Виды химических загрязнений
Наибольшую опасность вызывает заражение воды свинцом, ртутью или солями других тяжелых металлов, что приводит к эвтрофикации озер и рек, на берегах которых стоят промышленные предприятия. Нефть и производные из нее наносят не меньший вред. Загрязнение морей и океанов ими за год исчисляется 10 миллионами тонн, и на сегодняшний день общая площадь покрытия составляет 1/5 водной поверхности Земли.
Важно: 10 м2 нефтяной пленки на поверхности воды вызывает смерть не только живущих в зоне поражения организмов, но и животных, и птиц, обитающих в ее пределах
Еще один источник, вызывающий эвтрофикацию, — это нитраты и фосфаты, 1 мг/л которых уничтожает планктон, а 5 мг/л приводит к замору рыбы.
Так как поражение водоемов химическими веществами вызывает угнетение всех естественных биологических процессов в них, то подобные ситуации также называются экологическими катастрофами, приводящими к гибели окружающей среды.
Причины и последствия эвтрофикации водоемов, описание явления
Причины этого неприятного явления разные. В одних случаях это вызвано природными факторами. Например, замедлением тока воды, из-за чего прекращается нормальное снабжение придонных областей кислородом. Или чрезмерным развитием некоторых видов водорослей.
Очень часто эвтрофикация является результатом человеческой деятельности. С полей смывают удобрения, в стоки попадают ортфосфатные порошки, близлежащие животноводческие фермы и птицефабрики нарушают содержание азота в водоеме.
Внешние признаки загрязнения пруда (озера)
- Неприятный «тяжелый» запах
- Мутная пленка на поверхности
- Массивный осадок органических отложений на дне
- Неконтролируемое размножение водорослей, тины, ряски и других микроорганизмов, из-за чего жидкость приобретает устойчивый зеленый цвет.
О том, как сделать пруд для разведения рыбы читайте тут.
Эвтрофикация оказывает пагубное воздействие на биогеоценоз пруда с застойной водой:
Загрязнения водоемов бывают также комбинированными. То есть, эвтрофикация плюс сточные воды, опавшая листва и ветки, поваленные деревья, железные и пластмассовые корпуса отработавших механизмов, мусор антропогенного происхождения, и др.
Всю информацию про разведение рыбы в искусственных водоемах найдете в данной статье.
Эвтрофикация
|
Общие характеристики олиготрофных и эвтрофных озер. |
Эвтрофикация создает острые экономические и экологические проблемы.
Эвтрофикация — процесс, при котором озеро в избытке обогащается питательными веществами, что приводит к ухудшению качества воды, в результате чего последняя становится малопригодной как для водоснабжения, так и для отдыха на воде. Лимнологи классифицируют озера в соответствии с их биологической продуктивностью. Олиготроф-ные озера бедны питательными веществами. Типичными примерами таких озер могут служить холодные горные озера и озера, питаемые родниками, имеющие песчаное дно и отличающиеся прозрачной водой, очень ограниченным ростом растений и низкой воспроизводительной способностью рыб. При небольшом увеличении питательных веществ озеро становится мезотрофным, для него характерны некоторый рост растений, зеленоватая вода и умеренная продуктивность рыб. Эвтрофициро-ванные озера богаты питательными веществами. Рост растений ( микроскопических водорослей и водных сорняков с корнями) делает воду малопригодной для купания.
Эвтрофикация — бурное развитие водорослей, вызванное присутствием в воде биогенных элементов.
Эвтрофикация), Оно перерабатывается животными-детри-тофагами и бактериями, причем этот процесс связан с потреблением большого количества кислорода, поступлению которого из атмосферы препятствует ледовый панцирь.
Термин эвтрофикация происходит от греческого слова эвтрофос, что значит тучность, жирность. Эвтрофическая вода богата питательными веществами, обеспечивающими бурное развитие водорослей. Разрушение микроорганизмами этих водорослей приводит к недостатку кислорода в природных водах, следствием чего являются гибель рыбы, ухудшение рекреационной ценности водоема, неприятный привкус питьевой воды.
