Подробное решение параграф § 69 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Рассмотрите рис. 300, 301. С какими антропогенными воздействиями связано загрязнение водной среды? Каковы его последствия?
Ответ. На первом рисунке мы видим эвтрофикацию водоема. Эвторификацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация – нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей.
На втором рисунке – загрязнение водоема поверхностно – активными веществами. В настоящее время одним из самых распространенных химических загрязнителей водоемов, в том числе источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, являются синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ). В водоисточники ПАВ поступают с бытовыми сточными водами. ПАВ входят в состав синтетических моющих средств (CMC), которые все в большем количестве используются в быту, поэтому и поступление их в водоемы растет. Поверхностно-активные синтетические вещества поступают в водоемы, с поверхностным стоком с сельскохозяйственных полей, так как они используются для эмульгирования пестицидов,
В нефтедобывающей промышленности ПАВ используются для улучшения условий бурения нефтяных и газовых скважин, заводнения нефтяных пластов, борьбы с отложениями парафина, коррозией, оборудования.
Вопрос 1. Опишите основные пути антропогенного загрязнения водной среды.
Ответ. Основная причина загрязнения водных бассейнов – сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальным и сельским хозяйством.
Загрязнения, поступающие в сточные воды, условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют: нерастворимые;
коллоидные; растворенные примеси.
По своей природе загрязнения делятся на минеральные; органические; бактериальные; биологические.
Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочей и другими веществами.
Органические загрязнения, в свою очередь, подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения представляют собой остатки растений, бумаги, растительное масло и др. Загрязнения животного происхождения – это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и др.
К бактериальным и биологическим загрязнениям относятся различные микроорганизмы, в частности дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии.
Количество промышленных сточных вод зависит от мощности предприятия, вида сырья, вида технологии производства, удельного расхода воды, используемой аппаратуры и т. д. В промышленном производстве вода используется как теплоноситель, поглотитель, растворитель, как средство транспортировки. Возможно, также использование воды для разных целей одновременно.
В настоящее время одним из самых распространенных химических загрязнителей водоемов, в том числе источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, являются синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Источником загрязнения водоемов является также поверхностный сток. Суммарное количество загрязнений, которые попадают в водоемы и водостоки с поверхностным стоком урбанизированных территорий, составляет примерно 8-15% от показателей загрязнения хозяйственно-бытовых сточных вод.
Источниками загрязнения подземных вод могут быть:
1) места хранения и транспортировки промышленной продукции и отходов производства;
2) места аккумуляции коммунальных и бытовых отходов;
3) сельскохозяйственные или другие угодья, на которых применяются удобрения, пестициды и другие химические вещества;
4) загрязненные участки поверхностных водных объектов, питающих подземные воды;
5) загрязненные участки водоносного; горизонта, естественно или искусственно связанного со смежными водоносными горизонтами;
6) участки инфильтрации загрязненных атмосферных осадков:
7) промышленные площадки предприятий поля фильтрации, буровые скважины и другие горные выработки.
Загрязнение артезианских вод может иметь место при сбросе сточных вод в поглощающие скважины, а также при протекании загрязненных грунтовых вод через координированные трубы и затрубное пространство заброшенных скважин, имеющих дефекты.
Загрязнение подземных вод химическими веществами может идти через загрязненные поверхностные воды, которые питают подземные.
Источником загрязнения подземных вод могут быть атмосферные осадки, загрязняющиеся на территориях, занятых промышленными отходами, солеотвалами, на участках хранения нефтепродуктов, сырья и готовой продукций предприятий химической промышленности, складов ядохимикатов и удобрений.
Вопрос 2. Каковы последствия загрязнения природных вод химическими веществами неорганической природы? Приведите примеры таких веществ.
