Объекты

зря его называют «колодцем планеты». Значение его трудно переоценить в стратегическом плане, так как 20% всей доступной пресной воды планеты сосредоточено именно здесь. При этом Байкал не только хранит, он посто­янно воспроизводит питьевую воду высокого качества, которую вливают в него 365 не всегда чистых рек. В Байкале обитают 80% известных в мире видов пресноводных амфипод, водятся 52 вида рыб.

Рис. 3.5. Динамика изменения ИЗВ за 1993-1998 гг.:

1 — р. Урсдон (пробоотбор в районе с. Кора-Урсдон); 2-4 — р. Камбилеевка

(пробоотбор в районе с. Карца (2), с. Чермен (J), с. Карджин (4); 5 — р. Урух

(пробоотбор в районе с. Хазнидон)

Анализируя возможность сохранения озера Байкал, необходимо дать оценку промышленным и хозяйственно-бытовым стокам Байкальска, осо­бенно Байкальского ЦБК. Ежедневно он сбрасывает 160-190 тыс. м³ очи­щенных стоков, включая хозяйственно-бытовые стоки Байкальска. Несмот­ря на трехстадийную систему очистки, часть вредных загрязняющих веществ (взвешенные вещества, фурфурол, нефтепродукты, лигнинные вещества, фенолы, хлороформ, скипидар, СПАВ, ртуть и многое другое) поступает в Байкал. В выбросах комбината присутствуют: пыль, зола, сернистый ангид­рид, сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдилульфид, окислы азота, окись углерода, двуокись хлора, фенолы, метанол и др. При­брежная зона акватории вблизи Байкальска загрязнена общей и патогенной микрофлорой. Количество кишечной палочки в зоне распространения очи­щенных сточных вод превьпиает нормы, установленные ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Общее количество нефти, поступающей в Мировой океан (табл, 3.12), в 2000 г. достигало 60 млн т (200 тыс. т нефти могут превратить Балтийское море в биологическую пустыню). Известно, что 1 т нефти способна образо­вать сплошную пленку площадью 2, 6 км². В результате неблагополучное положение создалось в Каспийском море у побережья Азербайджана (4-16 ПДК), где основными загрязнителями являются предприятия объединений «Оргсинтез» и «Химпром» (г. Сумгаит). Высокое загрязнение (4-6 ПДК) от­мечено для побережья Камчатки и Охотского моря, несколько ниже (1-3 ПДК) — для Японского, Баренцева, Белого и Балтийского морей. Косми­ческие снимки свидетельствуют, что уже 15 % поверхности Мирового океа­на содержит нефтепродукты (рис. 3.6).

Таблица 3.12 Загрязнение Мирового океана нефтью

В биосфере все взаимосвязано. Так, антропогенное загрязнение Миро­вого океана нефтепродуктами и химически активными отходами промыш­ленности приводит к гибели фитопланктона на больших площадях, в ре­зультате чего существенно ухудшается газообмен и обусловливается посте­пенное увеличение дефицита кислорода в водах и атмосфере.

Подавление жизнедеятельности или уничтожение фитопланктона про­исходит при концентрации нефтяных загрязнений уже свыше 800мг/м³, а это резко сокращает выработку кислорода океаническими водорослями, доля

Рис. 3.6. Концентрация нефтяных агрегатов на поверхности Мирового океана

которого в планетарном балансе весьма значительна (известно, что океан дает около 50 % кислорода, необходимого для существования жизни на Зем­ле). Большую опасность представляют фенольные соединения, содержащи­еся в сточных водах предприятий нефтехимии, коксохимии, лесохимичес­кой, сланцевой и других отраслей промышленности. Обладая сильными антисептическими свойствами, фенольные соединения нарушают важные биологические процессы, протекающие в воде, ухудшают условия воспро­изводства рыб и растительности.

В качестве наиболее опасного загрязнителя вод в последнее десятилетие начали выступать поверхностно-активные вещества (ПАВ), широко приме­няемые при бурении нефтяных и газовых скважин. Они образуют стойкие пены, резко снижают эффективность биохимических процессов самоочист­ки вод, прекращают (даже при незначительных содержаниях) рост водорос­лей и т.д. Катастрофически увеличивается в сбросных водах концентрация диоксина и сходных ядовитых хлор-углеродных производных.

В России из общего объема сточных вод (62, 1 км³) около 40 % отнесены к категории загрязненных, из которых 51 % сброшены предприятиями ком­мунального хозяйства и 35 % — промышленными предприятиями.). В ре­зультате в настоящее время в 75 % водоемов страны вода непригодна для питья.

