Лекция 10: Загрязнение гидросферы. Физиологическая роль воды.

Гидросфера – совокупность всех вод Земли: материковых (поверхностных, почвенных, глубинных, в том числе ледников и снежного покрова), океанических и атмосферных.

Общий объём водных запасов на планете – 1.4 млрд.куб.км, из них 91-92% солёной морской воды и 2,2 % льда, находящегося в горах и на полюсах. На долю пресной воды приходится мене 3 %, причём большая её часть - это подземные «моря» и ледники. Лишь 0,6 % приходится на пресную воду рек, озёр, подземных водоносных горизонтов. Остальная часть воды находится в виде пара в атмосфере.

Гидросфера занимает промежуточное положение между литосферой и атмосферой и находится с ними в постоянной тесной взаимосвязи. Это связь осуществляется через влагооборот, который играет важную роль в создании условий жизни в биосфере. Во всех проявлениях жизнедеятельности водный обмен между организмом и средой имеет первостепенное значение.

Наземная гидросфера - водная оболочка Земли, представленная океанами, морями, озерами, реками и другими поверхностными водоемами, ледяными покровами, а также атмосферной влагой.

Подземная гидросфера - совокупность всех видов подземных вод. Обычно нижняя граница подземной гидросферы проводится по зоне критических температур, располагающейся на глубине 8-16 км. Подземная гидросфера пронизывает всю литосферу и образует с ней единую гидролитосферу.

Атмосферная вода является в основном химически чистой, не содержащей минеральных солей и почти не содержащей микроорганизмов.

Основные функции гидросферы:

• Стабилизация условий среды на поверхности Земли (температуры и газового состава атмосферы);

• Планетарная транспортная система;

• Планетарный аккумулятор неорганического и органического вещества;

• Аккумулятор солнечного тепла;

• Вода – важнейший экологический фактор в жизни наземных и водных организмов.

• Вода - универсальный растворитель (образование коллоидного раствора для биосистем). Живые организмы получают питательные вещества в растворах в малоизменённом виде.

• Вода обладает способностью к переносу и сохранению информации.

Существует прямая корреляция между количеством потребляемой воды и уровнем развития цивилизации. В каменном веке на одного человека приходилось менее 10 л в сутки, в период античности в Риме – 700 л, в период правления императора Торяна – 1000 л. В начале 20 века на 1 жителя Западной Европы расходовалось 50 л в сутки, в конце прошлого века – около 500 л.

Из всего количества потребляемой воды на удовлетворение жизненных потребностей идёт 2 л, на пользование туалетом – 10-20 л, 100 л – для принятия душа или ванны, для стирки – несколько сот литров.

Большое количество воды используется в промышленности. Так, например, на производство 1 тонны хлопчатобумажной ткани расходуется 250 м3 воды, а на 1 тонну синтетического волокна – до 5 тысяч литров. Для выпуска же 1 автомобиля необходимо 300 000 л.

Использование воды для хозяйственных целей – одно из звеньев круговорота воды в природе. Но антропогенное звено отличается от естественного: лишь часть использованной человеком воды возвращается опреснённой в атмосферу. Большая же часть сбрасывается в реки и озёра в виде сточных вод, загрязнённая отходами производства. Эта часть составляет 90 % при водоснабжении крупных городов и большинства промышленных предприятий. В настоящее время обеспеченность водой на одного человека в сутки различна в разных странах мира. В ряде стран с развитой экономикой назрела угроза недостатка воды. Дефицит пресной воды растёт на Земле в геометрической прогрессии. По данным ООН, в XXI веке нехватка воды может стать более серьёзной проблемой, чем загрязнение атмосферы. Уже сейчас в таких регионах планеты, как Африка и Ближний Восток, нехватка водных ресурсов является одной из причин бедности и отсталости, а также политической нестабильности.

