XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

Все более разнообразным и глубоким становится воздействие антропогенных процессов на подземную гидросферу. Взаимодействие человека и подземной гидросферы имеет различные аспекты; среди отрицательных последствий этого взаимодействия наиболее серьезными являются загрязнение и истощение подземных вод. Острота этой проблемы возрастает в связи с загрязнением крупных рек и озер в густонаселенных странах и стремлением к переходу на водоснабжение подземными водами. Предотвращение загрязнения и истощения подземных вод и неблагоприятных последствий от этих явлений - главная задача охраны подземных вод. Вода, которая находится в верхней части земной коры в парообразном, твердом и жидком состояниях называется подземной. Загрязнение подземных вод вызывает ухудшение их свойств и состава, ограничивающее или даже не допускающее использование подземных вод (для питьевых, хозяйственных, ирригационных и других целей). Загрязнение подземных вод происходит под влиянием как техногенных, так и естественных природных процессов [4]. Это воздействие на подземную гидросферу может иметь как региональный, так и локальный характер. Подземные воды являются полезным ископаемым, в процессе эксплуатации они способны возобновляться в естественных условиях, количество таких вод оценивается их запасами.

Цель работы: рассмотрение источников загрязнения подземных вод, исследование конкретно радиоактивного загрязнения подземных вод, а также причины и последствия загрязнений подземных вод радионуклидами.

Глава 1. Загрязнение подземных вод

Хозяйственная деятельность человека привела к тому, что на поверхности Земли скопилось большое количество отходов, загрязняющих окружающую среду. Загрязняющие вещества, содержащиеся в отходах, складируются на поверхности Земли, инфильтруются со сточными водами, атмосферными осадками и попадают в подземные воды. Загрязнение подземных вод обусловлено и влиянием природных факторов: содержание в воде повышенных концентраций стронция или железа, загрязнение в результате природных катастроф.
Наиболее подвержены загрязнению подземные воды, приуроченные к зоне активного водообмена, а также горизонт грунтовых вод, залегающим первым от поверхности [3].

Под загрязнением подземных вод в настоящее время понимают любое ухудшение их качества, прямо или косвенно связанное с деятельностью человека, включая промышленное производство, сельское хозяйство, коммунально-бытовую деятельность. При оценках степени загрязнения и качества природных, в том числе подземных вод, используется представление о так называемых «предельно допустимых концентрациях» (ПДК) загрязняющих веществ, при превышении которых воды становятся непригодными для хозяйственно питьевого использования [1].

Загрязнение — это привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физических, механических, химических или биологических загрязнителей, или превышение их естественного среднемноголетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным последствиям [6].

1.1 Источники загрязнения подземных вод

1) Точечные источники загрязнения. Локальное загрязнение подземных вод вызывается локальными, точечными источниками загрязнения. К точечным источникам загрязнения относятся сооружения, занимаемые не большую площадь на поверхности земли, например, земляные ёмкости, содержащие сточные воды, шламо- и хвостохранилища, гидрозолоотвалы, пруды-накопители, испарители, отстойники, отдельные скважины и факелы на нефтяных и газовых месторождениях, нефтезаправочные станции, свалки, животноводческие фермы, карьеры и многое другое. Загрязнение подземных вод из этих источников происходит из-за утечек загрязняющих веществ и попадания их через почвы и зону аэрации в подземные воды. В том случае, когда водоносные горизонты сложены проницательными породами с хорошими фильтрационными свойствами, загрязнение от точечного источника может распространиться на огромные расстояния, при этом масштаб загрязнения может приобрести региональный характер [3].