Еще большие опасения связаны с загрязнением пресных подземных вод. В настоящее время антропогенные воздействия на подземную гидросферу достигают глубин 6-8 км (хотя чаще всего проявляются на глубинах до 100 м) и охватывают по простиранию половину суши нашей планеты. В результате устойчивое загрязнение имеют уже около 5 % потребляемых подземных вод. В частности, в 1996 г. было выявлено около 1 200 очагов загрязнения под­земных вод, из которых 75 % приходилось на наиболее заселенную часть Российской Федерации. Из общего числа очагов примерно в 22 % загрязне­ние носит интенсивный характер и превышает допустимые нормы более чем в 100 раз.

По данным производственных организаций Минприроды, выявлено око­ло 760 очагов загрязнения подземных вод, где оно носит устойчивый харак­тер и наблюдается на протяжении ряда лет. В число загрязненных объектов входят 70 питьевых водозаборов, в том числе в Каменск-Шахтинском, Орле, Тамбове, Туле, Уфе и других городах.

Химический состав подземных вод изменяется вследствие загрязнения атмосферы, поверхностных водоемов, снежного покрова, почв, накопления отходов производства и быта (терриконы, свалки и т.д.), применения удоб­рений и ядохимикатов, неправильного режима орошения (сопровождающе­гося увеличением минерализации земель и вод), сброса промышленных и хозяйственно-бытовых стоков (на поля фильтрации, пруды-отстойники, на­копители, хвостохранилища и др.), подземного захоронения отходов произ­водства, радиоактивного загрязнения среды (под влиянием ядерных взры­вов, радиоактивных выбросов или утечек и пр.), солевой мелиорации грун­тов, утечек канализации, нефтепроводов, а также использования токсичных строительных материалов и т.п.

Кроме того, подземные воды загрязняются и от нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, шламонакопителей и от­валов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобре­ний, животноводческих комплексов, неканализованных пунктов и т.д. Ухуд­шение качества воды происходит в результате подтягивания некондицион­ных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Пло­щади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен кквадратных ки­лометров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродук­ты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель и ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Для 30% выявленных участков за­грязнения подземных вод интенсивность загрязнения изменяется в преде­лах 1-100 ПДК, для 12% превышает 100 ПДК по тому или иному веществу.

Таким образом, к числу наиболее мощных факторов загрязнения под­земных вод относят:

• ежегодный выброс в атмосферу около 3 млрд т аэрозолей;

• перенос солей атмосферными осадками (258 млн т в год только по СНГ);

• сброс промышленных и бытовых стоков;

• рассеивание на полях 400 млн т минеральных удобрений и 4 млн т/ год ядохимикатов;

• орошение и осушение земель (только в СНГ на площади 25 млн га);

• засоление грунтовых вод и почв на 40 % площади орошаемого земле­делия мира;

• накопление промышленно-хозяйственных отходов в количестве 6-10^пт;

• ежегодное перемещение 6 км³ пород при проведении земляных ра­бот;

• извлечение из недр 100 млрд т полезных ископаемых (25 т на 1 жите­ля планеты), с чем связано глобальное рассеивание химических эле­ментов.

В результате перечисленных воздействий подземные воды загрязняют­ся соединениями азота, сульфатами, хлоридами, фенолами, нефтепродук­тами, а также фтором, хромом, медью, свинцом и др. Поэтому наряду с ростом минерального остатка увеличивается содержание сульфатов, хлори­дов, углекислоты, соединений азота, калия, натрия, повышается общая и карбонатная жесткость, окисляемость и агрессивность вод.

Среди прочих видов трансформации вод также следует выделить и теп­ловое загрязнение гидросферы, приводящее к смене биоценозов (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Последовательность смены видового состава и формирования сообще­ства водорослей, вызываемая тепловым загрязнением

В целом техногенное загрязнение или преобразование гидросферы обус­ловливают:

• изменение физических свойств воды (мутности, цветности, темпера­туры и др.);

• изменение химического состава воды;

• образование плавающих, взвешенных или отложенных на дне за­грязнений;

• сокращение в воде количества растворенного кислорода (вследствие его расхода на окисление поступающих в водоем загрязняющих ве­ществ и угнетения растительности);

• появление новых бактерий (в том числе болезнетворных).

