НА ГИДРОСФЕРУ

Существование биосферы и человека всегда было основано

на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к

увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу

огромное многообразное давление.

На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире

еще в большей степени возрастает воздействие человека на

биосферу, а природные системы в значительной степени утратили

свои защитные свойства, очевидно, необходимы новые

подходы, «осознание реальностей и тенденций, появившихся в мире

в отношении природы в целом и ее составляющих» (Лосев,

1989). В полной мере это относится к осознанию такого

страшного зла, каким является в наше время загрязнение и

истощение поверхностных и подземных вод.

§ 1. Загрязнение гидросферы

Под загрязнением водоемов понимают снижение их

биосферных функций и экологического значения в результате

поступления в них вредных веществ.

Загрязнение вод проявляется в изменении физических и

органолептических свойств (нарушение прозрачности,

окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов,

хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении

растворенного в воде кислорода воздуха, появлении

радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других

загрязнителей.

Россия обладает одним из самых высоких водных потен-

циалов в мире — на каждого жителя России приходится

свыше 30 000 м3/год воды. Однако в настоящее время из-за

загрязнения или засорения около 70% рек и озер России

утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения, в

результате около половины населения потребляют

загрязненную недоброкачественную воду (Государственный доклад

«Вода питьевая», 1995).

Нарушено исторически сложившееся равновесие в водной

среде Байкала — уникальнейшем озере нашей планеты,

которое, по подсчетам ученых, могло бы обеспечивать чистой

водой все человечество в течение почти полустолетия. Только

за последние 15 лет загрязнено более 100 км3 байкальской

воды. На акваторию озера ежегодно поступает более 8500 т

нефтепродуктов, 750 т нитратов, 13 тыс. т хлоридов и других

загрязнителей. Ученые полагают, что только размеры озера и

огромный объем водной массы, а также способность биоты

участвовать в процессах самоочищения спасают экосистему

Байкала от полной деградации.

Главные загрязнители вод. Установлено, что более 400

видов веществ могут вызвать загрязнение вод. В случае

превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех

показателей вредности: санитарно-токсикологическому,

общесанитарному или органолептическому, вода считается

загрязненной.

Различают химические, биологические и физические

загрязнители (П. Бертокс, 1980). Среди химических

загрязнителей к наиболее распространенным относят нефть и

нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные

вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др. Очень опасно загрязняют воду биологические

загрязнители, например вирусы и другие болезнетворные

микроорганизмы, и физические — радиоактивные вещества,

тепло и др.

Основные виды загрязнения вод. Наиболее часто

встречается химическое и бактериальное загрязнение. Значительно

реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое

загрязнение.

Химическое загрязнение — наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть

органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и

неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным

(мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным.

При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в

пласте вредные химические вещества сорбируются частицами

пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, и

т. д., однако, как правило, полного самоочищения

загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения

подземных вод в сильно проницаемых грунтах может

распространяться до 10 км и более.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в

воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших,

грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный

характер.

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых

концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих

радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие»

радиоактивные элементы, обладающие повышенной способно-стью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226,

цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в

поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных

отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран,

стронций и другие элементы попадают как в результате

выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных

продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли

вместе с атмосферными водами, так и в результате

взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в

воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и

др.). Механические примеси могут значительно ухудшать ор-

ганолептические показатели вод.

Применительно к поверхностным водам выделяют еще их

загрязнение (а точнее, засорение) твердыми отходами

(мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми

отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно

влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры

вод в результате их смешивания с более нагретыми

поверхностными или технологическими водами. Так, например,

известно, что на площадке Кольской атомной станции,

расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала

эксплуатации температура подземных вод повысилась с 6 до 19 °С

вблизи главного корпуса. При повышении температуры

происходит изменение газового и химического состава в водах, что

ведет к размножению анаэробных бактерий, росту количества гид-

робионтов и выделению ядовитых газов — сероводорода,

метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также

ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что

способствует развитию других видов загрязнения. По существующим

санитарным нормам температура водоема не должна

повышаться более чем на 3 °С летом и 5 °С зимой, а тепловая нагрузка

на водоем не должна превышать 12—17 кДж/м3.

Основные источники загрязнения поверхностных и

подземных вод. Процессы загрязнения поверхностных вод

обусловлены различными факторами. К основным из них

относятся: 1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод; 2) смыв нутый цикл водопотребления, сбрасывается огромное количество сточных

 

Коммунально-бытовые сточные воды в больших

количествах поступают из жилых и общественных зданий,

прачечных, столовых, больниц, и т. д. Б сточных водах этого

типа преобладают различные органические вещества, а

также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное

загрязнение.

