Экологические проблемы гидросферы и методы их решения

Загрязнение и  самоочищение морей и океанов. Реальную опасность экологическому равновесию в океане представляют следующие  формы антропогенного воздействия: загрязнение акваторий; нарушение  механизма воспроизводства морских  организмов; отторжение берегового и  акваториального пространства для хозяйственных целей. Реки выносят в океан промышленные отходы, сточные воды, сельскохозяйственные удобрения. Водные пространства морей и океанов – конечные вместилища подавляющего большинства отходов. Морские воды загрязняются в результате захоронения различных отходов, удаления нечистот и мусора с кораблей, при исследовании дна морей и океанов и, особенно в результате различных аварий. В Тихий океан, например, сбрасывается ежегодно около 9 млн. т отходов, а в воды Атлантики – свыше 30 млн. т. 
В марте 1995 года в Калифорнийском заливе (США) были обнаружены трупы 324 дельфинов и 8 китов. По мнению специалистов, одна из главных причин трагедии – загрязнённость водного бассейна отходами нефтехимии и другими токсичными веществами, сбрасываемыми промышленностью США и Мексики. В городах близ береговой линии в морской воде нередко обнаруживается патогенная микрофлора. Поля загрязнения формируются в прибрежных водах крупных промышленных центров и устьев рек, а также в районах интенсивного судоходства и нефтедобычи.

Степень загрязнённости вод в океане постоянно возрастает. Способность воды к самоочищению оказывается порой недостаточной, чтобы справиться с постоянно  увеличивающимся количеством сбрасываемых отходов. Под влиянием течений загрязнения  перемешиваются и очень быстро распространяются, оказывая вредное воздействие на зоны, богатые животными и растительностью, наносят серьёзный ущерб состоянию  морских экосистем и экономике  в целом.  

Нефть и нефтепродукты.

К числу наиболее вредных химических загрязнений  относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 10 млн. т нефти. Загрязняют поверхность  танкеры, содействует загрязнению  и утечка нефти при подводном  бурении. В период между 1973-1984 годами в США Институтом охраны окружающей среды и энергетики отмечено до 12000 случаев загрязнения вод нефтью. В период между 1970-1982 годами в мире зарегистрировано 169 крупных аварий танкеров и 17000 второстепенных случаев  разлития нефти. Обеспокоенность общественности нефтяным загрязнением обусловливается  неуклонным ростом экономических потерь в рыболовстве, туризме и других сферах деятельности. Только 1 т нефти  способна покрыть до 12 км2 поверхности моря. А нефтяная плёнка нарушает все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает, но и осевшая на дно нефть долгое время вредит всему живому. Нарушается обмен океана с атмосферой: энергией, газами, теплом и влагой, в результате перестаёт размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей. В верхних 5-10 см водной толщи развивается богатейшее сообщество самых разнообразных организмов. Его называют нейстоном. Здесь находится «питомник» молоди очень многих видов рыб и беспозвоночных животных, которые, вырастая, населяют водную толщу и дно морей и океаном. На поверхности же накапливается вещества-загрязнители, в том числе нефть и нефтепродукты.  

Тяжёлые металлы.

Французские исследователи  установили, что дно Атлантического океана загрязнено попадающим с суши свинцом на расстоянии до 160 км от берега и на глубине до 1610 м. Более высокая  концентрация этого металла в  верхнем слое донных отложений, чем  в более глубоких слоях, свидетельствует  о том, что это результат хозяйственной  деятельности человека, а не следствие  длительного природного процесса. 
Владельцы химического комбината «Тиссо» в городе Минамата на острове Кюсю (Япония) долгие годы сбрасывали в океан сточные воды, насыщенные ртутью. Прибрежные воды и рыба оказались отравленными, что привело к гибели местных жителей. Получили тяжёлые психопаралитические заболевания сотни людей. Жертвы этой экологической катастрофы, объединившись в группы, не раз возбуждали дело против «Тиссо», правительства и местных властей. Минамата стал подлинной «промышленной Хиросимой» Японии, а термин «болезнь Минаматы» применяется в медицине для обозначения отравления людей промышленными отходами.  

Бытовые отходы.

В моря и океаны через реки, непосредственно с  суши, а также с судов и барж попадают жидкие и твёрдые бытовые  отходы. Часть этих загрязнений оседает  в прибрежной зоне, а часть под  влиянием морских течений и ветра  рассеивается в разных направлениях. Бытовые отходы опасны не только тем, что они являются переносчиками  болезней человека (главным образом  кишечной группы – брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что содержат значительное количество кислородопоглащающих веществ. Кислород поддерживает жизнь в море, он – необходимый элемент процесса разложения органических веществ, поступающих в водную среду. Коммунальные же отбросы, поступающие в воду в очень больших количествах, могут значительно снизить содержание растворённого кислорода. В последние десятилетия особым видом твёрдых отбросов, загрязняющих океаны, стали пластмассовые изделия (синтетические плёнки и ёмкости, пластмассовые сети и т. п.). Эти материалы легче воды, а поэтому долго плавают на поверхности, загрязняют морское побережье. Пластмассовые отходы представляют серьёзную опасность для судоходства: опутывая гребные винты судов, засоряя трубопроводы системы охлаждения морских двигателей, они нередко становятся причиной кораблекрушений. Кроме того, известны случаи гибели крупных морских млекопитающих из-за механической закупорки лёгких кусками синтетической упаковки.