С трансформацией исходного состояния поверхностной гидросферы свя­заны значительные изменения биосферы и развитие широкого комплекса современных геологических процессов и явлений. Особенно интенсивно био­сфера изменяется в результате создания антропогенной гидрографической сети (водохранилищ, прудов, каналов, озер или болот), регулирования реч­ного стока и осуществления крупных водохозяйственных мероприятий (ир­ригации, осушения и пр.). В результате изменяются климат, растительность, почвы, рельеф, подземные воды, состояние грунтов, происходят затопле-

ние, подтопление или заболачивание местности, а также возникают эрозия, абразия, переформирование берегов, оползни, обвалы, суффозия, карст, просадки, засоление, рассоление, набухание грунтов и многие другие геоди­намические процессы.

Так, в горных районах во время заполнения крупных водохранилищ на­блюдается активизация сейсмических явлений. Наиболее сильный толчок происходит обычно через 1, 5-3 месяца после окончания заполнения водо­хранилища. Глубина очагов возбуждения таких землетрясений составляет обычно 3-5 км и редко 10-11 км. Поэтому зона их действия на поверхности не велика — до 10-15 км от эпицентра. Наибольшее влияние на возбужде­ние землетрясений оказывают крупные водохранилища с глубиной более 90-100 м.

Накопление большой массы воды приводит, с одной стороны, к допол­нительной нагрузке на земную кору, достигающей 20 кг/см² и более, а с другой — к изменению гидростатического давления в породах на обширной территории, существенно выходящей за контуры водохранилища. После­дний механизм, вероятно, является решающим, поскольку повышение гид­ростатического давления в трещинах и порах пород снижает силы трения на контактах земных блоков и способствует их «сейсмическому срыву». Обвод­ненность пород обусловливает повышение балльности землетрясений при­легающей территории на 1-3 балла.

Вероятность появления наведенной сейсмоактивности возрастает с уве­личением высоты плотины водохранилища. При строительстве плотин с вы­сотой до 10 м наведенную сейсмичность вызывали только 0, 63 % плотин, при строительстве плотин высотой более 90 м — 10 %, а для плотин высо­той до 140 м и более метров — 21 %.

Повышение гидростатического давления и наведенная сейсмичность мо­гут быть вызваны не только строительством крупных водных резервуаров, но и закачкой флюидов в глубокие горизонты земной коры (при захороне­нии загрязненных вод, создании подземных хранилищ жидкостей и газов, законтурном обводнении месторождений углеводородов и т.д.).

Климат и погода на Земле во многом зависят и определяются наличи­ем водных пространств, а также содержанием воды в атмосфере. Например, наличие больших масс воды в крупных антропогенных водоемах (которая имеет высокую теплоемкость и пониженное альбедо) оказывает значитель­ное влияние на формирование местных климатических условий. Вода в во­дохранилищах медленнее нагревается и остывает, интенсивно испаряется (увлажняя воздух). Гладкая поверхность зеркала водохранилища активизи­рует ветровой режим. Вследствие этих метеорологических особенностей во­дохранилища являются регуляторами местного климата: они сглаживают колебания суточных и сезонных температур, а также смягчают климат при­легающей территории.

Выделяют отепляющий и охлаждающий периоды термического воздей­ствия со стороны техногенных водохранилищ на биосферу. Первый (повы­шающий температуру воздуха) характерен для последней половины лета и осени. Второй период (понижающий температуру в береговой зоне) наблю­дается весной и в первой половине лета. Поэтому вблизи водохранилищ летом прохладнее, а глубокой осенью теплее, к тому же удлиняется безмо­розный период. В зоне влияния водохранилищ также наблюдается более высокая абсолютная и относительная влажность. Скорости ветра в зоне во­дохранилищ повышены (летом в 1, 5-1, 8 раза), так как с наличием темпера­турного градиента в термическом режиме водоемов и суши связано образо­вание бризов.

Радиус влияния водохранилищ на местный климат зависит от прилега­ющего ландшафта: в степных и равнинных условиях он наибольший и до­стигает 10-20 км, в горной местности — минимальный. Так, образование Вилюйского водохранилища заметно нарушило температурный режим по­род не только вблизи плотины, но и на значительном расстоянии от ее ство­ра. Общая длина этой зоны доходит до 1 600 км (в том числе 700 км вверх от отбора и 900 км ниже плотины). Водохранилище имеет охлаждающее влия­ние летом и оттепляющее зимой (когда температура у плотины на 4-5 ^СС выше, чем в округе). В этой связи борта долины р. Вилюй, находившиеся ранее в мерзлом (-3-6°С) состоянии, за 3, 5 года оттаяли на глубину 6 м, а повышение температуры мерзлых пород распространилось на глубину 35-40 м.

