Из за чего загрязняется мировой океан. Список использованной литературы

Реферат

Загрязнение морей и океанов

В течение последних нескольких десятков лет происходит загрязнение океанов и морей такими вредными для их жизнедеятельности веществами, как нефть, тяжелые металлы, пестициды, радиоизотопы и другие вредные вещества. Загрязнение происходит в результате сброса в реки, а затем и в океан сточных вод различных промышленных предприятий, стока с полей и лесов, обработанных пестицидами, и потерь нефти при ее перевозках танкерами. Газообразные токсические вещества, такие, как оксид углерода (II), оксид серы (IV), попадают в морскую воду через атмосферу. По подсчетам Калифорнийского технологического института в Мировой океан вместе с дождем ежегодно поступает 50 тыс. т свинца, попадающего в воздух вместе с выхлопными газами автомобилей. Вблизи береговой линии в районах больших городов в морской воде нередко обнаруживается патогенная микрофлора. Степень загрязнения вод в океане все возрастает. Нередко способность воды к самоочищению оказывается уже недостаточной, чтобы справиться с постоянно увеличивающимся количеством сбрасываемых отходов. Поля загрязнения формируются в основном в прибрежных водах крупных промышленных центров и устьев рек, а также в районах интенсивного судоходства и нефтедобычи. Течениями загрязнения распространяются очень быстро и оказывают вредные воздействия на зоны океанов, наиболее богатые животными и растительностью, наносят серьезный ущерб экономике и состоянию морских экосистем.

К числу наиболее вредных химических загрязнений, как указано в принятой в конце 1972 г. Международной конвенции по предотвращению загрязнений морей сбросами отходов, относятся нефть и нефтепродукты. В современном капиталистическом мире потребление нефти во всех ее видах ежегодно обходится в астрономическую сумму - 740 млрд. Дол. А стоимость добычи нефти равна всего 80 млрд. дол. Отсюда стремление нефтяных монополий заполучить в свое распоряжение новые и Новые месторождения черного золота. В связи с ростом добычи, транспортировки, переработки и потребления нефти и нефтепродуктов расширяются масштабы загрязнения природы. Растет загрязнение нефтяными продуктами и водной среды. «Океан умирает, он болен по вине человека»,- эти слова Тура Хейердала хорошо известны. Еще в 1969 г. вовремя плавания через Атлантический океан на папирусном судне «Ра» он отмечал, что поверхность моря была свободна от глобул нефти и дегтя только в течение нескольких дней за весь двухмесячный период путешествия. В настоящее время положение не улучшилось.

По оценке национальной Академии наук США в середине 70-х годов только в морскую среду попадало примерно 6 млн. т нефти. К концу 70-х годов выбросы нефти в моря и океаны возросли до 10 млн. т/год. Наибольший вред наносят разливы нефти в результате катастроф танкеров и аварий на морских буровых платформах. Число таких аварий необычайно велико: только в США в 1972-1976 гг. береговой охраной регистрировалось в среднем 12,3 тыс. случаев таких выбросов в год.

При сохранении числа аварий прослеживается тенденция к увеличению масштабов единовременных выбросов нефти главным образом из-за аварий супертанкеров. Выбросы нефти в конце 60-х - начале 70-х годов в результате катастроф таких танкеров, как «Белен» и «Торри Каньон», меркнут в сравнении с разливом 220 тыс. т нефти при аварии танкера «Амоко Кадис» в марте 1978 г. Анализ последствий этой аварии для окружающей среды, выполненный 20 месяцев спустя, показал, что в течение последующих трех - пяти лет добыча устриц в пораженной акватории будет невозможна, а осевшая на дно нефть будет выбрасываться на поверхность штормами по крайней мере в течение 10 ближайших лет. Прогноз подтвердился. Возрастает и «лепта», вносимая в загрязнение водной среды морскими буровыми платформами. Загрязнение имеет место при добыче нефти на шельфе. В апреле 1977 г. в Северном море в 270 км от норвежского города Ставангер на крупнейшей платформе норвежских разработок нефтяного месторождения вырвался фонтан нефти высотой в 60 м. Больше недели понадобилось, чтобы перекрыть нефтяной фонтан. За это время в воды Северного моря было выброшено 25 тыс. т нефти. Площадь нефтяного пятна достигла 4000 км2. Попытки собрать нефть с поверхности воды продемонстрировали почти полную беспомощность находящейся на вооружении нефтедобывающих компаний техники по удалению нефтяных пятен. С помощью своеобразных «пылесосов» с поверхности моря удалось собрать всего лишь 800 т нефти. Большая часть разлитой нефти затонула и будет еще долго отравлять придонную флору и фауну Северного моря. Авария поставила под угрозу излюбленные места развития сельди и потомства скумбрии, которая нерестится в этих местах. По мнению некоторых ученых, воздействие катастрофы должно было сказываться по меньшей мере в течение трех лет.

Увеличение потребления нефтепродуктов во всем мире привело в последние годы к значительному росту танкерного флота. В мире действует гигантский танкерный флот общей вместимостью более 120 млн. брутт-регистровых тонн - это свыше трети вместимости всех морских транспортных средств. В последние годы наметилась тенденция резкого увеличения грузоподъемности танкеров. Уже плавают 230 судов, обладающих грузоподъемностью 200 тыс. т и более, в том числе два «полумиллионника». Строятся и более мощные танкеры. Это значительное достижение инженерной мысли, но в то же время и колоссальная потенциальная опасность для вод Мирового океана. Подсчитано, что 200 тыс. т нефти достаточно, чтобы превратить все Балтийское море в биологическую пустыню. В портах не удается выгрузить нефть до конца. Около 1% ее теряется на испарение и остается на стенках и днищах танкеров. Приходится их промывать, и это чаще всего делают в открытом море. Пустой танкер теряет управляемость. Чтобы избежать этого, в танкеры закачивают морскую воду в качестве балласта (обычно более 30% тоннажа судна). Перед новой загрузкой балласт выкачивают вместе с остатками.нефти. По подсчетам специалистов танкеры и другие суда, которые промывают свои трюмы в открытом море, оставляют в нем более 2 млн. т/год нефти. Нефть и нефтепродукты оказывают вредное воздействие на многие живые организмы и пагубно влияют на все звенья биологической цепи. Нефтяные пленки на поверхности морей и океанов могут нарушать обмен энергией, теплом, влагой и газами между океаном и атмосферой. В конечном итоге наличие нефтяной пленки на поверхности океана может повлиять не только на физико-химические и гидробиологические условия в океане, но также и на климат Земли, на баланс кислорода в атмосфере.

Нефтяное загрязнение наносит жестокий удар по биологическому равновесию моря. Пятно не пропускает солнечные лучи, замедляет обновление кислорода в воде. В результате перестает размножаться планктон - основной продукт питания морских обитателей. В верхних пяти - десяти сантиметрах водной толщи развивается богатейшее сообщество самых разнообразных организмов. Его называют нейстоном. Здесь находится «питомник» молоди очень многих видов рыб и беспозвоночных животных, которые во взрослом состоянии населяют водную толщу и дно морей и океанов. На поверхности океана накапливаются и вещества-загрязнители, в том числе нефть и нефтепродукты. Растворимые компоненты нефти очень ядовиты. Их присутствие приводит к гибели морских обитателей и прежде всего рыб, чем наносится серьезный ущерб экономике ряда стран мира. Растворимые компоненты нефти нередко становятся причиной гибели морских птиц, отрицательно влияют на вкусовые качества мяса морских животных. Если оплодотворенную икру рыбы поместить в аквариум с весьма незначительной концентрацией нефтепродуктов, то большинство зародышей погибает, а многие из уцелевших оказываются уродами.

Нефть отрицательно влияет на физиологические процессы, вызывает патологические изменения в тканях и органах, нарушает работу ферментативного аппарата, нервной системы. Нефть - своего рода наркотик для морских обитателей. Замечено, что некоторые рыбы, «хлебнув» однажды нефти, уже не стремятся покинуть отравленную зону. Нефтяное загрязнение - грозный фактор, влияющий на жизнь всего Мирового океана. Особенно опасно загрязнение высокоширотных вод, где из-за низкой температуры нефтепродукты практически не разлагаются и как бы «консервируются» льдами, поэтому нефтяное загрязнение может нанести серьезный ущерб окружающей среде Арктики и Антарктики

Наиболее серьезной проблемой морей и океанов в нашем столетии является загрязнение нефтью, последствия которого губительны для всей жизни на Земле. Поэтому в 1954 году в Лондоне прошла международная конференция, ставившаяся целью выработать согласованные действия по охране морской среды от загрязнения нефтью. На ней была принята конвенция, определяющая обязанности государств в этой области.

Позже в 1958 году в Женеве были приняты еще четыре документа: об открытом море, о территориальном море и прилежащей зоне, о континентальном шельфе, о рыболовстве и охране живых ресурсов моря. Эти конвенции юридически закрепили принципы и нормы морского права. Они обязывали каждую страну разработать и ввести в действие законы, запрещающие загрязнять морскую среду нефтью, радиоотходами и другими вредными веществами. Прошедшая в 1973 году в Лондоне конференция приняла документы по предотвращению загрязнения с судов. Согласно принятой конвенции, каждое судно должно иметь сертификат - свидетельство о том, что корпус, механизмы и прочая оснастка находятся в исправном положении и не наносят ущерб морю. Соответствие сертификатам проверяется инспекцией при заходе в порт.

Запрещен слив нефтесодержащих вод с танкеров, все сбросы с них должны выкачиваться только на береговые приемные пункты. Для очистки и обеззараживания судовых сточных вод, в том числе хозяйственно-бытовых, созданы электрохимические установки. Институт океанологии РАН разработал эмульсионный метод очистки морских танкеров, полностью исключающий попадание нефти в акваторию. Он заключатся в добавлении к промывной воде нескольких поверхностно-активных веществ (препарат МЛ), что позволяет осуществить на самом судне очистку без сброса загрязненной воды или остатков нефти, которую можно впоследствии регенерировать для дальнейшего использования. С каждого танкера удается отмыть до 300 т нефти.

В целях предотвращения утечек нефти совершенствуются конструкции нефтеналивных судов. Многие современные танкеры имеют двойное дно. При повреждении одного из них нефть не выльется, ее задержит вторая оболочка.

Капитаны судов обязаны фиксировать в специальных журналах сведения обо всех грузовых операциях с нефтью и нефтепродуктами, отмечать место и время сдачи или слива с судна загрязненных сточных вод.

