Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение

используют единицы - биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт

(Зв): 1 Зв = 100 бэр. Так как радиоактивное излучение может вызвать

серьезные изменения в организме, каждый человек должен знать допустимые его

дозы.

В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года в

среднем получает дозу 0,1 бэр и, следовательно, за всю свою жизнь около 7

бэр. В этих дозах облучение не приносит вреда человеку. Однако есть такие

местности, где ежегодная доза выше средней. Так, например, люди, живущие в

высокогорных районах, за счет космического излучения могут получить дозу в

несколько раз большую. Большие дозы излучения могут быть в местностях, где

содержание естественных радиоактивных источников велико. Так, например, в

Бразилии (200 км от Сан-Паулу) есть возвышенность, где годовая доза

составляет 25 бэр. Эта местность необитаема.

Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в

результате деятельности человека. В настоящее время радиоактивные элементы

достаточно широко используются в различных областях. Халатное отношение к

хранению и транспортировке этих элементов приводит к серьезным

радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное заражение биосферы связано,

например, с испытаниями атомного оружия.

Во второй половине нашего столетия начали вводить в эксплуатацию атомные

электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При

нормальной эксплуатации объектов атомной энергии и промышленности

загрязнение окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет ничтожно

малую долю от естественного фона. Иная ситуация складывается при авариях на

атомных объектах.

В настоящее время все острее встает проблема складирования и хранения

радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С

каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды.

Таким образом, использование ядерной энергии поставило перед человечеством

новые серьезные проблемы.

3. Химическое загрязнение биосферы.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы:

промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих

источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от

места. Сейчас общепризнанно, что 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, кото рые выбрасывают в воздух

оксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора,

частицы и соединения ртути

и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попа дают в

воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления

жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных

отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие

непосредственно в

атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних..

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.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания

серусодержащего топлива или переработки сернистых руд

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. Пирометаллургические предприятия цветной и

черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки

миллионов тонн серного ангидрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или

вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются

предприятия по изготовлению искусственного волокна,

сахара,коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.

д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются

предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты,

анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являютсяпредприятия 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.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий,

производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические

красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду.

3.1 АЭРОЗОЛЬНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном

состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно

опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В

атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы

или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при

взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром.

Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе

производственной деятельности людей.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха

являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные

фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.

Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные

отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала,

преимущественно вскрышных пород. Источником пыли и ядовитых газов служат

массовые взрывные работы.

При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие

скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое

воздуха.

Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно

над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения

слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс

и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы

сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко

возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвнстного

в природе фотохимического тумана.

3.2 ФОТОХИМИЧЕСКИЙ ТУМАН (СМОГ)

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов

и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав

основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы,

многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в

совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате

фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере

высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей,

интенсивной солнечной радиации и безветрия иличень слабого обмена

воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной

инверсии. Смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом,

Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому

воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и

кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти

городских жителей с ослабленным здоровьем.

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, как неорганической (минеральные

соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы

(нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные

вещества, пестициды).

Неорганическое загрязнение Основными неорганическими (минеральными)

загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические

соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка,

свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в

воду в результате человеческой деятельности. К опасным загрязнителям водной

среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие

широкий диапозон рН промышленных стоков ( 11,0 - 11,0). Среди основных

источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными

элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское

хозяйство. 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 не только

минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Сточные

воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное

органическое вещество, пагубновлияютна 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. Одним

из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является

содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие

оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению

содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества - жиры,

масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая

препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень

насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ,

большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки

вместе с промышленными и бытовыми стоками.

Количество в мировом стоке загрязняющих веществ, млн.т./год:

1. Нефтепродукты………………………………………….26,563

2. Фенолы…………………………………………………...0,460

3. Отходы производств синтетических волокон………….5,500

4. Растительные органические остатки……………………0,170

5. Всего………………………………………………………33,273

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным

строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной

эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами.

Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых

болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что

требуют для своего разложения много кислорода.

4. Приоритетные загрязнители

4.1 ТЯЖЕЛЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам,

наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих

веществ, получил в последнее время значительное распространение. В

различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение

этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе

тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев

принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса,

плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень

вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под

определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким

(например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды

и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам

относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной

массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn,

Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых

металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых

организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к

биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под

это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута,

биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют

в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По

классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью

более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni,

Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество

элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической

деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и

загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не

равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит

сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями

приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в

ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в

перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на

фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы

поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой

группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской

Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о

выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb

были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от

тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно,

остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных

работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au,

Mn.

Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В

зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал,

наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в

состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений,

которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить

в состав минеральных и органических взвесей.

Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма

разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической

полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и

комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как

каталитические свойства металлов, так и доступность для водных

микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.

Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти

комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных

водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и

являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями

железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых

металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной,

слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы

способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния.

Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь

поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в

природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую

доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание,

но и долю свободных и связанных форм металла.

Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три

следствия:

1. Может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за

счет перехода его в раствор из донных отложений;

2. Мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться

от проницаемости гидратированных ионов;

3. Токсичность металла в результате комплексообразования может сильно

измениться.

Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы.

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных

водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и

токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю

связанных и свободных форм. Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами

служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей,

черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы

входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со

стоком с сельскохозяйственных угодий. Повышение концентрации тяжелых

металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения,

например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению

значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и

органических веществах состояния в свободное. Прежде всего представляют

интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду

использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в

результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с

точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним

относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово,

сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Биогеохимические свойства тяжелых металлов

|Свойство |.Cd. |.Co.|.Cu.|.Hg.|.Ni.|.Pb.|.Zn .|

|Биохимическая активность |В |В |В |В |В |В |В |

|Токсичность |В |У |У |В |У |В |У |

|Канцерогенность |— |В |— |— |В |— |— |

|Обогащение аэрозолей |В |Н |В |В |Н |В |В |

|Минеральная форма |В |В |Н |В |Н |В |Н |

|распространения | | | | | | | |

|Органическая форма |В |В |В |В |В |В |В |

|распространения | | | | | | | |

|Подвижность |В |Н |У |В |Н |В |У |

|Тенденция к |В |В |У |В |В |В |У |

|биоконцентрированию | | | | | | | |

|Эффективность накопления |В |У |В |В |У |В |В |

|Комплексообразующая |У |Н |В |У |Н |Н |В |

|способность | | | | | | | |

|Склонность к гидролизу |У |Н |В |У |У |У |В |

|Растворимость соединений |В |Н |В |В |Н |В |В |

|Время жизни |В |В |В |Н |В |Н |В |

В — высокая, У — умеренная, Н — низкая

4.2 СВИНЦОВАЯ ИНТОКСИКАЦИЯ

В настоящее время свинец занимает первое место среди причин

промышленных отравлений. Это вызвано широким применением его в различных

отраслях промышленности. Воздействию свинца подвергаются рабочие,

добывающие свинцовую руду, на свинцово-плавильных заводах, в производстве

аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального

стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и

др. Загрязнение свинцом атмосферного воздуха, почвы и воды в окрестности

таких производств, а также вблизи крупных автомобильных дорог создает

угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и, прежде

всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов.

С сожалением надо отметить, что в России отсутствует

государственная политика по правовому, нормативному и экономическому

регулированию влияния свинца на состояние окружающей среды и здоровье

населения, по снижению выбросов (сбросов, отходов) свинца и его соединений

в окружающую среду, полному прекращению производства свинецсодержащих

бензинов.

Вследствие чрезвычайно неудовлетворительной просветительной работы

Страницы: 1, 2, 3, 4