Антропогенное загрязнение гидросферы: источники, виды и влияние на здоровье человека

На протяжении всей истории существования человечества люди использовали воду не только для бытовых нужд, но и в качестве сточной канавы, куда сливали отходы и нечистоты.

До тех пор, пока это были пищевые остатки и предметы быта, изготовленные из натуральных материалов, отбросы не являлись серьёзной угрозой для водных ресурсов. С помощью механизмов самоочистки экосистемы водоёмов разлагали их на безопасные вещества.

Всё изменилось с бурным развитием промышленности. Антропогенное загрязнение гидросферы приняло гипертрофированный масштаб и стало настоящей угрозой для всех биологических видов нашей планеты.

В данной статье мы дадим характеристику основных видов водоемов планеты, расскажем, какие воды более загрязнены и как влияет на этот процесс человек.

Понятие и определение

В этом разделе охарактеризуем основные виды водоемов и дадим определение «антропогенное загрязнение гидросферы».

Гидросфера – прерывистая водная оболочка нашей планеты, включающая все водные объекты Земли:

• моря;
• океаны;
• подземные и наземные воды;
• снег;
• ледники.

На долю пресной воды приходится лишь около 2,5%, остальную часть составляют солёные воды Мирового океана, солёных озёр и морей.

Антропогенное загрязнение гидросферы – это изменение органолептических, химических и тепловых показателей воды в водных объектах, произошедшее в результате жизнедеятельности человека, которое приводит к снижению экологического значения и биосферных функций водной оболочки Земли.

К антропогенным воздействиям относят деятельность, связанную с реализацией экономических, промышленных, сельскохозяйственных, военных проектов, рекреационную и бытовую активность людей.

Согласно классификации биолога и эколога из США Барри Коммонера, существует 5 видов вмешательства человека в природные процессы.

1. Выбросы ядовитых отходов от химических процессов.
2. Внедрение новых видов живых организмов в экосистемы.
3. Способствование появлению генетических изменений в организмах представителей флоры и фауны.
4. Концентрация рассредоточенной энергии в форме теплового загрязнения.
5. Нарушение и разрыв биологических циклов, приводящие к упрощению экосистем.

Все эти пункты применимы и к водным объектам. В большинстве случаев антропогенное вмешательство носит продолжительный, целенаправленный характер и приводит к серьёзному загрязнению гидросферы, после которого водные экосистемы долго восстанавливаются.

Источники

Основными источниками антропогенного загрязнения гидросферы являются сточные воды городов, предприятий, сельского хозяйства, тепловой энергетики.

Стоки содержат вредные компоненты различного происхождения и, смешиваясь с природной водой, оказывают губительное влияние на пресноводные и морские экосистемы.

Источники загрязнения человеком водных ресурсов условно можно разделить на несколько групп.

Добыча, транспортировка и переработка нефти

Загрязнение водоёмов нефтью наносит серьёзный вред экосистемам, так как происходит заражение опасными веществами всей водной массы.

На поверхности образуется плёнка, в толще воды растворяются ядовитые вещества, на дно опускается канцерогенный осадок.

Основными источниками загрязнения углеводородами являются:

1. Буровые установки. На буровых платформах не всегда срабатывают системы безопасности. Под давлением нефть начинает бить фонтаном, попадая в воду.
2. Нефтеналивные танкеры. Такие суда за 1 раз перевозят не менее 6 тыс. тонн углеводородного топлива, при авариях и крушении, попадающих в водоёмы.
3. Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов. При недостаточной очистке сбрасываемых стоков, происходит загрязнение природных водоёмов.
4. Нефтехранилища. В случае утечки углеводороды с дождём смываются в поверхностные водотоки и просачиваются в почву, попадая в верховодку.
5. Затонувшие суда. Мазут и нефть из трюмов выливается в реки, моря и океаны.

Попадая в водоём, 1 тонна нефти может разлиться по площади до 12 км², препятствуя прохождению в толщу воды солнечных лучей. Это замедляет процессы фотосинтеза у растений, приводит к нарушению функционирования экосистем.

Ядовитые компоненты природного топлива отравляют речных и морских рыб, моллюсков, птиц, млекопитающих. На восстановление водных ландшафтов уходит не менее 10 лет.

