Глобальные экологические проблемы

 

Аэрозольное загрязнение атмосферы. 

     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. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км. пылевидных частиц искусственного  происхождения.  Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе  производственной деятельности людей.  Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже: 

     

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС.  ВЫБРОС ПЫЛИ, МЛН.Т./ГОД.

  1. Сжигание  каменного угля.                                      93,60

  2. Выплавка  чугуна.                                                     20,21

  3. Выплавка  меди (без очистки).                                 6,23

  4. Выплавка  цинка.                                                      0,18

  5. Выплавка  олова (без очистки).                                0,004

  6. Выплавка  свинца.                                                    0,13

  7. Производство  цемента.                                            53,37

 

     Основными источниками  искусственных аэрозольных  загрязнений воздуха являются ТЭС,  которые потребляют  уголь  высокой  зольности, обогатительные фабрики,  металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.  Аэрозольные  частицы  от  этих источников  отличаются большим разнообразием химического  состава. Чаще  всего  в  их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена,  мышьяка,  бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли,  включающей алифатические и  ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения  являются  промышленные отвалы  -  искусственные  насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных  пород²,  образуемых  при добыче полезных  ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы.  Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых  веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство  цемента  и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств -  измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные,  включающие от 11 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации,  взаимодействуя с другими  атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией.  В  результате этих реакций образуются перекисные соединения,  свободные радикалы,  соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц.  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 движению 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  неизвестного в природе фотохимического тумана. 
 

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  или очень слабого  обмена воздуха в приземном слое при мощной и, в  течение не менее суток, повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации  реагирующих  веществ.  Такие условия  создаются  чаще  в июне, сентябре и реже зимой.  При продолжительной ясной погоде солнечная радиация  вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода.  Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон.  Казалось бы,  последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в  молекулярный  кислород,  а оксид азота - в диоксид.  Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов,  которые  при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида  азота расщепляются и дают дополнительные количества озона.  Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами.  В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для  фотохимического тумана  оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие 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. 
 

Химическое  загрязнение природных  вод.

      

  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 внесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в  водную среду,  классифицируют  по-разному,  в зависимости от  подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения.  Химическое загрязнение представляет  собой  изменение  естественных   химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей, как неорганической (минеральные соли,  кислоты, щелочи, глинистые частицы),  так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические  остатки,  поверхностно-активные  вещества, пестициды).

               

Неорганическое  загрязнение. 
 

     Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и  морских вод являются разнообразные 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. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном,  а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический  эффект  некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице: 

 

Степень токсичности (примечание):

-        - отсутствует.

+       - очень слабая.

++     - слабая.

+++   - сильная.

++++ - очень  сильная. 

  Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН³ промышленных  стоков          (1,0 - 11,0) и способных изменять pН водной среды до значений 5,0 или выше 18,0,  тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников  загрязнения гидросферы  минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн. т.  солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 млн. т./год. Отходы, содержащие ртуть,  свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем,  подавляя  развитие фитопланктона. Отходы,  содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек.  Дальнейшая ее миграция сопровождается  накоплением  метиловой  ртути  и  ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность  приобрела болезнь Минамата,  впервые обнаруженную японскими учеными у людей,  употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата,  в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

  

Органическое  загрязнение.

  

     Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое  значение для обитателей водной среды имеют  не  только  минеральные, биогенные элементы,  но и органические остатки. Вынос в океан  органического  вещества  оценивается  в 300  -  380  млн. т./год. Сточные воды,  содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество,  пагубно влияют на состояние водоемов.  Осаждаясь, суспензии заливают  дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться  вредные соединения и отравляющие вещества,  такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке.  Наличие суспензий  затрудняют также проникновение света в глубь воды, и замедляет процессы фотосинтеза.  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. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже: 
 

ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ  ВЕЩЕСТВА              КОЛИЧЕСТВО В МИРОВОМ

                СТОК                                                     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 урбанизации⁴ и несколько  замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва  загрязняются бытовыми отходами.  Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера).  Разлагаясь в водной  среде,  органические отходы могут стать средой для патогенных организмов⁵. Вода, загрязненная органическими отходами,   становится  практически непригодной для питья и других надобностей.  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. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов. 
 

Загрязнение почвы.

     

   Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

     Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании  органического вещества,  различных  химических  элементов,  а также  энергии. Почвенный покров  выполняет  функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных  загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова,  его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами.