Гідросфера – водна оболонка земної кори, яка представлена сукупністю океанів, морів і водних об’єктів суші (річок, озер, боліт, підземних вод), включаючи накопичення води в кріофазі (вічні сніги та льодовики).
Гідросфера тісно пов’язана з іншими геосферами Землі – атмосферою і літосферою. Вода на Землі знаходиться в безперервному русі. Кругообіг води об’єднує всі частини гідросфери, утворюючи в цілому замкнену систему: океан – атмосфера-суша. Він забезпечує активність водообміну, яка змінюється в силу неоднорідності різних частин гідросфери.
Вода –найбільш розповсюджена неорганічна сполука на нашій планеті. Вода – основа всіх життєвих процесів. Живі організми містять до 80-90% води у своїй біомасі і втрата ними 10-20% води приводить до їх загибелі. Організм людини приблизно на 70% складається з води. Для нормального здійснення функцій організму необхідно близько 2 літрів води на добу. Вода була оптимальним середовищем для виникнення і розвитку перших найпростіших живих організмів. Вчений Дж.Бернал зробив припущення, що життя зародилося в зоні морського прибою – межі трьох сфер (літосфери, гідросфери і атмосфери).
З підрахунками акад. Л.О.Зенкевича, у морських водоймах зустрічаються представники 90% всіх класів тварин, що тепер живуть, у прісних водоймах 42% і на суші лише 24%.
Виникнення первинної гідросфери на Землі датується не пізніше 4 млрд. років тому. По мірі розвитку життя вода збагачувалася киснем. Сучасний вміст розчинених твердих речовин і газів у воді -– результат тривалої еволюції гідросфери.
Головною складовою гідросфери є Світовий океан – сукупність океанів і морів. Океанічна вода складає 98% всієї маси гідросфери і займає більше 70% всієї земної поверхні. Роль океану в житті біосфери величезна: в ньому протікає основна кількість хімічних реакцій, які зумовлюють виробництво біомаси і хімічне очищення біосфери.
З поверхні Світового океану щорічно випаровується біля 5х10 куб.км води, що складає 86% всієї вологи, яка поступає в атмосферу. Клімат на Землі залежить від водних просторів і вмісту водяної пари в атмосфері. Навесні і взимку в океанах здійснюється значне перенесення тепла, запасеного влітку – до полюсів, а взимку – до екватора. Це обумовлює ослаблення широтних контрастів температури. А швидкі перепади температури, які за різних причин виникають в атмосфері, Світовий океан згладжує, спричиняючи в цілому стабілізуючу дію на глобальний клімат.
Загальний діапазон солоності водойм земної кулі дуже великий. Звичайно солоність визначається кількістю грамів солі на 1000 мл води і позначається знаком %о, тобто солоність на тисячу – проміле.
Залежно від кількості солей, розчинених у воді, відрізняють такі категорії водойм: прісні, або олігогалінні, з солоністю 3%о; солонуваті, або мезогалінні, з солоністю до 16-30%о; солоні, або пірогалінні, солоність яких коливається від 30 до 70%о; пересолені, або ультрагалінні, з солоністю від 70 до 280 %о.
Концентрація розчинених в морській воді солей складає близько 35%0 і більше, причому за хімічним складом на 99,9% це десять іонів: натрій (близько 11 г на 1 л), калій, хлор (близько 20 г на 1 л), бром, фтор, магній та ін. Співвідношення головних іонів впродовж мільйонів років залишається постійним, незважаючи на безперервний обмін речовин між океаном і сушею.
Відомі водойми, які за вмістом солей можуть майже дорівнювати дистильованій воді. Такими є, зокрема, сфагнові болота, вода яких має солоність не більше 0,01-0,02 %о. Поряд з цим зустрічаються внутрішні водойми, солоність яких значно перевищує солоність морської води. Прикладом таких водойм є озера Ельтон і Баскунчак. Солоність цих озер дорівнює 210-250 %о. Солоність Мертвого моря – 260 %о. В Тамбуканському озері на Кавказі солоність досягає навіть 347 %о. Це максимальна відома цифра солоності внутрішніх водойм земної кулі. Ці дві крайні величини – 0,01 %о та 347 %о і визначають собою загальний діапазон солоності природних водойм, в межах якої можливе життя. Ступінь солоності визначає видовий склад живого населення водойм.
Зі збільшенням вуглекислого газу в атмосфері збільшується його вміст у воді океану, що сприяє розчиненню карбонату кальцію і збільшенню вмісту гідрокарбонатних іонів. При зменшенні вмісту вуглекислого газу зменшується концентрація водневих іонів. Це сприяє більш інтенсивному утворенню карбонату кальцію, який осаджується. Таким чином забезпечується постійність іонів вуглецю в океанічний воді і відбувається поглинання певного надлишку вуглекислого газу, обумовленого антропогенними викидами в атмосферу.
В Північній півкулі в акваторії Північного льодовитого океану морський льод зберігається влітку на площі 8 млн. кв.км, взимку він розповсюджується на територію майже 18 млн. кв.км, що в 2 рази більше площі Австралії. В Південній півкулі навколо Антарктиди морський льод взимку покриває 20 млн. кв.км. В Антарктиді зосереджено приблизно 2,4х1019 кг води.
Сніги і льоди затримують розчинні речовини, змінюють газообмін між грунтом, підземними, поверхневими водами і атмосферою. Наприклад, при утворенні льоду на поверхні океанів, морів і річок перехід гідрокарбонату кальцію у важкорозчинний карбонат кальцію супроводжується виділенням в атмосферу приблизно 100 млн. тонн вуглекислого газу.
Велика роль льодовиків в кругообігу води. Гірські льодовики – джерело живлення багатьох річок. Такі річки мають великий запас гідравлічної енергії.
Акумульовані в льодовиках води є потенційним ресурсом прісної води.
З малих складових поверхневих вод найбільша маса води зосереджена в озерах.
Озера – це маленькі моделі океану з точки зору руху вод, а по концентрації і набору розчинених речовин озера ближчі до підземних вод. Дуже солоні озера найчастіше всього безстічні: вода річок і льодовиків приносить розчинені речовини, які при випаровуванні накопичуються в озері. В деяких озерах вода буває в 10 разів солоніше, порівняно з водою океанів.
Болота – проміжна ланка між озерами і підземними водами. Болота – головні пастки органічного вуглецю. В них відбувається його накопичення і поховання. Значна роль боліт в регуляції гідрологічного режиму.
Річки на відміну від озер і боліт – швидкі транспортери води. Маючи відносно невеликий миттєвий запас води, річки протягом року доставляють до вустя масу води, рівну 4,5х1013 тонн.
Річки різноманітні за протяжністю і ширині, глибині, швидкості руху. Довжина Амазонки, наприклад, досягає радіуса земної кулі.
Річки регулярно обновлюють гідросферу водою – 1 раз за 30 тис. років. За час існування нашої планети вода Світового океану і підземної гідросфери пройшла через річки більше 100 тис. разів.
Зона інтенсивного підземного водообміну знаходиться на глибині 300-500 м (верховодка і підземні води). Швидкість руху води тут невелика і повний обмін з поверхневими водами може досягати століть. Нижче, на глибині 1,5-2 км водообмін ще повільніший через зменшення пористості порід. Середні темпи відновлення запасів води складають тут десятки-сотні тисяч років, ще глибше водообмін може відбуватися за мільйони років (схема 15).
В межах перших сотень метрів від поверхні мінералізація складає біля 1% (1 г солей на 1 л) з переважанням гідрокарбонатного аніона, глибше мінералізація зростає до 3,5 %, тут багато сульфатних аніонів, ще глибше мінералізація перевищує 3,5 %, склад підземної води наближається до складу морської води, збільшується концентрація іонів хлору.
В зоні інтенсивного водообміну підземні води містять кисень і азот, глибше з’являються сірководень і метан, ще глибше – вуглекислий газ і водень. В підземних водах на глибині від 1 до 4 км міститься до 1000 куб.см/л газів, а в океані тільки до 20 куб. см/л. Загальна маса газів, розчинених в глибинних водах, наближається до маси атмосфери Землі.
