В природных водах в норме содержатся микроэлементы (фтор, йод, молибден, селен и др.) и макроэлементы (натрий, кальций, фосфор и пр.), которые являются жизненно необходимыми. Но их избыток также может спровоцировать то или иное заболевание. Ниже мы приведем несколько болезней, которые доказано являются следствием повышенного содержания в воде того или иного химического элемента:
• анемия возникает на фоне избытка в воде мышьяка, бора, фтора, меди, цианидов, трихлорэтилена;
• заболевания пищеварительного тракта провоцируются мышьяком, бериллием, бором, хлороформом, динитрофенолами, ртутью, пестицидами, цинком;
• бронхиальная астма может быть связана с повышенным содержанием фтора;
• болезни сердца усугубляются там, где в воде в большом количестве встречается бор, цинк, тетрахлорэтилен, фтор, медь, свинец, ртуть, бензол, хлороформ, цианиды, трихлорэтилен (ТМ), галоформы, тригалометаны, альдрин (инсектицид) и его производные, динитрофенолы;
• дерматозы и экземы распространены в областях, где анализ воды показывает в ней наличие мышьяка, альдрина и его производных, бора, бериллия, хлора, хлорированных фенолов, хлорнафталинов, хрома, TRI, динитрофенолов, детергентов, фтора, кобальта, никеля, продуктов дистилляции нефти (масел), пластмасс, ртути.
Глава 4. Вода и тяжелые металлы
Очень опасны и примеси тяжелых металлов в воде. Особенно вреден свинец.
Сегодня опасность наличия свинца в воде признана абсолютно всеми. Потому что даже в минимальных количествах этот токсичный металл может вызвать отставание в умственном развитии людей.
Свинец, растворенный в воде, поражает мозг ребенка и снижает уровень его интеллекта, что ведет к трудностям в его обучении.
Свинец может накапливаться в костях, приводить к изменениям в центральной нервной системе (полиневриты, церебральный артериосклероз), негативно влиять на состав крови (снижение гемоглобина, уменьшение числа эритроцитов), сбивать работу желудочно-кишечного тракта (спастический хронический колит), вызывать нарушение обмена веществ, "угнетение" секреторной функции организма, неспособность вырабатывать многие жизненно необходимые ферменты и гормоны. Кроме того, даже небольшое количество свинца вызывает тяжелое поражение почек.
Еще один смертоносный растворенный в воде и потому невидимый яд - кадмий - один из самых токсичных тяжелых металлов. Российским законодательством он отнесен ко 2-му классу опасности ("высокоопасные вещества"). А некоторые источники даже называют кадмий "наиболее опасным экотоксикантом на рубеже тысячелетий" (например, бюллетень "Проблемы химической безопасности").
Подобно другим тяжелым металлам, кадмий обладает способностью накапливаться в организме. При этом период его полувыведения составляет 10–35 лет. Каждый человек к 50 годам накапливает в организме до 30–50 мг кадмия, который оседает преимущественно в почках (30–60 % всего количества) и печени (20–25 %). Остальное количество этого яда отправляется в поджелудочную железу, селезенку, трубчатые кости, другие органы и ткани. Даже "связанный" с одним из активных белков кадмий (менее смертоносная форма) с течением времени способен привести к проблемам со здоровьем (например, к нарушению работы почек и повышенной вероятности образования почечных камней).
Особенно показательными последствиями хронического отравления кадмием является заболевание "итай-итай" (в переводе с японского звучит примерно как "больно-больно"). Оно было описано в Японии в 50-е годы XХ века. Симптомы болезни: сильные боли в поясничной области, миалгия (боль в мышцах), а также остеомаляция (размягчение костей), которая проявляется хрупкостью и ломкостью костей и деформацией скелета. Плюс ко всему характерные для отравления кадмием признаки поражения почек, которые вели к необратимым изменениям.
Заболевание довольно часто носило смертельный характер (были зафиксированы сотни летальных исходов "итай-итай") и было обусловлено высокой загрязненностью окружающей среды в Японии, а также качеством питьевой воды и продуктов питания - известно, что японцы питаются преимущественно рисом и морепродуктами, а и то и другое обладает способностью накапливать кадмий в высоких концентрациях.
