Что такое химическое загрязнение окружающей среды. Химическое загрязнение природы и его последствия
Загрязнение окружающей среды - привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня.
К основным типам загрязнения окружающей среды относятся :
Физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное, световое, радиоактивное);
К загрязнениям регионального масштаба относятся многие отходы промышленных предприятий и транспорта. В первую очередь, это касается диоксида серы. Он вызывает образование кислотных дождей, поражающих организмы растений и животных и вызывающих заболевания населения.
В крупных городах и промышленных центрах воздух, наряду с оксидами углерода и серы, часто загрязнен оксидами азота и твердыми частицами, выбрасываемыми автомобильными двигателями и дымовыми трубами. Нередко наблюдается образование смога. Хотя эти загрязнения носят локальный характер, они затрагивают многих людей, компактно поживающих на таких территориях. Кроме того, наносится ущерб окружающей природной среде.
Среди многих последствий хозяйственной деятельности человеческого общества особое значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в окружающей среде. К наиболее опасным загрязнителям относят ртуть, свинец и кадмий. Существенное воздействие на живые организмы и их сообщества оказывают также техногенные поступления марганца , олова, меди, молибдена , хрома , никеля и кобальта .
Природные воды могут загрязняться пестицидами и диоксинами, а также нефтью. Продукты разложения нефти токсичны, а нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приводит к гибели живых организмов (в первую очередь, планктона) в воде.
Помимо накопления в почве токсичных и вредных веществ в результате деятельности человека, ущерб землям наносится за счет захоронения и свалок промышленных и бытовых отходов.
Основными мерами борьбы с химическим загрязнением являются :
Строгий контроль выбросов вредных веществ. Нужно заменять токсичные исходные продукты на нетоксичные, переходить на замкнутые циклы, совершенствовать методы очистки. Большое значение имеет оптимизация размещения предприятий для уменьшения выбросов транспорта, а также грамотное применение экономических санкций;
Развитие международного сотрудничества. Например, международные договоренности в области сохранения озонового слоя привели к повсеместному запрету на использование хлора, фторсодержащих соединений;
Проведение мероприятий, предупреждающих попадание загрязняющих веществ в водоемы (установление прибрежных защитных полос и водоохранных зон, отказ от ядовитых хлорсодержащих пестицидов, повышение надежности танкеров и т.п.);
Недопущение засорения почв промышленными и бытовыми сточными водами, твердыми бытовыми и промышленными отходами, санитарная очистка почвы и территории населенных мест;
Внедрение малоотходных и безотходных технологий, использование новых видов энергии.
Биологическое загрязнение является относительно новым понятием, оно введено в экологическую практику в начале 80-х годов (1982 г.). Биологическим загрязнением называют привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов, а также проникновение (естественное или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства видов организмов, чуждых данным экосистемам. Биологическое загрязнение является следствием антропогенного воздействия на окружающую среду.
Один из видов биологического загрязнения - выбросы предприятий биологического (микробиологического) синтеза. Производственные мощности этой отрасли современной биотехнологии, особенно в фармакологической промышленности, постоянно растут. Многие лекарственные препараты, например, антибиотики , вакцины, получают с помощью микроорганизмов путем микробиологического синтеза. В состав выбросов и сбросов со сточными водами фармакологических заводов входят микробные клетки и их фрагменты, питательная среда для микроорганизмов.
Масштабы этого вида загрязнения могут быть весьма велики, так же как и его негативные эффекты на здоровье человека. Яркой иллюстрацией является ситуация с производством искусственного белка из кормовых дрожжей (Candida tropicalis), растущих на углеводородах, в России в 70-80-х гг. XX века. Производство имело большие масштабы: было создано 8 крупных и около 100 мелких предприятий, выпускающих боле 1,5 млн. т в год белково-витаминного концентрата (БВК). В результате произошло сильное загрязнение окружающей среды в районах расположения заводов, которое вызвало резкое увеличение заболеваемости населения бронхиальной астмой, снижение общей иммунологической реактивности, особенно у детей.