Для систематической очистки акваторий от случайных разливов применяются плавучие нефтесборщики и боковые заграждения. Также в целях предотвращения растекания нефти используются физико-химические методы. Создан препарат пенопластовой группы, который при соприкосновении с нефтяным пятном полностью его обволакивает. После отжима пенопласт может использоваться вторично в качестве сорбента. Такие препараты очень удобны из-за простоты применения и невысокой стоимости, однако их массовое производство пока не налажено. Также существуют сорбирующие средства на основе растительных, минеральных и синтетических веществ. Некоторые из них могут собирать до 90% разлитой нефти. Главное требование, которое к ним предъявляется, - это непотопляемость.

После сбора нефти сорбентами или механическими средствами на поверхности воды всегда остается тонкая пленка, которую можно удалить путем разбрызгивания разлагающих ее химических препаратов. Но при этом эти вещества должны быть биологически безопасны.

В Японии создана и апробирована уникальная технология, с помощью которой можно в короткие сроки ликвидировать гигантское пятно. Корпорация «Кансай санге» выпустила реактив ASWW, основной компонент которого - специально обработанная рисовая шелуха. Распыленный по поверхности, препарат в течение получаса всасывает в себя выброс и превращается в густую массу, которую можно стащить простой сетью.

Оригинальный способ очистки продемонстрирован американскими учеными в Атлантическом океане. Под нефтяную пленку на определенную глубину опускается керамическая пластинка. К ней подсоединяется акустическая пластинка. Под действием вибрации сначала скапливается толстым слоем над местом, где установлена пластинка, а затем смешивается с водой и начинает фонтанировать. Электрический ток, подведенный к пластинке, поджигает фонтан, и нефть полностью сгорает.

Для удаления с поверхности прибрежных вод пятен масел американские ученые создали модификацию полипропилена, притягивающего жировые частицы. На катере-катамаране между корпусами поместили своеобразную штору из этого материала, концы которой свисают в воду. Как только катер попадает на пятно, нефть прочно прилипает к «шторе». Остается лишь пропустить полимер через валики специального устройства, которое отжимает нефть в приготовленную емкость.

С 1993 года был запрещен сброс жидких радиоактивных отходов (ЖРО), но число их неуклонно растет. Поэтому в целях защиты окружающей среды в 90-е годы стали разрабатываться проекты очистки ЖРО.

В 1996 году представители японских, американских и российских фирм подписали контракт на создание установки по переработке ЖРО, скопившихся на Дальнем Востоке России. На реализацию проекта правительство Японии выделило 25,2 млн. долларов.

Однако, несмотря на некоторые успехи в поиске эффективных средств, ликвидирующих загрязнения, о решении проблемы говорить рано. Только внедрением новых методик очисток акваторий невозможно обеспечить чистоту морей и океанов. Центральная задача, которую необходимо решать всем странам сообща, - предотвращение загрязнения

Ежедневно с земли в океан поступает до 5 тыс. т ртути, используемой в сельском хозяйстве и промышленности. Отходы, содержащие ртуть, свинец и медь, локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнения ртутью существенно снижают первичную продуктивность морских вод. В зонах наибольшей концентрации ртути отмечается уменьшение количества мельчайших зеленых водорослей, синтезирующих органические вещества и выделяющих кислород. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепочке более высокоорганизованным организмам.

В результате в рыбах, морских млекопитающих, птицах тяжелые металлы могут накапливаться в опасных концентрациях. Так, отдельные виды рыб в Средиземном море содержат в два-три раза больше ртути, чем считается безопасным, согласно стандартам, принятым Всемирной организацией здравоохранения. Владельцы расположенного в небольшом японском городке Мина-мате (остров Кюсю) химического комбината в безудержной погоне за прибылью долгие годы сбрасывали в океан сточные воды комбината, насыщенные ртутью. В результате прибрежные воды и рыбы оказались отравленными ею. Питание отравленной рыбой привело к гибели десятков местных жителей, сотни людей получили тяжелые психопаралитические заболевания. В июле 1972 г. специальная комиссия официально подтвердила 231 случай заболеваний, в том числе 59 случаев со смертельным исходом.

Четыре месяца спустя эта цифра увеличилась до 292. Ко времени, когда суд вынес свое заключение о причине заболевания, официально признанных больными было уже 370 человек. В марте 1973 г. их количество увеличилось до 397, а к настоящему времени оно достигло 602 человека, из которых 79 умерли. Минамата стала подлинной «промышленной Хиросимой» Японии, а термин «болезнь Минаматы» широко применяется теперь в медицине для обозначения отравления людей промышленными отходами. Трагедия Минаматы еще раз напоминает людям, к чему может привести бездумное, хищническое отношение человека к окружающей его природной среде

Мировая продукция пестицидов (химические средства для уничтожения вредных насекомых) достигает 200 тыс. т/год. Относительная химическая устойчивость многих из этих соединений, а также характер распространения способствовали их поступлению в моря и океаны в больших объемах. Постоянное накопление в воде хлорорганических веществ представляет серьезную угрозу для жизни людей. Установлено, что существует определенное равновесие между уровнем загрязнения воды хлорорганическими веществами и их концентрациями в жировых тканях рыб и морских млекопитающих. Пестициды обнаружены в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у Западного побережья Англии, Исландии, Португалии, Испании. ДДТ и гексахлоран обнаружены в значительных количествах в печени и жире тюленей и антарктических пингвинов, хотя препараты ДДТ в условиях Антарктиды и не применялись. Пары ДДТ и других хлорорганических веществ могут концентрироваться на взвешенных коллоидных частицах атмосферного воздуха или соединяться с капельными частицами аэрозолей и в таком состоянии переноситься на большие расстояния. Другим возможным источником появления этих веществ в Антарктиде может быть загрязнение океана в результате интенсивного применения их в США и Канаде. Вместе с океанической водой ядохимикаты достигают Антарктиды.

В моря и океаны через реки непосредственно с суши, с судов и барж сбрасываются жидкие и твердые бытовые отходы (фекалии, отстойный шлам, отбросы). Часть этих загрязнений оседает в прибрежной зоне, а часть под влиянием морских течений и ветра рассеивается в разных направлениях. В поверхностном слое моря в огромных количествах развиваются бактерии. И не только полезные, играющие важную роль в жизни нейстона и всего моря. В последнее время вблизи крупных городов все чаще появляются патогенные виды бактерий, возбудители желудочно-кишечных и других заболеваний. Это следствие выпуска в море бытовых сточных вод без предварительной биологической очистки. Бытовые отбросы опасны не только тем, что они являются фактором передачи некоторых болезней человека, главным образом кишечной группы (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что содержат значительное количество кислород поглощающих веществ. Кислород поддерживает жизнь в море, он - необходимый элемент для процесса разложения органических веществ, поступающих в водную среду. Если коммунальные отбросы поступают в воду в очень больших количествах, может наступить значительное снижение растворимого кислорода, необходимого для жизни морских организмов. В последние десятилетия особым видом твердых отбросов, загрязняющих океаны, стали пластмассовые изделия (синтетические пленки и емкости, пластмассовые сети и др.).

Эти материалы, будучи более легкими, чем вода, длительное время плавают на поверхности, загрязняют морские побережья. Пластмассовые отходы - серьезная опасность для судоходства. Они опутывают гребные винты судов, засоряют трубопроводы системы охлаждения морских двигателей и нередко являются причиной кораблекрушений. Известны случаи гибели крупных морских млекопитающих, вызванные механической закупоркой легких мелкими обрезками синтетической упаковки. Загрязняют моря и особенно их прибрежные части фановые и хозяйственно-бытовые сточные воды судов, количество которых постоянно увеличивается как вследствие возрастания интенсивности судоходства, так и с ростом благоустройства судов. Величина водопотребления на пассажирских судах приближается к показателям крупных городов, т. е. 300-400 л/сут и более на одного человека

Страдают от загрязнения моря и особенно те, в которых условия самоочищения не совсем благоприятны. Весьма уязвимо в экологическом отношении Средиземное море. Для рельефа дна Средиземного моря вблизи побережья Франции и Северной Африки характерны глубокие впадины. Континентального шельфа в этих районах практически нет. Поступающие через Гибралтар воды образуют поверхностные течения, которые не достигают дна. Кроме того, Средиземное море относительно спокойно. Отсутствие интенсивного перемещения водной толщи и создает неблагоприятные условия для его очистки. На дно моря оседает огромное количество вредных химических компонентов, содержащихся в отходах. В результате все возрастающего загрязнения нанесен огромный ущерб рыбным запасам средиземноморского бассейна. По подсчетам ученых Франции, Италии и Испании количество рыбы в море быстро уменьшается. Практически исчезла мелкая морская рыба, идущая на изготовление анчоусов, редко встречаются сардины. Отравление прибрежных вод делает их непригодными для нереста. В течение ближайших двадцати лет потребуется 5 млрд. дол. для очистки Средиземного моря и предотвращения дальнейшего загрязнения его вод. К такому заключению пришли участники конференции по мерам защиты побережья Средиземного моря от промышленных и других отходов.

По данным Национального института океанографии Индии, ежегодно 75 млн. м3 промышленных отходов сбрасывается в Аравийское море в районе одного из крупнейших индустриальных центров страны - Бомбея. Здесь сосредоточено 2,5 тыс. химических, текстильных, нефтеперерабатывающих и других предприятий, причем на многих из них отсутствует эффективное очистительное оборудование. В результате морской флоре и фауне побережья причинен значительный ущерб. Балтийское море сыграло важную роль в истории европейских государств и в наши дни имеет большое значение для стран, расположенных на его берегах. Здесь живут сейчас около 140 млн. человек. Большинство промышленных и бытовых отходов - результат жизни и деятельности этого громадного количества людей - сбрасывается в воды моря. Нефтеперегонные установки, химические, бумажные и сталелитейные заводы, порты 60 крупных городов неуклонно разрастаются, усиливается движение танкеров, туристских, грузовых и пассажирских пароходов, моторных и парусных яхт и других судов. Между тем сравнительная замкнутость, недостаточный водообмен с Мировым океаном, довольно небольшая глубина и некоторые другие физико-географические факторы не способствуют быстрому самоочищению балтийских вод. На берегах Северного моря расположены страны с большой плотностью населения и высокоразвитой промышленностью. В связи с этим в море выносится реками огромное количество нечистот. В последние годы в Северном море интенсивно развивается добыча нефти, также загрязняющая водный бассейн. Прибрежные районы Северного моря мелководны, приливы и отливы незначительны.