В Северном море возникла реальная угроза гибели флоры  и фауны из-за загрязнения нечистотами, выносимыми с материка реками. Прибрежные районы моря очень мелководны; приливы  и отливы в нём незначительны, что также не способствует самоочищению моря. К тому же на его берегах  расположены страны с большой  плотностью населения и высокоразвитой промышленностью. Усугубляет экологическую  ситуацию развивающаяся в последнее  время добыча нефти. Бесхозяйственное, хищническое отношение к богатствам Мирового океана ведёт к нарушению  природного равновесия, гибели в некоторых  районах океанической флоры и  фауны, отравлению людей заражёнными продуктами моря. Радиоактивные загрязнения. Захоронение жидких и твёрдых радиоактивных отходов в море в 50-60-е годы осуществляли многие страны, имеющие атомный флот. Для России эта проблема приобретает всё более острое значение и с точки зрения соблюдения международных радиационных обязательств, и в связи с необходимостью обеспечить экологическую безопасность страны. Установлено, что захоронения радиоактивных отходов проводились в пяти районах Баренцева моря, недалеко от полигона на Новой Земле, в десяти районах Охотского, Японского морей и в открытой части Тихого океана. Великобритания затапливала радиоактивные отходы в Ирландском море, а Франция - в Северном, откуда загрязнения попадали в Баренцево море. 

Самоочищение  морей и океанов. Самоочищение морей  и океанов – сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включение  их в общий круговорот веществ. Способность  моря перерабатывать углеводороды и  другие виды загрязнений не безгранична. В настоящее время многие акватории  уже утратили способность к самоочищению. Некоторые заливы и бухты нефть, в больших количествах скопившаяся  в донных отложениях, превратила практически  в мёртвые зоны.  
Существует прямая зависимость между численностью нефтеокисляющих бактерий и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Наибольшее число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до 106-107 на 1 л морской воды. Наряду с численностью микроорганизмов растёт их видовое разнообразие. Это, по всей видимости, можно объяснить большой сложностью химического состава нефти, различные компоненты которой могут потребляться только определёнными видами микроорганизмов. Нефтеокисляющие микроорганизмы можно рассматривать как индикаторы нефтяного загрязнения воды.  
К морским организмам, которые участвуют в процессах самоочищения, относятся моллюски. Различают две группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Для них характерна двухстворчатая раковина. Обычно створки раковины чуть приоткрыты, и хорошо видно, как из-под радужной мантии торчат две трубочки – сифоны. Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней частицами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода возвращается в море. Все съедобные частицы усваиваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Крупный моллюск мидии может пропустить через себя до 70 л воды в сутки и таким образом очистить её от возможных механических примесей и некоторых органических соединений. Подобно мидии, питаются и другие морские животные – мшанки, губки, асцидии. 
У моллюсков второй группы раковина или закрученная, овально-конической формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блюдечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности.  
Поистине санитар-рекордсмен – моллюск кардиум, входящий в фауну Каспийского моря. Несмотря на свои небольшие размеры (около 2,5 см), он в процессе питания успевает за сутки профильтровать до 15 л воды. При этом растворённые в ней компоненты нефти, как вещества, непригодные для питания, обволакиваются слизью и в этой «упаковке» выбрасываются на дно.  
Учёные стремятся изучить деятельность морских организмов, включая водоросли, с тем, чтобы найти новые эффективные способы борьбы с загрязнением водоёмов, прежде всего богатого рыбой Каспия.  