Процессам эвтрофикации вод способствует поступление азота, фосфора и других биогенных элементов с бытовыми сточными водами, со стоками, содержащими детергенты, с поверхностным стоком с сельскохозяйственных полей, удобряемых веществами, содержащими эти элементы.
Мерой угрозы эвтрофикации служат характеристики потребления кислорода как в сточных, так и в природных водах. Подробно эти вопросы рассматриваются в специальных курсах, и мы ограничиваемся здесь лишь их нормативными определениями, необходимыми для рассмотрения в дальнейшем некоторых вопросов, связанных с экологией.
ЭВТРОФИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННАЯ — эвтрофикация, обусловленная деятельностью человека. Развивается в результате обогащения водоема биогенными элементами, поступающими со сточными водами, а также с поверхностным стоком с удобряемых полей; приводит к цветению воды и к резкому ухудшению ее качества. ЭВТРОФЫ — растения, развивающиеся нормально только на богатых питательными веществами почвах ( напр.
Рассмотрим оценку процесса эвтрофикации по контролируемым сегодня индикаторам экологической обстановки.
|
Общие характеристики олиготрофных и эвтрофных озер. |
Согласно классической схеме естественный эвтрофикации, только что образовавшееся глубокое озеро ( классический пример — после отступления ледника) бедно биогенными элементами, поскольку прошло слишком мало времени для их вымывания из окружающих водоем горных пород и поступления путем поверхностного стока с водосборного бассейна. В результате первичная и вторичная продуктивность низки, вода прозрачная и на всю глубину насыщена кислородом.
|
Импорт растительного белка в Европу по сравнению с потреблением его в Африке и Индии. |
При всех антропогенных явлениях эвтрофикации и гипертрофикации питательные вещества в водную среду попадают из почвенной среды. Круговорот минеральных веществ нарушается, и питательные вещества в органической и неорганической форме накапливаются в воде. В настоящее время Европа импортирует белок в форме растительной продукции, в результате потребление растительных белков в Европе значительно превышает их потребление в таких районах, как Индия и Африка.
|
Пирамида биомассы и содержание ДЦТ ( млн-1 на разных трофических уровнях одной из пищевых цепей. |
Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов.
1.
Повышение содержания биогенных элементов
в верхних горизонтах воды вызывает
бурное развитие растений в этой зоне
(в первую очередь фитопланктона, а также
водорослей – обрастателей) и увеличение
численности питающегося фитопланктоном
зоопланктона. В результате прозрачность
воды резко снижается, глубина проникновения
солнечных лучей уменьшается, и это ведет
к гибели донных растений от недостатка
света. После отмирания донных водных
растений наступает черед гибели прочих
организмов, которым эти растения создают
места обитания или для которых они
являются вышерасположенным звеном
пищевой цепи.
2.
Сильно размножившиеся в верхних
горизонтах воды растения (особенно
водоросли) имеют намного большую
суммарную поверхность тела и биомассу.
В ночные часы фотосинтез в этих растениях
не идет, тогда как процесс дыхания
продолжается. В результате в предутренние
часы теплых дней кислород в верхних
горизонтах воды оказывается практически
исчерпанным, и наблюдается гибель
обитающих в этих горизонтах и требовательных
к содержанию кислорода организмов
(происходит так называемый «летний
замор»).
3.
Отмершие организмы рано или поздно
опускаются на дно водоема, где происходит
их разложение. Однако, как мы отметили
в пункте 1, донная растительность из-за
эвтрофикации погибает, и производство
кислорода здесь практически отсутствует.
Если же учесть, что общая продукция
водоема при эвтрофикации увеличивается
(см. пункт 2), между производством и
потреблением кислорода в придонных
горизонтах наблюдается дисбаланс,
кислород здесь стремительно расходуется,
и все это ведет к гибели требовательной
к кислороду донной и придонной фауны.
Аналогичное явление, наблюдающееся во
второй половине зимы в замкнутых
мелководных водоемах, называется «зимним
замором».
4.