Все это не способствует самоочищению моря, поэтому возникла реальная угроза гибели фауны и флоры моря. В настоящее время загрязнение Мирового океана - одна из серьезных проблем человечества. Французский ученый Жак Ив Кусто, совершивший продолжительные плавания в Атлантический, Индийский и Тихий океаны, в статье «Океан - на пути к смерти» пишет, что жизнь в океане уменьшилась - на 40%, она исчезает с потрясающей быстротой. В течение 50 лет исчезли более тысячи видов морских животных, их уже невозможно восстановить. Специалисты-океанологи, выражая серьезную озабоченность по поводу загрязнения Мирового океана, считают, что только совместными усилиями всех стран мира можно защитить океан и сохранить его богатства для настоящих и будущих поколений

Важную роль в борьбе с загрязнениями морей имеет Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря нефтью. Она была принята в 1958 г. и дополнена в 1960 и 1971 гг. В 1958 г. была создана межправительственная Морская консультативная организация, основная роль которой вначале ограничивалась контролем за соблюдением положений Конвенции. Придавая важное значение борьбе за охрану морской среды, Советский Союз активно участвовал в Международной конференции, созванной в Лондоне в октябре 1973 г. На конференции была принята Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов. Конвенция 1973 г. касается не только нефти, но и других перевозимых вредных веществ, а также отходов (сточные воды, мусор), образующихся на судах в результате их эксплуатации. Конвенция содержит статью, согласно которой каждое судно обязано иметь сертификат - свидетельство о том, что корпус, механизмы и прочая оснастка соответствуют правилам предотвращения загрязнения моря. Соблюдение этой статьи проверяется во время специальных инспекций при заходе судов в порты. Нарушителям грозят ощутимые санкции.

Прежнее соглашение охраняло чистоту морей лишь в сравнительно узкой полосе так называемых запретных зон. Теперь «запретной» становится вся акватория Мирового океана. В Приложениях к основному документу изложены международные стандарты допустимых сливов, даны рекомендации по оснащению судов оборудованием, необходимым для сохранения чистоты моря. Конвенция устанавливает особо жесткие нормы содержания нефти в воде, сбрасываемой танкерами. Если вместимость судов более 70 тыс. брутто-регистровых т, у них должны быть специальные емкости для приема чистого балласта. В них вообще запрещается грузить нефть. Для всех особых районов (Балтийское, Средиземное, Черное моря и др.) принят единый режим: полный запрет слива нефтесодержащих вод с танкеров и сухогрузных судов вместимостью свыше 400 брутто-регистровых т. Все сбросы с них должны выкачиваться только в береговые приемные устройства

План

1. Характеристика и источники загрязнения

2. Экологические проблемы, вызванные загрязнением

3. Методы борьбы с загрязнением

4. Приложения

5. Список используемой литературы

Характеристика и источники загрязнения

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, промышленное 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 (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно-активные вещества, пестициды).

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями 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 человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в приложении 1.

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным источникам инфекции водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, изменяющие кислотность воды.

Среди основных источников загрязнения морей минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство.

Среди вносимых в моря с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн. т/год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к полному загрязнению воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света на глубину, и замедляет процессы фотосинтеза.

Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества 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 поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом.

Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена в приложении 2.

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, 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 опуститься ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

1) Нефть и нефтепродукты– нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%).

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 6 млн. т. нефти, что составляло 0,23% 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. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.

Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину (см. приложении 3).

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света.

2) Пестициды – пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы: инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды - для борьбы с бактериальными болезнями растений, 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.

Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов.

3) Синтетические поверхностно-активные вещества (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.

Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как 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.

4) Соединения с канцерогенными свойствами . Канцерогенные вещества - это химические соединения, которые нарушают процессы развития и могут вызывать мутации.

К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тентонически активных зонах.

5) Тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в моря через атмосферу. Наиболее опасны: ртуть, свинец и кадмий.

Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Миномата.

Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почве, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека.

6) Сброс отходов в море с целю захоронения (дампинг). Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.

Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна.

Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. В шлаках промышленного производства присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов.

Во время сброса и прохождения материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения.

За последнее время человечество до такой степени загрязнило океан, что уже сейчас трудно найти такие места в Мировом океане, где не наблюдались бы следы активной деятельности человека. Проблема, связанная с загрязнением вод Мирового океана, одна из важнейших проблем, стоящих ныне перед человечеством.

Наиболее опасные виды загрязнения: загрязнение нефтью и нефтепродуктами, радиоактивными веществами, отходами промышленных и бытовых сточных вод и, наконец, выносами химических удобрений (пестицидов).

Загрязнение вод Мирового океана приняло за последние десятилетия катастрофические размеры. Этому во многом способствовало ошибочное широко распространенное мнение о неограниченных возможностях вод Мирового океана к самоочищению. Многие это понимали так, что любые отходы и отбросы в любом количестве в водах океана подвергаются биологической переработке без вредных последствий для состава самих вод. В результате отдельные моря и участки океанов превратились, по выражению Жака Ив Кусто, в «естественные сточные ямы». Он указывает, что «море стало сточной ямой, куда стекаются все загрязняющие вещества, выносимые отравленными реками, которые ветер и дождь собирают в нашей отравленной атмосфере; все те загрязняющие вещества, которые сбрасывают такие отравители, как танкеры, перевозящие нефть. Поэтому не следует удивляться, если мало-помалу из этой сточной ямы уходит жизнь».

Из всех видов загрязнений наибольшую опасность на сегодняшний день для Мирового океана представляет нефтяное загрязнение. По подсчетам, в Мировой океан ежегодно попадает от 6 до 15 млн. т нефти и нефтепродуктов. Здесь прежде всего необходимо отметить потери нефти, связанные с транспортировкой ее танкерами. Известно, что после разгрузки нефти, чтобы придать танкеру необходимую устойчивость, его танки частично заполняются балластной водой. Слив балластной воды с остатками нефти до последнего времени осуществлялся чаще всего в открытом море. Лишь очень немногие танкеры оборудованы специальными балластными резервуарами которые никогда не заполняются нефтью, а предназначены специально для балластной воды.

По данным Национальной Академии наук США, таким путем в моря попадает до 28 % от общего количества поступающей нефти.

Второй путь -- это приток нефтепродуктов с атмосферными осадками (ведь легкие фракции нефти с поверхности моря испаряются и попадают в атмосферу). По оценкам Академии наук США, таким образом в Мировой океан поступает тоже около 10 % от общего количества нефти.

Наконец, если еще прибавить (практически не подлежащие учету) сливные неочищенные сточные воды с нефтеперерабатывающих заводов и нефтебаз, расположенных на морских побережьях и в портах (в США в море таким образом ежегодно попадает свыше 500 тыс. т нефтепродуктов), то легко себе представить, какое угрожающее положение создалось с нефтяным загрязнением.

Загрязнение сточными отходами промышленных и бытовых вод -- один из самых массовых видов загрязнения вод Мирового океана. Практически в этом виде загрязнения повинны все развитые в экономическом отношении страны. До последнего времени для подавляющего числа промышленных предприятий реки и моря являлись местом сброса отработанных стоков. К сожалению, очистка стоков поспевает за экономическим развитием и ростом народонаселения лишь в очень немногих странах. Особенно повинны в сильном загрязнении вод химическая, целлюлозно-бумажная, текстильная и металлургическая отрасли промышленности.

Сильно загрязняют водоемы и шахтные воды в связи с усилившимся в последнее время новым способом добычи угля - гидродобычей, при которой большое количество мелких частиц угля выносится вместе с отработанными водами.

Вредное действие оказывают сбросы целлюлозно-бумажных заводов, имеющие обычно вспомогательные производства сульфита, хлора, извести и других продуктов, стоки которых также сильно загрязняют и отравляют морские водоемы.

Практически сточные неочищенные воды любой отрасли промышленности несут угрозу водам Мирового океана.

Свой «вклад» в загрязнение морей вносят и отходы бытовых вод, к которым относятся стоки пищевых предприятий, бытовые нечистоты, детергенты и стоки с сельскохозяйственных угодий.

Отходы пищевых предприятий включают отработанные воды с маслозаводов, сыроваренных и сахарных заводов.

Большой вред морским водоемам приносит применение синтетических моющих средств, так называемых детергентов. Во всех промышленно развитых странах происходит интенсивный рост производства детергентов. Все детергенты обычно образуют стойкую пену при внесении в воду сравнительно небольшого количества вещества. Способность к пенообразованию детергенты не теряют даже после прохождения очистных сооружений. Поэтому водоемы, куда попадают сточные воды, бывают покрыты клубами пены. Детергенты очень токсичны и устойчивы к процессам биологического разложения, они плохо поддаются очистке, не оседают и не уничтожаются при разбавлении чистой водой. Правда, в последние годы ФРГ, а вслед за ней и некоторые другие страны стали выпускать быстро окисляющиеся детергенты. Особое место занимают стоки с сельскохозяйственных угодий. Этот вид отравлений морей и океанов связан, прежде всего, с применением пестицидов -- химических препаратов, используемых для уничтожения насекомых, мелких грызунов и других вредителей.

Среди пестицидов особую опасность для морских водоемов представляют хлорорганические пестициды, главным образом ДДТ. Причем пестициды попадают в морскую среду двумя путями, как со сточными водами из сельскохозяйственных районов, так и из атмосферы. До 50 % пестицидов, распыляемых в сельскохозяйственных районах, никогда не достигает растений, для защиты которых они предназначены, и разносится ветрами в атмосфере. ДДТ обнаружен на частицах пыли в районах, далеких от зон распыления пестицидов. Осадки переносят пестициды из атмосферы в морскую среду. ДДТ обнаруживают в тканях пингвинов Антарктики и белых медведей Арктики -- далеко от областей, где истребляют вредных насекомых. Анализ снежного покрова Антарктики показал, что на поверхности этого весьма отдаленного от развитых стран материка осело около 2300 т пестицидов. Следует отметить еще одно отрицательное свойство многих ядохимикатов, в том числе и ДДТ. Они активно абсорбируются нефтью и нефтепродуктами. Пятна нефти и комки мазута абсорбируют ДДТ и хлорированные углеводороды, которые не растворяются водой и не оседают на дно, в результате чего их концентрация становится более высокой, чем в первоначальном растворе, примененном для опрыскивания. В результате один вид загрязнений морских вод усиливает действия другого. Токсичность пестицидов увеличивается при более высокой температуре морской воды.

