Львів-2009

Л.В. Жук

ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

Затверджено на засіданні кафедри екології та охорони навколишнього середовища Протокол №19 від 19.03.2009 р.

Укладач	Жук Л.В., к.т.н.
Відповідальний за випуск	Мальований М.С., д.т.н., проф.
Рецензенти	Мартиняк О.В., к.т.н., доц. Березюк Д.О., к.т.н., доц.

ЗМІСТ

Лекція 1. Основні екологічні проблеми сучасності
Лекція 2. Біосфера. Екосистеми
Лекція 3. Екологічні фактори
Лекція 4. Забруднення довкілля відходами виробництва
Лекція 5. Методи боротьби зі забрудненнями атмосфери
Лекція 6. Очищення виробничих стічних вод
Лекція 7. Утилізація твердих відходів виробництва і споживання

Лекція 1. Основні екологічні проблеми сучасності

Визначення, завдання, значення і структура екології.

Основні етапи розвитку екології. Українська екологічна школа.

Основні екологічні проблеми сучасності.

Джерела екологічної кризи сучасності та її вплив на біосферу.

Характеристика сучасної екологічної ситуації в Україні.

Концепція сталого розвитку.

Визначення, завдання, значення і структура екології. Екологія – це наука, що вивчає взаємодію організмів та їх угруповань із середовищем існування. Екологія охоплює широке коло теоретичних та практичних питань:

· вивчення різних рівнів біологічної організації (від окремих організмів через популяції та види до екосистем та біосфери в цілому), серед яких основним є рівень екосистем (рис.1.1);

· принципи і закономірності їхньої структури, функціонування та розвитку;

· дослідження суті процесів обміну і перетворення речовини та енергії;

· застосування екологічних знань у справі охорони навколишнього середовища та раціонального використання природних ресурсів.

Рис.1.1. Рівні організації матерії

Термін «екологія» запропонував німецький біолог Ернст Геккель у 1866 році.

Екологія – відносно молода наука, ще не так давно нею цікавилося лише невелике коло фахівців. Однак протягом останніх десятиліть вона почала швидко розвиватись. Цьому сприяла необхідність вирішення таких важливих проблем сучасності, як раціональне використання природних ресурсів, профілактика забруднення середовища промисловими відходами та транспортом, запобігання знищенню природних угруповань, збереження генофонду рослинного і тваринного світу. Екологія дає уявлення про те, яким чином досягти симбіозу техніки, виробництва і природи.

Внаслідок появи нових практичних потреб ускладнюється структура екології, з’являються нові підрозділи. Зараз існує кілька класифікацій основних складових частин екології. Одні автори приділяють більше уваги загально-філософським і культурним аспектам, другі – соціальним, треті – еколого-економічним, четверті – біоекологічній деталізації.

Сучасна екологія, по суті, складається з чотирьох взаємопов’язаних розділів, які поділяють екологію за розмірами об’єктів вивчення:

· аутекологія (екологія організмів) вивчає взаємовідносини окремого організму (особини) або груп особин з навколишнім середовищем. Цей розділ екології займається, головним чином, визначенням меж стійкості виду і його ставленням до різних екологічних факторів. Аутекологія вивчає також вплив середовища на морфологію, фізіологію та поведінку організмів;

· демекологія (екологія популяцій чи видів) вивчає взаємини популяцій чи видів із довкіллям з врахуванням внутрішньопопуляційних та внутрішньовидових процесів. Демекологія пов'язана з вирішенням таких проблем, як механізми регуляції чисельності організмів, оптимальна густота. Цей розділ екології ще називають популяційною екологією;

· синекологія (або біоценологія) вивчає взаємини спільнот живих організмів (на рівні ценозів, екосистем) з довкіллям та їх структурно-функціональну організацію; це вчення про співтовариство рослин, тварин і мікроорганізмів, їхньої взаємодії одного з одним і з середовищем проживання.

· біосферологія, або екологія біосфери (вчення про біосферу) з’ясовує закономірності еволюції біосфери. Це вчення про глобальну екосистему Землі, область системної взаємодії живої та неживої природи.

Існують й інші класифікації розділів екології. Наприклад, за Г.Білявським та В.Бровдієм (1995 р.) екологія складається з таких основних блоків: біоекологія; геоекологія; техноекологія; соціоекологія (рис.1.2).

Основні етапи розвитку екології. Українська екологічна школа. Перший етап (до 1866 р.) – стародавній. Не буде перебільшенням стверджувати, що екологія «існувала завжди». Первісна людина померла б з

Рис. 1.2. Структура сучасної екології

голоду без необхідних їй знань про поведінку й особливості дичини, якби не мала отриманого від предків і набутого самостійно досвіду «взаємовідносин з довкіллям». У наукових працях учених минулого (Теофаста, Арістотеля та ін.) є чимало фактів про вплив кліматичних змін на рослини і тварини, про особливості живих істот, ознаки пристосування до умов середовища проживання тощо. Це період «наївної екології», коли окремі її елементи з’являлися в працях ботаніків, зоологів – період накопичення екологічних фактів.

Екологія дуже довго розвивалася як частина біології, загального вчення про світ живого.

Другий етап (до 30-х років XX ст.) – аутекологічний. Це період виявлення закономірностей у стосунках тварин і рослин з різноманітними абіотичними факторами, внутрішніх екологічних досліджень та визначення «екосистем».

Екологія цього часу базувалася на працях Ч. Дарвіна, О. Гумбольдта, Е. Геккеля, і полягала у дослідженні впливу фізичних (температура, освітлення тощо) та хімічних (склад води та ін.) чинників довкілля на життєдіяльність окремої особини чи цілого виду.

Третій етап (1930 – 1970 рр.) – синекологічний. На цьому етапі досліджувались великі групи організмів (популяцій та їх об'єднань) з точки зору взаємодії окремих особин і популяцій різних видів істот між собою. Великою заслугою цього етапу екології є залучення такого могутнього інструменту як вища математика (насамперед диференціальних рівнянь). Вперше екологи застосували теоретичне моделювання розвитку подій у живому довкіллі.

Саме тоді запроваджено поняття «екосистема», «біогеоценоз», сформульовано основні екологічні закони.

До найвизначніших екологів цього періоду належать такі зарубіжні вчені, як Г.Бердон-Сандерсон, У.Елтон, А.Тенслі С.Форбс, В.Шелфорд та вітчизняні Д.Кашкаров, А.Парамонов, В.Вернадський, С.Сєверцев, В.Сукачов.

Четвертий етап (1970 р. – дотепер) – мегаекологічний, або період глобальної екології. Доміну­ючими стали уявлення про «пов'язаність усього з усім», необхідність одночасного і якнайточнішого врахування взаємодії між собою та з довкіллям усіх видів і варіан­тів живого.

Одночасно виникли і стали стрімко розвиватися десятки галузей, розділів і підрозділів сучасної екології.

Перші спроби екологічного підходу до природоохоронної справи в Україні відомі ще з часів Ярослава Мудрого. В його "Руській правді" – правничому кодексі Київської Русі (початок XI ст.) – вже існувала чітка система правової оцінки використання ресурсів і передбачалася кара за збитки, нанесені довкіллю. За шкоду, заподіяну диким звірам і птахам, каралося так строго, як і за негідні вчинки щодо людини.

В часи Гетьманщини (ХVІ-ХVІІІ ст.) ці природоохоронні традиції зберігалися і поширювалися. Як і в княжі часи, регламентуються охо­рона лісів і байраків, полювання, рибальство, бджільництво та садівництво.

