Химический состав гидросферы

    Помимо  медико-санитарных последствий изменение  качества воды активизирует различные геологические процессы (химическое выветривание, карстообразование и др.), негативно влияет на биологическую продуктивность водоемов.

    Термическое загрязнение водоемов связано с работой тепловых и атомных электростанций. Основной объем используемой воды (до 90-95 %) предназначается на отведение тепла от конденсаторов турбин. При этом доля безвозвратного потребления составляет 4-5 %.

    Существуют  различные системы охлаждения технологической воды. Широкое развитие, в частности, получили специальные водохранилища - охладители при электростанциях. Нагретые сточные воды ТЭС и АЭС (охлаждающая вода), поступая в водоемы, приводят к их «тепловому загрязнению», способствующему массовому размножению фитопланктона – «цветению воды» (Дривер Д. И., 2005).

      Поверхностные водоемы используются также для создания хранилищ вредных, в том числе радиоактивных, отходов (хвостохранилища на горнодобывающих и обогатительных предприятиях). Широко известен пример предприятия «Маяк» (Челябинск-40), в течение длительного времени использующего в качестве накопителя радиоактивных отходов озеро Кыштым. Переполнение водоемов-хранилищ отходов и природные катастрофы с ними приводят (могут приводить) к необратимому геохимическому загрязнению и радиационному заражению местности (Посохов Е. В., 2005).

     5.3. Загрязнение Каспийского моря

           Каспийское море - самый крупный в мире  внутриконтинентальный  водоем, не связанный с мировым океаном, площадью более 398000 км³.  Расположено оно во внутренней части Евразии, и является удивительным  созданием  природы.  В то время как на северном берегу свирепствуют лютые морозы и снежные  метели, на южном расцветают магнолии и абрикосовые  деревья (Каспийская экологическая…, 2007). 

     В  Каспийском  регионе находятся пять государств:  Россия,  Азербайджан,  Казахстан,  Туркменистан, Иран, в прибрежной зоне которых проживает более 5 млн.  человек.  Каспийское море  обладает  безмерной  красотой,  многообразием  экосистем  и   богатыми запасами природных ресурсов, до настоящего времени не полностью изученных  и не  используемых  рационально (Беркелиева Л. А., Шакирова Ф. Н., 2007).

     Каспийское  море   имеет   климатообразующее значение и уникально тем, что донесло реликтовую флору и фауну, в том  числе крупнейшее в мире стадо осетровых рыб (90 % мирового запаса).  В  Каспийском море обитает более 500 видов растений и 850 видов животных. Каспий  является главнейшим миграционным путем и местом обитания  водоплавающих  и  береговых птиц (Экологические проблемы…, 2003).

       В недрах Каспийского моря скрыты  продолжения  известных  «сухопутных» нефтяных и газовых месторождений Азербайджана,  Дагестана,  Туркменистана  и Северо-западного Казахстана,  а  также  многие  другие  сугубо  морские,  не связанные  с  материком  нефтяные  залежи. Геологоразведочные  работы  в  регионе позволили выявить ряд крупнейших нефтегазоносных участков в Каспийском  море и прилегающей  территории.  По  некоторым  данным  потенциал  углеводородных ресурсов  составляет  не  менее  15  млрд.  условного  топлива  в   нефтяном эквиваленте. Это ставит его на второе место в мире (после Персидского залива)  по запасам нефти и газа (Каспийская экологическая…, 2007). 

     Специфика  Каспия  - закрытого водоема, особенно его мелководной,  с глубинами 1-3  метра, северной части, - такова, что достаточно одного серьезного разлива нефти  или токсичных продуктов бурения, чтобы  нанести  фатальный,  последний  удар  по осетровому стаду и гнездовьям птиц.   В связи  с  этим  необходима  разработка  и  внедрение системы  предотвращения  загрязнения  экосистемы   Каспия   от   предстоящих широкомасштабных  нефтяных  операций  на  море,  в первую  направленной  на сохранение  уникальности  экосистемы (Беркелиева Л. А., Шакирова Ф. Н., 2007).

