4. 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:

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.