ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ

1. Изменение климата (геофизики) Земли на основе усиления теплового эффекта, изменения концентрации озона в тропосфере и стратосфере;

2. Засорение и другое загрязнение ближайшего космического пространства;

3. Общее ослабление стратосферного озона, образование большой «озоновой дыры» над Антарктидой, малых «дыр» над другими регионами планеты;

4. Загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, сильно токсичных и губительно действующих веществ вследствие повторных химических реакций, в том числе фотохимических;

5. Загрязнение Мирового океана, захоронение в нем (дампинг) ядовитых и радиоактивных веществ, поступление в него антропогенных нефтепродуктов, других загрязняющих веществ, особенно тяжелых металлов и сложных органических соединений

6. Истощение и загрязнение поверхностных вод суши, континентальных водоемов, подземных вод.

7. Радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов, особенно в связи с текущей эксплуатацией атомных устройств, чернобыльской аварией и испытанием ядерного оружия;

8. Изменение геохимии отдельных регионов планеты в результате, например, перемещения тяжелых металлов и концентрирования их на поверхности земли при нормальной дисперсности в литосфере;

9. Накопление, на поверхности суши ядовитых радиоактивных веществ, бытового мусора и промышленных отходов, особенно практически неразлагаемых и очень стойких, типа полиэтиленовых изделий.

10. Нарушение глобального экологического равновесия, соотношения экологических компонентов.

11. Образование техногенных пустынь в новых регионах планеты, расширение уже существующих пустынь, углубление самого процесса образования пустынь

12. Сокращение площади тропических дождевых лесов и тайги, ведущее к дисбалансу кислорода и усиление процесса исчезновения видов животных и растений.

13. Освобождение и образование в ходе вышеупомянутого процесса новых экологических ниш и заполнение их нежелательными организмами-вредителями, возбудителями новых заболеваний растений, животных, человека;

14. Абсолютное перенаселение Земли и демографический взрыв в отдельных регионах;

15. Ухудшение среды жизни в городах и сельской местности, увеличение шумового загрязнения, стрессов присутствия, загрязнение воздуха промышленностью.

 

Лекция № 2

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОСФЕРЕ

План

1. Понятие биосферы (характеристика, типы веществ, границы и свойства)

2. Эволюция биосферы

 

Термин “биосфера” введен в науку австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Он отнес к биосфере все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

В. И. Вернадский (1863–1945 гг.), используя этот термин, в отличие от Э.Зюсса, считал особенностью биосферы не просто наличие живых организмов, он подчеркивал, что они являются главнейшей преобразующей силой. Более того, он показал, что в природе нет более мощной геологической силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.

Таким образом, биосфера – это единая термодинамическая оболочка Земли, в которой постоянно происходит взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды.

Биосфера включает следующие типы веществ׃

– живое вещество – основа биосферы – совокупность и биомасса всех живых организмов в биосфере или совокупность организмов, выраженное в единицах массы, энергии и информации;

– биогенное вещество, т. е. органо-минеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть);

– неживое (косное);

– биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (почвенный покров, ил)

В биосфере протекают очень сложные процессы. Все живые организмы тесно связаны между собой и со своим окружением, состоящим из элементов неживой природы׃ воды, воздуха, почвы, света, температуры. Однако,основными характеристиками биосферы является

· наличие воды в жидком виде и

· солнечная радиация как источник энергии.

Биосфера включает в себя область активной жизни, охватывающей нижние слои атмосферы – около 10 км, Мировой океан – до глубины Мариинской впадины (около 11 км), поверхность суши с биогенными ландшафтами и часть земной коры (до 15 км), в которой на глубинах и подземных водах существуют микроорганизмы. Подобные границы слишком широки и условны, поэтому области активной жизни и, собственно, биосферы, принято считать над сушей – 50-100 м (это высота лесного полога и глубина проникновения основной массы корней, под сушей и океаном – 10-20 м).В этом тонком слое биосферы сконцентрировано свыше 90% биомассы растений и животных (рис. 4). Выше и глубже залегающие слои с минимальным проявлением жизни – т.н. краевые зоны – называют парабиосферными.

 

Рис. 4 – Биосфера Земли

 

По сравнению с диаметром Земли (13000 км) биосфера – тонкая пленка, подобная кожице на большом яблоке. Состоит биосфера из экосистем в пределах трех геосфер – атмосферы, гидросферы и педосферы (почвенного покрова).