Ответ. Изменение естественных химических свойств воды за счёт увеличения в ней концентрации вредных примесей неорганической природы называют химическим загрязнением. Основными загрязнителями являются соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома и меди. Наибольшую опасность из них представляет ртуть. Катионы Hg2+ взаимодействуют с анионами, находящимися в морской воде, дают суспензии, которые вместе с глинистыми частицами оседают на дне. В результате химических реакций с участием микроорганизмов из них образуются органические производные ртути, которые более токсичны, чем её неорганические соединения. Одно из таких веществ – диметилртуть (Hg(CH3)2). Это вещество накапливается в организмах, причём многие из них обладают способностью к его концентрации. Так, учёными установлено, что в рыбе диметилртути содержится в 1000 раз больше, чем в морской воде. При употреблении человеком такой рыбы в пищу ртуть попадает в его организм и вызывает серьёзные поражения центральной нервной системы.
Из тяжёлых металлов, помимо ртути, в водах Мирового океана в результате химического загрязнения накоплено около 41 млн т соединений свинца, в основном в виде суспензий (PbS04, [Pb(0H)]2C03, РЬС12).
Серьёзную проблему представляет также изменение кислотности водной среды из-за поступления в неё различных кислот и щелочей: большинство организмов могут существовать только при определённых значениях pH, а если хотя бы несколько наиболее чувствительных видов вымирают, биоразнообразие водной экосистемы снижается.
Один из основных источников химического загрязнения водной среды – сельское хозяйство. Из агроэкосистем атмосферными осадками ежегодно вымывается около 10 млн т минеральных удобрений. Попадая в водоёмы, соединения фосфора и азота способствуют массовому размножению микроскопических водорослей и цианобактерий, вызывающих «цветение воды».
Вопрос 3. Что такое эвтрофикация водоёмов? Каковы её причины и последствия? Объясните, почему эвтрофикацию считают обратимым процессом.
Ответ. Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация – нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей.
В результате процесс эвтрофикации живые организмы в воде начинают отмирать и падать на дно. Из-за ощутимого разложения на глубине практически исчезает кислород. Из-за этого остальная часть рыбы также гибнет, что запускает новую цепочку, она разлагается, кислород исчезает и усиливается эвтрофикация. Это, в свою очередь, запускает почти необратимый процесс. Вода становится темной из-за появления огромного числа планктона. По этой причине свет не способен пробиться до дна, вследствие чего на глубине исчезают полезные растения водоемов. Без подводной флоры не может образовываться кислород. В летний период из-за биогенов ситуация усложняется, поскольку холодные воды, протекающие на дне, и горячие сверху не могут смешаться, поэтому эвтрофикация водоемов усиливается. С наступлением вечера большое количество планктона начинает поглощать остатки кислорода, к утру истощая водоем, рыба остается без воздуха. Это влечет ее гибель. Если водоем служил источником воды для населения, со временем он может стать непригодным. Такое случается из-за того, что анаэробные процессы способствуют появлению в воде ядовитых элементов, таких как метан и сероводород.
Известно, что эвтрофикация – это не безвозвратный процесс. Он способен остановиться, и постепенно водоем восстанавливает свою изначальную экосистему. Это касается не только тех случаев, когда процесс запустения еще в самом начале. Даже при длительном «заражении» водоемы способны самостоятельно «излечиться». Но для этого есть важное условие. Экосистема возобновляется, если утечка азота устраняется или максимально снижается. Бывали случаи восстановления, когда водоем очень долго напитывался азотом. При удалении этого источника в почве все равно оставалось большое количество накопленного вещества. Но растительность служила словно непроницаемым ковром, который не давал пагубно влиять на водную экосистему. Озеро действительно восстанавливалось. К сожалению вблизи рек и водоемов начиналась вырубка лесов или разработка карьеров, и этот «защитный» слой, который защищал жидкость от азота, нарушался, и процесс эвтрофикации возобновлялся.
Вопрос 4. В чём состоит опасность загрязнения водоёмов сточными водами?