Очистка бытовых  сточных вод. Очистка сточных  вод – это разрушение или удаление из них определённых веществ, а обеззараживание  – удаление патогенных микроорганизмов.  
Канализация – комплекс инженерных сооружений и санитарных мероприятий, обеспечивающих сбор и удаление за пределы населённых мест и промышленных предприятий загрязнённых сточных вод, их очистку, обезвреживание и обеззараживание...  
Очистка бытовых сточных вод может проводиться механическими и биологическими методами. При механической очистке сточные воды разделяют на жидкую и твёрдую субстанции: жидкая часть подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной. Естественная биологическая очистка осуществляется на полях фильтрации и орошения, в биологических прудах, а искусственная – на специальном оборудовании (биофильтрах, аэротенках). Ил обрабатывают на иловых площадках или в метантенках.  
При общестоковой системе канализации все виды сточных вод из городских кварталов, включая и поверхностный сток, отводятся по одной сети трубопроводов. Недостатком такой системы являются периодические сбросы в водные объекты через ливневые спуски некоторой части производственно-бытовых сточных вод. В настоящее время наиболее широкое применение в нашей стране находит система канализации, предусматривающая устройство двух сетей трубопроводов: по производственно-бытовой сети хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды подаются на очистные сооружения, а по водостоку, как правило, без очистки, в ближайший водный объект отводятся дождевые и талые воды, а также воды, образующиеся при поливке и мойке дорожных покрытий. Наиболее перспективной с точки зрения охраны водных объектов от загрязнения поверхностным стоком из городов является полураздельная система канализации. С её помощью на очистку отводят все производственно-бытовые воды города и большую часть поверхностного стока, образующегося на его территории. Со временем на очистку будут поступать также сток от мытья дорожных покрытий, большая часть талых вод и сток от дождей. Таким образом, в водные объекты будет сбрасываться без очистки лишь незначительная часть талой и дождевой воды. При совместной очистке промышленных и хозяйственно-бытовых стоков регламентируют содержание взвешенных и всплывающих веществ, продуктов, способных разрушать или засорять коммуникации, взрывоопасных и горючих веществ, а также температуру.  
Некоторые химические вещества воздействуют на микроорганизмы, нарушая их жизнедеятельность. Так, фенол, формальдегид, эфиры и кетоны вызывают денатурацию белков протоплазмы или разрушают оболочку клеток. Особенно токсичны соли тяжёлых металлов, которые по убыванию токсичности можно расположить в ряд: ртуть, сурьма, свинец, цезий, кадмий, кобальт, никель, медь, железо.  
Для обеззараживания сточных вод дозу хлора подбирают так, чтобы содержание кишечных палочек в воде, сбрасываемой в водоём, не превышало 1000 в 1 литре, а уровень остаточного хлора составлял не менее 1,5 мг/л при 30-минутном контакте или 1 мг/л при 60-минутном контакте. Обеззараживание проводят жидким хлором, хлорной известью или гипохлоритом натрия, получаемых на месте в электролизёрах. Хлорное хозяйство очистных канализационных сооружений должно позволять увеличивать расчётную дозу хлора в 1,5 раза.  
Очистка промышленных сточных вод. Механическая очистка сточных вод обеспечивает удаление взвешенных грубо- и мелкодисперсных (твёрдых и жидких) примесей. Растворимые неорганические соединения удаляют из сточных вод реагенными методами – нейтрализацией кислотами и щелочами, переводом ионов в плохо растворимые формы, осаждение минеральных примесей с солями, окислением и восстановлением токсичных примесей до слаботоксичных. Нейтрализация вод может проводиться смешиванием кислотных и щелочных стоков. В ряде случаев при химической очистке можно извлекать ценные соединения, снижая потери производства. Часто после химической очистки сточные воды подвергают биологической очистке.  
В настоящее время сточные воды часто доочищают для повторного использования в производственном водоснабжении. Метод доочистки стоков вбирают в зависимости от конкретных остаточных загрязнений воды. Так, для очистки сильноминерализованных стоков применяется метод термического опреснения, при котором дистиллят, полученный из стоков, используют как обессоленную воду. Повторное использование доочищенных стоков в 20-25 раз сокращает потребление свежей воды из источников. 
Учёные из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) совместно с исследователями из Международного университета штата Флорида (Майами) и Университета Майами работают над способом уничтожения вредных жидких отходов с использованием электронного ускорителя. Эксперимент, проведённый на заводе по обработке городских отходов в округе Дейд (штат Флорида), показал, что таким методом можно разрушать такие опасные вещества как бензол, фенол и трихлорэтилен. Стоимость обработки электронным лучом 1000 литров отходов будет составлять около 3 долларов, то есть меньше, чем при очистке жидких отходов с использованием фильтров из активированного углерода (учитывая расходы на восстановление загрязнённого материала фильтров).  
 
Заключение. Логика развития жизни на Земле определяет деятельность человека как главный фактор, причем биосфера может существовать без человека, но человек не может существовать без биосферы. Фактором существования биосферы является чистая вода. Следующие поколения не простят нам то, что мы лишили их возможности наслаждаться первозданной природой. Сохранить гармонию человека и природы – основная задача, которая стоит перед настоящим поколением. Это требует изменения многих ранее сложившихся представлений о соизмерении человеческих ценностей. Необходимо развитие у каждого человека «экологического сознания», которое будет определять выбор вариантов технологий, строительства предприятий и использования природных ресурсов. 
Одна из основных задач современного образования – становление экологического способа мышления. Так правительством РБ в 1991 г. была одобрена Республиканская программа по образованию в области окружающей среды. В ней определены цели и принципы организации экологического образования в области охраны окружающей среды. Важным моментом является тот факт, что приоритетность экологического образования, обязательность введения природоохранных дисциплин во всех учебных заведениях закреплены в законах РБ «Об образовании» и «Об охране окружающей среды». От лозунга «Взять от природы все» необходим переход к лозунгу «Природа наш дом».  
 
.