Підземні води містять величезну кількість розчинених органічних речовин.
Прісною називають воду з вмістом мінеральних солей не більше 1 г на 1 л. Запаси прісної води в гідросфері оцінюються в 3х1016 тонн, з них 86% міститься в сніжно-льодових утвореннях, 13% - в підземних водах і тільки 1% в озерах, болотах і річках.
Водні ресурси приймаючи участь в кругообігу “океан-атмосфера-земля-океан” мають здатність відновлюватися. В природі працює гігантський “механізм”, який повертає прісну воду, що стікає з материків в океани і моря, на сушу.
Самоочищення в гідросфері. Водні організми відіграють важливу роль у процесах біологічного самоочищення водойм. В міру розведення стоків водами відбувається зміна фауни і флори водойм, поступове відновлення тієї біологічної картини, яка властива чистим водам. Біологічними чинниками самоочищення водойм можуть бути організми, що потребують органічного живлення. До них належать усі сапрофіти з бактерій і грибів, а також міксотрофні водорості.
Важливе значення у біологічному очищенні водойм відіграють організми, відомі під назвою фільтраторів і седиментаторів. Фільтраторами називають таких тварин, які з допомогою тих чи інших пристосувань, шляхом активних рухів відфільтровують з води різні речовини. Активними фільтраторами є ракоподібні (ластоногі, веслоногі і вусоногі), личинки комарів, деякі види риб. Седиментаторами (осаджувальниками) називають тварин, що утворюють кругообіг, водяну лійку, на дні якої осаджують речовини, якими вони живляться. Такими є інфузорії, губки, коловертки, моховатки, деякі молюски тощо.
Фільтратори і седиментатори поглинають мікробів і змулені у воді органічні частки. Крім того, доведена величезна роль рослин у самоочищенні водойм. Завдяки фотосинтезу зелені рослини виділяють багато кисню, що йде на окислення розчинених у воді органічних речовин. Цей процес називається біологічним споживанням кисню. Синьо-зелені водорості можуть вбирати осмотичним шляхом органічні речовини.
Кожна зона забруднення водойм характеризується розвитком цілого ряду організмів рослинного і тваринного світу, які за своїми еколого-фізіологічними вимогами найбільше відповідають даним умовам існування.
Здатність організмів жити у забруднених органічними речовинами водах називають сапробністю, а такі організми – сапробними організмами. Певні види рослин і тварин відповідають різним зонам забрудненості. Така пристосованість рослин і тварин тих чи інших видів до різного ступеня забрудненості використовується в біологічному методі оцінки екологічного стану вод.
Серед фізичних факторів мають місце розчинення, розбавлення і перемішування забруднень, що поступають. За рахунок ультрафіолетового випромінювання відбувається знезараження води.
6.2. Вплив господарської діяльності людини на гідросферу
Розвиток цивілізації – це, крім всього, історія швидкого споживання води промисловістю, енергетикою, сільським господарством. Людство щорічно витрачає 3000 куб. км води і потреба у воді зростає щорічно на 3,1%. Глобальною екологічною проблемою сучасності стає забруднення і виснаження водних ресурсів. Вода, після її використання скидається у водойми і річки, з них майже третина без належного очищення. Велика частина води в результаті водоспоживання безповоротно втрачається. Такі втрати води можна умовно розділити на дві категорії: а) необхідні – в складі продукту та при приготуванні різних тривалодіючих робочих розчинів. Так, на виробництво цукру з 1 тонни цукрового буряка витрачається 0,5-6 куб. м води, на виробництво 1 тонни паперу – 1,5-70 куб.м, 100 л пива – 5-21 куб.м, на виробництво 1 тонни пряжі – до 200 куб.м води. Ще більш уражаючі наступні цифри: для виробництва 1 тонни сталі необхідно 25 тис.л води, а для випуску одного автомобіля – цілих 300 тис.л; б) невиправдані, пов’язані з природним випаровуванням (з поверхні водосховищ, відстійників, ставків-охолоджувачів) та протіканням трубопроводів і каналів. В міських мережах водопостачання втрачається 30-50% води. Біля 80% всієї води, яка витрачається в промисловості, йде в системи охолодження хімічних заводів і електростанцій.
Щорічно безповоротне водопостачання становить біля 150 куб.км, тобто 1% стійкого стоку прісних вод.
Однією з найбільш серйозних проблем є скидання забруднених відпрацьованих промислових і комунальних стічних вод. Зараз вони забруднюють більше 1/3 річкового стоку, щорічно в річки скидається до 450 млрд. кубометрів стічних вод. За останні 70 років забрудненість річок зросла майже в 10 разів. Багато річок забруднені по всій своїй протяжності. Промислові стічні води містять різноманітні органічні речовини і сполуки важких металів.
Міжнародний комітет по використанню водних ресурсів зробив висновок, що більше половини крупних річок у світі страждають від надмірного забруднення або пересихають. З 500 найбільших річок тільки дві більш-менш “здорові” – це Амазонка в Південній Америці і Конго в Африці. Це пов’язано з тим, що по берегам обох річок розташовано мало промислових підприємств.
Величезний об’єм забруднень вноситься в вододжерела з поверхневим і ливневим стоком з територій сміттєзвалищ, сільськогосподарських об’єктів і угідь, що в значному ступені впливає на сезонне, в період весняної повені, погіршення якості питної води.
Розкладання великої кількості органічних речовин у водоймах, що поступили зі стічними водами (джерело – комунальне господарство, тваринницькі комплекси) викликає дефіцит кисню і накопичення сірководню, посилене розмноження ціанобактерій і синьо-зелених водоростей (“цвітіння” води), що викликає масові замори водних організмів, особливо промислових видів риби. Присутність великої кількості органічних речовин створює в грунтах відновне середовище, в якому виникає особливий тип мулових вод, що містять сірководень, аміак, іони металів. Така вода стає непридатною для господарського використання. Забруднення води органічними речовинами носить назву евтрофікації.
Небезпечним є теплове забруднення води. Воно викликається викиданням у відкриті водойми підігрітих вод від АЕС, ТЕС та інших енергетичних установок. Тепла вода змінює термічний і біологічний режим водойм і негативно впливає на гідробіонтів. Побічний фактор теплового забруднення води – підсилення токсичної дії більшості шкідливих домішок.
Країни, які мають вихід до моря часто здійснюють морське поховання матеріалів і речовин (дампінг). Їх об’єм становить близько 10% від усієї маси забруднюючих речовин, що поступають в Світовий океан.
Особливу небезпеку становить поховання радіоактивних відходів. До 1983 року 11 країн практикували скидання твердих радіоактивних відходів у відкрите море. Такий метод почав практикуватися одночасно з широким розвитком атомної промисловості і енергетики.
Сумарний об’єм твердих радіоактивних поховань проведених в колишньому СССР (далекосхідні і північні моря) складає 53376 куб.м з активністю 21614 Кюрі. Одночасно похованню піддавалися і рідкі радіоактивні відходи. Сумарне зливання їх в північних морях склало 190435 куб.м з активністю 23,753 Кюрі, відповідно в далекосхідні моря – 123497 куб.м з активністю 12337 Кюрі. Таким чином, російські моря, які прилягають до Нової Землі (північ) і до Приморського краю (схід), являють потенційну небезпеку не тільки для нинішнього, але і для майбутніх поколінь. Радіактивне забруднення Світового океану викликають також втрачені ядерні боєприпаси та інші джерела іонізуючого випромінювання, затоплені атомні підводні лодки і радіонукліди, які потрапили в океан в результаті підводних ядерних вибухів.
За даними ООН кожний рік у Світовий океан потрапляє 50 тис.тонн пестицидів, 5 тис.тонн сполук ртуті, біля 10 млн тонн нафти та інших забруднюючих речовин. Кількість щорічно поступаючих з антропогенних джерел у води океанів і морів солей заліза, марганця, міді, цинку, свинцю, олова, миш’яка, перевищує об’єм цих речовин, занесених в результаті геологічних процесів.
