Техногенное загрязнение почв и способы его предотвращения .

Проблема загрязнения почв была всегда актуальна, ведь наш век развитых технологий в атмосферу, и впоследствии в почву попадает много вредных веществ . Они нарушают, уничто-жают все полезное в почве. Долг людей сохранить почву.

Цель : Изучить техногенное загрязнение почв Пермского края и способы его предотвращения.

Задачи :

Проанализировать экологическое состояние почв Пермского края

Выявить источники загрязнения

Установить последействие техногенного загрязнения почв

Предложить способы защиты почвы от загрязнения.

Население Земли составляет сегодня 7 млрд. человек. На каждого жителя приходится по 3 га земельных ресурсов и всего по 0,25 га пахотных угодий. Резервы пахотных земель иссякают, освоение новых земель сдерживается неблагоприятными природными условиями. К 2050 году по прогнозам учёных население Земли составит около 12,5 миллиардов человек. Следовательно, необходимо увеличить выпуск продуктов в 2-3 раза. В последние годы увеличение производства продуктов питания обеспечивается на 90% в результате повышения урожайности с/х культур и лишь на 10 % в результате расширения посевных площадей. Экологическая безопасность на сегодняшний день – один из приоритетов при производстве сельскохозяйственной продукции. Человечество получает из почвы 95 % всех продуктов питания, поэтому забота о сохранении почвенного плодородия, «здоровья» почвы является важнейшей задачей аграрной науки и сельхозтоваропроизводителей. Являясь важнейшей жизнеобеспечивающей сферой, почва постоянно испытывает различные воздействия, обусловленные человеческой деятельности . Сегодня около 15% территории России относятся к зонам экологического неблагополучия. Площадь Пермского края составляет 160236,5 км 2 , население в 2007 года – 2,90 млн. человек. Пермский край занимает 14 место в России и 4 на Урале по объёму промышленного производства. Выброс загрязняющих веществ в атмосферу по краю в целом составляют 735 тыс. т/год, из них 613 тыс. т/год – из стационарных источниках, 122 тыс. т/год – от автотранспортных средств. Такие города, как Березники, Пермь и Соликамск, входят в список городов с максимальными концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе , превышающими в 10 раз ПДК (по данным ГОСКОМ экологии России). Наиболее высоким уровнем токсичных выбросов характеризуется г. Чусовой, Лысьва, Березники, Краснокамск, Губаха. Масса загрязняющих веществ, поступивших в атмосферу г. Пермь в 2000 году от промышленных предприятий составила 46777,5 тонн. Существует четыре основных источника загрязнения:

1) Промышленность – Наибольшее количество загрязняющих веществ от промышленных источников выбрасывается в воздух на территории Индустриального района, далее в порядке убывания – Орджоникидзевский, Свердловский, Кировский, Дзержинский и Ленинский..

2) Автомобильный транспорт также влияет на загрязнения атмосферного воздуха Перми (всего 181553 единицы автотранспорта в г. Перми, из них 121280 – личные автомобили). Состав выбросов от автотранспорта включает в себя также основные загрязняющие вещества: оксид углерода, углеводорода, оксид азота, сернистый ангидрид, сажа и др. В общем загрязнении атмосферы г. Перми доля выбросов этих веществ автотранспортом составляет: оксид углерода – 80%, оксид азота – 10%, сажи – 9%.

3) Сельское хозяйство загрязняет почву – тяжелыми металлами и другими токсинами. Всем известно, что удобрения – это , но удобрения содержат в своем составе примеси тяжелых элементов и тоже являются источниками загрязнения почвы. Среди традиционных удобрений наибольшими загрязнителями являются фосфорные удобрения.

4) Бытовые отходы . Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются и попадают в почву, водоемы, грунтовые воды. Могут попасть в мусор и приборы , содержащие радиоактивные вещества. Количество накапливающегося мусора постоянно растет. Сейчас его на каждого горожанина приходится от 150 до 600 кг в год.

Загрязнения почвы промышленными отходами и интенсивное применение средств химизации создает опасность получения растениеводческой продукции с повышенным содержанием тяжелых металлов. Поступая в почву в результате техногенного загрязнения, тяжелые металлы в больших количествах в первую очередь влияют на биологические свойства почвы (приводят к снижению числа и видов микроорганизмов), а также на химические и физические её свойства, разрушая, таким образом, её плодородие в целом. Из почвы тяжелые металлы поступают в растения, нарушая в них обмен веществ. Все это в итоге снижает уровень продуктивности. Таблица1

Снижение урожайности с/х культур в зависимости от расстояния загрязнителей, %

Культура	Расстояние, км
	2 – 3	5
Пшеница	18 – 19	9 – 10
Рожь	15	7,6
Ячмень	24,4	12,2
Овес	31,1	15,5
Картофель	35 – 47	18 – 24
Клевер	33,1	16,6

В Пермском крае преобладают почвы подзолистого и дерново-подзолистого типа (около 70 %), которые характеризуются не высоким плодородием и имеют низкий уровень устойчивости к техногенному загрязнению.

1.Важнейшим способом защиты почв и с/х продукции от техногенного загрязнения является известкование. Известкование не только повышает плодородие почв и урожайность культур, но и снижает подвижность тяжелых металлов и способствует их закреплению в почве в виде прочных комплексов. Тяжелые металлы становятся малодоступными для растений.

2.Для поддержания способности почвы к самоочищению необходимо постоянное поступление свежего органического вещества. Это могут быть традиционные органические удобрения (навоз) и такие как торф, осадок сточных вод , солома и д.р. Органические удобрения снижают подвижность тяжелых металлов за счет связывания их в прочные комплексы с органическим веществом. Для реального снижения тяжелых металлов в растениях рекомендуется вносить не менее 10 т/га органического удобрения, преимущественно торфа.

