Экология СПРАВОЧНИК

В середине XX столетия резко обострились проблемы, связанные с химическим загрязнением биосферы, нередко приводящим к острым токсико-экологическим ситуациям. Это вызвало расширение и интенсификацию исследований масштабов и темпов загрязнения окружающей среды, поиск эффективных приемов охраны атмосферного воздуха, природных вод, почвенного покрова, предусматривающих как снижение потоков химических загрязняющих веществ, поступающих в биосферу с выбросами промышленности, транспорта, с бытовыми отходами, так и ограничение или полное устранение токсичного действия различных веществ техногенного происхождения на растительный и животный мир и главным образом предотвращение отрицательного их влияния на здоровье человека.

Далее

По оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из более чем 6 млн известных химических соединений практически используется до 500 тыс. соединений; из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными.

Далее

По данным В.Г. Сахаева и Б.В. Щербицого (1987), в начале 80-х годов XX столетия на нашей планете добывалось около 100 млрд т различных руд, горючих ископаемых, строительных материалов. При этом в результате хозяйственной деятельности человека в биосферу поступило более 200 млн т диоксида углерода, около 146 млн т диоксида серы, 53 млн т оксидов азота и другие химические соединения. Побочными продуктами деятельности промышленных предприятий явились также 32 млрд м3 неочищенных сточных вод и 250 млн т пыли.

Далее

В промышленно развитых странах основным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт, парк которого непрерывно растет. Если в 1900 г. на планете насчитывалось около 6 тыс. автомобилей, то к началу XXI в. численность мирового парка автомашин достигла 500 млн единиц.

Далее

Минеральные удобрения. Продуктивность современного сельского хозяйства в значительной степени зависит от использования минеральных и органических удобрений. По оценке американских ученых, удельный вес минеральных удобрений в системе мер повышения урожаев достигает 41 %, по данным немецких специалистов — 50 %, а по мнению французских исследователей — даже 50—70 %. Мировое производство туков составляет в наши дни 120 млн т в год.

Далее

Немногим более столетия тому назад только 5 % населения земного шара жило в городах и всего 2 % — в городах с населением более 100 тыс. жителей. Сегодня в городах живет почти треть населения планеты, а в наиболее промышленно развитых странах мира — США, Великобритании, Германии, Нидерландах — городское население составляет 75—80 % от всего населения страны. В наши дни городское население растет вдвое быстрее, чем население Земли в целом. В нашей стране городское население также постоянно увеличивается и приближается к 70—75 % от общей численности.

Далее

Локальные загрязнения биосферы. Загрязнение окружающей среды происходит весьма неравномерно. Основные очаги антропогенного воздействия на природу расположены в регионах с развитой промышленностью, максимальной концентрацией населения и интенсивным сельскохозяйственным производством. Такие загрязнения, обычно наблюдающиеся вокруг какого-либо промышленного предприятия, крупного рудника, населенного пункта, называются локальными. Их химизм определяется, с одной стороны, отраслевой принадлежностью источника загрязнения, с другой — рельефом, климатическими особенностями и другими природными условиями места загрязнения. Так, почва вокруг рудников полиметаллических руд и комбинатов по выплавке цветных металлов всегда содержит повышенное количество тяжелых металлов — меди, цинка, свинца, кадмия. Такое же локальное загрязнение почвы свинцом наблюдается вдоль автострад с напряженным движением.

Далее

Загрязняющими биосферу веществами могут быть соединения практически всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Многие элементы имеют сходные свойства, и поэтому их удобно рассматривать по группам, в которых элементы объединены по химическим или токсикологическим признакам.

Далее

Самым распространенным из галогенов является хлор, который содержится в биосфере в макроколичествах, тогда как фтор, бром, иод являются микроэлементами. Все галогены имеют сходное строение внешнего электронного слоя.

