Активность ГВ зависит от их подвижности. С этой точки зрения, различают поровые воды и свободные гравитационные воды. Поровые воды, к которым относятся почвенные, иловые и горные (поровые) растворы, относительно неподвижны. Они связаны с твердой фазой поверхностными силами капиллярного или коллоидного характера (пленочная, капиллярная вода и т.д.). Свободные гравитационные воды находятся в трещинах, крупных порах и полостях. Они легко стекают под влиянием силы тяжести, относительно быстро перемещаются по водоносным горизонтам. Водная миграция в ландшафтах осуществляется диффузией или фильтрацией. Диффузия имеет место в застойных или очень малоподвижных водах (болотные и иловые воды, частично растворы элювиальных почв, коры выветривания, водоносных горизонтов). [4]
Подземным водам принадлежит большая роль в накоплении органического вещества в недрах Земли. Захороняющееся в бассейнах седиментации органическое вещество в историческом геологическом масштабе проходит следующие этапы: окисляется до образования СО2; растворяется в ПВ в форме разнообразных органических кислот, фенолов, углеводородов и других соединений; участвует в новообразовании нефтяных и газовых продуктов; концентрируется в горных породах. Из всех компонентов горных пород наиболее интенсивно изменяется органическое вещество. По мере роста давления и температуры оно метаморфизуется с выделением воды, газов биохимического генезиса, органических кислот и других соединений. [25]
Обращают на себя внимание весьма значительные количества углекислоты, сероводорода, аммиака и углеводородных газов, выделяющиеся при разложении органического вещества и поступающие в ПВ. Биогенная углекислота только частично накапливается в ПВ, основная ее масса вступает в соединение с минеральным комплексом пород и образует гидрокарбонат-ион. При наличии даже небольшого количества органического вещества метан и другие углеводороды способны переходить в свободное состояние.
При отсутствии окислителей метан начинает преобладать в газовой фазе, поэтому ПВ глубоких горизонтов являются преимущественно метановыми даже в случае относительной бедности пород органикой. Таким образом, живое вещество разлагает воду на составные части, в процессе своей жизнедеятельности и отмирания, активно меняя ее свойства и состав. Вода, заряжаясь биогенной энергией и реакционноспособным органическим веществом, становится еще более активным агентом разрушения и преобразования горных пород, активизирует все процессы литогенеза и метаморфизма. В этом смысле важны не только почвенное и биогенное звенья гидрологического круговорота, но и геологический круговорот; с водой происходит перенос энергии живого вещества на большие глубины - в зону распространения абиогенных процессов. [16]
Одним из важных моментов влияния ПВ на окружающую среду является водоотбор подземных вод. Воздействие водоотбора проявляется в изменении водного режима ландшафтов и касается, главным образом, растительности и поверхностного стока. По данным А.А. Жорова, степень чувствительности лесных сообществ к уровню (глубине залегания) грунтовых вод (УГВ) зависит от возраста деревьев. С увеличением возраста до 40-80 лет приспособляемость деревьев к изменениям уровня фунтовых вод ухудшается, причем прирост корней после понижения УГВ возможен только у деревьев моложе 80 лет. При неглубоком залегании УГВ его снижение даже на 0,1-0,2 м приводит к потере природоохранного значения многоярусных лесов и лесов, произрастающих на болотах. Отмечается зависимость состава растительных сообществ от УГВ. На преобразование лесных ландшафтов может влиять скорость снижения УГВ: при скорости снижения УГВ порядка 20-30 см/год приспособиться могут растения в возрасте до 80 лет, при большей скорости большая вероятность, что эти деревья могут погибнуть. Хорошая дренированность лесных территорий способствует увеличению продуктивности лесов, снижению их заболеваемости. [5]