В донном грунте, лишенном кислорода,
идет анаэробный распад отмерших
организмов с образованием таких сильных
ядов, как фенолы и сероводород, и столь
мощного «парникового газа» (по своему
эффекту в этом плане превосходящего
углекислый газ в 120 раз), как метан. В
результате процесс эвтрофикации
уничтожает большую часть видов флоры
и фауны водоема, практически полностью
разрушая или очень сильно трансформируя
его экосистемы, и сильно ухудшает
санитарно-гигиенические качества его
воды, вплоть до ее полной непригодности
для купания и питьевого водоснабжения.
5.Появление
в водах наносов и биогенов.Источником
наносов является почвенная эрозия.
Биогены, например, нитраты, фосфаты и
калий ионы, прикрепляются к частичкам
глины и гумуса и сопутствуют наносам.
Все источники наносов одновременно
служат источником биогенов в водоемах:
-удобрения,
вымываемые с полей и садов;
-отходы
животноводства, смываемые с пастбищ,
ферм и конюшен;
-смываемые
из городов и пригородов отходы домашних
животных;
-экскременты
человека;
-фосфатсодержащие
детергенты (моющие средства);
-кислотные
дожди.
Источники высокого стока биогенных веществ
|
Точечные источники Сточные воды (городские и промышленные) Неточечные источники Сток из сельского хозяйства из-за удобрений и пестицидов / орошения |
Чтобы определить, как лучше всего предотвратить эвтрофикацию, необходимо определить конкретные источники, которые способствуют загрузке питательными веществами. Есть два общих источника питательных веществ и органических веществ: точечные и неточечные источники.
Точечные источники
Точечные источники напрямую связаны с одним влиянием. В точечных источниках отходы питательных веществ перемещаются прямо из источника в воду. Точечные источники относительно легко регулировать.
Неточечные источники
Загрязнение из неточечных источников (также известное как «диффузное» или «стоковое» загрязнение) — это загрязнение из неопределенных и диффузных источников. Неточечные источники трудно регулировать, и они обычно изменяются в пространстве и во времени (в зависимости от сезона , осадков и других нерегулярных явлений ).
Показано, что перенос азота коррелирует с различными показателями деятельности человека в водоразделах, в том числе с уровнем развития. Вспашка в сельском хозяйстве и развитии — это виды деятельности, которые больше всего способствуют загрузке питательными веществами. Неточечные источники вызывают особую озабоченность по трем причинам:
Удержание почвы
Питательные вещества от деятельности человека, как правило, накапливаются в почве и остаются там годами. Было показано, что количество фосфора, потерянного в поверхностные воды, увеличивается линейно с увеличением количества фосфора в почве. Таким образом, большая часть питательных веществ в почве в конечном итоге попадает в воду. Точно так же время оборота азота составляет десятилетия.
Сток в поверхностные воды
Питательные вещества от деятельности человека, как правило, перемещаются с суши в поверхностные или грунтовые воды. Азот, в частности, удаляется через ливневые стоки , канализационные трубы и другие виды поверхностных стоков . Потери питательных веществ в стоках и фильтрах часто связаны с сельским хозяйством . Современное сельское хозяйство часто предполагает внесение питательных веществ на поля для увеличения производства. Однако фермеры часто применяют больше питательных веществ, чем поглощается посевами или пастбищами. Нормы, направленные на минимизацию экспорта питательных веществ из сельского хозяйства, как правило, гораздо менее жесткие, чем те, которые применяются в отношении очистных сооружений и других точечных источников загрязнения. Следует также отметить, что озера в лесных массивах также подвержены влиянию поверхностного стока. Сток может вымывать минеральный азот и фосфор из детрита и, как следствие, снабжать водоемы, что приводит к медленному естественному эвтрофикации.
Атмосферное осаждение
Азот попадает в воздух из-за улетучивания аммиака и образования закиси азота. Сгорания из ископаемого топлива является крупным человеком , инициированного источником загрязнения атмосферного азота. Атмосферный азот достигает земли посредством двух различных процессов, первый — это влажное осаждение, такое как дождь или снег, а второй — сухое осаждение, которое представляет собой частицы и газы, обнаруженные в воздухе. Атмосферное осаждение (например, в виде кислотных дождей ) также может влиять на концентрацию питательных веществ в воде, особенно в высокоиндустриальных регионах.