Промышленные стоки

Заводы и фабрики часто располагают по берегам рек, так как для производства продукции нужно много воды.

Отработанные сточные воды недостаточной степени очистки сливают обратно в водоёмы.

По руслам рек они достигают морей и океанов, отравляя и их. В результате в Мировой океан ежегодно попадает до 6 млн. тонн фосфора, 2 млн. тонн свинца, 5 000 тонн ртути, другие вредные элементы.

Также происходит сброс нагретых в результате технологических процессов вод, вызывающий эвтрофикацию водоёмов.

Сельскохозяйственное производство

Сельскохозяйственные культуры обрабатывают от вредителей пестицидами и подкармливают минеральными удобрениями. В результате с поверхностными стоками в водоёмы смывается до 20-30% азота и 1,5% фосфора из удобрений.

Нитраты и фосфаты вызывают бурный рост водных растений и фитопланктона. Увеличивается их биомасса. Растения потребляют много кислорода, падает процент его содержания в воде, гибнет рыба.

Аналогичное действие оказывает попавший в водоемы навоз домашних животных. Таким образом, сельскохозяйственное производство является источником загрязнения воды, особенно если работает бесконтрольно.

Речной и морской транспорт

Водный транспорт является источником различных видов загрязнения. С судов в водоёмы сливают хозяйственно-бытовые, фановые (фекальные) воды, сбрасывают мусор (бумагу, пластик), остатки еды.

Наибольший вред ихтиофауне наносят подсланевые и балластные воды, содержащие машинное масло, нефтепродукты.

Также корабли развозят по всему свету инвазивные виды животных и растений, вытесняющие коренных обитателей, что приводит к обеднению биоты и нарушению сложившихся взаимосвязей между организмами внутри экосистем.

Хозяйственно-бытовые стоки населённых пунктов

Бытовые стоки содержат:

• остатки пищи;
• нерастворимый мусор;
• пластик;
• фекалии;
• компоненты бытовой химии;
• красители;
• пестициды.

Отличительная особенность – чрезвычайно высокое загрязнение микрофлорой (бактериями, дрожжами, вирусами, яйцами гельминтов, плесневыми грибами).

В 1 мл городских стоков титр кишечной палочки находится в пределах  10⁵-10⁷. Токсичных и очень ядовитых веществ в них находится немного, зато преобладают патогены, способные вызвать эпидемию инфекционных заболеваний.

ТЭС, АЭС

Электростанции являются источниками теплового загрязнения, приводящему к:

• цветению водоёмов;
• выделению токсичных газов (метан, сероводород);
• замещению аэробных (дышащих кислородом) организмов анаэробными.

Наиболее опасны атомные станции. В результате аварий на АЭС в воду попадают радиоактивные элементы, являющиеся крайне опасными для жизни и здоровья человека. Они загрязняют водоёмы изотопами с периодом полураспада более 30 лет.

Так, после землетрясения в Японии в 2011 году из-за частичного разрушения АЭС Фукусима-1 в воду попали изотопы йода и цезия (всего было сброшено до 20 ПБк йода-131 и до 6 ПБк цезия-137).

Пострадали прибрежные морские воды в радиусе 30 км, а спустя 2 года у берегов Канады были обнаружены радиоактивные элементы с японской АЭС, но в низкой, не опасной для здоровья концентрации.

Лесозаготовка

При лесозаготовке спиленные деревья часто сплавляют по рекам. В воде остаются отвалившаяся кора, сучки, зацепившиеся за коряги стволы.

Древесина начинает гнить. В водоёме снижается концентрация кислорода, у воды появляется зловонный запах, она становится не пригодной для питья и жизни высших растений и животных.

Основные виды загрязнения водоемов

Попавшие в водоём различные виды загрязняющих веществ либо растворяются в воде, либо находятся в ней в виде взвеси.

В дальнейшем они разлагаются на безвредные компоненты или остаются в одном из трёх слоёв:

1. Поверхностная плёнка (верхний слой воды толщиной 200-500 мкм). Здесь содержатся загрязняющие вещества всех видов в высокой концентрации.
2. Основные водные (поверхностные, промежуточные и глубинные) массы. Из-за подвижности слоя % загрязняющих веществ в них ниже, чем у поверхности.
3. Донные отложения. Все плохо растворимые и нерастворимые загрязнители, взвеси, откладываются на дне или находятся в придонном слое в виде осадка.