Применение минеральных удобрений с большим содержанием фосфора и азота, так называемых фосфатов и нитратов, часто также губительно сказывается на морской воде.

Когда количество вводимых азотных удобрений слишком велико, то азот вступает в соединение с органическими веществами, находящимися в процессе брожения, и образует нитраты, которые убивают речную и морскую фауну. Поэтому, например, правительство Японии запретило применять азотистые удобрения на рисовых полях.

Большую угрозу фауне моря и человеческому здоровью несут тяжелые металлы, такие, как ртуть и кадмий, которые очень часто встречаются среди промышленных отходов. Установлено, что почти 50 % мировой продукции ртути, что составляет около 5 тыс. т, различными путями попадает в Мировой океан. Особенно много ее попадает в морские воды вместе со сбросом промышленных сточных вод. Например, вследствие сброса воды предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности ряда стран.

Западной Европы несколько лет назад ртуть была обнаружена в рыбах и морских птицах у побережья Скандинавии.

Велика степень загрязнения вод Мирового океана и бытовыми предметами массового потребления (пластиковые бутылки, консервные банки, банки из-под пива и т. п.).

Подсчитано, что только в северной части Тихого океана плавает около 35 млн. пустых пластиковых бутылок. 90 млн. туристов, ежегодно посещающих итальянское и французское побережья Средиземного моря, оставляли после себя в морской воде тонны пластмассовых чашек, бутылок, тарелок и прочих предметов ежедневного потребления.

Во всем мире объем сточных вод промышленных предприятий, сбрасываемых в реки и моря, в связи с ростом промышленности продолжает неуклонно возрастать. Состояние же вопроса с очисткой сточных вод продолжает оставаться крайне неудовлетворительным.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно - Уральский государственный университет»

Факультет «Физико-металлургический факультет»

Кафедра «Физическая химия»

По дисциплине: «Экология»

Тема: «7.Загрязнение мирового океана»

Преподаватель: к.т.н., доцент Антоненко В. И.

Челябинск 2015 г.

ВВЕДЕНИЕ

МИРОВОЙ ОКЕАН

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА, ВЛИЯЮЩАЯ НА СОСТОЯНИЕ ГИДРОСФЕРЫ

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ

МЕРЫ ПО ОЧИСТКЕ И ОХРАНЕ ВОД

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Роль Мирового океана в функционировании биосферы как единой системы трудно переоценить. Водная поверхность океанов и морей покрывает большую часть планеты. При взаимодействии с атмосферой океанские течения в значительной мере определяют формирование климата и погоды на Земле. Все океаны, включая замкнутые и полузамкнутые моря, имеют непреходящее значение в глобальном жизнеобеспечении населения земного шара продуктами питания.

Океану, особенно его прибрежной зоне, принадлежит ведущая роль в поддержании жизни на Земле, поскольку около 70% кислорода, поступающего в атмосферу планеты, вырабатывается в процессе фотосинтеза планктона.

Мировой океан покрывает 2/3 земной поверхности и дает 1/6 часть всех белков животного происхождения, потребляемых населением в пищу.

Океан и моря испытывают нарастающий экологический стресс из-за загрязнения, хищнического вылова рыбы и моллюсков, разрушения исторически сложившихся нерестилищ рыбы, ухудшения состояния берегов и коралловых рифов.

В настоящее время ведущие страны мира принимают меры по охране природы Мирового океана. Это Международная конвенция по китобойному промыслу 1946 года, учреждение 200-мильных экономических зон решением Третьей конвенции ООН по морскому праву, национальные законодательства, регулирующие морской промысел и предусматривающие охрану морских биологических ресурсов. Тем не менее, в настоящее время ни проблема истощения биологических ресурсов океана, ни проблема загрязнения морской воды не решены.

1.МИРОВОЙ ОКЕАН

Главная особенность Мирового океана - его огромные, подавляющие размеры. Широко известно избитое, но тем не менее верное замечание о том, что наша планета должна бы называться не Земля, а Океан. Мировой океан занимает 71% всей поверхности планеты. Важнейшее глобальное следствие такого соотношения суши и моря в его влиянии на водный и тепловой баланс Земли. Испарение с поверхности океана является как главным источником воды в глобальном гидрологическом цикле, так и важным компонентом глобального теплового баланса. Мировой океан это также и огромный аккумулятор веществ, содержащий их в растворенном количестве (средняя концентрация растворенных веществ в морской воде, или ее соленость, - 35 г/л).

Также Мировой океан принимает участие в круговороте минеральных веществ на Земле. С речным стоком в океан поступает ил и песок - продукты водной эрозии материковых пород. Этот материал в океане отлагается в виде донных осадков, с участием живых организмов формируя осадочные породы.

По мнению большинства современных учёных, жизнь на Земле появилась именно в океане. Доказательством этого служит то, что минеральный состав внутренней среды организмов (кровь, лимфа) почти идентичен минеральному составу морской воды.

В Мировом океане представлены все типы животных, многие из которых живут только в морской воде, все группы низших и отдельные типы высших растений, многие простейшие и грибы. Микрофлора Мирового океана изучена ещё не полностью, но она также очень многочисленна.

Это обстоятельство играет значительную роль в стабилизации биогеохимичеких циклов и экосферы в целом

Мировой океан активно используется человеком следующим образом:

Океан - среда для морских перевозок;

Океан - источник пищевых ресурсов;

Океан - источник минеральных ресурсов;

Океан - источник рекреационных ресурсов;

Океан - геополитический фактор. С глубокой древности и до наших дней экономический потенциал страны и её политическое положение во многом определяются наличием у данной страны выхода к морю. Столицы многих имеющих выход к морю развивающихся стран - это их основные торговые порты (Дакка - столица Бангладеш, Монтевидео - столица Парагвая). Особое положение Великобритании в Европе, благодаря которому её в значительно меньшей степени, чем Германию и Францию, затрагивали европейские вооружённые конфликты, обусловлено тем, что она полностью окружена морем;

Океан - место захоронения опасных отходов.

Именно с характером использования Мирового океана человеком связаны его основные экологические проблемы.

2.ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА, ВЛИЯЮЩАЯ НА СОСТОЯНИЕ ГИДРОСФЕРЫ

В начале XX в., вследствие, главным образом, расширения земледелия, антропогенная доля потока наносов с суши в море была больше естественной. В настоящее время плотины на реках и ирригационные системы, построенные преимущественно во второй половине этого столетия, перехватывают и значительно снижают сток наносов и адсорбированных на них биогенных веществ, в особенности соединений фосфора.

Речной сток увеличивающихся в моря затрат также воды на в целом испарение несколько, ниже главным вследствие образом из-за развивающегося орошения. Снижение стока рек приводит к росту солености морских вод в замкнутых морях и заливах.

Использование земель в береговой полосе. Чем ближе к границе раздела между водой океана и сушей, тем обычно больше плотность использования земли и, соответственно, выше деградация земель береговой полосы. В этой полосе острее всего также и конкуренция в использовании земли между жилыми кварталами, портовыми и промышленными сооружениями. Главная область загрязнения - порты, куда загрязненная вода попадает с судов, стекает с городских территорий, поступает вместе с наносами рек.

Порты нуждаются в постоянном проведении землечерпательных работ с перемещением большого количества наносов. Чистые наносы, хотя и вызывают необходимость землечерпания, особого вреда не приносят. Однако около 10% землечерпательного материала бывают загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, биогенными и хлорорганическими соединениями. Проток дельты Невы, Екатериновка, содержит около 40 кг свинца на тонну накопленного на дне песка и ила. На морском дне одного из основных рукавов дельты Рейна, проходящего через крупнейший в мире порт г. Роттердама (Нидерланды), намыт искусственный остров из загрязненных наносов. Остров непригоден для обитания, но может быть использован для производственных целей, например складов. Загрязненными насосами можно в определенной степени управлять: сбрасывать на край шельфа, затем чтобы они потом перемещались благодаря силам гравитации в более глубокую зону материкового склона; покрывать загрязненный материал чистым; сосредотачивать наносы в специальных зонах ограниченного доступа.

Специальной проблемой является сброс промышленных отходов и отстоя очистных сооружений. Эти вещества могут быть чрезвычайно токсичными. Такие сбросы без обработки нельзя назвать иначе, как варварство.

Особая проблема - распространение пластикового мусора на поверхности вод. Даже в открытом океане его встречается много. Это брошенные и потерянные сети, поплавки, упаковка товаров, бутылки и пр. Такой мусор практически не разлагается и остается на поверхности воды или на пляжах очень долгое время. Некоторые морские животные и птицы заглатывают пластиковых мусор, что приводит к неблагоприятным последствиям и даже их гибели.

Перевозка опасных веществ - важный фактор загрязнения вод. В особенности это относится к перевозке нефти и нефтепродуктов. Судоходство обеспечивает примерно половину антропогенного поступления нефти в Мировой океан. Карты загрязнения океана нефтью и основных морских линий в основном совпадают.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Наиболее угрожают чистоте водоемов нефтяные масла. Эти очень стойкие загрязняющие вещества могут распространяться на расстояние более 300 км от источника. Легкие фракции нефти, плавая по поверхности, образуют пленку, изолирующую и затрудняющую газообмен. При этом одна капля нефтяного масла образует, растекаясь по поверхности, пятно диаметром 30-150 см, а 1т - около 12 км нефтяной пленки.

океан гидросфера мусор охрана

Рис.1 - Нефтяное загрязнение в Мировом океане

Толщина пленки измеряется от долей микрона до 2 см. Пленка нефти обладает большой подвижностью, стойка к окислению. Нефтяная пленка прекращает поступление в воду кислорода, нарушает влаго - и газообмен, губит планктон и рыбу. И это только малая часть того вреда, который приносит нефть морской воде и ее обитателям.

3.ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение вод. Значительно реже - радиоактивное, механическое и тепловое.

Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т.д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов и др. Этот вид загрязнения носит временный характер.

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.).

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлак, ил и др.)

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов - сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения.