Огромное количество таких опасных загрязняющих

веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот,

фосфор, калий и др., смываются с сельскохозяйственных

территорий, включая площади, занимаемые

животноводческими комплексами (рис. 14.2). По большей части они

попадают в водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а

потому имеют высокую концентрацию органического вещества,

биогенных элементов и других загрязнителей.

Не исключено попадание

неочищенных канализационных стоков в реку, от чего погибнет все

живое.Значительную опасность представляют газо-дымовые

соединения (аэрозоли, пыль и т. д.), оседающие из атмосферы

на поверхность водосборных бассейнов и непосредственно на

водные поверхности. Плотность выпадения, например,

аммонийного азота на европейской территории России

оценивается в среднем в 0,3 т/км2, а серы — от 0,25 до 2,0 т/км2.

Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных

вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и

пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных

судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с

судов балластных вод и т. д.

Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и

подземные воды, в первую очередь в районах крупных

промышленных центров. Источники загрязнения подземных вод

весьма разнообразны (рис. 14.3).

Загрязняющие вещества могут проникать к подземным

водам различными путями: при просачивании

промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-

накопителей, отстойников и др., по затрубному пространству неисправных скважин, через поглощающие скважины,

карстовые воронки и т. д.

К естественным источникам загрязнения относят сильно

минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или

морские воды, которые могут внедряться в пресные

незагрязненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и

откачке воды из скважин.

Важно подчеркнуть, что загрязнения подземных вод не

ограничиваются площадью промпредприятии, хранилищ отходов

и т. д., а распространяются вниз по течению потока на расстояние до 20—30 км и более от источника загрязнения. Это

создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих

районах.

Следует также иметь в виду, что загрязнение подземных

вод негативно сказывается и на экологическом состоянии

поверхностных вод, атмосферы, почв, других компонентов

природной среды. Например, загрязняющие вещества, находящиеся

в подземных водах, могут выноситься фильтрационным

потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их. Как

подчеркивают многие ученые, круговорот загрязняющих веществ в

системе поверхностных и подземных вод предопределяет

единство природоохранных и водоохранных мер и их нельзя

разрывать. В противном случае меры по охране подземных вод вне

связи с мерами по защите других компонентов природной

среды будут неэффективными.

§ 2. Экологические последствия

загрязнения гидросферы

Загрязнение водных экосистем представляет огромную

опасность для всех живых организмов, и в частности для человека.

Пресноводные экосистемы. Установлено, что под

влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах

отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения

пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе,

микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других

крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гид-

робионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их

гибели.

Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот

естественный процесс, характерный для всего геологического

прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и

постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим

антропогенным воздействием, скорость его развития резко

увеличилась.

Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофи-

кация связана с поступлением в водоемы значительного

количества биогенных веществ — азота, фосфора и других

элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов

животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях

эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее

продолжительные сроки — несколько десятилетий и менее.

Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет

на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке

структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию

биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению си-

незеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды,

ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же

выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для

человека токсины). Возрастание массы фитопланктона

сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к

невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности

экосистем к гомеостазу и саморегуляции (Яблоков, 1983).

Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают

многие крупные озера мира — Великие Американские озера,

Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и

речные экосистемы, в первую очередь малые реки. На этих

реках, кроме катастрофически растущей биомассы сине-зеленых

водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей

растительностью. Сами же сине-зеленые водоросли в результате

своей жизнедеятельности производят сильнейшие токсины,

представляющие опасность для гидробионтов и человека.

Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные

экосистемы губительное воздействие оказывают и другие

загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.),

фенолы, СПАВ и др. Так, например, водные организмы Байкала,

приспособившиеся в процессе длительной эволюции к

естественному набору химических соединений притоков озера, оказались

неспособными к переработке чуждых природным водам

химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и

др.). В результате отмечено обеднение гидробионтов, уменьше-

ние биомассы зоопланктона, гибель значительной части

популяции байкальской нерпы и др.

Морские экосистемы. Скорости поступления

загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко

возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд м3 сточных

вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке.

Морские экосистемы подвергаются все большему

антропогенному воздействию посредством химических токсикантов,

которые, аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи,

приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том

числе и наземных животных — морских птиц, например.

Среди химических токсикантов наибольшую опасность для

морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды

(особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть,

свинец, кадмий и др.).