В связи с биологическим загрязнением нельзя не упомянуть о бактериологическом оружии. Несмотря на международные запреты (Конвенция по биологическому оружию 1972 года), в разных концах света возникают сообщения, в той или иной степени связанные с его производством.
После событий 11 сентября 2001 года, когда самолет-камикадзе врезался в американские небоскребы, появился новый термин - «биотерроризм». После этих событий начались вспышки сибирской язвы в США, связанные с применением бактериологического оружия (подробнее в подразделе 4.10).
К концу XX века встал вопрос о биологической опасности, связанной с развитием генной инженерии и ее успехами в сельском хозяйстве. Риск так называемого «генетического» загрязнения окружающей среды - этого сравнительно нового вида биологического загрязнения - становится все более реальным.
Наибольшему риску генетического загрязнения подвержены редкие и исчезающие виды, популяции которых находятся ни стадии деградаций. Межвидовая гибридизация и гибридизация между подвидами - явление широко распространенное. Изменение условий обитания может провоцировать гибридизацию. Угроза гибридизации характерна для регионов с антропогенно трансформированной средой и нарушениями популяционных механизмов регуляции численности.
Самостоятельную проблему с серьезными социально-этическими аспектами представляет собой вмешательство в геном человека. С расшифровкой генома человека в 2000 году (в исследованиях участвовали десятки лабораторий Англии. Франции, Японии, США, России) человечество входит в новую фазу своего развития, где предсказать все возможные сценарии невозможно. В некоторых прогнозах они выглядят фантастическими, например, и результате достижений генной инженерии можно будет клонировать гениев или правителей. Может появиться «улучшенная» разновидность людей, которые будут обладать феноменальными способностями и небывалой продолжительностью жизни.
Многие считают, что, несмотря на всевозможные запреты, остановить научный прогресс в области этих исследований невозможно: рано или поздно такие попытки будут сделаны.
В XXI веке может стать актуальной микробиологическая опасность в сфере космической деятельности. Реальной угрозой развития заболеваний, не известных ранее, может стать целый комплекс факторов: непредсказуемость повеления микроорганизмов внутри космического корабля, возможность попадания новых видов микроорганизмов при замене экипажей, ослабление иммунитета у человека в уровнях невесомости и др.
Физическое загрязнение связано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды.
К физическому загрязнению можно отнести:
Тепловое;
Шумовое;
Радиоактивное;
Электромагнитное;
Световое.
Тепловое загрязнение - нагревание воды, воздуха или почвы в результате попадания в окружающую среду тепловых отходов предприятий топливно-энергетического комплекса (тепловые и атомные электростанции), при сжигании попутного газа нефтедобывающей промышленности, от газовых факелов нефтехимических предприятий, при утечке тепла в жилищно-коммунальном хозяйстве. Источниками загрязнений в пределах городских территорий служат: подземные газопроводы промышленных предприятий, теплотрассы, сборные коллекторы, коммуникации и др.
Любое тепловое загрязнение - это потеря дорогостоящей тепловой энергии, заставляющая увеличивать её производство.
Электромагнитное загрязнение связано с высоковольтными линиями электропередач, электроподстанциями, радио- и телепередающими станциями, а также с излучением микроволновых печей, компьютеров, радиотелефонов.
Радиоактивное загрязнение биосферы — превышение естественного уровня содержания в окружающей природной среде радиоактивных веществ. Оно может быть вызвано как естественными, так и антропогенными факторами (разработка радиоактивных руд, аварии на АЭС, испытание ядерного оружия и др.). В таблице 2.3 показаны факторы радиоактивного загрязнения биосферы.
Таблица 8.2 Факторы радиоактивного загрязнения биосферы
Экологический шум — одна из форм загрязнения окружающей среды, которая состоит в увеличении уровня шума сверх природного фона и действует отрицательно на живые организмы (включая человека).
Шум бывает бытовой, производственный, промышленный, транспортный, авиационный, шум уличного движения и др.
Основными источниками городского шума служат промышленные предприятия, среди которых особенно выделяются энергетические установки (100-110 дБ), компрессорные станции (100 дБ), металлургические заводы (90-100 дБ) и др. Значительный шум также создают транспортные среды (75-105 дБ) .
Шумозащита — комплекс мероприятий по снижению шума на производстве, на транспорте, при гражданском и промышленном строительстве.
Одна из существенных экологических проблем современности – это химическое загрязнение окружающей среды.
Виды химического загрязнения
- первичное – образуются химические загрязнители вследствие природно-антропогенных процессов;
- вторичное – происходит в результате физико-химических процессов.
О сохранении экологической обстановки люди заботятся уже несколько десятилетий, в том числе развитые страны мира осуществляют государственные программы по улучшению состояния окружающей среды. Так за последние 20-30 лет было значительно снижено количество источников химического загрязнения, которое теперь уступает радиационному. И, тем не менее, сегодня все еще требуется защищать природу от загрязнения химическими веществами. Кроме того, состояние химическое загрязнения в разных государствах отличается по степени интенсивности.
С химическими соединениями люди сталкиваются и в быту, и работая на промышленных предприятиях. Некоторые из них негативно влияют на здоровье человека, особенно если скапливаются в большом количестве. В связи с этим нужно осторожно пользоваться порошками, моющими и чистящими средствами, отбеливателями, пищевыми добавками и прочим.
Разновидности химического загрязнения
Так или иначе, в организме разных живых существ в небольших количествах есть химические элементы. Если же они попадают с едой, водой или воздухом в значительном числе, то это может отравить организм, и даже привести к его гибели. Употребляя некоторые микроэлементы в разумных дозах (витаминные комплексы), они позитивно повлияют на здоровье. Организму полезен цинк, кальций, железо, магний и др.
Химическое загрязнение заражает разные части биосферы, поэтому уместно выделить такие виды загрязнения:
- атмосферное – ухудшение состояния воздуха городов и промышленных зон;
- загрязнение зданий, сооружений, жилых и производственных объектов;
- загрязнение и изменение продуктов питания химическими добавками;
- загрязнение гидросферы – подземных и поверхностных вод, в результате, которая попадает в водопроводы, используется в качестве питьевой;
- загрязнение литосферы – во время обработки почвы агрохимией.
Химическое загрязнение планеты несколько уступает другим видам загрязнения, но оно несет не меньший урон людям, животным, растениям и всему живому. Контроль и правильное использование химических веществ поможет снизить угрозу данной .
Загрязнение химическое понимается как изменение естественных химических свойств природной среды, превышающее среднемноголетние колебания количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода, а также как проникновение в среду химических веществ, отсутствовавших в данной среде ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму.
Химическое загрязнение характеризуется высокой токсичностью и повсеместным распространением. Химическими веществами загрязняется атмосферный воздух, воздух рабочей зоны предприятий, природные и сточные воды, осадки, почвы, донные отложения, флора и фауна, пищевое сырье, продукты питания и биосубстраты (кровь, лимфа, слюна, моча, мышечные, костные и другие ткани, выдыхаемый воздух и т.п.), иначе говоря, все, что окружает человека и сам человек.
Общее количество вредных химических веществ включает несколько тысяч наименований. Установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ: в воздухе рабочей зоны - более 1300 наименований; в атмосферном воздухе - более 400 наименований, более 70 комбинаций вредных примесей и, кроме того, установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) для 537 веществ (ОБУВ устанавливаются веществам, для которых не определены ПДК в атмосферном воздухе).
Для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения установлены ПДК более 600 вредных веществ, а для водоемов рыбохозяйственного назначения - около 150 наименований веществ. Предельно допустимые концентрации в почвах установлены для 30 вредных веществ.
Распространенность химических загрязнителей настолько масштабна, что практически нет ни одной отрасли человеческой деятельности, не связанной с образованием и выбросом в окружающую среду вредных химических примесей. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу более 15 млрд. т углекислого газа, 200 млн. т окиси углерода, более 500 млн. т углеводородов, 120 млн. т золы, более 160 млн. т окислов азота и другие вещества. Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляет более 19 млрд. т. При этом из всей массы загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу из антропогенных источников, 90% составляют газообразные вещества (оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов и др.), 10% составляют выбросы твердых и жидких веществ.
