледники содержат в себе наибольшую часть пресной воды земли. Помимо этого, пресная вода существует в реках, ручьях, пресных озёрах, а также в облаках. Доля пресной воды в общем количестве воды на земле составляет 3 %.

    Более 90 % запасов пресной воды содержится во льдах Антарктиды.

    За  последние 100 лет (с 1900 по 2000 гг.) население  земного шара выросло в три  раза, в то время как потребление  пресной воды на коммунальные нужды  увеличилось в 13 раз. Общее потребление  пресной воды, составлявшее в 1900 году примерно 400 кубокилометров в год, возросло до 3500 кубокилометров, то есть почти в 9 раз. При этом расходы на орошение почти в два с половиной раза превышают промышленное и коммунальное использование воды, а использование воды промышленностью в три раза превосходит ее расход в коммунальном хозяйстве. За последние двадцать лет потребление пресной воды в мире возросло на 1000 кубокилометров в год. Это уже привело к сложностям водоснабжения в ряде регионов Земли. Достаточно сказать что начиная с середины 90-х годов река  Хуанхе (Китай) 260 дней в году не впадает в Желтое море, а разбирается на орошение. Аналогичные трудности с водоснабжением наблюдаются в Индии, Пакистане, в Северной Африке и других странах Средиземноморья, на Аравийском полуострове, Мексике и ряде стран Центральной, Южной и Северной Америки, в частности в США, Австралии и т.д. В ближайшие 20 лет следует ожидать увеличения потребности  в пресной воде не менее чем  на 1000 кубокилометров в год  на сельскохозяйственные, промышленные и коммунальные нужды, учитывая современные тенденции роста населения и мирового хозяйства.

    По  данным Всемирной организации здравоохранения  более двух миллиардов человек в  мире страдают сегодня от нехватки  питьевой воды.

В большинстве  случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящийся в земле алюминий попадает в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов магний, что наносит огромный ущерб рыбным запасам. Однако объём естественных загрязняющих веществ - ничто по сравнению с производимыми человеком.

    Фермеры используют различные химикаты, попадающие в конечном итоге в пресную  воду: гербициды, инсектициды, акарициды, фунгициды и дезинфицирующий  раствор для овец, содержащие в  целом 450 активных ингредиентов - биоцидов. В землю вносятся стимулирующие рост растений фосфаты и нитраты, а силосные бурты, свиноводческие фермы и птицефермы являются источником большого количества ядовитых стоков. Помимо дезинфицирующих средств пресную воду заражают и применяемые в сельском хозяйстве фармацевтические препараты - антибиотики, гормоны и ингибиторы роста. Гормонные препараты попадают в воду и через канализацию вместе с бытовыми стоками.

    Для дезинфицирования питьевой воды используются химические реагенты, следы которых  остаются в воде. Считающийся канцерогенным тригалометан - побочный продукт хлорирования воды. В 1988 году в прессе широко освещалось применение сульфата алюминия при очистке воды: тогда несколько тонн этого вещества были сброшены в систему водоснабжения одного английского городка и вызвали массовое заболевание среди местных жителей.

    Наиболее  опасными загрязнителями промышленного  происхождения являются тяжёлые  металлы: кадмий, свинец и цинк. Другой серьёзный источник загрязнения  пресных вод - кислотные дожди, вызываемые транспортно-промышленными выбросами.

    Загрязнители  попадают в пресную воду различными путями, но всегда при участии человека: в результате несчастных случаев, намеренных сбросов отходов, проливов и утечек.

    Крупнейший  потенциальный источник загрязнения - фермерские хозяйства, занимающие в Англии и Уэльсе почти 80% земель. Часть покрывающего почву необработанного навоза животных проникает в источники пресной воды.

    Кроме того, фермеры Англии и Уэльса ежегодно вносят в почву 2,5 млн. т азота, фосфора  и калия, и часть этих удобрений  попадает в пресную воду. Некоторые из них - стойкие органические соединения, проникающие в пищевые цепи и вызывающие экологические проблемы. Сегодня в Великобритании свёртывают производство хлорорганических соединений, выпускаемых в больших количествах в 1950-е гг.

