Физические загрязнения окружающей природной среды

Физические  загрязнения окружающей природной среды

Под загрязнением окружающей среды понимается привнесение  в экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, в результате которых прерываются  или нарушаются процессы круговорота  и обмена веществ, а также оттоки энергии, вследствие чего снижается  продуктивность или разрушается  данная экосистема.

Загрязняющие вещества обычно группируются по их природе:

• физической,

• химической,

• биологической.

Физическое (или параметрическое) загрязнение  связано с отклонением от нормы  физических параметров окружающей среды.

К этому  типу загрязнения относятся:

• радиоактивное,

• радиационное,

• световое,

• тепловое,

• шумовое,

• электромагнитные формы загрязнения.

Тепловое  загрязнение определяется влиянием тепловых полей на воздушную и водную среду. Отрицательное воздействие тепла на воздушную среду обнаруживается путем повышения тепловых градиентов температуры над городскими, сельскими агломерациями по сравнению с естественными природными экосистемами, что влечет за собой изменение энергетических процессов в атмо- и гидросфере в сельской и особенно городской местности. Так, тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности (термокарст, солифлюкция, наледи и др.) и условий жизни людей. Источниками теплового загрязнения в пределах городских территорий служат подземные газопроводы промышленных предприятий (140-160°С), теплотрассы (50-150°С), сборные коллекторы и коммуникации (35-45°С) и т. д.

Отрицательное воздействие на гидросферу обозначается ростом температуры воды, приводящим к уменьшению растворимости кислорода, что снижает активность всего  биоценоза водных систем, к снижению процессов естественной минерализации  органического вещества в водных системах, провоцирует рост активности сине-зеленых водорослей, еще более  снижающих количество кислорода  в водной среде. Некоторые живые  организмы весьма чувствительны  к колебаниям температуры. 
 

Радиоактивное загрязнение

Воздействие радиации сказывалось на всем протяжении длительной истории формирования жизни  на Земле. Установлено, что радиоактивность  любой интенсивности влияет на наследственность живых организмов. То есть нет нижнего безопасного предела радиации для живых систем.

Радиоактивное излучение проникает через живые  ткани подобно крошечным пулям. Оно не оставляет внешних следов и само по себе не ощущается, но способно разрушать молекулы в составе  клеток. В больших дозах радиация может нанести им такой вред, что  они перестанут делиться. Поэтому  ее используют в радиотерапии для  разрушения раковых опухолей. Однако если сильно облучить все тело, клеточное  деление нарушится практически  во всех тканях, а значит, станет невозможным  нормальное обновление крови, кожи и  т. д. Возникнет так называемая лучевая  болезнь, которая может привести к смерти уже через несколько  дней или месяцев после облучения. А очень сильная радиация способна полностью разрушить клетки и  вызвать мгновенную гибель.

Радиация опасна и в низких дозах, так как может повреждать молекулы ДНК, т. е. генетический материал организма.  Деление клеток с такой измененной (му-тантной) ДНК иногда становится бесконтрольным и ведет к развитию злокачественных опухолей. Облучение яйцеклетки или сперматозоидов чревато врожденными дефектами у потомства. Все эти воздействия долгие годы могут никак не проявляться внешне. Основная опасность ядерных установок и заключается в том, что слабые дозы облучения, незаметно воздействуя на людей, повышают возможность возникновения у них раковых заболеваний и рождения неполноценного потомства.

Различают воздействие радиации соматическое и генетическое.

Соматическое — вызвано прямым воздействием радиации на живой организм, начиная от значительного снижения средней возможности выживания и кончая мгновенной гибелью.

Генетическое  — последствия облучения влияют на развитие и формирование половых  клеток. Это мутагенное влияние радиации. Возникновение мутации обусловлено  изменением хромосом и химическим нарушением генетического кода за счет появления  в ядре половой клетки свободных  радикалов, которые, реагируя с азотистыми основаниями, изменяют структуру генетического  кода. В этом заключается специфика  действия радиации на биообъекты. Генетически  опасна доза радиации любой интенсивности. Табл.1.

