Антропогенное загрязнение биосферы

Антропогенное загрязнение биосферы

Все процессы в биосфере взаимосвязаны. Человечество – лишь незначительная часть биосферы, а человек является лишь одним из видов органической жизни. Человек на протяжении веков стремился не приспособиться к природной среде, а сделать ее удобной для своего существования. Только теперь приходит осознание того, что любая деятельность человека оказывает влияние на окружающую среду, а ухудшение состояния биосферы опасно для всех живых существ, в том числе и для человека.

Загрязнение – это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня концентрации перечисленных агентов в среде, нередко приводящие к негативным последствиям.

В наиболее общем виде, загрязнение – это все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит систему из состояния равновесия.

Можно выделить следующие экологические проблемы современности:

изменение климата, вследствие повышения концентрации СО2 в атмосфере, опустынивание и обезлесивание территорий, истончение озонового слоя, нехватка пресной воды, загрязнение подземных вод, использование пестицидов, кислотные дожди, сокращение биологического разнообразия, проблема утилизации токсических отходов, нарушение биохимического круговорота веществ, деградация природных экосистем, накопление в природе ксенобиотиков.

В настоящее время загрязнение окружающей среды носит глобальный характер. Оно охватывает атмосферу, гидросферу и почву.

Основные источники загрязнения биосферы.

1. Промышленность:

• энергетическая,

• цветная металлургия,
• черная металлургия,
• нефтеперерабатывающая,
• машиностроение,
• газовая,
• угольная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная,
• химическая,
• пищевая,
• оборонная, легкая

2. Транспорт.

3. Жилищно-коммунальное хозяйство.

4. Сельское хозяйство

Загрязнение атмосферы

Источники загрязнения атмосферы

Природные: извержение вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения.

Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется во времени.

Антропогенные источники связаны с деятельностью человека:

1.Сжигание горючих ископаемых  сопровождается выбросами 5 млрд. т. углекислого газа в год.

2.Работа тепловых электростанций  при сжигании высокосернистых  углей с выделением сернистого газа и мазута (кислотные дожди).

3.Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота (повреждение озонового слоя атмосферы).

4.Газовые выбросы предприятий.

5.Сжигание топлива в котлах  и двигателях транспортных средств  сопровождается образованием оксидов азота (смог).

6.Производственная деятельность.

7. Сельское хозяйство.

8. Жилищно-коммунальное хозяйство.

К основным загрязнителям атмосферы относятся: окись углерода, сероводород, сероуглерод, хлор, окислы азота, двуокись серы, галогены и их соединения, копоть, тяжелые металлы, углекислый газ, оксид углерода, диоксид серы и азота,  твердые пылевые частицы, сероводород, сероуглерод, копоть, пепел, цементная и угольная пыль, частицы, содержащие металлы и их соединения, галогены и их соединения, аммиак, двуокись серы, окись углерода и др.

Один из основных загрязнителей атмосферы по массе -  углекислый газ. В XX веке наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25%. Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа.

Увеличение в атмосфере содержания углекислого газа является следствием, с одной стороны, массового сжигания органического топлива (угля, нефти), в процессе которого этот газ выделяется, а с другой стороны вырубка лесов – основных его поглотителей. Результатом этого может стать глобальное потепление климата под воздействием «теплового» эффекта. Уровень мирового океана повысится (по оценкам разных ученых от 80 см до нескольких метров вследствие таяния ледников). Это неизбежно приведет к затоплению побережий и создает трудноразрешимые проблемы с эвакуацией жителей, а также промышленного и сельскохозяйственного производства вглубь материков.

Другим отрицательным последствием может стать значительное и длительное повышение дневных температур по сравнению с температурой человеческого тела в густонаселенном регионе мира (особенно Азии), что приведет к гибели людей.

Еще опаснее влияние высокой температуры и влажности на сельское хозяйство. Прогнозируется резкое снижение урожайности пшеницы и кукурузы в важнейшем сельскохозяйственном регионе мира – Центральной части Южной Америки и некоторых других регионах.

Озоновый слой рассматривается в качестве одного из основных климатообразующих элементов атмосферы. Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение, озоновый слой создает оптимальные световой и термический режимы. В последнее время наблюдается истончение озонового слоя и образование озоновых дыр. Разрушению озона способствуют использование азотных удобрений, выброс продуктов сгорания высотной авиацией и космической техникой и др.