У зібранні Малоросійських прав (1807 р.) сказано: "Хто соколине гніздо пошкодить, підрубає чи навмисно його скине, чи з собою молодих соколів забере... повинен заплатити...".

Вагомим внеском в розвиток української екологічної школи стали дослідження українських чорноземів В.В.Докучаєвим (1846-1903); результати цих досліджень викладено в книзі вченого «Руський чорнозем». Створений і очолюваний ним Ново-Александріївський інститут сільського господар­ства та лісівництва (нині Кіровоградська обл.) став осередком інтенсивного розвитку ґрунтознавства.

Перший науковий центр екологічних досліджень в Україні створено у 1930 році. Це був сектор екології в Інституті зоології та ботаніки Харківського державного університету. Дослідження в галузі екології, виконані в цьому центрі В.В.Станчинським (1930-1940 р.р..), були піонерськими і оригінальними. Його праця «До розуміння біоценозу» (1933 р.) є класичною в області вивчення зв'язків між організмами в ценотичних системах.

Відкриття нашого земляка В. І. Вернадського, який був першим президентом Академії наук України, посідають особливе місце в історії екології. Він доказав наявність широкомасштабного впливу живих організмів на абіотичне середовище, запропонував вчення про біосферу як про оболонку Землі, що визначається присутністю живої речовини. В.І.Вернадський вперше запровадив у вивчення біосфери кількісний підхід, що дозволило об'єктивно оцінити масштаби біогеохімічного кругообігу речовин. Вчення В.І.Вернадського про ноосферу додатково узагальнило численні дані про нерозривність зв'язку людини з природним середовищем.

У повоєнний період увага українських екологів спрямовувалась на вивчення техногенних і урбогенних впливів на природні екосистеми (Ількун, Тарабрін, Кондратюк, Кучерявий).

Екологи України зробили вагомий внесок у розробку методів оцінки рівня радіоактивного забруднення великих територій та обґрунтування заходів зниження екологічних збитків від наслідків аварії на Чорнобильській АЕС.

Основні екологічні проблеми сучасності. Наукові досягнення ХХ століття створили ілюзію про майже повну керованість світом, однак господарська діяльність людського суспільства, екстенсивне використання природних ресурсів, величезні масштаби відходів - все це входить у протиріччя з можливостями планети (її ресурсним потенціалом, запасами прісних вод, здатністю біосфери до самоочищення).

Діяльність людської цивілізації дедалі більше охоплює біотичні й абіотичні ланки довкілля, поступово змінюючи його під свої потреби. (Цей вплив людини на довкілля названо техногенезом, а ті частини біосфери, атмосфери, гідросфери і літосфери, які перебувають під техногенним впливом людської цивілізації, — «техносферою»). Техногенне освоєння значної частини планети Земля, поряд із задоволенням потреб людської цивілізації (освоєння нових ресурсів, створення нових комунікацій, джерел енергії, засобів швидкого пересування і комфортного стилю життя тощо), дедалі більше деформує, пригнічує, руйнує і винищує її біоту, забруднює атмосферу і гідросферу, призводить до деградації ґрунтів, порушує природну цілісність та геохімічну природність земної кори.

Антропогенна діяльність загрожує природі у планетарному масштабі. Згідно зі спеціальною доповіддю «Становище в світі», що публікується щорічно Інститутом спостережень за світом (Worldwatch Institute, USA), основними глобальними екологічними проблемами вважають проблеми енергоресурсів, харчування, знеліснення територій, скорочення біорізноманіття, забруднення атмосфери, коливання клімату, руйнування озонового шару, великої кількості відходів, пандемії СНІДУ.

Енергоресурси. Упродовж ХХ століття споживання енергії та сировини збільшилося більше ніж у 10 разів. За цей час з надр Землі було видобуто корисних копалин більше, ніж за всю попередню історію людства. І потреби в них у найближчі десятиліття збільшаться удвічі, хоча прогноз добування і виробництва енергоносіїв не дає підстав сподіватися на їхню реалізацію.

Харчування. Забруднення і зростаючий дефіцит прісної води може стати однією з перешкод збільшення виробництва сільськогосподарської продукції. Прісна вода становить лише 2% всіх водних ресурсів Землі і її кількість дорівнює 3×10¹⁶ тонн (з них 86% в сніжно-льодових утвореннях, 13% - в підземних водах і тільки 1% - в озерах, річках та ґрунті). На кожного жителя Землі припадає близько 9 тис. м³ води (мова йде про доступну питну воду з річок і озер). Сьогоднішні запаси прісної води на душу населення удвічі менші, ніж були 50 років тому, і в майбутньому вони далі зменшуватимуться.

Для забезпечення населення світу чистою питною водою і каналізацією, які відповідають санітарним нормам, необхідно, за підрахунками вчених, понад 36 млрд. доларів на рік – а це приблизно 4% світових воєнних витрат.

Ще однією складовою проблеми харчування є використання генетично модифікованих організмів (ГМО) – живих організмів, які містять штучно вбудований ген. Приміром, сою збагачують геном петунії (це робить її стійкою до комах), картоплю - геном ґрунтової бактерії (через це її стебла і листя самі виробляють пестициди, смертельні для колорадського жука), отримано також помідори, які можуть зберігатися кілька місяців при температурі +12°С, рис, збагачений каротином і т.д.

ГМО об’єднують три групи організмів – генетично модифіковані мікроорганізми (ГММ), тварини (ГМТ) та рослини (ГМР). З якою метою створено ГМО? Для того, щоб змінити певні агрономічні та фізіологічні характеристики рослин (забезпечити стійкість до окремих гербіцидів, до шкідників та хвороб, до засолення, дії високих та низьких температур); змінити якість кінцевої продукції (колір, склад, тривалість зберігання, термін дозрівання); вирішити питання очищення довкілля від органічних забруднень та від важких металів; забезпечити синтез певних сполук у рослинному організмі (у тому числі й фармпрепаратів) і використати рослину як фабрику для виробництва визначених сполук.

Аргументи висуваються дійсно вагомі – генетично модифіковані продукти врятують людство від голоду, бо трансгени вирощувати значно дешевше і вони дають великі врожаї. Такі продукти начебто корисніші за натуральні – в них штучно підвищують кількість вітамінів та мікроелементів, а на деякі покладено функцію ліків. Так, американські вчені, працюють над виведенням породи ГМ-курей, яйця яких міститимуть речовини, що запобігають онкозахворюванням. Однак вплив ГМО на людський організм до кінця не вивчений. Науковці багатьох країн світу виступають проти поширення цих технологій. Численні дослідження цієї проблеми свідчать, що генетично модифіковані продукти є серйозною небезпекою – і не лише для здоров’я людини, а й для навколишнього середовища. Їхній вплив передбачити неможливо – він детермінований у часі. Але вже зараз доведено, що трансгени, потрапляючи у наш організм, зумовлюють пухлини, алергії, порушення репродуктивної функції.

Станом на сьогодні трансформовано близько 140 видів різних рослин. Водночас комерціалізовано (отримано дозвіл на вирощування у відкритих системах з промисловою метою, на використання як харчових продуктів або як корму для тварин) відносно малу їх кількість. Реально ж на комерційному ринку в останні роки присутні лише генетично модифіковані лінії сої, кукурудзи, ріпаку, бавовнику, люцерни, папайї та гарбуза. Світовим лідером у вирощуванні ГМР є США, Аргентина, Бразилія, Канада і Китай. Площі, що були відведені під різні ГМ культури у 2006 р., становили в цих країнах від 49, 8 млн. га у США до 3,3 млн. га в Китаї.