2) Диффузные источники загрязнения. Региональное загрязнение подземных вод вызывается региональными, диффузными источниками загрязнения. Они имеют большую площадь распространения. Источниками регионального загрязнения являются крупные мегаполисы, территории интенсивного с/х производства, объекты мелиорации, горнорудные предприятия, объекты энергетики и транспорта и много другое. От этих источников загрязнение распространяется на большие площади водоносных горизонтов, наибольшему загрязнению подвержены грунтовые воды. Загрязнение происходит из-за утечек сточных вод и растворения твердых отходов

3) Линейные источники загрязнения. К ним относятся загрязненные реки, автомагистрали, коллекторы промышленной и коммунальной канализации. Масштаб воздействия на подземные воды определяется в зависимости от протяженности источников загрязнения (локальный, региональный)

4) Природные источники загрязнения. К ним относятся естественно некондиционные подземные воды (водоносные горизонты, моря, океаны, соленые озера и реки), содержание некоторых химических веществ в количествах, не соответствующих нормам питьевых вод [3].

5) Антропогенные источники загрязнения. Они играют главную роль. Способствуют формированию областей распространения интенсивного загрязнения подземных вод. Природные источники могут обусловить загрязнение подземных вод на очень большие территории, но интенсивность загрязнения может быть гораздо меньшей, чем от антропогенных источников. Источники антропогенного происхождения подразделяются на несколько групп:

промышленные источники загрязнения – предприятия отраслей промышленности, деятельность которых не связана с недрами земли;

промышленные источники загрязнения, деятельность которых связана с добычей полезных ископаемых;

источники загрязнения в областях сельскохозяйственной деятельности;

источники загрязнения от деятельности энергетического комплекса;

источники загрязнения от деятельности транспорта и коммунально-бытовые источники загрязнения.

1.2 Основные виды загрязнения подземных вод

Загрязняющие вещества, содержащиеся в отходах, образованных в результате деятельности человека, проникают в подземные воды и могут вызывать химическое, бактериальное, радиоактивное и тепловое загрязнение [1].

1) Химическоезагрязнение — изменение естественных химических свойств среды, выражаемое в повышении концентрации веществ, либо проникновении веществ, которые отсутствовали в среде раньше. В подземных водах может увеличиваться минерализация (в случаях появления микрокомпонентов минерализация может не увеличиваться, а загрязнение присутствовать), может появиться интенсивная окраска, запах, повыситься температура.

Химическое загрязнение является стойким и сохраняется в течении длительного времени, а также распространяется на большие расстояния по водоносным горизонтам. Примером химического загрязнения являются макрокомпоненты, нитраты, пестициды, нефтепродукты, тяжелые металлы, пластмассы.

2) Биологическое загрязнение— загрязнителем являются живые организмы, привнесение и размножение которых несёт пагубный характер, как для человека, так и для экосистем в целом. Проникновение осуществляется естественным путём, но может являться и следствием деятельности человека [3].

В коммунальных и с/х отходах содержатся различные микроорганизмы, которые при попадании в водоносные горизонты изменяют биологические свойства и ухудшают санитарное состояние вод. Показателем бактериального, или микробного загрязнения подземных вод является наличие повышенных концентраций патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов. К санитарно-показательным микроорганизмам относятся бактерии группы кишечной палочки, энтерококки. Патогенными называются бактерии, вызывающие появления инфекционных заболеваний. К ним относятся энтеробактерии, бактериофаг Е, этеровирусы. Особенностью бактериального загрязнения является ограниченность его распространения внутри водоносного горизонта. Это обусловлено небольшим временем выживаемости бактерий в подземных водах.

3) Тепловое загрязнение – проявляется в виде повышенияих температуры по сравнению с фоновой. Тепловое загрязнение формируется в районах крупных промышленных предприятий, а именно предприятий энергетического комплекса (тепловые, атомные электростанции), а также на территориях городов за счет выброса на поверхность земли нагретых промышленных и коммунальных сточных вод. По характеру воздействия загрязнение подземных вод может быть локальным или региональным.
тепловое загрязнение наиболее часто встречается в подземных водах за счет инфильтрации с поверхности земли сточных вод, а в глубоких водоносных горизонтах вследствие закачки в них теплых сточных вод из различных приемников отходов. Тепловое загрязнение характеризуется повышением температуры подземных вод на 5-10 градусов и более. Изменение температуры влияет на усиление токсичности загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах [3].