Далее

Содержание озона 03 в атмосфере Земли незначительно и составляет 4 • 10‘5 (по объему), или 7,6 • 10 5 % (по массе); общая масса озона достигает 3,1 • 1015 г. Озон образуется в атмосфере под действием электрических разрядов, синтезируется из кислорода под влиянием коротковолновой космической ультрафиолетовой радиации. В пределах атмосферы повышенные концентрации озона образуют озоновый слой, имеющий важное значение для обеспечения жизни на Земле. Границы слоя варьируют в зависимости от широты и времени года. Существенное влияние на мощность озонового слоя оказывает экологическое состояние планеты, степень ее загрязнения. Максимальная концентрация озона характерна для верхней приграничной зоны слоя, в пределах которой задерживается значительная доля УФ-излучения и происходит синтез молекул озона. Если бы коротковолновое УФ-из-лучение достигло биосферы при начальной интенсивности, это оказало бы губительное воздействие на живые организмы. Озоновый слой экранирует и защищает Землю от гибельного воздействия УФ-лучей. Но излишне высокое содержание озона также нежелательно, поскольку он может оказывать токсичное, разрушительное воздействие на живые организмы из-за высоких окислительных свойств.

Далее

Наибольшее значение имеет фреон-12 (Ф-12), получаемый при действии фторида сурьмы (III) на тетрахлорид углерода (катализаторы Вг или SbCl6).Производство Ф-12 достигает 85 % всей мировой продукции фторорганических соединений. Фреоны устойчивы к действию серной кислоты и концентрированных щелочей, не взаимодействуют с большинством металлов. Они практически безвредны, однако их воздействие на окружающую среду может иметь и негативные последствия — образование озоновой «дыры».

Далее

Диоксид углерода. Органическое вещество в почвах мира (включая гумус и живое вещество) содержат в 3 раза больше углерода, чем вся наземная растительность. Почвы пустынь и полупустынь районов накапливают углерод в неорганических соединениях, в первую очередь в виде карбонатов кальция. Эти формы углерода образуют существенную часть его глобального цикла, поскольку они находятся почти на поверхности и подвержены эрозии и переотложению. Ежегодно почвенный покров Земли отдает в атмосферу около 5 % почвенных запасов углерода за счет образования углекислого газа из органического вещества. Такое поступление почвенного углерода в атмосферу более чем в 10 раз превышает его поступление в результате сжигания углерода горючих ископаемых, однако почвенный резерв углерода восполняется продукцией биомассы.

Далее

В биосфере встречаются немногие из них. Допускается вероятным и присутствие в почве элементарного селена.В природе соединения селена могут поступать в атмосферу вследствие вулканической деятельности; летучие соединения продуцируются также почвенными микроорганизмами, особенно грибами в кислородной среде, а также люцерной и селено-аккумулирующими растениями, такими как астрагалы. В числе летучих соединений селена известны диметилселенид и диметилдиселенид. Значительные количества селена поступают в атмосферу техногенным путем — при сжигании различных видов топлива, особенно угля.

Далее

Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой пол-лютантов, получивших общее название «тяжелые металлы» (ТМ). К ним относят более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомными массами свыше 50 а. е. м. Иногда тяжелыми металлами называют элементы, которые имеют плотность более 7—8 тыс. кг/м3 (кроме благородных и редких). Оба определения условны и перечни тяжелых металлов по этим формальным признакам не совпадают. И хотя термин «тяжелые металлы» неудачен, им приходится пользоваться, так как он прочно вошел в экологическую литературу. Группа элементов, обозначаемых ТМ, активно участвует в биологических процессах, многие из них входят в состав ферментов. Набор тяжелых металлов во многом совпадает с перечнем «микроэлементов». К микроэлементам относят химические элементы, облигатные (обязательные) для растительных и живых организмов (по А.П. Виноградову), содержание которых измеряется величинами порядка п ■ 10 2 — п ■ 10 5 %. Также их называют «следовые», «малые», «редкие», «рассеянные» (В.И. Вернадский, Ф. Кларк, В. Гольдшмидт, А.Е. Ферсман). Большинство микроэлементов выполняет в живых организмах функции инициаторов и активаторов биохимических процессов. В число микроэлементов входят и многие неметаллы.

Далее

Ароматические соединения поступают в биосферу различными путями и их источниками служат промышленные предприятия, транспорт, бытовые стоки. Особое внимание, уделяемое ароматическим соединениям, в значительной степени вызвано их канцерогенными, свойствами. Собственно ароматические соединения (бензол, его гомологи и производные, фенолы), а также полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) поступают в атмосферу в результате выбросов и отходов коксохимических заводов, некоторых химических заводов, выхлопов двигателей внутреннего сгорания, продуктов сжигания различных видов топлива. В стоках коксохимических заводов содержится и большое количество фенольных соединений. Грунтовые воды нередко загрязняются ПАУ за счет различных осадков сточных вод. Фенольными соединениями вообще представлена большая группа ксенобиотиков антропогенного происхождения.

