Загрязнение гидросферы. причины, источники, способы решения

Определение и содержание терминов «тепловое загрязнение», «температурное воздействие», «холодовое загрязнение»

Техногенез
окружающей среды нередко сопровождается непреднамеренным рассеянием в ней или целенаправленным отводом в нее тепловой энергии. Примером, сопутствующего подогрева среды является повышение температуры в центральных частях крупных городов. Целенаправленный отвод избыточного тепла, возникающего в ходе технологических процессов, осуществляется, главным образом, путем организации специальных
водоемов-охладителей
при атомных и тепловых электростанциях. Все эти случаи искусственного повышения температуры окружающей среды обозначаются термином
«тепловое загрязнение».
Но загрязнение окружающей среды, в какой бы форме оно не происходило, подразумевает ухудшение ее качества и негативное воздействие на организмы. В отличие от этого, повышение температуры среды в регионах с холодным и умеренным климатом часто оказывает позитивное воздействие на организмы. Для обозначения этой «мягкой» формы теплового загрязнения предлагался специальный термин
– «калефакция»
(нагревание). Однако это воздействие, дающее кратковременный позитивный эффект на уровне отдельных биологических объектов, может приводить к значимым негативным последствиям для биотических сообществ в длительной перспективе, например, в результате развития процессов термического эвтрофирования и термотехногенной
стратификации.
Таким образом, для того чтобы всесторонне оценить влияние искусственного подогрева на окружающую среду необходимо отдельно рассматривать воздействие изменения температуры среды на физиологическое состояние организмов
(«температурное воздействие»)
и влияние данного фактора на состояние экосистемы или
природно-технической системы.

Благоприятное существование любого организма возможно только в определенном диапазоне температуры среды (определяемом его экологической валентностью по отношению к данному фактору). Существует не только верхний порог, по достижению которого температурное воздействие на организм приобретает экстремальный характер, но и нижний. Некоторые виды человеческой деятельности могут приводить к резкому понижению температуры среды, что оказывает на обитающие в ней организмы не менее негативное воздействие, чем экстремальный подогрев. Так, неоднократно наблюдались случаи, когда резкое снижение уровня подогрева вод на водоемах-охладителях АЭС в зимний период вызывало массовую гибель их ихтиофауны, главным образом, теплолюбивых акклиматизантов. Аналогичные случаи отмечаются и при искусственном подъеме в прогретые поверхностные слои водоемов холодных вод из их глубоких слоев
(искусственный апвеллинг).
Для обозначения искусственного понижения температуры окружающей среды, оказывающей негативное воздействие на живые организмы, был предложен термин «холодное термальное загрязнение» или
«холодовое загрязнение».

Источники

Существует два основных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный — это вулканы, лесные пожары, пыльные бури, выветривание, процессы разложения растений и животных. Источником антропогенного загрязнения атмосферы различными веществами являются теплоэнергетика, нефтегазопереработка, промышленность, транспорт и др. По мнению специалистов, в результате деятельности человека в атмосферу Земли ежегодно поступает 25,5 миллиардов тонн оксидов углерода, 190 миллионов тонн оксидов серы, 65 миллионов тонн оксидов азота, 1,4 миллиона тонн хлорфторуглеродов. Половина всех выбросов в атмосферу приходится на предприятия таких отраслей промышленности, как энергетика 24,8% и металлургия 26,2%.

В последние годы наибольшее количество вредных веществ в атмосферу выбрасывается с выхлопными газами автомобилей, причём их доля постоянно возрастает.

В промышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи с тем, что в атмосферу поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух. Температура выбросов обычно выше средней многолетней температуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предприятий, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, при отоплении домов, лесных пожарах выделяются вещества, нагретые до 60 градусов Цельсия и более

Источникам теплового загрязнения почв в пределах городских территорий служат :

Подземные газоходы промышленных предприятий металлургического производства (140-160°C)

Теплотрассы(50-150°C)

Сборные коллекторы

Коммуникационные туннели(35-40°C)

Туннели метро и другие подземные сооружения(18-25 °C)

Искусственное промораживание грунтов при строительстве в сложных гидрогеологических условиях приводит к формированию временных криозон (от -10 до -26 °C ) шириной до нескольких метров.