Любой фактор, вызывающий повышение концентрации питательных веществ, потенциально может привести к эвтрофикации. При моделировании эвтрофикации критически важную роль играет скорость обновления воды; застоявшаяся вода может собирать больше питательных веществ, чем тела с пополненными запасами воды. Также было показано, что высыхание водно-болотных угодий вызывает увеличение концентрации питательных веществ и последующее цветение эвтрофикации.
Люди и планета
Человек – единственное живое существо на Земле, которое не смогло наладить с ней гармоничные отношения. Если внимательно изучить возникновение и развитие каждого вида, то можно проследить, как они либо адаптировались к условиям планеты, либо исчезали с ее лица, и только человек решил, что сущее создано исключительно для него, и эксплуатировал его в своих целях. Как люди распорядились с осознанием своего превосходства над другими живыми существами, видит сегодняшнее поколение. Цветущие водоемы, мертвые моря, наступающие пустыни – это лишь малая толика того, что натворило человечество за время своего существования.
Самый большой урон природе был нанесен в XX веке, и вызван он развитием таких отраслей, как:
- Химическая промышленность, которая заняла ведущее место в пищевой, текстильной, машиностроительной, фармацевтической, сельскохозяйственной и многих других индустриях.
- Мелиорация, при которой неправильное распределение водных ресурсов, строительство дамб и других сооружений привело к нарушениям привычной экосистемы водоемов. Зачастую итогом этого становится последующая эвтрофикация (это обогащение или отравление воды не свойственными для ее состава элементами). Так было с Аральским морем, когда в 60-е годы прошлого столетия из-за крайне высокого водозабора из Амударьи и Сырдарьи, питающих его, оно обмелело на 13 метров. Как сегодня выглядит Аральское море, знают все экологи мира.
- Электрификация страны, проводимая в 30-е годы XX века, так же стала причиной последующей эвтрофикации водоемов, так как привела к строительству искусственных водохранилищ. Отрезанные дамбой от основного речного потока, они перекрывали движение воды и естественные места нереста рыб, что нарушало экосистему рек, и последующее зарыбление мало что смогло изменить.
Человек так и не стал «дружить» с планетой, так как только незначительная часть людей осознает масштабы мировой катастрофы и входит в партии и организации, занимающиеся защитой окружающей среды.
Наземные экосистемы
Наземные экосистемы также подвержены неблагоприятному воздействию эвтрофикации. Повышенное содержание нитратов в почве часто нежелательно для растений. Многие виды наземных растений находятся под угрозой исчезновения в результате эвтрофикации почвы, как, например, большинство видов орхидей в Европе. Луга, леса и болота характеризуются низким содержанием питательных веществ и медленнорастущими видами, адаптированными к этим уровням, поэтому они могут быть зарастены более быстрорастущими и более конкурентоспособными видами. На лугах высокие травы, которые могут использовать более высокий уровень азота, могут изменить площадь, так что естественные виды могут быть потеряны. Богатые видами болота могут быть заменены видами тростника или вейника . Лес подрост влияет стекания из соседнего оплодотворенной поля может быть превращен в крапивы и ежевики чащу.
Химические формы азота чаще всего вызывают обеспокоенность в связи с эвтрофикацией, потому что растениям предъявляются высокие требования к азоту, так что добавление соединений азота будет стимулировать рост растений. Азот недоступен в почве, потому что N 2 , газообразная форма азота, очень стабильна и недоступна непосредственно для высших растений. Наземные экосистемы полагаются на фиксацию азота микробами для преобразования N 2 в другие формы, такие как нитраты . Однако существует предел того, сколько азота можно использовать. Экосистемы, получающие больше азота, чем требуется растениям, называются азотонасыщенными. Таким образом, насыщенные наземные экосистемы могут вносить как неорганический, так и органический азот в процесс эвтрофикации пресноводных, прибрежных и морских вод, где азот также обычно является ограничивающим питательным веществом . То же самое и с повышенным уровнем фосфора. Однако, поскольку фосфор обычно намного менее растворим, чем азот, он вымывается из почвы гораздо медленнее, чем азот. Следовательно, фосфор гораздо важнее как ограничивающее питательное вещество в водных системах.