    Всё большую угрозу для пресноводных водоёмов представляют стоки, сбрасываемые рыбоводческими хозяйствами, ввиду  широкого применения ими фармацевтических средств борьбы с болезнями рыб.

    Лесные  хозяйства и открытый дренаж - источники  большого количества веществ, попадающих в пресную воду, в первую очередь железа, алюминия и кадмия. С ростом деревьев кислотность лесной почвы увеличивается, и проливные дожди образуют очень кислые стоки, губительные для живой природы.

    Попав в реку, навозная жижа может стать причиной серьёзной экологической катастрофы, так как её концентрация в 100 раз больше, чем у сточных вод, обработанных на очистных сооружениях.

    Атмосферное загрязнение пресной воды особенно пагубно. Есть два вида таких загрязнителей: грубодисперсные (зола, сажа, пыль и капельки жидкости) и газы (сернистый газ и закись азота). Все они - продукты промышленной или с/х деятельности. Когда в дождевой капле эти газы соединяются с водой, образуются концентрированные кислоты - серная и азотная.

    Твёрдые и жидкие загрязняющие вещества попадают из почвы в источники водоснабжения  в результате т. н. выщелачивания. Небольшие  количества сваленных на землю отходов  растворяются дождём и попадают в  грунтовые воды, а затем в местные  ручьи и реки. Жидкие отходы быстрее проникают в источники пресной воды. Растворы для опрыскивания сельскохозяйственных культур либо теряют свою активность при контакте с почвой, либо попадают в местные реки, либо выщелачиваются в земле и проникают в грунтовые воды. До 80% таких растворов тратятся впустую, так как попадают не на объект опрыскивания, а в почву.

    Время, требуемое для проникновения  загрязнитёлей (нитратов или фосфатов) из почвы в грунтовые воды, точно  неизвестно, но во многих случаях этот процесс может длиться десятки  тысяч лет. Загрязняющие вещества, поступающие в окружающую среду от промышленных предприятий, называют промышленными стоками и выбросами.

    Определение уровня загрязнения

    На  загрязнение могут указывать  такие признаки, как мёртвая рыба, но есть и более сложные методы его обнаружения. Загрязнение пресной воды измеряется в показателях биохимической потребности в кислороде (БПК) - т. е. сколько кислорода поглощает загрязнитель из воды. Этот показатель позволяет оценить степень кислородного голодания водных организмов.

    В то время как норма БПК для  рек Европы равна 5 мг/л, в неочищенных  бытовых стоках этот показатель достигает 350 мг/л. Большой вред наносит молоко при сливе его избыточного  количества, так как вызываемое им загрязнение в 400 раз больше, чем  от бытовых стоков.

    Воздействие на живую природу

    К самым явным признакам загрязнения  пресных водоёмов относится цветение воды (бурное развитие фитопланктона). Этот процесс наблюдается, когда  вода обогащается смесью органических соединений, выщелоченных из окружающей почвы. Такое обогащение (эвтрофикацию) в большей степени вызывают фосфаты, чем нитраты.

    Cложившаяся в последние 20 лет ситуация вызывает тревогу, так как значительная часть из 500 водоёмов Англии покрылась зеленью и стала токсичной ввиду их загрязнения. Пресная вода превращается в рассадник потенциально опасных видов бактерий, простейших и грибов. Такие бактерии, как сальмонелла и листерия, а также простейшие - например, криптоспоридия - не менее опасны для здоровья человека, чем холера в Европе в XIX веке.

    Водоросли на поверхности воды действуют как  густой лесной полог, не пропуская солнечный  свет. Это губительно сказывается  на производящих кислород водорослях, от которых зависит жизнь водных беспозвоночных и позвоночных. К  тому же определённые виды сине-зелёных водорослей выделяют ядовитые вещества, поражающие рыб и другие водные организмы. В результате многие виды отдыха на воде в летние месяцы запрещены в связи с разрастанием и токсичностью водорослей. Причиной цветения последних в озёрах и водоёмах может также быть вырубка лесов и удобрение лесной почвы - в обоих случаях в воду попадают питательные вещества.

