Загрязнение литосферы. 3

     Загрязнение литосферы.

     Введение

     Период, начиная с 1950 г. до настоящего времени, называют периодом научно-технической  революции. К концу ХХ века произошли  огромные изменения и в технологии, появились новые средства связи  и информационные технологии, что  резко изменило возможности обмена информацией и сблизило самые  отдаленные точки планеты. Мир буквально  на наших глазах стремительно изменяется, и человечество в своих действиях  не всегда поспевает за этими изменениями.

     Экологические проблемы возникли не сами по себе. Это  результат естественного развития цивилизации, в которой сформулированные ранее правила поведения людей  в их взаимоотношениях с окружающей природой и внутри человеческого  общества, поддерживавшие устойчивое существование, пришли в противоречие с новыми условиями, созданными научно-техническим  прогрессом. В новых условиях необходимо формирование и новых правил поведения, и новой морали с учетом всех естественнонаучных знаний. Наибольшая трудность, которая  определяет многое в решении экологических  проблем - все же недостаточная озабоченность  человеческого общества в целом  и многих его лидеров проблемами сохранения окружающей среды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Литосфера, ее строение

     Человек существует в определенном пространстве, и основной составляющей этого пространства служит земная поверхность - поверхность  литосферы.

     Литосферой  называют твердую оболочку Земли, состоящую  из земной коры и слоя верхней мантии, подстилающего земную кору. Расстояние нижней границы земной коры от поверхности  Земли изменяется в пределах 5-70 км, а мантия Земли достигает глубины 2900 км. После нее на расстоянии 6371 км от поверхности находится ядро.

     Суша  занимает 29,2%поверхности земного  шара. Верхние слои литосферы называется почвой. Почвенный покров является важнейшим природным образованием и компонентом биосфера Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

     Почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% продовольственных  ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн.кв.км, или 86,5% площади  суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают около 10% суши, луга и  пастбища - 25% суши. Плодородием почвы  и климатическими условиями определяются возможность существования и  развития экологических систем на Земле. К сожалению, из-за неправильной эксплуатации ежегодно теряется некоторая часть  плодородных земель. Так, за последнее  столетие в результате ускорения  эрозии потеряно 2 млрд. гектаров плодородных  земель, что составляет 27% от общей  площади земель, используемых для  сельского хозяйства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3. Источники загрязнение почвы

     Литосфера загрязняется жидкими и твердыми загрязняющими веществами и отходами. Установлено, что ежегодно на одного жителя Земли образуется одна тонна  отходов, в том числе более 50 кг полимерных, трудноразлагаемых.

     Источники загрязнение почвы могут быть классифицированы следующим образом.

     Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия. В составе загрязняющих веществ  этой категории источников преобладают  бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие  в негодность предметы домашнего  обихода и т.п. Все это собирается и вывозится на свалки. Для крупных  городов сбор и уничтожение бытового мусора на свалках превратили в трудноразрешимую проблему. Простое сжигание мусора на городских свалках сопровождается выделением ядовитых веществ. При сжигании таких предметов, например, хлорсодержащих полимеров, образуются сильно токсичные  вещества - диоксиды. Несмотря на это, в  последние годы разрабатываются  способы уничтожения бытового мусора сжигания. Перспективным способом считается  сжигание такого мусора над горячими расплавами металлов.

     Промышленные  предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно  присутствуют вещества, способные оказывать  токсическое воздействие на живые  организмы и растения. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных тяжелых  металлов. Машиностроительная промышленность выбрасывает в окружающую природную  среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия; при производстве пластмасс  и искусственных волокон образуются отходы, содержащие фенол, бензол, стирол; при производстве синтетических  каучуков в почву попадают отходы катализаторов, некондиционные полимерные сгустки; при производстве резиновых  изделий в окружающую среду поступают  пылевидные ингредиенты, сажа, которые  оседают на почву и растения, отходы резинотекстильных и резиновых  деталей, а при эксплуатации шин - изношенные и вышедшие из строя  покрышки, автокамеры и ободные ленты. Хранение и утилизация изношенных шин  в настоящее время являются еще  нерешенными проблемами, так как  при этом часто происходит сильные  пожары, которые очень трудно тушить. Степень утилизации изношенных шин  не превышает 30% от общего их объема.

     Транспорт. При работе двигателей внутреннего  сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды, оксид  углерода, сажа и другие вещества, оседающие  на поверхность земли или поглощаемые  растениями. В последнем случае эти  вещества также попадают в почву  и вовлекаются в круговорот, связанный  с пищевыми цепями. 

     Сельское  хозяйство. Загрязнение почвы в  сельском хозяйстве происходит вследствие внесения огромных количеств минеральных  удобрений и ядохимикатов. Известно, что в составе некоторых ядохимикатов содержится ртуть.

     Рассмотрим  более подробно загрязнение почвы  тяжелыми металлами и ядохимикатами.

     Загрязнение почвы тяжелыми металлами. Тяжелыми металлами называют цветные металлы, плотность которых больше плотности  железа. К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть.

     Особенностью  тяжелых металлов является то, что  в небольших количествах почти  все они необходимы для растений и живых организмов. В организме  человека тяжелые металлы участвуют  в жизненно важных биохимических  процессах. Однако превышение допустимого  их количества приводит к серьезным  заболеваниям.

     Тяжелые металлы накапливаются в почве  и способствуют постепенному изменению  ее химического состава, нарушению  жизнедеятельности растений и живых  организмов. Из почвы тяжелые металлы  могут попасть в организм животных и людей и вызывать нежелательные  последствия.

     Установлено, что ртуть в почву поступает  с некоторыми пестицидами, бытовыми отходами и вышедшими из строя  измерительными приборами. Например, одна люминесцентная лампа содержит 80 мг ртути. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют 4-5 тыс. т/год. Предельно допустимая концентрация ртути в почве составляет 2,1 мг/кг. При постоянном поступлении ртути  в организм в малых количествах  происходит поражение нервной системы, приводящей к легкой возбудимости и  ослаблению памяти.

     Весьма  токсичным для живых организмов является свинец. Из каждой тонны добываемого  свинца до 25 кг его поступает в  окружающую среду. Огромное количество свинца выделяется в атмосферу вместе с выхлопными газами автомобилей  при сжигании этилированного бензина, так как 1 л бензина содержит до 0,5 г тетраэтилсвинца. Загрязнение  почвы и растений свинцом вдоль  автомобильных дорог распространяется на расстояние до 200 метров. Предельно  допустимая концентрация свинца в почве =32 мг/кг. Превышение этого показателя увеличивает вероятность попадания  свинца в организм человека через  сельскохозяйственные продукты, что  может привести к поражению центральной  нервной системы, печени, почек и  мозга. В промышленных районах содержание свинца в почве в 25-27 раз больше, чем в сельскохозяйственных.

     Загрязнение почвы медью и цинком ежегодно составляет 35 и 27 кг/км соответственно. Повышение концентраций этих металлов в почве приводит к замедлению роста растений и снижению урожайности  сельскохозяйственных культур.

     Большую опасность для человека представляет накопление в почве кадмия. В природе  кадмий находится в почве и  в воде, а также в тканях растений. Всемирная организация здравоохранения  рекомендовала ограничение дозы кадмия, поступающего с пищей в  организм человека, до 70 мкг в сутки. Потребляя пищу, содержащую повышенные дозы кадмия, приводит к деформации скелета, снижению роста и сильным  болевым ощущениям в пояснице.

     Загрязнение почвы пестицидами. Почва загрязняется также при использовании в  сельском хозяйстве пестицидов. Известно, что нормальный рост растений определяется различными физическими, химическими  и биологическими процессами, которые  протекают в почве. При попадании  в почву пестициды могут быть включены в эти процессы с их накоплением  в растениях. Кроме того, они сохраняют  устойчивость в почве длительное время, что также обуславливает  их накопление в пищевых цепях.

