Эссе: Антропогенное воздействие на структуру и динамику водных экосистем

Вода, как и воздух, является количественно неисчерпаемым природным ресурсом, но человеку и всему живому в биосфере нужна не просто вода как вещество с формулой Н20, а вода определенного качества, т.е. имеющая определенные прозрачность, температуру, сопутствующие примеси и т.п. Запасы воды на Земле колоссальны, но возможность их использования ограничена в первую очередь природными факторами, в том числе экологическими. Огромная масса воды в Мировом океане имеет высокую соленость, запасы пресной воды в ледниковых покровах малодоступны из-за удаленности и состояния в твердой фазе, как и грунтовые льды мерзлых пород. Значительная часть подземных вод минерализована и залегает на больших глубинах, половина массы озерной воды также засолена. Поэтому количество пресной воды, доступной для потребления, существенно ограничено в сопоставлении с современными потребностями цивилизации1.

Долгосрочные прогнозы динамики водообеспеченности, исходящие из демографических прогнозов и предположения о неизменности объема доступных водных ресурсов, неутешительны. Водообеспеченность в мире в расчете на одного человека в 2002 г. уменьшилась в сравнении с 1970 г. почти вдвое, однако к 2050 г. следует ожидать ее дальнейшее снижение в сравнении с 2002 г. в полтора раза. На самом деле ситуация может оказаться еще менее благоприятной, если не удастся переломить тенденцию к ухудшению качества воды в природных источниках по антропогенным причинам, кроме того, климатологические прогнозы указывают на высокую вероятность ухудшения условий водопользования из-за изменения режима осадков, в большинстве регионов предполагается увеличение их неравномерности в течение года.

Вода — самый важный из вовлекаемых в хозяйственную деятельность человека природных ресурсов: по объему ежегодного использования она намного превосходит все другие добываемые ресурсы, вместе взятые. В процессе потребления ресурсов человечество ежегодно перемещает порядка 300 млрд т грунта и пород, тогда как из разнообразных водных источников каждый год отбирается более 4000 км3 воды, что по массе на порядок больше остальных природных ресурсов в совокупности. Но дело не ограничивается забором воды из природных источников, и в процессе хозяйственной деятельности человечество использует воды значительно больше. Во-первых, в разнообразных технологических процессах и системах производства давно используется повторное и оборотное водоснабжение. В целом в мире рециклирование вод лежит в пределах 10% от ежегодно отбираемой из природных источников водной массы. Во-вторых, человечество использует воду в искусственно созданных водных объектах — водохранилищах и прудах, где она накапливается и в последующем используется для разнообразных целей — получения энергии, орошения земель, речного транспорта, рыболовства и рыбоводства, рекреации и т.д. Суммарный объем водохранилищ мира с полным объемом от 0,1 км3 составляет порядка 6330 км3, а их число в мире превышает 3000. Поэтому реальное потребление воды человечеством оценивается величиной 9000 км3 в год, что по массе в 30 раз превышает потребление всех остальных веществ вместе с перемещаемой при их добыче породой. В-третьих, человечество использует водные объекты как транзитные и очистные системы для отходов, а также для захоронения отходов. Именно этот способ водопользования требует наибольшей массы воды, хотя в расчетах водопотребления он практически не учитывается. Наконец, водные объекты являются средой обитания промысловых рыб и других гидробионтов, составляющих важную, а в ряде стран преобладающую часть рациона. Не применяющие орошения сельскохозяйственные предприятия также должны рассматриваться как водопотребители, поскольку замена естественных экосистем агроценозами неизбежно приводит к изменениям водного режима почвы с разнообразными вытекающими из этого гидрологическими и экологическими последствиями1.

Гидросфера — это естественный фильтр-аккумулятор загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду, что связано с циклом глобального круговорота воды и с ее универсальной способностью к растворению газов и минеральных веществ.