Далее

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и их производных; каждое из этих соединений может рассматриваться как самостоятельный токсикант. В ее составе обнаруживается свыше 1000 индивидуальных органических веществ, содержащих 83—87 % углерода, 12—14 % водорода, 0,5—6,0 % серы, 0,02—1,7 % азота и 0,005—3,6 % кислорода, и незначительная примесь минеральных соединений; зольность нефти не превышает 0,1 %. Основные характеристики нефти представлены в табл. 34.

Далее

Детергенты — это поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые употребляются в промышленности и быту как моющие средства и эмульгаторы; они относятся к числу основных химических веществ, загрязняющих поверхностные воды.

Далее

Пестициды применяются в различных формах: растворы, суспензии, аэрозоли, пены, газы, пары, пыль, порошки, пасты, гранулы, капсулы. Наиболее удобным и сравнительно безопасным является внесение их в почву в виде гранул и капсул, растворяющихся при определенной влажности и реакции среды почвенного раствора. Самую обширную группу пестицидов как по масштабам применения (40—50 %), так и по ассортименту выпускаемых препаратов (около 40 %) составляют гербициды, т. е. средства борьбы с сорняками.

Далее

Весьма опасным видом воздействия на биосферу является радиоактивное излучение. Этот вид загрязнения окружающей среды появился лишь в начале XX в., с момента открытия явления радиоактивности и попыток использования радиоактивных элементов в науке и технике. Известные типы радиоактивных превращений сопровождаются различными излучениями. Это а-лучи, состоящие из ядер гелия, ß-лучи, представляющие собой поток быстрых электронов, и у-лучи, обладающие высокой проникающей способностью. Из всех воздействий радиации наиболее важно действие нейтронов, образующихся при спонтанном фспаде тяжелых радиоактивных элементов типа урана.

Далее

Характер и степень влияния химических загрязняющих веществ на общую экологическую обстановку, отдельные биогеоценозы и компоненты биосферы неодинаковы в различных природных зонах и даже по отношению к отдельным видам животных и растений. Вследствие этого наряду с общими и закономерно обусловленными проявлениями опасных токсико-экологических ситуаций нередко возникают частные и локальные нарушения природной среды.

Далее

Понятие устойчивости широко используют в экологии, причем различают устойчивость вида, сообщества, ландшафта, экосистемы и, наконец, устойчивость экологическую.У биологических систем возвращение в исходное состояние может происходить как за счет внутренних возможностей, так и за счет ресурсов других экосистем, что имеет принципиальное значение при оценке устойчивости системы. В последнем случае устойчивость биоценоза оказывается в жесткой зависимости от устойчивости экосистемы высшего ранга, в конечном счете — от состояния биосферы (Н.М. Марфенин, 1990).

Далее

Характер распределения химических элементов в биосфере — один из чувствительных параметров изменения геохимической среды при выветривании и загрязнении. Различные микроэлементы образуют устойчивые ассоциации с макроэлементами в разнообразных геохимических условиях. Элементы с ионными потенциалами менее 3 преимущественно существуют в виде свободных ионов, элементы с ионными потенциалами от 3 до 12 стремятся образовывать гидролизованные и комплексные формы. Легкоподвижные элементы дают в водных растворах гидратированные ионы меньших размеров по сравнению с элементами малоподижными (табл. 41). Свободная энергия, которая требуется для образования этих ионов, обычно ниже, чем энергия образования ионов менее подвижных элементов. Поведение элементов в процессах выветривания и почвообразования существенно зависит от. устойчивости исходных минералов и пород, а также от электрохимических свойств элементов.

Далее

Миграция химических загрязняющих веществ (ХЗВ) в биогеоценозе как наиболее геохимически активном блоке геосистемы тесно связана с их поведением в сопряженных с почвой природных водах.Образование металлорганических комплексов иногда имеет положительное биологическое значение, инактивируя избыточные количества активных ионов тяжелых металлов или благоприятствуя растворению труднодоступных, но биологически важных элементов.

Далее

Почва — открытая подсистема в геохимическом ландшафте, потоки вещества и энергии в которой связаны с приземной атмосферой, растительностью, с поверхностными и почвенно-грунтовыми водами. Почвы регулируют процессы миграции веществ в ландшафтах, проявляя буферность в отношении загрязняющих веществ; кислые почвы могут нейтрализовать щелочные соединения, карбонатные — нейтрализовать кислые выпадения (М.А. Глазовская, 1981).