     Пестициды, или ядохимикаты, по назначению подразделяются на следующие группы:

     -инсектициды,  представляющие собой химикаты  для борьбы с вредителями сельскохозяйственных  культур (тиофос, метафос, карбофос, хлорофос, карбаматы);

     - гербициды, предназначенные для  борьбы с сорными травами (амины,  карбаматы, триазины);

     - фунгициды, или химикаты для  борьбы с грибковыми болезнями  растений (бензимидазолы, морфолины,  дитиокарбаматы, тетраметилтиурамдисульфид);

     - регуляторы роста растений;

     - дефолианты, вызывающие преждевременное  старение листьев растений. Они  широко применяются при механизированной  сборке хлопка для ускорения  опадения листьев у хлопчатника.

     Дефолианты  применялись во время войны во Вьетнаме для оголения джунглей. Это  позволяло американской авиации  обнаружить военные базы вьетнамских  партизан.

     Одним из первых пестицидов был печально известный ДДТ - дифенилдихлортрихлорэтан. Впервые он был синтезирован немецким химиком П.Мюллером. Этот препарат обладал  высокоэффективными инсектицидными свойствами и поэтому долгое время успешно  применялся против малярийных комаров, клещей, вшей. В 1944-1946 годах с помощью  ДДТ успешно подавляли очаги  сыпного тифа в Неаполе и малярии  в некоторых провинциях Италии. В  СССР с помощью ДДТ был уничтожен  клещ, переносящий таежный энцефалит. Все это в свое время послужило  причиной присуждения П. Мюллеру  Нобелевской премии. Однако много  позже обнаружилось, что ДДТ обладая  высокой устойчивостью в природной  среде, способен накапливаться в  пищевых цепях и наносить существенный вред животному миру. Попадая в  организм человека, ДДТ аккумулируется в мозге и действует как нервный яд. При этом нормальное функционирование мозга может быть нарушено.

     Применение  ДДТ в настоящее время запрещено, но предполагают, что в биохимическом  круговороте количество ДДТ в  настоящее время составляет около 1 млн.т.

     Необходимость применения пестицидов в сельском хозяйстве  обусловлена тем, что без них  урожайность сельскохозяйственных культур резко падает и составляет лишь 20-40% от возможной при их применении. Трудно себе представить уничтожение  колорадского жука на картофельных плантациях без применения пестицидов.

     Загрязнение литосферы при захоронении радиоактивных  отходов.

     В процессе ядерной реакции на атомных  электростанциях лишь 0,5-1,5% ядерного топлива превращается в тепловую энергию, а остальная часть(98,5-99,5%) выгружается из атомных реакторов  в виде отходов. Эти отходы представляют собой радиоактивные продукты расщепления  урана - плутоний, цезий, стронций и  другие. Если учитывать, что загрузка ядерного топлива в реакторе составляет 180 т, то утилизация и захоронение  отработанного ядерного представляют собой труднорешимую проблему.

     Ежегодно  в мире при производстве электроэнергии на атомных электростанциях образуется около 200000 куб.м. радиоактивных отходов  с низкой и промежуточной активностью  и 10000 куб.м. высокоактивных отходов  и отработанного ядерного топлива.

     Радиоактивные отходы бывают жидкими и твердыми. В зависимости от агрегатного  состояния изменяются условия их захоронения.

     Высокоактивные  жидкие радиоактивные отходы, способные  к взрыву, в виде азотнокислых водных растворов хранят в аппаратах  объемом до нескольких кубометров с  двойными стенками из нержавеющей стали  и с мешалкой.

     Жидкие  высокоактивные радиоактивные отходы, не способные к взрыву хранятся в  могильниках, которые состоят из шахт и помещений для хранения.