4.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ

Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Экологические последствия выражаются в следующих процессах и явлениях:

5.МЕРЫ ПО ОЧИСТКЕ И ОХРАНЕ ВОД

Наиболее серьезной проблемой морей и океанов в нашем столетии является загрязнение нефтью, последствия которого губительны для всей жизни на Земле. Поэтому в 1954 году в Лондоне прошла международная конференция, ставившаяся целью выработать согласованные действия по охране морской среды от загрязнения нефтью. На ней была принята конвенция, определяющая обязанности государств в этой области. Позже в 1958 году в Женеве были приняты еще четыре документа: об открытом море, о территориальном море и прилежащей зоне, о континентальном шельфе, о рыболовстве и охране живых ресурсов моря. Эти конвенции юридически закрепили принципы и нормы морского права. Они обязывали каждую страну разработать и ввести в действие законы, запрещающие загрязнять морскую среду нефтью, радиоотходами и другими вредными веществами. Прошедшая в 1973 году в Лондоне конференция приняла документы по предотвращению загрязнения с судов. Согласно принятой конвенции, каждое судно должно иметь сертификат - свидетельство о том, что корпус, механизмы и прочая оснастка находятся в исправном положении и не наносят ущерб морю. Соответствие сертификатам проверяется инспекцией при заходе в порт.

Запрещен слив нефтесодержащих вод с танкеров, все сбросы с них должны выкачиваться только на береговые приемные пункты. Для очистки и обеззараживания судовых сточных вод, в том числе хозяйственно-бытовых, созданы электрохимические установки. Институт океанологии РАН разработал эмульсионный метод очистки морских танкеров, полностью исключающий попадание нефти в акваторию. Он заключатся в добавлении к промывной воде нескольких поверхностно-активных веществ (препарат МЛ), что позволяет осуществить на самом судне очистку без сброса загрязненной воды или остатков нефти, которую можно впоследствии регенерировать для дальнейшего использования. С каждого танкера удается отмыть до 300 т нефти.В целях предотвращения утечек нефти совершенствуются конструкции нефтеналивных судов. Многие современные танкеры имеют двойное дно. При повреждении одного из них нефть не выльется, ее задержит вторая оболочка.

Капитаны судов обязаны фиксировать в специальных журналах сведения обо всех грузовых операциях с нефтью и нефтепродуктами, отмечать место и время сдачи или слива с судна загрязненных сточных вод. Для систематической очистки акваторий от случайных разливов применяются плавучие нефтесборщики и боковые заграждения. Также в целях предотвращения растекания нефти используются физико- химические методы. Создан препарат пенопластовой группы, который при соприкосновении с нефтяным пятном полностью его обволакивает. После отжима пенопласт может использоваться вторично в качестве сорбента. Такие препараты очень удобны из-за простоты применения и невысокой стоимости, однако их массовое производство пока не налажено. Также существуют сорбирующие средства на основе растительных, минеральных и синтетических веществ. Некоторые из них могут собирать до 90% разлитой нефти. Главное требование, которое к ним предъявляется, - это непотопляемость. После сбора нефти сорбентами или механическими средствами на поверхности воды всегда остается тонкая пленка, которую можно удалить путем разбрызгивания разлагающих ее химических препаратов. Но при этом эти вещества должны быть биологически безопасны.

В Японии создана и апробирована уникальная технология, с помощью которой можно в короткие сроки ликвидировать гигантское пятно. Корпорация «Кансай сагге» выпустила реактив ASWW, основной компонент которого - специально обработанная рисовая шелуха. Распыленный по поверхности, препарат в течение получаса всасывает в себя выброс и превращается в густую массу, которую можно стащить простой сетью. Оригинальный способ очистки продемонстрирован американскими учеными в Атлантическом океане. Под нефтяную пленку на определенную глубину опускается керамическая пластинка. К ней подсоединяется акустическая пластинка. Под действием вибрации сначала скапливается толстым слоем над местом, где установлена пластинка, а затем смешивается с водой и начинает фонтанировать. Электрический ток, подведенный к пластинке, поджигает фонтан, и нефть полностью сгорает.

Для удаления с поверхности прибрежных вод пятен масел американские ученые создали модификацию полипропилена, притягивающего жировые частицы. На катере-катамаране между корпусами поместили своеобразную штору из этого материала, концы которой свисают в воду. Как только катер попадает на пятно, нефть прочно прилипает к «шторе». Остается лишь пропустить полимер через валики специального устройства, которое отжимает нефть в приготовленную емкость. С 1993 года был запрещен сброс жидких радиоактивных отходов (ЖРО), но число их неуклонно растет. Поэтому в целях защиты окружающей среды в 90-е годы стали разрабатываться проекты очистки ЖРО. В 1996 году представители японских, американских и российских фирм подписали контракт на создание установки по переработке ЖРО, скопившихся на Дальнем Востоке России. На реализацию проекта правительство Японии выделило 25,2 млн. долларов. Однако, несмотря на некоторые успехи в поиске эффективных средств, ликвидирующих загрязнения, о решении проблемы говорить рано. Только внедрением новых методик очисток акваторий невозможно обеспечить чистоту морей и океанов. Центральная задача, которую необходимо решать всем странам сообща, - предотвращение загрязнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время использование Мирового океана человеком и хозяйственная деятельность людей вызвали где локальные, а где и глобальные экологические проблемы и нарушения функционирования морских экосистем. В результате деятельности человека исчезли отдельные виды фауны, некоторые другие виды находятся на грани уничтожения. Некоторые области морей подверглись сильному загрязнению, которое кардинально нарушило функционирование местных экосистем. Пестициды обнаруживаются там, где их не применяли, и в организмах, против которых эти пестициды не применяли: в организмах полярных животных, китов, в рыбе. Застройка приморских территорий приводит к уничтожению части прибрежных экосистем, неразрывно связанных с океаном. Рыбные ресурсы океана в последнее время истощаются.

Угрозы, которые несёт экологический кризис Мирового океана, на сегодняшний день понятны всему человечеству: это уменьшение улова рыбы, потеря уникальных мест отдыха людей, общее отравление биосферы и затем людей. И уже начали приниматься реальные меры юридического характера (утверждение природоохранных международных конвенций и соглашений, национальных законодательных актов и контроль над их исполнением), меры по искусственному возобновлению биологических ресурсов морей (марикультура), созданы морские заповедники (Флоридский заповедник в США специализирован на охране ламантина). Несмотря на браконьерский лов, началось восстановление популяции усатых китов в Мировом океане. Создаются искусственные насыпные острова для застройки.

И всё же глобальные экологические проблемы океана пока ещё далеки от решения. Одна из важнейших задач современной океанологии - исследование происходящих в океане процессов и предотвращение экологического кризиса - начала реализовываться.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.

Экология: учеб. / Л. В. Передельский, В. И. Коробкин, О. Е. Приходченко. - М. : Проспект, 2009.- 512 с

.

1. Особенности поведения загрязняющих веществ в океане

2. Антропогенная экология океана - новое научное направление в океанологии

3. Концепция ассимиляционной емкости

4. Выводы из оценки ассимиляционной емкости морской экосистемы загрязняющими веществами на примере Балтийского моря

1 Особенности поведения загрязняющих веществ в океане. Последние десятилетия знаменуются усилением антропогенных воздействий на морские экосистемы в результате загрязнения морей и океанов. Распространение многих загрязняющих веществ приобрело локальный, региональный и даже глобальный масштабы. Поэтому загрязнение морей, океанов и их биоты стало важнейшей международной проблемой, а необходимость охраны морской среды от загрязнений диктуется требованиями рационального использования природных ресурсов.

Под загрязнением моря понимается: «введение человеком прямо или косвенно веществ или энергии в морскую среду (включая эстуарии), влекущее такие вредные последствия, как ущерб живым ресурсам, опасность для здоровья людей, помехи в морской деятельности, включая рыболовство, ухудшение качества морской воды и умень­шение ее полезных свойств». Этот список включает вещества с токсическими свойствами, сбросы нагретых вод (тепловое загрязнение), патогенные микробы, твердые отходы, взвешенные вещества, биогенные вещества и некоторые другие формы антропогенных воздействий.

Наиболее актуальной в наше время стала проблема химиче­ского загрязнения океана.

К источникам загрязнения океана и морей можно отнести следующие:

Сброс промышленных и хозяйственных вод непосредственно в море или с речным стоком;

Поступление с суши различных веществ, применяемых в сельском и лесном хозяйстве;

Преднамеренное захоронение в море загрязняющих веществ; утечки различных веществ в процессе судовых операций;

Аварийные выбросы с судов или подводных трубопроводов;

Разработка полезных ископаемых на морском дне;

Перенос загрязняющих веществ через атмосферу.

Перечень получаемых океаном загрязняющих веществ чрезвычайно обширен. Все они различаются между собой по степени токсичности и масштабам распространения - от прибрежных (локальных) до глобальных.

В Мировом океане находят все новые загрязняющие вещества. Глобальное распространение приобретают наиболее опасные для организмов хлорорганические соединения, полиароматические углеводороды и некоторые другие. Они обладают высокой биоаккумулятивной способностью, резким токсическим и канцерогенным эффектом.

Неуклонное нарастание суммарного воздействия многих источников загрязнения приводит к прогрессирующей эвтрофикации прибрежных морских зон и микробиологическому загрязнению воды, что существенно затрудняет использование воды для раз­личных нужд человека.

Нефть и нефтепродукты. Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, обычно имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов (от C 5 до С 70) и содержат 80-85 % С, 10-14 % Н, 0,01-7 % S, 0,01 % N и 0-7 % О 2 .

Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98 %) - подразделяются на четыре класса.

1. Парафины (алканы) (до 90 % от общего состава нефти) -устойчивые насыщенные соединения C n H 2n-2 , молекулы которых выражены прямой или разветвленной (изоалканы) цепью атомов углерода. Парафины включают газы метан, этан, пропан и другие, соединения с 5-17 атомами углерода являются жидкостями, а с большим числом атомов углерода - твердыми веществами. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

2. Циклопарафины. (нафтены)-насыщенные циклические соединения С n Н 2 n с 5-6 атомами углерода в кольце (30-60 % от общего состава нефти). Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические нафтены. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

3. Ароматические углеводороды (20-40 % от общего состава нефти) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем соответствующие нафтены. Атомы углерода в этих соединениях также могут замещаться алкильными группами. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), трициклические (антрацен, фенантрен) и полициклические (например, пирен с 4 кольцами) углеводороды.

4. Олефипы (алкены) (до 10 % от общего состава нефти) -ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

В зависимости от месторождения, нефти существенно различа­ются по своему составу. Так, пенсильванская и кувейтская нефти квалифицируются как парафинистые, бакинская и калифорний­ская - преимущественно нафтеновые, остальные нефти - проме­жуточных типов.