Эвтрофикация — водоем
Эвтрофикация водоемов тоже означает усиление расхода кислорода в воде.
Эвтрофикация водоемов — обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. Результатом является помутнение воды, гибель бентосных растений, снижение концентрации растворенного кислорода, недостаток его для глубоководных рыб и моллюсков. Эвтрофикация может происходить даже в медленно текущих пресных водах. Чем больше органических веществ поступает в озеро, тем больше требуется кислорода1 для перевода их в неорганические соединения.
Это вызывает эвтрофикацию водоемов.
Оценка и контроль степени эвтрофикации водоемов базируется на исследовании редокс-состояния водной системы. Основным источником поступления пероксида водорода в природные водоемы ( по крайней мере, для северо-западного региона России) является продукция фитопланктона в ходе его фотосинтетической активности в дневное время. Мониторинг концентрации пероксида водорода в дневное время, по данным В. А. Любимцева и С. В.Хо-лодкевича ( 1996), позволяет делать количественное заключение об интенсивности жизнедеятельности фитопланктона, что, с учетом биомассы его водорослей, может использоваться при оценке степени эвтрофирования водоема, его самоочищающей способности, а также для выявления зон неустойчивого химико-биологического равновесия экосистемы водоема.
Особенно много внимания проблеме эвтрофикации непроточных и малопроточных водоемов, ведущей к их цветению, порче качества воды и препятствующей хозяйственно-питьевому и рекреационному использованию, уделяется за рубежом. Принимаются меры к ограничению поступления в водоемы биогенных элементов, особенно азота и фосфора, а также к уничтожению сине-зеленых и других водорослей.
Разрабатываются новые способы борьбы с эвтрофикацией водоемов. Некоторые из них направлены на снижение количества азота и фосфора в сточных водах. Для этого последние предварительно пропускают в течение нескольких дней через мелководные пруды, в которых разводят водоросли, поглощающие азот и фосфор.
|
Показатели работы фильтровальных станций доочистки сточных вод. |
Необходимость удаления этих соединений обусловлена тем, что они способствуют эвтрофикации водоемов, биологическому обрастанию систем водоснабжения промышленных предприятий. Удаление биогенных элементов производится в несколько этапов. Затем на градирне производится отдув-ка растворенного в воде аммиака, эффективность удаления которого колеблется от 30 до 90 % в зависимости от температуры воздуха и воды, рН среды и гидравлической нагрузки на градирню.
Основные трудности при использовании поверхностных водных источников связаны с загрязнением и эвтрофикацией водоемов. Качество воды зависит от принятой на территории водосборного бассейна практики возделывания сельскохозяйственных угодий, расположения сбросов городской и промышленной канализации, речных сооружений, например плотин, времени года и климатических условий. В периоды интенсивных дождей с обрабатываемых полей и лесных участков вымываются илистые частицы и органические вещества, тогда как в засушливые годы вода в природном источнике содержит высокие концентрации загрязнений, которые поступают вместе со сточной водой, сливаемой из канализации. Температура воды в реках летом сильно отличается от зимней температуры.
Используется для прогрева жидкостей, перемешивания агрессивных жидкостей, для борьбы с эвтрофикацией водоемов.
|
Коэффициенты дисперсии и диффузии хлоридов и некоторых действующих веществ химических средств защиты растений в насыщенной системе почва — вода. |
В определенных условиях они, если речь идет о питательных веществах растений, приводят к эвтрофикации водоемов, что также будет рассмотрено в настоящей книге.
В результате возникают многообразные отрицательные последствия, разрушающие природные экосистемы, ведущие, в частности, к эвтрофикации водоемов ( см. разд.