Ответ. Загрязнение минеральными соединениями обычно представлено в виде песка, частиц глины, руды, шлака, минеральных солей, растворов кислот, щелочей и других веществ. Органическое загрязнение по своему происхождению подразделяется на растительное и животное. Растительные органические соединения – это остатки растений, плодов, овощей, злаков, бумаги и т. д. Загрязнением животного происхождения могут быть физиологические выделения людей и животных, остатки погибших животных, клеевые вещества. К биологическому загрязнению относится загрязнение различными микроорганизмами, например грибами, мелкими водорослями и бактериями. Это загрязнение поступает в водоем в основном с бытовыми сточными водами и со стоками таких промышленных предприятий, как бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые, предприятия микробиологической промышленности. Кроме того, на поверхности водоема могут появляться плавающие вещества. Попадающее в водоем загрязнение вызывает изменение физических и органолептических свойств воды: прозрачности, цветности, запаха и привкуса. Изменяется и химический состав воды, так как в ней появляются вещества, изменяющие активную реакцию воды и увеличивающие содержание органических и неорганических соединений. Загрязнение органического происхождения требует для своего окисления большого количества кислорода, что, в свою очередь, уменьшает содержание растворенного в воде кислорода. Изменяются количество и виды микроорганизмов, а иногда появляются и болезнетворные. В водоемы сбрасываются отходы городских предприятий, фекально-хозяйственные сточные воды, атмосферные осадки и смываемые ими различные загрязняющие вещества. Загрязнение таким образом открытых водоемов, подземных и грунтовых вод особенно больших размеров приобрело в капиталистических странах, где многие реки превратились в сточные канавы. По ним во внутренние водоемы и в мировой океан сплавляются кухонные отбросы, грязь и воды прачечных, больничные отходы, металлы и кислоты, нефтепродукты с заправочных станций и аэропортов, пестициды и минеральные удобрения с сельскохозяйственных территорий и т. д. Это приводит к гибели представителей речной фауны и истощает запасы кислорода в воде. Загрязнение водоемов ухудшает санитарное состояние их, что, в свою очередь, затрудняет использование водоемов для хозяйственно-бытовых целей и ирригации, причиняет большой ущерб рыбному хозяйству, вынуждает разрабатывать дополнительные мероприятия по охране вод от загрязнения
Вопрос 5. Какие процессы в биосфере нарушаются при нефтяном загрязнении? Чем опасны нефть и её производные, попавшие в воду?
Ответ. Наиболее распространённые загрязняющие водную среду вещества – это нефть и нефтепродукты. Ежегодно в моря и океаны поступает примерно 6 млн т сырой нефти, причём каждый килограмм нефти образует на поверхности плёнку до 1 га. Источниками поступления нефти служат её транспортировка, разработка нефтяных месторождений на шельфе, вынос речной водой. В результате около 4 % поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто тонкой нефтяной плёнкой, препятствующей нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Из нефти в воде постепенно образуется эмульсия, а также комочки тяжёлых фракций нефти – мазута. К плавающим комочкам нефти прикрепляются мелкие животные, которыми кормятся рыбы, и, следовательно, нефтепродукты циркулируют по трофическим цепям водных экосистем и в конце концов попадают в пищу людей. А все компоненты нефти и продуктов её переработки опасны для жизни. Это в особенности относится к ароматическим углеводородам, в частности к бензпирену. Помимо того что токсичны сами углеводороды, они, будучи хорошими растворителями неполярных веществ, способны растворять и другие токсичные соединения – пестициды и диметилртуть, находящиеся в воде. Это представляет ещё большую опасность для организмов.
Вопрос 6. Объясните, почему бережное расходование водных ресурсов считается основной мерой их охраны. Приведите примеры экономии воды.
Ответ. В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. км3 воды ежегодно, причём увеличить её потребление можно максимум до 12 тыс. км3. При нынешних темпах роста промышленности, сельского хозяйства, населения Земли этого хватит на ближайшие 25–30 лет, а потом возникнет глобальная проблема дефицита чистой воды, которая уже сейчас ощущается в некоторых странах. Поэтому основная мера охраны водных ресурсов – это их бережное расходование. Например, использование в сельском хозяйстве дождевальных и капельных установок даёт экономию воды в 5–6 раз по сравнению с обычным поливом растений, когда около 25% воды теряется на фильтрацию и испарение. Устранение неисправностей водопроводов, установка в квартирах счётчиков расходования воды и современного сантехнического оборудования также существенно снижают расход воды.
Для защиты водной среды от веществ-загрязнителей производят очистку сточных вод, т. е. их обработку в специальных очистных сооружениях для разрушения или удаления вредных примесей.