Скорочення біорізноманіття. Погіршення природного середовища існування призводить до зникнення багатьох живих організмів, що загрожує порушенням екологічного балансу в природі на різних рівнях.

Забруднення атмосфери. Концентрація в атмосфері вуглекислого газу знаходиться на найвищому рівні за останні 160 тис. років і продовжує збільшуватися. Це може призвести до екстремальних природних умов на всій планеті. Фахівці вважають, що близько 80-86% забруднювачів повітря сконцентровано над розвиненими промисловими районами, 10-15% - над містами, 1-2% - над сільською місцевістю, 0,1% - над центральними районами Світового океану. У великих містах за добу осідає ~1,5 тонн пилу на кожен квадратний кілометр, а вже за 100 км від нього - приблизно у 100 разів менше.

Коливання клімату. У 1992 році в Ріо-де-Жанейро Рамкову Конвенцію з питань зміни клімату підписали 160 країн. Прийняття цієї Конвенції є безумовним визнанням того факту, що зміна клімату є глобальною проблемою. Збитки, викликані зміною кліматичних умов та глобальним потеплінням, тільки у 1998 р. становили майже 70 млрд. доларів. Кіотський протокол до Рамкової Конвенції ООН про зміну клімату, схвалений у 1999 р., став значним кроком вперед у спробах вирішити цю проблему. Країни, що увійшли до Додатку 1 Протоколу (розвинуті країни та країни з перехідною економікою) домовились зменшити викиди парникових газів до рівня, меншого на 5% від рівня базового року, у період з 2008 до 2012 року. Для різних країн встановлено різний рівень зниження викидів. Україні необхідно обмежити ріст викидів парникових газів до рівня 1990 року. Зменшення викидів стосується усіх секторів економіки, у т.ч. промисловості, енергетики та транспорту.

Знеліснення територій та спалювання лісів для створення додаткових сільськогосподарських угідь сприяють збільшенню емісії парникових газів.

Руйнування озонового шару. Озон є захисним бар’єром, який зменшує згубну дію жорстких ультрафіолетових променів. Зменшення вмісту озону в атмосфері загрожує захворюваннями людей і тварин, збільшенням кількості шкідливих мутацій, а також зниженням урожаїв сільськогосподарських культур.

Проблема відходів. Збитки від них - це не лише величезні площі землі, зайняті звалищами, териконами, шлакосховищами та ін., а й великі дози токсикантів та радіоактивних забрудників у повітрі, воді та ґрунті.

Пандемія СНІДУ. У нинішньому столітті людство може зіткнутися з безпосередньою загрозою існуванню цілих популяцій. У деяких африканських країнах ВІЛ-інфіковані становлять до 20–25% населення.

Джерела екологічної кризи сучасності та її вплив на біосферу. Першоджерелом і першопричиною бурхливого розвитку глобальної екологічної кризи є, як вважають експерти, демографічний вибух, що, незважаючи на колосальні екологічні резерви біосфери, супроводжується скороченням природних ресурсів, нагромадженням величезної кількості відходів, забрудненням довкілля, хворобами, голодом, вимиранням.

До недавнього часу розвиток людського суспільства і самоочищення навколишнього природного середовища від техногенних забруднень пе­ребували в динамічній екологічній рівновазі. Проте останніми роками інтенсивне зростання населення планети та зменшення термінів, необхідних для збільшення населення планети на 1 мільярд, поряд з іншими чинниками, призвели до різних негативних наслідків, з якими біосфера впоратися не здатна. Так, згідно з підрахунками фахівців, для збільшення населення нашої планети на перший мільярд знадобилося близько 1млн. років, тоді як для другого – всього 75 років (1925 р.). Протягом ХХ століття населення планети збільшилось у 4 рази, і зараз становить понад 6 млрд. чол. (табл.1.1).

Таблиця 1.1

Чисельність населення світу (ХVІ-ХХІ ст.)

Рік	Населення, млн. чол.	Рік	Населення, млн. чол.
		(за прогнозами)

Вирубування лісів, ерозія ґрунтів, катастрофічне забруднення біосфери невпинно супроводжуватимуться вимиранням та зникненням багатьох видів рослин і тварин. А інакше бути не може, оскільки згідно з законом константності біосфери В.Вернадського, кількість живої речовини в біосфері є постійною величиною і при збільшенні чисельності одного виду (тобто, в даному випадку – людей) зменшуватиметься чисельність інших видів).

Природа переживає вплив суспільства за такими напрямами:

· використання компонентів навколишнього середовища як ресурсної бази виробництва;

· вплив виробничої діяльності людей на навколишнє середовище;

· демографічний тиск на природу (збільшення кількості населення, урбанізація, сільськогосподарське використання земель).

Основними джерелами антропогенного забруднення середовища є:

· виробники енергії (ТЕС, АЕС, ГРЕС, сотні тисяч котельних);

· гірничо-видобувні та помислові об`єкти (в першу чергу металургійні, хімічні, нафтопереробні, цементні і целюлозо-паперові);

· екстенсивне, перехімізоване сільське господарство;

· військова промисловість і військові об`єкти;

· автомобільний та інші види транспорту (морський, річковий, залізничний, повітряний).

Вони забруднюють довкілля токсичними речовинами, шкідливими фізичними полями, шумами, вібраціями, надмірним теплом. З розвитком хімії, металургії, енергетики і машинобудування світові почали загрожувати відходи, що містять важкі метали, нітрати, радіонукліди, нафтопродукти, пестициди, синтетичні пральні порошки та інші шкідливі речовини, що не засвоюються мікроорганізмами, не розкладаються, а накопичуються у ґрунтах, водоймах та підземних водах.

Характеристика сучасної екологічної ситуації в Україні. За природними умовами Україна є однією з найбагатших країн світу. Загальна площа України становить 603 628 км², що становить 5,7 % території Європи і 0,44 % території світу. Близько 95% її території – рівнинна частина, а решта 5%. – це гірські системи Карпат та Криму. Ліси займають 19% її території.

За різноманітністю і багатством мінерально-сировинної бази Україна може забезпечити збалансований розвиток базових галузей промисловості і агропромислового комплексу. Україна виробляє близько 5% світового обсягу мінеральної сировини. На її території розвідано близько 8 тис. родовищ майже 90 видів корисних копалин. Потребують промислового освоєння такі види мінеральної сировини, як золото, рідкісні метали (літій, скандій та ін.), алуніти, флюорити, апатити, фосфорити, цеоліти. Багато родовищ залягають у вигідних географічних і еколого-економічних умовах, що підвищує їхню цінність.

Недосконалі технології видобування та переробки мінеральної сировини, незадовільне вирішення питання комплексного освоєння родовищ призводить до того, що в надрах залишається і втрачається: розвіданих запасів нафти – 70%, солей – 50%, вугілля – 40%, металів – 25%. Відходи видобутку і переробки корисних копалин майже не використовуються у народному господарстві і займають при цьому десятки тисяч гектарів сільськогосподарських угідь, ускладнюючи екологічну ситуацію.

Україна з її багаторічною енергетично-сировинною спеціалізацією та низьким технологічним рівнем промисловості належить до числа країн з найвищими абсолютними обсягами утворення та накопичення відходів. Щороку в поверхневих сховищах складується понад 1,5 млрд. т твердих відходів. У різних звалищах, шламосховищах, відвалах і териконах нагромаджено понад 20 млрд. т відходів, які займають близько 130 тис. га земель. Значна кількість відходів (до 90 %) утворюється на підприємствах гірничовидобувної промисловості під час розробки родовищ та збагачення корисних копалин. На сьогодні утилізують лише третину загальної кількості відходів. При цьому частка вторинної сировини в загальному спо­живанні ресурсів не перевищує 15 %.