3.Фосфоритование почв. Увеличивая содержание фосфора в почве, мы тем самым связываем токсичные вещества , особенно тяжелые металлы в прочные комплексные соединения , что приводит к получению экологически чистой продукции. Фосфаты цинка и кадмия являются труднорастворимыми соединениями и не доступны для растений.

4.Введение в севообороты бобовых культур позволяет не только приостановить ухудшение плодородия почвы, но и получать экологически чистую продукцию. Запашка зеленой массы клевера, вики, гороха, бобов, люпина позволяют практически без применения удобрений получать высокую урожайность культур с хорошим качеством продукции.

5.Подбор культур на загрязненных почвах. Установлено, что культуры обладают различной устойчивостью к загрязнению тяжелыми металлами. По степени устойчивости к токсикантам растения можно расположить в следующем порядке : злаковые травы > зерновые> картофель> овощи. На загрязненных почвах следует размещать культуры, у которых в пищу идут части растений слабо накапливающие тяжелые металлы – это томаты, картофель, бахчевые или технические культуры - лен, конопля, картофель для производства крахмала, сахарную свеклу на сахар. На загрязненных почвах нельзя выращивать продукты для производства детского питания.

6.При очень высокой степени загрязнения почвы существуют два пути ее оздоровления:

Культивирование растений сильно поглощающих токсичные вещества с последующим их отчуждением с поля и утилизацией.

Механическое удаление верхнего пораженного слоя земли и замена его новым. Это очень дорого и используется редко (при техногенных катастрофах).

Биологическая взаимосвязь между почвой и человеком осу­ществляется главным образом путем обмена веществ. Почва является как бы поставщиком минеральных веществ , необхо­димых для цикла обмена веществ, для роста растений, потреб­ляемых человеком и травоядными животными, съедаемыми в свою очередь человеком и плотоядными животными. Таким об­разом, почва обеспечивает пищей многих представителей расти­тельного и животного мира. Следовательно, ухудшение качества почвы, понижение ее биологической ценности, способности к самоочищению вызы­вает биологическую цепную реакцию , которая в случае продол­жительного вредного воздействия может привести к самым различным расстройствам здоровья у населения . Резюмируя всё вышесказанное, можно констатировать, что проблема бытового загрязнения почв очень распространена в наше время и решение требует совместных усилий.

Загрязнители – все тела, вещества, явления, процессы, которые в данном месте, но не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, появляются в окружающей среде и могут выводить ее системы из состояния равновесия.

Экологическое действие загрязняющих агентов может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне), либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосф­еру в целом. Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естествен­ных причин – извержения вулканов, землетрясений, ка­тастрофических наводнений и пожаров.

Антропогенное загрязнение – загрязнение окружающей среды , возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямого или косвенного влияния на состав и концентрацию природных веществ в результате выбросов антропогенных загрязнителей. В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосхо­дит мощность естественных.

Загрязняющие вещества, возникшие в результате хо­зяйственной деятельности человека, и их влияние на среду очень разнообразны. К ним относятся: соединения углеро­да, серы, азота, тяжелые металлы, различные органичес­кие вещества, искусственно созданные материалы, радио­активные элементы и многое другое.

Каждый загрязнитель оказывает определенное отрица­тельное воздействие на природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго контролироваться. Законодательство устанавливает для каждого загрязняю­щего вещества предельно допустимый сброс (ПДС) и пре­дельно допустимую концентрацию (ПДК) его в природной среде.

Под загрязнением понимается привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не свойственных ей физических, химических, информационных или биологических агентов или превышение их естественной концентрации.

Основные источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду :

- выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другими объектами; сбросы сточных вод в водные объекты;

- поверхностные смывы загрязняющих и биогенных веществ в поверхностные воды суши и моря; внесение на земную поверхность и (или) в почвенный слой загрязняющих и биогенных веществ вместе с удобрениями и ядохимикатами при сельскохозяйственной деятельности;

- места захоронения и складирования промышленных и коммунальных отходов;

- техногенные аварии, приводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и (или) разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и т. д.

Загрязнение окружающей среды происходит в трех направлениях: загрязнение атмосферы, водного бассейна и земли. Отдельно рассматривают химическое, радиоактивное загрязнение, электромагнитное загрязнение, шумовое загрязнение , тепловое загрязнение, бактериологическое загрязнение.

За последние 100 лет мощность выбросов СО 2 в атмосферу возросла в 30 раз, PВ – в 20 раз, SO 2 – в 15 раз.

Только за один час автомобили мира выбрасывают в атмосферу 600 Кт СО. Техносфера ежегодно поглощает из атмосферы 6 Гт кислорода, что в 14 раз больше, чем его расходуется на дыхание живых организмов, включая человечество.

Всего 15 % горожан живет в относительно чистых районах с допустимой ПДК вредных веществ. Приблизительно 68 % всех заболеваний связано с загрязнением атмосферы. Свыше 100 городов РФ выбрасывают в атмосферу вредные вещества, превышающие ПДК в 10 раз.

Резко увеличилось влияние на атмосферу парникового эффекта (потепление климата). Усиление парникового эффекта на 50 % обусловлено ростом концентрации СО 2 , на 25% – фреонов и на 25 % – СН 4 . Эти соединения подобно стеклу пропускают лучистую энергию солнца к поверхности земли, но задерживают инфракрасное (тепловое) излучение земли, в результате чего температура поверхности земли повышается. Основной объем выбросов парниковых газов приходится на 20 стран, в том числе: на США – 17,1%, СНГ – 13,5%, Китай – 8,1%, Бразилию – 5,7%.