Судьба попавших в воду вредных веществ складывается по-разному. Они могут поглощаться микроорганизмами, сноситься дальше течением или абсорбироваться донными отложениями. Во многом это зависит от вида антропогенного загрязнения.

Химическое

Вещества, изменяющие состав воды, вызывают химическое загрязнение. По происхождению они бывают органическими и неорганическими.

Вредные компоненты попадают в водоёмы с промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми стоками.

Токсичные соединения (As, Cd, Pb, Hg, Cr) поглощаются фитопланктоном, затем по пищевым цепочкам попадают в организм рыб, раков, крабов, моллюсков, отравляя их.

Неорганические кислоты и основания изменяют PH воды, заставляя мигрировать представителей ихтиофауны в другие районы. Органические соединения вызывают заиливание дна, цветение воды, эвтрофикацию водоёмов и гибель их обитателей.

Наибольшую опасность представляет химическое загрязнение нефтью и нефтепродуктами. Углеводороды растекаются по огромной площади, преграждая кислороду доступ к воде.

Страдают представители орнитофауны. Птицы садятся на поверхность воды, из-за маслянистой плёнки у них слипаются перья. Не имея возможности взлететь и добывать корм поморники, крачки, чайки и другие водные птицы гибнут.

В водоёмы из нефти попадают высокотоксичные бензол, толуол, ксилол, убивающие морских обитателей, а у людей вызывающие иммунные заболевания, лейкемию.

Биологическое и бактериальное

Антропогенное биологическое загрязнение гидросфер происходит при попадании в неё продуктов жизнедеятельности людей (остатков пищи, мочи, фекалий).

Это приводит к ухудшению органолептических показателей воды, цветению водоёмов, снижению содержания кислорода и миграции или гибели ценных пород рыб и других обитателей.

В эту группу входит загрязнение водоёмов сорными видами. Так, из-за хозяйственной деятельности человека в Иртыше изменился физико-химический состав воды. Появилось много хищных рыб. В результате щука стала уничтожать молодь стерляди. Популяция ценного вида сильно сократилась.

С органическими антропогенными стоками в водоёмы попадают патогенные вирусы и бактерии. Это могут быть энтеровирусы, энтеробактерии (кишечная палочка, сальмонелла) и другие санитарно значимые микроорганизмы.

Такое загрязнение редко бывает длительным, но может вызвать вспышки инфекционных заболеваний.

Механическое

Механическое загрязнение воды вызывают вещества, не вступающие в химическую реакцию с водой.

Это могут быть:

• частицы горных пород, вымывающиеся в водоёмы в районах добычи полезных ископаемых;
• остатки щебня, сбрасываемые в воду недалеко от стройки;
• мусор, оставленный после пикника туристами.

В результате такого антропогенного загрязнения вода становится мутной, хуже пропускает солнечный свет, её нельзя использовать в качестве источника питья.

Радиоактивное

В результате аварий на АЭС, утечки из негерметичных резервуаров, захоронения на дне водоёмов контейнеров с радиоактивными веществами происходит загрязнение гидросферы радиоизотопами.

Попадающие в зону поражения живые организмы подвергаются облучению и могут отравиться радиоактивными элементами.

Изотопы не только ядовиты, но и многие из них долго не разлагаются (период полураспада радиоактивного нуклида радия-226  составляет 1600 лет).

Особенно опасно попадание таких элементов в питьевую воду. После Чернобыльской аварии в радиусе 70 км в наземных водоёмах было зафиксировано превышение допустимой концентрации радионуклидов в 3-5 раз.

Позднее изотопы ¹³⁷Cs,¹³⁴Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹⁰⁶Ru обнаружили в питьевых колодцах, что говорит об их проникновении в подземные водоносные горизонты.

Тепловое

Термическое или тепловое загрязнение гидросферы (другое название «термическое обогащение») – ухудшение качества воды, изменение её физических свойств и подавление жизнедеятельности экосистем в результате повышения температуры водоёмов.

Происходит из-за использования воды в качестве теплоносителя, для охлаждения турбин электростанциями, промышленными предприятиями.