Недавние исследования американских ученых (Калифорнийский университет, Лос-Анджелес) прослеживают статистическую связь между превышением концентрации в питьевой воде мономерного алюминия и заболеванием болезнью Альцгеймера. Другое дело, что пока назвать алюминий причиной, которая приводит к летальным исходам, так никто и не решается.
Алюминий также нарушает деятельность центральной нервной и иммунной системы. Особенно сильно алюминий воздействует на организм детей.
О том, что качество водопроводной воды в нашей стране непозволительно низкое, говорят уже давно. Качество водопроводной воды вызывает серьезные опасения медиков и экологов практически во всех регионах страны.
Глава 5. Кто виноват?
Но откуда берутся все эти элементы в природной, относительно чистой воде? Кто виноват в том, что загрязнения приобретают столь ужасающие масштабы, и есть ли шанс предотвратить трагедию планетарного масштаба?
Чтобы ответить на эти вопросы, вспомним, что вода является великолепным растворителем, в котором могут растворяться минеральные и органические вещества, созданные как природой, так и человеком. И в то же время в ней могут присутствовать вещества во взвешенном состоянии: частицы песка и глины, коллоидные и механические примеси и живые существа различных форм и размеров. Исходная, чистая вода, попадающая на землю в виде дождя, снега, града, росы, изморози и тумана, насыщаясь различными веществами и организмами, загрязняется и, как правило, становится непригодной для питья или использования в быту без предварительной очистки. Таким образом, источниками загрязнения природных вод могут быть как природные объекты, так и объекты, созданные руками человека.
Но мы будем говорить только о том, что в состоянии исправить, то есть о человеческом факторе в загрязнении воды. К сожалению, практически вся деятельность человечества так или иначе сказывается на состоянии водного бассейна Земли. Водные объекты могут быть загрязнены в результате судоходства, сброса хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод. При этом природные водоемы, имеющие собственные, созданные эволюцией защитные и очистительные механизмы, не в состоянии справиться с загрязнением. Человек не просто сбрасывает в воду все, что ему не нужно, - он нарушает природные механизмы. Так, присутствующие в сточных водах фосфор и азот (температура этих вод, как правило, выше температуры природных вод) способствуют развитию сине-зеленых водорослей. Интенсивное использование воды для охлаждения оборудования также ведет к термическому загрязнению вод, в результате чего повышается их температура, снижается содержание кислорода и, соответственно, способность водоемов к самоочищению.
На нашей совести также - производственные и природные сточные воды, ливневые и талые воды, протекающие по загрязненной территории, хранилища нефтепродуктов, свалки и захоронения твердых и жидких отходов, отвалы шлаков и пепла, хранилища минеральных удобрений, животноводческие комплексы, пыль и стоки автомобильных дорог и т. д.
Кроме прямых сбросов сточных вод в водоемы и поверхностного стока надо учитывать также попадание загрязнителей на поверхность воды непосредственно из воздуха.
В последние годы существенно увеличилось поступление в поверхностные воды суши нитратов из-за нерационального применения азотных удобрений, а также из-за увеличения выбросов в атмосферу с выхлопными газами автомобилей. Это же относится и к фосфатам, для которых помимо удобрений источником служит все более широкое применение различных моющих средств. Опасное химическое загрязнение создают углеводороды - нефть и продукты ее переработки, которые попадают в реки и озера как с промышленными сбросами, в особенности при добыче и транспортировке нефти, так и в результате смыва с почвы и выпадания из атмосферы.
Глава 6. Круговорот загрязненной воды в природе
Использованная человеком вода в конечном счете, возвращается в природную среду. Но, кроме испарившейся, это уже не чистая вода, а бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды, обычно не очищенные или очищенные недостаточно. Таким образом, происходит загрязнение пресноводных водоемов - рек, озер, суши и прибрежных участков морей.
Современные методы очистки вод, механической и биологической, далеки от совершенства. Даже после биологической очистки в сточных водах остается 10 % органических и 60–90 % неорганических веществ, в том числе до 60 % азота, 70 % - фосфора, 80 % - калия и почти 100 % солей ядовитых тяжелых металлов.
Чтобы сделать сточные воды более или менее пригодными для использования, их подвергают многократному разбавлению. Но правильнее было бы сказать, что при этом чистые природные воды, которые могли быть использованы для любых целей, в том числе для питья, становятся менее пригодными для этого, загрязненными.