Если количество СО 2 в атмосфере удвоится по сравнению с периодом 1955 года (что вероятно при существующей мощности выбросов СО 2 к 2030-2050 гг), то средняя температура на планете увеличится на 1,5–4,5°С по сравнению с современной (15°С) и возникнет экологическая катастрофа (таяние ледников с глобальным затоплением материков планеты).

Большая угроза нависла над разрушением озонового слоя (тропосфера – 11 км плюс стратосфера – 39 км). Появились озоновые дыры над Антарктикой и Антарктидой. Основной вклад в разрушение озонового слоя производят соединения водорода, азота, хлора, фреона.

Уменьшение толщины слоя озона на 1% (средняя толщина слоя озона, приведенная к плотности воды, составляет 2,5 мм) приводит к увеличению потока губительного ультрафиолетового излучения на 2 %, а, следовательно, заболевания людей раком кожи - на 4 %. Кроме того, постоянное вымывание диоксидов серы и азота в тропосфере (серная и азотная кислоты, сульфаты и нитраты) ведет к образованию кислотных дождей. Сейчас это явление приняло широкомасштабный характер и приводит к существенному закислению природной среды. Средняя величина рН осадков над европейской территорией РФ – 4,5–5,1. В результате кислотных дождей происходит разрушение строений, окисление почвы, водоемов, исчезновение рыбы, заболевания людей, уничтожение растительности и т.д.

В целом воздействие окружающей среды на человека вызывает следующие заболевания: аллергию, бронхо-легочные заболевания, болезни почек, крови, слизистых оболочек, кожи, центральной нервной системы, гепатит, сердечно-сосудистые заболевания, потерю иммунитета, раковые болезни и т.д. Резко возросла детская смертность, больше рождается умственно-отсталых детей.

Таким образом, приведенные данные в области охраны окружающей среды позволяют сделать следующие выводы:

- глобальная проблема и региональные проблемы, связанные с загрязнением атмосферы, перекрываются;

- уровень возмущения атмосферы превышает допустимый (серьезным предупреждением всему человечеству могут служить такие факты, как уменьшение скорости поступления кислорода вследствие распада биоты суши и увеличения скорости его изъятия на хозяйственные нужды, а также рост числа заболеваний горожан из-за вдыхания ими загрязненного воздуха);

- развитие мирового сообщества по ранее выбранному пути перспективы не имеет, т.е. необходимо как можно быстрее выбрать иной путь развития;

- необходимо уже сейчас принимать эффективные меры, направленные на снижение уровня обратного воздействия отсроченных эффектов (изменение климата, разрушение озонового слоя).

Нам необходимо учитывать тот факт, что все мы вносим свой вклад в загрязнение атмосферы, все мы страдаем от этого, поэтому решение этой проблемы зависит от всех вместе и каждого в отдельности.

За последние годы резко ухудшилось состояние гидросферы. По гидробиологическим показателям 12% водных объектов РФ можно отнести к условно чистым (фоновым), 32% находятся в состоянии антропогенно-экологического напряжения (умеренно чистые), остальные 56% являются загрязненными.

Объем вод с различной степенью очистки, сбрасываемых в водотоки и водоемы всех видов, составляет 90% от всей забираемой воды. В Волге и других крупных реках тяжелых металлов в 100 раз больше ПДК. На побережье Балтийского моря проживает 80 млн чел. В 1986 г. в Балтику было сброшено: 940 тыс т азота; 55 тыс т фосфора; 12 тыс т цинка; 4,5 тыс т ртути; 140 т кадмия. Подсчитано: чтобы превратить Балтийское море в мертвую пустыню достаточно сбросить в его воды 200 Кт нефти (1 т нефти растекается в водоеме на поверхности, равной 12 км 2). Считается, что разлитая на поверхности воды нефть (сырая) на 35 % испаряется за 1 сутки, а оставшиеся65% за 10 лет. Вклад каждого из нас в загрязнение поверхности океана составляет около 1 т. Ежегодно в Мировой океан с поверхностным стоком попадает до 3 млн т фосфора. Ежегодная добыча соединений фосфора (в пересчете на элементарный фосфор) оценивается в 2 млн т, а это ведет к ухудшению качества воды и смене обычной флоры на сине-зеленые водоросли, которые вызывают «цветение» пресных вод и выделяют токсины, причиняющие вред здоровью человека (желудочно-кишечные болезни, гепатит, раковые заболевания). Количество раковых заболеваний резко возрастает при хлорировании пресной воды , загрязненной фенолами: хлорированная вода на20% увеличивает риск заболевания раком мочевого пузыря и почек; на 40–50% раком желудка, кишечника и печени.

Человечество должно отказаться от идеи использования природных вод в качестве естественной крупномасштабной системы очистки сточных вод, в противном случае оно рискует остаться без резервов питьевой воды требуемого качества.

Подвижный баланс экологического равновесия не будет поддерживаться беспредельно, так как увеличивается процент распашки земель, с исчезновением животных, растений, увеличением эрозии, исчезновением ключей, ручейков, речек. Нарушается экологический процесс за счет строительства ГЭС, непродуманных мелиоративных работ в масштабах региона, страны.