До половины азота, вносимого на поля, вымывается в грунтовые воды, озера, реки и вызывает эвтрофикацию водоемов.
При выпуске очищенных сточных вод в замкнутые и малопроточные водоемы, а также при повторном их использовании в техническом водоснабжении возникает необходимость удаления из сточных вод соединений фосфора и азота для предупреждения эвтрофикации водоемов ( массового развития водорослей), а также интенсивного биологического обрастания трубопроводов и оборудования.
Абиотические составляющие воды
Она является не только средой обитания для миллионов живых организмов, но и аккумулятором солнечной энергии, благодаря своим свойствам:
- Ее плотность в 800 раз превышает показатели воздуха, а вязкость – в 55 раз.
- У воды высочайший уровень теплоемкости, что оказывает влияние на формирование климата на Земле.
- Водные массы за счет своего передвижения в пространстве (круговорот в природе) поддерживают свойственный им химический и физический состав.
- К абиотическим факторам также относятся температурные изменения (уровень прогревания) в зависимости от глубины водоемов.
- От степени насыщения воды кислородом зависит выживаемость дышащих организмов в ней.
- Кислотность — также важный показатель, так как обитатели водоемов, привыкшие и выживающие в одном ее уровне, погибают, если его показатель меняется в ту или иную сторону.
- Прозрачность водной поверхности определяет глубину ее светового режима.
Важно: последний фактор оказывает влияние на развитие, фотосинтез и распространение зеленых микроорганизмов, фитопланктона, органических полезных веществ и уровня их накоплений. Процесс эвтрофикации водоемов запускается в том случае, если какой-то или сразу несколько абиотических факторов нарушены
Допустим, причина гибели живых организмов в нем связана с замутнением воды, вызванным увеличением в ней количества минеральных и органических веществ, доставляемых в нее промышленными стоками. Чтобы изменить это, следует ликвидировать причину, вызвавшую замутнение (перекрыть сток), после чего проводится очистка воды с последующим ее насыщением веществами и организмами, свойственными ее экосистеме
Процесс эвтрофикации водоемов запускается в том случае, если какой-то или сразу несколько абиотических факторов нарушены. Допустим, причина гибели живых организмов в нем связана с замутнением воды, вызванным увеличением в ней количества минеральных и органических веществ, доставляемых в нее промышленными стоками. Чтобы изменить это, следует ликвидировать причину, вызвавшую замутнение (перекрыть сток), после чего проводится очистка воды с последующим ее насыщением веществами и организмами, свойственными ее экосистеме.
Эвтрофикация – это верная смерть всей живности не только в воде, но и в окружающей местности. Так как береговые животные и растения напрямую зависят от чистоты окружающего водного пространства, которое является не только их домом, но и зоной питания и размножения, то с его уничтожением исчезает ареал их обитания.
Последствия
Причины эвтрофикации водоемов, о которых упоминалось, ведут к тому, что в водной среде начинают интенсивно появляться биогены. Они способствуют возникновению следующих процесов:
- Живые организмы в воде начинают отмирать и падать на дно. Из-за ощутимого разложения на глубине практически исчезает кислород. Из-за этого остальная часть рыбы также гибнет, что запускает новую цепочку, она разлагается, кислород исчезает и усиливается эвтрофикация. Это, в свою очередь, запускает почти необратимый процесс.
- Вода становится темной из-за появления огромного числа планктона. По этой причине свет не способен пробиться до дна, вследствие чего на глубине исчезают полезные растения водоемов. Без подводной флоры не может образовываться кислород.
- В летний период из-за биогенов ситуация усложняется, поскольку холодные воды, протекающие на дне, и горячие сверху не могут смешаться, поэтому эвтрофикация водоемов усиливается.
- С наступлением вечера большое количество планктона начинает поглощать остатки кислорода, к утру истощая водоем, рыба остается без воздуха. Это влечет ее гибель.
- Если водоем служил источником воды для населения, со временем он может стать непригодным. Такое случается из-за того, что анаэробные процессы способствуют появлению в воде ядовитых элементов, таких как метан и сероводород.
