Вредные и токсичные вещества, попавшие в реки, озера или моря, снижают качество воды и делают ее опасной для потребления. Редакция Науки Mail объясняет, чем вызвано загрязнение, какие последствия влечет, и можно ли остановить процесс.
Что такое загрязнение воды: определение и суть проблемы
Загрязнение — это процесс, при котором в водоемы попадают вредные вещества, ухудшающие качество водных ресурсов. Отходы, химикаты или другие субстанции делают жидкость опасной для потребления и использования, негативно влияют на здоровье людей и животных, а также на экосистемы в целом.
Это одна из главных проблем на планете. Пресная вода необходима для жизни всех организмов, но ее запасы ограничены: их всего 2,5% на Земле. Лишь 0,5% из этого объема доступно для использования. При этом у каждого четвертого человека, а именно примерно у двух миллиардов, нет доступа к безопасной питьевой воде.
Загрязнение способствует тому, что даже в странах, которые не испытывают проблем с запасами пресной жидкости, население потребляет воду низкого качества. Она часто не соответствует гигиеническим требованиям.
Ситуация ухудшается с каждым годом. Рост населения на планете и увеличение потребления приводят к дефициту запасов. Прогнозы показывают, что к 2050 году спрос на воду вырастет на 20-30%.
Как человек влияет на загрязнение воды
Вода необходима во всех сферах человеческой деятельности. Населению она нужна для питья и решения бытовых вопросов. В сельском хозяйстве — для полива растений. В промышленности служит сырьем и важным компонентом химических реакций. Ее движение в реках и морях используют для выработки электроэнергии и в качестве транспорта для сплава леса.
Но в процессе жизнедеятельности человек одновременно загрязняет воду. Например, сбрасывает промышленные и бытовые отходы и стоки в водоемы без достаточного очищения.
Также туда попадают пластиковые предметы и их микрочастицы. Удобрения и пестициды с полей вымывает дождем. Аварии на опасных производствах, танкерах приводят к разливу вредных веществ. Добыча полезных ископаемых, разработка месторождений связаны с истощением ресурсов и распространением токсичных соединений.
Хозяйственная деятельность человека сопряжена с использованием ископаемого топлива. При его сжигании происходит образование углекислого газа и метана — главных парниковых газов. Такой процесс влияет не только на изменение климата, но и, как следствие, на уровень и качество воды.
Основные источники загрязнения воды и их влияние
С развитием промышленности состояние водных ресурсов в реках и озерах непрерывно ухудшается. Большую часть без достаточной очистки после использования возвращают обратно в водоемы в виде стоков. При этом присутствующие в них загрязнители приводят к ухудшению запаха и химического состава жидкости. Рассмотрим основные источники и причины загрязнений.
1. Промышленные выбросы и сточные воды
Промышленность использует от 16 до 19% всех запасов пресной воды, но только 27% сбрасываемых стоков проходят безопасную очистку. Некоторые предприятия напрямую сливают отходы в реки и моря, несмотря на запреты. Утечки также происходят в результате аварийных случаев.
К наиболее крупным загрязняющим отраслям относят целлюлозно-бумажное производство, химическую, нефтеперерабатывающую, горнорудную, металлургическую, пищевую и текстильную промышленности.
Состав стоков зависит от специфики выпускаемой продукции. Синтетические моющие средства, кислоты, тяжелые металлы, нефтепродукты влияют на вкус и запах воды, образуют пену и поверхностную пленку. Это затрудняет доступ кислорода и вызывает гибель водных организмов. Также растворенного воздуха становится меньше за счет окисления древесных отходов.
2. Химические отходы и тяжелые металлы
Водоемы загрязняют такие тяжелые металлы, как ртуть, медь, мышьяк, никель, свинец, цинк и хром. Их накапливают водные организмы. Например, содержание меди в морских гребешках и устрицах бывает выше, чем в окружающей среде. Токсичность металлов зависит от их химических форм. Например, свинец нарушает процессы кроветворения и может повлиять на развитие когнитивных функций. Ртуть негативно воздействует на нервную систему. Кадмий накапливается в печени и почках, повышает кровяное давление и может вызывать раковые заболевания.
Химические отходы и поверхностно-активные вещества попадают в стоки, ухудшают биологические и физические характеристики водоемов, уменьшают насыщение кислородом и влияют на состояние экосистемы. Они также затрудняют водоочистку, снижая эффективность отстаивания и фильтрации.