Биосфера представляет собой достаточно сложную систему, которая характеризуется рядом свойств, определяющих ее специфику. К их числу относятся:

1. Централизованность (центральным звеном биосферы являются живые организмы).

2. Открытость (существование биосферы обеспечивается только за счет поступления энергии, прежде всего солнечной радиации).

3. Саморегулируемость и организованность (способность биосферы гасить возникающие возмущения с помощью ряда механизмов, способность возвращаться в исходное состояние называется гомеостазом).

4. Разнообразие (это разные среды жизни, входящие в состав биосферы, разнообразие природных зон, наличие различных геохимических областей и самое главное – большое число элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием).

5. Наличие механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

Таким образом, биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием, и для ее сохранения необходимо обязательное присутствие и взаимодействие всех основных параметров (рис. 5).

 

 

Рис. 5 – Факторы устойчивости биосферы

 

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножая число видов и совершенствуя их приспособляемость, под влиянием внешних (геологические и климатические изменения) и внутренних процессов, обусловленных активностью живых организмов.

По разным источникам возраст биосферы колеблется от 4,25 до 3,5-3 млрд. лет. До появления организма и кислорода в атмосфере Земли, она была похожа на другие планеты Солнечной планеты. Если допустить, что состав атмосферы формировался в добиосферный период вследствие охлаждения раскаленной земной оболочки, то он должен включать в себя продукты вулканической деятельности (80 % Н₂О, 10 % СО₂, 5-7 % H₂S, 0,5-1 % Н₂, N₂ и CO, следы СН₄, НСl, инертные газы).

Критические для истории биосферы уровни содержания кислорода называются «точками Пастера»: 1) достижение О₂ в атмосфере 1 % от современного содержания, корда стала возможна современная анаэробная жизнь (архей, 3,5 млрд. лет назад); 2) точка формирования озоносферы–достижение количества О₂ в атмосфере 10 % от современного (архей - кембрий, 3 - 2,6 млрд. лет назад). Видимо, целесообразно говорить и про третью точку, соответствующую содержанию кислорода около 20
% от современного, корда стала возможна жизнь на суше (девон, 0,41 млрд. лет назад).

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных эволюционных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму отражения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало создавать искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежда, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, в которой человеческий фактор стал мощной движущей силой.

Рассматривая эволюцию биосферы, ее преобразование вследствие антропогенной деятельности, небходимо остановиться на таком важном понятии как «ноосфера». Термин введен в науку в 1927 р. франц. учеными Э. Леруаи П. Тейяром де Шарденом. Сама проблема трансформации БС в ноосферу стала широко рассматриваться с разных позицийП. Тейяром де Шарденом и В. И. Вернадским: "Ноосфера – это новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится новой геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни…» В. И. Вернадский показал, что ноосфера является неминуемым и закономерным этапом природно-исторического развития биосферы, по достижению которого окружающая человека природная середа будет рационально преобразована коллективным разумом и трудом человечества для максимального удовлетворения возрастающих материальных и духовных потребностей, т.е. разумного (оптимального) регулирования взаимоотношений природы и человека, исправления негативных антропогенных воздействий.

 

 

ЭКОСИСТЕМЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

План

1. Понятие и характеристика экосистем

2. Трофические уровни экосистемы

3. Гомеостаз и сукцессия

4. Классификация экосистем

 

Экосистема (ЭС) – пространственно-ограниченное взаимодействие организмов и окружающей их абиотической среды. Граница может быть физико-химической (граница озера, острова или всей биосферы) или связанной с круговоротом веществ, интенсивность которого внутри экосистемы выше, чем между экосистемой и внешним миром.

Независимо от степени сложности любая экосистема имеет следующие характеристики:

1) видовой состав,

2) численность биоты,

3) биомасса (обычно в виде сухой массы всех организмов на определенный период времени наблюдения в г/м², г/м³ и т.д.)

4) соответствие отдельных трофических (пищевых) связей;

5) интенсивность генерации и деструкции органического вещества (интенсивность биотического круговорота веществ).

В число основных компонентов экосистемы входят: Н₂О, СО₂, О₂, различные органические вещества и различные виды живых организмов. Кроме того, экосистема должна иметь энергетическое обеспечение.

