Основные загрязненители и источники загрязнения биосферы

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ

5.1. ПОНЯТИЯ "ЗАГРЯЗНЕНИЕ" И "ЗАГРЯЗНИТЕЛЬ" В ЭКОЛОГИИ

В экологии под загрязнением понимается всё то, что выводит экосистемы из состояния равновесия.

Загрязнение - это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее вредных физических, химических, биологических или информационных агентов, нередко приводящее к негативным последствиям. Загрязнение может быть вызвано любым агентом, в том числе самым «чистым», например, лишняя по отношению к природной норме вода в экосистеме суши - это загрязнитель. Надоедливая реклама – это информационный загрязнитель.

Загрязнитель - это любой природный или антропогенный физический, химический, биологический или информационный агент, попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в количествах, превышающих рамки обычного наличия - предельных естественных колебаний или среднего природного фона.

Загрязнение может возникать в результате естественных причин - это природное загрязнение. Например, загрязнение биосферы в результате извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наполнений, лесных пожаров. Загрязнение, возникающее под влиянием деятельности человека, - это антропогенное загрязнение. И природные, и антропогенные загрязнители могут быть разного вида.

1. В зависимости от происхождения загрязнителей различают следующие виды загрязнений:

- физическое загрязнение - это загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды: тепловых, световых, электромагнитных, радиационных и т.п. Например, хотя влияние электромагнитного загрязнения на человека ещё до конца не изучено, есть основания полагать, что близость высоковольт­ной линии электропередачи способствует развитию рака у человека;

- химическое загрязнение - это изменение естественных химических свойств среды в результате превышения среднемноголетних концентраций каких-либо веществ или в результате проникновения в неё новых химических веществ. Химические загрязнения являются наиболее распространёнными и часто наиболее опасными для живых организмов. В настоящее время общая мощ­ность источников химического антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных. Например, природные источники выбрасывают ежегодно 30 млн. т оксидов серы, а антропогенные - более 150 млн. т. В результате деятельности человека в биосферу попадает почти в 10 раз больше свинца, чем в процессе природных загрязнений;

- биологическое загрязнение - это загрязнение вследствие привнесения в среду и размножения в ней нежелательных для человека организмов. Биологическое загрязнение подразделяется на: а) биогенное, связанноес распространением нежелательных для людей биогенных веществ, напр., выделений, мёртвых тел, на территориях или акваториях, где они ранее не наблюдались; б) микробное, проявляющееся в появлении в среде необычайно большого количества микроорганизмов в результате их массового размножения, что наносит вред человеку и другим организмам. Например, вспышки инфекционных заболеваний - это результат биологического загрязнения среды;

- информационное загрязнение - это любая информация, способная выводить экосистемы из состояния равновесия, наносящая ущерб природе и рациональному природопользованию.

2. В зависимости от способа попадания загрязнителя в среду, различают:

- первичное загрязнение - загрязнение, возникшее вследствие попадания в среду загрязнителя извне;

- загрязнение - это загрязнение вследствие воздействия загрязнителя, образовавшегося в ходе физико-химических процессов непосредственно в окружающей среде. Например, фотохимический смог (англ. smog - дым, fog - туман) - это смесь продуктов вторичного загрязнения воздуха, возникающих в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами.

3. По масштабам распространения загрязнений, различают:

- глобальное загрязнение - это фоновобиосферное загрязнение. Оно обнаруживается в любой точке биосферы;

- региональное загрязнение - загрязнение в масштабах какого-либо региона;

- локальное загрязнение - загрязнение небольшого масштаба (вокруг промышленного предприятия, города, внутриквартирное загрязнение).

4. По степени устойчивости загрязнителей в окружающей среде, различают:

- стойкое загрязнение - вызываемое химически стабильным загрязнителем, не входящим в естественный круговорот веществ и поэтому очень медленно разлагающимся. Например, ксенобиотики (греч. xenos - чужой, bios - жизнь) - чужеродные для организмов соединения, синтезированные человеком, такие как полиэтилен, синтетические моющие средства, многие пестициды и пр.;

- нестойкое загрязнение - вызываемое загрязнителями, входящими в естественные круговороты веществ, благодаря чему они быстро исчезают, подвергаясь биологическому разрушению.

5. По объектам загрязнения, т.е. по средам, в которых они распространяются, можно выделить: загрязнение космоса, атмосферы, гидросферы, почвы, рек, морей, океанов и т.д.