Физиологическая роль воды в организме:

• Центральное место в обмене веществ, так как физические и химические процессы протекают при обязательном участии воды, например: процессы гидролиза, регуляция активности белков и ферментов (ферменты функционируют более эффективно в растворах пониженной степени вязкости, в том числе все клеточные рецепторы);

• Транспорт пластических и энергетических материалов (кровь, лимфа, микротрубочки нервных стволов);

• Поддержание нормальной структуры и жизнедеятельности всех тканей организм (используется в качестве связующего «склеивающего» вещества в клеточной архитектонике);

• Является главной частью всех секретов и экскретов организма;

• Генерация гидроэлектрической энергии в результате осмотического движения воды через мембрану. Энергия, генерируемая водой, идёт на производство АТФ и ГТФ.

Человеческий организм состоит в среднем на 65-70 % из воды (3х-дневный человеческий зародыш состоит из воды на 97%, как медуза. 3х-месячный зародыш содержит 91% воды, восьмимесячный – 91%, новорожденный ребёнок – 80%, годовалый – 65%).

У взрослого человека:

• 3.5 л воды приходится на плазму крови (объём крови – 5л),

• 10.5 л – на лимфу и внеклеточную жидкость,

• остальное составляет внутриклеточная вода.

Человек сравнительно легко переносит гипергидратацию и тяжело переносит обезвоживание. Если не происходит восполнение воды, наблюдается нарушение физиологических процессов. Это ведёт к:

• ухудшению самочувствия,

• падению работоспособности.

При потере жидкости 6-8% от массы тела наблюдаются:

• Повышение температуры;

• Гиперемия кожных покровов,

• Тахикардия,

• Учащение дыхания, переходящее в одышку,

• Мышечная слабость,

• Головные боли,

• Головокружение и полуобморочное состояние.

При потере 10% жидкости в организме происходят необратимые изменения. Потеря 15-29% жидкости является смертельной.

Уменьшение потребляемой воды ведёт к потере внутриклеточной жидкости, что отрицательно сказывается на функциональной активности клеток. Современный же образ жизни, особенно городского жителя, способствует развитию хронического обезвоживания из-за неудовлетворённой жажды.

С одной стороны, современный человек употребляет недостаточное количество жидкости (суточная норма 2-2,5 л, при интенсивной работе в тропиках – до 4х л). В то же время человеческий организм подвергается обезвоживанию даже в случае избытка употребляемой жидкости. Это связано с распространённым заблуждением, что чай, кофе и кофеинсодержащие, а также алкогольные напитки в состоянии утолить жажду. Кофеин же и алкоголь усиливают выведение жидкости из организма.

Из-за постоянной ситуации неудовлетворённой жажды организм обезвоживается, начиная с раннего возраста. Это состояние становится хроническим. С возрастом содержание внутриклеточной воды уменьшается до тех пор, пока соотношение внутриклеточной жидкости к внеклеточной жидкости не изменится с 1,1 до 0,8. Это отрицательно сказывается на функциональной активности клеток.

Хроническое обезвоживание вызывает симптомы, которые трактуются как признаки различных заболеваний. К таким признакам относятся:

• тошнота при беременности,

• боль различных локализаций,

• аллергические проявления,

• повышенный «аппетит», как неумение различить чувство жажды и голода, что ведёт к избыточному весу,

• сухость во рту (последний признак обезвоживания).

Хроническое обезвоживание является одной из причин развития различных заболеваний, таких как:

• хронический колит,

• ложный аппендицит,

• грыжа пищеводного отверстия,

• язвенная болезнь,

• бронхиальная астма и другие виды аллергии,

• ожирение,

• сахарный диабет,

• остеохондроз, остеоартрозы,

• мигрень.

Природные воды - воды Земли с содержащимися в них твердыми, жидкими и газообразными веществами.