Урожайность различных культурных растений зависит от последствий понижения или повышения УГВ, когда главными факторами урожайности являются эвапотранспирация и положение УГВ. При осушении болот происходит резкое изменение гидрогеохимической обстановки на осушаемых массивах и связанное с этим изменение биологической ситуации уникальных экосистем. Водоотбор вызывает уменьшение поверхностного и подземного стоков, особенно это опасно для водосборных бассейнов малых рек. Изменение поверхностного стока может привести к исключению процесса затопления пойм, что отрицательно скажется на формировании лугов и стад рыб, связанных с выращиванием молоди на мелководьях, а также может способствовать негативным изменениям водного баланса всего водосборного бассейна. Уменьшение подземного стока в озера может привести к их обмелению и повышению уровня их эвтрофикации, снижению продуктивности воспроизводства рыбы. [11]
При отборе ПВ происходят изменения напряженного состояния и осадки в массиве водонасыщенных горных пород, приводящие к оседанию поверхности земли. Большой отбор воды из неглубокозалегающих водоносных горизонтов может привести к значительным оседаниям поверхности земли - до нескольких метров. В закарстованных породах при водоотборе может происходить интенсификация суффозионных процессов, способствующая формированию крупных карстовых полостей с последующим их обрушением. [6]
1.2 Влияние окружающей среды на качество подземных вод
Загрязнение ПВ происходит не только непосредственно от техногенного источника загрязнения, но и через другие компоненты окружающей среды: поверхностную гидросферу, атмосферу, литосферу (почвы и породы зоны аэрации), а также биосферу, которые в этом случае являются вторичными источниками загрязнения подземной гидросферы. Тесная взаимосвязь поверхностных и подземных вод в районах расположения водозаборов в речных долинах и водозаборов, эксплуатирующих совместно поверхностные и подземные воды, в случаях загрязнения поверхностных вод приводит к загрязнению ПВ. Проникновение загрязнения из речных вод в водоносные горизонты пресных ПВ происходит за счет боковой фильтрации со стороны берега и вертикальной фильтрации с поверхности земли при затоплении поймы и низких террас в паводковый период. Загрязнение в районах инфильтрационных водозаборов носит линейный характер и прослеживается вдоль долины реки в зоне действия водозабора. [23]
В свою очередь загрязненные ПВ могут влиять на качество поверхностных вод в районах их разгрузки в речную сеть и поверхностные водоемы. Реки, разгружаясь в моря, переносят загрязняющие вещества (ЗВ) в шельфовую зону, где происходит их накопление и переработка. Таким образом, шельф является буферной санитарной зоной на пути ЗВ, поступающих с поверхностным и подземным стоками с водосборных бассейнов рек. Но с другой стороны, ЗВ, накопленные в этой зоне, могут попасть обратно в ПВ в случаях интрузии морских вод в водоносные горизонты, обеспечивая при этом круговорот ЗВ в системе поверхностные воды - подземные воды. [7]
Загрязнение атмосферы и атмосферных осадков оказывает влияние на почвы, поверхностные и подземные воды. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми природными (вулканы) и техногенными (промышленные предприятия, нефтегазодобывающая промышленность, объекты энергетики, транспорт и т.д.) источниками загрязнения, являются оксиды серы, азота, углерода и углеводороды. В целом по городам России средние концентрации диоксида азота, сероуглерода, формальдегида и бензапирена превышают значения ПДК в несколько раз. [19]
По данным, в среднем за 2011 г. концентрации взвешенных частиц в воздухе превышали ПДК в 66 городах, бензапирена - 131 городе, формальдегида - 109 городах, диоксида азота - 100 городах, фенола - 25 городах, сероуглерода - в 9 городах. На Европейской территории России (ЕТР) среднегодовая концентрация сульфатов в атмосферных осадках сохраняется на высоком уровне (Центр ЕТР - 9, 57 мг/л). Диапазон колебаний концентраций нитратионов составил 1,76-3,66 мг/л, в то время как на Азиатской территории России (АТР) - 0,48-1,94 мг/л; а влажных выпадений серы: на ЕТР - 0,77 до 1,86 г/м2, на АТР - от 0,59 до 0,88 т/и2. Интервал варьирования средних значений рН по регионам Российской Федерации составляет от 5,3-5,4 на Дальнем Востоке и побережье Арктики до 6,3 на юге Западной Сибири и на Урале. На ЕТР минимальные значения рН, равные 4,9, соответствуют Мурманску, максимальные - до 6,9 - приурочены к районам Тулы и Масальска, среднее значение рН равно 6,0. Единичные кислые осадки фиксируются практически во всех регионах России. [8]