По Ю. А. Израэлю (1985), экологические последствия

загрязнения морских экосистем выражаются в следующих

процессах и явлениях (рис. 14.4):

— нарушении устойчивости экосистем;

— прогрессирующей эвтрофикации;

— появлении «красных приливов»;

— накоплении химических токсикантов в биоте;

— снижении биологической продуктивности;

— возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской

среде;

— микробиологическом загрязнении прибрежных районов

моря.

До определенного предела морские экосистемы могут

противостоять вредным воздействиям химических токсикантов,

используя накопительную, окислительную и минерализующую

функции гидробионтов. Так, например, двустворчатые

моллюски способны аккумулировать один из самых токсичных

пестицидов — ДДТ и при благоприятных условиях выводить его

из организма. (ДДТ, как известно, запрещен в России, США и

Рис. 14.4. Экологические последствия загрязнения Мирового океана

некоторых других странах, тем не менее он поступает в

Мировой океан в значительном количестве.) Ученые доказали и

существование в водах Мирового океана интенсивных процессов

биотрансформации опасного загрязнителя — бенз(а)пирена,

благодаря наличию в открытых и полузакрытых акваториях

гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что

микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно

развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в

частности, они способны продуцировать сероводород,

внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые,

взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные

формы.

В то же время в океан продолжают поступать все новые и

новые токсичные загрязняющие вещества. Все более острый

характер приобретают проблемы эвтрофирования и

микробиологического загрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим

важное значение имеет определение допустимого

антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их

ассимиляционной емкости как интегральной характеристики

способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению

загрязняющих веществ.

На здоровье человека неблагоприятные последствия при

использовании загрязненной воды, а также при контакте с ней

(купание, стирка, рыбная ловля и др.) сказываются либо

непосредственно при питье, либо в результате биологического

накопления по длинным пищевым цепям типа: вода —

планктон — рыбы — человек или вода — почва — растения —

животные — человек, и др.

При непосредственном контакте человека с бактериально

загрязненной водой, а также при проживании или нахождении

близ водоема различные паразиты могут проникнуть в кожу и

вызвать тяжелые заболевания, особенно характерные для

тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается

опасность и таких эпидемических заболеваний, как холера,

брюшной тиф, дизентерия и др.

§ 3. Истощение подземных

и поверхностных вод

Истощение вод следует понимать как недопустимое

сокращение их запасов в пределах определенной территории

(для подземных вод) или уменьшение минимально

допустимого стока (для поверхностных вод). И то и другое

приводит к неблагоприятным экологическим последствиям,

нарушает сложившиеся экологические связи в системе «человек-

биосфера».

Практически во всех крупных промышленных городах

мира, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве,

Харькове, Донецке и других городах, где подземные воды

длительное время эксплуатировались мощными водозаборами,

возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с

радиусами до 20 км и более. Так, например, усиление водо-

отбора подземных вод в Москве привело к формированию

огромной районной депрессии с глубиной до 70—80 м, а в

отдельных районах города — до ПО м и более. Все это в

конечном счете приводит к значительному истощению

подземных вод.

По данным Государственного водного кадастра, в 80—

90-е гг. на территории бывшего СССР в процессе работы

подземных водозаборов отбиралось свыше 100 млн м3/сут воды.

В результате на значительных территориях резко изменились

условия взаимосвязи подземных вод с другими

компонентами природной среды, нарушилось функционирование

наземных экосистем. Интенсивная эксплуатация подземных вод в

районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров

приводят к изменению взаимосвязи поверхностных и

подземных вод, к значительному ущербу речному стоку, к

прекращению деятельности тысяч родников, многих десятков

ручьев и небольших рек. Кроме того, в связи со значительным

снижением уровней подземных вод наблюдаются и другие

негативные изменения экологической обстановки: осушаются

заболоченные территории с большим видовым разнообразием

растительности, иссушаются леса, гибнет влаголюбивая

растительность — гигрофиты и др.

Так, например, на Айдосском водозаборе в Центральном

Казахстане происходило понижение подземных вод, которое

вызвало высыхание и отмирание растительности, а также

резкое сокращение транспирационного расхода (Хордикайнен,

1989). Довольно быстро отмерли гигрофиты (ива, тростник,

рогоз, чиевик), частично погибли даже растения с глубоко

проникающей корневой системой (полынь, шиповник,

жимолость татарская и др.); выросли тугайные заросли.

Искусственное понижение уровня подземных вод, вызванное

интенсивной откачкой, отразилось и на экологическом

состоянии прилегающих к водозабору участках долины рек. Этот

же антропогенный фактор приводит к ускорению времени

смены сукцессионного ряда, а также к выпадению

отдельных его стадий.