В сельском хозяйстве для уничтожения вредителей полей применяют пестициды, но вредители быстро приспосабливаются к ядам. В 1965 году устойчивых к ядам насекомых в РФ было182 вида, а в 1978 году – 364 вида. В РФ применяется примерно 500 видов пестицидов, а умеем определять ПДК только у 50. Стало ясно – мы сами при массированном отравлении среды можем больше пострадать от пестицидов, чем наши враги. В этом нас подводит экологическая неграмотность. Вредители быстро размножаются, их поколения быстро сменяют друг друга, с вредителями предстоит долгая и упорная борьба с помощью новых методов. Окружающая среда резко «загрязняется» шумами промышленных предприятий, транспортом и т.д., электромагнитными полями , отрицательно влияющими на состояние здоровья людей.

В настоящее время примерно 2% от природных богатств используется полезно, остальное – выбросы в атмосферу, водный бассейн, землю. На каждого человека в год приходится около 1,5 млн химических соединений, а чтобы определить ПДК каждого соединения, группе разных специалистов требуется несколько лет. Сама среда даже синтезирует вещества из выбросов промышленного производства.

2.2. Техногенное загрязнение природной среды

Изменения в литосфере

Литосфера - это верхняя твердая оболочка Земли. В результате взаимодействия геологических, климатических, биохимических факторов верхний тонкий слой литосферы превратился в особую среду –почву, где происходит значительная часть обменных процессов между живой и неживой природой.

Неразумная хозяйственная деятельность человека привела к уничтожению плодородного слоя почвы, ее загрязнению, изменению состава. Различают несколько видов изменения состава почв.

Интенсивная деградация почв - ухудшение свойств почвы под влиянием хозяйственной деятельности человека (неправильная агротехника; многоразовая вспашка; загрязнение пестицидами, отходами промышленных предприятий, содержащими яды свинца и ртути, радиоактивные изотопы; истощение; засоление).

Эрозия почвы - разнообразные процессы разрушения почв (ветровая, водная и антропогенная). Из-за ветровой и водной эрозии, засоления и других причин в мире ежегодно теряется 5–7 млн га пашен. Только ускоренная эрозия почвы за последнее столетие повлекла за собой потерю 2 млрд га плодородных земель.

Опустынивание - деградация земель, вызванная как деятельностью человека (антропогенными причинами), так и природными факторами и процессами; характеризуется иссушением земли, увяданием растительности, снижением связанности почвы, в результате чего становится возможной быстрая ветровая эрозия и образование пылевых бурь.

По оценкам ООН, опустынивание в перспективе может затронуть более миллиарда человек и около трети всех земель, использующихся в сельскохозяйственных целях. Опустынивание относится к трудно компенсируемым последствиям, так как на восстановление одного условного сантиметра плодородного почвенного покрова требуется в среднем от 70 до 150 лет.

Кроме промышленности, транспорта и сельского хозяйства , источниками загрязнения почвы являются жилые дома и бытовые предприятия. Загрязняющими веществами являются бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода, мусор и т. д.

Изменения в атмосфере

Атмосфера Земли представляет собой механическую смесь газов. Сухой воздух вблизи поверхности Земли, если удалить из него влагу и частицы пыли, в своем объеме содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа, и всего лишь 0,01% приходится на долю всех остальных газов: водорода, гелия, криптона, ксенона, радона, закиси азота, йода, водяного пара, озона, метана и др. (табл. 2).

Таблица 2

Состав атмосферы вблизи поверхности земли (норма)

В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»

Загрязнение атмосферы выражается в недостатке кислорода, высоком уровне шумов, кислотных осадках, разрушении озонового слоя (основного поглотителя ультрафиолетового излучения Солнца).

Ежеминутно промышленные предприятия, тепловые электростанции (ТЭЦ), автотранспорт сжигают огромное количество топлива, что приводит к непрерывному повышению содержания двуокиси углерода в атмосфере, они же являются виновниками выбросов в атмосферу оксидов азота, соединений серы.

По данным ЮНЕП, в атмосферу ежегодно выделяется до 25 млрд т загрязняющих веществ: диоксид серы и частиц пыли – 200 млн т/год; оксиды азота (Nx Оу ) – 60 млн т/год;

оксиды углерода (СО и СО2 ) – 8000 млн т/год; углеводороды (Сх Ну ) – 80 млн т/год.

Изменения состояния гидросферы

Истощение водных ресурсов обусловлено увеличением потребления воды промышленными предприятиями, сельским хозяйством, коммунальными предприятиями, что в свою очередь влечет массированное загрязнение источников. Все виды загрязнений в конечном итоге влияют на состояние Мирового океана.

Кроме нефти и нефтепродуктов основными загрязнителями поверхностных вод являются детергенты - синтетические моющие средства, которые все шире применяются в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Значительный вред водной среде и населяющим ее организмам причиняет загрязнение водоемов свинцом и его соединениями.

Расширенное производство и использование пестицидов обуславливает сильное загрязнение водных объектов этими соединениями. Наряду с пестицидами сельскохозяйственные стоки содержат значительные количества веществ, внесенных на поля с удобрениями (соединения азота, фосфора, калия).

В водоемы поступает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий) активно накапливаются в донных отложениях, водорослях, тканях рыб. Известны случаи массовых отравлений людей этими металлами при употреблении рыбы, использовании воды.

Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами. Резкое ухудшение санитарно-гигиенических показателей качества воды связано с

термическим загрязнением , то есть с изменением температурного режима водоемов под влиянием промышленных стоков. Больше всего загрязняющей теплоты производят электростанции, сталепрокатные цеха, нефтеочистные, химические и целлюлозно-бумажные предприятия.

