Истощение озонового слоя

1. Истощение озонового слоя

           Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар, в атмосфере на высоте от 15 до 30 км от Земли выделяется слой с наибольшей концентрацией озона. Озон (О3) образуется под воздействием солнечной энергии, которая заставляет атомы кислорода отделяться от одной молекулы кислорода (О2), а затем присоединяться к другой молекуле. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области. 

       Если озоновый слой удалось  бы опустить на плоскую поверхность  его толщина составила бы всего  лишь 1,5 миллиметра.

     Впервые истощение озонового слоя привлекло  внимание широкой общественности в 1985 г:; когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры».

     С тех пор результаты измерений  подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние 10 лет концентрация озонового  слоя снизилась на 4-6% в зимнее время  и на З% - в летнее. 

     В настоящее время истощение озонового  слоя признано всеми как серьезная  угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет  способность атмосферы защищать всe живое на земле от жесткого ультрафиолетового  излучения (УФ - радиация). Живые организмы  весьма уязвимы для ультрафиолетового  излучения, ибо энергия даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы  разрушить химические связи в  большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах  с пониженным содержанием озона  многочисленны солнечные ожоги, наблюдается рост заболеваемости людей  раком кожи и др. Так, например, по мнению ряда ученых - экологов, в России при сохранении нынешних темпов истощения  озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Кроме  кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т.д.  
Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных эко-систем, и т. д.   
Наука еще до конца установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглероодов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с вьщелением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.  
По данным международной экологической организации «Гринпис , основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США - 30,85%, Япония - 12,42; Великобритания - 8,62 и Россия - 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру площадью 7 млн. км2, Япония - 3 млн. км2, что В семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя . 
Согласно протоколу Монреальской конФеренции (1987 г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалос~ снижение выбросов хлорфторуглеродов к 1998 г. на 50 %. В соответствии с Законом РФ «Об охране окружающей среды (2002) охрана озонового слоя атмосферы от экологически опасных изменений обеспечивается посредством регулирования производства и использования веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе международных договоров Российской Федерации и ее законодательства. В будущем необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ - радиации, поскольку многие из ХЛОрфторуглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни лет. 

     Пока  люди делают все, чтобы остановить ухудшение  ситуации в связи с истощением озонового слоя, нам необходимо защитить себя и свои семьи от неблагоприятного воздействия ультрафиолетовых лучей:

     Надо  сокращать до минимума пребывание на солнце, особенно с 10.00 до 15.00, когда  лучи солнца наиболее интенсивные.

     Носить  шапки с широкими полями и очки задерживающие УФ лучи.

     Пользоваться  солнцезащитным кремом с УФ-фактором более 15. Наносить его ежечасно, а  также после купания или активной деятельности.

     Покупайть продукцию (дезодоранты, моющие средства и др.) только со значком “Ozone Friendly” (Без фреонов).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Загрязнение воды и пищи ртутью.

     Глобальная  хозяйственная деятельность человечества приводит к существенным изменениям естественных циклов многих элементов. Такие циклы становятся природно-антропогенными и характеризуются определенными  нарушениями в отлаженном миллионами лет механизме функционирования биосферы. Это в полной мере относится  и к ртути.

     До  осуществленной человеком научно-технической  революции ртуть и ее соединения существенно не влияли на окружающую среду, так как их концентрации в  природе были крайне малы (8,3х10-6 %). По мере развития цивилизации применение ртути и ее соединений становилось  все более интенсивным, мировая  промышленность в последнее время  ежегодно производит около 9 000 т металлической  ртути, а всего в двадцатом  столетии было произведено примерно 500 тыс. т, из которых значительная часть  в итоге оказалась в окружающей среде. Это антропогенное влияние  существенно нарушило нормальный биогеохимический цикл ртути в результате чего биосфера наряду с влиянием других экотоксикантов стала испытывать и негативные эффекты  ртути и ее производных.

     2.1 Источники ртути и ее соединений в окружающей среде

     Обычно  рассматривают две группы источников поступления ртути и ее соединений в окружающую среду — природные  и антропогенные. При этом природные  источники подразделяют на глобальные, региональные и локальные.

     Основными глобальными источниками являются верхняя мантия земной коры (в первую очередь, продукты извержения вулканов и выветривания горных пород) и мировой  океан (включая все виды поверхностных  и подземных вод).