    Кислотные дожди вызвали ряд крупных  экологических катастроф в Канаде, США и Северо-Западной Европе. Вода в 16000 из 85 000 озёр Швеции окислилась, а в 5000 из них полностью исчезла рыба. Начиная с 1976 г., в воду 4000 озёр добавляют известь для нейтрализации кислоты и восстановления химического баланса. К этим же мерам прибегают Шотландия и Норвегия, где по аналогичной причине рыбные запасы сократились на 40%. На востоке США ежегодный ущерб в связи с потерей форели, вызванной окислением водоёмов спортивного рыболовства, составляет 1 млрд. долларов. Однако за известкование озёр расплачиваются прибрежные сообщества. Так, избыток кальция привёл к гибели 90% растущего поблизости торфяного мха, кукушкиного льна и ягеля. Значительная часть кислотных дождей приходит в Скандинавию с запада, где промышленность Англии производит около 3,7 млн. т сернистого газа в год.

    Как правило, загрязнение водоёмов приводит к гибели живой природы, в первую очередь рыб. Но возможна быстрая повторная колонизация и восстановление популяций, особенно с помощью человека. Некоторые беспозвоночные переселяются на поражённые участки из находящихся выше по течению мест; другие перелетают сюда за считанные часы. Одни организмы (такие как речные блюдечки, чьи жабры забиваются илом) чувствительны к нарушению экологического баланса, а другим видам (включая подёнок) нипочём довольно высокие уровни загрязнения. Трубчатые черви поглощают бактерии и личинок разных видов звонцов, а пиявки (среди них Helobdella stagnalis) легко переносят эвтрофикацию и низкое содержание кислорода.

    Свинец  встречается в пресной воде в  растворённом виде. Один из источников свинцового загрязнения - рыболовные грузила, которые постоянно выбрасывают при запутывании лески. От свинца сильно страдают лебеди, проглатывающие грузила вместе с водорослями. Он остаётся в желудке птиц, постепенно растворяясь и вызывая их смерть. «Сломанная шея» (когда мышцы не могут держать длинную шею птицы, и в результате она медленно умирает от голода) является признаком свинцового отравления. Другой тяжёлый металл, кадмий, проникает в пресноводную среду, поражает рыб, а через них попадает в организм человека.

    Законы - действенное средство предотвращения загрязнения, но добиться их соблюдения трудно. Поэтому новая международная инициатива - «платит сторона, виновная в загрязнении» - идеальна по сути, но редко даёт плоды. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) опубликовала рекомендации по допустимым уровням загрязнения. Например, содержание кадмия в воде не должно превышать 3/1000 мг/л.

    Англия, вероятно, первой в мире приняла  закон о загрязнении рек, поскольку  ещё в 1197 г. король Ричард 1 подписал первую хартию о Темзе. Сегодня Европейское  Сообщество издаст директивы о качестве воды, но правительства европейских стран не спешат выполнять эти требования. Так, в 1992 г. 9 из 12 стран - членов ЕС превысили уровень содержания нитратов в своих водоёмах. По новому законодательству от всех членов ЕС требовалось к 2002 г. создать специальные очистные станции для обработки воды для городского и промышленного потребления, чтобы предотвратить загрязнение рек. В большинстве стран эта работа выполнена.

    Естественно возникает вопрос, каким образом  может быть решена проблема источников пресной воды для значительной части населения Земли. Наземные источники в перечисленных выше регионах практически исчерпаны и можно лишь говорить о подземных водах и опреснении. Как показывает практика использования подземных вод в Средней Азии, Алжире, Мексике и т.д. этот ресурс исчерпывается достаточно быстро, кроме того, как правило, добываемые воды оказываются солоноватыми и требуют опреснения.