3. Утечки нефти и нефтепродуктов
Из-за утечек нефти на дне водоемов остаются токсичные отложения. Образуется поверхностная пленка, затрудняющая воздухообмен. Она блокирует доступ света и кислорода, которые нужны для жизни водным животным и растениям. Многие элементы в ней небезопасны, включая канцерогенные соединения. Растворенные вещества также способствуют изменению запаха, вкуса, цвета воды и затруднению насыщения воздухом.
Основные источники нефтяного загрязнения — нефтепромыслы, морской и речной транспорт, хранилища горючего вещества. При разработке месторождений откачивают пластовую воду с высоким содержанием нефти. Маслянистая жидкость поступает в водоемы также через сбросы с танкеров, аварии на нефтепроводах, после очищения судовых емкостей.
4. Сельское хозяйство
Сельское хозяйство — самый крупный потребитель и один из основных загрязнителей природных вод. В нем используют около 72% мировых пресноводных запасов. Оно приводит к иссушению водоемов и их загрязнению минеральными удобрениями, пестицидами, продуктами жизнедеятельности животных. Отходы и стоки снижают уровень кислорода и способствуют размножению патогенных микроорганизмов.
Прогнозы показывают, что существующих водных ресурсов будет мало для обеспечения продовольствием девяти миллиардам человек к 2030 году. Население Земли преодолеет эту отметку к 2050 году — дефицит скажется скорее рано, чем поздно.
5. Бытовые сточные воды
Рост населения и развитие городов увеличивают количество бытовых стоков. Они опасны для людей, растений, животных и экосистемы в целом. В их составе присутствуют возбудители таких инфекций, как паратиф, дизентерия, вирусный гепатит или туляремия. Достаточную очистку не проходит 42% сточных вод.
6. Отходы от разработок ископаемых
Истощение подземных вод — следствие медленного водообмена. Это практически невозобновляемый ресурс. Добыча минералов и горных пород значительно уменьшает объем подземных вод за счет производимой откачки и потерь. Извлекаемые образования содержат токсичные вещества. Они вымываются дождями и загрязняют грунт и открытые водоемы.
В составе шахтных вод присутствуют тяжелые металлы и кислоты. Общая степень загрязнения зависит от этапа работ и продолжительности функционирования месторождений.
7. Энергетический сектор
Энергетические производства осуществляют сбросы стоков высокой температуры, что влияет на условия существования живых организмов и вызывает необратимые последствия. В сточных водах нередко присутствует ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты.
Тепловое загрязнение возникает, когда для охлаждения отработанного пара в водоем сбрасывают подогретые стоки с температурой выше нормы. Такой процесс способствует разрастанию водорослей, нарушает кислородный баланс и приводит к гибели рыб и птиц.
8. Атомная промышленность
Радиоактивное загрязнение водоемов происходит при попадании в них радионуклидов, источниками которых могут быть аварии на ядерных объектах, утечки при хранении или транспортировке радиоактивных материалов, а также неправильное обращение с ядерными отходами.
9. Свалки
Свалки мусора расположены на больших площадях. Атмосферные осадки вымывают токсины, так они оказываются сначала в земле, а затем и в воде. Пластик со временем распадается на очень маленькие частицы, которые попадают внутрь животных.
Виды загрязнений воды на планете
Под загрязнением понимают любые физико-химические или биологические изменения характеристик воды, которые происходят вследствие попадания загрязнителей в водоемы. Такие изменения могут сделать жидкость непригодной для использования, нанести вред экономике и здоровью людей.
Химическое загрязнение
Наступает вследствие попадания токсичных примесей из стоков. Например, это могут быть кислоты, нефтепродукты, минеральные соли.
Некоторые токсичные вещества могут аккумулироваться в организмах водных обитателей и передаваться по пищевой цепи. Концентрация загрязнителей увеличивается на каждом трофическом уровне — это явление называется биомагнификацией.
Физическое загрязнение
Песок и ил, относящиеся к взвешенным частицам (суспензиям), попадают в водоемы вследствие дождей, смывающих почву с сельхозугодий, а также в результате деятельности горнодобывающих предприятий.