Значну частку в забруднення води вносять детергенти (миючі засоби). До їх складу входять як активна основа поверхнево-активні речовини (ПАР) і різні добавки: лужні і нейтральні електроліти, перекисні сполуки, речовини, що запобігають ресорбції забруднювачів. Детергенти потрапляючи у водні об’єкти, викликають спінювання, погіршують органолептичні властивості води, порушують процеси кисневого обміну, токсично впливають на фауну, утруднюють процеси біологічного окислення органічних речовин, перешкоджають біологічному очищенню стічних вод.
Тяжкі екологічні наслідки викликає забруднення води сирою нафтою, нафтопродуктами та неочищеними водами нафто-перероблювальних заводів.
При розливах нафта утворює тонку поверхневу плівку (0,1 мм). Хвилі сприяють тому, що плівка розривається і утворює краплі, які розсіюються у товщі води. Вони проникають на глибину від 1 до 5 м.
Під дією сонця та органічних речовин відбувається фотохімічне і біологічне окислення нафтової плівки і розсіяних нафтових крапель. В результаті утворюються окислені похідні з вихідних компонентів нафти – поліароматичні вуглеводні, які розчинні у воді. Вони акумулюються в організмах гідробіонтів, переходять в донні відклади. Похідні нафти мають канцерогенні властивості і їх потрапляння в організм людини може викликати ракові захворювання.
Нафтове забруднення найбільш небезпечне для зоопланктону та зообентосу. Менше уражується фітопланктон (може швидко відновлюватися) та гідробіонти, що здатні до значних міграцій і є дуже мобільними.
Щорічно у води Світового океану потрапляє 12-15 млн. тонн нафти. Кожна тонна нафти вкриває тонкою плівкою приблизно 12 кв.км водної поверхні і забруднює близько мільйона тонн морської води. Забруднення води нафтою відбувається при добуванні нафти в шельфовій зоні, в результаті аварій нафтових танкерів.
6.3 Світові проблеми прісної води
На кожного жителя Землі приходиться біля 9 тис. кубометрів води. Найбільш багаті водними ресурсами Канада і Норвегія. На одного жителя Канади приходиться біля 123 тис. кубометрів, а Норвегії – 107,8 кубометрів питної води, тоді як в Індії і Франції постачання води досить обмежене – відповідно 2,8 і 3,4 тис. кубометрів на людину (мова йде про доступну питну воду з річок і озер.
Прісна вода складає тільки 2% всіх водних ресурсів Землі. Запаси прісної води в гідросфері оцінюються в 3х1016 тонн, з них 86% в сніжно-льодових утвореннях, 13% - в підземних водах і тільки 1% - в озерах, болотах і річках.
Сьогодніші запаси прісної води на одну душу населення в два рази менше, ніж були 50 років тому. Крім того, за прогнозами, світові запаси води будуть зменшуватися і в майбутньому. Таке різке скорочення водних ресурсів пояснюється тим, що в результаті зростання населення, а також розвитку сільського і промисловості зросла необхідність в прісній воді.
Приблизно 70% (в країнах, що розвиваються – 90%) водних запасів Землі використовуються в сільському господарстві. Серед істотних проблем названа проблема частої втрати води через нераціональні методи зрошення і протікання труб (до 60%).
Однією з головних проблем є нерівномірність розподілення запасів прісної води. Наприклад, в Азії зосереджено 36% світового запасу річкових і озерних вод, але в цій частині планети проживає 60% світового населення. І, навпаки, в річці Амазонці – 15% світового запасу річкової води, а число людей, які живуть недалеко від річки і можуть користуватися її водою, складає всього 0,4% світового населення.
Нерівномірно розподіляється і дощова вода. В деяких районах Землі дощі майже не випадають, в інших регіонах, не зовсім сухих, іноді бувають сильні посухи.
Спеціалісти вважають, що на кількість опадів впливають антропогенні зміни клімату. Через вимирання лісів, виснаження оброблюваних земель і пасовищ деградує і гине грунт. Коли це відбувається, земля відбиває більше сонячного світла в атмосферу. В результаті атмосфера нагрівається, хмари розсіюються і опадів випадає менше. Крім того, значну частину дощової води, яка падає на ліси, випаровували самі ж рослини; зникає рослинність – зменшується і кількість опадів.
Учені, які досліджують розподілення запасів води на земній кулі, встановили, що в деяких районах положення катастрофічне. Сьогодні 35% (з 80 країн світу) населення землі не має прямого доступу до питної води. Водна криза загрожує населенню, яке живе на півночі Африки і південніше Сахари, на Близькому Сході і в Угорщині. Надзвичайно критичні ситуації з водою можуть виникнути в цих регіонах при посухах.
Дефіцит води вже зараз може негативно відбитися на здоров’ї людей і економіці. В нинішньому столітті причиною війн стане вода. Такі суперечки вже виникали. 40% світового населення живе в басейнах 250 річок, за воду яких бореться більше, ніж одна країна. Річки Брахмапутра, Інд, Меконг, Нігер, Ніл, Тигр протікають через багато країн, які намагаються викачати з них як можна більше води. Через поділ води були конфлікти. З кожним роком такі конфлікти набувають характеру не економічної конкуренції, а боротьби за виживання.
Зараз наступає той час, коли воду будуть цінити як нафту, і перестануть вважати такою ж безкоштовною, яким вважають повітря.
Щоб забезпечити все людство чистою питною водою і каналізацією, яка відповідає санітарним нормам, необхідно, за підрахунками вчених, більше 36 млрд. доларів в рік – а це приблизно 4% світових воєнних витрат.
Одним з шляхів вирішення проблеми дефіциту води є використання підземних вод. Інтенсифікація відбору підземних вод може викликати ряд серйозних екологічних проблем. Підземні води є не тільки корисною копалиною і частиною загальних водних ресурсів, але і важливим компонентом навколишнього середовища. Будь-які зміни в режимі і балансі підземних вод викличуть зміни в інших компонентах навколишнього середовища.
Так, інтенсивна експлуатація підземних вод може привести до таких негативних змін навколишнього середовища, як недопустиме скорочення річкового стоку, осідання поверхні землі, пригнічення і навіть загибель рослинності в зв’язку з пониженням рівня грунтових вод. Інтенсивний відбір води може викликати підтягування сильно мінералізованих глибоких підземних вод, непридатних для пиття, а в районах морських узбережь – проникнення солоних вод.
Наведемо декілька прикладів. Так, в Мехіко в результаті відкачування підземних вод відбулося осідання поверхні на 10,7 м за останні 70 років. В штаті Каліфорнія (США) загальна площа осідання земної поверхні досягає 16 тис.кв.км. В окремих місцях осідання досягає 8-9 м. Це порушує роботу каналів, водопроводів і обумовлює значні витрати на ремонт і переобладнання свердловин.
Інтенсивна техногенна діяльність на водозборах (зрошення і осушення земель, цивільне і гідротехнічне будівництво, розорювання земель. Вирубування лісів та ін.) часто викликають негативні зміни в балансі і режимі підземних вод. Так, величезний водоносний пласт Огаллала в США настільки виснажився, що через нестачу води площа зрошуваних земель на північному заході штату Техас скоротилася втричі. Дещо подібне відбувається в Китаї і Індії, які займають друге і третє місця по виробництву продуктів харчування. На півдні Індії, в штаті Тамілнад, через штучне зрошування рівень грунтових вод за десять років знизився більше ніж на 23 метри.
Протікання водопроводів і каналізаційної мережі викликають підняття грунтових вод і, як наслідок, підтоплення споруд. Погіршення якості підземних вод пов’язане з випаданням кислотних дощів.
Істотне значення має забруднення підземних вод. Основними причинами забруднення є діяльність промисловості (37%), сільського (16%) і житлово-комунального господарств (10%), підтягування некондиційних підземних вод при порушенні режиму експлуатації водозаборів (13%).