температуры над фоновой на 6-10 градусов Цельсия.

Глобальное потепление как результат температурного загрязнения атмосферы

Одно из наиболее значительных последствий загрязнения воздуха – изменение климата. В результате роста мирового потребления ископаемого топлива уровни углекислого газа в атмосфере с 1900 года неуклонно повышались и темпы роста ускоряются. Было подсчитано, что при сохранении тенденции, к концу 21 века средняя глобальная температура воздуха может повыситься еще на 4°C.

Потепление вызывает таяние полярных ледников, повышение уровня моря, затопление прибрежных районов мира. Происходят изменения в структуре осадков имеющие неблагоприятные последствия для сельского хозяйства и лесных экосистем. Более высокие температуры и влажность увеличивают заболеваемость людей и животных в некоторых частях мира. Выполнение международных соглашений по сокращению выбросов парниковых газов необходимо для защиты качества воздуха и смягчения последствий глобального потепления.

Предотвращение и защита

Термическое загрязнение может рассматриваться на масштабном и локальном уровнях. Первый представляет собой проблему в планетарном объеме, которая составляет 1% от получаемой солнечной радиации Земли.

Тепловые отходы несут большую опасность и на локальном уровне. От этого вида загрязнений страдают аква ресурсы. На государственном уровне вводится закон на лимиты по их выделению предприятиями в водоемы. Они не должны прогреваться больше 3 градусов от их исходной температуры и распространяться на слишком далекое расстояние от заводов. Загрязнение может распространяться на 120 км по площади всей водной поверхности и на 1 км в глубину.

Основной способ предотвращения появления негативных последствий тепла – полный отказ от использования топливной энергии, ее замена на альтернативные способы. Могут использоваться: аква, солнечный и ветровой виды ресурсов.

На предприятиях необходимо открывать охладители, где вода после нагревания сможет остывать, а потом вновь использоваться для охлаждения. Для превращения тепловой энергии в электрическую следует использовать не паровую турбину, а магнитогидродинамический способ. Это уменьшит поступление отходов в водоемы.

Загрязнения теплового характера могут использоваться для следующих целей:

• разведения рыбы, для которой необходимо поддержание тепла;
• установки искусственных прудов с подогревом в зимний сезон для птиц;
• поддержания комфортной температуры в теплицах;
• устранения льда на водной поверхности;
• орошения земли;
• перегонки нефти.

У этих способов есть плюсы и минусы. Преимущество – загрязнения можно использовать с пользой для природы и животных, если применять в указанных целях. Недостаток – полностью не решают проблему выделения термических отходов. Они лишь способствуют дальнейшему использованию без вреда для среды.

Тепловое загрязнение негативно влияет на всю окружающую среду, способствуя глобальному потеплению. Для минимизации воздействия опасных отходов на биосферу нужно принимать ряд мер по уменьшению выделения тепловых потоков в почву, водоемы и атмосферу.

Механическое и биологическое загрязнение водоемов

Несколько другими факторами, приводящими к деградации водных объектов, являются биологическое и механическое загрязнение. Первое из них проявляется в поступлении вирусов и патогенной микрофлоры, например, со сточных канализационных систем, скотоводческих ферм, в результате аварий на очистных резервуарах. В результате этого, как поверхностные, так и подземные водные источники могут получить заражение опасными для жизни человека и животных биологическими агентами.

Механическое загрязнение вызывают бытовые и строительные отходы, мусор, которые не способны растворяться в воде, а если это и происходит, то в течение длительного времени. Битые стекла, полиэтиленовые пакеты давно уже не новость для наших рек. Главная причина этого — низкий уровень экологической культуры подавляющего большинства граждан и их безразличие к состоянию природной среды.