Химическое загрязнение воздушной среды представляет наибольшую опасность для человека и природной среды.
Контролируемые токсические вещества в зависимости от степени токсичности делятся на четыре классаопасности : чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные. Основной характеристикой степени опасности является значение величины зоны острого действия.
Зона острого действия - отношение средней смертельной концентрации вредного вещества к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма.
В 1991 г. сессия Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) приняла перечень отдельных экологически опасных химических веществ, процессов и явлений, оказывающих глобальное воздействие.
В перечень вошли следующие процессы и явления: подкисление; загрязнение воздуха; эвтрофикация; загрязнение нефтью; загрязнение, вызванное сельскохозяйственной деятельностью; загрязнение в результате воздействия промышленных химических веществ; отходы.
Некоторые химические проблемы, например, связанные с изменением климата и последствиями разрушения озонового слоя, не вошли в перечень, так как особо изучаются силами ЮНЕП и других организаций.
Подкисление ‑ процесс возникновения более кислой среды в одной или более областях биосферы.
Основным антропогенным фактором, обуславливающим подкисление, является выброс в атмосферу окислов серы и азота при сжигании ископаемых видов топлива, плавке богатых серой руд и сжигании биомассы.
Процессы, связанные с образованием кислотных дождей , оказывают воздействие на земные и водные экосистемы, жилые здания, здоровье человека. В почве происходит выщелачивание кальция и магния, сопровождаемое активацией ионов алюминия, марганца и др. металлов. Выщелоченные продукты поступают из пораженных почв в водные экосистемы, подкисляя их. Яркий пример подкисления - сокращение площади лесов. В экосистемах пресной воды существует связь между низким показателем рН и исчезновением рыб в озерах и гибелью речных рыб.
Загрязнение воздуха - является результатом наличия в помещении или за его пределами одного или более загрязняющих веществ в виде газа, аэрозоля или взвешенных частиц, которые наносят вред человеку, растениям, животным, имуществу или мешают нормальным условиям жизни.
Увеличение объема сжигаемого ископаемого топлива, урбанизация и активное использование транспорта сопровождаются увеличением выбросов загрязняющих веществ. Некоторые загрязнители переносятся на большие расстояния, поражая большое количество людей и сред обитания.
Сжигание ископаемых видов топлива приводит к образованию окислов углерода, серы, азота, органических соединений, а также взвешенных веществ (летучей золы, сажи).
Промышленные процессы и сельскохозяйственные работы также приводят к увеличению выбросов загрязняющих веществ. Особую озабоченность вызывают выбросы от сжигания отходов, а также выбросы побочных металлов в металлургической промышленности и фтора при производстве алюминия и кирпича.
Транспортные средства на бензиновом топливе являются главным источником окиси углерода, окислов азота, летучих органических соединений и свинца.
Транспортные средства на дизельном топливе приводят к загрязнению углеродистыми частицами и ПАУ.
Воздействие оксида углерода может вызывать сердечно-сосудистые нарушения и отклонения в деятельности нервной системы. Двуокись азота с озоном создает синергический эффект. Озон сказывается на работе легких, дыхательных путей, на снижении защитных функций организма, особенно при воспалительных процессах.
Фотохимические окислители и отдельные летучие органические соединения (например, толуол) вызывают раздражения глаз, слизистой оболочки, обусловливают нарушения центральной нервной системы. Двуокись углерода вызывает парниковый эффект и приводит к повышению средней глобальной температуры.
Двуокись серы, окислы азота, озон оказывают прямое воздействие на развитие растений различными путями. Это выражается в уменьшении первичной продуктивности экосистемы суши и в сокращении производства биомассы. Выбросы фтора наносят ущерб лесам, сельскохозяйственным растениям и пастбищным животным.