На состояние гидросферы существенное влияние оказывают другие обо­лочки Земли. Велико водоохранное значение лесов: в них накапливаются влага и снег, к тому же снежный покров на 2-4 недели держится дольше (по сравнению с полем), а тает медленнее, в результате чего уменьшается по­верхностный сток (не превышающий 15-20 % от суммы осадков), увеличи­вается инфильтрация снеговых и дождевых вод, усиливается питание грун­товых вод и улучшается водоснабжение растительности. Мелиоративная эффективность лесных массивов зависит от видового состава деревьев, име­ющихся биоценозов, а также зонально-климатических условий территории.

Запасы и масштабы использования воды. Обеспеченность водой весь­ма различается территориально. В европейской части России наибольшими утвержденными и подготовленными к промышленному освоению эксплуа­тационными запасами питьевых вод характеризуются следующие субъекты РФ, млн м³/год: области Московская — 7, 42, Нижегородская — 2, 64, Са­марская — 2, 60, Краснодарский край — 4, 38, Республика Башкортостан —2, 26. Утвержденные запасы Владимирской, Волгоградской, Воронежской, Оренбургской областей и Ставрополького края составляют 1, 5-2 млн м³/ сут. Утвержденные запасы от 100 до 500 тыс. м³/сут имеют Кировская, Костромская, Пензенская, Псковская, Ярославская области, Республики Ма­рий Эл, Мордовия, Чувашия, Калмыкия. Наименьшими утвержденными запасами подземных питьевых вод характеризуются, тыс. м³/сут: Респуб­лика Татарстан — 15, 5, Карелия — 20, 7, Удмуртия 92, 6, области Астрахан­ская — 28, 1, Мурманская — 56, 4, Новгородская — 83, 6, Вологодская — 91, 0. Россия располагает более чем 20 % мировых запасов пресных поверхност­ных и подземных вод.

В настоящее время в ряде стран с развитой экономикой назревает угроза недостатка воды. По данным Всемирной организации здравоохранения, уже сегодня более 1, 5 млрд людей страдают от нехватки воды. Причины такого истощения — не только в неравномерном распределении водных резервов, но и в том, что вода после ее использования в существенной мере загрязня­ется и зачастую не очищается.

Водные ресурсы на территории стран СНГ также распределены весьма неравномерно и довольно неблагоприятно: лишь 14 % речного стока прихо­дится на районы, где размещено 80 % промышленного и сельскохозяйствен­ного производства и проживает около 85 % населения. Так, только из одной р. Волги и ее притоков ежегодно забирается около 34 % общего объема во­дозабора в России. Исходя из многолетних наблюдений среднегодовой сум­марный сток рек Российской Федерации составляет 4270 км³, в том числе из сопредельных территорий в Россию поступает 230 км³. На бассейны Север­ного Ледовитого и Тихого океанов приходится 90 % общего годового объе­ма речного стока.

В результате в России на одного жителя приходится 28 500 м³/год прес­ной воды. Однако распределение речного стока по территории России край­не неравномерно и не соответствует численности населения и размещению промышленных предприятий. Так, водообеспеченность на 1 км² террито­рии колеблется от 125 тыс. м³ в Центрально-Черноземном районе до 576, 5 — в Волго-Вятском, а на одного жителя — от 2 700 м³ в Центрально-Чернозем­ном до 90 600 в Северном районе. Недостаточно обеспечены собственными водными ресурсами Астраханская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Курская и Ростовская области, Калмыкия и некоторые другие регионы. К настоящему времени уменьшение ежегодного стока крупных южных рек России под влиянием антропогенных факторов в среднем составляет от 10 (р. Волга) до 25-40 % (реки Дон, Кубань, Терек).

Водные ресурсы рек СНГ составляют 4 384 км³, единовременные же объемы воды в реках — 475 км³. Кроме рек, значительные запасы воды сосредоточены в болотах Западной Сибири и северо-востока европейской ча­сти России (всего 3 000 км³, из которых 1000 км³ приходится на болота Западной Сибири). Существенную часть пресных водных запасов составля­ют также озера. В самых крупных из них сосредоточено до 26 000 км³ воды (только в озере Байкал содержится 23 000 км³ уникальной по своим каче­ствам пресной воды).