К сожалению, все это лишь малая часть экологических проблем пресноводных экосистем

В действительности, их намного больше, и для каждого водоема они определенны особенностями его хозяйственной эксплуатации, природно-климатическими факторами и вниманием со стороны человека. Возвысив себя технологическими и научными открытиями над живыми существами, человек рискует потерять богатства намного ценнее, чем полученные техногенные блага

Отравляя водоемы, мы делаем воду непригодной для питья и приготовления пищи. Ведь уже сегодня более миллиарда населения планеты страдает от нехватки чистой питьевой воды. Считают, что через десять лет этот показатель увеличится втрое. Человек, как и братья его меньшие, стал заложником собственных неразумных действий. Пока не произошло глобальной катастрофы, каждому стоит задуматься, что он делает для сохранения гидросферы. Ведь сохранив воду, мы сохраним жизнь.

Загрязнение воды

Большая часть водных организмов быстрее приспосабливается к жизни в более тёплой воде, нежели в более холодной. Однако эта способность к адаптации не имеет абсолютных максимальных или минимальных пределов и меняется в зависимости от вида.

В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды.

Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают. Тепловой шок — это крайний результат теплового загрязнения.

Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ. Согласно закону Ван Хоффа, скорость химической реакции удваивается с увеличением температуры на каждые 10 С. Поскольку температура тела холоднокровных организмов регулируется температурой окружающей водной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных.

В свою очередь это повышает их потребность в кислороде. В то же самое в результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть.

В летнее время повышение температуры воды всего на несколько градусов может вызвать 100%-ную гибель рыб и беспозвоночных , особенно тех, которые обитают у южных границ температурного интервала. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб — вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию .

Если разрушающая сила электростанций превышает способность видов к самовосстановлению, популяция приходит в упадок. Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются.

Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоём органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей, навоза с ферм, бытовых стоков), происходит процесс эвтрофикации, то есть резкого повышения продуктивности водоёма.

Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода, вплоть до полного его исчерпания.

А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть. Кроме изменения среды обитания водных организмов электростанции могут оказывать на них и физическое влияние. Солёная вода, использующаяся для охлаждения, оказывает сильное коррозирующее влияние на металлические поверхности и вызывает высвобождение ионов металлов, особенно меди, в воду. Ракушечные животные накапливают медь в таких количествах, что становятся непригодными для использования их человеком.

Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека.

Вредные вещества

Для работы тепловых двигателей чаще всего применяется ископаемое топливо или продукты его переработки: уголь, газ, мазут, бензин, керосин и др. Они никогда не сгорает на 100%, и остатки загрязняют окружающую среду.

Не меньший вред наносят продукты сгорания. При работе ТМ выделяются следующие виды вредных веществ:

• сажа;
• углекислый газ;
• угарный газ;
• оксид азота;
• соединения свинца;
• формальдегид;
• бензол.

Атомные электростанции – также тепловые машины, в которых для нагревания рабочего тела используются ядерные реакции. Их эксплуатация связана с опасностью загрязнения окружающей среды радиоактивными материалами.

Защита на законодательном уровне

Сегодня написано множество докладов и рефератов по теме ухудшения состояния водных запасов, пути решения загрязнения гидросферы пытаются установить на законодательном уровне. К примеру, в Евросоюзе приняли специальные директивы по охране водоемов, которые определяют допустимое количество определенных веществ в воде. Однако как показала практика, добиться исполнения этих решений трудно даже в цивилизованных европейских странах.

В законодательстве России загрязнение водоемов тоже является преступлением, карающееся уголовным наказанием или штрафными санкциями. Но на территории РФ такая проблема еще более глобальна, чем в Европе: доказательством является загрязнение озера Байкал — самого крупного пресного водоема на земле. В России существует хорошая законодательная база, которая регулирует выбросы ядовитых веществ, однако эти законы часто не соблюдаются, так как нет эффективной системы экологического слежения.

