3. Проблема
загрязнения Мирового океана
(на примере ряда органических
соединений).
Нефть и нефтепродукты. Нефть
представляет собой вязкую
маслянистую жидкость, имеющую
темно-коричневый цвет
и обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных
алифвтических и
гидроароматических углеводородов.
Основные компоненты нефти - углеводороды
(до 98%) - подразделяются на
4 класса:
а) Парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) -
устойчивые вещества, молекулы которых
выражены прямой и разветвленной цепью
атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и
растворимостью в воде.
б) Циклопарафины -
( 30 - 60% от общего
состава) - насыщенные циклические соединения с 5-6
атомами углерода в кольце. Кроме
циклопентана и циклогексана в нефти
встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень
устойчивы и плохо поддаются биоразложению.
в) Ароматические
углеводороды
- (20 - 40% от общего состава) -
ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода
меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой
в виде одинарного кольца (бензол,
толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).
г) Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) -
ненасыщенные нециклические
соединения с одним или двумя
атомами водорода у
каждого атома углерода в молекуле,
имеющей прямую
или разветвленную цепь.
Нефть и нефтепродукты являются
наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К
началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 6 млн.т. нефти, что
составляло 0,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из
районов добычи. Аварийные ситуации, слив за
борт танкерами промывочных и
балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных
полей загрязнения на трассах морских
путей. В период за 1962-79 годы в
результате аварий в
морскую среду поступило около 2 млн.
т. нефти. За
последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн.т. нефти.
Большие массы нефти поступают в моря
по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.
Объем загрязнений из
этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками
промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т. нефти. Попадая в морскую
среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной
мощности. По цвету пленки можно
определить ее толщину:
|
Внешний
вид |
Толщина, мкм |
Количество
нефти, л/
кв.км |
|
1.
Едва заметна |
0,038 |
44 |
|
2.
Серебристый отблеск |
0,076 |
88 |
|
3.
Следы окраски |
0,152 |
176 |
|
4.
Ярко окрашенные разводы |
0,305 |
352 |
|
5.
Тускло окрашенные |
1,016
|
1170 |
|
6.
Темно окрашенные |
2,032 |
2310 |
Нефтяная пленка изменяет состав спектра
и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света
тонкими пленками сырой нефти составляет 1-10%
(280 нм), 60-70%
(400нм).
Пленка толщиной 30-40 мкм полностью
полностью поглощает инфракрасное излучение.
Смешиваясь с водой,
нефть образует эмульсию двух типов: прямую - "нефть в
воде"- и обратную - "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества.
При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии,
которые могут сохраняться на
поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
Пестициды. Пестициды составляют группу
искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с
вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы: инсектициды
- для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды - для борьбы с
бактериальными болезнями растений,
гербициды - против сорных
растений. Установлено, что пестициды
уничтожая вредителей, наносят вред
многим полезным организмам и подрывают
здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от
химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам
борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн.т. пестицидов поступает
на мировой рынок. Около 1,5 млн.т. этих
веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем золовым и водным путем.
Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества
побочных продуктов, загрязняющих
сточные воды. В водной
среде чаще других встречаются
представители инсектицидов,
фунгецидов и гербицидов.
Синтезированные инсектициды делятся
на три основных группы: хлороорганические, фосфороорганические и карбонаты. Хлороорганические
инсектициды получаются путем
хлороирования ароматических и гетероциклических жидких углеводородов. К ним
относятся ДДТ и его производные, в молекулах которых устойчивость алифатических
и ароматических групп в
совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные
хлородиена (элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких
десятков лет и очень устойчивы к
биодеградации. В водной среде часто
встречаются полихлорбифенилы - производные ДДТ
без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За последние 40 лет использовано более 1,2
млн.т. полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов,
конденсаторов. Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых
отходах на
свалках. Последний источник поставляет
ПБХ в атмосферу, откуда они с
атмосферными осадками выпадают во все
районах Земнего шара. Так в
пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 0,03 - 1,2 кг./л.