     В настоящее время одним из безопасных способов устранения опасности радиоактивного излучения твердых ядерных отходов  является их захоронение. Твердые радиоактивные  отходы хоронят в специальных  контейнерах в подземных штольнях, тоннелях. К ним предъявляются  особые требования при транспортировке  к месту захоронения.

     Проблема  транспортировки радиоактивных  отходов особенно актуальна для  России. Дело в том, что построенные  еще при СССР нашими специалистами  и по нашей технологии атомные  электростанции в других странах  на нашем ядерном топливе, и мы должны увозить отработанные отходы. Получается весьма удручающая для России картина: электроэнергия остается для  нужд страны-потребителя, а радиоактивные  отходы возвращаются к нам. Такое  сотрудничество с другими странами ведет в перспективе к весьма неприятным последствиям. Ведь захоронение радиоактивных отходов - это, прежде всего временное их удаление, а что с ними произойдет через 50,100 лет?

     Таким образом, мы оставляем будущему поколению  тяжелое наследие.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4. Контроль загрязнения почвы

     Установление  предельно допустимых концентраций вредных веществ в почве в  настоящее время находится еще  в самом начале разработке. ПДК  установлены примерно для 50 вредных  веществ, преимущественно ядохимикатов, применяемых для защиты растений от вредителей и болезней. Однако почва  не принадлежит к тем средам, которые  непосредственно воздействуют на здоровье человека, тогда как воздух и вода вместе с загрязнителями потребляются живыми организмами.

     Неблагоприятное влияние загрязнителей почвы  проявляется через трофическую  цепь. Поэтому на практике для оценки степени загрязнения почвы используются два показателя:

     - предельно допустимую концентрацию  в почве (ПДК), мг/кг;

     - допустимые остаточные количества (ДОК), мг/кг массы растительности. Так, для хлорофоса ПДК равна  1,0 мг/кг, ДОК=2,0 мг/кг. Для свинца ПДК=32 мг/кг, ДОК в мясопродуктах составляет 0,5 мг/кг.

       Санитарный контроль загрязнения  почвы в условиях городов осуществляется  санэпединслужбой. Под ее контролем  находятся также транспортировка  отходов, согласование мест складирования,  захоронения и переработки. 

     Санитарно-химические показатели загрязнения почвы.

Загрязняющее  вещество             Число проб почвы с превышением ПДК, % 

                                        на всей обследованной территории     в селитебной (зеленой) зоне Пестициды                                        1,23 / 2,1                                                  0,76 / 0,7 

Ртуть                                                 2,01 / 10,9                                           2,7 / 2,78 

Свинец                                               8,02 / 7,3                                           8,4 / 9,07 

Кадмий                                              3,14 / 14,13                                           3,6 / 5,55 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5. Разработка пестицидов безопасных для пищевой цепи

     Основная  опасность пестицидов как загрязнителей  почвы обусловлена их высокой  стабильностью в окружающей среде, что способствует их накоплению в  пищевых цепях.

     Для устранения этого недостатка в последние  годы разрабатываются новые, экологически безопасные пестициды.

     Например, гербицид глифосат в почве полностью  разлагается с образованием фосфорной  кислоты, углекислого газа и воды. Некоторые пестициды выпускаются  в виде индивидуальных оптических изомеров, что позволяет повысить их эффективность  в два раза.

     Разработка  одного высокоэффективного и экологически безопасного пестицида обходится  в 150 млн. долларов. Так как для  этого синтезируют сотни тысяч  препаратов, а среди них выбирают лишь один наиболее приемлемый. В то же время такие затраты на разработку новых пестицидов окупается высокими урожаями сельскохозяйственных культур, уменьшением загрязнения почвы, сохранением здоровья населения  страны и увеличением средней  продолжительности жизни людей.

     Основными потребителя экологически безопасных пестицидов являются Япония, США, Франция, Германия. Несмотря на широкое применение пестицидов, в Японии имеет место  самая высокая продолжительность  жизни населения на земном шаре - 75 лет для мужчин и 80 лет для  женщин. Это объясняется тем, что  применение в Японии пестициды не накапливаются в почве, а после  эффективного использования по функциональному  назначению разлагаются на безвредные вещества.