Грунтовые (подземные) воды - основной ресурс питьевой воды в мире. В отличие от поверхностных вод, которые можно «реанимировать» при помощи очистных сооружений,

В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»

грунтовые воды включены в иной гидрологический цикл и очищены быть не могут. Бо́льшая часть грунтовых вод подпитывается осадками, которые просачиваются в почву. На качество грунтовых вод могут оказывать влияние многие виды человеческой деятельности.

Источниками загрязнения подземных вод являются: использование удобрений и пестицидов, септические отстойники и выгребные ямы, канализационные системы, санитарные поля фильтрации и мусорные свалки, скважины, колодцы, подземные трубопроводы, промышленные отходы, поверхностные разливы различных веществ, утилизация соляных растворов и отходов добывающей промышленности, могильники и кладбища.

Техногенное загрязнение окружающей среды

Все части биосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера) под­вергаются активному загрязнению различными веществами и их соединениями.

Атмосфера. Это смесь газов, не вступающих во взаимодействие при обычных природных условиях . Состав атмосферы у поверхно­сти Земли (до высот около 50 км) остается постоянным: азот - 78,08%, кислород - 20,95%, аргон - 0,9%, в незначительных долях процента - углекислый газ, гелий и другие газы. Особое место среди малых примесей занимает озон (2...7)10~ б %. Он силь­но поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, обладающее большой биологической активностью и при больших интенсив-ностях губительно действующее на органическую жизнь в целом. Основная масса озона сосредоточена в слое атмосферы 15 -55 км с максимумом концентрации на высотах 20 - 25 км.

На стандартный химический состав атмосферы всегда накла­дывается некоторое количество примесей естественного проис­хождения. К числу примесей, выделяемых естественными исто­чниками, относятся:

пыль (вулканического, растительного, космического происхож­дения; выделяющаяся при выветривании почвы и горных пород; частицы морской соли, попадающие в воздушные массы при вол­нении морей и океанов). Например, при выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно в атмосферу попадает 3,5 тыс. т ртути;

дым и газы от лесных и степных пожаров, газы вулканического происхождения;

продукты растительного и животного происхождения.

Все эти источники имеют стихийный кратковременный харак­тер и пространственно распределены локально.

Уровень загрязнения атмосферы естественными примесями является для нее фоновым («химический фон») и мало изменяет­ся со временем.

Состояние и состав атмосферы во многом определяют интен­сивность солнечной радиации на поверхности Земли. Экраниру­ющая роль атмосферы в процессе передачи тепловой энергии от Солнца к Земле и от Земли в Космос влияет на среднюю темпе­ратуру биосферы, которая составляет около +15°С.

Основная доля солнечной радиации передается поверхности Земли как видимое излучение и отражается от земной поверхно­сти в виде инфракрасного (теплового) излучения. Поэтому доля отраженной лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зави­сит от ее газового состава и содержания в ней пыли. Чем больше концентрация примесных газов и пыли, тем меньше отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство и тем больше тепловой энергии остается в атмосфере (парниковый эф­фект).

Как показывают расчеты и измерения, рост концентрации уг­лекислого газа в атмосфере Земли приводит к небольшому росту температуры у ее поверхности: на +0,05, +0,17 и +0,46 °С соответ-

ственно в 1978, 2000 и 2025 гг., что существенно влияет на изме­нение климата.

Основные загрязнители атмосферы - автотранспорт, предпри­ятия металлургии, теплоэнергетики, химической промышленно­сти, производства стройматериалов, на долю которых приходятся соответственно 30, 26, 25, 8 и 6% выбросов.

Так, только при сжигании углеводородных топлив в атмосфе­ру планеты ежегодно выбрасываются около 400 млн т сернистого газа и оксидов азота (или по 70 кг на каждого жителя Земли). При этом следует учесть, что потребности человечества в энергоноси­телях растут со скоростью 3 - 4% в год, т.е. удваиваются каждые 20 -30 лет.

Нарастающее химическое загрязнение воздушного бассейна крупных городов может рассматриваться как экологическая ЧС. Так, при среднегодовом пробеге легкового автомобиля около 15 000 км он потребляет около 4350 кг кислорода и выбрасывает в атмосферу 3250 кг углекислого газа, 530 кг монооксида углерода и около 1 кг свинца.

Перечислим самые распространенные вещества, загрязняющие атмосферу: диоксид серы (SO 2) - 17,5%, оксиды углерода (СО, СО 2) - 15 %, оксиды азота (NO, NO 2) - 14,5 %, твердые приме­си (пыль, сажа) - 14,5 %.

Установлено, что в атмосферу ежегодно выбрасывается пыли, млн т: при сжигании каменного угля - 93,6, при производстве цемента - 53,4, металлургическими предприятиями - 26,7.

Большая часть примесей атмосферного воздуха в городах про­никает в жилые и прочие помещения. В летнее время (при откры­тых окнах) состав воздуха в помещении соответствует атмосфер­ному на 90 %, в зимнее - на 50 %.

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны - газы или летучие жидкости, содержащие фтор и хлор. Продолжи­тельность их «жизни» в атмосфере составляет около 100 лет, вслед­ствие чего происходит накопление примесей в озоновом слое. Источники поступления фреонов: холодильные установки при нарушении герметичности теплового контура, бытовые баллон­чики для распыления разных веществ и т.д.

В результате техногенного воздействия на атмосферу возмож­ны:

превышение допустимых концентраций вредных примесей в городах и населенных пунктах;

образование смога и кислотных дождей;

появление парникового эффекта, способствующего повыше­нию средней температуры поверхности Земли.