Така картина є також результатом того, що фінансування природоохоронних заходів здійснювалось за залишковим принципом. Внаслідок цього її економіка перенасичена хімічними, металургійними та гірничорудними виробництвами із застарілими технологіями і значним руйнівним впливом на навколишнє середовище.

Деформована галузева структура виробництва спричинила деформовану його територіальну організацію. Виникли гігантські центри надмірного зосередження промисловості, що характеризуються високим антропогенним впливом на природне середовище. Це насамперед Донбас і Придніпров'я – найбільш забруднені регіони в Європі. В цьому регіоні, а він займає 18% території з 28% населення України, виробляється 40% загального обсягу промислової продукції.

У складному стані перебувають земельні ресурси та ґрунти України. Її земельний фонд (60,4 млн. га) характеризується високим рівнем освоєння. Розораність території становить 56% і є найвищою у світі. Для порівняння, у США цей показник становить 27%, у Франції – 42%, у ФРН – 33%. В середньому на одного жителя України припадає 0,81 га сільськогосподарських угідь і 0,65 га ріллі. Тільки 8% території країни перебуває в природному стані. Це болота, озера та гірські масиви, покриті і непокриті лісом. В Україні всі придатні для інтенсивного землекористування території вже задіяні у різних сферах господарської діяльності.

Одночасно мають місце значні втрати угідь і відведення земель для несільськогосподарських потреб. Упродовж останніх десяти років для державних і громадських потреб відведено понад 360 тис. га земель, в тому числі майже 120 тис. га сільськогосподарських угідь.

Внаслідок екстенсивного розвитку сільського і лісового господарства, водних і хімічних меліорацій відбувається інтенсивний розвиток ерозійних процесів, ущільнення орного шару ґрунту, зниження його родючості, ослаблення стійкості природних ландшафтів України. Стан ґрунтів у цілому досяг критичного і перебуває на грані виснаження. Це зумовлено тривалим екстенсивним використанням земельних угідь, і особливо ріллі, що не компенсувалося рівнозначними заходами з відтворення родючості ґрунтів.

Внаслідок нераціонального застосування засобів хімізації сільського господарства в ґрунтах накопичуються залишки мінеральних добрив і пестицидів. Щороку використовується понад 4 млн. т мінеральних добрив, що в перерахунку на душу населення становить майже 85 кг.

Велике занепокоєння викликає стан водних ресурсів та способи їхнього використання. Поверхневі води України належать здебільшого до дуже забруднених. Найбільш забруднені ріки – Дніпро, Сіверський Донець і ріки Приазов'я. Чорне море, відоме своїми рибними багатствами, за останні тридцять років перетворилося на стічну яму для Європи. До основних забруднювальних речовин належать нафтопродукти, феноли, сполуки фосфору, азоту, ртуті, важких металів тощо. Безкиснева зона, яка у 70-х роках минулого століття займала площу 3,5 тис. км², нині розширилась до 50 тис. км², що становить понад 10 % усієї акваторії Чорного моря. З 26 видів риб, які виловлювали рибалки в 60-ті роки, залишилось лише 5.

Основними причинами, що зумовили сучасний кризовий стан довкілля в Україні, є:

· застарілі технології виробництва з високою енерго- та матеріаломісткістю, що перевищують у два-три рази відповідні показники в розвинених країнах;

· високий рівень концентрації промислових об'єктів у деяких регіонах;

· відсутність ефективних природоохоронних технологій (зворотних систем водозабезпечення, очисних споруд тощо), незадовільний рівень експлуатації існуючих природоохоронних споруд;

· відсутність ефективного правового й економічного механізмів, які сприяли б використанню екологічно безпечних технологічних процесів.

Концепція сталого розвитку. Основним завданням людства на нинішньому етапі є створення економіки, яка не завдає шкоди навколишньому середовищу. У ХХІ столітті мають бути вироблені нові етичні норми, в основу яких покладено екологічні цінності. Основною стратегією поведінки людини в біосфері повинна стати екологічна культура, принципи якої – повага до всього живого, повага до природи, тобто до біосфери та її складових.

У 1992 р. міжнародна конференція країн-членів ООН в Ріо-де-Жанейро рекомендувала, як основу для розвитку світової спіль­ноти, концепцію сталого розвитку. Основою сталого розвитку є узгоджений розвиток біосфери і людської цивілізації, паритетність відносин у тріаді «людина – господарство – природа».

Сталий розвиток повинен забезпечити збалансоване розв’язання проблем соціально-економічного характеру (теперішнього часу і майбутніх поколінь людей) та збереження навколишнього середовища і природно-ресурсного потенціалу, формування умов для відновлення біосфери та її локальних екосистем, орієнтацію на зниження рівня антропогенного впливу на природне середовище і гармонізацію розвитку людини в природі.

Лекція 2. Біосфера. Екосистеми.

Поняття біосфери та її основних складових. Літосфера. Атмосфера. Гідросфера.

Природні ресурси.

Форми та механізми деградації біосфери.

Поняття біосфери та її основних складових. Літосфера. Атмосфера. Гідросфера. Біосфера (від грец. βίος – життя, sjaίra - куля) – область існування живої речовини (за В.І.Вернадським). Біосфера є сукупністю усіх біогеоценозів Землі, єдиною глобальною екологічною системою.

Вперше термін «біосфера» вжив австрійський вчений Е. Зюсс у 1875 р., але поширився цей термін завдяки академіку В.І.Вернадському (1864-1945). Основи його вчення викладено у праці «Біосфера» (1926). За мільярди років існування Землі живі істоти змінили склад її атмосфери, гідросфери і літосфери, створивши, по суті, зовсім нове середовище життя.

В.І.Вернадський визначив біосферу як термодинамічну оболонку з температурами +50…-50^оС і тиском приблизно 760 мм.рт.ст, що відповідає межам життя для більшості організмів. За В.І.Вернадським, верхня межа біосфери знаходиться на висоті до 22 км, охоплюючи тропосферу і нижню частину стратосфери. Знизу біосфера обмежена відкладеннями на дні океанів (до 0,5 км нижче дна океану) до глибини ~11 км і глибиною проникнення в надра Землі організмів і води в рідкому стані (до 5 км) (рис.2.1).

Основними складовими біосфери, за Вернадським, є жива речовина, біогенна, біокосна і косна речовини. Крім того, до складу біосфери входять радіоактивні речовини, які виникають в результаті розпаду радіоактивних елементів.

Однією з найважливіших особливостей біосфери є різноманіття живих організмів, яке є результатом тривалої еволюції. Величезна кількість живих істот (понад 2 млн. видів) знаходяться в надзвичайно складних взаємовідносинах між собою і неживою речовиною. Стійкість біосфери, за Вернадським, полягає у сталості її загальної маси (10¹⁹ т), маси живої речовини (10¹⁵ т), енергії, пов’язаної з живою речовиною (10¹⁸ ккал) і середнього складу всього живого. В.І. Вернадському належить і відкриття такого основного закону біосфери: «Кількість живої речовини є планетною константою з часів архейської ери, тобто за весь геологічний час»).

Біосфера в усі періоди свого еволюційного розвитку постійно змінювалась під впливом різних природних процесів. Наслідком тривалої еволюції стала її здатність до саморегуляції та нейтралізації різних негативних процесів.