Средняя температура на поверхности земли увеличилась за 100 лет на 0,5-0,6 градусов, зимняя еще больше из-за большого поступления в атмосферу углекислого газа, метана, оксида азота, затрудняющих отдачу тепла с поверхности земли (парниковый эффект). В дальнейшем ученые прогнозируют повышение температуры на 0,5 градусов за 10 лет.

Кислотные дожди – еще одна острая проблема. Основной причиной выпадения кислотных дождей является попадание в воздух оксидов серы и азота – отходов сгорания любого топлива.

  Кислота вытесняет из почвы  ртуть, свинец, кадмий, что ведет  к появлению этих элементов в питьевой воде, рыбе, сельскохозяйственных продуктах.

Нормирование загрязнения атмосферы.

ПДК – максимальная концентрация примеси в атмосфере, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека, не оказывает на него вредного воздействия, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом. Эта величина обоснована клиническими,. санитарно-гигиеническими исследованиями и носит законодательный характер.

Установлены: максимальная разовая и среднесуточная величина ПДК. Максимальная разовая доза ПДК расчитана для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, насморка, световой чувствительности) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнителей, а среднесуточная – для предупреждения их резорбтивного влияния (обще токсического, канцерогенного, мутагенного и др.).

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) – предельное количество вредного вещества, разрешаемое к выбросу от данного источника, которое не создает концентрацию, опасную для людей, животных и растительного мира

Влияние загрязненного воздуха на растительный мир

Под влиянием газопылевых выбросов наблюдается нарушение и даже полное уничтожение естественных фитоценозов. Воздействие высоких концентрации газопылевых выбросов в конечном счете приводит к гибели растительности и эрозии почвы. Формируются геохимические аномалии антропогенного происхождения. В значительной мере изменяется флористический состав, возникают специфические болезни хвойных (например, дехромация, суховершинность).

При концентрации SO2 0,3-0,5 частей на млн в течение нескольких дней наступает хроническое поражение листьев растений (шпината, салата, хлопка и люцерны), а также иголок сосны.

Американский эколог О. Бартон так охарактеризовал проблему, связанную с запыленностью атмосферы: «Одно из двух: либо люди сделают так, что в воздухе станет меньше дыма, либо дым сделает так, что на Земле станет меньше людей»

Загрязнение гидросферы

Гидросфера – это прерывистая водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, континентальных вод (включая подземные) и ледяных покровов.

Моря и океаны занимают около 71% земной поверхности. В них сосредоточено около 96,5% всего объема гидросферы. Суммарная площадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади. На долю ледников приходится 1,6% запасов воды гидросферы, а их площадь составляет около 10% площади континентов.

Под воздействием тепловой энергии солнца с поверхности Мирового океана и континентов ежегодно испаряется 577км3 воды. Часть воды возвращается в Мировой океан в виде осадкой.

Вода выступает в качестве одного из важнейших экологических факторов, видоизменяющих лик земной поверхности. Теплоемкость воды в 3,3 тыс. раз больше теплоемкости воздуха. Поглощая огромное количество тепловой энергии и медленно ее отдавая, вода служит регулятором климатических процессов глобального масштаба.

Вода составляет большую часть организмов как растительных, так и животных. На ее долю приходится 60-80% массы тела. Для человека вода имеет не только биологическое, но и производственное значение. Особенно много воды потребляет сельское хозяйство. Например, для выращивания 1 тонны риса требуется 7 тонн воды.

На Земле имеется более 370 млн. км3 воды. На 94% - это соленая вода морей, океанов и некоторых озер. Запасы пресной воды на Земле составляют чуть более 30 млн. км3, причем 97% их них сосредоточены в полярных шапках и ледниках.

20% городских и 80% сельских жителей обеспечены питьевой водой не удовлетворительного качества (данные ООН).

Пути загрязнения гидросферы

1. Сточные воды промышленных предприятий.
2. Канализационные воды животноводческих хозяйств.
3. Городские сточные воды.
4. Дождевые и талые воды с растворенными химическими веществами, образующиеся в городах и по полям.
5. Преднамеренное захоронение в море загрязняющих веществ.
6. Водный транспорт
7. Утеска различных веществ в результате судовых операций.
8. Аварийные выбросы с судов и из подводных трубопроводов.
9. При разработке полезных ископаемых на морском дне.
10. Естественные осадки из атмосферы.

В России в среднем на одного жителя расходуется около 400 л воды в сутки, а в Москве до 600 л. Это в 2 раза превышает уровень потребления воды в других столицах мира. Одной из причин такой расточительности является слабая экологическая воспитанность населения.