Двуокись серы и другие кислые газы вызывают коррозию металлов, разрушают поверхность камня и стекла, обесцвечивают бумагу, ткани и окисляют резину.
Эвтрофикация - является биологическим следствием роста концентраций неорганических питательных элементов растений и может протекать как в экосистемах суши, так и в водных экосистемах. Термин эвтрофикация определяется как чрезмерное удобрение озер, водоемов, равнинных рек и отдельных областей морских прибрежных вод питательными веществами (главным образом фосфорными и азотными соединениями), в результате чего происходит вредный рост материала водных растений. Это проявляется в ухудшении качества воды, приводит к расщеплению кислорода, уменьшению прозрачности воды, сокращению рыболовства, возможной гибели рыб, засорению водных путей и токсичным последствиям для людей и животных. Процессу эвтрофикации подвержено 30 - 40% озер и водоемов на планете.
Загрязнение нефтью воды и суши приобрело исключительные масштабы. В море ежегодно попадает около 3,2 млн. метрических тонн нефти. На суше и в пресной воде нефтяное загрязнение образуется за счет утечек и разливов на судах, нефтепроводах, нефтехранилищах, береговых сооружениях и грунтовых стоков. После попадания углеводородов в воду и почву они постепенно разлагаются бактериями.
Нефтепродукты губительно действуют на живые организмы. Наиболее чувствительны к воздействию углеводородов молодые организмы, при этом ракообразные уязвимы больше, чем рыбы. Из естественных экосистем наиболее уязвимы болота и мангровые леса. Воздействие на человека с мутагенными и канцерогенными последствиями проявляется на уровне популяции и сообщества.
Предотвращение глобального загрязнения нефтью и нефтепродуктами становится приоритетной задачей в глобальном масштабе.
Загрязнение, вызванное сельскохозяйственной деятельностью , является следствием интенсификации сельского хозяйства. Изменение системы землепользования является одним из основных источников активизации химических веществ, в частности, в результате эрозии.
Загрязнение, вызываемое сельскохозяйственной деятельностью, может оказать воздействие на воздух, воду и почвы. Минеральные и органические удобрения, пищевые добавки, превышающие возможность усвоения их сельскохозяйственными культурами, становятся источниками загрязнения окружающей среды. Высокий уровень загрязнений на местах зачастую является результатом сброса отходов ((солома, листья, корни и др.), сжигания их или компостирования.
Другой источник загрязнения - сброс отходов животноводства в поверхностные воды и на почву. Разбрасывание животных отходов по поверхности земли может привести к значительным выбросам аммиака, что, в свою очередь, приводит к подкислению почв и выделению окислов азота. Интенсивное применение минеральных удобрений вызывает увеличение выбросов в атмосферу NO X , получающихся в результате микробных реакций аммиака, нитратов и азота. Одновременно происходит увеличение выбросов метана.
В результате горения дерева в составе лесной биомассы увеличивается количество углекислого газа в атмосфере. Обезлесенная местность подвергается водной эрозии, в результате которой загрязняются реки, озера, водоемы.
Грамотное ведение сельскохозяйственного производства представляется одним из действенных путей снижения загрязнений окружающей среды.
Загрязнение, вызываемое химическими веществами, используемыми в промышленности, - образуется при попадании в окружающую среду цветных металлов, полигалоидированных органических соединений, растворителей и детергентов. К наиболее важным химическим загрязнителям относятся (по группе цветных металлов): кадмий, ртуть, свинец, мышьяк.
Отходы - материалы, которые больше не требуются человеку или промышленности. В настоящее время происходит увеличение объема и умножение структуры отходов, а также увеличение объема мусора (выбрасываемые предметы) на суше и воде.
Существуют три пути удаления отходов: химическая обработка, захоронение и сжигание. При этом продукты выщелачивания в местах захоронения и стоки с участков поверхности, покрытых сельскохозяйственными отходами, осадки сточных вод могут вызывать серьезное загрязнение воды, усиливая эвтрофикацию и разрушение кислорода в реках.
