Загрязнение водоемов
Проблема загрязнения
среды в настоящее время приобрела
глобальное значение. В водоемы планеты
ежегодно сбрасывается около 700 км3
загрязненных вод. Погибают наиболее чувствительные
организмы, разрушаются сбалансированные
сообщества, ограничивается хозяйственное
и рекреационное использование водоемов.
Полное прекращение антропогенного загрязнения
среды нереально, поэтому следует применять
разумные меры ограничения поступления
в водоемы токсикантов и загрязнителей,
применять эффективную очистку вод.
Токсиканты
сточных вод и
их влияние на водоемы
Поступление
токсикантов в
водоемы
Загрязнения водоёмов
могут возникать как в результате
человеческой деятельности, так и
в результате природных процессов.
Дождевые и паводковые стоки могут
опреснять соленые водоёмы, увеличивать
мутность, сносить в водоемы с суши органические
и минеральные вещества. Солнечные лучи
могут высушивать водоёмы, повышать в
них концентрацию солей и других веществ.
Продукты жизнедеятельности некоторых
водорослей являются сильными токсинами.
Типичным примером может служить явление
т.н. "красных приливов" или "эль
ниньо" в теплых морях. Такое явление
вызывается бурным развитием динофлагеллят,
выделения которых губят рыб и других
гидробионтов. В пресных водах токсикозы
и заморы нередко возникают в результате
"цветения" водоемов - сильном развитии
сине-зеленых водорослей. В некоторых
водоемах разложение органических остатков
приводит к накоплению сероводорода и
других продуктов распада. Сероводородом
заражены глубины Черного и Каспийского
морей, придонные воды некоторых северных
фиордов, хотя в этом случае газ получается
не из-за разложения органических остатков,
а от деятельности автотрофных сероводородных
бактерий, которые восстанавливают серу
до сероводорода. В ряде африканских озер
на глубине скопились огромные количества
токсических и удушливых газов. Иногда,
как, например, в Камеруне время от времени
газы вырываются на поверхность и вызывают
гибель всего живого, как в водоеме, так
и на берегах. Естественное загрязнение
возникает при вулканической деятельности,
работе гейзеров, фумарол, минеральных
источников, грязевых вулканов. Вредные
и ядовитые вещества могут образовываться
в водоемах при разложении обильного листопада.
В ряде регионов природные воды обладают
избытком тех или иных минералов, что может
оказывать существенное влияние на жизнь
водоёмов. Загрязнение, ведущее к гибели
"всего живого" наблюдается редко.
Формы жизни очень многообразны. Есть
организмы, живущие в горячих минеральных
источниках - в насыщенных солями кипятке,
есть организмы, для которых токсикантом
является свободный кислород, а субстратом
жизни - сероводород, который они превращают
в молекулярную серу. В результате человеческой
деятельности в водоемы может поступать
много загрязнителей разной степени токсичности.
Вредное действие может вызываться поступлением
нетоксических веществ. Избыток удобрений
может привести к изменению типа водоема,
его флоры и фауны, а это не всегда желательно.
Особенно нежелательно увеличение трофности
водохранилищ, снабжающих водой населенные
пункты, озер, заселенных ценными сиговыми
и лососевыми рыбами, водоемов, сохранение
состояния которых в неприкосновенности
имеет особое значение для страны - Байкал,
Иссык-Куль, Ладожское озеро. Превращение
"сигового" водоема в "плотвично
- окуневый", "судачьего" в "карасёвый"
в результате удобрения и повышения первичной
продукции всегда связано с ухудшением
качества воды. Вредное действие может
оказывать поступление в водоем большого
количества неядовитых взвесей - глины,
песка, слюды, целлюлозы, окиси железа.
Взвеси увеличивают мутность вода, уменьшают
глубину проникновения солнечных лучей,
т.е. уменьшают "фотический слой"
в котором происходит фотосинтез, что
ведет к понижению первичной продукции
водоема и дефициту кислорода. Увеличение
донных осадков может привести к нежелательной
смене фауны бентоса, заиливанию нерестилищ,
гибели от удушья уже отложенной икры
рыб. Частым явлением стало так называемое
"тепловое загрязнение" водоемов.
Стоки подогретых, пусть даже незагрязненных
вод, могут совершенно изменить тип водоема,
сделать его незамерзающим зимой, перегревающимся
в летнюю жару, вызвать буйное развитие
несвойственных данному водоёму организмов,
сместить сроки и места нереста рыб. Польза
или вред для хозяйства таких явлений
должна оцениваться в каждом конкретном
случае. Изменение теплового режима водоёма
происходит, если его используют в качестве
водоёма-охладителя для ТЭЦ или АЭС. Такие
водоёмы обычно стараются использовать
для выращивания товарной рыбы в управляемом
режиме. Токсичные (ядовитые) вещества
попадают в водоёмы при разных видах хозяйственной
деятельности. Ряд веществ используется
специально для борьбы с организмами как
в воде, так и на суше. Это ядохимикаты
- прежде всего сельскохозяйственные:
против сорняков - гербициды, против вредных
насекомых - инсектициды, против грибков
– фунгициды. Помимо этого используются
дефолианты - вещества, используемые для
ускорения опадания листвы, например хлопчатника
перед сбором урожая. Некоторые из этих
веществ ядовиты не только для тех организмов,
для которых они предназначены, но и против
других. Загрязнение водоемов может возникать
при борьбе с малярийными комарами и другими
кровососущими насекомыми, с грызунами,
с сорной рыбой. Обычно стараются использовать
нестойкие токсиканты, которые, уничтожив
соответствующих вредителей, довольно
быстро распадаются под действием кислорода,
воды, солнечных лучей, действия микроорганизмов
и др. причин. Однако многие сельскохозяйственные
ядохимикаты отличаются высокой персистентностыо,
то есть долго сохраняют свою токсичность
в воде, илах и даже в теле гидробионта.
Сельскохозяйственные ядохимикаты используются
на суше, но дождевые потоки рано или поздно
сносят их в водоемы - озера, болота, реки
и моря. Эти вещества обнаружены даже во
льдах полярных морей. С полей в водоемы
уносится значительная часть минеральных
и органических удобрений - фосфатов, нитратов,
солей аммония, калия, гуминовых и альбуминоидных
соединений. Эти вещества мало токсичны,
но они могут повышать трофность, нарушать
экологическое равновесие в водоеме, стимулировать
развитие одних организмов в ущерб другим.
Иногда в водоёмы поступают отходы и навоз
с животноводческих ферм. Загрязняют водоемы
стоки промышленных предприятий - металлургических,
химических и прочих. Современные предприятия
оснащаются очистными сооружениями, но
очистка никогда не бывает полной. Кроме
того, нередки аварии очистных сооружений,
аварийные сбросы неочищенных сточных
вод. Токсиканты могут поступать в водоемы
не только из канализационных труб, но
и с дождевыми каплями. Через заводские
трубы с промышленными дымами в атмосферу
уходит много продуктов горения и летучих
загрязнителей, которые затем выпадают
в виде кислых и загрязненных осадков.
Классификация
антропогенных стоков
и загрязняющих веществ
Загрязнение водоемов
обусловлено попаданием в них взвешенных
частиц, растворенных соединений, токсичных
и нетоксичных, механических загрязнений.