Хотя загрязнение водной среды, в отличие от атмосферы, не создает глобальной экологической угрозы, поскольку масса воды в Мировом океане на 9—10 порядков превышает инородные антропогенные потоки, однако для пресных вод оно уже достигло континентальных масштабов. А в случае замкнутых и полузамкнутых морей — Каспийского, Азовского, Балтийского, Северного и др. — распространяется и на большую часть их акватории. При этом надо иметь в виду, что реки и озера представляют, наряду с Мировым океаном, в некотором роде конечный этап континентального кругооборота загрязняющих веществ. Сюда смываются удобрения и пестициды с сельскохозяйственных полей, попадают стоки промышленных предприятий и застроенной городской территории. Наконец, на поверхность речных водосборов рано или поздно осаждаются атмосферные загрязнения, увлекаемые талыми или дождевыми водами. Поэтому не приходится удивляться, что в донных отложениях особо неблагополучных водных объектов можно обнаружить порой чуть ли не всю таблицу Менделеева1.

Высокая интенсивность водообмена в живых организмах означает, что масса загрязняющих веществ, попадающая в водные объекты, непрерывно поступает в тела живых организмов, включая человека, в процессе водообмена и затем в зависимости от свойств загрязняющих веществ участвует в процессе метаболизма и полного или частичного (когда загрязняющие вещества и их метаболиты накапливаются в тканях) вывода из организма его продуктов. Таким образом, биота и человек как часть биоты оказываются одновременно и очистными устройствами, и местами депонирования отходов.

Во многих странах мира водопотребление находится почти на верхнем пределе, а в некоторых, как, например, в Бельгии, водозабор достигает 70% всех возобновляемых водных ресурсов. При этом, несмотря на огромные средства, вкладываемые в очистные сооружения, качество поверхностных вод в Европе по-прежнему остается очень низким. Эльба, Одер, Днепр, Южный Буг, Гвадалквивир — все это реки, которые по принятой классификации можно отнести к чрезвычайно загрязненным. Здесь очень высоко содержание пестицидов и других опасных органических соединений, а концентрация некоторых металлов (свинца, хрома, цинка и др.) в водах Эльбы, например, в 3—16 раз выше фоновой.

По мере развития цивилизации человеку требовалось все больше и больше воды. Человек каменного века потреблял менее 10 л/сутки, в Римском государстве — до 70 л/сутки, современный житель США — около 700 л/сутки, тогда как во многих современных развивающихся странах эта цифра не превышает 30 л/сутки.

До настоящего времени в развивающихся странах и ряде стран с переходной экономикой около 1,2 млрд человек не обеспечиваются качественной питьевой водой и до 2,4 млрд — канализацией. Это порождает проблему здоровья людей. ВОЗ подсчитала, что ежегодно около 5 млн человек умирают в результате потребления загрязненной воды и плохих гигиенических условий, в связи с чем ВОЗ составила специальное руководство с требованиями к качеству питьевой воды, опубликованное в 1993 г.

Считается, что уровень потребления воды характеризует уровень технического и культурного развития общества. На питье и приготовление пищи человек затрачивает не более 10% потребляемой воды, а в среднем бытовое потребление в развитых странах составляет 220—320 л/сутки1.

В сутки человеку на физиологические нужды необходимо потреблять примерно 2,5 л воды. Для удовлетворения бытовых потребностей, в первую очередь санитарно-гигиенических, современному городскому жителю требуется от 180 до 250 л.

Основное потребление воды биотой земной суши осуществляется при производстве органики в процессе фотосинтеза. Для синтеза 1 г органики требуется от 100 г воды и более в зависимости от вида растения. Остальное потребление воды составляет небольшую долю от потребностей синтеза. Синтез органики является важнейшим гидрологическим процессом, так как именно он обеспечивает на суше через транспирацию континентальный влагооборот. Таким образом, биота контролирует этот влагооборот.