         Всестороннее изучение  и  различные   наблюдения,  проводимые  в   районе Каспийского моря, направлены  в  первую  очередь  на  сохранение  уникальной экосистемы Каспия в условиях  интенсификации  использования  живых  ресурсов его акватории и минерального (преимущественно углеводородного) сырья.  В  то же  время  уникальность   Каспийского   моря,   как   крупнейшего   в   мире местообитания  осетровых  рыб,   выводит   его   проблемы   не   только   на межгосударственный, но и на глобальный уровень и  сохранение  биологического разнообразия Каспия становится предметом заботы всего мирового сообщества (Каспийская экологическая…, 2007). 

     Каспийское  море  представляет  очень  чувствительную  экосистему.   За последние  десятилетия  под  воздействием  антропогенных   и   биохимических факторов резко ухудшилось состояние экосистем в целом,  и  особенно  северо-восточной части моря. В целом,  экосистема  Каспия  оценивается  как  предкризисная  и  может ухудшиться в результате крупномасштабного вторжения в природную среду  из-за планируемого освоения мелководий северо-восточной части для добычи нефти (Экологические проблемы…, 2002).

         Имеется целый ряд предпосылок для высокого уровня  загрязнения  Каспия. Среди них наличие значительных запасов углеводородного сырья под дном  моря, высокая    плотность     населения     и     промышленности,     интенсивное сельскохозяйственное освоение в  долинах  впадающих  рек,  отсутствие  четко выраженного геохимического барьера «река-море», замкнутость бассейна  и  др. Но главным загрязнителем моря является нефть. Некоторое количество таких загрязнителей  как  нефть  и  фенолы  попадает  в морскую  воду  в результате  естественных   процессов   (грязевулканическая деятельность,     разложение     органики     на      дне      и      т.п.) (Экология Каспия, 2000).

     Каспийское  море   -   конечный   бассейн   множества   антропогенных компонентов. Считается, что источником углеводородных загрязнений  Северного Каспия   является   транспортировка   нефти,    естественное    просачивание углеводородов, промышленные  сбросы  и  нефтеперерабатывающая  индустрия,  а также утечки с прибрежных нефтяных разработок. Основной  объем  загрязнений  (90%  от  общего)  поступает  в Каспийское море с речным стоком. Это  соотношение  прослеживается  почти  по всем показателям (нефтеуглеводороды, фенолы,  СПАВ,  органические  вещества, металлы  и  др.).  Так  ежегодно  в  бассейн  Волги  сбрасывается  2,5   км³ неочищенных и 7 км³ условно очищенных сточных вод, в речных  стоках  которой обнаружено  содержание   нефтепродуктов   выше   ПДК   (предельно-допустимой концентрации): от 8 до 60  раз (Загрязнения Каспия…, 2005). 

     Волго-Каспийский бассейн - важнейший рыбопромысловый район России, в формировании и поддержании биоразнообразия. Осетровые -  уникальное богатство  Каспия, даже при нынешней мировой цене на черную икру прибыли от  рыбного  промысла могут быть несравнимо выше  ожидаемых  нефтяных.  Однако  стаду  каспийского осетра грозит вымирание - именно это  утверждали  ихтиологии  на  конгрессе, проходившем в 1995  г  в  Астрахани.  Участники  конгресса  отметили  полную беззащитность осетровых рыб перед наступлением нефти - и газодобытчиков  на морские шельфы, что  неминуемо  приведет  к  исчезновению  стада  осетровых (Каспийская экологическая…, 2007). 

     Заключение

     Гидросфера – водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мг/л растворимых веществ (Шилов И. А., 2003).