Антропогенные стоки поступают в водоёмы
со сточными водами населенных пунктов
и промышленных предприятий, а также с
дождевыми водами. Немалый вред приносит
водоемам спуск в них сточных вод с проходящих
судов. Атмосферные воды попадают в водоемы
после кратковременного контакта с поверхностными
слоями почвы. Из почвы вымываются не только
легкорастворимые, но и труднорастворимые
соединения. Количество взвешенных частиц
в дождевом стоке достигает 1 г/л, а если
сток идет с территории промышленных предприятий,
например сланце перерабатывающего предприятия,
то в нем содержится 30 мг/л летучих фенолов
и до 70 мг/л нелетучих. Такой сток без предварительной
очистки может принести непоправимый
вред рыбохозяйственному водоёму (Голубовская,
I978). Городские сточные воды состоят в
основном из хозяйственно-бытовых и промышленных
стоков. Особенностью этих стоков является
высокое содержание в них микроорганизмов,
могут присутствовать патогенные бактерии.
В таких стоках много взвешенных частиц
и коллоидных соединений. В них высокий
процент содержания растворенных соединений:
аминокислот, минеральных солей. Присутствие
промышленных сточных вод делает состав
воды очень разнообразным. Промышленные
сточные воды идут от наиболее активных
потребителей воды: черная металлургия,
химическая, нефтеперерабатывающая промышленность,
пищевая промышленность. Во многих случаях
непосредственное попадание сточных вод
в водоем может привести к гибели живых
организмов, составляющих биоценоз. В
настоящее время в промышленных сточных
водах содержится около 500 000 веществ, о
действии которых биологи очень мало знают
и на которые надо установить нормы их
содержания в водоемах.
Загрязнение
водной среды солями
Большинство стоков
содержит в себе неорганические соли.
Особенно много солей содержится
в стоках промышленных предприятий.
Соли образуются в стоках главным
образом за счет нейтрализации кислот
и щелочей, которые в очень больших
количествах применяются в промышленных
процессах. Вредность солей для гидробионтов
проявляется прежде всего в нарушении
осмотического равновесия. Большинство
простейших выводит их из своих клеток
за счет откачивания сократительными
вакуолями. Вода постоянно насасывается
осмосом в цитоплазму, а сократительные
вакуоли выводят ее во внешнюю среду. Уже
изменение концентрации соли в воде на
0,3% ведет к нарушению экскреции. В то время
как рыбы мало реагируют на повышение
солей в воде, беспозвоночные животные,
которыми они питаются, очень чувствительны
к повышению содержания солей. Среди сточных
вод особо большим содержанием солей отличаются
воды, сбрасываемые кожевенными заводами,
которые для отделки кожи применяют различные
соли. В результате количество сульфатов
доходит почти до 2000 мг/л, а хлоридов - почти
до 8000 мг/л. Солевое загрязнение пресных
водоемов может происходить не только
за счет промышленных стоков, но и за счет
проникновения морской воды в пресные
водоемы. Подобная ситуация может сложиться
в водоемах, расположенных недалеко от
моря и связанных с ним протоками. Если
в пресном водоеме уровень воды снизится,
то морская вода может войти в водоемы
и погубить часть фауны и флоры.
Нефтяное
загрязнение
Загрязнение воды
нефтью происходит в основном из-за
халатного отношения к этому вопросу людей,
ответственных за это дело. Иногда воду,
после промывки нефтяных танкеров сливают
в водоемы, иногда моют машины и выливают
в реки даже отработанное машинное масло.
Нефть попадает в воду с плавающих механизированных
средств и с водного транспорта. Не нужно
думать, что нефть безвредна для водоемов.
Даже тончайшие слои уменьшают скорость
проникновения в воду кислорода. Тонкая
пленка нефти может убить нейстон и плейстон.
Птицы, испачканные нефтью, обычно погибают.
Загрязнение нефтью чревато еще и тем,
что охватывает большие площади при незначительных
попаданиях в воду. Один литр нефти покрывает
поверхностной пленкой полгектара поверхности
воды. Катастрофы, связанные с утечкой
нефти, приносят невосполнимые потери.