Синтетические
поверхностно-активные вещества. Детергенты (СПАВ) относятся к обширной
группе веществ, понижающих поверхностное
натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко
применяемых в быту и
промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую
среду. СМС содержат
полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных
ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества,
отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В
зависимости от природы
и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние
не образуют ионов в воде. Наиболее
распространенными среди СПАВ являются
анионоактивные вещества. На их
долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленнрсти
связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение
продуктов химических технологий,
получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых
скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется
в составе пестицидов.
Соединения
с канцерогенными свойствами. Канцерогенные вещества - это химически
однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность
и способность вызывать канцерогенные, тератогенные
(нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения
в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут
приводить к
ингибированию роста, ускорению старения,
нарушению индивидуального развития
и изменению генофонда организмов.
К веществам, обладающим канцерогенными
свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические
углеводороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана
(более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тентонически активных зонах,
подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании
различных материалов, древесины и топлива.
Тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец,
кадмий,цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и
весьма токсичных загрязняющих
веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия,
содержание соединения тяжелых металлов в
промышленных сточных водах довольно
высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских
биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец
и кадмий. Ртуть переносится
в океан с материковым стоком и
через атмосферу. При выветривании осадочных и
изверженных пород ежегодно
выделяется 3,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12
тыс.т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около
половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т./год) различными
путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными
водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят
хлориды в
высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно
приводило к ртутному отравлению
прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата,
причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и
ацетальдегида, на которых в качестве
катализатора использовалась хлористая
ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предриятий поступали в залив
Минамата. Свиней - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах
окружающей среды: в горных
породах,почвах, природных водах,
атмосфере, живых организмах. Наконец,
свиней активно рассеивается в
окружающую среду в процессе
хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с
промышленными и бытовыми стоками,
с дымом и пылью промышленных предприятий, с
выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и
через атмосферу. С континентальной пылью
океан получает (20-30) т. свинца в год.
Сброс
отходов в море с целю захоронения (дампинг). Многие страны,
имеющие выход к морю,
производят морское захоронение различных материалов и веществ, в
частности грунта, вынутого при
дноуглубительных работах, бурового
шлака, отходов
промышленности, строительного
мусора, твердых отходов, взрывчатых и
химических веществ, радиоактивных
отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих
веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для дампинга в море
служит возможность морской среды к переработке большого количества
органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна.
Поэтому дампинг рассматривается как
вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. В шлаках
промышленных производств
присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых
металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40%
органических веществ; 0,56% азота;
0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0,085% свинца; 0,001%
ртути; 0,001% кадмия. Во время сброса прохождении материала сквозь столб
воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды,
другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышаеся мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит
к быстрому расходованию кислорода в воде и не редко к его полному
исчезновению, растворению взвесей, накоплению
металлов в растворенной форме, появлению
сероводорода.
Присутствие большого количества
органических веществ создает в грунтах
устойчивую восстановительную среду, в
которой возникает особый тип иловых вод,
содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.
Воздействию сбрасываемых
материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае
образования поверхностных пленок, содержащих
нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен награнице воздух - вода.
Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробиантов и
оказывать токсическое воздействие на
них. Сброс материалов дампинга на
дно и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы
бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается
скорость роста за
счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой
состав данного сообщества. При
организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет
определение районов дампинга,
определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления
возможных объемов сброса в
море необходимо проводить расчеты всех
загрязняющих веществ в составе материального сброса.
Тепловое загрязнение.
Тепловое загрязнение поверхности
водоемов и
прибрежных морских
акваторий возникает в
результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и
некоторыми промышленными производствами.
Сброс нагретых вод во многих случаях
обуславливает повышение температуры воды в водоемах на
6-8 градусов Цельсия.
Площадь пятен нагретых вод в прибрежных
районах может достигать 30 кв.км. Более
устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и
донным слоям. Растворимость кислорода уменьшается, а
потребление его возрастает, поскольку с ростом теипературы
усиливается активность аэробных бактерий,
разлагающих органическое
вещество. Усиливается
видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.
На основании обобщения материала
можно сделать вывод, что эффекты антропогенного воздействия на
водную среду проявляются на
индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное
действие загрязняющих веществ приводит к упроще нию экосистемы.