Зміна якості підземних вод під впливом господарської діяльності проявляється в зростанні їх загальної мінералізації і збільшенні окремих компонентів складу (хлоридів, сульфатів та ін.), в появі токсичних речовин штучного походження (пестицидів, нафтопродуктів, радіонуклідів), в зміні температури і кислотності. Деградація якості підземних вод найбільш яскраво проявляється в районах, де широко використовуються хімічні добрива. Слід підкреслити, що деградація якості підземних вод часто обумовлює більші обмеження в їх використанні, ніж виснаження водоносного горизонту.
При плануванні використання підземних вод необхідно враховувати, що захищеність різних водоносних горизонтів від забруднення неоднакова.
Практично повністю захищені від проникнення забруднюючих речовин з поверхні землі підземні води напірних водоносних горизонтів, перекриті витриманими слабкопроникненими глинистими шарами. В цих умовах забруднення може бути пов’язане тільки з незадовільним технічним станом водозабірних свердловин. Надійно захищеними від забруднення і джерельні води в передгірських і гірських районах бувають у випадках, коли в областях їх живлення не ведеться господарська діяльність. Значно гірше захищені підземні води перших від поверхні водоносних горизонтів, особливо в річкових долинах, де підземні води тісно пов’язані з поверхневими, і при експлуатації відбувається підтягування поверхневих забруднених вод.
6.4. Основні заходи охорони і раціонального використання вод
Охороні вод сприяє раціональне водокористання –комплекс заходів, спрямованих на зниження забора свіжої води промисловими, комунальними, сільськогосподарськими та іншими об’єктами та технологічно виправдане зменшення загальної витрати води у виробничих процесах.
У технологічних процесах необхідно впроваджувати замкнений цикл водокористання – багатократне використання води в одному і тому ж виробничому процесі без скидання у природні водні об’єкти стічних вод.
Для зменшення витрат води на зрошення застосовується комплекс заходів: максимальна економія зрошувальної води, протифільтраційні покриття, застосування стаціонарних і мобільних установок з малою інтенсивністю “дощу”, систем крапельного зрошування та ін.
Охороні водних ресурсів сприяють меліоративні заходи: а) лісова меліорація – вирощування дерев’янистої і чагарникової рослинності в межах верхньої і середньої частин річкових басейнів з метою зменшення поверхневого стоку і ослаблення процесів водної ерозії; б) агротехнічна меліорація – правильне ведення сільськогосподарських робіт; в) гідротехнічна меліорація – регулювання водно-повітряного режиму грунтів при вирощуванні різних сільськогосподарських культур.
Для охорони морів від забруднення морські судна, судноремонтні бази і порти обладнуються пристроями, які попереджують забруднення води баластними, промивними та іншими водами, а також твердими відходами.
На суднах і в портах проводяться роботи, які забезпечують виконання положень Міжнародної конвенції по запобіганню забруднення моря нафтою.
Для ліквідації осередків нафтового забруднення застосовують такі методи: а) спалювання плаваючої нафти; б) механічне затримання нафти; в) механічне збирання і видалення нафти з поверхні води; г) абсорбційне поглинання з послідуючим механічним збиранням або спалюванням плаваючої нафти; д) обробка плаваючої нафти дисперсантами; е) поглинання нафти тонучими абсорбентами.
Перед скиданням у природні водойми забруднені промислові та комунальні стічні води піддають очищенню. Застосовують три методи очищення: механічний, фізико-хімічний і біологічний.
Метод механічного очищення полягає в механічному видаленні із стічних вод нерозчинних домішок, для чого застосовують спеціальні споруди. Видалення різнорідних домішок при цьому здійснюється з допомогою різноманітних пристроїв: решіток і сит, жиро-, масло-,нафтовловлювачів. У відстійниках відбувається осадження важких часток, а легкі речовини спливають на поверхню води відстійників.
Кількість твердих органічних речовин, що видаляються на цьому етапі, може досягти 35% всіх органічних речовин, які містяться в стічних комунальних водах звичайного міста.
Метод фізико-хімічного очищення заснований на реагентній коагуляції, нейтралізації кислот і лугів, екстракції, перегонці з водяною парою, сорбції і обробці води хлором. Вказані реагенти, вступаючи в реакцію із забруднюючими речовинами, сприяють випадінню нерозчинних колоїдних і частково розчинених речовин. Деякі нерозчинні речовини перетворюються у нешкідливі розчинні. Фізико-хімічний метод дає змогу зменшити кількість нерозчинних забруднювачів стічних вод до 95% і розчинних до 25%. На цьому етапі очищення видаляються з стічних вод сполуки, які містять азот і фосфор. Саме ці елементи викликають евтрофікацію природних водойм, викликаючи інтенсивний ріст водоростей.
Після фізико-хімічного очищення стічні води піддають біологічному очищенню.
Метод біологічного очищення дозволяє провести природний процес руйнування органічних речовин. Біологічне очищення може бути природним і штучним. Штучне проводять на полях фільтрації. Там планується зрошувальна мережа магістральних і розподільних каналів, по яких розливаються стічні води. Очищення забруднень відбувається в процесі фільтрації вод через грунт. Шар грунту у 80 см забезпечує досить надійне очищення.
Для біологічного очищення використовують також біологічні ставки, в яких відбуваються ті ж процеси, що й при самоочищенні водойм.
Для штучного біологічного очищення застосовують спеціальні споруди – біологічні фільтри (аеротенки).
Стічні води, які поступають в аеротенки, продуваються знизу потужним струменем дрібних пухирців повітря. Очисну роль в аеротенкі відіграє активний мул – сукупність мікроскопічних рослинних і тваринних організмів. При надлишку кисню (пухирці повітря) і притіканні органічних речовин (стічні води) в активному мулі бурхливо розвивається бактеріальне населення і мікрофауна- і флора. Бактерії склеюються в пластівці, що мають величезну робочу поверхню -– біля 1200 куб.м в 1 куб.м мулу, і виділяють ферменти, які розщеплюють органічні забруднення до простих мінеральних речовин. Відбувається мінералізація органічних речовин. Поглинаючи в надлишку органічні речовини, бактерії активно розмножуються, їх безперервно збільшується. Так як бактерії склеєні в пластівці, активний мул швидко осідає і відділяється від вже чистої води. Вода, що відстоялася, придатна для подальшого використання, а мул знову включається в процес очистки.
Після цих трьох етапів вода хлорується для знищення бактерій і вірусів, що там залишилися, а потім тільки може скидатися у природні водойми.
Сумарні витрати на очищення стічних вод складають 10-15%, а іноді 20-25% загальної вартості промислових підприємств. Висока вартість споруд для очищення стічних вод, а також той факт, що за допомогою очисних споруд не завжди можна вирішити проблему захисту навколишнього середовища від забруднення, ведеться пошук більш ефективних способів охорони вод. Ця проблема може бути вирішена шляхом створення екологічно безпечних, маловідходних і там, де це можливо, безвідходних технологічних процесів.
Для вирішення проблеми дефіциту прісної води приймаються різні заходи і пропонуються різноманітні проекти.
В останні десятиліття в багатьох країнах значна увага приділяється оцінці ресурсів підземних вод як важливого і надійного джерела водопостачання населення прісною і екологічно чистою водою.
Значний інтерес до підземних вод визначається тим, що саме вони як джерело господарсько-питного водопостачання мають ряд істотних переваг в порівнянні з поверхневими водами. Як правило, вони більш якісні за складом, краще захищені від забруднення і зараження, менше піддаються сезонним коливанням, більш рівномірно розподілені по території (часто підземні води є там, де поверхневі вододжерела відсутні). Важливий і економічний аспект: введення в дію водозаборів підземних вод може здійснюватися поступово зі зростанням потреби у воді, в той час як будівництво крупних гідротехнічних споруд на річках (водосховищ, гребель) потребує значних витрат.