     К региональным источникам относят главным  образом крупные месторождения  ртутьсодержащих пород (рудные пояса  и зоны). В свою очередь, в качестве локальных источников рассматривают  лишь отдельные рудные поля.

     Основными антропогенными источниками ртути, загрязняющими атмосферу, почву  и водные экосистемы, являются: собственно производство ртути, черная и цветная  металлургия, целлюлозно-бумажная промышленность, сжигание угля, коксохимическое производство, сжигание отходов, химико-технологические  процессы, в которых ртуть и  ее соединения используются в качестве реагентов, катализаторов и электродов для получения широко применяемых  в народном хозяйстве продуктов (каустическая сода и хлор, красители, удобрения, пестициды, антиобрастающие  и другие специальные покрытия, зубные амальгамы и пр.) и добычи драгоценных  металлов (в частности, золота), а  также различные ртутьсодержащие  приборы (вакуумметры, барометры, термометры и т.п.) и изделия электроники  и электротехники (ртутные батареи  и микробатарейки, люминесцентные лампы  и др.). Одни только люминесцентные лампы, используемые на территории России, содержат -500 т металлической ртути.

     Антропогенный вклад ртути составляет около 1/3 всех поступлений этого металла  в атмосферу. Основной способ ее попадания  в водные экосистемы — со сточными водами в виде гомогенных и коллоидных растворов и взвесей. Количество антропогенной ртути, поступающей  в поверхностные водные экосистемы, составляет величину порядка 57 тыс. т, что в 10 раз превышает поступление  из природных источников.

     В водных экосистемах катионы ртути  Нg2+  образуют большое количество устойчивых комплексных соединений с различными органическими и неорганическими лигандами. Особую роль, в частности, играют комплексы неорганических солей ртути с природными гумусовыми веществами, в частности с гумусово - и фульвокислотами. Так как в природных водах ртуть интенсивно связывается с твердыми взвешенными частицами, то процессы сорбции-десорбции являются ключевыми для судьбы ртути в водных экосистемах. В удалении ртути из водных масс решающую роль наряду с сорбцией играет ее последующая седиментация.

     В целом, антропогенное поступление  ртути в окружающую среду в  Р Ф оценивается в 200 — 250 т (в  том числе 3— 5 т в результате аварий).

     При производстве металлической ртути  ее выбросы в атмосферу составляют от 5 до 7% от общего объема производства, а производство 1 т черновой меди сопровождается выбросами в атмосферу  более 2 т пыли с содержанием ртути  до 4%. В сточных водах этих предприятий  содержится до 0,01 мг/л ртути.

     2.2. Содержание ртути и ее соединений в окружающей среде.

     Литосфера.  Среднее содержание неорганических производных ртути в земной коре составляет около 50 мкг/кг, однако, некоторые руды, минералы и породы могут содержать и более высокие концентрации ртутных соединений. В почвах природное содержание ртути обычно принимается в среднем равным 10 нг/кг, однако, в загрязненных районах значения концентраций ртути могут быть на два-три порядка выше (при значении ПДК = 2,1 мг/кг).

     Формы нахождения ртути в почвенной  среде находятся в состоянии  динамического равновесия, в котором  значительную роль играют обусловленные  присутствием микроорганизмов процессы метилирования неорганических производных  ртути и деметилирования метилртутных соединений. Образование метильных  производных ртути приводит к  существенному возрастанию летучести (давление насыщенных паров диметилртути примерно в 10 тыс. раз больше соответствующего параметра для металлической ртути). При этом оказывается, что скорость улетучивания соединений ртути с поверхности почвы зависит от ее природы. Например, при одинаковой исходной концентрации (1 мг/кг) за шесть суток с поверхности песчаной и глинистой почв улетучивалось, соответственно; 25 и 43 % соединений ртути. В отличие от кадмия и цинка, являющихся соседями ртути по II группе Периодической системы Д. И. Менделеева, ртуть не увеличивает своей подвижности при закислении почвы, что объясняется прочным связыванием с содержащимися в почве гумусовыми веществами.

     Что касается метилртутных соединений, то типичными концентрациями, характеризующими их содержание в почвах, являются 0,02 — 0,4 мкг/г.

     Гидросфера.  Считается, что в Мировом океане к концу второго тысячелетия накопилось около 50 млн. т соединений ртути, а естественный вынос ртути в океан в результате эрозии составляет примерно 5 тыс. т в год.