Гидросфера. Земля почти на три четверти покрыта водой. В за­висимости от концентрации солей естественные воды подразде­ляются на пресные (концентрация солей не более 1 г/л) и морс-

кие. На долю пресной воды приходится около 3 % общей массы воды, причем 2 % заключены в малодоступных льдах.

Наиболее удобны для использования речные и озерные воды. Как правило, они бывают минерализованы в той или иной степени в основном за счет растворимых в них солей кальция, магния и др.

Морская вода по химическому составу одинакова в пределах Мирового океана. Средняя концентрация соли в ней составляет

3.5 %, и в отличие от пресной воды соли представлены в основ­ном хлоридами.

Характерная особенность техногенного загрязнения окружа­ющей природной среды - поступление в нее из техносферы не­свойственных ей газообразных, аэрозольных, твердых и жидких загрязнителей.

Основные загрязнители гидросферы: бытовые и промышлен­ные стоки коммунально-бытовых объектов, объектов пищевой, медицинской, целлюлозно-бумажной промышленности; сельское хозяйство (около Уз вносимых в почву удобрений вымывается в реки и озера); морской транспорт (прежде всего, нефть из танке­ров - около 0,1 % годовых перевозок нефти попадает в море).

Ежегодно из мирового стока в гидросферу поступает 26,5 млн т нефтепродуктов (что составляет примерно 1 % их производства), 0,46 млн т фенолов, 5,5 млн т отходов производства синтетиче­ских волокон, 0,17 млн т растительных органических остатков.

Воздействие техносферы на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

Снижаются запасы питьевой воды с допустимым содержанием примесей;

изменяется состояние и развитие флоры и фауны океанов, морей, рек и озер;

нарушается естественный круговорот многих веществ в био­сфере.

Загрязнение земель обусловлено, прежде всего, сельскохозяй­ственным производством (удобрения и пестициды). Оно может привести:

к сокращению пахотных земель и уменьшению их плодородия;

насыщению растений вредными веществами, что неизбежно влечет загрязнение продуктов питания (в настоящее время до 70 % вредного воздействия на человека приходится на пищевые про­дукты);

нарушению равновесия экосистем вследствие гибели насеко­мых, птиц, животных, некоторых видов растений.

В конкретной местности загрязнение атмосферы, а вслед за ним воды и почвы, формируется за счет следующих трех составляющих:

глобальной, обусловленной наличием на Земле многочислен­ных источников промышленного загрязнения и их трансграни­чным переносом на большие расстояния;

региональной, связанной с выбросами в данном промышлен­ном регионе;

локальной (местной), обусловленной выбросами конкретного объекта в данной местности.

При дальнем переносе скорость распространения воздушных масс обычно составляет сотни километров в сутки. Поэтому на большие расстояния могут распространяться только те химиче­ские вещества, у которых время жизни в атмосфере превышает 12 ч. Для заметного накопления вредных веществ (поступающих из ат­мосферы) в почве и воде время их жизни в этих средах должно быть не менее года. К долгоживущим примесям относятся СО 2 , фреоны и ряд других. Время жизни порядка десяти суток и менее имеют оксиды серы и азота.

Для обеспечения требований экологической безопасности со­держание всей номенклатуры химических веществ , поступающих в окружающую среду, строго регламентируется. Для этих целей используют два основных количественных показателя:

предельно допустимую концентрацию (ПДК);

предельно допустимый выброс (ПДВ).

Предельно допустимая концентрация - максимальная концент­рация (масса примеси (г) в единице объема (л) воздуха, воды или массы (кг) почвы), которая не оказывает прямого или кос­венного вредного действия на человека, его потомство и санитар­ные условия жизни. В настоящее время установлены ПДК в расче­те на среднего человека для воздушной среды предприятий, ат­мосферы городов и других населенных пунктов, для воды откры­тых водоемов. Установлены ПДК в почвах по содержанию пести­цидов, тяжелых металлов, органических соединений. Среднесу­точная ПДК усредняется за длительный промежуток времени, вплоть до года. Указанные ПДК рассчитываются с учетом гло­бальной и региональной составляющих техногенного химическо­го фона.

В зависимости от норм ПДК водоисточники подразделяются на две категории: источники хозяйственно-питьевого назначения, в том числе для водоснабжения предприятий пищевой промыш­ленности, и водоемы в черте населенных пунктов, а также для купания, спорта, отдыха.

Гигиенические требования к хозяйственно-питьевым, рыбо-хозяйственным водоисточникам, а также требования к питьевой воде регламентируются соответствующими стандартами и сани­тарными нормами.

В целях практического контроля поступления вредных веществ в окружающую природную среду от источника выбросов для него на основе установленных ПДК рассчитывают ПДВ вредных ве­ществ. ПДВ устанавливается для каждого стационарного и под­вижного источника соответствующими нормативными докумен­тами (например, « Санитарные нормы проектирования промыш­ленных предприятий» СН-245-71).

Быстрый рост населения земного шара, промышленного и сель­скохозяйственного производства сопровождается резким увеличе­нием органических и неорганических отходов производства и про­дуктов потребления, сброс которых вызывает почти повсеместное загрязнение природных вод. Процесс этот быстро прогрессирует во времени, охватывая все большие площади вод суши и Миро­вого океана. Загрязнение отдельных рек, озер и ряда районов Мирового океана достигло таких пределов, что стало нарушать их биологический режим . В обширных районах Земли, стал ощу­щаться недостаток питьевой и технической воды.