В теперішній час підземні води є основним джерелом водопостачання в багатьох країнах Європи і частка у загальному водопостачанні складає 60%. В США підземні води слугують джерелом для 75% комунальних систем водопостачання. Дефіцит річкової води в Україні також доводиться надолужувати за рахунок підземних вод, яких у нашій країні чималі запаси. З її надр щорічно добувається більше 5 куб.км води. В загальному водоспоживанні (33 куб.км/рік) використання підземних вод становить понад 15%, в тому числі у промисловості – близько 14%, у сільському господарстві – понад 25, у комунальному господарстві – понад 34%. У 77 містах (із загального числа 434) водопостачання здійснюється практично лише за рахунок підземних вод (Бачинський та ін.,1995).
У таких країнах, як Австрія, Бельгія, Угорщина, Німеччина, Данія, Румунія, Швейцарія, колишня Югославія, Болгарія, Італія, Португалія, Нідерланди, Франція, Чехія, Словакія, частка підземних вод в загальному балансі господарсько-питного водопостачання складає більше 70%.
Істотну роль відіграють підземні води в водопостачанні міст. Так, повністю або майже повністю постачаються підземними водами Будапешт, Гамбург, Копенгаген, Мюнхен, Рим, ряд столиць колишнього СРСР – Мінськ, Тбілісі, Єреван, Алма-Ата, Вільнюс, Бішкек та ряд інших великих міст.
Спеціалісти вважають, що при прогресуючому забрудненні поверхневих вододжерел, кожне місто повинно мати основне або додаткове джерело питного водопостачання, засноване на використанні захищених від забруднення підземних вод високої якості. Для технічних потреб і зрошення треба намагатися використовувати головним чином поверхневі води.
Для охорони від забруднення підземних горизонтів встановлюють зони санітарної охорони підземного джерела водопостачання: для надійно захищених горизонтів – не менше 30 м, для незахищених горизонтів і інфільтраційних водозаборів – не менше 50 м.
Основним показником перспектив використання підземних вод є середньобагаторічна величина їх природних ресурсів, яка характеризує відновлення підземних вод в процесі кругообігу води і визначаюча верхню межу відбору підземних вод за багаторічний період без їх виснаження.
Деякі проекти усунення дефіциту води вважаються поки що фантастичними. Це, зокрема, використання айсбергів з Антарктиди і Гренландії. Найбільш складне в цих проектах – низька швидкість транспортування айсбергів. Але в порівняно невеликому айсбергу розміром 2х0,5х0,1 км міститься така кількість води, якої б вистачило на місяць для водопостачання п’ятимільйонного міста, за умови витрати води на одного жителя – 1000 л в день.
За існуючими підрахунками, всі разом айсберги планети можуть щорічно напоїти понад 12 млрд. чоловік.
Більш реальні і доступні методи опріснення морської води. Опріснення води виконується в багатьох країнах : Алжирі, Бахрейні, Греції, Іспанії, Ізраїлі, Італії, Кувейті, Лівії, Мексиці, Нідерландах, Саудівській Аравії, США, Казахстані, Туркменистані, Узбекистані та інших країнах.
Для опріснення води використовується ряд методів. При термічній дистиляції (перегонці) знесолюється вода будь-якого складу. Зараз працюють установки термодистиляції з продуктивністю декілька сотень кубометрів води за добу.
Опріснення води методом зворотного осмосу – процес “продавлювання” води з розчиненими солями через напівпроникну мембрану, яка затримує всі розчинені солі.
Метод іонного обміну здійснюється на спеціальних установках, де воду пропускають через фільтри з катіоно-аніонообмінними смолами.
Прісну воду отримують і методом електродіалізу, який заснований на застосуванні обмінних мембран, які пропускають тільки аніони чи катіони.
Існують і інші методи знесолення води, наприклад, сумісна дія магнітного поля і ультрафіолетового випромінювання на воду, виморожування, геліоопріснення.
6.5. Екологічні проблеми деяких водних екосистем України
Азовське море. Азовське море належить до внутрішніх водойм. Його площа 38840 кв.км, найбільша довжина 380 км і ширина 200 км, об’єм води перевищує 300 кв.км. Азовське море найбільш мілководне в світі, середня глибина його всього 3 м, а найбільша – 14 м. Воно є також найбільш продуктивним морем планети. З кожного гектара водного дзеркала Азовського моря добувалося риби в : разів більше, ніж в Каспії, в 8 разів більше, ніж на Балтиці, і в 25 разів – ніж в Чорному морі.
Азовське море сполучене з Чорним морем через Керченську протоку. При невеликій площі і малому об’ємі Азовське море отримує досить багато річкової води – до 12% об’єма води моря. Таке відношення – найбільше в порівнянні з таким всіх інших морів. Дон – одна з найбільших річок, які живлять Азовське море.
Солоність води в Азовському морі в три рази менша середньої солоності океанічної води.
В Азовському морі мешкає більше 300 видів і підвидів риб, серед яких багато ендемічних і реліктових, прісноводних та напівпрохідних. За запасами осетрових це море займає друге місце в світі після Каспія.
Деградація Азовського моря почалася з моменту збільшення солоності його води внаслідок зменшення поступання в нього річкового стоку та забруднення природних вод басейну моря.
До зменшення річкового стоку привело будівництво гребель і водосховищ на річках Дон і Кубань. Це пов’язано із зарегулюванням річок. Так, Цимлянське водосховище і зрошувальні системи в низов’ях Дону забирають у моря більше 100 кубометрів річкової води. Вода з Кубані розбирається на зрошувальні роботи в сільському господарстві Ставропольського краю (чотири кубометри щорічно).
Нестача прісної води стала заміщуватися солоними водами Чорного моря. В Азов щорічно потсупає 30-40 куб.м гірко-солоної чорноморської води. Процес осолонення є стійким і якщо солоність досягне критичного рівня (15 промілле), то процеси деградації морської екосистеми стануть незворотними і Азов може стати подібним до Кара-Богаз-Голу.
Скидання забруднених стічних вод, особливо металургійного комбінату складає 8 млн куб.м. Так, «Азовсталь» в своєму виробництві використовує тільки морську воду, щоденно прокачуючи в систему охолодження своїх агрегатів біля 2,5 млн куб.м води. Зараз обсяги скидів промислових стоків цього промислового об’єкта дещо зменшилися насамперед внаслідок падіння обсягів виробнитва. Велику частку в забрудненні складають пестициди і добрива, побутові відходи і каналізаційні стічні води.
Азовське море – зона екологічної катастрофи. Щоб її усунути необхідно стабілізувати режим солоності води шляхом різкого скорочення безповоротного вилучення річкового стоку і зниження рівня забруднення.
Вивчається можливості будівництва греблі між Азовським і Чорним морями з метою обмеження поступання в Азовське море солоних чорноморських вод, розробляються варіанти біомеліорації басейну Азовського моря, реконструкції іхтіофауни та ін. Ці заходи потребують наукового обгрунтування і прогнозування можливих нових змін в екосистемі Азовського моря.
Одна з причин зникнення осетрових риб в Азовському морі – браконьєрство. До речі, російський уряд планує ввести державну монополію на виробництво і експорт чорної ікри. А міжнародні природоохоронні організації вже запропонували заборонити торгівлю ікрою, щоб зберегти від повного знищення промислові сорти осетрових риб.
Україна і Росія в 2001 р. призупиняють промисел осетрових риб в басейні Азовського моря, домовившися виловити не більше 130 тонн осетра, севрюги і білуги для наукових цілей (квота України – 15 тонн). В 2001 р. в Азовському морі заборонений промисел оселедця.
Чорне море. Площа Чорного моря складає 413488 кв.км, середня глибина 400 м, максимальна майже в центрі – 2211 м. На поверхні спостерігається кисневе насичення, в той час як на глибині 100м кисню в 20 разів менше. З глибини 180-200 м починається сірководнева зона, в якій кисень та організми, що дихають, відсутні.
Сірководнева зона займає п’ять шостих об’єму моря. Це мертва зона, на межі якої живуть сіркобактерії, що підтримують своє життя за рахунок енергії окислення сірководню. Сірководневі зони виявлені в Карибському та інших морях. Проте чорноморська сірководнева зона потужніша, найстійкіша, що дає підстави вважати його унікальною водоймою світу.
Водозбірний басейн Чорного моря охоплює майже половину континентальної Європи, основний стік припадає на річки Дунай, Дніпро, Дністер, Дон, Кубань, Ріоні, Інгурі а також на безліч малих річок. Солоність води в Чорному морі всього 18 проміле (для порівняння: середньоокеанічна 35 проміле). На дні вона солоніша і тому має більшу густину, у зв’язку з чим вертикальна циркуляція води слабка.
Турецькі протоки Дарданелли і Босфор є єдиним виходом з Чорного моря у Світовий океан. Босфор (ширина 800 м, глибина 60 м) проходить через центр Стамбула – одного з найбільших міст світу. Середземноморська вода через ці протоки потрапляє в Чорне море у вигляді глибинної течії (це пов’язано з її більшою солоністю і густиною).
Солонуваті води, які витікають з Чорного моря, потрапляють через Босфор до Мармурового і Середземного морів.
Приблизно 3-5 тис. років тому Чорне море не було з’єднане з Середземним і являло собою по суті прісноводне озеро. Після утворення проток Босфору та Дарданелл воно на протязі наступних 1-1,5 тис. років засолонювалось. Його заселяли рослинні та тваринні організми з солоних лиманів та Середземного моря. Вторгнення середземноморської фауни та флори в Чорне море називають медитеранізацією (лат. “медитеранеум” – середземноморський).
Через Керченську протоку Чорне море сполучене з Азовським.
Аналіз екологічної ситуації свідчить про те, що екосистема Чорного моря відчуває значне антропогенне навантаження, деякі ділянки акваторії втратили здатність до самоочищення. Найбільш вразливою для антропогенного навантаження є прибережна частина Чорного моря, особливо в зоні діяльності портів, гирлових річкових зон, а також зон впливу великих міст.
З 23 видів промислових видів риб, які добувалися в 1965 році, залишилося лише п’ять. У 1957 році в Чорному морі була велика популяція дельфінів, їх вилов щорічно складав 35 тисяч особин. Через різке скорочення їх кількості, вилов їх давно заборонений.
17 європейських країн забруднюють Чорне море. Одним з провідних факторів, що формують екологічне становище морських вод, є забруднення, що надходять у Чорне море зі стоками великих європейських річок. Щороку з ними в море потрапляють сотні тонн забруднюючих речовин. Це стосується в основному біогенних речовин, мінеральних добрив, пестицидів та нафтопродуктів.
Із загальної кількості промислових і побутових стічних вод (біля 1 куб.км), що поступають щорічно у Чорне море, 60% дають Дніпро, Дністер і Дунай, до 20% - узбережжя Північного Кавказу, біля 10% - район Севастополя і по 5% - узбережжя Одеси, Південний берег Криму і берег Грузії.
Води Дунаю приносять стічних вод з високим вмістом азоту і фосфору в 12 разів більше, ніж води Дніпра. В 3,5 рази цей показник Дунаю перевищує і по нафтопродуктам.
Основними забруднювачами морського середовища є об’єкти комунальних підприємств міст Одеси, Севастополя, Феодосії, Іллічівська, Балаклави та ін. Техногенне навантаження створюють стічні води берегових підприємств.
Негативний вплив спричиняють днопоглиблювальні та гідромеханізовані роботи, які здійснюються в територіальних водах та на шельфі Чорного моря.
Нафтопродукти в Чорне море потрапляють в результаті випадкових і експлуатаційних зливів суден, аварійних ситуацій. Наприклад, 21 січня 1999 року трапилося забруднення внутрішніх морських вод України в Одеському торговому порту з теплохода “Енергія”. Сума збитків становила 96397 доларів США.
Найбільш забрудненою зоною за вмістом нафтопродуктів залишаються Севастопольські бухти. В районі нафтогавані в поверхневих шарах моря вміст нафтопродуктів перевищує ГДК в 8-10 разів. Це явище пов’язане з недостатнім виконанням природоохоронних заходів, негативним впливом операцій з нафтопродуктами на військових суднах та берегових об’єктах Чорноморського флоту, а також недостатньою очисткою стічних вод в м. Севастополі.
Через шторм був пошкоджений корпус мальтійського судна “Кristina” і воно затонуло в бухті Ласпій в 30 милях від Севастополя. В результаті були забруднені нафтопродуктами територіальні води України площею 1700 км. Сума збитків становила 559300 доларів США.
В районі Одеси концентрація нафтопродуктів у воді може перевищувати норму в 150-200, а портах Туапсе, Новоросійська, Батумі – в 5-8 тис. разів !
В північно-західній частині Чорного моря на трьох стаціонарних морських платформах щорічно добувається біля 500 млн. кубометрів природного газу, а на десяти – ведуться розвідувальні роботи. При витіканні нафтопродуктів їх вміст у воді може перевищувати норму в 11-17 разів. Крім того, технологічні розчини, що застосовуються в процесі буріння і експлуатації свердловин, містять ртуть, свинець і кадмій. Навіть через місяць після завершення буріння в донних відкладах біля платформи концентрації нафтопродуктів перевищують фонові в 2-7, важких металів – в 3-30, а поліхлорбіфенілів – в 2-3 рази.
Велику небезпеку для екологічного стану моря являють трубопроводи, через які транспортують нафтопродукти, газ та інші агресивні і токсичні речовини, внаслідок порушення їх герметичності. Підтвердженням цього є екологічна катастрофа, яка сталася на північному узбережжі Одеської затоки 8-15 травня 1996 року в зв’язку з розривом трубопроводу в районі селища Чабанка. Особливу небезпеку становлять високонапірні трубопроводи. Проблема стає виключно актуальною також у зв’язку з проектом транспортування каспійської нафти по дну Чорного моря. В Краснодарському краї вже реалізується цей проект, який носить назву Каспійського трубопроводного консорціума (КТК): прокладається нафтопровід, будується нафтоналивиний термінал. При будівництві ділянки нафтопровода на території Утришського і Абрауського заказників були зведені десятки гектарів реліктових ялівцевих лісів. Будівництво нафтоналивного порта створює загрозу для єдиного в Росії дитячого курорту федерального значення “Анапа”, розташованого поблизу.
В останні роки багато спеціалістів відмічає різке збільшення аварійності трубопроводів із причин природної активізації геодинамічних рухів, що збільшує ризик виникнення екологічних катастроф, у тому числі і в районах акваторій.
В донних відкладеннях портових акваторій спостерігаються високі концентрації важких металів, фенолів, ПАР, нафтопродуктів.
За вмістом фенолів найбільшу небезпеку для Чорного моря являють також підприємства в Стамбулі, Лінці, Будапешті, Белграді, Тирасполі, Могильові, Києві, Черкасах, Дніпродзержинські, Дніпропетровські, Запоріжжі, Нікополі, Миколаєві, Ростові-на-Дону і Краснодарі.
За вмістом міді виділяються стічні води Севастополя, Керчі, Новоросійська, Трабзона, Самсуна, Зонгулдака, Варни, Констанци, Братислави, Кременчука і Дніпродзержинська.
Ці дані дозволяють виявляти першопричини розвитку в морі несприятливих екологічних явищ, встановлювати конкретних винуватців морських екологічних криз.
Збільшення об’єму перевалок металів та металоконструкцій через порти України і відсутність в них ізольованої зливової каналізації приводить до зростання вмісту заліза в морській воді.
У прибережних районах спостерігається збільшення в 1,5-2 рази вмісту пестицидів у весняний період, пов’язаний з виносом цих речовин в гирлових зонах. Більшість пестицидів слабко розкладаються в навколишньому середовищі, що приводить до їх накопичення в донних відкладеннях.
В літній час часто погіршуються мікробіологічні показники забруднення води, що приводить до критичного епідеміологічного становища зон рекреації. Це нерідко вимушує закривати ряд пляжів в Євпаторії, Одесі, Севастополі.
В перші місяці після аварії на ЧАЕС концентрації цезію-137 в чорноморських водах збільшилося в середньому в 10-15, а в зоні Криму – в 100 разів. В даний час загальний фон радіоактивного забруднення вод Чорного моря відновився до рівня 60-80-х років. Проте наслідки радіаційної катастрофи відбилися на стані морських організмів.
Водоохоронні об’єкти будуються з низькими темпами, багато з них мають низьку ефективність роботи, часто бувають аварійні викиди.
В останні часи було зафіксоване піднімання верхньої межі сірководню, особливо в північно-західній частині моря. Двадцять років тому вона піднімалася до глибини 90 м, а тепер її зустрічають на відмітці 60-50 м, а в дельтах річок і на глибинах 6-5 м.
Піднімання сірководню пояснюють природними чинниками, але зараз “допомагає” цьому і діяльність людини.
Добрива, які потрапляють в море з річковою водою, стимулюють ріст водоростей. Виникає цвітіння моря. Цвітінням у біології називають такий стан, коли на один кубічний сантиметр води припадає тисяча і більше мікроскопічних одноклітинних водоростей. Завершивши своє коротке життя, водорості осідають на дно і там розкладаються. А це означає окислення органічної речовини, на яке витрачається кисень, розчинений у придонних шарах морської води. Так виникає дефіцит кисню або ж він зовсім зникає. Тисячі тонн органіки розкладаючись виділяє сірководень. В таких місцях виникають замори морських організмів. Як правило, висота ділянок заморів досягає 30-40 м. Нижче прошарок чистої води, а з глибини 200 м і до дна - шар глибинного сірководню. Замори утворюються влітку, взимку під час сильних штормів вода перемішується і замори зникають.
Боротися із заморами можна шляхом різкого зниження кількості добрив, що надходять у море. Перспективним є збільшення чисельності морських тварин – споживачів мікроскопічних водоростей з морських глибин. Наприклад, мідій – чудових фільтраторів морської води. Вони проціджують воду, щоб добути собі їжу – водорості, бактерії, найдрібніших тварин. Мідії до того ж – цінний продукт з високим вмістом амінокислот, вітамінів, мікроелементів та інших цінних біологічно активних речовин. Мідії є харчовим продуктом, використовуються як кормові добавки і фармакологічна сировина. В інших морях мідію розводять порівняно давно, а от на Чорному тільки-но почали.
У культурі (вірніше, марикультурі) мідії ростуть добре: за рік одержують 50 і більше кілограмів молюсків під одним квадратним метром поверхні моря, що становить понад 500 тонн з гектара плантацій. До того ж, мідії з одного гектара плантації протягом свого активного життя (від квітня до жовтня) профільтровують близько 5,5 кубометрів води, очищають її від різної зависі, зокрема водоростей і бактерій.
На якість морського середовища у прибережній зоні впливає масове купання людей. Люди, скупчуючись на березі, по-перше, витоптують морське дно на мілководді, руйнують гнізда, кладки ікри морських організмів. По-друге, вони виловлюють рибу, молюсків, крабів, які в зонах масової рекреації виконують санітарну роль. По-третє, людина викликає хімічне забруднення води. У воді з тіла змиваються бактерії (до 10 млн. бактерій за 10 хв. з однієї людини) і ряд хімічних речовин. Австрійські вчені підрахували, що від однієї людини за один день купання у воду надходить 94 мг фосфору, 1515 мг азоту, 778 – натрію, 735 – калію, 38 – кальцію, 1333 – хлору. Також у воду потрапляють шкірне сало, піт. Можна собі уявити, скільки цих речовин потрапляє в море за 100 днів курортного сезону ( він може тривати і довше) від декількох мільйонів чоловік відпочиваючих. Тут не враховані ні косметичні препарати, ні харчові залишки, ні скаламучування донних відкладів ногами.
На початку 70-х років минулого століття в Одеському відділенні Інституту південних морів була розроблена наукова концепція створення штучних рифів як фактора управління якістю морського середовища у прибережній зоні Чорного моря.
Концепція виходить з того, що у цій зоні екологічну рівновагу у водній товщі і на дні моря забезпечує життєдіяльність не тільки бактерій, а й великих водоростей. Вони джерела кисню, їжі і сховище для безхребетних і риб, тварин – фільтраторів морської води (мідій, устриць, двостулкових молюсків, морських жолудів-балянусів, губок та ін.), тварин – збирачів дрібного детриту з дна і з поверхні, донних організмів (рачків-бокоплавів, рівноногих, креветок, раків-самітників), тварин – споживачів великих залишків (краби, бички тощо). Тільки висока чисельність цих тварин може забезпечити достатнє самоочищення морського середовища, тобто води й дна у прибережній смузі.
Збільшити їх кількість можна тільки створивши відповідні умови – штучний риф. Вони можуть виконувати поряд з біологічними функціями також інженерно-технічні функції – як хвилеломи, дамби та інші гідротехнічні споруди. Штучний риф робиться з природного каменю чи спеціальних елементів, достатньо великих, щоб витримати натиск хвиль, з твердою, стійкою до ерозії і шорсткою поверхнею.
Охорона навколишнього середовища басейну Чорного моря сьогодні є одним з першочергових завдань Парламентської Асамблеї Чорноморського екологічного спіробітництва (ПАЧЕС) та всіх причорноморських країн. В 1992 році в Бухаресті була підписана міжнародна Конвенція по захисту Чорного моря від забруднення. Її підписали Болгарія, Греція, Грузія, Росія, Румунія, Турція і Україна.
В 1996 році в Стамбулі була проведена перша міжнародна конференція з проблем захисту навколишнього середовища Чорного моря. Її організаторами були Рада Європи і ПАЧЕС. Також в 1996 році в Євпаторії була проведена міжнародна конференція з проблем місцевого самоврядування та екології в басейні Чорного моря, Дніпра і Дунаю. Ці еколого-політичні форуми мають важливе значення для майбутнього Чорного моря.
До фінансування робіт по захисту Чорного моря приєднався світовий банк. Багато в цьому напрямку робить Європейський парламент. Окремі проекти мають країни Чорноморського басейну, у тому числі й Україна. В 2000 році було затверджене Положення про Державну інспекцію охорони Чорного моря Міністерства екології і природних ресурсів.
Результатом зусиль Чорноморської екологічної програми (BSEP) стали два важливих і конкретних документи: Трансграничний діагностичний аналіз Чорного моря і Стратегічний план дій по реабілітації і захисту Чорного моря.
Річка Дніпро. У античні часи на берегах Дніпра розквітали грецькі та скіфські міста, згадувані Стратоном. Розкопки доводять, що серед них був і Київ, але під іншою назвою. Середнє Придніпров’я стало осередком при утворенні Київської Русі.
Дніпро є третьою в Європі річкою після Дунаю та Волги за площею басейну (509 тис.кв.км) та довжиною 2200 км.
В верхній течії Дніпро перетинає територію Росії і Білорусі, на які відповідно припадає 20% та 23% площі його басейну. В Україні розташована середня течія та пониззя Дніпра з площею басейну 291,4 ти.кв.км (57%).
Водні ресурси Дніпра складають близько 80% водних ресурсів України. Середньобагаторічний об’єм стоку в гирлі становить 53 куб.км/рік.
На Дніпрі виросли великі українські адміністративні, індустріальні та культурні центри – такі як, Київ, Дніпропетровськ, Дніпродзержинськ, Запоріжжя, Черкаси, Херсон.
Господарський комплекс у басейні Дніпра протягом тривалого часу формувався без урахування екологічних наслідків. Екологічний стан Дніпра досяг небезпечної межі і продовжує погіршуватися.