Из-за этого меняется прозрачность воды, ее температура, содержание суспензий и даже радиоактивность. Твердые частицы делают воду мутной, мешают фотосинтезу водорослей и ухудшают условия обитания для рыб.
Биологическое загрязнение
Биологическое загрязнение связано с попаданием в воду патогенных микроорганизмов — вирусов, бактерий и паразитов — из неочищенных сточных вод. Оно может стать причиной инфекционных заболеваний и нарушить экосистемный баланс водоема.
Тепловое загрязнение
Возникает при сбросе теплых стоков от электростанций. Такой процесс изменяет термический режим, снижает уровень кислорода, может привести к массовому разрастанию водорослей.
Радиоактивное загрязнение
Начинается при попадании радионуклидов в водоем. Основные источники — аварии на АЭС, утечки при обращении с радиоактивными отходами и последствия ядерных испытаний прошлого.
Какие экосистемы страдают от загрязнения воды
По данным ООН, в 50% стран мира один или несколько типов водных экосистем находятся в состоянии деградации. Они постепенно теряют свою способность поддерживать жизнь.
Каждое растение или животное оставляет после себя органические остатки, которые перерабатываются другими организмами и включаются в круговорот веществ.
Но рост населения и увеличение потребления ресурсов приводят к образованию такого количества отходов, которые превышают возможности экосистем. Например, пластик в виде упаковки, пакетов и микрочастиц попадает в реки и океаны, где может быть принят рыбами за пищу.
Воды Мирового океана
Морские экологические системы страдают от загрязнения, которое снижает уровень кислорода в воде и угрожает выживанию рыб и животных. Нефтяные углеводороды, пестициды и тяжелые металлы накапливаются в организмах морских животных, вызывая отравление, нарушения в развитии и снижение численности популяций.
Пресные воды
Реки, озера и подземные воды также подвержены загрязнению, что нарушает экологическое равновесие и способствует гибели организмов. Смытые азотные и фосфорные удобрения создают благоприятные условия для распространения и роста водорослей.
Загрязнители могут проникать в подземные воды с поверхности почвы, ухудшая их качество и делая воду небезопасной для питья. Это повышает риск распространения заболеваний, связанных с загрязненной водой.
Последствия загрязнения воды для экологии и здоровья человека
Проблема загрязнения водоемов с каждым годом становится более серьезной, угрожает окружающей среде и здоровью людей. Понимание последствий позволяет осознать важность защиты и рационального потребления ресурсов.
Изменения в гидросфере. Интенсивное использование водных ресурсов приводит к количественным и качественным изменениям, а именно, к уменьшению объемов пригодной для потребления воды и нарушению водного баланса.
Кислотные дожди. Частые кислотные дожди возникают из-за выбросов диоксида серы и оксидов азота, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий и транспорта. Они уменьшают количество живых организмов, вызывают выщелачивание ядовитых металлов и гибель рыбы. Водоемы становятся неблагоприятными для большинства организмов, и в условиях дефицита кислорода начинают преобладать анаэробные бактерии, которые могут способствовать развитию заболеваний у человека.
Появление мусорных островов. Накопление пластиковых отходов в океанах приводит к образованию мусорных островов, которые нарушают экосистемы и представляют потенциальную угрозу через загрязнение пищевых цепей.
Распространение опасных и патогенных заболеваний. Этому способствуют накопление тяжелых металлов, микропластика, а также биологические загрязнения, которые способны вызвать проблемы со здоровьем и серьезные заболевания.
Ухудшение условий обитания животных и растений. В стоках есть органика, снижающая уровень растворенного кислорода, что способствует загниванию осадка на дне и распространению токсинов. Нефтяные соединения образуют поверхностную пленку, препятствующую воздухообмену. Минеральные удобрения, содержащие фосфор и азот, способствуют эвтрофикации — бурному росту водорослей, который снижает прозрачность воды и ограничивает поступление кислорода и света.
Гибель живых организмов. Снижение содержания кислорода, распространение патогенов и накопление токсинов ухудшают условия жизни в водоемах и приводят к массовой гибели растений и животных.
Недостаток чистой пресной воды влияет на санитарные условия, повышает риск заболеваний и снижает качество жизни человека.
Эффективные способы решения проблемы загрязнения воды
Промышленные предприятия, электростанции и транспорт — главные источники загрязнения воды и окружающей среды в целом. Чтобы изменить ситуацию, нужно двигаться в двух направлениях: внедрять современные технологии и разумно использовать ресурсы.