Длительная интенсификация подземных водозаборов в

определенных геолого-гидрогеологических условиях может

вызвать медленное оседание и деформации земной поверхности.

Последнее негативно сказывается на состоянии экосистем,

особенно прибрежных районов, где затапливаются пониженные

участки и нарушается нормальное функционирование

естественных сообществ организмов и всей среды обитания

человека. Истощению подземных вод способствует также

длительный неконтролируемый самоизлив артезианских вод из

скважин.

Истощение поверхностных вод проявляется в

прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока. На

территории России поверхностный сток воды распределяется крайне

неравномерно. Около 90% общего годового стока с территории

России выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а

на бассейны внутреннего стока (Каспийское и Азовское море),

где проживает свыше 65% населения России, приходится

менее 8% общего годового стока.

Именно в этих районах наблюдается истощение

поверхностных водных ресурсов и дефицит пресной воды продолжает

расти. Связано это не только с неблагоприятными климатиче-

скими и гидрологическими условиями, но и с активизацией

хозяйственной деятельности человека, которая приводит ко все

более возрастающему загрязнению вод, снижению

способности водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных

вод, а следовательно, к снижению родникового стока,

подпитывающего водотоки и водоемы.

Серьезнейшая экологическая проблема — восстановление

водности и чистоты малых рек (т. е. рек длиной не более 100

км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно

они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному

воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных

ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их

истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение.

В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в

европейской части России, в результате резко возросшей

антропогенной нагрузки на них, катастрофическое. Сток малых

рек снизился более чем наполовину, качество воды

неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое

существование.

К очень серьезным негативным экологическим

последствиям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого

количества воды из впадающих в водоемы рек. Так, уровень некогда

многоводного Аральского моря начиная с 60-х гг.

катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким перезабором,

воды из Амударьи и Сырдарьи. Приведенные данные

свидетельствуют о нарушении закона целостности биосферы (гл. 7), когда

изменение одного звена влечет за собой сопряженное

изменение всех остальных. В результате объем Аральского моря

сократился более чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а

соленость воды (минерализация) увеличилась в 2,5 раза.

Академик Б. Н. Ласкарин по поводу трагедии Аральского

моря высказался следующим образом: «Мы остановились у

самого края пропасти... Арал губили, можно сказать,

целенаправленно. Существовала даже некая антинаучная гипотеза,

по которой Арал считался ошибкой природы. Якобы он

мешал осваивать водные ресурсы Сырдарьи и Амударьи

(говорили, что забирая их воду, Арал испаряет ее в воздух). Сторонники этой идеи не думали ни о рыбе, ни о том, что Арал —

центр оазиса».

Осушенное дно Аральского моря становится сегодня

крупнейшим источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сыр-

дарьи на месте гибнущих тугайных лесов и тростниковых

зарослей появляются бесплодные солончаки. Трансформация фи-

тоценозов на берегу Аральского моря и в дельтах Амударьи и

Сырдарьи происходит на фоне высыхания озер, проток, болот

и повсеместного снижения уровня грунтовых вод,

обусловленного падением уровня моря. В целом перезабор воды из

Амударьи и Сырдарьи и падение уровня моря вызвали такие

экологические изменения приаральского ландшафта, которые могут быть охарактеризованы как опустынивание.

Для сохранения и восстановления Аральского моря,

нормализации экологической, санитарно-гигиенической и

социально-экономической ситуации в Приаралье необходимы

совместные усилия государств Средней Азии и Казахстана по

перестройке экономики этих стран (отказ от ориентации на

чрезвычайно водоемкие селскохозяиственные культуры, сокращение

орошаемых площадей и т. д.), постоянная ориентация на

экологически устойчивое развитие.

К другим весьма значительным видам воздействия

человека на гидросферу, кроме истощения подземных и

поверхностных вод, следует отнести создание крупных водохранилищ,

коренным образом преобразующих природную среду на

прилегающих территориях

Создание крупных водохранилищ, особенно равнинного

типа, для аккумуляции и регулирования поверхностного стока

приводит к разнонаправленным последствиям (рис. 14.5) в

окружающей среде. Необходимо учитывать, что создание

водохранилищ путем перегораживания русла водотоков плотинами

чревато серьезными негативными последствиями для

большинства гидробионтов. Из-за того, что многие нерестилища рыб

оказываются отрезанными плотинами, резко ухудшается или

прекращается естественное воспроизводство многих лососевых,

осетровых и других проходных рыб.