Пестициды используются для борьбы с переносчиками таких болезней как малярия или энцефалит, широко применяются в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений и во многих других случаях. Масштабы их использования быстро увеличиваются, соответственно, растет загрязненность продуктов питания. По данным FAO за 2002 г, в странах ЕС 40% фруктов, овощей и зерна содержали остатки пестицидов, 15% – остатки нескольких пестицидов, а в 5% их количество превышало ПДК.
В зависимости от поражающего действия эти вещества делят так:
· гербициды - уничтожение сорной растительности;
· фунгициды - против паразитических грибов;
· бактерициды - против бактерий;
· инсектициды - против вредных насекомых.
По числу названий в продажу поступает больше всего инсектицидов, но по масштабам применения лидируют гербициды, а инсектициды занимают второе место. Показательны примеры воздействия на окружающую среду таких галогенорганических соединений, как диоксины и препараты группы ДДТ.
Диоксины и диоксиноподобные соединения.В большую группу этих соединений входит ряд веществ, содержащих атомы хлора. Химически диоксины инертны. Имеют высокую адгезионную способность.
Столкнулись с диоксинами в 30-х годах XX века, когда в США начали производство полихлорфенолов. В 60-х годах прошлого века использовались США во время войны во Вьетнаме для уничтожения растительности. В настоящее время не производятся, но являются нежелательным побочным продуктом там, где используется хлор. По этой причине пик неконтролируемого выброса диоксинов пришелся на время широкого применения хлора для отбеливания бумаги и синтеза ряда веществ в 60–70-е годы. Сейчас основными источниками диоксинов являются:
· отходы, содержащие хлорфенолы;
· выбросы печей, сжигающих промышленные отходы;
· процессы хлорирования.
Очень токсичны. Смертельные дозы измеряются в мкг/кг живого веса. Способны к биоаккумуляции. Период полувыведения составляет 5-6 лет. Вызывают заболевания – хлоракне и расстройства печени. Хлоракне – тяжелая форма угрей, уродующих кожу (остаточные явления до 25 лет). Заболевание может длиться годами и с трудом поддается лечению.
Проблема загрязнения диоксинами подробно рассмотрена в Госдокладе "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 г.": Выборочные обследования, проведенные Роскомгидрометом в 1993 г., показали, что их содержание в воде, городских почвах и атмосферном воздухе не превышает ПДК. Однако сам факт наличия диоксинов требует внимания и указывает на то, что ряд предприятий имеют опасную технологию.
ДДТ и другие инсектициды.ДДТ синтезирован в 1874 г. О. Цайдлером. В 1938 г. П. Мюллер обнаружил инсектицидные свойства ДДТ. Это стойкое вещество (разлагается при 195о С) не отпугивает насекомых, мало токсично для человека и других теплокровных (безопасная доза 500‑700 мг).
Первые результаты применения ДДТ были позитивны. Вторая мировая война, благодаря ДДТ, была первой, в которой от тифа погибло меньше людей, чем от пуль противника. Успешным было использование ДДТ против комаров – переносчиков малярии. Если в 1948 г. в Индии погибло от малярии более 3 млн человек, то в 1965 г. случаи смерти от малярии были единичны. Именно за это П. Мюллер была вручена Нобелевская премия 1948 г.
Отрицательные свойства. Спустя 20–30 лет выявились негативные последствия применения ДДТ и других пестицидов, которые заключались в следующем:
· повышение сопротивляемости вредителей к пестицидам;
· устойчивость пестицидов в среде и накопление их в организмах;
· возрождение вредителей и вторичные вспышки численности;
· рост материальных затрат на применение пестицидов.
· быстрое распространение (ДДТ обнаружен в странах, где не применялся).
Рассмотрим негативные экологические последствия действия инсектицидов.