Якісно новий етап розвитку біосфери розпочався у сучасну епоху: діяльність людини за своїми масштабами прирівнюється до геологічних процесів. Саме сьогодні настав час, коли розум у найбільш високому розумінні повинен визначати ставлення до навколишнього природного середовища. У 1944 р. В.І. Вернадський сформулював поняття ноосфери, тобто сфери розуму. Ноосфера – це біосфера, перетворена людством відповідно до пізнаних і практично освоєних законів її будови і розвитку.

Біосфера є уявною обо­лонкою земної кулі, до якої належать частини літосфери, атмосфери і гідросфери, заселені живими організмами (рис.2.1).

Літосфера (від грец. lίqoς - камінь; sjaίra - куля) – зовнішня тверда оболонка земної кулі, до якої належать земна кора завтовшки від 6 км (під океанами) до 80 км (гірські системи) і верхній шар мантії. Товщина і будова літосфери також визначаються типом земної кори; товщина літосфери в районі материків становить 150–250 км, під океанами 50–100 км.

Живі організми можуть жити в літосфері на глибині до 5 км.

До складу літосфери входять два найголовніші компоненти – ґрунт і надра Землі. Ґрунт – тонкий верхній шар континентальної земної кори, один із найголовніших ресурсів планети, гігантська екологічна система, яка разом із Світовим океаном вирішально впливає на всю біосферу. Він утворений під впливом рослин, тварин, мікроорганізмів та клімату з материнських гірських порід, на яких він знаходиться.

У ґрунті взаємодіють такі основні компоненти:

· мінеральні речовини (пісок, глина), вода, повітря;

· детрит – відмерла органічна речовина, залишки життєдіяльності рослин і тварин;

· велика кількість живих організмів, які розкладають детрит до гумусу (перегною). Кількість гумусу визначає родючість ґрунту (максимальний вміст гумусу в ґрунтах України може становити 3,5-6%.

Рис. 2.1. Склад біосфери та її межі

Загальний земельний фонд України становить 60,36 млн.га. Територія України розташована в трьох ґрунтово-кліматичних зонах (степова, лісова і полісся) з різними типами ґрунтів (чорноземи, сірі лісові ґрунти, дернисті та торф’яники відповідно). Одним з найбільших природних багатств України є чорноземи. Вони становлять майже 50% світового банку чорноземів. Розорані землі в Україні займають близько 85% від площі степів і лісостепів. Посівні площі становлять 33,5 млн.га.

Середня товщина шару родючого ґрунту в Україні становить 15-20 см (максимальна його товщина може сягати до 2 м).

Надра – частина природного середовища, яка знаходиться під земною поверхнею. Надра є мінеральною основою біосфери; для людини надра – традиційний об’єкт для добування корисних копалин: паливних (вугілля, нафта, горючі сланці), рудних (залізо, алюміній, мідь, олово та ін.) і нерудних (фосфорити, апатити та ін.), природних будівельних матеріалів (вапняки, піски, гравій та ін.).

Атмосфера (від грец. άtmός - пара й sjaίra - куля)– це газова оболонка Землі. За своїми фізичними властивостями вона є неоднорідною як за висотою, так і по горизонталі, хоча горизонтальна неоднорідність проявляється значно слабше. Середній тиск атмосфери на поверхню Землі на рівні моря дорівнює 760 мм рт. ст. Щільність і тиск атмосфери зменшуються з висотою: біля поверхні Землі середня щільність повітря дорівнює 1,22 кг/м³, на висоті 10 км – 0,41 кг/м³, а на висоті 100 км – 8,8 х 10^-7 кг/м³.

Маса атмосфери нашої планети становить 5,3 · 10¹⁵ т, тобто дорівнює лише одній мільйонній маси Землі (маса Землі дорівнює 5,974 ∙ 10 ²¹ т). Проте її роль у природних процесах біосфери є надзвичайно великою; вона визначає загальний тепловий режим поверхні нашої планети, захищає її від шкідливих космічного та ультрафіолетового випромінювань.

До складу атмосфери належать азот (~78%), кисень (~21%), аргон (~0,93%) і вуглекислий газ (~0,03%). Не більше 0,04% становлять разом водень, неон, гелій, метан, криптон та інші гази. Приблизно до 200 км основним компонентом повітря є азот. На висоті понад 600 км основним компонентом є гелій, а понад 2 000 км – водень, що утворює навколо Землі так звану водневу корону.

Кожний газ виконує свою функцію. Кисень забезпечує дихання і горін­ня. Азот входить до складу білків – речовин, з яких складаються всі живі організми. Вуглекислий газ — один з основних компонентів процесу фотосинтезу рослин. Озон – газ, що поглинає основну частину шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Якби атмосфери не існувало, середня температура поверхні Землі складала б –23°С, фактично ж вона дорівнює 14,8°С.

Згідно з номенклатурою, прийнятою Комісією з аерології Всесвітньої метеорологічної організації у 1961 році, земна атмосфера за характером температурної стратифікації (розподіленням температури за висотою) поділяється на 5 основних шарів: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера і екзосфера і 4 перехідні шари: тропопауза, стратопауза, мезопауза і термопауза (табл.2.1).

Тропосфера ( від грец. τρόπος – поворот й sjaίra - куля ) – нижня область земної атмосфери між земною поверхнею і тропопаузою, що характеризується пониженням температури повітря з висотою в середньому на 6,5°С/км. В полярних і середніх широтах висота тропосфери сягає 8 – 12 км, а у тропіках – 16 – 18 км. У тропосфері зосереджена основна маса атмосферного повітря – від 75 % у середніх і полярних широтах до 90% - у тропіках.

Тропопауза (товщина 1 – 2 км) – перехідний шар між тропосферою та стратосферою, що є основою інверсійного або ізотермічного розподілу температури в стратосфері.

Таблиця 2.1

Характеристика основних шарів атмосфери

Шар	Висота над поверхнею Землі Н, км	Температура t, ^0С	Градієнт Δt, ^0С /км
Нижня межа	Верхня межа	нижня	верхня
тропосфера	поверхня Землі	~ 12 ─ 13		-56	-6,5
тропопауза	~12 ─ 13	~ 14	-56	-56	0,0
стратосфера	~ 14 ~ 20	~ 20	-56 -56 -44	-56 -44 -2,5	0,0 +1,0 +2,8
стратопауза			-2,5	-2,5	0,0
мезосфера			-2,5 -58	-58 -86	-2,8 -2,0
мезопауза			-86	-86	0,0
термосфера		~ 450	-86	~ +1200	»0
термопауза	не визначена
екзосфера	~ 450	~20 000

Стратосфера (від лат. stratum – шар і сфера) – шар атмосфери на висоті від 8-16 до 55 км, в якому температура переважно зростає з висотою або залишається сталою. Зростання температури з висотою у середній і верхній частинах стратосфери зумовлено поглинанням ультрафіолетової сонячної радіації озоном. (атмосферний озон переважно міститься у стратосфері, тому цей шар називають ще озоносферою).

Озоновий шар є найважливішою складовою частиною атмосфери, що впливає на клімат і захищає все живе на Землі від випромінювання Сонця. Основна маса озону перебуває на висотах від 10 до 50 км, а його максимум – на висоті 18-26 км. Усього в стратосфері втримується 3,3 трильйони тон озону. Озон перебуває в дуже розрідженому стані; якщо б гіпотетично всю кількість озону зібрати безпосередньо навколо Землі, то товщина цього шару склала б усього 2,5–3 мм.

Мезосфера ( від грец. μέσος – середній, серединний і сфера ) – шар атмосфери на висоті від 55 до 80 км, характеризується зниженням температури з висотою, яке відбувається внаслідок охолодження цього шару інфрачервоним випромінюванням озону й вуглекислого газу.