     В США посевные площади в 1,5 раза меньше, чем в странах СНГ, а применение пестицидов составляет 23% от мирового потребления. При этом более 80% продуктов  питания не содержит пестицидов, тогда  как 98% посевов риса, 97% посевов кукурузы и 93% посевов зерновых обрабатываются гербицидами

     В отличие от высокоразвитых стран  мира. В Российской Федерации применение пестицидов составляет примерно 4% от мирового потребления. Несмотря на слабое применение пестицидов, средняя продолжительность  жизни постепенно сокращается, и  по последним данным этот показатель для мужчин составляет всего 58 лет.

 
 
 
 
 
 
 

     6. Способы обезвреживания жидких радиоактивных отходов

     Жидкие  высокоактивные радиоактивные отходы хранят в аппаратах объемом до нескольких кубометров с двойными стенками из нержавеющей стали и с мешалкой. Такие аппараты устанавливают в  бетонных камерах. Для того чтобы  не произошло взрыва выделяющегося  при хранении водорода, аппарат непрерывно продувают воздухом, который, в свою очередь, очищают от радиоактивных  аэрозолей в специальных фильтрах. Содержимое аппаратов постоянно  перемешивают для предотвращения образования  взрывоопасных осадков. Кроме того, осаждение радиоактивных солей  может резко повысить температуру  в аппарате и вызвать тепловой взрыв с выбросом радиоактивного раствора. Во избежание этих явлений  аппараты снабжены холодильниками. Срок эксплуатации таких аппаратов составляет 20-30 лет. Затем жидкие отходы переливают в новые аппараты. Такой процесс  может продолжаться несколько сот  лет.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     7. Способы обезвреживания, утилизация и ликвидации твердых бытовых отходов

     Одним из массовых загрязнений почвы являются твердые бытовые отходы (ТБО). На каждого городского жителя в течение  года образуется около 500 кг твердых  бытовых отходов, из них 52 кг - полимерные.

       Проблема обезвреживания, утилизации  или ликвидации ТБО является  актуальной до настоящего времени.  Многочисленные городские свалки, занимающие десятки и сотни  гектаров земли, являются источниками  едкого дыма во время сжигания  бытового мусора и загрязнения  подземных вод из-за просачивания  вредных веществ в грунтовые  воды. Поэтому в последние годы  уделяется большое внимание разработке  способов утилизации или уничтожения  твердых бытовых отходов.

       Ориентировочный состав ТБО городов  Российской Федерации включают  следующие компоненты (% мас.): пищевые  отходы - 33-43; бумага и картон - 20-30; стекло -5-7; текстиль 3-5; пластмасса - 2-5; кожа и резина - 2-4; черный металл - 2-3,5; дерево - 1,5-3; камни - 1-3; кости  - 0,5-2; цветные металлы - 0,5-0,8; прочие - 1-2.

       В настоящее время известны  следующие способы обезвреживания, утилизации и ликвидации ТБО:

• складирование на полигоне;
• аэробное биотермическое компостирование;
• сжигание на специальных мусоросжигательных заводах.

       Выбор способа определяется с  учетом экологических, экономических,  ландшафтных, земельных и других  факторов.

     7.1. Складирование твердых бытовых отходов.

     Основным  способом обезвреживания ТБО как  за рубежом, так и в Российской Федерации является складирование  на полигонах. Для создания полигона выделяют земельный участок площадью 20-40 гектаров с глинистой или тяжелой  суглинистой почвой. Выбор такой  почвы обусловлен следующим. Дождевые и талые воды проходят через слой твердых бытовых отходов толщиной в несколько десятков метров, извлекают  из него растворимые вредные компоненты и образуют сточные воды полигона. Глинистые и суглинистые почвы  препятствуют проникновению таких  сточных вод в пласты подземных  вод.