Существует несколько классификаций природных вод в зависимости от цели, которая при этом ставится:

Классификация природных вод по происхождению:

• Атмосферные (осадочные: дождь, снег, град, роса и др.);

• Подземные (почвенные, грунтовые, межпластовые);

• Поверхностные пресные (воды рек, озёр, прудов, водохранилищ, болот) и морские.

Классификация природных вод по количеству и характеру примесей:

А. Пресные, минерализованные, минеральные.

Б. Мягкие, умеренно жёсткие, жёсткие.

В. Прозрачные, мутные.

Г. Бесцветные, опалесцирующие, окрашенные и т.д.

Классификация природных вод по характеру использования:

• Питьевые,

• Лечебные,

• Хозяйственные,

• Технические, в том числе охлаждающие и т.д.

Осадочные воды.

В Европейской части континента выпадает в год в среднем чуть больше 800 мм осадков в год, т.е. около 800 л/м2. Выпавшие осадки распределяются следующим образом:

• стекает в водоёмы, смывая загрязнители с почвы,

• испаряется растениями,

• испаряется с поверхностей,

• проникает в водоёмы. При этом половиной из них нельзя пользоваться для питья в силу их загрязнённости. Пригодной для питья остаётся только 7 % атмосферной воды.

Почвенные воды расположены у самой поверхности почвы и не защищены от проникновения загрязнений. Объём почвенных вод непостоянен. Они не представляют интереса с точки зрения водоснабжения. В то же время необходимы для нормального существования флоры и фауны, а также для земледелия.

Грунтовыми называются воды, которые скапливаются в процессе фильтрации на 1-ом от поверхности земли водоупорном слое. Глубина залегания грунтовых вод от 2-3 м до нескольких десятков метров. Грунтовые воды ненапорные и используются в колодезном водоснабжении. В при-

родных условиях грунтовые волы не загрязнены и пригодны к питью, если их минерализация не превышает вкусового порога. Состав грунтовых вод (в основном солевой состав) во многом определяется составом почвы, через которую они дренируются. В настоящее время грунтовые воды загрязняются в результате деятельности человека.

Межпластовыми называются водоносные горизонты, залегающие между двумя водоупорными слоями. Они бывают ненапорными и напорными. Напорные слои называются артезианскими. Они залегают ниже одного, двух или нескольких слоёв водоупорных пород. В месте выхода на поверхность они питаются атмосферными осадками.

Санитарная характеристика глубоких межпластовых вод очень высока и редко требует дополнительного улучшения качества. Химический солевой состав различных межпластовых вод зависит от так называемого вертикального градиента. Чем глубже пласт, тем больше минерализация. В глубоко залегающих слоях минерализация воды достигает концентрации рассолов и не пригодна для водоснабжения населённых мест.

Поверхностные (наземные) воды стекают по естественным уклонам к местам понижения и образуют водоёмы: проточные (реки, искусственные каналы) и стоячие (озёра, пруды и т.д.). Открытые водоёмы питаются атмосферными и частично подземными водами. Поверхностные воды имеют различную минерализацию и делятся на пресные и солёные.

Пресной считается вода, содержащая не более 1 г/л различных солей, солоноватой – 1-2.5 г/л и солёной – более 2.5 г/л. Минерализация грунтовых питьевых вод повышается с севера на юг.

Отличие пресных поверхностных вод от подземных:

• меньшая степень минерализации,

• высокое содержание взвешенных веществ,

• снижение прозрачности,

• сезонные изменения качества воды,

• загрязнение химическими веществами и микроорганизмами.

Отрицательное воздействие гидросферы на человека связано с:

• Нарушением физических и физико-химических характеристик (жёсткости, кислотно-щелочного состояния),

• Нарушением микроэлементного состава,

• Загрязнением гидросферы токсическими веществами,

• Загрязнением органическими веществами,

• Трансформацией химических веществ в водной среде

• Загрязнением патогенными организмами.