Экологические последствия потребления водных ресурсов связаны не только с величиной водозабора, но и со структурой использования извлекаемой из водоисточников воды. В мире основная масса потребляемой воды (70%) используется в сельском хозяйстве в основном для орошения, значительную часть воды (20%) расходует индустрия, а остальная вода (10%) направляется в коммунальное хозяйство. Индустриальное потребление воды преобладает в относительно небольшом числе развитых стран Европы, в России, Канаде и Австралии, в развитых индустриальных странах. В США затраты воды в промышленности и сельском хозяйстве примерно равны. В остальных странах в водопотреблении доминирует сельское хозяйство. Среди отраслей экономики нашей страны первое место по потреблению воды занимает сельское хозяйство. Для получения 1 т пшеницы необходимо 1500 т воды, 1 т риса — более 7000 т, 1 т хлопка — около 10 000 т. Второе место отводится промышленности. Ни одно промышленное предприятие не может функционировать, не используя воду из природных источников. Потребность предприятий в воде изменяется в широких пределах и зависит от вида получаемой продукции, принятой технологии, системы водоснабжения (прямоточной или водооборотной), климатических условий и т.п. Так, для получения 1 т угля затрачивается 2 т воды, стали — 15—20 т, целлюлозы — 400—500 г, синтетического волокна — 500 м. Третье место по водо- емкости занимает коммунальное хозяйство городов. Значительный объем чистой воды затрачивается на разбавление, обеззараживание стоков и отбросов промышленности, сельского хозяйства, строительства, населенных пунктов и транспортных путей, т.е. на борьбу с загрязнением гидросферы.

Теплоэлектростанция мощностью 1 млн кВт потребляет более 1 км воды в год; АЭС той же мощности — не менее 1,5 км.

Вес перечисленное ведет к дефицитности воды и, как следствие, к планированию ее расхода не по крупности потребителей, а по необходимости удовлетворения первоочередных потребителей.

Специфическая ситуация возникает с так называемыми международными водами, когда в бассейне одной и той же реки расположено несколько государств или река протекает по границе между двумя государствами. Страны, расположенные ниже по течению, могут столкнуться с нехваткой воды или даже лишиться ее из-за регулирования стока в верхнем течении. Примеров таких рек много. Среди крупных рек мира это, в частности, Нил и Конго в Африке, Колорадо и Ла-Плата в Америке, Ганг и Амур — в Азии, Дунай и Рейн — в Европе. Водосборные бассейны трансграничных и пограничных рек занимают 45,3% территории суши (без Антарктиды)1.

В мире не менее 261 речных водосборов, занимающих 45,3% суши (без Антарктиды), являются международными. 71 подобная река находится в Европе, 53 — в Азии, 39 — в Северной и Центральной Америке, 38 — в Южной Америке и 60 — в Африке. 155 из них распределены между двумя странами, а остальные — между тремя и более странами. Примерно 50 стран имеют не менее 75% своей территории в пределах международных речных бассейнов. На водосборах международных рек проживает более 40% населения мира.

Проблем с использованием международных вод или распределением трансграничного стока в мире не возникает при изобилии других водоисточников, но если такие реки служат основными водными ресурсами для стран, расположенных в их бассейне, то экономические противоречия и политические конфликты практически неизбежны. За последние 50 лет зафиксировано 507 споров из-за воды, из них 37 привели к острым конфликтам, в том числе 21 сопровождался военными акциями. Такие конфликты имеют давнюю историю, так как вода всегда служила инструментом давления при разрешении не только обусловленных водными проблемами, но и иных коллизий. Доступ к воде был источником споров и разногласий как при попытках гидротехнического строительства, так и при загрязнении вод.

В социальном и медицинском аспектах важны не только обеспеченность и количество питьевой воды, но и ее качество. Бактериологическое и химическое загрязнение воды ведет к возникновению заболеваний. Загрязнение водных объектов — источников питьевого водоснабжения ведет к росту риска заражения через питьевую воду. Там, где вода сильно загрязнена, чаще возникают кишечные заболевания (диареи). С загрязнением питьевой воды фекалиями связаны дизентерия, брюшной тиф, холера, гепатит А. Ежегодно в мире отмечаются сотни тысяч случаев этих заболеваний. Стандартные системы очистки воды с использованием дезинфицирующих питьевую воду веществ не предотвращают заболеваний лямблиозом и криптосоридиозом, поскольку цисты лямблий и ооцисты криптоспоро- дий более стойки, чем бактерии и вирусы[15].