Лекция 1 - Понятие о техногенном загрязнении биосферы. Типы загрязнений

По отношению к человечеству биосфера Земли выполняет две важнейшие защитные функции:

- обеспечивает биопродуктивные процессы – снабжает людей биологически доступной энергией в виде пищи;

- создает благоприятные условия среды – температурный, газовый, водный режимы, к которым адаптирован вид ГОМО САПИЕНС.

Способность биосферы успешно реализовывать и длительно поддерживать этот механизм определяется ее устойчивостью. Пригодная для жизни устойчивая среда в биосфере может поддерживаться только при строго сбалансированных внутренних потоках энергии, вещества и информации. Нарушение этих системообразующих связей может вызвать нарушение структуры биосферы и повлечь за собой деградацию природной среды. В последние годы слишком интенсивное, резкое воздействие на природные компоненты, вызывают в биосфере побочные отрицательные эффекты, которые выражаются:

1) в истощении природных ресурсов;

2) в загрязнении окружающей природной среды;

3) в нарушении природных биогеохимических циклов;

4) в разрушении природных экосистем и замене их менее продуктивными и менее устойчивыми антропогенными системами.

Загрязнением биосферы (природной среды) называется любое внесение в экосистему несвойственных ей биотических и абиотических компонентов или структурных изменений, прерывающих потоки вещества и энергии, в результате чего экосистема разрушается и снижается ее продуктивность. Источники загрязнения биосферы могут быть естественными и техногенными. К естественным источникам относят вулканизм, водную и ветряную эрозию почвы, природные пожары и др. Техногенные источники – это объекты хозяйственной деятельности (промышленные предприятия, транспорт, с/х, объекты энергетики).

Техногенное загрязнение по масштабам сопоставимо с естественным, а по токсичности – превышает его. В зависимости от масштабов загрязнение может быть глобальным, региональным и локальным, что в свою очередь определяется соотношением двух факторов – мощности источника загрязнения и свойств среды, в которую это загрязнение поступает. Техногенное загрязнение среды обуславливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к региональным и локальным экологическим бедствиям, поражением людей. Среди слагаемых современного экологического кризиса наибольшее внимание привлекают четыре компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение планеты особо токсичными веществами, радиация и так называемые озоновые дыры. Все они связаны с техногенными эмиссиями и воздействиями. Современные глобальные экологические проблемы возникли на почве столкновения между техносферой и биосферой, столкновение, в котором техносфера играет активную, агрессивную роль, Т.е. это процесс конкурентного вытеснения биосферы техносферой. Поскольку техносфера и биосфера находятся в постоянном взаимодействии, их сумму можно представить как единую систему – экосферу. Но именно человечество, ресурсы и продукты его производства и потребления оказывают серьезное влияние на материал и процессы экосферы, вмешиваются в природный круговорот, изменяя его сбалансированность и гармоничность. В связи с тем, что все геооболочки взаимосвязаны вещественными потоками, загрязнение, как правило, не локализуется в какой-либо одной из них.

Рис. Графическая модель потоков техногенного вещества в биосфере

В зависимости от характера вызываемых в природной бреде изменений загрязнения делятся на:

- физические – изменение физических параметров среды;

- химические - изменение химического состава среды;

- биологические - изменение видовой структуры биоценозов.

К физическому относят тепловое, световое, шумовое, ультразвуковое и др. загрязнения.

Химическое загрязнение обусловлено миграциями химических элементов, большинство которых возвращается в природный круговорот в необычных, несвойственных биосфере формах. Особую опасность представляют искусственно созданные органические соединения (ксенобиотики).

По своему токсическому действию загрязняющие вещества делятся на:

Общесоматические (оксид углерода, соединения свинца, ртути, мышьяка, др.);

Раздражающие ( сернистый ангидрид, аммиак, оксиды азота, озон, ацетон,др.);

Аллергеные (большинство красителей, лаки, и др.);

Канцерогенные (бенз(а)пирен, асбест, соединения никеля);

Мутагенные (соединения радия, урана, марганца, свинца).

Они могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии, загрязняя атмосферу, почву, и гидросферу.

Под биологическим загрязнением понимают изменение видовой структуры, путем интродукции несвойственных для данного биоценоза видов (колорадский жук, моллюск рапана и др.).

Массовое размножение микроорганизмов на антропогенных субстратах или техногенно измененных средах носит название микробиологического загрязнения. Это загрязнение может не только явиться причиной заболеваний людей и домашних животных, но и вызвать усиленную коррозию металлов.

К особому классу загрязнений относят деструктивное загрязнение – непреднамеренное структурное изменение ландшафтов, вызванное хозяйственной деятельностью (добыча полезных ископаемых открытым способом, строительство дорог, лесозаготовки и др.).

Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и число их по мере развития новых технологических процессов постоянно растет. В этом отношении «приоритет», как в локальном, так и в глобальном масштабе, учете отдают следующим, загрязняющим веществами;

- диоксиду серы (с учетом эффектов вымывания диоксида серы из атмосферы и попадания, образующихся серной кислоты и сульфатов на растительность, почвы и в водоемы);

- тяжелым металлам в первую очередь свинцы, кадмию и особенно ртути (с учетом цепочек ее миграции и превращения в высокотоксичную метилртуть);

- некоторым канцерогенным веществам, в частности бенз(а)пирену;

- нефти и нефтепродуктам в морях и океанах;

- хлорорганическим пестицидам (в сельских районах);

- оксиду углерода и оксидами азота (в городах).

Этот перечень должен быть дополнен радионуклидами и другими радиоактивными веществами, пагубные последствия которых для человеческой популяции и экосистем в полной мере проявились после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки и аварии на Чернобыльской АЭС. Следует упомянуть и диоксины – весьма опасное загрязняющее вещество из класса хлоруглеводородов.

Нейтрализацию возмущающих воздействий (загрязнений) в биосфере и ее компонентах за счет механизмов саморегулирования природных экосистем принято называть самоочищением биосферы. Сложный механизм самоочищения природной среды включает систему взаимосвязанных природных процессов:

· Механические (перемешивание, разбавление, оседание, перемешивание и др.);

· Химические (окисление, осаждение, нейтрализация, фотохимические процессы)

· Биохимические (разложение органических веществ микроорганизмами-деструкторами).

Важное место в механизме самоочищения биосферы занимают процессы, происходящие в атмосфере и гидросфере. Это обусловлено тем, что эти две геооболочки представляют собой сплошные подвижные среды, которые обеспечивают:

Кислород для дыхания, углекислый газ для фотосинтеза, воду для жизнедеятельности.

Стабильность и благоприятность для жизни климатических условий земли.

Геохимическую миграцию химических веществ в круговороте.

Быстрое распространение загрязняющих веществ на большие расстояния.

Активную химическую и биологическую трансформацию загрязняющих веществ.

Количественно мерой устойчивости биосферы к техногенным нагрузкам может служить ассимиляционный потенциал – предельная количественная характеристика загрязнения, которое может быть нейтрализовано за счет механизмов саморегулирования экосистем на данной территории или в биосфере в целом. Если величина потока техногенного загрязнения не превышает ассимиляционный потенциал территории, то экосистемы легко справляется с переработкой загрязнения, и состояние природной среды не ухудшается. Если же поток техногенного загрязнения превосходит регуляторные возможности экосистем, то загрязнение накапливается в них, в результате чего на данной территории наблюдается прогрессирующее ухудшение состояния природной среды.

Вокруг источника загрязнения (например, промышленного узла) формируется сфера влияния, размер которой зависит от многих факторов: объема промышленных выбросов, их химического состава, времени функционирования, характера почвенно-растительного покрова, рельефа, климата и др. Проекция сферы влияния на поверхность земли определяет ареал воздействия (загрязнения), форма, которой в той или иной степени определяется рельефом и преимущественным направлением ветра в данной местности. При распространении воздействия на территорию с относительно однородными природными свойствами ареал воздействия должен иметь правильную эллиптическую форму.

РИС.2 Схема внутреннего строения ареала влияния источника загрязнения: 1-источник загрязнения, 2-зона геоматического воздействия, 3-зона биотического воздействия, 4-зона геохимического воздействия.

Сфера воздействия технической системы на природную среду имеет сложное внутреннее строение и состоит из нескольких зон, выявляемых по степени изменения отдельных природных компонентов или структуры ландшафта в целом. Наиболее удаленной от источника загрязнения является зона геохимического загрязнения. Она занимает, как правило, большую площадь (для крупных предприятий и городов – несколько тысяч квадратных километров) и характеризуется повышенным относительно фона содержанием загрязняющих веществ.

Однако, так как уровень общего загрязнения в этой зоне не превышает ассимиляционный потенциал ландшафта, природные комплексы обеспечивают процессы самоочищения.

Зона биотического воздействия выделяется по трансформации биотических компонентов ландшафта (снижению видового разнообразия за счет выпадения наиболее чувствительных к загрязнению видов).

Зона геоматического воздействия (или импактная зона, или техногенная пустошь) характеризуется сильным загрязнением и структурной перестройкой природных комплексов: растительный покров нарушен, активно протекают ветровая и водная эрозия почвы, заболачивание, карст, оврагообразование и др. разрушительные процессы. Эта зона окаймляет промузел. Она формируется либо при малой устойчивости ландшафта (горные районы, зоны вечной мерзлоты и т.п.), либо при большой силе воздействия (химические, горнометаллургические производства).

Дата добавления: 2014-10-15