В нефти присутствуют также серосодержащие соединения (до 7% серы), жирные кислоты (до 5% кислорода), азотные соединения (до 1 % азота) и некоторые металлоорганические производные (с ванадием, кобальтом и никелем).

Количественный анализ и идентификация нефтепродуктов в морской среде представляют значительные трудности не только из-за их многокомпонентности и различия форм существования, но и вследствие природного фона углеводородов естественного и биогенного происхождения. Например, около 90 % растворенных в поверхностных водах океана низкомолекулярных углеводородов типа этилена связано с метаболической активностью организмов и распадом их остатков. Однако в районах интенсивного загряз­нения уровень содержания подобных углеводородов повышается на 4-5 порядков.

Углеводороды биогенного и нефтяного происхождения, по данным экспериментальных исследований, имеют ряд различий.

1. Нефть представляет собой более сложную смесь углеводородов с большим диапазоном структур и относительной молекулярной массой.

2. Нефть содержит несколько гомологических серий, в которых соседние члены обычно имеют равные концентрации. Например, в ряду алканов С 12 -C 22 отношение четных и нечетных членов равно единице, тогда как биогенные углеводороды в том же ряду содержат преимущественно нечетные члены.

3. Нефть содержит более широкий диапазон циклоалканов и ароматических углеводородов. Многие соединения, такие, как моно-, ди-, три- и тетраметилбензолы не обнаружены в морских организмах.

4. Нефть содержит многочисленные нафтено-ароматические углеводороды, разнообразные гетеросоединения (имеющие в составе серу, азот, кислород, ионы металлов), тяжелые асфальтоподобные вещества - все они практически отсутствуют в организмах.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространен­ными загрязняющими веществами в Мировом океане.

Пути поступления и формы существования нефтяных углеводо­родов многообразны (растворенная, эмульгированная, пленочная, твердообразная). М. П. Нестерова (1984) отмечает следующие пути поступления:

сбросы в портах и припортовых акваториях, вклюная потери при загрузке бункеров наливных судов (17 %~);

Сброс промышленных- отходов и сточных вод (10%);

Ливневые стоки (5 %);

Катастрофы судов и буровых установок в море (6 %);

Бурение на шельфах (1 %);

Атмосферные выпадения (10 %)",

Вынос речным стоком во всем многообразии форм (28%).

Сбросы в море промывочных, балластных и льяльных вод с судов (23%);

Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод,-все это обусловливает присут­ствие постоянных полей загрязнений на трассах морских путей.

Свойством нефтей является их флуоресценция при ультрафиолето­вом облучении. Максимальная интенсивность флуоресценции наб­людается в интервале волн 440-483 нм.

Различие оптических характеристик нефтяных пленок и мор­ской воды позволяет проводить дистанционное обнаружение и оценку нефтяных загрязнений на поверхности моря в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Для этого при­меняются пассивные и активные методы. Большие массы нефти с суши поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.

Судьба разлитой в море нефти определяется суммой следую­щих процессов: испарение, эмульгирование, растворение, окисле­ние, образование нефтяных агрегатов, седиментация и биодеградация.

Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде поверхностной пленки, образуя слики различной мощности. По цвету пленки можно приблизительно оценить ее толщину. Нефтяная пленка изменяет интенсивность и спект­ральный состав проникающего в водную массу света. Пропуска­ние света тонкими пленками сырой нефти составляет 1 -10 % (280 нм), 60-70 % (400 нм). Пленка нефти толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение.

В первое время существования нефтяных сликов большое зна­чение имеет процесс испарения углеводородов. По данным наблю­дений, за 12 ч улетучивается до 25 % легких фракций нефти, при температуре воды 15 °С все углеводороды до C 15 испаряются за 10 сут (Нестерова, Немировская, 1985).

Все углеводороды обладают слабой растворимостью в воде, уменьшающейся с увеличением числа атомов углерода в моле­куле. В 1 л дистиллированной воды растворяется около 10 мг соединений с С 6 , 1 мг - с С 8 и 0,01 мг соединений с С 12 . Например, при средней температуре морской воды растворимость бензола составляет 820 мкг/л, толуола - 470, пентана - 360, гексана - 138 и гептана - 52 мкг/л. Растворимые компоненты, содержание которых в сырой нефти не превышает 0,01 %, являются наиболее токсичными- для водных организмов. К ним же относятся и веще­ства типа бенз(а)пирена.

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсии двух типов: пря­мые «нефть в воде» и обратные «вода в нефти». Прямые эмуль­сии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, ме­нее устойчивы и особенно характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. После удаления летучих и растворимых фракций остаточная нефть чаще образует вязкие обратные эмульсии, которые стабилизируются высокомолекуляр­ными соединениями типа смол и асфальтенов и содержат 50- 80 % воды («шоколадный мусс»). Под влиянием абиотических процессов вязкость «мусса» повышается и начинается его слипа­ние в агрегаты - нефтяные комочки размерами от 1 мм до 10 см (чаще 1-20 мм). Агрегаты представляют собой смесь вы­сокомолекулярных углеводородов, смол и асфальтенов. Потери нефти на формирование агрегатов составляют 5-10%- Высоко­вязкие структурированные образования - «шоколадный мусс» и нефтяные комочки - могут длительное время сохраняться на поверхности моря, переноситься течениями, выбрасываться на берег и оседать на дно. Нефтяные комочки нередко заселяются перифитоном (сине-зеленые и диатомовые водоросли, усоногие рачки и другие беспозвоночные).

Пестициды составляют обширную группу искусственно создан­ных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болез­нями растений. В зависимости от целевого назначения пестициды делятся на следующие группы: инсектициды – для борьбы с вред­ными насекомыми, фунгициды и бактерициды – для борьбы с грибными и бактериальными болезнями растений, гербициды – против сорных растений и т. д. Согласно расчетам экономистов, каждый рубль, затраченный на химическую защиту растений от вредителей и болезней, обеспечивает сохранение урожая и его качество при возделывании зерновых и овощных культур в сред­нем на 10 руб., технических и плодовых – до 30 руб. Вместе с тем экологическими исследованиями установлено, что пестициды, уничтожая вредителей урожаев, наносят огромный вред многим полезным организмам и подрывают здоровье природных биоцено­зов. В сельском хозяйстве уже давно стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологи­чески чистым) методам борьбы с вредителями.

В настоящее время более 5 млн. т пестицидов ежегодно посту­пает на мировой рынок. Около 1,5 млн. т этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем эоловым или водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязня­ющих сточные воды.

В водной среде чаще других встречаются представители инсек­тицидов, фунгицидов и гербицидов.

Синтезированные инсектициды делятся на три основные группы: хлорорганические, фосфорорганические и карбаматы.

Хлорорганические инсектициды получают путем хлорирования ароматических или гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) и его произ­водные, в молекулах которых устойчивость алифатических и аро­матических групп в совместном присутствии возрастает, всевоз­можные хлорированные производные циклодиена (элдрин, дил-дрин, гептахлор и др.), а также многочисленные изомеры гекса-хлорциклогексана (у-ГХЦГ), из которых наиболее опасен линдан. Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации.

В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы (ПХБ) – производные ДДТ без алифатической части, насчиты­вающие 210 теоретических гомологов и изомеров.

За последние 40 лет использовано более 1,2 млн. т ПХБ в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов и т. д. Полихлорбифенилы попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжига­ния твердых отходов на свалках. Последний источник поставляет ПХБ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпа­дают во всех районах земного шара. Так, в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПХБ составило 0,03 – 1,2 нг/л.

Фосфорорганические пестициды – это сложные эфиры различных спиртов ортофосфорной кислоты или одной из ее производ­ных, тиофосфорной. В эту группу входят современные инсекти­циды с характерной избирательностью действия по отношению к насекомым. Большинство органофосфатов подвержены довольно быстрому (в течение месяца) биохимическому распаду в почве и воде. Синтезировано более 50 тысяч активных веществ, из ко­торых особую известность получили паратион, малатион, фозалонг, дурсбан.

Карбаматы – это, как правило, сложные эфиры n-метакарба-миновой кислоты. Большинство из них также обладает избирательностью действия.

В качестве фунгицидов, применяемых для борьбы с грибными заболеваниями растений, ранее использовались соли меди и не­которые минеральные соединения серы. Затем широкое употреб­ление нашли ртутьорганические вещества типа хлорированной метилртути, которая из-за своей крайней токсичности для жи­вотных была заменена метоксиэтилами ртути и ацетатами фенил-ртути.

В группу гербицидов входят производные феноксиуксусной кислоты, обладающие сильным физиологическим действием. Триазины (например, симазин) и замещенные мочевины (монурон, диурон, пихлорам) составляют еще одну группу гербицидов, довольна хорошо растворимых в воде и устойчивых в почвах. Наиболее сильным из всех гербицидов является пихлорам. Для полного уничтожения некоторых видов растений требуется всего лишь 0,06 кг этого вещества на 1 га.

В морской среде постоянно обнаруживаются ДДТ и его метаболиты, ПХБ, ГХЦГ, делдрин, тетрахлорфенол и другие.

Синтетические поверхностно-активные вещества. Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в со­став синтетических моющих средств (CMC), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ по­падают в материковые поверхностные воды и морскую среду. Синтетические моющие средства содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингре­диентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты нат­рия и другие.

Молекулы всех СПАВ состоят из гидрофильной и гидрофобной частей. Гидрофильной частью служат карбоксильная (СОО -), сульфатная (OSO 3 -) и сульфонатная (SO 3 -) группы, а также скоп­ления остатков с группами -СН 2 -СН 2 -О-СН 2 -СН 2 - или группы, содержащие азот и фосфор. Гидрофобная часть состоит обычно из прямой, включающей 10-18 атомов углерода, или раз­ветвленной парафиновой цепи, из бензольного или нафталинового кольца с алкильными радикалами.

В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные (органический ион заряжен отрицательно), катионоактивные (органический ион за­ряжен положительно), амфотерные (проявляющие в кислом раст­воре катионактивные свойства, а в щелочном - анионоактивные) и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Их раст­воримость обусловлена функциональными группами, имеющими -сильное сродство к воде, и образованием водородной связи между молекулами воды и атомами кислорода, входящими в полиэти-ленгликолевый радикал ПАВ.

Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионоактивные вещества. На их долю приходится более 50 % всех производимых в мире СПАВ. Наибольшее рас­пространение получили алкиларилсульфонаты (сульфонолы) и алкилсульфаты. Молекулы сульфонолов содержат ароматическое кольцо, водородные атомы которого замещены одной или несколь­кими алкильными группами, а в качестве сольватирующей группы - остаток серной кислоты. Многочисленные алкилбензол-сульфонаты и алкилнафталинсульфонаты часто исполь­зуются при изготовлении различных бытовых и промышленных CMC.

Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химической технологии, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования.

В сельском хозяйстве применяются СПАВ в составе пестицидов. С помощью СПАВ эмульгируют нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях жидкие и порошко­образные токсичные вещества, причем многие СПАВ сами обла­дают инсектицидными и гербицидными свойствами.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соеди­нения, проявляющие трансформирующую активность и способ­ные вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процес­сов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в орга­низмах. В зависимости от условий воздействия они могут приво­дить к ингибированию роста, ускорению старения, токсикогенезу, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда ор­ганизмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, отно­сятся хлорированные алифатические углеводороды с короткой щепочкой атомов углерода в молекуле, винилхлорид, пестицидные препараты и, особенно, полициклические ароматические углево­дороды (ПАУ). Последние представляют собой высокомолекуляр­ные органические соединения, в молекулах которых бензольное кольцо является основным элементом структуры. Многочисленные незамещенные ПАУ содержат в молекуле от 3 до 7 бензольных колец, разнообразно соединенных между собой. Существует также большое число полициклических структур, содержащих функциональную группу либо в бензольном кольце, либо в боко­вой цепи. Эта галоген-, амино-, сульфо-, нитропроизводные, а также спирты, альдегиды, эфиры, кетоны, кислоты, хиноны и другие соединения ароматического ряда.

Растворимость ПАУ в воде невелика и уменьшается с увеличением молекулярной массы: от 16 100 мкг/л (аценафтилен) до 0,11 мкг/л (3,4-бензпирен). Присутствие в воде солей практически не влияет на растворимость ПАУ. Однако в присутствии бензола, нефти, нефтепродуктов, детергентов и других органических ве­ществ растворимость ПАУ резко возрастает. Из группы незамещенных ПАУ в природных условиях наиболее известен и распространен 3,4-бензпирен (БП).

Источниками ПАУ в окружающей среде могут служить природные и антропогенные процессы. Концентрация БП в вулкани­ческом пепле составляет 0,3-0,9 мкг/кг. Это означает, что с пеп­лом в окружающую среду может поступать 1,2-24 т БП в год. Поэтому максимальное количество ПАУ в современных донных осадках Мирового океана (более 100 мкг/кг массы сухого веще­ства) обнаружено в тектонически активных зонах, подверженных глубинному термическому воздействию.

По имеющимся сведениям, некоторые морские растения и жи­вотные могут синтезировать ПАУ. В водорослях и морских тра­вах вблизи западного побережья Центральной Америки содержа­ние БП достигает 0,44 мкг/г, а в некоторых ракообразных в Арктике-0,23 мкг/г. Анаэробные бактерии вырабатывают до 8,0 мкг БП из 1 г липидных экстрактов планктона. С другой сто­роны, существуют специальные виды морских и почвенных бакте­рий, разлагающих углеводороды, включая ПАУ.

По оценкам Л. М. Шабада (1973) и А. П. Ильницкого (1975), фоновая концентрация БП, создаваемая в результате синтеза БП растительными организмами и вулканической дея­тельности, составляет: в почвах 5-10 мкг/кг (сухого вещества), в растениях 1-5 мкг/кг, в воде пресноводных водоемов 0,0001 мкг/л. Соответственно выводятся и градации степени за­грязненности объектов окружающей среды (табл. 1.5).

Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различ­ных материалов, древесины и топлива. Пиролитическое образование ПАУ происходит при температуре 650-900 °С и недостатке кислорода в пламени. Образование БП наблюдалось в процессе пиролиза древесины с максимальным выходом при 300-350 °С (Дикун, 1970).

По оценке М. Зюсса (Г976 г.), глобальная эмиссия БП в 70-х годах составляла около 5000 т в год, причем 72 % приходится на промышленность и 27 % - на все виды открытого сжигания.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и другие) относятся к числу распространенных и весьма токсичных, загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому несмотря на очистные ме­роприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промыш­ленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, сви­нец и кадмий.

Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород, ежегодно выделяется 3,5 тыс. т ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс. т ртути, причем значительная часть антропогенного происхождения. В результате извержения вулканов и с атмосферными осадками на поверхность океана ежегодно поступает 50 тыс. т ртути, а при дегазации литосферы - 25-150 тыс. т. Около половины годового промышленного произ­водства этого металла (9-10 тыс. т/год) различными путями по­падает в океан. Содержание ртути в каменном угле и нефти со­ставляет в среднем 1 мг/кг, поэтому при сжигании ископаемого топлива Мировой океан получает более 2 тыс. т/год. Годовая до­быча ртути превышает 0,1 % от ее общего содержания в Мировом океане, однако антропогенный приток уже превосходит естественный вынос реками, что характерно для многих металлов.

В районах, загрязняемых промышленными сточными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бентосные бактерии переводят хлориды в высокотоксичную (моно- и ди-) метилртуть CH 3 Hg. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению, прибрежного населения. К 1977 г. в Японии насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата. Причиной послужили отходы пред­приятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых, в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в за­лив Минамата.

Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец, активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйст­венной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприя­тий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания.

По оценкам В. В. Добровольского (1987), перераспределение масс свинца между сушей и Мировым океаном имеет следующий вид. С. речным стоком при средней концентрации свинца в воде 1 мкг/л в океан водорастворимого свинца выносится около 40 10 3 т/год, в твердой фазе речных взвесей примерно 2800-10 3 т/год, в тонком органическом детрите-10 10 3 т/год. Если учесть, что в узкой прибрежной полосе шельфа оседает более 90 % речных взвесей и значительная часть водорастворимых соединений металлов захватывается гелями оксидов железа, то в результате пелагиаль океана получает лишь около (200- 300) 10 3 т в составе тонких взвесей и (25-30) 10 3 т растворенных соединений.

Миграционный поток свинца с континентов в океан идет не только с речным стоком, но и через атмосферу. С континенталь­ной пылью океан получает (20-30)-10 3 т свинца в год. Поступле­ние его на поверхность океана с жидкими атмосферными осад­ками оценивается в (400-2500) 10 3 т/год при концентрации в дождевой воде 1-6 мкг/л. Источниками свинца, поступающего в атмосферу являются вулканические выбросы (15-30 т/год в составе пелитовых продуктов извержений и 4 10 3 т/год в суб­микронных частицах), летучие органические соединения от расти­тельности (250-300 т/год), продукты сгорания при пожарах ((6-7) 10 3 т/год) и современная промышленность. Производ­ство свинца возросло от 20-10 3 т/год в начале XIX в. до 3500 10 3 т/год к началу 80-х годов XX в. Современный выброс свинца в окружающую среду с индустриальными и бытовыми отходами оценивается в (100-400) 10 3 т/год.

Кадмий, мировое производство которого в 70-х годах достигло 15 10 3 т/год, также поступает в океан с речным стоком и через атмосферу. Объем атмосферного выноса кадмия, по разным оценкам, составляет (1,7-8,6) 10 3 т/год.

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 дноуглубительных работах, бурового шлама, отхо­дов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов и т. п. Объем захоронений составляет около 10 % от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Так, с 1976 по 1980 г. ежегодно с целью захоронения, чем и опреде­ляется понятие «дампинг», сбрасывалось более 150 млн. т разно­образных отходов.

Основанием для дампинга в море служит способность мор­ской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба качеству воды. Од­нако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассмат­ривается как вынужденная мера, временная дань общества несо­вершенству технологии. Отсюда особую важность приобретают выработка и научное обоснование путей регулирования сбросов отходов в море.

В шламах промышленных производств присутствуют разнооб­разные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40 % органических веществ, 0,56 % азота, 0,44 % фосфора, 0,155 % цинка, 0,085 % свинца, 0,001 % кадмия, 0,001 ртути. Шламы очистных сооружений коммунальных стоков содержат (на массу сухого вещества) до. 12 % гуминовых веществ, до 3 % общего азота, до 3,8 % фосфатов, 9-13 % жиров, 7-10 % углеводов и загрязнены тяжелыми металлами. Аналогичный состав имеют и материалы дночерпания.

Во время сброса при прохождении материала через столб воды часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому рас­ходованию кислорода в воде и нередко к его полному исчезнове­нию, растворению взвесей, накоплению 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 в восстановлен­ной форме. При этом происходит восстановление сульфатов и нитратов, выделяются фосфаты.

Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени под­вергаются организмы нейстона, пелагиали и бентоса. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные угле­водороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух- вода. Это приводит к гибели личинок беспозвоночных, личинок и мальков рыб, вызывает увеличение численности нефтеокисляющих и патогенных микроорганизмов. Наличие в воде загрязня­ющей взвеси ухудшает условия питания, дыхания и обмена ве­ществ у гидробионтов, сокращает скорость роста, тормозит по­ловое созревание планктонных ракообразных. Загрязняющие ве­щества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышен­ная мутность придонной воды приводят к засыпке и гибели от удушья прикрепленных и малоподвижных форм бентоса. У вы­живших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко из­меняется видовой состав донного сообщества.

При организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга с учетом свойств материалов и характеристик морской среды. Необходимые критерии решения проблемы со­держит «Конвенция по предотвращению загрязнения моря сбро­сами отходов и других материалов» (Лондонская конвенция по дампингу, 1972 г.). Основные требования Конвенции сле­дующие.

1. Оценка количества, состояния и свойств (физических, хи­мических, биохимических, биологических) сбрасываемых мате­риалов, их токсичности, устойчивости, склонности к накоплению и биотрансформации в водной среде и морских организмах. Использование возможностей нейтрализации, обезвреживания и реутилизации отходов.

2. Выбор районов сброса с учетом требований максимального разбавления веществ, минимального распространения их за пределы сброса, благоприятного сочетания гидрологических и гидрофизических условий.

3. Обеспечение удаленности районов сброса от районов нагула рыб и нереста, от мест обитания редких и чувствительных видов гидробионтов, от зон отдыха и хозяйственного использования.