     При ПДК для поверхностных вод 0,0005 мг/л концентрации растворенной ртути  в природных водах могут варьировать  от нанограммов до микрограммов в литре (для незагрязненных водных экосистем, в частности для арктического региона, типичной средней концентрацией считается С (Нg) < 1 мкг/л). При этом в хорошо аэрируемых водах, для которых окислительно-восстановительный потенциал среды Еh  > 0,5, будет преобладать двухвалентная ртуть (в виде Hg2+  или СН 3 Hg+ ), а при восстановительных условиях будет превалировать Нg 0 . Интенсивное связывание ртути с твердыми взвешенными частицами приводит к тому, что фактор концентрирования составляет величину порядка (1,3— 1,8)х105 ,  т.е. доля ртути, связанной со взвешенными частицами (размером менее 0,45 мкм) в 10 тыс. раз больше, чем растворенная доля.

     В донных отложениях ртуть практически  полностью связана с фракцией частиц диаметром менее 20 мкм. Факторы, обуславливающие эффективность  связывания ртути в донных отложениях, располагаются по значимости в следующем порядке: «содержание гумусовых веществ > размеры частиц > ионообменная способность катионов > площадь поверхности частиц». Среднее фоновое содержание в реках и озерах России растворенной ртути 0,09 мкг/л и взвешенной ртути 0,23 мкг/г. Соответствующие антропогенные показатели — 10 г/л и 6 г/г.

     Исследование  экосистемы Черного моря показало, что имеет место пространственно-временная изменчивость в распределении ртути во всех районах моря и значительное ее концентрирование в поверхностном микрослое (ПМС, толщиной не более 1 мм) по сравнению с нижележащими слоями воды. Во многих случаях концентрации ртути в ПМС превышают 1 мкг/л, а в западной части моря существенно превышают эту величину. По мере удаления от шельфа эти концентрации незначительно уменьшаются. Оценочные расчеты показывают, что в ПМС содержится около 263 т ртути.

     Изучение  вопроса о влиянии качества сточных  вод Северобайкальского отделения Байкало-Амурской магистрали на загрязнение вод озера Байкал ртутью показало, что вода Северного Байкала и рек Тыи и Кичеры претерпевает загрязнение на уровне 0,1 - 0,2мкг/л. Существенный вклад в загрязнение о. Байкал ртутью внесли и сточные воды Байкальского целлюлозно- бумажного комбината (БЦБК). Было показано, что ртуть в сточных водах БЦБК, в основном, присутствует в виде комплексов с хлорид - ионами (HgCl2 , HgCl4 2- и т.д.). Сочетание механических, биологических и химических методов очистки сточных вод БЦБК позволяет снизить содержание в них ртути до 0,0005 мг/л, что соответствует современным эколого-гигиеническим стандартам. Однако в образующемся при этом и обезвоженном шлам-лигнине содержание ртути может достигать весьма высоких концентраций (до 4 мкг/кг).

     Исследование  накопления ртути в верхних слоях  озерных донных отложений (седиментов) в Арктике показывает, что концентрации ртути в этих слоях более чем  за столетний период увеличились  от 0,03 до 0,11 мкг/г. В России самое  сильное загрязнение наблюдается  вблизи металлургических комбинатов на Кольском полуострове и в Норильске, где соответствующие концентрации превышают фоновые уровни в десятки, а кое-где и в сотни раз. Вследствие того, что озерные седименты являются превосходными накопителями тяжелых  металлов, возможно, что эти уровни загрязнения останутся высокими в течение многих десятилетий. Крайне важно, что количества ртути во времени  увеличиваются не только в озерных, но и в морских донных отложениях. Даже на Северном полюсе в седиментах с глубин от 22 до 3м концентрации ртути возрастают от 0,03 до 0,13 мкг/кг. Эти экспериментальные данные, по-видимому, указывают на увеличивающийся глобальный поток ртути, которая осаждается в Арктике из-за холодного климата.

     Растения.  Специальное исследование миграции ртути в системе «атмосфера – растение - почва» в Байкальском регионе показало, что ртуть, поступающая из атмосферы в виде паров, сорбируется хвоей и прочно удерживается ею. Миграции в другие органы растения при этом не происходит. При введении ртути в крону в виде аэрогидрозоля дальнейшее ее поведение определяется степенью общей минерализации аэрогидрозоля, а не концентрацией в нем ртути. При низкой минерализации ртуть ведет себя так же, как газообразная, если же минерализация достаточно высока, то ртуть, связанная хвоей, быстро распределяется по всему растению и уже через сутки поступает в заметных количествах в почву, а из почвы — снова в атмосферу. При корневом поглощении основное количество ртути фиксируется тканями вблизи места введения. Следует отметить, что действующие санитарные нормы предусматривают возможность содержания в сельскохозяйственных растениях (картофель, овощи, зерновые) соединений ртути на уровне 0.02 — 0,03 мг/кг.