     Наиболее  обводнена географическая оболочка, в которой вода является самым распространённым веществом. 97% общей массы воды в биосфере Земли сосредоточено в Мировом океане. На долю пресной воды приходится всего 2%, причем лишь 0,025% пресной воды находится в жидком состоянии (в реках, озерах и других водоемах, почве), 1,6% - это лед, а 4% - подземные воды, большая часть которых представляет собой глубинные рассолы (Скурлатов Ю. И. и др., 1994).

     Морская вода представляет собой сложный комплекс минеральных и органических компонентов и растворенных газов. Мировой океан за все время своего существования служил аккумулятором не только воды, но и приносимых ею с континентов водорастворимых неорганических соединений. Химический состав воды определяется совокупностью геохимических и биологических процессов. Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана (Золотов Ю. А., 2007).

     Содержание химических элементов в речных взвесях не соответствует кларкам земной коры. Следовательно, взвешенное вещество рек – не механически измельченный материал земной коры, а результат его определенного преобразования (Афанасьев Т. П., 2005).

     Гидросфера, как и все другие геосферы планеты, имеет естественный радиоактивный  фон. Его основными компонентами являются изотопы калия, урана, тория, протактиния и продукты их распада.

      Антропогенное загрязнение гидросферы, по сравнению с природным, проявляется весьма быстро, что особенно заметно в последнее столетие. Естественные изменения происходят столь медленно, что для всего живого на Земле сохраняется возможность генетически приспособиться к изменениям окружающей среды, в то время как антропогенное вторжение в природу не оставляет никаких шансов на это приспособление, особенно для высших организмов (Израэль Ю.А., 1986).

     Активное  использование человеком Мирового океана в качестве транспортной магистрали, источника пищевых и минеральных  ресурсов, хранилища твердых и  жидких (в том числе химических и радиоактивных) отходов неизбежно порождает экологические проблемы (Хефлинг Г., 2001).

     За  счет антропогенной деятельности в  химический состав природных вод  можно внести еще одну разновидность  соединений — это токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы и т.д. (Ложниченко О.В., 2005).

     Имеется целый ряд предпосылок для  высокого уровня  загрязнения  Каспия. Среди них наличие значительных запасов углеводородного сырья  под дном  моря, высокая    плотность     населения     и     промышленности,     интенсивное сельскохозяйственное освоение в  долинах  впадающих  рек,  отсутствие  четко выраженного геохимического барьера «река-море», замкнутость бассейна  и  др. Но главным загрязнителем моря является нефть (Экология Каспия, 2000).

     Во  всех развитых странах приняты законы об охране всех сфер Земли, в том числе гидросферы. Они периодически пересматриваются с учетом новых требований к качеству воды и поступления новых данных о токсичности и поведении загрязняющих веществ (Хефлинг Г., 2001).

       Уже наступает время, когда мир может задохнуться, если не придет на помощь Природе Человек. Только Человек владеет экологическим талантом – содержать окружающий мир в чистоте (Ложниченко О.В., 2005).

Выводы

1. Современный состав гидросферы - результат длительных эволюционных процессов в недрах Земли и на ее поверхности. Она объединяет в себе моря и океаны, все водоемы в пределах суши: реки, ручьи, озера, болота, подземные воды, льды и снега полярных и горных областей, атмосферные воды и воды, содержащиеся в живых организмах.
2. Все воды гидросферы – это растворы солей различной концентрации. Химический состав вод гидросферы близок к составу вод океана, в которых преобладают О (85,7%), Н (10,8%), С1 (1,93%) и Na (1,03%). Больше всего в гидросфере содержится ионов Cl^-, SO₂^2-, Na⁺, Mg²⁺, несколько меньше - Br^-, Са²⁺ , К⁺. Средняя концентрация солей 35 г/л. В океанических водах присутствуют все известные химические элементы, но концентрация большинства из них низкая. Несмотря на колебания солености, соотношение главных ионов в морской воде остается постоянным, т. е. солевой состав океана является геохимической константой. Во всех природных водах в растворенном состоянии содержатся азот, кислород, углекислый и другие газы. Количество газов, которое может раствориться в морской воде, зависит от ее солености, гидростатического давления и температуры. Чем больше соленость и выше температура, тем меньше газов может раствориться в морской воде.
3. Изменения геохимического состава вод гидросферы, обусловленные загрязнением, являются как следствием естественных природных причин: землетрясения, извержение вулканов, жизнедеятельность микроорганизмов, растений, животных, так и под воздействием деятельности человека: розлив нефти, сбросы промышленности, транспорта, сельского хозяйства, добыча природных ископаемых, производство энергии,  захоронение отходов, особенно химических и радиоактивных, испытание оружия.