Разбавление сточных вод снижает качество воды в природных водоемах, но обычно не достигает своей главной цели - предотвращения вреда для здоровья людей. Дело в том, что вредные примеси, содержащиеся в воде в ничтожных концентрациях, накапливаются в некоторых организмах, употребляемых людьми в пищу.
Сначала ядовитые вещества попадают в ткани мельчайших планктонных организмов, затем они накапливаются в организмах, которые в процессе дыхания и питания фильтруют большое количество воды (моллюски, губки и т. п.), и в конечном итоге, как по пищевой цепи, так и в процессе дыхания, концентрируются в тканях рыб. В результате концентрация ядов в тканях рыб может стать больше, чем в воде, в сотни и даже тысячи раз.
Физическое загрязнение вод создается сбросом в них тепла или радиоактивных веществ. Тепловое загрязнение связано главным образом с тем, что используемая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях вода (и соответственно около 1/3 и 1/2 вырабатываемой энергии) сбрасывается в тот же водоем. Вклад в тепловое загрязнение вносят также некоторые промышленные предприятия.
При значительном тепловом загрязнении рыба задыхается и погибает, так как ее потребность в кислороде растет, а растворимость кислорода уменьшается. Количество кислорода в воде уменьшается еще и потому, что при тепловом загрязнении происходит бурное развитие одноклеточных водорослей: вода "зацветает" с последующим гниением отмирающей растительной массы. Кроме того, тепловое загрязнение существенно повышает ядовитость многих химических загрязнителей, в частности тяжелых металлов.
Глава 7. Вода и нефть
Особое место занимает загрязнение океана нефтью и нефтепродуктами.
Наибольший вклад в нефтяное загрязнение океана вносят морские перевозки нефти. Из 3 миллиардов тонн нефти, добываемых в настоящее время, морем перевозится около 2 миллиардов тонн. Даже при безаварийном транспорте происходят потери нефти при ее погрузке и разгрузке, сбрасывании в океан промывочных и балластных вод (которыми заполняют танкеры после выгрузки нефти), а также при сбросе так называемых льяльных вод, которые всегда скапливаются на полу машинных отделений любых судов.
Но наибольший ущерб окружающей среде и биосфере наносят внезапные разливы больших количеств нефти при авариях танкеров, хотя такие разливы и составляют только 5–6 процентов суммарного нефтяного загрязнения.
В открытом океане нефть встречается главным образом в виде тонкой пленки (с минимальной толщиной до 0,15 микрометра) и смоляных комков, которые образуются из тяжелых фракций нефти. Если смоляные комки воздействуют прежде всего на растительные и животные морские организмы, то нефтяная пленка, кроме того, влияет на многие физические и химические процессы, происходящие на поверхности раздела океана - в атмосфере и в слоях, прилегающих к нему.
Прежде всего нефтяная пленка увеличивает долю отражаемой от поверхности океана солнечной энергии и уменьшает долю поглощаемой энергии. Тем самым нефтяная пленка оказывает влияние на процессы теплонакопления в океане. Несмотря на уменьшение количества поступающего тепла, поверхностная температура при наличии нефтяной пленки повышается тем больше, чем толще нефтяная пленка.
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ (дампинг), 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. Морская среда имеет способность перерабатывать большое количество органических и неорганических веществ без особого ущерба для воды. Но эта способность не беспредельна, поэтому захоронения отходов - вынужденная мера, вызванная несовершенством технологий.
Сброс отходов на дно приводит к длительной повышенной мутности воды, что является причиной гибели от удушья некоторых малоподвижных организмов.
Во время сброса и прохождения материала сквозь столб воды часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и нередко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода.
Глава 8. Земля - территория экологического бедствия
Считается, что по разным причинам в настоящее время более миллиарда человек, то есть одна шестая часть населения земного шара, лишено чистой питьевой воды. Тяжелая ситуация сложилась в Азиатско-Тихоокеанском регионе (Бангкок, Таиланд, Южная Корея, Япония), в бассейнах рек Нил, Тигр и Евфрат.
В бедственном положении в результате загрязнения находятся крупнейшие реки Европы: Рейн, Дунай, Волга и другие. Например, в реку Волга в течение года поступает 50 тысяч тонн сульфатов, 110 тысяч тонн фенолов, 300 тысяч тонн органических соединений, 2 тысячи тонн ионов хрома, свинца, цинка и меди, огромное количество хлора, нитратов, пестицидов. Причем с годами экологическая ситуация на Волге не улучшается, а ухудшается.