     В то же время исследования влияния  органических и неорганических производных  ртути на физиологические свойства растений на организменном, клеточном, субклеточном, ферментном и молекулярном уровнях показали, что эти экотоксиканты  уже при концентрациях аналогичного уровня вызывают у растений различные  негативные экотоксикологические эффекты  — ингибирование клеточного дыхания, понижение ферментной активности и  др.

     Живые организмы.  Отметим прежде всего, что печально известная болезнь Минамата (по названию залива в Японии, в который сбрасывал в течение многих лет сточные воды, содержащие ртуть, завод по производству ацетальдегида) была зарегистрирована впервые в 1953 г. у 121 жителя побережья этого залива, из которых более сорока вскоре скончались (хотя поначалу у них были зарегистрированы лишь ломота в суставах и нарушения слуха и зрения). В специальном исследовании было установлено, что болезнь Минамата обусловлена экотоксикологическими эффектами метилртутных соединений, образующихся в водных экосистемах при биологическом и химическом метилировании неорганических производных ртути. При этом бионакопление соединений ртути в морской биоте достигает значительных уровней (в заливе Минамата концентрации ртути составляли: в крабах — 35,7 мг/кг, в рыбе — 20,0 мг/кг, в креветках — 5,6 мг/кг при японском нормативе 0,4 мг/кг).

     В последнее двадцатилетие показано, что очень высокие концентрации ртути накоплены в морской  биоте Средиземноморья (от 2 до 4 раз  выше, чем в большинстве других морей). Эти факты объясняют тем, что 65 % мировых запасов ртути  сосредоточено в средиземноморском  регионе (занимающем лишь 1 % поверхности  нашей планеты), а также тем, что  обмен водой с Атлантическим  океаном через пролив Гибралтар  крайне мал. Анализ рыб Тирренского  моря у побережья Тосканы (где  в городке Росиньяно Сольвей  был завод по производству каустической соды и хлора с ртутными электродами) показал, что концентрации ртути  в печени (2,42 — 17,00 мг/кг) и почках (2,09 - 29,80 мг/кг) рыб существенно выше, чем в мышечных тканях этих же рыб (1,65 — 4,64 мг/кг).

     Рыбы  Братского водохранилища (плотва, карась, лещ и окунь) также содержат значительные количества ртути — от 2 до 6 мг/кг, что, по мнению ученых, обусловлено  значительным загрязнением ртутью и  ее соединениями донных отложений этой водной экосистемы. По мнению Комитета по охране окружающей среды Иркутской  области, ответственными за это загрязнение  являются промышленные предприятия  Иркутска, Ангарска, Усолья - Сибирского и Зимы, некоторые из которых за последние 20 — 30 лет сбросили со сточными водами по 1,5 — 2,0 тыс. т ртути.

     Пресноводные  рыбы (голец, налим и сиг) в арктических  водах России содержат ртуть на уровне 0,01 мкг/г сырой массы (отметим  для сравнения, что соответствующие  значения для вод Норвегии, Финляндии, Гренландии и Канады составляют 0,25, 0,32, 0,99 и 2,49 мкг/г). А исследования биоаккумуляции тяжелых металлов в арктической биоте показали, что, например, в куропатках ртуть и кадмий накапливаются преимущественно в почках. При этом кадмий обнаруживают в концентрациях (47 — 524 мкг/г), превышающих содержание ртути в сотни и даже в тысячи раз (0,07 — 0,75 мкг/г). Интересно, что в хищных птицах России уровень содержания ртути выше, чем в птицах, питающихся только растительным кормом.

     Важно иметь в виду, что значительная часть ртути, содержащаяся в водной биоте, обычно присутствует в виде метилртути. В качестве примера можно привести результаты исследований содержания ртути и метилртути в морских организмах Средней Адриатики, которые показали, что в период с 1950 по 1985 гг. в шести представителях водной биоты (кальмар, мидия, карась, султанка, пагелла и мерлуза) в заливе Каштела, в который ежедневно сбрасывалось по несколько килограммов ртути (с предприятия по производству хлора и щелочи), содержание ртути составляло от 0,14 до 9,0 мг/кг.