Таблица 1.Примерная  доза облучения от некоторых объектов

  За последние  несколько десятилетий человек  создал несколько тысяч радионуклидов  и начал использовать их в  научных исследованиях, в технике,  медицинских целях и др. Это  приводит к увеличению дозы  облучения, получаемой как отдельными  людьми, так и населением в  целом. Иногда облучение за  счет источников, созданных человеком,  оказывается в тысячи раз интенсивнее,  чем от природных источников.

В настоящее  время основной вклад в дозу от источников, созданных человеком, вносит внешнее радиактивное облучение при диагностике и лечении. В развитых странах на каждую тысячу населения приходятся от 300 до 900 таких обследований в год не считая массовой флюорографии и рентгенологических обследований зубов.

   Радиация от источников, созданных человеком

 В результате  деятельности человека во внешней  среде появились искусственные  радионуклиды и источники излучения.  В природную среду стали поступать  в больших количествах естественные  радионуклиды, извлекаемые из недр  Земли вместе с углем, газом,  нефтью, минеральными удобрениями,  строительными материалами. Роль  различных искусственных источников  излучений в создании радиационного  фона иллюстрируется табл.21.

Естественная  доза облучения человека — 20-50 млрд/год (1 рентген = 1 рад). Предельно допустимая величина радиации для человека, по данным Международной комиссии по радиации, составляет 166 млрд/год.  Смертельная доза одноразового облучения — 10 тыс. рад. Табл.2.

  Таблица 2.Важнейшие радиогенные изотопы в биосфере

Проблема  промышленного производства

 Все промышленные  производства можно разделить  на три категории. К первой  относились производства, не имевшие  вредного воздействия на здоровье  человека, например швейные производства  и др. Ко второй принадлежали  производства относительно вредные,  например металлообработка. Их разрешалось  строить на окраинах городов,  в некотором от них отдалении.  К третьей относились производства, размещение которых вблизи городов  категорически запрещалось. Однако  быстрый рост городской застройки  менее чем за полвека свел  эффективность этого законодательства  на нет. Крупные промышленные предприятия, строившиеся поначалу вдали от города, очень быстро были поглощены городской застройкой. Причем наибольшая масса городского населения скапливалась вблизи крупных предприятий, где наблюдались наивысшие загрязнения. Подобное экологическое состояние было характерно практически для всех крупных промышленно развитых городов.

В нашей  стране уже принимались решительные  меры по борьбе с экологическими последствиями  беспланового развития городов. Состояние  окружающей среды в городах нашей  страны заметно улучшилось, однако экологические проблемы городов  оставались достаточно острыми. К традиционным источникам загрязнения окружающей среды прибавились новые, роль которых  постоянно возрастала. Это, прежде всего, относилось к автомобильному транспорту, который в настоящее время  является главным источником загрязнения  атмосферы в городах, а также  главным источником шума.

В свою очередь, города, являясь крупными транспортными  узлами, стали как бы центром сетчатого  загрязнения природной среды  вдоль транспортных магистралей, идущих к нему.

Состояние воздушного бассейна 

Для большинства  крупных городов характерно чрезвычайно  сильное и интенсивное загрязнение  атмосферы. Широко распространено мнение о том, что с увеличением размеров города возрастает и концентрация различных  загрязняющих веществ в его атмосфере, однако, в действительности. Наряду с невысокими уровнями концентрации загрязнения в периферийных районах, она резко увеличивается в зонах крупных промышленных предприятий и, в особенности в центральных районах, В последних, несмотря на отсутствие в них крупных промышленных предприятий, как правило, всегда наблюдаются повышенные концентрации загрязнителей атмосферы. Это вызывается как тем, что в этих районах наблюдается интенсивное движение автотранспорта, так и тем, что а центральных районах атмосферный воздух обычно на несколько градусов выше, чем в периферийных,— это приводит к появлению над центрами городов восходящих воздушных потоков, засасывающих загрязненный воздух из промышленных районов, расположенных на ближней периферии. При анализе процессов загрязнения атмосферы городов весьма существенно различие между загрязнениями, производимыми стационарными и мобильными источниками. Как правило, с увеличением размера города доля мобильных источников загрязнения (в основном автотранспорта), в общем, загрязнении атмосферы возрастает, достигая 60 и даже 70%.