4) Радиоактивное загрязнение.

Глава 2. Радиоактивное загрязнение подземных вод

Радиоактивное загрязнение подземных вод может иметь как естественное, так и техногенное происхождение. Естественная зараженность подземных вод связана с водовмещающими породами. Концентрация естественных радиоактивных нуклидов в природных водах изменяется в значительных пределах. При этом радиоактивность поверхностных вод весьма мала. В подземных водах она напрямую зависит от содержания радиоактивных элементов в водовмещающих породах. Поэтому особенно велико их присутствие в водах урановых месторождений, кислых магматических пород, зонах тектонических нарушений. Более благоприятные условия для накопления в подземных водах урана (U) и радона (Rn) создаются в окислительной обстановке, а для накопления радия (Ra) – в восстановительной обстановке в рассолах хлоридного кальциево-натриевого состава [8].

В зависимости от концентрации естественных радиоактивных нуклидов подземные воды делятся на радоновые, радиевые и урановые.
Нормирование содержания естественных радиоактивных нуклидов позволяет решать разнообразные практические задачи: экологические, хозяйственно-питьевые, лечебные и другие.

Техногенное загрязнение подземных вод радиоактивными веществами связано в большей степени с испытаниями ядерного оружия в военных и мирных целях, переработкой ядерного сырья, штатными и аварийными выбросами при эксплуатации АЭС, хранением, транспортировкой и переработкой радиоактивных отходов [2].

Радиоактивное загрязнение подземных вод является следствием выбросов в атмосферу и на поверхность Земли радионуклидов в результате ядерных взрывов, а также нештатной работы атомных станций или со сточными водами предприятий, добывающих или использующих радиоактивные вещества в научных, лечебных и производственных целях, а также в результате аварий на объектах атомной промышленности и энергетики.

Подземные воды относятся к загрязненным, если концентрации в них радионуклидов превышают их фоновые значения, а степень их загрязнения определяется по соотношению фоновых и наблюдаемых концентраций.
Авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) показала, что подземные воды чувствительны к радиоактивному загрязнению. В Белоруссии и Украине на загрязненных территориях радионуклиды обнаружены не только в грунтовых, но и в напорных глубокозалегающих подземных водах. В 70-километровой зоне в результате водной миграции постепенно загрязняются подземные воды. Радионуклиды в поверхностных и подземных водах образуют концентрации в 3-5 раз превышающие средний уровень фоновых. В водах колодце в районе ЧАЭС, вскрывших верхние водоносные горизонты, обнаружено присутствие изотопов ¹³⁷Cs,¹³⁴Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹⁰⁶Ru, что говорит о возможности проникновения радионуклидов в подземные воды при фильтрации через зону аэрации [3].

В Брянской, Орловской, Калужской и других областях России, пострадавшие от аварии на ЧАЭС, радиоактивному загрязнению подвержены в большей степени почвы, а в меньшей – напорные и грунтовые воды.

В Брянской области на участках с сильным поверхностным загрязнение содержание ^134,137Cs составляют 0,13*10^-9 и 4,87*10^-9 Ки/л, в 1987 году, к концу года оно снизилось. Концентрации в подземных водах изменялись от 1*10^-9 до 9,3*10^-9 Ки/л в 1989г., что превышает ПДК. В Орловской и Калужской областях содержание радионуклидов не превышало ПДК, но было в несколько раз выше фоновой концентрации.

Наиболее чувствительны к радиоактивному загрязнению подземные воды на территориях с неглубоким их залеганием (в поймах и первых надпойменных террасах рек, мелиоративных системах).

2.1 Источники загрязнения подземных вод радионуклидами поверхностная вода (реки, водохранилища, подвергшиеся воздействию радиоактивных выбросов);

почвы и породы зоны аэрации, через которые радионуклиды мигрируют в подземные почвы;

технические сооружения (скважины, колодцы, шурфы, шахты), вскрывающие подземные воды [9].