     После начала очистки сточных вод в 1985 г. ежедневные сбросы ртути уменьшились  до 120 г, в результате чего и в морской  биоте содержание ртути в 1988 — 89 гг. уже составляло от 0,10 до 1,07 мг/кг. При этом содержание метилртути в  тех же образцах в 1988 — 89 гг. составляло от 0,05 до 0,96 мг/кг, т.е. от 50 до 90 %.

     Пищевые продукты. Санитарные нормы содержания ртути в продовольственном сырье  и некоторых пищевых продуктах  растительного происхождения, действующие  на территории Российской Федерации, приведены  в таблице 1.

     Для поступления ртути в организм взрослого человека (в расчете  на вес 70 кг) с пищевыми продуктами за сутки приняты следующие примерные  нормы: нормальная — от 0,004 до 0,02 мг/день, токсичная — 0,4 мг/день и летальная  — от 0,15 до 0,3 г/день. 

     2.3.Токсичность ртути и ее соединений.

     Пары  металлической ртути в концентрациях 0,01 — 0,03 мг/м3 при продолжительном  воздействии обусловливают микромеркуриализм  — болезнь, первая стадия которой  характеризуется следующими симптомами: снижением мышечной работоспособности 

     Таблица 1 – Санитарные нормы содержания ртути в продуктах

     человека, быстрой утомляемостью и повышенной возбудимостью (иногда имеет место  набухание слизистой оболочки носа). На второй стадии названные симптомы проявляются ярче, а, кроме того, наблюдаются головные боли, ослабление памяти и проявления беспокойства, раздражительности и неуверенности в себе (параллельно проявляются катаральные явления в области верхних дыхательных путей, воспаление слизистой оболочки полости рта, кровоточивость десен). И, на конец, на третьей стадии наблюдаются изменения сердечной деятельности, нарушения секреторной функции желудка, головокружения, потливость, гиперфункция щитовидной железы, заболевания периферической нервной системы. С увеличением стажа работы с ртутью развивается истинный меркуриализм, при котором у женщин растет число выкидышей, преждевременных родов и процент заболеваемости мастопатией; у новорожденных имеют место пороки развития, скрытые отеки и недостаточность защитных механизмов.

     Что касается органических и неорганических производных ртути, то первые из них  относятся к классу суперэкотоксикантов, способных проникать через клеточную мембрану и накапливаться в живых организмах. Возможным механизмом цитотоксичности является действие ртутьорганических солей RHgX или их гидратированных катионов [RHg(H2O)n]+ непосредственно на функционально активные центры клеток. Отмечено также значительное вмешательство органических производных ртути в белковый синтез и реакции с ДНК. При этом ртуть нарушает нормальный механизм образования двойной спирали ДНК, что приводит к ярко выраженным мутациям.

     Особую  тревогу с точки прения влияния на здоровье населения вызывают метилртутные соединения (главным источником которых являются морепродукты), которые хорошо поглощаются человеческим организмом и накапливаются в нем до значительных уровней. Поэтому в последние годы особое внимание в мире уделяется анализу бионакопления ртути в людях, которые повседневно потребляют морепродукты. В частности, было показано, что рыбаки, живущие на берегах Средиземного моря и постоянно потребляющие морепродукты, имеют в своих волосах содержание ртути вплоть до 50 мкг/г, а беременные женщины с острова Мадейра, питающиеся морепродуктами, по крайней мере, несколько раз в неделю, имеют высокое содержание ртути как в волосах (до 42,6 мкг/г),так и в крови (до 142,4 мкг/л). При этом 73 % женщин имеют содержание ртути в волосах более 6 мкг/г, что неизбежно оказывает негативное влияние на развитие мозга зародыша. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  литературы. 

1. Валова (Копылова) В. Д. Экология: учебник. Издательский дом "Дашков и К"2007

2. Коробкин В.И.    Передельский  ЛВ Экология 12-е изд., доп. и перераб. - Ростов н/Д: Феникс, 2007

3. Лось В.А. Экология изд., Экзамен, 2006

4. Николайкин  Н.И. Экология. Учебник для вузов.  Изд., . – М.: Дрофа, 2006

5. Под ред. Проф. Э.В. Гирусова, проф. В.Н. Лопатина Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов,  2-е изд., Юнити-Дана, 2008

6. Шилов И.А.  Экология. Учебник для вузов 6-е  изд., Высшая школа, 2009