В настоящее  время большие надежды в области  охраны воздушного бассейна связываются  с максимальной газификацией промышленности и топливно-энергетического комплекса, однако эффект газификации не следует  преувеличивать. В отличие от стационарных источников загрязнение воздушного бассейна автотранспортом происходит на небольшой высоте и практически  всегда имеет локальный характер. Так, концентрации загрязнений, производимых автомобильным транспортом, быстро уменьшаются по мере отдаления от транспортной магистрали, а при наличии  достаточно высоких преград (например, в закрытых дворах домов) могут снижаться  более чем в 10 paз.

В целом, выбросы  автотранспорта значительно более  токсичны, чем выбросы, производимые стационарными источниками. Наряду с угарным газом, окислами азота  и сажей (у дизельных автомашин) работающий автомобиль выделяет в окружающую среду более 200 веществ и соединений, обладающих токсическим действием. Среди них следует выделить соединения тяжелых металлов, некоторые углеводороды, особенно бензапирен, обладающий выраженным канцерогенным эффектом. Несомненно, что в ближайшем будущем загрязнение воздушного бассейна городов автомобильным транспортом будет представлять наибольшую опасность. Это объясняется главным образом тем, что в настоящее время еще не существует кардинальных решений данной проблемы, хотя нет недостатка в отдельных технических проектах и рекомендациях.

Загрязнение атмосферного воздуха является самой  серьезной экологической проблемой  современного города, оно наносит  значительный ущерб здоровью горожан, материально-техническим объектам, расположенным в городе (зданиям, объектам, сооружениям, промышленному  и транспортному оборудованию, коммуникациям, промышленной продукции, сырью и  полуфабрикатам) и зеленым насаждениям.

Разберем  для примера лишь воздействие  загрязнения воздушного бассейна на материально-технические объекты  только одним компонентом — сернистым  газом, выбрасываемым в атмосферу  при сжигании топлива.

Как показывают многочисленные исследования, повышенная концентрация сернистого газа в воздухе  резко увеличивает коррозию металлов. Так, по данным шведских исследователей, особенно интенсивной является коррозия углеродистой стали в городах  со значительным увлажнением воздуха  и в особенности прилегающих  к морским побережьям. Легко заметить, что с удорожанием стоимости  промышленного оборудования и промышленной продукции ущерб, наносимый загрязнением воздушного бассейна, будет неуклонно  возрастать. Более того, оказывается, что уже сейчас целый ряд наиболее передовых отраслей промышленности, таких как электроника, точное машиностроение и приборостроение, испытывают серьезные  затруднения в своем развитии на территории городов. Предприятиям этих отраслей приходится затрачивать немалые средства на очистку воздуха, поступающего в цеха, и, несмотря на это, на производствах, расположенных в крупных городах, нарушения технологии, вызванные загрязнением воздушного бассейна, учащаются с каждым годом. Но даже если в цехах при производстве высокоточной и высоко кондиционной продукции можно создать условия, близкие к идеальным, то, выходя за пределы цеха, она начинает подвергаться разрушающему воздействию загрязняющих веществ и может быстро терять свое качество.

Таким образом, загрязнение воздушного бассейна становится реальным тормозом научно-технического прогресса в городах, действие которого будет постоянно усиливаться  по мере повышения требований к чистоте  технологий, росту точности промышленного  оборудования и распространению  микро миниатюризации.

Воздействие окружающей среды  на здоровье городского населения

В большой  степени загрязнение атмосферы  сказывается на здоровье городского населения. Об этом свидетельствуют, в  частности, существенные различия в  заболеваемости населения в отдельных  районах одного и того же города.  В одном районе большое количество промышленных предприятий находится  вблизи детских садов, в другом детские  учреждения отдалены от основных магистральных  путей и источников загрязнения  воздуха вредными веществами. Анализ заболеваемости показал, что общая  острая заболеваемость в первом районе была в 1,5 раза выше, чем во втором. Заболеваемость органов дыхания детей возрастных групп (от  года до 6 лет) в первом районе была также в 1,5 раза выше, чем  во втором районе, а нервной системы  и органов чувств — в 2—2,5 раза чаще.