По оценкам Продовольственной организации ООН, к 2030 году мировые потребности в пресной воде возрастут на 60%. Между тем запасы воды, пригодной для питья, сокращаются из-за сброса в водоемы отходов, общего загрязнения среды, вырубки лесов. Поэтому уже нынешнее поколение столкнется с ситуацией, когда мировые потребности в чистой пресной воде превысят ее абсолютные запасы.

Уже сейчас в странах, где показатель обеспеченности водой ниже уровня достаточности, проживает 2,3 млрд человек. Ежегодно на Земле от жажды умирает около трех миллионов человек.

Наиболее тяжелое положение складывается в Кувейте (всего 11 куб. м воды в год на душу населения), Египте (43 куб. м) и Объединенных Арабских Эмиратах (64 куб. м).

Дефицит качественной пресной воды испытывают и развитые страны: ее недостает каждому  третьему горожанину. По оценке Всемирной организации здравоохранения, 15% жителей Европы обитают в регионах, где вообще нет источников питьевой воды. В Западной Европе ею располагают только Скандинавия и районы, прилегающие к Альпам.

Как утверждают ученые, потепление климата на планете приведет к таянию ледников. И не только в Арктике и Антарктиде, но и на  горных вершинах, в результате чего многие страны мира останутся без пресной воды. Особенно тяжелые последствия это может иметь для государств Южной Азии, население которых напрямую зависит от гималайских ледников, - в этих странах живет треть населения планеты. А в Латинской Америке – в Эквадоре, Перу, Боливии – ледники горной системы Анд являются практически единственным источником пресной воды.

Кроме проблемы с питьевой водой, потепление вызовет повышение уровня в Мировом океане – на дно уйдут гигантские площади суши, на которых сейчас расположены гигантские города, сельскохозяйственные земли, уникальные природные ландшафты.

Более того, попав в океан, пресная вода превратиться в соленую.

Не менее важной, чем проблема обеспечения достаточным количеством воды, является проблема сохранения ее качества. Если в начале 20 века науке было известно 17 загрязнителей природных зон, то сейчас их более 2,5 тысяч.

Примеры некоторых загрязнителей:

Нефтепродукты - один из наиболее характерных загрязнителей гидросферы. В Мировой океан и поверхностные воды ежегодно вносится 15-17 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов. Влияние нефтяного загрязнения на состояние гидробионтов описывается следующими фактами:

- непосредственное отравление  организмов с летальным исходом,

- серьезные нарушения физиологической активности гидробионтов,

- прямое обволакивание  птиц и других организмов нефтепродуктами,

- нефтепродукты нарушают изолирующие функции оперения, а при попытке очистить перья птицы заглатывают нефтепродукты и погибают,

- изменения в организмах, вызванные проникновением нефтепродуктов,

- изменение химических, физических и биологических свойств среды обитания.

Ароматические углеводороды, растворимые в воде.

Смертельные концентрации ароматических углеводородов для мальков и икры очень низки (10-4%). Накопление ПАУ не только ухудшает вкус съедобных организмов (например, моллюсков, рыб), но и является опасным, так как эти вещества канцерогенны.

Так, концентрация канцерогенных углеводородов в ткани мидий, выловленных в районе порта Тулон (Франция), достигала 3,5 мг/кг сухого веса.

Большую опасность представляют для поверхностных водных объектов неочищенные сточные воды сельхозпредприятий и животноводческих комплексов, а также  жилищно-коммунальное хозяйство.

Со сточными водами промышленных предприятий в водоемы поступает большое количество химических веществ, которые ухудшают санитарное состояние водоемов. В водоемах накапливаются токсичные вещества, происходит так называемое тепловое загрязнение, нарушается кислородный режим, гибнут водная растительность, планктон, рыба.

(По Рязанской области: 31% загрязнения  водоемов приходится на жилищно-коммунальное  хозяйство, 20% - теплоэлектростанции, 14,5 – предприятия машиностроения  и металлообработки, далее сельское  хозяйство, транспорт и др).

Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Загрязнение сказывается, прежде всего, на пресных подземных водах, которые используются для водоснабжения. Поэтому при характеристике качества подземных вод необходимо исходить из требований к качеству питьевых вод.

Большую опасность представляют для поверхностных водных объектов неочищенные сточные воды сельхозпредприятий и животноводческих комплексов, затем идет жилищно-коммунальное хозяйство и промышленность.