Следует отметить, что большую роль в загрязнении атмосферных осадков на ЕТР играет трансграничный перенос с территории пограничных европейских стран (Украины, Белоруссии, Литвы, Польши, Германии, Финляндии, Эстонии, Румынии, Турции и др.). Например, при общем выпадении окислов серы на ЕТР 1404,9 тыс. т, 884,7 тыс. т составили трансграничные выпадения; при выпадении окислов азота в размере 633,3 тыс. т трансграничные выпадения - 383,6 тыс. т. Таким образом, загрязнение атмосферного воздуха на ЕТР практически по всем загрязняющим веществам более чем на 60% контролируется трансграничным переносом загрязняющих веществ с территории европейских стран. [21]
Загрязнение атмосферного воздуха обусловливает загрязнение почвенного слоя в различных пространственных аспектах. Учитывая особенности трансграничного (глобального) переноса загрязненных атмосферных осадков, следует говорить о возможности загрязнения почвенного слоя и подстилающих его пород зоны аэрации в глобальном масштабе, на огромных площадях. Выбросы в атмосферу отдельных (точечных) источников загрязнения (трубы промышленных предприятий, ТЭЦ, горящие факелы на нефтяных и газовых месторождениях и др.) приводят к наиболее интенсивному локальному загрязнению воздуха и атмосферных осадков, а через них почв и пород зоны аэрации в зоне воздействия локального источника загрязнения. Границы (ореол) воздействия локального источника загрязнения на почвенный покров устанавливаются по положению розы ветров, наиболее детально их можно установить по снежному покрову с использованием снеговой съемки. Наложение двух факторов загрязнения и закисления атмосферных осадков - глобального и регионального - приводит к усилению загрязнения и изменению кислотности и щелочности почв и пород зоны аэрации. Почвы и подстилающие их породы зоны аэрации по отношению к ПВ, с одной стороны, являются барьером на пути ЗВ, поступающих с поверхности земли, с другой - источником загрязнения. [9]
Кислые атмосферные осадки, поступая в почвы и породы, инфильтруются через них. Если почвы обладают буферными (нейтрализующими) свойствами (содержат карбонатные отложения и включения), происходит нейтрализация кислых атмосферных осадков, выщелачивание карбонатов из почв и пород и перенесение их в подземные (грунтовые) воды, щелочность которых при этом возрастает. В тех случаях, когда почвы и породы зоны аэрации не обладают буферными свойствами происходит закисление почв и ГВ (более подробно эти процессы рассмотрены ниже). Кроме этого, загрязнение почв происходит за счет размещения на их поверхности промышленных, коммунальных, транспортных, добывающих, энергетических и сельскохозяйственных предприятий, способствующих накоплению твердых и жидких отходов, развитию аварийных ситуаций и связанных с ними утечек. Попавшие на поверхность почв ЗВ инфильтруются с атмосферными осадками и транспортируются таким образом в ПВ, вызывая их загрязнение. При загрязнении ПВ, прежде всего, происходит загрязнение первого от поверхности горизонта ГВ, связанного с атмосферой, а затем через сложные взаимодействия происходит загрязнение залегающих ниже напорных водоносных горизонтов. [24]
Отдельно следует рассмотреть геологические последствия техногенного воздействия, или воздействия техносферы, на подземную гидросферу, связанные с закачкой техногенных вод в недра Земли и с откачкой ПВ из водоносных горизонтов. К техногенным ПВ относят воды, появление которых в недрах Земли обусловлено естественным проникновением или принудительной закачкой измененных тем или иным способом человеком поверхностных вод в подземные водоносные системы. Выделяют три группы техногенных вод:
) воды, специально направляемые или нагнетаемые в подземные емкости (водоносные горизонты, бассейны, трещиноватые зоны и др.);
) подземные воды, которые становятся техногенными при водоотборе из подземных водоносных систем. [10]