6. По степени воздействия на организм человека загрязнители делят на четыре класса опасности:

- I класс опасности (чрезвычайно опасные) - это такие вещества как бенз-(а)-пирен, ртуть и её соединения, фтороводород, соединения свинца, мышьяка, кадмия, селена, цинка, аэрозольные оксиды марганца, хрома, кремния и другие вещества;

- II класс опасности (высокоопасные) - это хлор, хлороводорода, серо-водород, оксид азота (NО₂), формальдегид, соединения хрома, никеля, кобальта, меди, сурьмы, молибдена;

- III класс опасности (умеренно опасные) - это углеводород (С_хК_у), метанол (CH₃OH), оксид серы (SО₂), соединения стронция, бария, ванадия, вольфрама;

- IV класс опасности (малоопасные) - это аммиак, оксид углерода (СО), пыль цемента, песка, керамзита, нефтепродукты (эмульсии, смазки и т.п.).

7. Г. В. Стадницкий и А. И. Родионов рассматривают процесс загрязнения в широком смысле, с позиций системного подхода, и классифицируют его следующим образом:

- ингредиентное загрязнение - это воздействие на среду совокупности веществ, количественно или качественно чуждых естественным экосистемам (бытовые стоки, ядохимикаты, удобрения и т.д.);

- параметрическое загрязнение - это изменение качественных параметров окружающей среды под воздействием загрязнителей (шумовое, тепловое, электромагнитное, радиационное);

- биоценотическое загрязнение - это воздействие загрязнителей на состав и структуру популяций (перепромысел, интродукция и акклиматизация видов и т.д.);

- стациально-деструкционное (лат. stalio - местопребывание) загрязнение - это изменение ландшафтов и экосистем в процессе природопользования, связанное с оптимизацией природы в интересах человека (вырубкам лесов, эрозия почв и процесс урбанизации).

5.2. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

Воздействие на живые организмы загрязняющих веществ различно.

Общее название загрязняющих веществ, способных нанести вред здоровью человека или окружающей среде, поллютанты (лат. pallution - марание).

Токсикант (греч. toxikon - яд) - ядовитые вещества, оказывающие вредное воздействие на организм человека, животных и растений.

Ксенобиотики тоже яды, но полностью синтезированы человеком. Аллергены (греч. allos - другой, ergon - действие) - это загрязнители-раздражители, вызывающие реакцию организма в виде гиперчувствительности немедленного или замедленного типа.

Мутагены (лат. mutatio - изменение, греч. genos - происхождение) - это загрязнители, вызывающие внезапно возникающие новые наследственные признаки, обусловленные изменениями клеточных структур.

Тератогены (греч. teratos - урод, genos - происхождение) - загрязнители, вызывающие отклонения от нормального строения организма, врожденные уродства.

Канцерогены (лат. саnсег - рак, греч. genos- происхождение) - это загрязнители, чаще всего вещества или излучение, способствующие возникновению злокачественных опухолей. Большинство канцерогенов имеют антропогенное происхождение. Воздействие вредных веществ на организм человека зависит: от их химических свойств и размеров частиц, от концентрации, продолжительности воздействия и от способа попадания в организм.

Химические свойства. Определённые химические вещества специфически воздействуют на те или иные органы человека. Например, свинец или бензол воздействуют на кровь; сероводород или трихлорэтилен (CНC1 - ССl₃) - на нервную систему.

Размер частиц. Крупные частицы, напр., пыль, задерживаются в верхних дыхательных путях. В легкие могут попасть только частицы размером менее 5*10 ^-4 см.

Концентрация. Чем выше концентрация вредного вещества, тем выше вероятность проявления его неблагоприятного воздействия.

Продолжительность воздействия. Чем дольше организм соприкасается с вредным веществом, тем сильнее проявляется его действие.

Способ попадания в организм. Основными путями попадания вредных веществ в организм человека являются органы дыхания, пищеварения и кожа.

На человека загрязняющие вещества могут оказывать раздражающее и аллергическое воздействие. Раздражающее действие вредных веществ проявляется в раздражении глаз, носа, верхних дыхательных путей, лёгких, кожи. Это воздействие может быть фиброгенным (лат. fibra - волокно, греч. genos - происхождение), связанным с попаданием в организм различных видов пыли: угольной, кремниевой, асбестовой, вызывающих серьёзные поражения лёгких. Вдыхание же ядовитых газов оказывает на организм токсическое действие, связанное с нарушением жизненных процессов и физиологических функций. Такое же воздействие оказывают оксиданты, попадающие в организм через пищеварительный тракт или кожу. Аллергическое действие вредных веществ, т.е. реактивность к тому или иному веществу, вызывается в ответ на поступление в организм аллергенов.