Особенно быстро ухудшается санитарное состояние и нано­сится наибольший ущерб рыболовству тех рек и озер, на берегах которых расположены крупные промышленные предприятия и го­рода. Интенсивно загрязняются также изолированные и слабо со­общающиеся с океаном морские бассейны. Все возрастающее загрязнение вредными химическими веществами вод и грунтов в таких бассейнах нередко вызывает появление процессов, которые влекут за собой гибель флоры и фауны, включая массовую гибель ценных пород промысловых рыб.

Однако хотя загрязнение водной среды и приобрело глобаль­ный характер, в настоящее время явно наметилось отставание тенденций роста загрязнений от темпов развития производства. Происходит это благодаря тому, что технический прогресс обес­печивает все более полное использование промышленного сырья и топлива, вследствие чего значительно сокращаются их потери. Широко начинают применяться замкнутые циклы производства, сухая (безводная) технология. Усиливается тенденция перевода предприятий и транспорта на электрическую энергию атомных станций. У всех действующих и вновь строящихся крупных про­мышленных предприятий, как правило, предусматривается соору­жение специального комплекса по очистке сточных вод. В неко­торых случаях эффективность этих мер настолько велика, что отдельные, прежде сильно загрязненные водные объекты, почти полностью очистились и в них началось восстановление флоры и фауны. Этому, естественно, способствует и самоочищающая спо­собность водных бассейнов (которая, однако, ограничена опреде­ленными пределами).

Ежегодно в мире в реки, озера и моря выбрасываются в виде про­мышленных отходов около 6,5 млн. т фосфатов, более 5 млн. т неф­тепродуктов, 2,3 млн. т свинца, 1,6 млн. т марганца и большое коли­чество других химических элементов . Как правило, эти вещества сбрасываются в виде водных растворов, или взвесей, так как вода почти всегда является компонентом технологических процессов. При производстве 1 т чугуна расходуется, в зависимости от ис­пользуемой технологии, от 150 до 200 куб. м воды, для получения такого же количества бумаги требуется 65-110 куб. м, целлюлозы 175-500 куб. м, нефтепродуктов 2-20 куб. м воды и т. д. Наиболь­ший объем загрязненных вод сбрасывается нефтеперерабатыва­ющими, металлургическими, химическими и целлюлозно-бумаж­ными предприятиями. Большое количество химических веществ по­ступает в грунтовые и речные воды с сельскохозяйственных угодий, где они используются в качестве удобрений и для борьбы с вреди­телями сельскохозяйственных культур и лесов. Сильно загрязня­ются водные бассейны нефтепродуктами, сбрасываемыми судами, а также в результате утечки сырой нефти в местах ее добычи (особенно подводной) и при транспортировке нефтепродуктов.

В состав сточных вод, загрязненных отходами промышленности, транспорта, сельского хозяйства и коммунально-бытовых предприя­тий входят органические вещества (органические кислоты, спирты, фенолы, гербициды, детергенты и др.), неорганические вещества (соли, кислоты, щелочи), нефтепродукты, ядовитые вещества (цианиды, мышьяк, соли меди, цинка, ртуть и др.), радиоактивные и бактериологические вещества и др.

По характеру воздействия все загрязняющие вещества можно разделить на три типа агентов: химические, бактериологические и радиоактивные.

§ 1. Химические загрязнения

Из химических загрязнителей водных масс наибольшую опас­ность представляют углеводороды, ядохимикаты (пестициды, ин­сектициды, фунгициды, гербициды), ртуть и детергенты.

Количество загрязняющих веществ в воде обычно ничтожно мало по сравнению с общей ее массой, однако они могут нанести большой вред животным и растениям водного объекта . Этому спо­собствуют три обстоятельства: во-первых, природная способность ряда организмов накапливать продукты загрязнения; во-вторых, большинство из загрязнений локализируется в прибрежных райо­нах, где размножается, питается и растет большая часть рыб и других водных организмов; в-третьих, определенная устойчивость сохранения загрязнений в водной среде.

Очень слабо изучены воздействия промышленных стоков и почти ничего неизвестно о совокупном влиянии загрязнителей на водные организмы. Известно, например, что никель относительно малоток­сичен. Но если он попадает в воду с «медистым стоком», токсич­ность его увеличивается в 10 раз. Практически ничего неизвестно об интенсификации воздействий загрязняющих веществ при уве­личении температуры воды, ее плотности, солености, изменении условий освещенности, перемешивании вод и воздействии других факторов.

Все это является предметом дальнейшего изучения.

Углеводороды - главная составная часть нефти и нефте­продуктов - не только наиболее распространенный, но и наиболее опасный агент загрязнения. Добыча нефти и использование нефте­продуктов быстро растут. Поэтому опасность загрязнения при­родных вод этими веществами постоянно увеличивается, значи­тельно превышая по своим масштабам опасность бактериологиче­ского и радиоактивного заражения.

Нефтепродукты представляют собой сложную смесь углеводо­родов предельного, непредельного, алициклического и ароматиче­ского ряда. В 1968 г. рабочей группой стран СЭВ по унификации методов анализа природных и сточных вод было принято решение считать «нефтепродуктами» наиболее характерную часть нефти и продуктов ее переработки, состоящую из неполярных и малополяр­ных соединений, экстрагируемых гексаном (или петролейным эфи­ром). Это определение ограничивает понятие «нефтепродукты» углеводородами и очень небольшим числом органических соедине­ний, редко сопутствующих углеводородам в природных и сточных водах. В то же время это определение достаточно четко выражает химико-аналитические свойства нефтепродуктов.