Термосфера (від грец. θέρμη – жар і сфера) – шар атмосфери, який розміщується на висоті понад 95 км і сягає до 450 км, у якому температура збільшується з висотою. Нижньою частиною термосфери є іоносфера (від 95 до 500 км). Вміст іонів у багато разів більший, ніж у верхніх шарах термосфери (незважаючи на сильне розрідження повітря), і на висоті приблизно 100 - 400 км становить ~ 10 ¹⁵ – 10 ⁶ на 1 см³. Іонізація газів в іоносфері відбувається завдяки дії ультрафіолетового випромінювання Сонця, і спричиняє їх світіння та виникнення полярного сяйва.

Від ступеню іонізації повітря залежить його електропровідність. В іоносфері електропровідність повітря у 10¹² разів більша, ніж біля земної поверхні.

В іоносфері відбувається поглинання, заломлення і відбивання радіохвилі; хвилі довжиною λ=20м взагалі не проникають крізь іоносферу, а відбиваються шарами з невеликою концентрацією іонів у нижній її частині – на висоті 70 – 80 км. Середні і короткі хвилі відбиваються верхніми іоносферними шарами. Саме внаслідок відбивання радіохвиль у іоносфері можливий дальній радіозв’язок на коротких хвилях.

Екзосфера (від грец. έξω – зовні, і сфера)– зовнішня оболонка земної атмосфери, починається з висоти близько 1000 км, переходить у міжпланетний простір. Густина повітря в екзосфері є настільки малою, що молекули і атоми можуть вільно викидатись у міжпланетне середовище.

Криву розподілення температури в атмосфері за висотою (криву стратифікації) будують на основі вимірювань за допомогою радіозонду, літака або ракети. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами.

Гідросфера (від грец. ϋδωρ – вода й sjaίra - куля) – це водна оболонка Землі, до якої належать:

- Світовий океан;

- води суходолу (ріки, озера, болота, льодовики)

- ґрунтові та підземні води;

- волога атмосфери.

Гідросфера тісно пов’язана з іншими геосферами Землі – атмосферою і літосферою. Вода на Землі знаходиться в безперервному русі. Кругообіг води об’єднує усі геосфери, утворюючи в цілому замкнену систему: океан – атмосфера – суходіл.

Загальний обсяг води на планеті оцінюється 1 386 млн. км³, з них 97,5% зосереджено в океанах (рис.). Решта 2,5% становлять крижані шапки полюсів, ґрунтові та підземні води, прісноводні водойми й річки, а ще вода, яка міститься у атмосфері (0,001% від загального об’єму). Найбільший об’єм неокеанічної води зосереджено у крижаних шапках полюсів та льодовиках (86%), а 14% зосереджено в поверхневих та підземних водах. Лише 1% прісної води – це озера, річки, ґрунтові води.

Вода є найпоширенішою неорганічною сполукою на планеті, основою усіх процесів. Живі організми містять до 80-90% води; втрата ними 10-20% води призводить до їхньої загибелі. Для нормального здійснення функцій організму необхідно близько 2 л води на добу.

Вода гідросфери містить майже всі хімічні елементи. Середній хімічний склад її близький до складу океанічної води, у якій переважають хлориди. У водах суходолу переважають карбонати. Вміст мінеральних речовин (солей) у воді – солоність – коливається залежно від клімату і місцевих умов та вимірюється у тисячних частинах грама - проміле (°/оо).

Рис. 2.2. Класифікація природних ресурсів

Середня солоність Світового океану близько 35 °/оо, тобто в кожному кілограмі води міститься в середньому 35 г солей. Звичайно води суходолу слабко мінералізовані – прісні (солоність рік і прісних озер від 0,5 до 1 °/оо. Відомі водойми, вміст солей у яких є майже таким, як у дистильованій воді (це, зокрема, сфагнові болота; солоність становить не більше 0,01 °/оо). Середня солоність океанічної води близько 35 °/оо, солоність морської води коливається від 1-2 °/оо (Фінська затока Балтійського моря) до 41,5 °/оо (Червоне море). Найбільша концентрація солей природних водойм – у солоних озерах (Мертве море до 260 °/оо) і Тамбуканському озері на Кавказі (347 °/оо). Дві крайні величини солоності – 0,010 °/оо та 347 °/оо визначають діапазон солоності природних водойм, у межах якого можливе життя.

Природні ресурси – це найважливіші компоненти навколишнього при­родного середовища, які використовують для задоволення матеріальних і культурних потреб людини. Вони поділяються на невичерпні і вичерпні (рис.2.2). Біосфера землі є замкненою системою з відносно сталою масою і обмінюється з космічним простором лише енергією. Тому людству необхідно враховувати її здатність до само відтворення своєї біопродуктивності та вичерпність запасів невідновних ресурсів. Потрібно економно і раціонально використовувати природні ресурси, свідомо відмовляючись від надлишків. Подальший розвиток життя на Землі залежить від наявності природних ресурсів, простору для життя і об’єктів для задоволення культурних та інших потреб.

Форми та механізми деградації біосфери. Антропогенне забруднення атмосфери. Існує два головних джерела забруднення атмосфери: природне і антропогенне. Природне джерело – це вулкани, пилові бурі, лісові пожежі, процеси розкладання рослин і тварин.

До основних антропогенних джерел забруднення атмосфери належать підприємства паливно-енергетичного комплексу, промислові підприємства і транспорт.

Сучасний розвиток людського суспільства характеризується надзвичайно інтенсивним зростанням чисельності населення, а, отже, й зростанням енергетичних потреб. Упродовж XX ст. з надр Землі видобуто корисних копалин більше, ніж за всю попередню історію людства. Внаслідок їхнього використання відбувається викидання в атмосферу великої кількості шкідливих газів (сірчаний ангідрид, оксид сірки, оксиди азоту, вуглеводні, сажа, яка є носієм смолистих речовин, пил і зола, які містять солі важких металів) в атмосферу. Результатом цього є парниковий ефект та глобальне потепління, випадання кислотних опадів, утворення озонових дір, виникнення смогів.

Парниковий ефект. Температура на Землі підтримується завдяки балансу між нагріванням Землі сонячним промінням та охолодженням після повернення енергії в космос. Підтримання енергетичного балансу відбувається завдяки так званим парниковим газам. Ці гази функціонують так, як скло в теплицях: дають можливість інфрачервоним променям потрапляти всередину і затримують їх, забезпечуючи стабільну температуру (рис.2.3).

Існує 6 основних парникових газів:

· вуглекислий газ CO₂. Його внесок у парниковий ефект становить понад 50%. Збільшення концентрації CO₂відбувається внаслідок знищення лісів (щороку в світі знищується від 16 до 20 млн. га лісів. Наявна на сьогодні фітомаса планети здатна поглинути лише 60% від загальної кількості парникових газів) і спалювання нафти, газу, вугілля (щороку в світі спалюється ~3,2 млрд. т нафти і нафтопродуктів);

· водяна пара Н₂О. Потепління, що відбувається через дію інших парникових газів, збільшує випаровування та зумовлює підвищення кількості водяної пари в атмосфері;

· метан СН₄. Найбільшими джерелами викидів метану є рисові поля, домашня худоба, анаеробна ферментація сміття, добування вугiлля та транспортування природного газу. Метан є також супутнiм продуктом розкладання бiомаси та неповного згорання палива;

· закис азоту N₂O. Антропогенними джерелами емiсiї N₂O є сiльськогосподарська обробка ґрунтів, особливо використання азотовмiсних добрив; спалювання викопного природного палива; виробництво адiпiнової (нейлонової) та азотної кислот; спалювання бiомаси.

· озон;

· хлорфторвуглеці. На відміну від решти парникових газів вони синтезовані людиною.

Парниковий ефект взагалі є природним явищем. Він позитивно впливає на всі екосистеми та стабілізує температуру атмосферного повітря. Однак, збільшуючи викиди парникових газів в атмосферу, людина порушує баланс, що склався впродовж тривалого часу. Наслідком парникового ефекту є глобальне потепління клімату.

Підвищення середньої температури Землі на 1,5°С (а це можливо, за науковими прогнозами, у 2025 році), викличе підняття рівня Світового океану на 25 см. Підвищення на 0,7–0,8°С у природі раніше відбувалося упродовж тисячі років, а останнім часом – упродовж 100 років!

Загроза глобального потепління спонукала політиків прийняти міжнародні угоди (Рамкова конвенція ООН про зміну клімату 1992 р. і Кіотський протокол 1999 р.) про зниження темпів приросту викидів цього газу в атмосферу. Саме – темпів приросту! Ніхто не сподівається, що вдасться зменшити самі викиди. Якщо розвинені країни останніми роками почали зменшувати викиди парникових газів, то в країнах, що розвиваються (насамперед – Китай і Індія), відзначається протилежна тенденція. Викиди вуглецю в цих країнах в кінці XX століття на 70% перевищили рівень 1986 р. Ймовірно, що це призведе до зростання викидів в атмосферу вуглецю до 2010 р. на 40% порівняно з рівнем 1990 р. А це означає, що середня температура повітря на Землі до кінця XXI століття може зрости на 2–4,5°С.

Рис. 2.3. Схема парникового ефекту

Чому після цієї позначки вже немає шляху назад, чому клімат не зможе повернутися у звичний для нас стан? Річ у тому, що після перетинання температурою критичної межі 2°С спрацюють фізичні механізми, дія яких (уже без втручання людини) призведе до різкого посилення парникового ефекту, тобто розпочнуться необоротні зміни стану атмосфери Землі та пов’язані з цим кліматичні катаклізми.

Із фізики відомо, що розчинність газів у воді зменшується з підвищенням її температури – у діапазоні 10–20°С розчинність СО₂ зменшується на 3% на кожен градус підвищення температури води. У Світовому океані міститься величезна маса вуглекислого газу – близько 140 трлн. тонн (в 60 разів більше, ніж в атмосфері). Таким чином, при підвищенні температури води океану в атмосферу може виділитися величезна додаткова кількість СО₂, що в багато разів перевищуватиме ту, яка викидається за рахунок діяльності людини. Це різко посилить парниковий ефект, отож температура атмосфери підвищиться ще більше. І далі цього процесу вже не зупинити – за підвищенням температури повітря знову йтиме підвищення температури Світового океану, і знову в атмосферу буде викинуто величезну кількість вуглекислого газу – «маховик» процесу не зупинити!

При глобальному потеплінні в атмосфері збільшуватиметься і вміст водяної пари, що також посилить парниковий ефект.

За рахунок цього процесу відбуватиметься танення льодовиків, і на величезних територіях утворяться болота, одним із продуктів життєдіяльності яких є метан. Тобто з’являється ще один механізм розігрівання атмосфери.

Таким чином, варто людині перетнути межу – як далі розпочинається ланцюгова реакція і кліматичну систему вже не вдасться повернути в попередній стан. Підраховано: з середини XVIII століття середня температура повітря при поверхні землі вже підвищилася більш ніж на 1,2 градуса за Цельсієм, отже, до фатальної межі нам залишилося зовсім мало!

Руйнування озонового шару. Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Надходить ця енергія на Землю у вигляді світла видимого частини спектру випромінювання, а також інфрачервоного (або теплового) та ультрафіолетового (УФ) випромінювань.

УФ-випромінювання є найбільш фізіологічно активним, тобто інтенсивно діє на живу речовину. Весь потік УФ-випромінювання Сонця, що надходить до земної атмосфери, умовно поділяють на три діапазони: УФ(А) (довжина хвилі 400–315 нм), УФ(В) (315–280 нм) і УФ(С) (280–100 нм). УФ(В)- і УФ(С)-випромінювання, так званий «жорсткий ультрафіолет», є надзвичайно шкідливими для всього живого: вони призводять до порушення структури білків та нуклеїнових кислот і врешті-решт до загибелі клітин.
Що ж захищає біосферу від згубної дії «жорсткого ультрафіолету»?

На висотах 10-50 км над земною поверхнею міститься озон. Він утворюється в стратосфері за рахунок двохатомного кисню (О₂), що поглинає «жорстке» УФ-випромінювання: енергія УФ(В)- та УФ(С)-випромінювань затрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню (ЗО₂ 2О₃), і тому до поверхні Землі вони не доходять; туди проникає лише суттєво послаблений потік «м'якого» УФ(А)-випромінювання. Від його негативної дії наш організм захищається, синтезуючи в шкірі шар темного пігменту меланіну (загар). Однак ця речовина утворюється досить повільно. Тому тривале перебування на сонці, коли шкіра ще не насичена меланіном, викликає її почервоніння, головний біль, підвищення температури тіла тощо.

Озоновий шар в атмосфері Землі з'явився на початку її геологічної історії, коли в повітря став надходити кисень, що вироблявся в процесі фотосинтезу мікроскопічними морськими водоростями. За розрахунками вчених, коли вміст кисню в атмосфері досяг приблизно 10 % від сучасного, сформувався озоновий шар, і життя змогло вийти з моря на суходіл (до цього поверхня суходолу була випалена, стерилізована ультрафіолетом).

Серед основних причин послаблення озонового щита, викликаного антропогенною діяльністю – запуск космічних ракет (під час запуску системи «Спейс-Шатл» викидається 346 т водяної пари, 187 т хлору і його сполук, 7 т азотних оксидів) та рух літаків, які викидають велику кількість оксидів азоту; надмірне і неконтрольоване внесення мінеральних (азотних) добрив, які є джерелом утворення оксидів азоту. Потужним джерелом руйнування озонового шару є хлорфторвуглеці (ХФВ), або фреони.

Фреони вже понад 60 років використовуються як холодоагенти в холодильних установках і кондиціонерах, як пропеленти (гази, що виштовхують продукти харчування або косметичні засоби з упаковки) в аерозольних сумішах, піноутворювальні речовини у вогнегасниках, при виготовленні полістиролового одноразового посуду, а також як розчинники. Раніше фреони вважались ідеальними для практичного застосування, оскільки є стабільними і неактивними, а отже, нетоксичними. Але саме інертність цих сполук робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФВ не розпадаються у тропосфері, а проникають (разом з потоками повітря) у стратосферу.

Потрапивши на висоту ~25 км, де концентрація озону максимальна, ХФВ піддаються інтенсивному впливу ультрафіолетового випромінювання (рис. 2.4), що не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафіолет руйнує стійкі у звичайних умовах молекули фреонів, які розпадаються на компоненти з високою реакційною здатністю, зокрема, атомарний хлор. При руйнуванні озону хлор діє як каталізатор: під час хімічної реакції його кількість не зменшується. Внаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 100 000 молекул озону перш ніж буде дезактивований або повернеться в тропосферу. Зараз викид фреонів в атмосферу обчислюється кількома мільйонами тонн, але навіть у гіпотетичному випадку повного припинення виробництва й використання ХФВ негайного результату досягти не вдасться: дія фреонів, які вже потрапили в атмосферу, буде тривати кілька десятиліть. Вважається, що час життя в атмосфері для двох найбільш широко використовуваних ХФВ: фреону-11 (CFCl₃) і фреону-12 (CF₂Cl₂) становить 75 і 100 років відповідно.