2.2 Последствия загрязнения подземных вод радионуклидами

Это очень опасный вид загрязнений, он происходит из-за сбоев в работе атомных электростанций, неправильного хранения ядерных отходов, несчастных случаев и т. д. [7].

Радиоактивное загрязнение может вызвать:

раковые заболевание;

бесплодие;

потерю зрения;

врожденные дефекты;

оно способно сделать почву неплодородной;

негативно воздействует на воздух и воду.

2.3. Причины радиоактивного загрязнения

Теперь поговорим о причинах радиоактивного загрязнения. Одна из основных – это ядерный взрыв, в результате которого происходит радиоактивное облучение активными радиоизотопами почвы, воды, пищи и т.п. Кроме этого, важнейшей причиной данного загрязнения является утечка радиоактивных элементов из реакторов. Во время перевозки либо хранения радиоактивных источников может произойти также утечка [9].

Заключение

Итак, влияние радиации на живые организмы действительно еще не полностью изучено, хотя использование ядерной энергии и свойств радиоактивных элементов осуществляется человеком очень и очень активно. Известно, что радиация обладает сильнейшей мутагенностью. Также радиация является одним из важнейших регуляторов жизненных процессов на Земле. Изменение радиационной обстановки на планете может привести к таким мутациям у человека, которые сделают невозможным дальнейшее развитие его жизни. Безвредных для биосферы ядерных технологий в настоящее время не существует.

К естественной радиоактивности следует отнести руды радиоактивных элементов, которые залегают в относительно концентрированных рудных телах или россыпях и обладают присущей им радиоактивностью той или иной интенсивности. Естественная радиоактивность создает определенный радиационный фон, в условиях которого осуществляются жизненные процессы приуроченных к ним экосистем.

Серьезную проблему воздействия радиации на биосферу представляют радиоактивные отходы. Радиоактивные отходы опасны прежде всего тем, что содержащиеся в них радионуклиды могут рассеиваться в биосфере и вызывать различные генетические изменения в клетках живых организмов [5].

Осуществляется комплекс дополнительных мер по усилению безопасности эксплуатируемых атомных реакторов. Произведены экологические экспертизы проектов, строящихся АЭС и ТЭС и других объектов с атомными энергетическими установками. Реа­лизуется программа использования нетрадиционных, экологи­чески безопасных источников энергии, и строительства опытно-экспериментальных АЭС с различными типами и схемами рас­положения атомных реакторов.

Список литературы

1. Акимова Т.А. Экология / Т.А. Акимова, В.В. Хоскин. – М.: ЮНИТИ, 2013.

2. Белицкий А.С. Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений / А.С. Белицкий, Е.И. Орлова. – М.: Издательство «Медицина», 1969.

3. Белоусова А.П. Экологическая гидрогеология / А.П. Белоусова, И.К. Гавич, А.Б. Лисенков, Е.В. Попов. – М.: ИКЦ «АКАДЕМКНИГА», 2006.

4. Кирюхин В.А. Общая гидрогеология / В.А. Кирюхин, А.И. Коротков, А.Н. Пылов. - Л., Недра, 1988.

5. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек / Ю.В. Новиков. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2014.

6. Все о радиации и радиационной защите – URL http://rad-stop.ru/istochniki-radiatsionnogo-zagryazneniya/#.W_78wjgzbIU. Дата обращения: 28.01.2020. Режим доступа: свободный.

7. StudFiles файловый архив студентов / Загрязнение подземных вод – URL https://studfiles.net/preview/5333195/page:37/ Дата обращения: 20.01.2020. Режим доступа: свободный.

8. Студенческая библиотека онлайн / Последствия загрязнения подземных вод суши – URL https://studbooks.net/872706/ekologiya/posledstviya_zagryazneniya_podzemnyh_sushi Дата обращения: 15.01.2020. Режим доступа: свободный.

9. Экопортал / Радиоактивное загрязнение – URL https://ecoportal.info/radioaktivnoe-zagryaznenie / Дата обращения: 29.01.2020. Режим доступа: свободный.

Код для цитирования: Скопировать