Далее

Под влиянием газопылевых выбросов, за1рязняющих атмосферный воздух и почву, происходит нарушение и даже полное уничтожение естественных фитоценозов, образование техногенных геохимических провинций.Экстремальные воздействия газопылевых выбросов в конечном счете ведут к гибели растительности, к эрозии и дефляции почв. В гумидных Зонах в результате загрязнения значительно повышается кислотность почв, содержание тяжелых металлов, увеличивается концентрация токсичных веществ в почвенно-грунтовых водах, водах подчиненных ландшафтов, реках, прудах, озерах. Зона максимального загрязнения почвенного покрова, угнетения и гибели растений вследствие газопылевых выбросов имеет протяженность до 5—10 км от источника выбросов, а нередко до нескольких десятков километров.

Далее

Приоритетные загрязняющие элементы в районе воздействия Норильского комбината — медь и никель. Некоторые растения в этом регионе загрязнены также свинцом и кобальтом. Среди растений аккумуляторами тяжелых металлов являются хвощ, мхи, лишайники, багульник и пихта.

Далее

Радионуклиды, попадая в биосферу, вызывают многочисленные экологические последствия (табл. 49). В результате поверхностного стока радионуклиды могут скапливаться в понижениях, ложбинах и других аккумулятивных элементах рельефа. Нуклиды поступают в растения и энергично мигрируют по пищевым цепям. Почвенные микроорганизмы аккумулируют радиоактивные элементы, что хорошо обнаруживается методом радиоавтографии. На этом принципе разрабатываются методы идентификации микробных популяций для диагностики геохимических провинций с высоким содержанием радионуклидов.

Далее

При поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестициды перемещаются по поверхности почвы, скапливаясь в ее депрессиях. Попадая в почвенно-грунтовые воды в малых концентрациях, пестициды изменяют к худшему органолептические свойства воды (вкус, запах). Присутствие 5—10 мкг/л дихлорфенола придает воде специфический запах и делает ее непригодной для питья. В годы массового применения ДДТ на хлопковых полях этот пестицид обнаруживали в артезианских скважинах на глубине 80 м, а его концентрация в арыках превышала допустимую в 3—4, а иногда и в десятки раз.

Далее

Минеральные удобрения оказывают прямое и косвенное действие на сельскохозяйственные культуры, на почвенную биоту и, кроме того, на развитие биологических процессов в природных водах. Внесение минеральных удобрений интенсифицирует микробиологические процессы в почвах. Однако чрезмерная активизация микробиологических процессов может иметь негативные экологические последствия, приводя к ухудшению физико-химических и биологических свойств почв. Применение высоких доз азотных удобрений вызывает быструю минерализацию гумуса, азотсодержащих соединений почвы, рост газообразных потерь азота в ходе денитрификации и нитрификации, накопление нитратов в компонентах биогеоценоза; последнее может вызвать заболевания метгемоглобинемией. В результате денитрификации образуется диоксид азота, эмиссия которого в атмосферу, по мнению многих ученых, приводит к уменьшению озонового слоя, защищающего живые организмы от жесткого ультрафиолетового облучения.

Далее

Самым распространенным загрязняющим веществом гидросферы является нефть и нефтепродукты. Если учесть, что в Мировой океан и поверхностные воды суши ежегодно привносится 15—17 млн.т нефти и нефтепродуктов, а 1 т нефти покрывает тонкой пленкой акваторию средней площадью 12 км2, то потенциально 150—180 млн. км2 поверхности Мирового океана каждый год покрывается нефтяной пленкой. Эта оценка условна, так как не учитывает скорости разложения отдельных компонентов нефти, ее способности коагулировать, сбиваясь комками, но, тем не менее, многими исследователями отмечено, что нефтяные пятна на поверхности океанических вод между Европой и Северной Америкой уже смыкаются.

Далее

Важная роль почвы в сохранении структуры биосферы требует прежде всего организации контроля за состоянием почвенного покрова. Экотоксикологические исследования воздействия предприятий цветной металлургии на почвенный и растительный покров за последние годы позволили оценить изменения природной среды вблизи источников загрязнения, изучить степень неблагоприятного воздействия на почвенную биоту и наметить пути преодоления опасных токсикологических ситуаций.

Далее