Согласно классификации ВОЗ выделяют несколько групп заболеваний, связанных с экологическим неблагополучием гидросферы:

1. Заболевания от заражённой воды через воду передаются такие кишечные инфекции, как брюшной тиф, паратифы А и В, холера, дизентерия, болезнь Боткина, туляремия, бруцеллёз. Подтверждается возможность передачи полиомиелита, сибирской язвы, туберкулёза.

2. Заболевания кожи и слизистых (трахома, проказа),

3. Заболевания, вызываемые моллюсками (шистосомоз),

4. Заболевания, передаваемые живущими размножающимися в воде насекомыми (малярия, жёлтая лихорадка),

5. Заболевания от загрязнённой воды.

Загрязнение гидросферы.

Одной из острейших проблем современности стало загрязнение пресных вод. Это связано с ростом численности населения и прогрессивное развитие различных отраслей промышленности. Всё это ведёт к нарастающим масштабам загрязнения рек, озер и других континентальных водоемов бытовыми и промышленными стоками.

Многие из веществ, входящих в состав сточных вод, токсичны для человека и многих других живых организмов. Среди промышленных выбросов особую опасность для живого населения водоемов представляют нефтепродукты, кислоты, поверхностно-активные вещества, соли и различного рода токсины. Эти загрязнения вносят существенные изменения в водные экосистемы В водоемах, принимающих сточные воды таких предприятий, погибает почти все население беспозвоночных животных и рыб.

Богатые органикой бытовые стоки ведут к повышению содержания в водоёмах биогенных веществ. Это неблагоприятно сказывается на их кислородном режиме и продуктивности. Обилие органических веществ ведёт к усиленному развитию фитопланктона ("цветение воды"), многих других. При этом возникает дефицит кислорода, расширяется глубинная зона с анаэробным обменом, накоплением сероводорода, аммиака и т. д. Это ведет к гибели ценных видов рыб и ухудшению питьевых качеств воды. Многие такие водоемы теряют своё хозяйственное значение. Засорение пресных водоемов особенно опасно на фоне общей нехватки пресной воды. Засорение пресных вод имеет и более отдаленные последствия. Нарушения водных экосистем снижают уровень биологической самоочистки вод. В результате часть загрязнений попадает в морские водоемы. Описаны и случаи отравления морских рыб пестицидами. Пестициды, попадая в воду, легко разносятся течениями. Результаты сказываются в уменьшении масштабов рыбного промысла. Загрязнение мирового океана ксенобиотиками → пищевые цепи → отравление людей.

Воды Мирового океана загрязняются также в результате бесконтрольного сброса различных (в том числе и радиоактивных) отбросов. У экологов вызывает тревогу продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами. Их транспортировка в танкерах повышенного тоннажа почти всегда сопровождаются потерями нефтепродуктов. Иногда случаются аварии с выбросом огромных количеств нефти и ее производных. Подсчитано, что в наши дни в воды Мирового океана попадает до 10 млн. тонн нефти и нефтепродуктов ежегодно. Загрязнение нефтепродуктами достигло уже 1/5 общей поверхности Мирового океана. В случаях аварий появляются "нефтяные острова", которые вызывает гибель водных птиц и многих других животных.

В настоящее время уделяется мало внимания вопросам очистки загрязнённых вод.

Предприятиям выгоднее платить штрафы, чем устанавливать очистительное оборудование и содержать штат по его обслуживанию. Деньги, выплаченные в казну государства в виде штрафа, возвращаются предприятию за счёт увеличения стоимости продукции.

Контакт человека с гидросферой происходит через:

• Респираторный тракт,

• Желудочно-кишечный тракт,

• Кожу.

Воздействие гидросферы на респираторный тракт:

• Поддержание нормальной влажности слизистой респираторного тракта парами воздуха,

• При формировании тумана или смога в мельчайших капельках воды растворяются токсические примеси, газы. Они воздействуют на лёгкие, вызывая их патологию, с одной стороны. С другой стороны, благодаря огромной всасывающей поверхности альвеол попадают в кровеносную систему, вызывая системные поражения.

Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ). Основная часть воды поступает в организм через ЖКТ. Всасывание происходит в двенадцатиперстной и тощей кишке, желудке. При неблагоприятном состоянии источников водоснабжения происходит преимущественное поражение ЖКТ, которое проявляется развитием гастроэнтеритов. Известно, что загрязненная вода является причиной около 80% всех инфекционных заболеваний. Заражение может наступать не только при питье воды, но также и при купании. С загрязнением вод инфицированными коммунально-бытовыми сточными водами связаны многие кишечные инфекции. К ним относятся брюшной тиф, паратифы, дизентерия,

холера, сальмонеллез, вирусный гепатит и ряд других опасных инфекций. Существенна роль загрязненной воды в развитии паразитов (лямблиоз, амёбиаз и др.). Переносчиками паразитов являются живые организмы - рыбы, моллюски, раки, комары и др. Основной способ передачи возбудителя лямблиоза - через питьевую воду.

Кожа. Контакт с кожей происходит во время:

• Купания,

• Осадков,

• Во время высокой влажности воздуха.

При экологическом неблагополучии водоёмов во время купания возможен контакт с простейшими, гельминтами, насекомыми, живущими и размножающимися в водной среде.

Таким образом возможно инфицирование человека.

При контакте воды с кожей возможно:

• Всасывание токсических веществ,

• Заражение гельминтами

Вода питьевая. Качество питьевой воды определяется ГОСТ ом «Вода питьевая. Гигиенические

требования и контроль за качеством».

Питьевая вода должна соответствовать бактериологическим и органолептическим показателям, а также не превышать предельно допустимые концентрации токсических химических веществ.

Показатели качества питьевой воды: запах и привкус при температуре 20°С, цветность, прозрачность, общая жесткость, содержание свинца, мышьяка, фтора, меди, цинка, железа, активного остаточного хлора, водородный показатель рН 6,5-9,5; общее число бактерий при посеве 1 мл неразбавленной воды, определяемое числом колоний после 24 ч выращивания при температуре 37° С (в норме не более 100). Количество кишечных палочек в 1 л воды, определяемое числом колоний на фуксин-сульфитном агаре, с применением концентрации бактерий на мембранных фильтрах (норма не более 3). Вода не должна содержать различаемых невооруженным глазом водных организмов.

Способы обработки пресной воды включая обеззараживание

- фильтрация

- минерализация

- хлорирование

- осеребрение

- озонирование

- термическая обработка

В питьевой воде должны отсутствовать патогенные микроорганизмы (бактерии и вирусы), простейшие организмы, яйца и личинки гельминтов.

Питьевая вода должна обладать хорошими органолептическими свойствами (освежающая температура, прозрачная, бесцветная, отсутствие какого-либо привкуса и запаха).

Химические вещества, влияющие на органолептические свойства не должны превышать норм.

По своему химическому составу питьевая вода не должна оказывать неблагоприятное влияние на состояние здоровья при употреблении её в течение всей жизни. Это значит, что содержание минеральных веществ должно соответствовать физиологической потребности, а вредные вещества не должны превышать опасные концентрации для здоровья.

Общая жёсткость обусловлена присутствием солей кальция и магния. Она колеблется в широких пределах и зависит от типа почв и пород грунтов, бассейнов водосбора, сезонов года.

Жёсткая вода имеет много минеральных солей, от которых на стенках посуды образуется накипь – каменная соль. В такой воде плохо заваривается чай, почти не развариваются продукты, плохо растворяется мыло (плохо вымываются волосы).Жёсткость питьевой воды согласно общепринятым нормам не должна превышать 7 мг-экв/л. Питьевая вода должна быть безопасна с токсикологической характеристики для здоровья настоящего и будущего поколений (отсутствие канцерогенного, мутагенного и тератогенного эффектов).