Новые технологии очистки
Важно внедрять эффективные системы очистки сточных вод и газоулавливающие установки, чтобы меньше вредных веществ попадало в воду и воздух.
О том, как проблему загрязнения воды пытаются решить в России, Науке Mail рассказала заведующая кафедрой «Экология» Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ), доцент, кандидат биологических наук Виктория Ерофеева:
«Государственная политика РФ направлена на сохранение окружающей природной среды, проблема решается на федеральном, региональном и муниципальном уровнях. Принимаются законы и нормы, позволяющие снизить нагрузку на гидросферу и усилить контроль за их соблюдением. Ведется постоянный мониторинг состояния водных объектов, в том числе с использованием цифровых технологий – спутниковой съемки, датчиков и онлайн-карт загрязнений. Для сохранения подземных вод от поступающих с поверхности веществ строятся современные полигоны ТБО, проводится модернизация очистных сооружений, ведется просветительская работа среди населения».
Эксперт отметила, что среди последних инициатив можно отметить федеральный проект «Оздоровление Волги», который направлен на снижение сбросов. В рамках программы «Чистая вода» проводится реконструкция старых и строительство новых водоочистных станций для обеспечения населения качественной питьевой водой.
Антонина Меньшова, методист эколого-биологического отдела МБУ ДОД «ГЦДТ», эксперт в нефтяной промышленности, рассказала об очистке сточных вод на предприятиях:
«В России проводят множество мероприятий, направленных на охрану окружающей среды, в том числе по охране водных ресурсов. На предприятиях организуют замкнутые системы водоснабжения, когда очищенные стоки многократно используют в производстве.
Основная часть воды в промышленности уходит на поддержание стабильного температурного режима. Переход от водяного к воздушному охлаждению в пищевой промышленности позволяет бережно расходовать воду.
В химической промышленности акцент делают на технологиях, которые способствуют образованию малого количества отходов или позволяют и вовсе обходиться без них.
Эффективность водоочистки можно повысить с помощью применения физико-химических методов, особенно с реагентами. Такие методики не зависят от состава стоков, их можно использовать отдельно или вместе с биологической очисткой».
Рациональное использование воды
Меньше тратить и лучше очищать. На предприятиях стоит внедрять замкнутые циклы водопользования, использовать водосберегающие технологии и сокращать потери при транспортировке воды.
Кроме того, важно предпринимать конкретные меры:
отказаться от хлорсодержащих пестицидов;
создавать водоохранные зоны;
модернизировать системы очистки сточных вод;
использовать воду повторно на производстве;
перейти на экологичную энергетику;
предотвращать аварии на заводах;
развивать переработку отходов;
очищать загрязненные водоемы.
Влияние каждого человека на состояние водных ресурсов объяснила старший преподаватель кафедры «Экология» МТУСИ Жанна Жукова:
«Загрязнение воды — не только непосредственный сброс загрязняющих веществ, но и сам процесс изъятия чистого ресурса из окружающей среды. Поэтому каждый человек может уменьшить нагрузку на окружающую среду, если будет экономить воду. Например, выключать кран, когда вода не используется. Применение стиральных, посудомоечных машин не только облегчает быт, но и позволяет значительно экономить воду и снизить коммунальные платежи».
Главное о загрязнении воды
Загрязнение воды — это ухудшение ее качества из-за попадания вредных веществ.
1. Пресная вода — всего 2,5% от всех водных ресурсов планеты. Из них лишь около 0,5% реально доступны для использования. Более 2 миллиардов человек по всему миру не имеют доступа к безопасной питьевой воде.
2. Воду загрязняют сбросы от предприятий и населенных пунктов, сельскохозяйственные удобрения и ядохимикаты, аварии на производствах, утечки нефти, добыча полезных ископаемых, свалки и использование ядерных технологий.
3. Существуют химические, физические, биологические, тепловые и радиоактивные виды загрязнений.
4. Загрязнение разрушает водные экосистемы, вызывает гибель организмов и влияет на здоровье человека — от распространения инфекций до хронических заболеваний.
5. Решение — в переходе на экологичные технологии, использовании возобновляемых источников энергии и ответственном отношении к водным ресурсам.