 Литература

1. Афанасьев Т. П. Гидрогеология и гидрогеохимия Поволжья: (Краткий очерк). – М.: Наука, 2005. 173 с.
2. Беркелиева Л. А.,   Шакирова Ф. Н. Каспий: вчера и сегодня. – Ашхабад, 2007. 217 с.
3. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. – Л.: Химия, 1985. 115 с.
4. Балашов Л.С. Подземные хлоридные воды и рассолы как комплексный источник редких и рассеянных элементов // Труды юбилейной сессии ученых советов ВСЕГИНГЕО, МГУ, МГРИ и ПНИИС. – М., 2009. – С. 96-124.
5. Вернадский В.И. Живое вещество.-  М., 1978.
6. Вернадский В. И. Очерки геохимии. 4 изд., М. – Л., 1934.
7. Воронков Н.А. Экология России. – М.: РАНДЕВУ, 1999.
8. Вылкован А.И., Венцюлис Л.С, Зайцев В.М., Филатов В.Д. Современные методы и средства борьбы с разливами нефти: Научно-практическое пособие. - СПб.: Центр-Техинформ, 2005. 57 с.
9. Дривер Д. И. Геохимия природных вод. – М.: Мир, 2005. - 440 с.
10. Золотов Ю. А. Окружающая среда - вызов аналитической химии // Вестн. РАН. 2007. Т. 67, № 11. С. 1040-1041.
11. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. – М.: Гидрометеоиздат, 1984.
12. Крайнов С. Р. Геохимия редких элементов в подземных водах. – М.: Недра,2005.- 296 с.
13. Крайнов С. Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, природные и экологические аспекты / Отв. ред. акад. Н.П. Лаверов. – М.: Наука, 2004. - 677 с.
14. Кузнецов В.В. Химические основы экологического мониторинга. М.: ХИМИЯ, 2007. 298 с.
15. Ложниченко О.В Курс экологической химии. Учебное пособие Астрахань: Изд-во АГТУ, 2005. 112 с.
16. Лозановская И. Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: Высшая школа, 2006. 214 с.
17. Мейсон Б. Основы геохимии. / пер. с англ., М., 1970. 347 с.
18. Миланова Е. В., Рябчиков А. М. Использование природных ресурсов. Охрана природы. — М.: Высшая школа, 2006. 366 с.
19. Посохов Е.В. Общая гидрогеохимия. Л.: Недра, 2005. - 208 с.
20. Самарина B.C. Гидрогеохимия. Д.: Изд-во ЛГУ, 2007. - 359 с.
21. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. – М.: Высш. шк., 1994. 334 с.
22. Щербина В. В. Основы геохимии. – М., 1972. 351 с.
23. Проблемы совершенствования системы борьбы с разливами нефти на Дальнем Востоке: Материалы регионального научно-практического семинара. - Владивосток: ДВГМА, 2009. 87 с.
24. Романова Э. П. Природные ресурсы мира. –  М.: МГУ, 2003. 217 с.
25. Хефлинг Г. Тревога в 2000 году: Бомбы замедленного действия на нашей планете. – М.: Мысль, 2001.  98 стр.
26. Шилов И. А. Экология. – М.: Высшая школа – 2003, 583 с.
27. Brookins D.G. Eh-pH diagrams for geochemistry. -N.Y.: Springer, 1987. 180 p.
28. Загрязнения Каспия, включая нефтяное  (19.03. 2005)