Ресурсы подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевых целей, составляют 220-310 км³ в год, а разрешенный объем их эксплуатации нахо­дится на уровне 50 км³ в год. В России для хозяйственно-питьевого, произ­водственно-технического водоснабжения и орошения земель разведано 3 196 месторождений подземных вод и их участков, эксплуатационные запасы которых составляют 26, 7 км³/год. Из этого количества около 18, 2 км³/год подготовлено для промышленного освоения. Степень освоения запасов в среднем по стране не превышает 33 %. Ежегодно используется около 12 км³ подземных вод, в том числе на хозяйственно-питьевое водоснабжение — 75 %, на производственно-технические цели— 21, на орошение земель и пастбищ — 4 %.

Проблема дефицита воды возникла только в условиях растущего водо-потребдения на бытовые, сельскохозяйственные и производственные нуж­ды при быстром росте народонаселения и бурном развитии промышленнос­ти. Самый крупный потребитель воды — сельское хозяйство, на 2-м мес­те — промышленность и энергетика, на 3-м — коммунальное хозяйство го­родов.

Развитие производительных сил сопровождается ростом потребления све­жей пресной воды. Если в 50-х гг. XX в. СССР использовал ~ 100 км³/год воды, то в 1988 г. — уже 350 км³. Сейчас на хозяйственно-питьевые цели в нашей стране приходится около 10 % общего потребления.

Увеличение расхода воды промышленностью связано не только с быстрым ее развитием, но и с ростом водоемкости большинства производств. В настоя­щее время для производства 1 т сахара расходуется 100 т воды, 1 т стали — 300 т, 1 т меди — 500 т, 1 т бумаги — 1 000 т, 1 т капрона — 5 600 т, 1 т амми­ака — 1 000 м³, 1 т синтетического каучука — 2000 м³ воды. Значительное коли­чество воды потребляют теплоэлектростанции: только одна станция мощнос­тью 300 тыс. кВт расходует до 120 м³/с воды, или более 300 млн м³/год.

Огромное количество воды идет на орошение сельскохозяйственных тер­риторий (с ее частичным возвращением поверхностным и подземным сто­ком в гидрографическую сеть). Безвозвратное водопотребление — наиболее важный показатель изменения водных ресурсов под влиянием орошения. В СНГ безвозвратное водопотребление составляет -60 % водозабора. Высо­кая продуктивность орошаемых земель стимулировала резкое увеличение их площади, составляющую в настоящее время более 230 млн га. Поэтому хотя на орошаемые земли приходится лишь 1/6 часть всей площади посе­вов, они дают примерно половину сельскохозяйственной продукции мира. На таких землях растет, например, 2/3 мировых посевов хлопчатника. Для того, чтобы получить 1 т пшеницы, требуется 1 500 т воды (в некоторых сельскохозяйственных районах необходимо 300-500 м³ воды), 1 т риса — более 7 000 т, 1 т хлопка— около 10 000 т воды. Животноводческие комп­лексы на промышленной основе также являются крупными потребителями доброкачественной пресной воды. Только для производства суточной нор­мы пищевых продуктов питания для одного человека требуется не менее 6 м³ воды.

Неравномерность распределения водных ресурсов по территории земно­го шара усиливается отклонениями в объемах стока рек во времени. Перио­ды высоких и низких вод наблюдаются синхронно в целых регионах (но не всегда совпадают по континентам). Наряду с вариациями стока существует и устойчивое уменьшение количества воды в водоемах суши, определяемое тем, что в последние десятилетия уровень Мирового океана повышается в среднем на 1, 2 мм в год, что эквивалентно ежегодной потере сушей 430 км³ воды. Причины этого обусловлены вырубкой лесов (каждую минуту с по­верхности Земли исчезает 20 га лесов, главным образом тропических) и осу­шением болот, приводящих к уменьшению количества осадков на суше.

Запасы пресных вод на Земле составляют 35 млн км³, т.е. всего 2 % от запасов всей воды на планете. Основные запасы пресной воды сосредоточе­ны в полярных льдах и снегах, айсбергах и горных ледниках и только всего 3 % — в реках, озерах и водохранилищах.

Объем ежегодно возобновляемых пресных водных ресурсов сравним с суммарным годовым стоком рек в океан — 45 тыс. км³/год. Это и есть вод­ные ресурсы, которыми располагает человечество для удовлетворения сво­их значительных потребностей. В этой связи ресурсы пресной воды могут быть полностью исчерпаны уже в текущем столетии, поэтому проблема ра­ционального и комплексного использования и охраны гидросферы является в настоящее время одной из важнейших в науке, изучающей биосферу.