Изменение здоровья горожан является не только показателем экологического состояния  города, но и важнейшим социально-экономическим  его следствием, которое должно определять ведущие направления по улучшений качества окружающей среды. В связи с этим весьма важно подчеркнуть, что само здоровье горожан в пределах биологической нормы является функцией от экономических, социальных (включая психологические) и экологических условий.

В целом  на здоровье горожан влияют многие факторы, в особенности характерные  черты городского образа жизни - гиподинамия, повышенные нервные нагрузки, транспортная усталость и ряд других, но более  всего — загрязнение окружающей среды. Об этом свидетельствуют существенные различия в заболеваемости населения  в разных районах одного и того же города.

Наиболее  заметные отрицательные последствия  загрязнения окружающей среды в  крупном городе проявляются в  ухудшении здоровья горожан по сравнению  с жителями сельской местности.

Необходимость сохранения крепкого здоровья и высокой  работоспособности горожан усиливает  требования к качеству окружающей, среды. Во-первых, увеличивается количество отрицательно действующих факторов (например, вредных веществ в атмосфере  и в водоемах). Необходимость соблюдения и учета их совместного воздействия  на человека ведет к снижению предельно  допустимых величин каждого из них. Во–вторых, предельно допустимые величины (ПДВ) многих отрицательно-действующих факторов в окружающей среде (вредных веществ, ионизирующих излучений), являясь функцией нашего знания: периодически пересматриваются в сторону ужесточения.

Наряду с  загрязнением воздушного бассейна на здоровье человека отрицательно сказываются многие другие факторы окружающей среды городов.

Шумовое загрязнение 

Шумовое загрязнение в городах практически всегда имеет локальный характер и преимущественно вызывается средствами транспорта — городского, железнодорожного и авиационного. Уже сейчас на главных магистралях крупных городов уровни шумов превышают 90 дБ и имеют тенденцию к усилению ежегодно на 0,5 дБ, что является наибольшей опасностью для окружающей среды в районах оживленных транспортных магистралей. Происходит гибель или миграция животных из зон этих воздействий, что сопровождается, впоследствии, гибелью всей экосистемы. Шум — одна из форм физического (волнового) загрязнения, адаптация к которому невозможна. Сильный шум более 90 дБ вызывает нервно-психический стресс и ухудшение слуха — вплоть до полной глухоты. Очень сильный шум (свыше 110 дБ) вызывает резонанс клеточных структур протоплазмы, ведущий к шумовому «опьянению», а затем и к разрушению тканей. На рис. 2.4. представлены источники шумового загрязнения и их последствия для здоровья в рамках шкалы силы звука, которая строится по логарифмам отношений данной величины звука к порогу слышимости. 

Рис. 2.4. Схема  влияния силы звука на порог слышимости и последствия шумового загрязнения  для здоровья человека 

Как показывают исследования медиков, повышенные уровни шумов способствуют развитию нервно-психических  заболеваний и гипертонии. Борьба с шумом в центральных районах  городов затрудняется плотностью сложившейся  застройки, из-за которой невозможно строительство шумозащитных экранов, расширение магистралей и высадка деревьев, снижающих на дорогах уровни шумов. Таким образом, наиболее перспективными решениями этой проблемы являются снижение шумов собственных транспортных средств.

По экспертным оценкам, из-за шумового загрязнения 70—80% москвичей проживают в условиях акустического дискомфорта. В домах, расположенных на главных транспортных магистралях, уровни шума достигают 65—85 дБ (при норме не более 50 дБ).

Заметным  стало влияние и других физических загрязнителей на здоровье людей  в крупных городах. Например, в  г. Москве уровень средней напряженности переменного электрического поля для разных районов находится в излишне высоких пределах. Такой режим не является естественным для человека и, следовательно, опасен.

Экологически  опасными считаются три вида ионизирующего  излучения: корпускулярные (альфа и  бета излучения), электромагнитное (гамма  излучение) и близкое к нему рентгеновское. Ионизирующее излучение оказывает  наибольшее воздействие на высокоразвитые организмы. Микроорганизмы к нему более  устойчивы.