Сейсмическая активность искусственных водоемов

В настоящее время имеется большое количество материалов, свидетельствующих об усилении сейсмической активности в районах созданных водохранилищ. Геологическая среда, находящаяся под акваторией водохранилища, существует под действием гравитационных сил. Горные породы под дном постоянно находятся под действием гравитационных и тектонических сил напряженности. Под влиянием толщи воды наполняемого водохранилища, а также ежегодно накапливаемого твердого стока, так как плотина преграждает перемещение взвешенного материала в сторону базиса эрозии, изменяется напряженность пород дна водохранилища. Все это приводит к кратковременным смещениям по существующим на глубине разрывам и вызывает действие сейсмических волн, которые достигают поверхности. Возникают землетрясения не только в сейсмически активных областях, но и в пределах стабильных платформ. Эпицентры землетрясений располагаются на расстоянии 110-215 км от водохранилища, а очаги — на глубине 6-8 км. Активность и частота землетрясений усиливаются после достижения определенного уровня воды в водохранилище. Причем установлено, что частота вызываемых толчков в большинстве случаев связана не столько с положением уровня воды, сколько со скоростью и величиной перепада уровня воды в водохранилище. Наблюдения показывают, что периоды усиления и ослабления сейсмичности могут продолжаться в течение нескольких лет.

Через год после сооружения на р. Колорадо в США плотины Гувер и заполнения водохранилища начались сейсмические толчки. Только за десять лет произошло более тысячи слабых толчков. Лишь однажды, спустя 4 года после сооружения плотины, произошло сильное землетрясение, энергия которого соответствовала суммарной энергии всех предшествующих землетрясений.

На полуострове Индостан на р. Койна в 1961 г. началось заполнение водохранилища объемом около 3 трлн. м3. В 1967 г. произошло 8-9-балльное землетрясение, в результате которого погибли 180 человек и еще 2000 человек получили ранения.

К моменту заполнения Нурекского водохранилища на р. Вахш (Таджикистан) было зарегистрировано 133 землетрясения. Очаги их располагались под водохранилищем вблизи плотины. В связи с перемещением центра нагрузки столба воды по мере заполнения водохранилища очаги землетрясения смещались.

Действия для минимизации загрязнения воды

Исправить сложившуюся ситуацию можно только при комплексном и всестороннем подходе. Среди способов снижения глобальной проблемы выделяют следующие:

1. Усиленная охрана тех водоёмов, которые ещё не успели пострадать от загрязнения и сохранили чистоту.
2. Увеличение площадей и протяжённости водоохранных зон вблизи водоёмов.
3. Повышение качества очистки воды за счёт новых разработок и более функционального оборудования.
4. Сортировка отходов с целью более эффективной их утилизации и обезвреживания.
5. Ужесточение ответственности за несоблюдение предприятиями требований по очистке сточных вод и размещению отходов.
6. Введение более тщательного контроля за процессом очистки отходов производства.
7. Воспитание культуры чистоты у населения, в особенности среди подрастающего поколения.

Источники

Выработки электроэнергии электростанциями и промышленностью являются основными источниками теплового загрязнения. Это в какой то степени влияет на изменение климата. Тепловое загрязнение происходит, когда промышленность использует воду из источника (например, реки) для охлаждения, а затем возвращает нагретой. Вырабатывая электричество, генерирующие электростанции нагревают воду для преобразования ее в пар для привода турбин, которые генерируют электричество. Для эффективного функционирования паровых турбин, пар конденсируется в воду после выхода из турбины. Конденсация осуществляется путем забора воды из водного объекта для поглощения тепла.

Эта горячая вода, выпускается обратно в водоем и её температура составляет не менее чем на 15 градусов по Цельсию выше, чем нормальная.

Ущерб биосфере

Тепловое загрязнение окружающей среды содержит в себе тяжелые металлы, свинец, оксид углерода и азота. Они наносят большой вред природе, всем живым организмам, в том числе происходит негативное влияние на человека. Экологический баланс нарушается, рыбы и животные погибают, а позже и совсем исчезают из-за токсичности отходов.

Вследствие деятельности заводов происходит выделение парниковых газов, что способствует таянию ледников и глобальному потеплению. К другим опасным последствиям относятся:

• изменение свойств воды, поэтому ее нельзя употреблять внутрь даже после тщательного очищения от вредных примесей;
• развитие инфекций и заболеваний;
• образование сильной влажности и облачности;
• нарушение состава почвы, что делает ее непригодной для выращивания растительности и проживания живых организмов.