Воду Дніпра споживають більше 30 млн. чоловік, близько 10 тис. промислових підприємств, понад 50 великих міст і промислових центрів, 2,2 тис. сільських та 1 тис. комунальних господарств, 4 атомних електростанцій. Через канали дніпровська вода подається в Крим, Донбас, Харківський промвузол, йде на зрошення 1,8 млн. га земель. Розмір щорічного використання дніпровської води досягає 15-20 куб.км, що становить 50-60% стоку маловодного року. 10 куб.км води щорічно забирається безповоротно. Динаміку стоку Дніпра змінив каскад водосховищ, споруджених на ньому.
Щорічно з різними стоками (з поверхневим змивом з сільськогосподарських угідь, ферм та тваринницьких комплексів, з забрудненими підземними водами, з територій населених пунктів та ін.) в Дніпро і водосховища потрапляє близько 40 тис. органічних забруднень, 745 тонн нафтопродуктів, більше 400 тис. тонн сульфатів, стільки ж хлоридів, 26 тис. тонн нітратів, 20 тонн міді, 32 тонни цинку, 23 тонни нікелю, 7 тонн хрому.
Значною екологічною проблемою є ерозійні процеси, що охоплюють більше половини території басейну. На 35% території ерозія виражена в значних масштабах. Це викликає втрату площ сільськогосподарських угідь, замулення та деградації річкової системи.
Водосховища Дніпра, акумулюючи забруднюючі речовини з території всього басейну, включаючи Росію та Білорусь, є своєрідним акумулятором токсикантів, що значно зменшує їх надходження в Дніпровсько-Бузький лиман та Чорне море.
Після аварії на ЧАЕС в 1986 р. вміст стронцію-90 в молюсках, що мешкають в Дунаї і Дніпрі, став відповідно в 4,4 і 270 разів вище, ніж у Волгі. Аналогічні показники по цезію-137 в Дніпрі перевищували волзький фон більше ніж в десять раз. Вміст цезію-137 в рибах Чорного моря зросло в середньому в 10-50 разів. Концентрації стронцію-90 в рибах, що мешкають в Дунаї і Дніпрі, в 2 і 20 разів вище, ніж у Волзі. Ці ж показники по цезію-137 в Дунаї і Дніпрі перевищують волзькі в 6,5 і 260 разів.
Дуже небезпечним явищем є постійне підвищення радіаційної забрудненості донних відкладів Дніпра, особливо Київського водосховища.
Штучно річковий режим Дніпра трансформовано в озерний, водообмін різко уповільнився, створилися зони застою (замору), піднявся рівень грунтових вод далеко від берегів, посилилося засолення грунтів, майже в 10 разів збільшився об’єм підземного стоку, а разом з цим значно збільшилося забруднення підземних вод, особливо в нижній частині басейну; змінився водно-сольовий режим грунтів у зонах іригації, знизився вміст гумусу.
Ці та ряд інших питань знайшли своє відображення в Національній програмі екологічного оздоровлення басейну річки Дніпро та поліпшення якості питної води (1996 р.), яка слугує стратегічним планом дій по оздоровленню водних об’єктів на різних напрямках в різні періоди часу. Серед заходів, передбачених цією програмою на найближчий час, пріоритетними визнано будівництво та реконструкцію водоохоронних об’єктів, поліпшення екологічного стану водойм, будівництво протиерозійних гідротехнічних споруд. Важливе значення має екологічно і економічно обгрунтовані принципи розвитку гідроенергетики України. Як свідчать розрахунки, щороку на втілення програми потрібно близько 200 млн гривень.
Малі річки. В Україні більше 22 тис. малих річок, довжина яких більше 100 тисяч кілометрів. 15 тисяч малих річок впадають в Дніпро
На територіях їх басейнів проживає половина міського та 90 % сільського населення. Звідси береться вода для поливу чверті всіх наших зрошуваних земель. У заплавах розташовані культурні пасовища й сінокоси. Малі річки є джерелом водопостачання промислових, комунальних і сільськогосподарських підприємств, поповнення запасів підземних вод. Вони використовуються для риборозведення, відпочинку людей. Нарешті малі річки – це справжня краса землі. Для багатьох з нас вони – незабутній спомин дитинства, той куточок землі, з якого починається Батьківщина…
Недбале ставлення до малих річок пов’язане з недооцінкою їх масштабності в загальному водному балансі континентальних вод. Саме з малих річок набирають силу величезні водні артерії. І від водності малих річок буде залежати водність великих. В малих річках часто зосереджено майже 80% водного стоку, а в великих – значно менше. Саме малі річки визначають “обличчя” річкової мережі. В малих річках формується 60% водних ресурсів України. На цих ріках побудовано понад 1000 водосховищ і 24 тисячі ставків, в яких щороку нагромаджується понад 12 млрд. кубометрів води, а з урахуванням великих водосховищ і водосховищ дніпровського каскаду об’єм води становить близько 55 млрд. кубометрів. Тому особливе значення має збереження водності малих річок і їх захист від замулення і засмічення.
Несприятливими для малих річок є інтенсифікація сільського господарства, меліоративні роботи в їх басейнах, якщо вони ведуться без належного наукового обгрунтування. Недопустиме розорювання земель до самого узрізу води. Орати треба тільки в напрямку, перпендикулярному до схилу місцевості. В противному разі матиме місце ерозія грунтів, змивання їх в річки, утворення ярів. Змитий грунт замулює малі річки, закупорює джерела, річки міліють, перетворюються в струмки і зовсім зникають.
Недопустимі вирубування лісів і висушування боліт у верхів’ях річок, організація літніх тваринницьких таборів на берегах. Це може викликати порушення дренувальної здатності басейну річки, виникатимуть заболочення, підтоплення або засолення сільськогосподарських угідь.
Великі тваринницькі комплекси скидають в малі річки стічні води, об’єм яких у декілька разів перевищує водовідведення міст з населенням 100 і більше тисяч жителів.
Екологічні наслідки впливу антропогенного фактора на екосистеми малих річок показані на схемі 17.
Для охорони малих річок необхідно запроваджувати зворотні системи водопостачання, безстічні системи, використовувати в технічному водопостачанні теплообмінні або інші стічні води після очистки. Зараз учені ведуть пошук нового сухого способу очистки ферм від гною, без застосування води.
Гідротехнічні роботи по розчищенню малих річок від мулу і закріпленню берегів слід проводити на основі обгрунтованого проекту, без виправлення русел і поглиблення дна у межах природних берегів. Через річку здійснюється природний дренаж, відводиться зайва поверхнева або грунтова вода. В разі поглиблення русла річки на рівень грунтових вод підвищується, площа, де знижується рівень грунтових вод, збільшується. Це призводить до зниження води у колодязях, пересихання прилеглих земель. На жаль, таких прикладів багато.
Робота по охороні малих річок буде ефективною лише в тому випадку, коли адміністративні заходи будуть поєднуватися з систематичною, роз’яснювальною, виховною роботою. Важлива роль у цій справі належить місцевим органам влади. Зокрема вони повинні дбати про обслуговування населення щодо вивезення і захоронення відходів, встановити відповідальність мешканців за забруднення, захаращення русел річок, а також за знищення лісових насаджень вздовж берегів.
Для вирішення екологічних проблем малих річок в інституті гідробіології НАН України створено відділ екології малих річок. Проводиться природоохоронний масовий рух під девізом “Малим річкам – повноводність і чистоту”.
Контрольні питання
1. Що таке гідросфера ? Яка її структура і роль в житті біосфери ?
2. Як океан впливає на клімат ?
3. Як відбувається самоочищення води в гідросфері ?
4. Назвіть види і джерела та екологічні наслідки забруднення поверхневих і підземних вод ?
5. Що таке евтрофікація водойм ?
6. Чим небезпечне забруднення води нафтою і нафтопродуктами ?
7. З чим пов’язаний дефіцит прісної води у світі ? Визначте основні шляхи його усунення.
8. Які перспективи і екологічні проблеми пов’язані з використанням підземних вод ?
9. Яка роль в охороні водних ресурсів належить меліоративним заходам ?
10. Дайте характеристику основним методам очищення стічних вод.
11. Перелічіть основні екологічні проблеми та шляхи їх подолання для основних водних екосистем України.
Comments