Загрязнение окружающей среды представляет собой глобальную проблему современности, которую регулярно обсуждают в новостях и научных кругах. Создано множество международных организаций, направленных на борьбу с ухудшением природных условий. Учёные давно бьют тревогу о неминуемости экологической катастрофы в самое ближайшее время.
На данный момент о загрязнении окружающей среды известно многое – написано большое количество научных работ и книг, проведены многочисленные исследования. Но в решении проблемы человечество продвинулось совсем незначительно. Загрязнение природы по-прежнему остаётся важным и актуальным вопросом, откладывание которого в долгий ящик может обернуться трагично.
История загрязнения биосферы
В связи с интенсивной индустриализацией общества загрязнение окружающей среды особенно обострилось в последние десятилетия. Однако, несмотря на этот факт, природное загрязнение является одной из самых древних проблем в истории человечества. Ещё в эпоху первобыта люди начали варварски уничтожать леса, истреблять животных и изменять ландшафт земли для расширения территории проживания и получения ценных ресурсов.
Уже тогда это приводило к изменению климата и другим экологическим проблемам . Рост народонаселения планеты и прогресс цивилизаций сопровождался усиленной добычей полезных ископаемых, осушением водоёмов, а также химическим загрязнением биосферы. Промышленная революция ознаменовала не только новую эру в общественном укладе, но и новою волну загрязнения.
С развитием науки и техники учёные получили инструменты, с помощью которых стал возможным точный и подробный анализ экологического состояния планеты. Метеосводки, контроль химического состава воздуха, воды и почвы, спутниковые данные, а также повсеместно дымящие трубы и нефтяные пятна на воде говорят о том, что проблема стремительно усугубляется с расширением техносферы. Недаром появление человека называют главной экологической катастрофой.
Классификация загрязнений природы
Существует несколько классификаций загрязнений природы, основанных на их источнике, направленности, других факторах.
Итак, выделяют следующие виды загрязнения окружающей среды:
- Биологическое – источником загрязнения являются живые организмы, оно может происходить по естественным причинам или в результате антропогенной деятельности.
- Физическое – приводит к изменению соответствующих характеристик окружающей среды. К физическому загрязнению относят тепловое, радиационное, шумовое и другие.
- Химическое – увеличение содержания веществ или их проникновение в окружающую среду. Приводит к изменению нормального химического состава ресурсов.
- Механическое – загрязнение биосферы мусором.
В действительности один вид загрязнения может сопровождаться другим или несколькими сразу.
Газообразная оболочка планеты является неотъемлемым участником природных процессов, определяет тепловой фон и климат Земли, защищает от губительной космической радиации, влияет на рельефообразование.
Состав атмосферы менялся в течение всего исторического развития планеты. Сложившаяся сегодня ситуация такова, что часть объёма газовой оболочки определяется хозяйственной активностью человека. Состав воздуха неоднороден и отличается в зависимости от географического положения – в индустриальных районах и крупных городах высокий уровень вредных примесей.
Основные источники химического загрязнения атмосферы:
- химические заводы;
- предприятия топливно-энергетического комплекса;
- транспорт.
Эти загрязнители являются причиной содержания в атмосфере тяжёлых металлов, таких как свинец, ртуть, хром, медь. Они – постоянные компоненты воздуха в промышленных зонах.
Современные электростанции ежедневно выбрасывают в атмосферу сотни тонн углекислого газа, а также сажу, пыль и золу.
Увеличение числа автомобилей в населённых пунктах привело к повышению концентрации целого ряда вредных газов в воздухе, которые входят в состав машинного выхлопа. Из-за антидетонационных присадок, добавляемых к транспортному топливу, происходит выброс больших количеств свинца. Автомобили вырабатывают пыль и золу, которые загрязняют не только воздух, но и почву, оседая на земле.
Атмосферу также загрязняют очень токсичные газы, которые выбрасываются предприятиями химической промышленности. Отходы химзаводов, например, оксиды азота и серы, являются причиной кислотных дождей и способны вступать в реакции с компонентами биосферы с образованием других опасных производных.