       Срок эксплуатации полигона составляет 15-20 лет. Полигон должен располагаться  не ближе 500 м от жилой постройки  и не дальше 500 м от дороги  с твердым покрытием.

       В Казань промышленные и бытовые  отходы складируются на полигоне, расположенном около населенного  пункта Самосырово. Площадь полигона  составляет 21,2 гектара, на нем ежегодно складируется от 1,5 до 2,0 млн.т. отходов. Из-за большого потока твердых отходов свалка растет вверх, что затрудняет работу по обслуживанию полигона и соблюдению санитарных норм складирования ТБО.

     7.2. Сжигание твердых бытовых отходов на мусоросжигательных заводах.

       Среди способов обезвреживания  твердых бытовых отходов большое  внимание уделяется их ликвидации  путем сжигания в специальных  печах. В то же время обычные  процессы сжигания твердых бытовых  отходов сопровождается образованием  сильно токсичных газообразованых  веществ, в том числе и диоксинов.

       Весьма перспективным считается  сжигание ТБО в расплавах металлов  или в расплавленном шлаке.  Преимущество этого способа заключается  в том, что из-за высокой  температуры таких расплавов  разложение твердых бытовых отходов  происходит очень быстро и  полностью, а минеральные составляющие  расплавляются и переходят в  шлак.

     Схема обезвреживания твердых бытовых (ТБО) и промышленных (ПО) отходов в  расплаве шлака.

       воздух

      4

       вода пар дым. газы

                                     3

     1 шлак

     ПО 

                      5

      6

     природ. газ

                     2

       шлак      

     Принципиальная  схема сжигания ТБО и ПО: 1-бункер для ТБО, 2-печь с барботируемой  шлаковой ванной, 3- воздуходувка, 4-рекуперационный  теплообменник, 5-котел - утилизатор, 6-установка  для очистки дымовых газов.

     Производительность  такого завода составляет 50 тыс. т/год  твердых бытовых и промышленных отходов.

 
 
 
 
 

     9. Самоочищение почвы

     Почва относится к трехфазным системам, однако физико-химические процессы, протекающие  в почве, чрезвычайно замедлены, и растворенные в почве воздух и вода не оказывают существенного  ускоряющего воздействия на протекание этих процессов. Поэтому самоочищение почвы, по сравнению с самоочищением  атмосферы и гидросферы, происходит очень медленно. По интенсивности  самоочищения эти компоненты биосферы располагаются в следующей последовательности:

       Атмосфера - гидросфера - литосфера.

       В результате вредные вещества  в почве постепенно накапливаются,  со временем становятся угрозой  для человека.

       Самоочищение почвы в основном  может произойти только при  загрязнении органическими отходами, которые подвергаются биохимическому  окислению микроорганизмами. В то  же время тяжелые металлы и  их соли постепенно накапливаются  в почве и могут лишь опустить  в более глубокие слои. Однако  при глубокой вспашке почвы  они снова могут оказаться  на поверхности и попасть в  трофическую цепь.

       Таким образом, интенсивное развитие  промышленного производства приводит  к росту промышленных отходов,  которые в совокупности с бытовыми  отходами существенно влияют  на химический состав почвы,  вызывая ухудшение ее качества.

       Бережное и грамотное обращение  с землей на сегодняшний день  стало самой актуальной проблемой.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  используемой литературы:

     1. «Безопасность жизнедеятельности»  учебник под ред. Э.А. Арустамов  Издательство «Дашков и К» 2001г.

     2. В.С Гриценко «Безопасность жизнедеятельности»  учебное пособие 2005г.

     3. «Глобальные проблемы современности»  сб. трудов ВНИНСИ -№ 5 , 1998г.

     4. Федеральный экологический фонд  Российской Федерации, Лосев К.С.,

     5. Горшков В.Г., Кондратьев К.Я., и др. Проблемы экологии России, 1997г.