Различают экзоаллергены - это аллергены, попадающие в организм человека из внешней среды, и аутоаллергены, т.е. аллергены, являющиеся тканями самого организма. Экзоаллергенами могут быть агенты как инфекционного происхождения, например, вирусы, микробы, так и неинфекционного, например, пыльца растений, комнатная пыль и т.д. Аутоаллергенами могут быть, например, ткани щитовидной железы, хрусталика глаза и другие.

Все основные компоненты биосферы: атмосфера, гидросфера и литосфера (почва) в настоящее время загрязнены вследствие деятельности человека. А поскольку жизнь на Земле существует в строго определённом интервале значений уровней радиации, гравитации, магнитного и шумового фона, температуры, химического состава среды и т.д., а антропогенная деятельность влияет на эти параметры биосферы, то, очевидно, что человеком подрываются основы самой возможности жизни на нашей планете.

Загрязнение атмосферы - это изменение её состава при поступлении примесей природного или антропогенного происхождения.

К природным источникам загрязнения атмосферы относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения.

Антропогенные источники загрязнения атмосферы очень многочисленны. Сжигание горючих ископаемых в энергетических установках, на предприятиях черной и цветной металлургии, коксохимии, нефтепереработки, в двигателях внутреннего сгорания, которое сопровождается выбросом в атмосферу оксидов углерода (примерно 5 млрд. т СО₂ ежегодно) и аэрозолей, содержащих оксиды железа, свинца, силикаты, сажу и другие примеси.

Работа тепловых электростанций на высокосерных углях, предприятий цветной металлургии, сернокислотное производство сопровождаются поступлением в атмосферу оксидов серы (по оценкам, в пересчёте на SO₂ более 145-150 млн. т ежегодно). Высокая концентрация SO₂ влияет на процессы углеводного и белкового обмена.

Работа предприятий химической промышленности, полёты современных турбореактивных самолетов, наземный транспорт поставляют в атмосферу более 50 млн. т в год оксидов азота.

Предприятия нефтедобывающего, коксохимического и других производств выбрасывают в атмосферу сероводород.

Углеводороды выбрасываются нефтеперерабатывающими предприятиями и транспортом. Они поступают в атмосферу в виде парообразных конденсирующихся соединений сложного и изменяющегося в условиях атмосферы состава.

Общая масса ежегодного поступления в атмосферу мелкодисперсных аэрозолей составляет более 250 млн. т. Большой вклад вносит промышленность строительных материалов.

Основными загрязнителями воздуха в сельских районах являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мясопродуктов, теплосиловые и энергетические установки. К источникам загрязнения относятся также склады, в которых происходит протравливание семян и поля, на которые вносятся минеральные удобрение и пестициды.

На сегодняшний день экологи насчитывают уже около 2000 загрязнителей атмосферы. Возрастает уровень загрязнения шумом, вибрацией, радиацией, электромагнитными полями и, особенно, химическими веществами.

Вещества-загрязнители атмосферы бывают двух видов:

- газы, на их долю приходится до 90 % загрязнителей;

- аэрозоли (греч. аer - воздух, лат. solutio - раствор) - это коллоидные системы, состоящие из газовой среды (воздуха), в которой диспергированы (лат. dispersus - рассеянный) твёрдые, размером 10-3 - 10-9 мм, или жидкие частицы размером 10-2 - 10-6 мм, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии (напр., пыль, зола, сажа, дым, мелкодисперсные смолистые вещества, оксид цинка, хлорид свинца, пылевидные металлы - свинец, мышьяк, кадмий, марганец и др.).

Основными газовыми загрязнителями атмосферы являются оксиды углерода (СО, СО₂), оксиды азота (NO, NO₂), оксиды серы (SO₂, SO₃),сероводород, метан и другие углеводороды, аммиак, галогеноуглероды, галогеноводороды, тропосферный озон, формальдегид, фреоны.