В первую группу входят воды, используемые для восполнения запасов ПВ инфильтрационных водозаборов, при выщелачивании рудных компонентов или солей на месторождениях полезных ископаемых, для законтурного заводнения на месторождениях нефти и газа, при промывании засоленных земель на мелиоративных системах, для поливов на поливных землях или на польдерных системах двойного регулирования, захоронения сточных вод, для создания подземных теплообменников в целях получения геотермической энергии и др. К водам второй группы относятся воды, образовавшиеся в результате утечек из водопроводно-канализационных сетей, коллекторов поверхностного стока, ирригационных каналов, прудов-накопителей или прудов-охладителей, шламоотвалов обогатителей фабрик, терриконов, при инфильтрации с орошаемых массивов, включая поля орошения сточными водами. В третью группу входят ПВ, откачиваемые из водоносных горизонтов для целей водоснабжения и мелиорации, водоотливы из горных выработок или при эксплуатации минеральных вод. [12]
Геологические последствия, возникающие от воздействия на геологическую среду вод первой группы регулируются заданным режимом поступления в недра этих вод либо заблаговременно учитываются в технологическом цикле эксплуатации производственных комплексов. Геологические последствия от деятельности техногенных вод второй группы, как правило, бывают неожиданными, и их предотвращение требует проведения специальных инженерных мероприятий. Геологические последствия от деятельности третьей группы ПВ связаны, главным образом, с деформациями земной поверхности и регулируются технологическим режимом эксплуатации месторождений. Влияние биосферы на экологическое состояние подземных вод может сказаться в районах расположения скотомогильников, кладбищ и других биологических захоронений. [15]
подземный загрязненный атмосферный вода
ГЛАВА 2. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД СУШИ
2.1 Источники загрязнения подземных вод суши
Любой компонент окружающей среды (ОС) - атмосфера, педосфера, литосфера, поверхностная гидросфера, биосфера и техносфера может являться носителем загрязнения, масштаб воздействия которого изменяется от регионального до локального. Локальное загрязнение подземных вод (ПВ) вызывается локальными, точечными (сосредоточенными) источниками загрязнения. Источники такого типа многообразны. К точечным источникам загрязнения могут быть отнесены отдельные сооружения, занимаемые небольшую площадь на поверхности земли: земляные емкости, содержащие сточные воды, шламо- и хвостохранилища, гидрозолоотвалы, пруды накопители, отстойники, испарители, поля фильтрации промстоков, могильники хранения радиоактивных отходов, отдельные скважины и факелы на нефтяных и газовых месторождениях, нефтезаправочные станции, свалки, животноводческие фермы, поглощающие скважины, карьеры и др. Загрязнение ПВ из этих источников загрязнения происходит за счет утечек загрязненных вод (ЗВ) и попадания их через почвы и зону аэрации в ПВ. В случае, когда водоносные горизонты сложены проницаемыми породами с хорошими фильтрационными свойствами, загрязнение от точечного источника, характеризующегося большим объемом ЗВ (сточных вод, твердых отходов), может распространиться от источника загрязнения по водоносному горизонту на большие расстояния, при этом масштаб загрязнения может приобрести региональный характер. [13]
Региональное загрязнение ПВ вызывается региональными, диффузными (рассредоточенными) источниками загрязнения, имеющими большую площадь распространения по поверхности земли. Источниками регионального загрязнения являются урбанизированные территории с большой концентрацией городов, промышленных предприятий; крупные мегаполисы; территории интенсивного сельскохозяйственного производства; объекты мелиорации; объекты энергетики и транспорта; нефтяные и газовые месторождения; горнорудные предприятия и др. Загрязнение ПВ от этих источников загрязнения охватывает большие площади водоносных горизонтов, наибольшему загрязнению подвержены ГВ; через них происходит загрязнение залегающих ниже водоносных горизонтов. Загрязнение ПВ, как правило, происходит за счет утечек сточных вод и растворения твердых отходов, а также за счет газодымовых выбросов. Кроме этого, выделяются линейные источники загрязнения ПВ. К линейным источникам загрязнения относятся загрязненные реки, автомагистрали, нефтепроводы, коллекторы промышленной и коммунальной канализации. В зависимости от протяженности источников загрязнения определяется и масштаб их воздействия на ПВ: локальный и региональный. [19]