Ежедневно предприятия выделяют большое количество токсичных веществ, которые накапливаются, негативно влияя на процессы экосистемы.

Критика

Саймон Купер (Simon Kuper) в 2011 г. в связи с конференцией ООН по изменению климата в Дурбане писал, что явно отсутствующая при этом готовность к действиям мирового сообщества едва ли связана с немногочисленными голосами климатических скептиков. Было бы большой ошибкой полагать, что политические решения, в том числе и связанные с отношением к изменению климата, действительно связаны с научными представлениями об этом феномене.

Купер ссылается на тезис Даниэля Заревица (Daniel Sarewitz), согласно которому политические интересы и желания преобразований по ряду экологических вопросов в 1970-е гг. были намного более сильными, чем имевшиеся в то время научные данные по соответствующим вопросам по сравнению с тем, что мы знаем о них сегодня. Это же касалось и климатической политики: здесь налицо были не столько научные исследования, сколько политические интересы. Именно поэтому политические конфликты интересов в то время должны были быть вынесены на общественное обсуждение.

По мнению социолога Мэтью Нисбета (Matthew Nisbet), отношение к климатической политике и к изменению климата в США превратилось, подобно отношению к налоговой политике, праву на ношение оружия и законодательству об абортах, в политический и социальный маркер. Майк Халм (Mike Hulme) также связывает отношение к климатическим изменениям и климатический скептицизм не столько с наукой, сколько с различным мировоззрением и убеждениями, в связи с чем возможность убедить противную сторону в таких спорах ограничена.

Купер подчёркивает, что едва ли сторонники теории управляемого человеком изменения климата численно превышают скептиков. Существенным фактором глобального бездействия по климатическим вопросам является недостаток у большинства готовности к действиям.

Эвтрофикация водоема и ее сущность

Термин «эвтрофикация» пришел к нам из греческого языка, и означает «обильное питание». Такая трактовка его неслучайна, ведь означает он процесс чрезмерного поступления в воду различных биогенных веществ, что, в свою очередь, обуславливает развитие анаэробной микрофлоры и «цветение» воды. Благодаря бурному развитию, как правило, сине-зелёных водорослей можно внешне заподозрить эвтрофированный водоем. В нем существенно понижается уровень кислорода, что ухудшает условия нормальной жизнедеятельности водных организмов. Очень часто это можно наблюдать на примере малых рек, в конечном итоге зарастающих высшей водной растительностью или и вовсе высыхающих.

Среди основных причин данного процесса можно выделить следующие:

• сброс неочищенных сточных бытовых вод
• содержащих соединения азота и фосфора
• поверхностный сток в реки как самих нитратных и фосфатных удобрений, так и их продуктов распада
• стекание загрязненных навозом вод с животноводческих комплексов
• поступление органических веществ из атмосферы вместе с кислотными осадками.

Данный процесс еще больше усиливается благодаря несоблюдению установленных для каждого типа водоема водоохранных зон, призванных играть роль буфера между антропогенными объектами и водной средой. Неоправданная обработка почвы, в особенности на площадях, находящихся под уклоном, сельскохозяйственное освоение прибрежных участков способствуют еще более интенсивному вымыванию органических соединений из почвы и уничтожению водотока как среды для существования жизни.

Общие сведения

Дефицит чистой пресной воды — главная и актуальная проблема, которая стоит перед людьми. Основная часть планеты покрыта океанами, реками, озерами, морями. Их наличие является обязательным условием жизни всех организмов на земле. Также немаловажны водные запасы и для хозяйственной сферы.

По данным Википедии, каждый год на планете люди расходуют более 3400−3600 тонн воды. Основное количество этого большого объема (приблизительно 75%) уходит на сельскохозяйственные нужды. Без воды не сможет обойтись металлургия, химическая и целлюлозная промышленность, она требуется для бытовых нужд людей. Следствие хозяйственной деятельности — огромный объем сточных вод.

Быстрое увеличение количества людей, которые проживают на планете, привело к тому, что в определенных странах уже появились сообщения о нехватке пресной воды. Загрязнение гидросферы скоро лишит человечество и этих довольно скромных запасов.