В результате человеческой деятельности регулярно происходят лесные пожары, во время которых происходит выброс колоссальных количеств диоксида углерода.
Почва – это тонкий слой литосферы, образовавшийся в результате природных факторов, в котором протекает большая часть процессов обмена между живыми и неживыми системами.
Из-за добычи природных ископаемых, горнопромышленных работ, сооружения зданий, дорог и аэродромов уничтожаются масштабные площади почв.
Нерациональная хозяйственная деятельность человека стала причиной деградации плодородного слоя земли. Изменяется его естественный химический состав, происходит механическое загрязнение. Интенсивное развитие сельского хозяйства приводит к существенным потерям земель. Частое вспахивание делает их уязвимыми перед затоплениями, засолениями и ветрами, что является причиной эрозии почвы.
Обильное применение удобрений, инсектицидов и химических ядов для уничтожения вредителей и очищения от сорняков приводит к попаданию в почву неестественных для неё токсичных соединений. В результате антропогенной деятельности происходит химическое загрязнение земель тяжёлыми металлами и их производными. Основным вредным элементом является свинец, а также его соединения. При переработке свинцовых руд выбрасывается около 30 килограммов металла с каждой тонны. Автомобильный выхлоп, содержащий большое количество данного металла, оседает в почве, отравляя обитающие в ней организмы. Сливы жидких отходов с рудников заражают землю цинком, медью и другими металлами.
Электростанции, радиоактивные осадки от ядерных взрывов, научно-исследовательские центры по изучению атомной энергии являются причиной попадания в почву радиоактивных изотопов, которые потом поступают в организм человека с продуктами питания.
Сконцентрированные в недрах земли запасы металлов рассеиваются, как следствие производственной активности человека. Потом они концентрируются в верхнем слое почвы. В древности человек использовал 18 элементов, из находящихся в земной коре, а сегодня – все известные.
На сегодняшний день водная оболочка земли загрязнена намного больше, чем можно представить. Нефтяные пятна и плавающие на поверхности бутылки – это лишь то, что можно увидеть. Значительная часть загрязнителей находится в растворённом состоянии.
Порча воды может происходить естественным образом. В результате селей и паводков из материковой почвы вымывается магний, который попадает в водоёмы и наносит вред рыбам. В результате химических превращений в пресные воды проникает алюминий. Но естественное загрязнение составляет пренебрежимо малую долю по сравнению с антропогенным. По вине человека в воду попадают:
- поверхностно-активные соединения;
- пестициды;
- фосфаты, нитраты и другие соли;
- лекарства;
- нефтепродукты;
- радиоактивные изотопы.
Источниками этих загрязнителей являются фермерские хозяйства, рыбный промысел, нефтяные платформы, электростанции, предприятия химической промышленности, канализационные стоки.
Кислотные дожди, которые также являются результатом человеческой деятельности, растворяя грунт, вымывают тяжёлые металлы.
Помимо химического загрязнения воды существует физическое, а именно – тепловое. Больше всего воды применяется в производстве электроэнергии. Тепловые станции используют её для охлаждения турбин, а отработанная нагретая жидкость сливается в водоёмы.
Механическое ухудшение качества воды бытовыми отходами в населённых пунктах приводит к сокращению мест обитания живых существ. Некоторые виды гибнут.
Загрязнённая вода – основная причина большинства заболеваний. В результате отравления жидкости погибает множество живых существ, страдает экосистема океана, нарушается нормальное протекание природных процессов. Загрязнители в конечном счёте попадают в организм человека.
Борьба с загрязнением
Во избежание экологической катастрофы борьба с физическим загрязнением должна быть первостепенной задачей. Проблема должна решатся на международном уровне, потому что у природы нет государственных границ. Для предупреждения загрязнения необходимо вводить санкции предприятиям, выбрасывающим отходы в окружающую среду, налагать крупные штрафы за размещение мусора в неположенном месте. Стимуляция к соблюдению норм экологической безопасности также может быть осуществлена финансовыми методами. Такой подход доказал свою эффективность в некоторых странах.