Техногенные радионуклиды. Океану свойственна естественная радиоактивность, обуслов­ленная присутствием в нем 40 К, 87 Rb, 3 H, 14 С, а также радионуклидов рядов урана и тория. Более 90 % естественной радиоак­тивности воды океана приходится на долю 40 К, что составляет 18,5-10 21 Бк. Единица активности в системе СИ - беккерель (Бк), равен активности изотопа, в котором за время 1 с происходит 1 акт распада. Ранее широко использовалась внесистемная единица радиоактивности кюри (Ки), соответствующая актив­ности изотопа, в котором за время 1 с происходит 3,7-10 10 актов распада.

Радиоактивные вещества техногенного происхождения, глав­ным образом продукты деления урана и плутония, стали в боль­ших количествах поступать в океан после 1945 г., т. е. с начала испытаний ядерного оружия и широкого развития промышлен­ного получения делящихся материалов и радиоактивных нукли­дов. Выявляются три группы источников: 1) испытания ядерного оружия, 2) сброс радиоактивных отходов, 3) аварии судов с атомными двигателями и аварии, связанные с использованием, транспортировкой и получением радионуклидов.

Многие радиоактивные изотопы с коротким периодом полураспада, хотя и обнаруживаются после взрыва в воде и морских организмах, в глобальных радиоактив­ных выпадениях почти не встречаются. Здесь в первую очередь присутствуют 90 Sr и 137 Cs с периодом полураспада около 30 лет. Наиболее опасным радионуклидом из непрореагировавших остатков ядерных зарядов является 239 Pu (T 1/2 =24,4-10 3 лет), очень ядовитый как химическое вещество. По мере распада продуктов деления 90 Sr и 137 Cs, он становится основным компонентом загрязнения. К моменту моратория атмосферных испытаний ядерного оружия (1963 г.) активность 239 Рu в окружающей среде со­ставила 2,5-10 16 Бк.

Отдельную группу радионуклидов образуют 3 Н, 24 Na, 65 Zn, 59 Fe, 14 C, 31 Si, 35 S, 45 Ca, 54 Mn, 57,60 Co и другие, возникающие при взаимодействии нейтронов с элементами конструкций и внешней среды. Основными продуктами ядерных реакций с нейтронами в морской среде являются радиоизотопы натрия, калия, фосфора, хлора, брома, кальция, марганца, серы, цинка, происходящие из растворенных в морской воде элементов. Это наведенная актив­ность.

Большая часть радионуклидов, попадающих в морскую среду, имеет постоянно присутствующие в воде аналоги, такие, как 239 Pu, 239 Np, 99 T C) трансплутониевые не характерны для состава морской воды, и живое вещество океана должно приспосабли­ваться к ним заново.

В результате переработки ядерного топлива появляется значительное количество радиоактивных отходов в жидкой, твердой и газообразной формах. Основную массу отходов составляют радиоактивные растворы. Учитывая высокую стоимость переработки и хранения концентратов в специальных хранилищах, некоторые страны предпочитают сливать отходы в океан с речным стоком или сбрасывать их в бетонных блоках на дно глубоководных впадин океанов. Для радиоактивных изотопов Ar, Xe, Em и Т еще не разработаны надежные методы концентрирования, поэтому они могут попадать "в океаны с дождевыми и сточными водами.

При эксплуатации атомных энергетических установок на над­водных и подводных судах, которых насчитывается уже несколько сотен, ежегодно в океан вносят около 3,7-10 16 Бк с ионообменными смолами, около 18,5-10 13 Бк с жидкими отходами и 12,6-10 13 Бк вследствие утечек. Аварийные ситуации также вно­сят значительный вклад в радиоактивность океана. К настоящему времени сумма радиоактивности, привнесенной в океан человеком, не превышает 5,5-10 19 Бк, что еще невелико по сравнению с естественным уровнем (18,5-10 21 Бк). Однако концентрированноcть и неравномерность выпадений радионукли­дов создает серьезную опасность радиоактивного заражения воды и гидробионтов в отдельных районах океана.

2 Антропогенная экология океана –новое научное направление в океанологии. В результате антропогенного воздействия в океане возникают дополнительные экологические факторы, способствующие негативной эволюции морских экосистем. Обнаружение этих факторов стимулировало развертывание широких фундаментальных исследований в Мировом океане и зарождение новых научных направлений. К их числу относится антропогенная экология океана. Это новое направление призвано изучать механизмы реагирования организмов на антропогенные воз­действия на уровне клетки, организма, популяции, биоценоза, экосистемы, а также исследовать особенности взаимодействий между живыми организмами и средой обитания в изменившихся условиях.

Объект изучения антропогенной экологии океана - изменение экологических характеристик океана, причем в первую очередь тех изменений, которые имеют значение для экологической оценки состояния биосферы в целом. В основе этих изысканий лежит комплексный анализ состояния морских экосистем с учетом географической зональности и степени антропогенного воздействия.

Антропогенная экология океана применяет для своих целей сле­дующие методы анализа: генетический (оценка канцерогенной и мутагенной опасности), цитологический (изучение клеточного строения морских организмов в нормальном и патологическом состоянии), микробиологический (изучение адаптации микроорга­низмов к токсичным загрязняющим веществам), экологический (познание закономерностей образования и развития популяций и биоценозов в конкретных условиях обитания с целью прогноза их состояния в меняющихся условиях среды), эколого-токсикологический (исследование отклика морских организмов на воздействие загрязнений и определение критических концентраций за­грязняющих веществ), химический (изучение всего комплекса природных и антропогенных химических веществ в морской среде).

Основная задача антропогенной экологии океана состоит в раз­работке научных основ определения критических уровней загряз­няющих веществ в морских экосистемах, оценки ассимиляционной емкости морских экосистем, нормирования антропогенных воздействий на Мировой океан, а также в создании математических моделей экологических процессов для прогноза экологических ситуаций в океане.

Знания о важнейших экологических явлениях в океане (таких, как продукционно-деструкционные процессы, прохождение биогеохимических циклов загрязняющих веществ и т. д.) ограничены недостатком информации. Этим затрудняется прогнозирование экологической ситуации в океане и осуществление природоохран­ных мероприятий. В настоящее время особую значимость приобретает осуществление экологического мониторинга океана, стратегия которого ориентирована на долговременные наблюдения в определенных районах океана с целью создания банка данных, освещающих глобальные перестройки океанических экосистем.

3 Концепция ассимиляционной емкости. По определению Ю. А. Израэля и А. В. Цыбань (1983, 1985), ассимиляционная емкость морской экосистемы А i по данному загрязняющему веществу i (или суммы загрязняющих веществ) и для m-й экосистемы - это максимальная динамическая вмести­мость такого количества загрязняющих веществ (в пересчете на всю зону или единицу объема морской экосистемы), которое может быть за единицу времени накоплено, разрушено, трансформировано (биологическими или химическими превращениями) и вы­ведено за счет процессов седиментации, диффузии или любого другого переноса за пределы объема экосистемы без нарушения ее нормального функционирования.

Суммарное удаление (А i) загрязняющего вещества из морской экосистемы можно записать в виде

где K i - коэффициент запаса, отражающий экологические условия протекания процесса загрязнения в различных зонах морской экосистемы; τ i - время пребывания загрязняющего вещества в морской экосистеме.

Это условие соблюдается при , где С 0 i - критическая концентрация за­грязняющего вещества в морской воде. Отсюда ассимиляционная емкость может быть оценена по формуле (1) при ;.

Все величины, входящие в правую часть уравнения (1) можно непосредственно измерить по данным, полученным в процессе долгопериодных комплексных исследований состояния морской экосистемы. При этом последовательность определения ассимиляционной емкости морской экосистемы к конкретным загрязняющим веществам включает три основных этапа: 1) расчет балансов массы и времени жизни загрязняющих веществ в экосистеме, 2) анализ биотического баланса в экосистеме и 3) оценка критических концентраций воздействия загрязняющих веществ (или экологических ПДК) на функционирование биоты.

Для решения вопросов экологического нормирования антропо­генных воздействий на морские экосистемы расчет ассимиляци­онной емкости наиболее репрезентативен, поскольку он учитывает ассимиляционной емкости предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) водоема ЗВ рассчитывается достаточно просто. Так, при стационарном режиме загрязнения водоема ПДЭН будет равна ассимиляционной емкости.

4 Выводы из оценки ассимиляционной емкости морской экосистемы загрязняющими веществами на примере Балтийского моря. На примере Балтийского моря были рассчитаны значения ассимиляционной емкости для ряда токсичных металлов (Zn, Сu, Pb, Cd, Hg) и органических веществ (ПХБ и БП) (Израэль, Цыбань, Вентцель, Шигаев, 1988).

Средние концентрации токсичных металлов в морской воде оказались на один-два порядка меньше их пороговых доз, а концентрации ПХБ и БП только на порядок меньше. Отсюда коэффициенты запаса для ПХБ и БП оказались меньше, чем для металлов. На первом этапе работы авторы расчета, используя материалы долгопериодных экологических исследований в Балтийском море и литературные источники, определили концентрации загрязняющих веществ в компонентах экосистемы, скорости биоседиментации, потоки веществ на границах экосистемы и активность микробного разрушения органических веществ. Все это позволило составить балансы и рассчитать время «жизни» рассматриваемых веществ в экосистеме. Время «жизни» металлов в экосистеме Балтики оказалось достаточно малым для свинца, кадмия и ртути, несколько большим для цинка и максимальным для меди. Время «жизни» ПХБ и бенз(а)пирена составляет 35 и 20 лет, что определяет необходимость введения системы генетического мониторинга Балтийского моря.

На втором этапе исследований было показано, что наиболее чувствительным к загрязняющим веществам и изменениям экологической обстановки элементом биоты являются планктонные микроводоросли, а следовательно, в качестве процесса - «мишени» следует выбрать процесс первичного продуцирования органического вещества. Поэтому здесь применяются пороговые дозы загрязняющих веществ, установленные для фитопланктона.

Оценки ассимиляционной емкости зон открытой части Балтий­ского моря показывают, что существующий сток цинка, кадмия и ртути соответственно в 2, 20 и 15 раз меньше минимальных значений ассимиляционной емкости экосистемы к этим металлам и не представляет прямой опасности первичному продуцированию. В то же время поступление меди и свинца уже превышает их ассимиляционную емкость, что требует введения специальных мер по ограничению стока. Современное поступление БП еще не достигло минимального значения ассимиляционной емкости, а ПХБ превышает ее. Последнее говорит о настоятельной необходимости дальнейшего снижения сбросов ПХБ в Балтийское море.