Опасность оксида углерода (II), т.е. угарного газа (СО), который образуется при неполном сгорании топлива и не имеет запаха, заключается в его высокой токсичности. Ядовитое воздействие угарного газа объясняется тем, что СО в 200 раз легче присоединяется к гемоглобину крови и мешает его способности переносить кислород от лёгких к тканям. Выбросы угарного газа могут нарушить тепловой баланс верхней атмосферы.

Увеличение содержания в атмосфере углекислого газа СО₂ приводит к потеплению климата в связи с чрезмерным поглощением воздухом теплового излучения Земли.

Накопление в атмосфере таких загрязнителей, как, например, оксиды азота, оксиды серы, сероводород, галогеноводороды приводит к выпадению, так называемых «кислотных дождей», пагубно действующих на живые организмы.

Значительные выбросы фреонов (хлорфторуглеродов) приводят к разрушению озонового слоя (озоносферы), образованию озоновых дыр (область с пониженным до 50 % содержанием озона). Оказалось, что фреоны - вещества стабильные и инертные в тропосфере, поднимаясь в стратосферу, подвергаются фотохимическому разложению с выделением атомарного хлора, который разрушает молекулы озона. Важно отметить, что хлор при разрушении озона выступает в роли катализатора, поэтому количество его не уменьшается в ходе химических реакций. Таким образом, один атом хлора может в среднем разрушить 100 тыс. молекул озона, прежде чем будет дезактивирован и исчезнет из стратосферы. А среднее время жизни фреонов в атмосфере - до 100 лет.

Аэрозоли являются источником загрязнения не только тропосферы, но и стратосферы, оказывая влияние на её спектральные характеристики, что может сказаться на альбедо земной поверхности.

Хотя время пребывания в атмосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, их влияние может снизить температуру воздуха у земной поверхности на 0,3 ⁰С. Выпавшие на поверхность земли аэрозоли загрязняют почву, приводят к заболеваниям трав и деревьев.

С атмосферными осадками загрязнители поступают в почву. Некоторые растения могут накапливать эти загрязнения как из почвы, так и из атмосферы. Таким образом, начальное антропогенное загрязнение атмосферы оказывает влияние на остальные компоненты биосферы.

В реальных условиях человек и экосистемы подвергаются воздействию не отдельных загрязнителей, а их комбинаций, включающих физические, химические и биологические составляющие. Например, поступление в атмосферу городов углеводородов, оксидов азота, углерода и других веществ в сочетании с активным воздействием энергии солнечного излучения приводит к фотохимическим реакциям. В результате этого образуются тонкодиспергированные аэрозоли в виде голубой дымки - смога.

Смог (англ. smoke - дым, fog - густой туман) - характеризует сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах. Различают смог ледяной, влажный и фотохимический (сухой).

Ледяной смог (аляскинского типа) - это сочетание газообразных загрязнителей, пыли и кристаллов льда, образующихся при замерзании капель тумана.

Влажный смог (лондонского типа) - это результат сочетания газообразных загрязнителей, дыма, пыли и густого тумана.

Фотохимический смог (лос-анджеллеского типа) - это пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая под действием ультрафиолетового излучения Солнца в результате фотохимических реакций. Главными токсическими компонентами такого смога являются озон, угарный газ, оксиды азота.

Появлению смога способствуют рельеф местности, в виде долин и котлованов, и слабая турбулентность воздуха. Смог снижает видимость, вызывает коррозию и разрушение различных сооружений, отрицательно влияет на окружающую природную среду и здоровье человека.

В течение 18 и 19 веков задымление воздуха носило местный характер. В настоящее время связи с бурным развитием промышленности и огромными масштабами сжигания ископаемого топлива, темпы расходования запасов свободного кислорода и накопления углекислого газа в атмосфере резко увеличились. По оценкам, за последние 100 лет концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 12-18 %, на 10-12 % возросла задымлённость атмосферы и на 7-10 % снизилась освещённость Земли. В результате круговорот углерода в природе оказался нарушенным.

В настоящее время толщина слоя загрязненного воздуха составляет 1,5-2 км. Наиболее чистый воздух над океанами. В деревнях и сёлах он содержит в 10 раз больше пылевидных примесей, над поселками и небольшими городами в 35 раз, а над промышленными центрами примерно в 150 раз больше, чем над океанами.

