Загрязнение мирового океана

Загрязнение мирового океана.

Статьи по теме
Искать по теме

1. Химическое загрязнение природных вод

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, про-мышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ – загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (мине-ральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической при-роды (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно активные вещества, пестициды).

1.1. Неорганическое загрязнение

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человече-ской деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам.

Таблица 1. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных за-грязнителей гидросферы


п/п

ВЕЩЕСТВО

ПЛАНКТОН

РАКООБРАЗНЫЕ

МОЛЛЮСКИ

РЫБЫ

1

Медь

+++

+++

+++

+++

2

Цинк

+

++

++

++

3

Свинец

+

+

+++

4

Ртуть

++++

+++

+++

+++

5

Кадмий

++

++

++++

6

Хлор

+++

++

+++

7

Роданид

++

+

++++

8

Цианид

+++

++

++++

9

Фтор

+

++

10

Сульфид

++

+

+++

Примечание:

Степень токсичности

отсутствует

+

очень слабая

++

слабая

+++

сильная

++++

очень сильная

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным загрязнителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 – 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 тогда как рыба в пресной и мор-ской воде может существовать только в интервале рН 5,0 – 8,5. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сель-ское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. со-лей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 млн.т./год. Отходы, со-держащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских эко-систем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженная японскими учеными у людей, упот-реблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бескон-трольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

1.2. Органическое загрязнение

Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные эле-менты, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оце-нивается в 300 – 380 млн.т/год. Сточные воды, содержащие суспензии органиче-ского происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влия-ют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорга-низмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении донных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. На-личие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь воды и замед-ляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого ко-личества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно-активные вещества – жиры, масла, смазочные материалы образуют на поверхно-сти воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем ор-ганических веществ, большинство из которых не свойственно природным во-дам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. На-растающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промыш-ленных странах.

Таблица 2. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах


п/п

ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

КОЛИЧЕСТВО В МИРОВОМ СТОКЕ,
млн.т./год

1

Нефтепродукты

26,563

2

Фенолы

0,460

3

Отходы производств синтетических волокон

5,500

4

Растительные органические остатки

0,170

Всего

33,273

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строи-тельством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохрани-лища, озера).

Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

2. Загрязнения Мирового океана

2.1. Нефть и нефтепродукты

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит пре-имущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводо-родов. Основные компоненты нефти – углеводороды (до 98%) – подразделяются на 4 класса:

1. Парафины (алкены) (до 90% от общего состава) – устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в во-де.

2. Циклопарафины (30 – 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5–6 атомами углерода в кольце.

Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

3. Ароматические углеводороды (20 – 40% от общего состава) – ненасыщен-ные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соедине-ния с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем би-циклические (нафталин), полуциклические (пирен).

4. Олефины (алкены) (до 10% от общего состава) – ненасыщенные нецикли-ческие соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома угле-рода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загряз-няющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегод-но поступало около 6 млн.т нефти, что составляло 10,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод – все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. В период за 1962 – 1979 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 12 млн.т нефти. За последние 34 года, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Север-ном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначитель-ных утечек ежегодно теряется 10,1 млн.т нефти. Большие массы нефти посту-пают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 12,01млн.т/год. Со стоками промышленности еже-годно попадает 10,51млн.т нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала рас-текается в виде пленки, образуя слои различной мощности.

Таблица 3. Определение толщины пленки по её цвету


п/п

ВНЕШНИЙ ВИД

ТОЛЩИНА,
мкм

КОЛИЧЕСТВО НЕФТИ,
л/км2

1

Едва заметна

0,038

44

2

Серебристый отблеск

0,076

88

3

Следы окраски

0,152

176

4

Ярко окрашенные разводы

0,305

352

5

Тускло окрашенные

1,016

1170

6

Темно окрашенные

2,032

2310

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 11 – 10% (280 нм), 60 – 70% (400нм). Пленка толщиной 30 – 40 мкм полностью по-глощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмуль-сию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 10,5 мкм, менее ус-тойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные веще-ства. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмуль-сии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбра-сываться на берег и оседать на дно.

2.2. Пестициды

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, исполь-зуемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы:

1. инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми,

2. фунгициды и бактерициды – для борьбы с бактериальными болезнями растений,

3. гербициды – против сорных растений.

Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В на-стоящее время более 15 млн.т пестицидов поступает на мировой рынок. Около 11,5 млн.т этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем зо-ловым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровожда-ется появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсек-тицидов, фунгецидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлороорганические, фосфороорганические и карбонаты. Хлороорганические инсектициды получают путем хлорирования ароматических и гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его произ-водные, в молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиена (элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы – производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За последние 40 лет исполь-зовано более 1,2 млн. полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красите-лей, трансформаторов, конденсаторов. Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжига-ния твердых отходов на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмо-сферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во всех районах Земного шара. Так в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 0,03 – 1,2 кг/л.

2.3. Синтетические поверхностно-активные вещества

Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирую-щие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальциниро-ванная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В зависимости от при-роды и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоак-тивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионоак-тивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с исполь-зованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

2.4. Соединения с канцерогенными свойствами

Канцерогенные вещества – это химически однородные соединения, прояв-ляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцероген-ные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мута-генные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они мо-гут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению инди-видуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обла-дающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические угле-водороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных донных осад-ках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тектонически активных зонах, подверженным глубинному термическому воз-действию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде – это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

2.5. Тяжелые металлы

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они ши-роко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, не-смотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соеди-нений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым сто-ком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 13,5 тыс.т ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т ртути, причем значительная часть – антропогенного происхож-дения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т/год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно по-вышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксич-ную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутно-му отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 12800 жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализа-тора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предриятий поступали в залив Минамата. Свинец – типичный рассеянный эле-мент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных поро-дах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятель-ности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внут-реннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20 – 30)103 т. свинца в год.

2.6.Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг)

Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглуби-тельных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного му-сора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных от-ходов.

Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих ве-ществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для дампинга в море слу-жит способность морской среды перерабатывать большое количество органиче-ских и неорганических веществ без особого ущерба для воды. Однако эта спо-собность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. В шлаках про-мышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32 – 40% органических веществ; 10,56% азота; 10,44% фосфо-ра; 10,155% цинка; 10,085% свинца; 10,001% ртути; 10,001% кадмия. Во время прохождения материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ пере-ходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. На-личие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кисло-рода в воде и нередко – к его полному исчезновению, растворению взвесей, на-коплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода.

Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасы-ваемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводоро-ды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух – вода. Загрязняющие ве-щества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробиантов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность придонной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллю-сков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщест-ва.

При организации системы контроля за сбросом отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загряз-нения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в со-ставе материального сброса.

2.7.Тепловое загрязнение

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских аква-торий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 16 – 80С. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену по-верхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а по-требление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается актив-ность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.

На основании обобщения материала можно сделать вывод, что эффекты ан-тропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.

Выводы

Охрана природы – задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Сно-ва и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением циви-лизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися за-труднениями.

Однако воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим на-дёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаи-модействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе Человеком.