Популяции насекомых-вредителей способны быстро эволюционировать. При воздействии пестицидов погибают чувствительные особи, но особи с высокой сопротивляемостью выживают и дают более выносливое поколение. Так как многие насекомые размножаются стремительно, возникают линии с высокой устойчивостью к пестицидам. Известны случаи, когда устойчивость возрастала в десятки тысяч раз. Более того, обретая устойчивость к одному агенту, популяция становится устойчивой и к другим.
Другая проблема связана с судьбой пестицидов в окружающей среде. В зависимости от времени, в течение которого препарат сохраняется в почве, выделяют: быстро разрушающиеся – менее 15 недель, умеренно разрушающиеся –15–45 недель, медленно разрушающиеся – 45–75 недель и устойчивые – более 75 недель. Период полувыведения у ДДТ примерно 20 лет, т.е. ДДТ относится чрезвычайно устойчивым веществам.
Еще одна особенность ДДТ и многих других пестицидов – способность накапливаться в организмах по мере продвижения по пищевым цепям. Характерен пример, связанный с уничтожением комаров на одном из калифорнийских водоемов. После обработки акватории содержание ДДТ в воде составило 0,02 ppm, планктоне – 10, планктоноядных рыбах – 900, хищных рыбах – 2700, т.е. биоконцентрация в конце цепи достигла почти 100 тыс. раз.
Следующая проблема – увеличение численности вредителей спустя некоторое время после обработки посевов (вторичные вспышки численности). Подобные явления обусловлены взаимосвязью видов по типу хищник – жертва. В экосистеме численность растительноядных видов (жертвы) контролируется плотоядными (хищники). Пестициды могут оказывать большее влияние на хищников, чем на жертв. Это связано с двумя причинами. Во-первых, происходит аккумуляция пестицидов в организме жертв, и хищник получает большую дозу яда. Во-вторых, хищники погибают просто из-за недостатка пищи. После исчезновения врагов происходит взрывной рост популяции растительноядных насекомых. В этом проявляется взаимосвязь компонентов экосистем – уничтожение одного вида с неизбежностью влечет цепь нежелательных экологических эффектов.
Приведенные выше сведения дают ответ на вопрос: Почему увеличиваются затраты на применение пестицидов? Повышение устойчивости и вторичные вспышки численности вредителей вынуждают использовать более сильные препараты и многократно обрабатывать посевы. В результате на некоторых плантациях США выращивание хлопка оказалось нерентабельным из-за высоких затрат на борьбу с вредителями.
Пожалуй, наиболее важный аспект проблемы пестицидов – воздействие на здоровье людей. Здесь уместен пример. У человека, также как и у многих других видов, ДДТ аккумулируется в жировой ткани, а потому в ряде случаев грудной ребенок с молоком матери мог получить больше ДДТ, чем это допускается. В связи с этим случаем один из исследователей Национального института здоровья США заметил: "Если бы материнское молоко находилось в другой упаковке, его вообще не разрешили бы пускать в продажу".
Позднее было выяснено, что часть отрицательных свойств ДДТ обусловлена примесями полихлорбифенилов (ПХБ). В промышленном ДДТ содержится до 30% ПХБ, который безвреден для насекомых, но токсичен для людей.
Принимаемые меры.Разработаны правила, которые охватывают все аспекты обращения с пестицидами: перевозку, хранение, ликвидацию пустых емкостей, предельно допустимые остаточные количества и многое другое.
Постепенно изымаются из употребления хлорорганические инсектициды, такие, как ДДТ, хотя они, несомненно, принесли пользу здравоохранению и сельскому хозяйству.
Первой страной, запретившей ДДТ в начале 1970-х годов, была Новая Зеландия. второй страной был СССР, но запрещение имело две оговорки: применение разрешалось в Узбекистане, где еще встречались случаи малярии, и в таежных районах, где распространен клещевой энцефалит. Из Госдоклада "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 году" следует, что в сельском хозяйстве в течение 1980–1991 гг. применяли около 150 тыс.т/год пестицидов, в 1993 г. потребление уменьшилось до 43,7 тыс.т. Наиболее загрязнены пестицидами почвы Северного Кавказа, Приморского края и Центрально-Черноземных областей.