Чрезмерному загрязнению подвергаются многие моря и океаны.
В Северном, Балтийском, Средиземном и Черном морях содержится большое количество солей тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенолов, других органических веществ. В некоторых морских акваториях, где осуществлялись сбросы радиоактивных отходов, возникающих при эксплуатации кораблей и судов с ядерной энергетикой, обнаруживаются радионуклиды, в частности цезий-137.
Проблема радиоактивных отходов приобретает все большее значение в связи с дальнейшим развитием ядерной энергетики.
Радиоактивные вещества относятся к особо опасным для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения. Это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб, различные производства, связанные с изготовлением термоядерного оружия, атомные реакторы и электростанции; предприятия, где используются радиоактивные вещества; станции по дезактивации радиоактивных отходов; хранилища отходов атомных предприятий и установок; аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо. Естественные источники радиоактивного загрязнения в основном связаны с выходом на поверхность урановых руд и горных пород, имеющих повышенную природную радиоактивность (граниты, гранодиориты, пегматиты).
Большую опасность для людей, растений и животных представляют испытания ядерного оружия, аварии и утечки на предприятиях, где используется ядерное топливо.
Радиоактивные вещества распространяются не только водным путем. В миграции радиоактивных элементов большую роль играют цепи питания: из воды эти элементы поглощаются планктоном, который служит пищей для рыб, они в свою очередь поедаются хищными рыбами, рыбоядными птицами и зверями.
Как известно, сброс радиоактивных отходов в море впервые был осуществлен в 1946 году в США. Затем сбросы начали производиться Великобританией, Японией, Нидерландами и СССР. До 1971 года контроль за сбросами со стороны международных организаций не осуществлялся. За это время в Тихий и Атлантический океаны указанными странами (без СССР) было сброшено в общей сумме более 8 тысяч тонн радиоактивных продуктов. В дальнейшем, с учетом определенных ограничений, сброс регулярно продолжался с участием Бельгии, Великобритании, Нидерландов, Франции и Швейцарии. Эпизодически сбрасывали радиоактивные отходы в море Япония, Италия, ФРГ, Южная Корея и Швеция. Наибольшее количество отходов (75,5 % мировых захоронений) сбросила в море Великобритания.
Загрязнение морей и океанов радиоактивными веществами произошло не только за счет сбросов отходов, но и из-за довольно большого числа аварий, имевших место с атомными подводными лодками, и попавших на морское дно боеприпасов в ядерном снаряжении.
По данным американского журнала "Таймс", на дне Мирового океана находится шесть затонувших атомных подводных лодок, девять атомных реакторов и 50 ядерных боеприпасов. По данным японских исследователей, по причине сильной электрохимической коррозии начинается разгерметизация водородной бомбы, потерянной американцами в Тихом океане 25 с лишним лет назад, о чем свидетельствует наличие плутония в морской воде.
Экологическую опасность представляет советская атомная подводная лодка "Комсомолец", затонувшая в 1989 году в Норвежском море на глубине 1680 м с ядерными боеприпасами на борту. Дело в том, что, поскольку корпус этой лодки сделан из титана, с большой скоростью происходит электрохимическая коррозия металлоконструкций, возникает опасность разгерметизации ядерных боеголовок торпед и распространения в морской воде плутония.
Самым загрязненным вредными химическими веществами оказалось Черное море. Бассейн Черного моря в последние тридцать лет превратился в место сброса огромных количеств соединений фосфора, ртути, нефтяных и других отходов. В результате на сегодняшний день из 26 видов промысловых рыб, вылавливавшихся в 60-е годы, осталось только 5. Миллионная популяция дельфинов за тридцать лет сократилась до 200 тысяч.
Часть II. Вода и водопровод
Сегодня становится модным уезжать за водой за несколько километров от города к разнообразным святым источниками и родникам. Тысячи горожан совершают еженедельные "паломничества", чтобы обеспечить себя и свои семьи чистой водой. Все это говорит о том недоверии, которое испытываем мы к воде из-под крана. Но все же именно водопровод служит основным источником воды в крупных населенных пунктах. И как знать, может быть, эта вода значительно чище той, которая бьет из-под елки в лесу? Ведь экологическое загрязнение так или иначе затронуло все регионы…