Для примера можно принести случай с гигантским
танкером "Тори-Кэньон", из которого
при аварии вылилось почти 120000 тонн нефти
у побережья Корнуолла. За несколько недель
нефть распространилась по пляжам Бретани
и Корнуолла. Правительство Великобритании
пыталось эмульгировать нефть на поверхности
воды и вылило 12500 тонн детергентов. Но
мероприятие окончилось только тем, что
погибло 20000 кайр и 5000 гагарок. От детергентов,
о них речь будет ниже, погибли морские
желуди и большая часть планктона в этом
районе. Ветер унес нефть в море. Аварии
танкеров случаются и в настоящее время.
Мировой океан сейчас уже настолько загрязнен
нефтью и нефтепродуктами, что далеко
в открытом Атлантическом океане участники
экспедиции на папирусной лодке "Ра"
под руководством Тура Хейердала, встречали
постоянно сгустки нефтепродуктов.
Детергенты
За последнее
время химическая промышленность выпустила
целые серии поверхностно-активных
веществ и в таком разнообразии,
что многие пресноводные и соленые
водоемы уже заполнены ими, хотя
до конца еще далеко, не известно, как
действуют новые моющие средства на гидробиоценозы.
Выяснено точно, присутствие детергентов
снижает количество растворенного кислорода
в воде. Микробиологами установлено, что
большие концентрации СПАВ убивают живые
клетки организмов, частично растворяя
жироподобные вещества - липиды, которые
являются обязательным компонентом клеточных
мембран. Низкие концентрации детергентов
действуют подобно ядам и сходны по своему
проявлению на организмы при тепловом
загрязнении. Они понижают способность
гидробионтов противостоять низкому содержанию
кислорода в воде. Исследования американского
ученого Хейса показывают, что хлопья
пены, образуемые детергентами, способствуют
захвату яиц гельминтов в сточных водах
и их расселению на большие участки. Помимо
всего детергенты разрушают поверхностную
пленку натяжения воды, что влечет за собой
гибель нейстона. Эпинейстон вообще тонет
в воде. Если рассматривать устойчивые
детергенты в воде, то они постоянно будут
приносить вред водным сообществам. По
этим причинам химическая промышленность
пытается выпустить быстро разлагаемые
бактериями моющие средства. Такие детергенты
уже выпускаются, а представляют собой
алкилсульфатные соединения. Однако у
этих детергентов есть неприятные для
водоемов свойства. Во-первых, при разложении
подскакивает показатель БПК, во-вторых,
образуется большое количество фосфатов,
которые приводят к эфтрофикации. Выход
из создавшегося положения будет найден,
если промышленность создаст быстроразлагаемые
бактериями детергенты с малым количеством
фосфатов.
Загрязнение
воды биологически активными
веществами
В настоящее
время усиленно развивается медицинская
и биохимическая промышленность,
изготавливающая биологически-активные
вещества, гормоны, ферменты, витамины,
лекарственные вещества, содержащие
активнодействующие на микрофлору и микрофауну
вещества типа антибиотиков. Действие
большинства биологически-активных веществ
на гидрофауну и гидрофлору не изучено,
вот почему к выпуску сточных вод, содержащих
биологически активные вещества (БАВ)
в водоемы следует подходить с очень большой
осторожностью. Иногда в воде появляются
углеводороды, обладающие самыми неожиданными
свойствами, они могут быть канцерогенами
и не разлагаться в очистных сооружениях,
либо разлагаются частично. Так американским
исследователям удалось показать, что
некоторые полициклические углеводороды
загрязненной воды повышают восприимчивость
к ультрафиолетовому облучению у инфузорий.
Этот факт заставляет насторожиться и
считать, что эти вещества стимулируют
фоточувствительность и обладают канцерогенностью.
Радиоактивные
вещества
Радиоактивные
вещества оказывают вредное воздействие
на организм в результате излучений,
возникающих при самопроизвольном
распаде ядер радиоактивных элементов.