Определение качества поверхностных вод

Качество поверхностных вод устанавливается по индексу загрязнения -

ИЗВ. п     Ci

Σ ---

i=1 пдк,

ИЗВ= , где

п

п - количество загрязняющих веществ (шесть);

Cj - среднегодовая концентрация каждого из 6 приоритетных загрязняющих вещества (растворимый кислород, БПК5, азот аммонийный, азот нитратный, нефтепродукты, фенолы);

ПДК - предельно допустимые концентрации соответствующего загрязняющего вещества.

Классификация поверхностных вод по их качеству

Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживает тенденцию увеличения числа водных объектов с высоким уровнем загрязнения воды (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (свыше 100 ПДК).

Состояние водных источников (поверхностных и подземных) не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (низовье Волги, Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло уровня, опасного для здоровья населения. Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды.

Загрязнение почвы

В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей истории человечества. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд.га земель, а общие потери почв составили около 2 млрд. га, то есть потеряно больше, чем теперь распахивается, причем многие почвы перешли в разряд непригодных бросовых земель, восстановление которых или невозможно, или слишком дорого стоит.

Пахотные угодья занимают около 1,5 млрд. га (10-11% суши), пастбища и сенокосы – приблизительно 3 млрд. га (20% суши). Остальная часть суши непригодна для сельскохозяйственных угодий. На каждого жителя планеты приходится в среднем 0,4 га (по одному футбольному полю). Эта цифра имеет тенденцию к сокращению, т.к. численность населения растет. К тому же часть продуктивных земель отводится на жилищное строительство, прокладывание транспортных путей и т.д.

Плодородный почвенный слой образуется очень медленно – 1 см за 200-300 лет. А сильный ветер (пыльная буря) или ливень могут за одни сутки смыть с поля слой 1-5 см.

Воздействия, которые могут вызвать ухудшение состояния почв:

1. водная и ветровая эрозия;
2. засоление, подщелачивание, подкисление;
3. заболачивание;
4. физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование;
5. разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых;
6. химическое загрязнение почв.

Ежегодно из-за эрозии выбывает из сельскохозяйственного использования более 3% пахотных земель. К серьезным последствиям приводит загрязнение почвы ядохимикатами (пестицидами), применяемыми для борьбы с сорняками (гербициды) и болезнями растений (фунгициды). Чрезмерное употребление удобрений (органических и минеральных) приводит к накоплению в растениях нитратов.

Продолжает ухудшаться состояние используемых земель в России. Уменьшилась площадь продуктивных сельскохозяйственных угодий и пашни. Около 45% пашни характеризуется низким содержанием гумуса. На преобладающей территории России баланс гумуса отрицательный. Ежегодно площадь оврагов увеличивается на 10тыс. га. Более 20 млн. га (60%) сельскохозяйственных угодий подвержены эрозийной опасности.  Каждый третий гектар пашни нуждается в осуществлении мер защиты от процессов эрозийной деградации. И все эти изменения происходят благодаря влиянию антропогенных факторов.

Химическое загрязнение почв может быть вызвано следующими причинами:

1. атмосферным переносом загрязняющих  веществ (тяжелые металлы, кислотные  дожди, фтор, мышьяк, пестициды);

2. сельскохозяйственным загрязнением (удобрения, пестициды);

3. наземным загрязнением – отвалы  крупнотонажных производств, отвалы топливно-энергетических комплексов;

4. загрязнением нефтью и нефтепродуктами;
5. загрязнением от ЖКХ.

Таким образом, загрязнение почв происходит в результате поступления промышленных, бытовых, транспортных отходов, а также в результате целенаправленного внесения химических веществ (пестицидов, минеральных удобрений, гербицидов).

Почвы вокруг больших городов и промышленных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения на расстоянии в несколько десятков км загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, соединениями фтора и другими токсичными веществами.

Загрязнение почв ТМ ведет к образованию кислой или щелочной реакции почвенной среды, снижению объемной емкости катионов. Потери питательных веществ ведут к изменению плотности, пористости, к развитию эрозии, к сокращению видового разнообразия растений, ее угнетению или к полной гибели. Показателями химического загрязнения почвы служат повышенные по сравнению с контролем количества таких элементов, как органический азот, аммиак, органический углерод, нитраты, хлориды, вещества промышленных выбросов.