Перспективным направлением по борьбе с загрязнением является применение альтернативных источников энергии. Использование солнечных батарей, водородного топлива и других сберегающих технологий позволит уменьшить выброс токсичных соединений в атмосферу.
К другим методам борьбы с загрязнением можно отнести:
- строительство очистных сооружений;
- создание национальных парков и заповедников;
- увеличение количества зелёных насаждений;
- контроль численности населения в странах третьего мира;
- привлечение внимания общественности к проблеме.
Загрязнение окружающей среды представляет собой масштабную мировую проблему, решить которую возможно лишь при активном участии каждого, кто называет планету Земля своим домом, иначе экологическая катастрофа будет неминуема.
4.1 Источники загрязнения атмосферы
Сейчас существует три основных химических источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт . Доля каждого из этих источников в загрязнении воздуха сильно различается. Наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:
а) Оксид углерода . Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серу содержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн.т.в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.
в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты.
г) Сероводород и сероуглерод. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.
е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов.
4.2 Источники загрязнения водоёмов
Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно активные вещества, пестициды).
Неорганическое загрязнение
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные ядовитые химические соединения. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице:
Табл. 4.2.1 – Токсический эффект вещществ
ВЕЩЕСТВО ПЛАНКТОН РАКООБРАЗНЫЕ МОЛЛЮСКИ РЫБЫ
1. Медь +++ +++ +++ +++
2. Цинк + ++ ++ ++
3. Свинец - + + +++
4. Ртуть ++++ +++ +++ +++
5. Кадмий - ++ ++ ++++
6. Хлор - +++ ++ +++
7. Роданид - ++ + ++++
8. Цианид - +++ ++ ++++
9. Фтор - - + ++
10. Сульфид - ++ + +++
Степень токсичности (примечание):
Среди основных источников загрязнения гидросферы ядовитыми химическими отходами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2005 году возможно увеличение их массы до 12 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.
Органическое загрязнение.
Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ большое значение для обитателей водной среды имеют и органические остатки (300-380 млн.т./год). Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза.
Нефть и нефтепродукты
Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод - все это обусловливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. 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.
Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифотических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:
а) Парафины (алкены). - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.
б) Циклопарафины. - (30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения. 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.
Человек тесно связан с живой природой происхождением, материальными и духовными потребностями. Масштабы и формы этих связей неуклонно росли от локального использования отдельных видов растений и животных до практически полного вовлечения живого покрова планеты в жизнеобеспечение современного промышленно развитого общества.
Однако главной особенностью человека, отличающей его от других видов, является новый способ взаимодействия с природой через создаваемую им культуру. Как мощная социальная система, человечество создает на Земле свою, интенсивно развивающуюся культурную среду, передавая от поколения к поколению трудовой и духовный опыт. Процесс этот противоречив. Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются в основном небиологическими потребностями человека. Они связаны с непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Так, строительная и горнодобывающая техника ежегодно «перемещает на поверхности Земли больше материала, чем сносится в моря всеми реками мира в результате водной эрозии. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на состав атмосферы и Мирового океана.
В прошлом было немало примеров деградации среды и подрыва экономики целых народов в результате стихийного развития взаимоотношений с природой. В настоящее время эта опасность грозит всему человечеству. В условиях современной хозяйственной деятельности человека реальна возможность полного подрыва естественных воспроизводительных сил природы, множатся примеры безвозвратных потерь отдельных популяций и видов живых организмов, ухудшается экологическая обстановка на нашей планете. К. Маркс указывал, что «культура, если она развивается стихийно, а не направляется сознательно… оставляет после себя пустыню».
ЛИТЕРАТУРА
Шилов И. А. Экология. М.: Высшая школа, 1997.
Христофорова Н.К. Основы экологии. Владивосток: Дальнаука, 1999.
Гиляров А. М. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ, 1990.
Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1989.
Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология: Особи, популяции, сообщества. В 2 т. М.: Мир, 1989.
Горышина Т. К. Экология растений. М.: Высшая школа, 1979.