Эти излучения разрушают и
изменяют химические соединения, составляющие
организм (нуклеиновые кислоты, белки,
жировые вещества и т.п.) и нарушают строение
биологических структур (хромосом, мембран
и других клеточных органелл). Радиоактивные
вещества содержатся в больших количествах
в рудных телах и могут загрязнять водоемы
при "урановых разработках" и переработке
радиоактивного сырья. Отдельные этапы
ядерного топливного горючего предусматривают
потребление больших количеств воды, которая
в результате использования в технологических
процессах оказывается радиоактивно загрязненной.
Такую воду сбрасывают в специальные водоемы,
где она испаряется или фильтруется через
землю. Дополнительная очистка предусмотрена
только в том случае, если воду сбрасывают
в реки или другие водоемы многоцелевого
назначения. Неполное решение проблемы
захоронения радиоактивных отходов и
отсутствие безаварийной технологии на
всех этапах ядерного топливного цикла,
в том числе на АЭС может приводить к локальному
радиоактивному загрязнению среды. Выпадающие
на землю с дождем 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 и садковое рыбоводство. В случае
аварийной утечки радиоактивных веществ
водоем исключается из водопользования
(например, Чернобыльская авария). На гидробионтов
влияют как радионуклиды, находящиеся
в воде и грунте (оказывая внешнее облучение),
так и вещества, накапливающиеся в теле
(внутреннее облучение). Совершенно избежать
облучений невозможно, т.к. все живое подвержено
космическому излучению (около 0,1 миллирентгена
в сутки), а также и облучению естественных
радиоактивных веществ - прежде всего
калия - 40 и полония - 210 (общая радиоактивность
порядка 10-10 Кюри/л). Общая мощность дозы
этих источников достигает 10-5 рад/сут.
Опытным путем установлены допустимые
уровни радиоактивности и облучения (4
рад в год). Устойчивость к радиоактивному
излучению позволяет существовать естественным
популяциям без существенных изменений
при уровнях облучения до 1 рад/сут. ПДК
радионуклидов, таких как стронций - 90
составляют 10-10 Кюри/л. Значительными источниками
радиоактивного загрязнения являются
взрывы ядерных устройств в атмосфере
и гидросфере. Однако сейчас такие взрывы
могут проводить Франция и Китай, не присоединившиеся
к Московскому договору о проведении испытательных
ядерных взрывов под землей. Наиболее
опасны долгоживущие и медленно выводимые
из организма изотопы, такие как стронций-90,
накапливающиеся в костях. Распространенными
загрязнителями являются изотопы иттрия,
цезия, йода, кобальта, марганца, цинка.
Тяжелые
металлы
Тяжелые металлы
имеют атомную массу более 60 Д.
В качестве токсикантов в водоемах
обычно встречаются: ртуть, свинец, кадмий,
олово, цинк, марганец, никель, хотя известна
высокая токсичность других тяжелых металлов
- кобальта, серебра, золота, урана и других.
Высокая токсичность для живых существ
- это характерное свойство соединений
и ионов тяжелых металлов. В металлическом
виде они нетоксичны. Тяжелые металлы
поступают в водоемы в токсических концентрациях
обычно со стоками горнодобывающих и металлургических
предприятий, а также предприятий химической
и легкой промышленности, где их соединения
используют в различных технологических
процессах. Например, много солей хрома
сбрасывают предприятия по дублению кожи,
хром и никель используются для гальванического
покрытия поверхностей металлических
изделий. Соединения меди, цинка, кобальта,
титана используются в качестве красителей
и т.д. Тяжелые металлы имеют много общего
в биологическом действии и судьбе в водоемах.
Как уже было сказано, они очень токсичны,
хотя многие из них необходимы в микроколичествах
различным организмам /медь, марганец,
хром, молибден, ванадий/. Они легко образуют
соединения и комплексы с органическими
веществами в растворах и в организме,
хорошо усваиваются организмами из воды
и передаются по пищевой цепи.