Природним джерелом надходження хлору в атмосферу є вулканічні викиди.

Проблема охорони озонового шару регулюється Віденською конвенцією про охорону озонового шару (1985 р.) та Монреальським протоколом про охорону атмосферного озону (1987 р.), підписаним 56 країнами. Вони передбачають гнучкі заходи зі скорочення викидів озоноруйнувальних речовин: скорочення та припинення виробництва ХФВ, економічні заходи, обмін технологіями та фінансову допомогу.

Кислотні дощі. Оксиди сірки і азоту, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи теплових електростанцій (ТЕС) та автомобільних двигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють дрібні крапельки сірчаної та азотної кислот, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Кислотними називають взагалі будь-які опади — дощ, сніг, туман, якщо значення їх рН становить менш ніж 7,0. Кислотні дощі мають значення рН частіше в межах 4,1-2,1, а в деяких випадках навіть менше ніж 2,1. Ще 100 років тому значення рН дощової води дорівнювало 7, тобто опади були нейтральними.

Кислотні опади вкрай шкідливо впливають на довкілля:

- знижується врожайність сільськогосподарських культур через ушкодження листя кислотами;

- з ґрунту вимиваються кальцій, калій і магній, що призводить до його деградації;

- гинуть ліси (найчутливішими до кислотних дощів є кедр, бук і тис);

- отруюється вода озер і ставків, гине риба, зникають комахи;
щезають водоплавні птахи і тварини, що живляться комахами;

- загибель лісів спричинює зсуви ґрунту в гірських районах;

- прискорюється руйнування пам'яток архітектури, споруд, особливо тих, що побудовані з вапняку, та оздоблених мармуром;

- збільшується захворюваність людей (хвороби очей та органів дихання).

Кислотний сніг завдає ще більшої шкоди, ніж дощ, оскільки він може накопичуватись упродовж тривалого часу, що призво­дить до значного закиснення ґрунту під час танення снігу навесні. Кислот­ність талої води може бути в десятки разів вищою від кислотності води дощової.

Смоги. Окремо взяті речовини, що забруднюють повітря, є менш небезпечними, ніж їхні суміші.Хімічні реакції, що відбуваються безпосередньо в повітрі, спричиняють виникнення димних туманів – смогів (від англ. smoke – дим і fog – туман). Смоги виникають за певних умов: по-перше, при великій кількості пилу і газів у повітрі; по-друге, при тривалому існуванні антициклональних умов погоди, за яких забруднювачі накопичуються в приземному шарі атмосфери. Назва «смог» стала відомою після грудня 1952 року, коли в Лондоні утворився туман, який зумовив велику кількість смертельних випадків. У холодній повітряній масі міста сформувалася інверсія; промислові дими, що продовжували надходити в атмосферу, змішалися з насиченим вологою повітрям і утворили над містом густу хмару з високим вмістом оксидів сірки. Такий стан в атмосфері спостерігався більше двох тижнів, протягом яких зафі­ксовано майже 4000 смертельних випадків. Наприкінці 1962 року в Рурі (ФРН) смог убив за три дні 156 осіб. Смоги, що виникають у зимову пору року, одержали назву лондонських.

Відомі ще так звані лос-анджелеські, або фотохімічні смоги, які виникають у літній період. За умови інтенсивного впливу сонячної радіації у насиченому вихлопними газами автомобілів повітрі проходять складні реакції з утворенням нових високотоксичних забруднювачів – фотооксидантів (озон, органічні перекиси, нітрити та ін.), що подразнюють слизові оболонки шлунково-кишкового тракту, легенів та органів зору. Тільки в Токіо смог викликав отруєння 10 тис. осіб у 1970 році та 28 тис. у 1971 р.

Антропогенне забруднення літосфери. У процесі еволюції людина почала змінювати поверхню землі; особливо великих обсягів ці зміни досягли за останні шістдесят років. Після 1950 р. в усьому світі почався швидкий процес урбанізації, який зумовив збільшення чисельності міського населення. У цей час інтенсивно розвивалася господарська інфраструктура, що супроводжувалося серйозними змінами поверхні літосфери – будувалися залізничні та автомобільні шляхи, прокладалися нафтопроводи, лінії електропередач та зв’язку.

90% великих водосховищ світу побудовані також після 1950 р. Крім водосховищ побудовано канали великої протяжності, мережі дрібних каналів, а також дренажні системи. У мережах зрошувальних і дренажних каналів відбуваються активні ерозійні процеси.

Поверхня літосфери порушується і під час гірських розробок та створення кар’єрів, а також під час геологорозвідувальних робіт, які супроводжуються копанням шурфів, бурінням свердловин, проведенням вибухових робіт при проведенні геологічної розвідки. Це зумовлює, як правило, активізацію небезпечних стихійних природних явищ: завалів, просідання ґрунту, створення умов для формування снігових лавин, сприяння збільшенню поверхневого стоку.

На сучасному етапі розвитку відбувається великомасштабне втручання людини в систему водо-, нафто- і газоносних горизонтів літосфери, які розташовані на різних глибинах. При цьому вплив на літосферу здійснюється кількома шляхами.

Частина поверхневого стоку переводиться у підземний при:

· зрошуванні. Під час зрошування в магістральних каналах і безпосередньо на полях даремно витрачається до 30% води. У результаті на більшій частині зрошувальної території відбувається піднімання рівня ґрунтових вод і навіть виникають заболочені території;

· підтопленні земель у районі водосховищ. Таке піднімання рівня ґрунтових вод і заповнення ненасиченої зони зумовлюють зміни механічних властивостей ґрунту, сприяють руйнуванню берегів водосховищ, розвитку суфозії – вимивання з ґрунту мінеральних частинок, просідання верхніх шарів ґрунту та утворення порожнин;

· переведення частини поверхневого стоку в підземний вини­кає в усіх населених пунктах в результаті роботи водогінної та каналізацій­ної систем. При цьому виникають руйну­вання фундаментів, осідання ґрунтів, розвивається суфозія;

· закачування за­бруднених відпрацьованих вод у глибокі свердловини та закачу­вання гарячої води і пари в нафтові свердловини з метою збільшення нафтовіддачі пласту. Обсяги негативних наслідків таких закачувань величезні.

Потужним засобом впливу на літосферу є відкачу­вання води з різних горизонтів підземних вод для водопостачання.

Вторгненням у літосферу є добування на­фти і газу. За період розвитку нафтогазових родовищ пробурено тисячі таких свердловин глибиною до 2 км, і на їхньому місці виникли великі депресійні урвища; розкрито і розгерметизо­вано глибокозалеглі водо-, нафто- і газоносні горизонти.

Крім розвідувальних і промислових свердловин досить гли­бокі горизонти надр пронизують шахти з видобування корисних копалин: вугілля, поліметалічних руд, солей. Утворені підземні пустоти весь час зростають за об'ємами і площами і зумовлюють про­сідання ґрунту. На більшості підприємств із видобутку вугілля, на жаль, не практикується заповню­вати вироблений підземний простір.

Райони видобутку нафти, газу та вугілля є джерелами виділення в атмосферу метану, який є одним із чинників утворення парникового ефекту.

У нормальних природних умовах усі процеси, які відбува­ються в ґрунті, знаходяться у рівновазі. Основним фактором порушення рівноваги стану ґрунту є антропогенний. У резуль­таті розвитку господарської діяльності людини відбувається еро­зія, дефляція (вітрова ерозія), заболочування, засолення і забруднення ґру

Дата добавления: 2014-01-07