Другой источник антропогенного теплового загрязнения – разогретые бытовые стоки городов, посёлков.

Тёплая вода вызывает:

• зацветание водоёмов;
• эвтрофикацию;
• снижение в воде растворённого кислорода;
• замор рыбы.

С повышением температуры происходит  вытеснение коренных видов животных и растений интродуцированными, более теплолюбивыми обитателями, что приводит к снижению биологического разнообразия.

Загрязнение внутренних вод

Внутренними водами называются все воды, относящиеся к территории того или иного государства:

• реки;
• подземные источники;
• каналы;
• прибрежную зону морей и океанов.

Основой водных ресурсов России являются реки.

Их годовой сток в среднем составляет 4262 км³. К бассейну Северного Ледовитого и Тихого океана относится 90% водотоков, на долю Азовского и Каспийского бассейнов, где проживает более 65% населения нашей страны, приходится лишь 8%.

Ежегодно для водоёмких производств происходит массовый забор воды. Так, при изготовлении 1 тонны синтетического волокна расходуют 2,5-5 тыс. м³ воды.

В природные водоёмы отработанные стоки даже после очистки возвращают «условно чистыми» или загрязнёнными.

В результате 70% населения РФ пьют воду, не соответствующую ГОСТу.

Такие стратегически важные реки, как:

• Волга;
• Дон;
• Тобол;
• Северная Двина;
• Урал

очень загрязнены.

За последние 10 лет финансирование водоохранных мероприятий в России сокращено в 11 раз. Под влиянием деятельности человека продолжается истощение рек на европейской части нашей страны.

В результате загрязнения человеком, 70% поверхностных внутренних вод и 30% подземных источников стали не пригодными для забора питьевой воды.

Продолжается процесс их деградации из-за сбросов стоков предприятий многих видов промышленности:

• нефтехимической;
• газовой;
• угольной;
• коммунально-бытовой;
• металлургической.

Обнаружено 500 участков, где подземные воды загрязнены:

• ртутью;
• хлоридами;
• кадмием;
• цинком;
• сульфатами.

ПДК вредных веществ превышена в десятки раз. Большинство очагов загрязнения находятся в европейской, густонаселённой части РФ.

Не лучше обстоит дело и в Сибири. Уникальное озеро Байкал, которое могло бы обеспечивать население Земли чистой питьевой водой более 50 лет, постоянно подвергается антропогенному прессингу.

Ежегодно в него поступает:

• 8,5 тыс. тонн нефтепродуктов;
• 13 000 тонн хлоридов;
• 750 т нитратов;
• мусор, оставленный многочисленными туристами.

От полной деградации уникальную экосистему озера спасает только то, что в нём сосредоточена огромная масса воды (23 615,39 км³).

Какие воды больше страдают?

Меньше всего подвержены антропогенному загрязнению артезианские воды. Они находятся на большой глубине, часть отравляющих веществ просто не доходит до них, оседая в верхних слоях почвы, а другая часть, просачиваясь вглубь успевает разложиться на безопасные компоненты.

Иначе обстоит дело с поверхностными водами, именно они в силу своей доступности подвергаются максимальному воздействию со стороны человека.

При определении степени загрязнения учитывают не только объём сброса вредных веществ, но и способность водных экосистем к самовосстановлению.

В таблице ниже представлена скорость возобновления различных категорий водных ресурсов (по М. И. Львовичу, 1986г.):

Последствия загрязнения меньше сказываются на крупных водоёмах с проточной водой, так как вредные компоненты быстро рассредоточиваются по большой площади и их концентрация снижается. Для океанов наиболее опасны крупные, масштабные загрязнения, так как на полное обновление воды уходит не одна тысяча лет.

Больше всего страдают от антропогенного загрязнения бессточные озёра и мелкие реки с медленным течением. После вредных сбросов концентрация опасных веществ в них может превышать ПДК в несколько десятков и даже сотни раз. Маленькие водоёмы не в состоянии быстро самостоятельно справиться с таким объёмом загрязняющих компонентов.

Это приводит к гибели растений и животных, эвтрофикации, превращении озёр в болота с гнилой, зловонной жижей вместо воды, обмелению и пересыханию мелких речек.