Загрязнение гидросферы - это снижение её биосферных функций и экономического значения в результате поступления в неё вредных веществ. В начале 20 века науке было известно всего 17 загрязнителей природных вод, сейчас их насчитывается более 3 тысяч. Особенно опасно химическое загрязнение водоёмов. Загрязнители попадают в гидросферу из атмосферы с атмосферными осадками. Однако, основные источники загрязнения гидросферы связаны с антропогенной деятельностью. На сегодня главные антропогенные загрязнители гидросферы очень разнообразны.

Двадцать процентов Мирового океана покрыто нефтяной пленкой. Нефть может попадать в воду в результате её естественных выходов в районах залегания. Однако, ежегодно большое количество нефти и нефтепродуктов (от 10 до 20 млн. т) попадает в процессе добычи, транспортировки, переработки и использования в качестве топлива и промышленного сырья, покрывая поверхность тонкой плёнкой, препятствующей нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Кроме того, сточные воды промышленных предприятий и многочисленные аварии танкеров добавляют к этой цифре ещё несколько тысяч тонн.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), в том числе, синтетические моющие средства (CMC), широко применяемые в быту и промышленности. Присутствие CMC в воде придаёт ей неприятный вкус и запах. В загрязнённых реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация CMC в воде в 1 мг/л вызывает гибель планктона, 3 мг/л - гибель дафний и циклопов, 5 мг/л – заморы рыб. CMC являются ксенобиотиками, замедляют естественное самоочищение водоёмов, действуют угнетающе на многие биохимические процессы.

Соли тяжёлых металлов - свинца, меди, цинка, кобальта, сурьмы, олова, висмута, ртути и других, попадающие из атмосферы, со сточными водами промышленных предприятий и сосбросами водного транспорта, являются опасными загрязнителями водоемов. Действие тяжелых металлов во многом обусловлено способностью гидробионтов к биоаккумуляции загрязнителей. Биоаккумуляция загрязнителей организмами - это накопление в тканях живых организмов химических веществ, загрязняющих среду обитания, в результате усвоения их в ходе питания.

Минеральные удобрения, т.е. нитраты, хлориды, сульфаты содержащие макробиогенные элементы, которые, попадая в гидросферу, вызывают эвтрофикацию водоемов.

Радиоактивные вещества и продукты радиоактивного распада - представляют для гидросферы особую опасность и связаны со сбросом и захоронением радиоактивных отходов. Морская вода разъедает контейнеры, и их содержимое оказывается в воде. Радиоактивные вещества аккумулируются планктоном и рыбой, затем по цепям питания передаются другим животным и человеку. Установлено, что радиоактивность планктона в тысячи раз выше, чем воды, в которой он обитает.

Тепловое загрязнение водоемов вызвано сбросом подогретой воды ТЭС и АЭС. Приводит к значительному снижению количества растворенного в воде кислорода, что снижает качество воды, приводит к цветению водоемов и в конечном итоге к их заболачиванию.

Кислотные дожди приводят к закислению водоемов и гибели всей водной экосистемы.

Загрязнение почвы - это снижение продуктивности плодородия и биосферных функций её из-за попадания загрязнителей. Загрязнение почвы происходит и природным путём, однако, наиболее распространено и опасно антропогенное загрязнение. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, пестициды и удобрения, нефть и нефтепродукты, а также радиоактивные элементы.

Твердые отходы - отвалы вскрышных пород при горных разработках, особенно при добыче полезных ископаемых открытым способом; свалки промышленного и бытового мусора; зола из дыма промышленных предприятий и транспорта и т.д.

Пестициды, удобрения, промышленные токсиканты (в том числе ТМ, нефть и нефтепродукты) и болезнетворные бактерии, попадающие в почву со стоками с полей, из навозохранилищ, при нефтедобыче и её транспортировке, со сточными водами промышленных предприятий и отходами транспорта, при выпадении «кислотных» и «радиоактивных» дождей и так далее.

К наиболее опасным загрязнителям почв относится ртуть и её соединения, попадающие в почву с отходами промышленных предприятий и с ядохимикатами. Массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Так, при выплавке каждой тонны свинца в окружающую среду с отходами попадает его до 25 кг. Пестициды и токсиканты, накапливаясь в почве, вызывают гибель почвенных организмов, что нарушает естественный процесс почвообразования. При попадании химических загрязнителей в почве нарушаются сложившиеся соотношения между химическими компонентами, в результате чего экосистемы почвы выходят из равновесия.

6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И КОНТРОЛЬ ЕЁ КАЧЕСТВА

Дата добавления: 2014-01-04