Нефть в воде может присутствовать в виде пленки, состоящей в основном из легких маслянистых и маслянисто-смолистых фрак­ций, в виде устойчивой высокодисперсной эмульсии (частицы менее 30 мк) во взвешенном состоянии, в виде сравнительно крупных комочков, прилипших к взвешенным наносам, в растворенном виде (растворимость нефти незначительна - по данным отдельных авто­ров от 2 до 100 мг/л). Тяжелые фракции нефти (30-40%) опуска­ются на дно и образуют очень устойчивый к окислению слой, в ко­тором гибнут обитающие на дне организмы, служащие кормом для рыб. При волнении и резком возрастании скорости придонных течений нефтепродукты на дне могут вновь вовлекаться в гидро­динамические процессы и явиться вторичным источником загряз­нения воды при взмучивании.

Ядохимикаты. Для борьбы с вредителями сельского хозяй­ства и лесов используется большое количество разнообразных ядовитых веществ, которые обладают сильными токсическими и канцерогенными свойствами. С начала второй мировой войны для борьбы с вредителями полей начал широко использоваться дихлордифенилтрихлоратан (ДДТ). Стойкость этого препарата привела к тому, что живые существа, обитающие в воде, воздухе и на зем­ле (в том числе и человек) содержат в настоящее время ДДТ. Сейчас выпуск ДДТ значительно сокращен. Некоторые страны (в том числе и Советский Союз) вообще отказались от его произ­водства и применения.

Ртуть и другие металлы попадают в природные воды вместе с отходами промышленных предприятий и сельского хо­зяйства. Ртуть, в частности, используется для протравливания семян, в целлюлозно-бумажной промышленности, в качестве ка­тализатора при изготовлении поливинилхлорида и в других произ­водствах. Ртуть обладает сильным токсическим действием, мо­жет накапливаться в животных и растительных организмах и передаваться по биологической цепи питания. Около 100 японцев умерло в результате отравления рыбой, выловленной в заливе Минамата, куда сбрасывались отходы завода, изготовляющего поливинилхлорид.

Попадают в воду также сотни тысяч тонн свинца и цинка, ко­торые, как и ртуть, токсичны и накапливаются в больших коли­чествах в водных организмах. Нормальная концентрация меди в морской воде составляет примерно 3 части на миллиард ча­стей воды. Раствор, содержащий одну часть меди на 10 миллио­нов частей воды токсичен для водных организмов. Концентра­ция - одна часть меди на миллион частей воды - убивает съедоб­ных моллюсков менее чем через 2 часа, а способность бурых водорослей производить кислород снижается при этих условиях примерно на 70% в течение 9 дней.

Детергенты относятся к синтетическим поверхностно-активным, очень медленно разрушающимся веществам (напри­мер, мыла «Новость», «Ладога» и др.). Сточные воды, содержа­щие детергенты, загрязняют в основном реки и морские прибрежные зоны. Наличие поверхностно-активных соединений может быть установлено как путем непосредственного измерения поверхностного натяжения, так и по определению интенсивности пенообразований: наличие в воде даже небольшого количества детергентов становится заметным (в том числе и при наблюдении с малых высот с самолета), благодаря образованию пены.

Детергенты представляют большую угрозу для водоема, так как вспенивание воды тормозит процессы минерализации органи­ческих веществ, снижает органолептические свойства воды, за­трудняет осаждение и разложение взвесей. Известно, что в оди­наковых условиях окисление растворенных органических загряз­нений протекает в 10-25 раз быстрее, чем окисление нерастворенных, взвешенных веществ.

Детергенты, употребляемые при очистке морских побережий от нефтепродуктов, оказывают на флору и фауну моря более гу­бительное действие, чем сама нефть.

§ 2. Бактериологические загрязнения

Загрязнения, содержащие опасные для жизни человека и жи­вотных бактерии, попадают в водоемы и водотоки в основном че­рез канализационные системы. Попавшие в водную среду бактерии с течением времени частично обезвреживаются. Поэтому наибольшую опасность представляет прямой сброс канализацион­ных вод в водоемы, используемые для водоснабжения или купа­ния. В морях опасность бактериального заражения сравнительно невелика, поскольку морская вода обладает способностью унич­тожать патогенные микроорганизмы: в течение первых 15 часов отмирают 70% бактерий, а на пятые сутки их сохраняется лишь доли процента. Однако и за этот период бактерии могут принести большой вред. Интенсивность протекания процессов биохимиче­ского окисления сточных вод зависит от температуры воды. При температуре 20° С полное их окисление происходит обычно в те­чение 5-10 дней. При более низких температурах этот период заметно увеличивается.

§ 3. Радиоактивные загрязнения

Радиоактивные загрязнения водных масс создаются либо в ре­зультате преднамеренного сброса в воду («захоронения») твер­дых продуктов радиораспада, которые опускаются на дно, загряз­няя воду и грунты, либо при сбросе промышленных вод, содер­жащих радиоактивные вещества, либо в результате выпадения радиоактивных осадков, образующихся при взрывах атомных бомб.

Наиболее опасны радиоактивные элементы, которые имеют большой период полураспада. Среди них на первом месте стоят стронций-90 и цезий-137, имеющие период полураспада около 30 лет. Эти элементы усваиваются водными организмами, вклю­чаются в биологические процессы, порождая вредные мутации.

Наблюдения за радиоактивностью вод производится тем же способом, что и за патогенными микробами: с помощью отбора проб на химический анализ. Распространение струй радиоактив­ных (равно как и бактериологически загрязненных) промышлен­ных вод, имеющих специфическую окраску, можно проследить посредством их картирования с самолета. В тех случаях, когда они не имеют окраски, их можно замаскировать искусственно ка­ким-либо красящим веществом в месте сброса.