Негативное влияние на здоровье человека

Антропогенное загрязнение гидросферы – это глобальная проблема всего человечества.

На III Всемирном форуме водных ресурсов, проходившем в Киото в марте 2003 года, было отмечено, что ежегодно в развивающихся странах более 2,2 млн. человек (по данным экспертов ООН) умирают от заболеваний, вызванных потреблением воды низкого качества.

Загрязнённая вода вызывает следующие группы болезней.

Заболевания, возникшие из-за химического загрязнения воды

Влияние воды на здоровье человека колоссально.

Химическое загрязнение воды может вызывать у человека такие опасные заболевания, как:

• рак;
• мутагенез;
• психические расстройства;
• острые отравления,

особенно если речь идёт о тяжёлых металлах.

Превышение в воде ПДК (предельно допустимых концентраций) различных элементов таблицы Менделеева даёт толчок развитию следующих заболеваний:

1. Фтор. Разрушение зубов и воспаление ротовой полости.
2. Кадмий. Выводит из организма необходимый для мозговой деятельности цинк.
3. Марганец. Приводит к мутациям.
4. Магний и кальций. Повышают жёсткость воды, вызывающую артриты.
5. Алюминий. Становится причиной анемии, колитов, заболеваний печени, почек, нервной системы.
6. Свинец, сероводород, мышьяк. Это яды, вызывающие отравления.
7. Железо. Провоцирует аллергию, болезни почек.
8. Ртуть. Хроническое отравление ртутью приводит к развитию болезни Минамата. Симптомы: расстройство речи, поражение нервной системы, ухудшение зрения, слуха. Последствия: психические расстройства, слабоумие.
9. Сульфаты, хлориды. Провоцируют сбой в работе желудочно-кишечного тракта.

Долгосрочное употребление в качестве питья и для приготовления пищи воды, насыщенной этими химическими элементами, может вызвать хронические заболевания и интоксикацию. Некоторые вредные вещества также способны проникать в организм через поры кожи, например, когда человек моется или купается.

Бактериальные и вирусные болезни

Бактериальные и вирусные заболевания, передающиеся с водой, возникают вследствие антропогенного биологического загрязнения гидросферы.

Опасные патогены попадают в водоёмы с фекалиями больных людей, домашних животных или начинают активно размножаться, как только в водоём сбрасывают органические отходы.

Наиболее опасны для жизни и здоровья человека бактерии Vibrio cholerae (возбудитель холеры), Clostridium botulinum (ботулизм), вирусы гепатита и другие инфекции, вызывающие эпидемии на всех густонаселённых континентах.

Состояния, вызванные радиоактивным заражением воды

В результате атомных взрывов и из-за утечек радиоактивных элементов происходит заражение воды. Сразу после ядерных катастроф люди подвергаются облучению, разрушающему организм и приводящему к смертельному исходу.

Если в организм поступают радионуклиды в малых дозах, то у человека появляются хронические заболевания или постепенно развиваются опасные болезни:

• слабоумие;
• рак:
• бесплодие;
• поражение мозговой деятельности и нервной системы.

Радиоактивное заражение водоёмов приводит к снижению численности населения в очаге поражения, уменьшению продолжительности жизни и деградации людей.

Видео

В видео ролике представлен доклад-презентация о том, каковы причины загрязнения водоемов человеком:

И еще одно видео о том, как человек загрязняет гидросферу:

В заключении

Важнейшее свойство гидросферы заключается в участии её в круговороте воды в природе, благодаря которому водные ресурсы обновляются в полном объёме. Мировой океан и воды суши поглощают тепловую энергию, затем постепенно отдают её, делая климат Земли мягким, пригодным для жизни.

В результате действий человека стремительно сокращаются запасы питьевой воды, в Мировой океан ежегодно попадает около 1,2 млрд. т вредных веществ. Влияние хозяйственной деятельности людей на природу носит негативный характер и приобретает общепланетарный масштаб.

Антропогенное загрязнение водоемов крайне опасно, так как может стать причиной не только глобальной катастрофы, но и гибели живых организмов, в том числе и человека.

В статье мы перечислили основные антропогенные источники и причины загрязнения природной воды воздействием хоз деятельности человека.