Пестициды относятся к веществам, наиболее широко загрязняющим природу, однако, и это следует подчеркнуть специально, их «лидирующее» положение является временным. Разработаны «короткоживущие» препараты, распадающиеся в течение сезона или более короткие сроки. Более широко используют биологических средств защиты растений. Это неизбежно «отодвинет» проблему пестицидов, как загрязнителей, на более низкий уровень.
Природный геохимический фон – биогеохимические провинции
На Земле выделяют области – биогеохимические провинции, в которых с повышенным или пониженным содержанием некоторых химических элементов связана определенная реакция со стороны биоты[39]. Например, причиной зоба у животных и человека является недостаток йода, при избытке селена появляется ядовитая селеновая флора. По генезису выделяют два вида геохимических провинций.
Первые приурочены к определенным почвенным зонам и определяются недостатком того или иного элемента. Этот тип провинций имеет преимущественно негативный характер и проявляется в угнетении экосистем. Например, для подзолистых и дерново-подзолистых почв Северного полушария Евразии типичен недостаток йода, кальция, меди и кобальта и более высокий уровень ряда заболеваний, которые не встречаются в соседней черноземной зоне. Причина лежит в подвижности ионов. Перечисленные элементы легко вымываются из подзолистых почв. Подобный процесс характерен и для Южного полушария. Распространенными заболеваниями, связанными с дефицитом микроэлементов в питьевой воде, являются эндемический зоб (недостаток йода), кариес (недостаток фтора), железодефицитные анемии (недостаток железа и меди).
Второй тип провинций встречается в любой зоне и возникает на фоне развития ореолов рудного вещества месторождений, солености вулканических эманаций и т.п. Этот тип провинций и эндемий носит преимущественно, но не обязательно, позитивный характер, поскольку связан с избытком тех или иных элементов
Следует отметить, что большое значение имеет форма нахождения химического элемента. Наиболее сильную реакцию вызывают растворимые соединения. Так повышенное содержание молибдена вызывает у животных заболевания только в районах со щелочными почвами. В районах с кислыми почвами избыток молибдена заболеваний не вызывает, так как в этом случае не образует растворимых соединений.
6.3.2. Экологические проблемы городов[Г.А.2]
В городах проживает 40% населения планеты. Быстро растут городские агломерации. Таковы Вашингтон – Бостон в США, города Рура в Германии, Москва, Донбасс и Кузбасс в СНГ. Потребление энергии в городах значительно выше, чем в сельской местности. Средняя плотность естественного потока энергии Земли – 180 Вт/м2, доля антропогенной энергии в нем - 0.1 Вт/м2. в городах она возрастает до 30-40 и даже до 150 Вт/м2.Чрезмерная концентрация населения, транспорта и промышленных предприятий порождает широкий круг острых проблем.
Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60-70% газового загрязнения дает автомобильный транспорт. Более активная конденсация влаги приводит к увеличению осадков на 5-10%. Самоочищению атмосферы препятствует снижение на 10-20% солнечной радиации и скорости ветра.
Потребление воды в расчете на 1 человека в 10 и более раз выше, чем сельских районах. Объемы сточных вод достигают 1м2 на человека в сутки. Ближайшие водоемы загрязнены, водных ресурсов часто недостаточно. Водоносные горизонты под городами интенсивно эксплуатируются и загрязнены на значительную глубину,
Коренному преобразованию подвергаются ландшафты. На больших площадях почвенный покров уничтожается. Выравнивание рельефа и подсыпки грунта меняют режим природных стоков, что приводит в 70% городов к повышению уровня грунтовых вод.
Существенное влияние города оказывают на пригород. Ореолы загрязнения распространяются на 30–50 км от границы городов.
Оценки ресурсов, необходимых для промышленности, транспорта и населения, объемов выбросов в атмосферу, промышленных и бытовых стоков и отходов, которые приведены ниже, сделаны для условного город с населением 1 млн чел и площадью 300 км2, в котором представлены основные виды промышленности [40].