При биоценотическом  загрязнении основные нагрузки испытывает природная среда; в ней нарушается баланс видов, что приводит к гибели экосистем. Это всегда сопровождается биологическим загрязнением — появлением и размножением патогенных бактерий, которое может быть не менее опасным, чем химическое загрязнение. Например, экологические катастрофы всегда сопровождаются эпидемиями таких болезней как холера, грипп и др. В городе, где на значительных территориях практически  уничтожена природная среда, преобладающим  процессом повреждения зданий и  сооружений стал биохимический процесс  коррозии. Он приводит к быстрому разрушению органических и минеральных отделочных материалов, а также вызывает недопустимое для помещений биологическое  загрязнение, сопровождающееся аллергическими реакциями и бронхиальными заболеваниями.

Стациально-деструктивное загрязнение наиболее часто наблюдается при строительстве из-за изменения ландшафтов на территории в процессе нерационального природопользования. В экосистему за счет строительной деятельности привносятся дополнительные техногенные компоненты. При этом происходят не только структурные изменения (система становится неоднородной, сложной), но и естественные взаимодействия оказываются нарушенными. Особенно опасен этот вид загрязнения в городах, так как при их строительстве нарушается требование экологической емкости территории, а оставшиеся на территории города природные комплексы не могут обеспечить эффективное очищение воздуха, воды, противостоять «закислению» почвы и превращению ее в пыль.

По данным МГУ, в г. Москве из-за этого вида загрязнения рельеф стал более однообразным и плоским. По мере развития города постепенно срезались и «выполаживались» положительные для данной местности формы рельефа — моренные холмы и возвышенности, береговые валы и песчаные дюны. В прошлом на территории г. Москвы была разветвленная сеть рек. Бассейну р. Москва в ее среднем течении принадлежали около 120 рек, которые определяли гидрогеологический режим территории. Уже к XX веку были засыпаны несколько десятков рек, ручьев и оврагов, мелкие реки были переведены в коллекторы и т.д. Сегодня из-за повреждения коллектора частыми стали явления подтопления зданий и весьма актуальны проблемы гидрогеологического плана для большинства памятников архитектуры.

Из века в век шел процесс стихийного наложения культурных слоев. Возросли нагрузки на окружающую среду и существующая «озеленённость» из-за гибели деревьев и мелких наземных и водных экосистем составляет сегодня всего лишь 33% от оптимальной для города.

В таких  условиях опасность для городской  системы г. Москвы стали представлять обострившиеся негативные процессы в биосфере. Участки геологического риска занимают в настоящее время 48% территории города (распространены во всех административных округах), 40% городской территории оказались в подтопленном состоянии, зафиксированы 15 участков развития глубоких (до 100 м) оползней и свыше 300 участков проявления поверхностных оползней. Активизированы карстово-суффозионные процессы (в северо-западной части города выявлены 10 потенциально опасных зон).

Реакция геологической  среды на антропогенные воздействия  чаще всего проявляется через  значительное время, однако в таких  масштабах, которые требуют колоссальных затрат на исправление ситуации и  защиту построек. Так, в 1987 году провалилась  под землю на глубину 10 м улица  Пархоменко вместе с домами в г. Калуша Ивано-Франковской области. Причина — систематическая выработка руды и неисследованность грунтов перед застройкой улицы. Если бы, с учетом подобных факторов, своевременно были проведены консервационные и укрепительные работы, несчастья бы не произошло.

Как правило, значительное стациально-деструктивное загрязнение приводит к увеличению нагрузок на окружающую среду и от остальных видов загрязнения.

Эстетическое (визуальное) загрязнение причинило  и продолжает причинять значительный ущерб архитектурно-исторической среде  города, например, потерян колорит  исторических улиц и двориков г. Москвы. Историческая часть города и ландшафт на территориях нового строительства пострадали из-за возведения невыразительных объектов, несоответствующих ландшафту и характеру исторической застройки.

Однообразная  архитектура внесла не только дисгармонию  в историческую среду города, но и обострила социальные проблемы. Появившиеся в 1960-х годах в  городской среде эстетически  непривлекательные здания стали  отрицательно влиять на зрение и психику  человека — люди стали угрюмыми, возросло количество случаев вандализма и т.п. Загрязнителями стали серые  однообразные фасады с резко сниженным  количеством видимых элементов (глухие фасады, панели большого размера, стены, облицованные кафельной плиткой, и  т.п.).