Почва обладает способностью к самоочищению (так же как атмосфера и гидросфера). В процессе самоочищения органические вещества минерализуются и превращаются в минеральные соли, патогенные бактерии отмирают, яйца гельминтов теряют жизнеспособность и гибнут. На интенсивность процессов самоочищения влияют механическая структура почвы, ее химически состав и физические свойства.

Распад в почве органических веществ проходит в 2 этапа – минерализация и нитрификация. В процессе разложения азотсодержащие соединения последовательно переходят в аммиак, нитриты и нитраты, которые являются конечным продуктом распада белковых веществ.

В процессе самоочищения в почве органический углерод минерализуется в течение 1-1,5 лет; органический азот в течение короткого времени подвергается аммонификации; значительная часть аммиака длительно (2-3 года) удерживается в верхнем слое почвы и служит объектом нитрификации; нитраты в течение примерно года удерживаются в верхнем слое почвы и служат питанием для растений, а затем атмосферными водами вымывается в более глубокие слои почвы (присутствие их там свидетельствует о сравнительной давности загрязнения).

Хлориды не изменяются, растениями не поглощаются и атмосферными водами вымываются в более глубокие слои почвы. Значительное количество хлоридов в верхнем слое почвы – показатель свежего загрязнения, а в глубине свидетельствуют о сравнительной его давности.

Для предупреждения загрязнения почвы необходимо строго соблюдать систему мер по сбору, удалению и обезвреживанию отходов, устройству и эксплуатации мест, отведенных для сбора промышленных и бытовых отходов.

Практически все отходы делятся на жидкие (нечистоты из выгребов уборных, сточные воды, помои) и твердые (мусор домовой, уличный смет, отходы предприятий). Обезвреживание жидких отходов осуществляется, как правило, почвенным методом (поля ассенизации, запахивания, орошения, фильтрации, биопруды, иловые площадки). Обезвреживание твердых отходов может производиться биотермическим методом (компостирование, закладка в парники, на свалках и полигонах), а также путем переработки или сжигания на мусороперерабатывающих и мусоросжигательных заводах.

Места хранения и обезвреживания отходов не должны загрязнять окружающую среду, отрицательно влиять на ее санитарное состояние. Повышенное содержание в атмосферном воздухе, подземных водах и открытых водоемах, почве химических веществ, промежуточных и конечных продуктов распада органических соединений является косвенным показателем неправильной эксплуатации свалок и их неблагоприятного влияния на прилегающие территории.

Охрана почвы является важным звеном в предупреждении загрязнения окружающей среды. Стойкие вредные химические вещества, поступая в почву, сохраняются там длительное время и накапливаются. Они могут попадать из почвы в атмосферный воздух, подземные воды, открытые водоемы, а с продуктами питания и с водой – в организм животных и человека.

Охрана почв заключается в том, чтобы предотвратить или свести к минимуму все виды разрушения почв и почвенного покрова. Она осуществляется с помощью следующих мероприятий

1. сокращение использования земельного фонда для промышленных целей в процессе проектирования и строительства;
2. устранение загрязнения промышленными предприятиями расположенных вблизи участков земельного фонда;
3. рекультивация нарушенных горными работами земель;
4. рекультивация нарушенных производственной деятельностью участков земной поверхности – совокупность работ по приведению их в пригодное для использования в народном хозяйстве состояние.

Рекультивация может осуществляться двумя способами:

А. Горнотехническая рекультивация состоит в подготовке территории после окончания разработки месторождения путем засыпки выемок, придания откосам удобной формы, насыпания плодородной почвы, проведении мелиоративных работ и создания подъездных путей.

Б. Биологическая рекультивация заключается в восстановлении первоначального плодородия земель путем их озеленения.

Рациональное природопользование должно опираться на два фундаментальных принципа: во-первых, возможно полное использование природных ресурсов и, во-вторых, доведение неиспользованных отходов производства до такого состояния, при котором они могут быть ассимилированы экологическими системами.

Принципы и методы рационального природопользования:

1. Применение безотходных технологий, новых знаний и методов для наиболее рационального использования природных ресурсов.
2. Применение безотходных производств, осуществляющих полную комплексную переработку сырья без отходов.
3. Применение малоотходных технологий с выбросами вредных веществ, не превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК).
4. полная оценка геологических условий  в промышленном строительстве;
5. Разработка и применение норм ПДК вредных веществ в атмосфере, почве, водоемах, растительном сырье и продуктах питания.
6. Использование высоких труб (для рассеивания в атмосфере вредных примесей) и канализации в морские глубины вдали от берега.