Относительно существующего круговорота веществ экосистема может быть в той или иной степени автономна. Поток энергии в экосистеме должен быть сквозным, что является показателем целостности экосистемы. Важнейшая способность экосистемы - накапливать ресурсы и избавляться отходов, что является показателем нормального функционирования (рис. 1).

 

Рис. 1 – Схема переноса вещества (сплошная линия) и энергии (пунктирная линия) в природных экосистемах

 

Любая экосистема содержит совокупность живых организмов, которые принято делить на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (т.е. те, которые сами себя кормят) - это зеленые растения, способные осуществлять фотосинтез, используя минеральные компоненты для синтеза биохимических субстанций, необходимых для роста и воспроизводства. Группа автотрофов - это продуцентыэкосистем. Но главная роль растений заключается в преобразовании световой энергии в биохимическую.

Гетеротрофы - организмы, которым для питания необходимы органические вещества. Обмен веществ у них более сложный, чем у автотрофов. Среди них различают консументы (растительноядные и плотоядные животные) и деструкторы или редуценты (бактерии и грибы).

Обычно в экосистеме не более 3-4 трофических уровней (продуценты - первичные консументы - вторичные консументы - редуценты), так как биомасса в дальнейшем трофическом уровне на 90-99% меньше, чем на предыдущем.

Например, если на 1 га биомасса продуцентов равна 10000 кг, то биомасса травоядных консументов будет 100 кг, биомасса плотоядных - не более 10 кг.

Все экосистемы существуют длительно, иногда сотни лет, причем численность одних популяций увеличивается, численность других уменьшается, но система находится в равновесии. Это состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы называется гомеостазом. Область устойчивости экосистемы называется гомеостатическим плато. Экосистема может функционировать только в пределах той области нарушения обратных связей, когда ее элементы еще могут компенсировать отклонения, определенные положительной связью (например, при введении загрязнения в водную экосистему она самоочищается).

Сукцессия - последовательное безвозвратное изменение биоценозов, возникающих последовательно на одной и той же территории в результате влияния природных или антропогенных факторов. Различают первичную и вторичную сукцессию. Первичная сукцессия начинается на субстратах, не затронутых процессами генерации грунтов (песчаные дюны, вулканическая лава). Например, после отступления ледника происходит следующая последовательная смена растений: мхи - осока - кустарниковые - ольха и ели. Вторичная сукцессия происходит на месте биоценозов, сформировавшихся после их нарушения (лесные пожары, вырубки леса, засуха, эрозии и проч.). Например, на месте оставления​​сельскохозяйственных угодий (хлопчатник, кукуруза) отмечаются следующие стадии: сорняк - злаки - сосны с примесью лиственных пород.

Единой классификации экосистем нет. Экосистемы различаются:

1) по генетическим признакам (природные, искусственные и полуискусственные)

2) по размерам (микро-, мезо-, макро-, глобальные);

3) по типу энергетического обеспечения и т.д.

Так, Ю. Одум предлагает биомную классификацию экосистем:

1) наземные биомы (тундра, бореальный хвойный лес, листопадный лес, степь умеренной зоны, тропическая саванна, пустыня, вечнозеленый тропический лес);

2) пресноводные экосистемы (озера, пруды, реки, болота и др..)

3) морские экосистемы (открытый океан, воды континентального шельфа, районы апвеллинга, эстуарии).

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМЕ

План

1. Типы биогеохимических круговоротов

2. Биологический круговорот атомов

3. Поток энергии в экосистеме

4. Экологические пирамиды

 

Применительно к биосфере (БС) под «биогеохимическим круговоротом» подразумевается обмен элементами между живым веществом и неорганическим средой.

Различают следующие основные типы биогеохимических круговоротов:

1) круговорот воды (О, Н и другие водорастворимые элементы)

2) круговорот элементов преимущественно в газовой фазе (С, О, N);

3) круговорот элементов преимущественно в осадочной фазе (Р, S и другие биогенные элементы).

Первый тип включает движение сложного природного вещества - воды, в других движение совершают простые вещества, которые находятся в различных химических видах под влиянием биологического и геологического факторов. С 1944 года человек начал вводить в биогеохимический круговорот радиоактивные элементы.

Бесконечное взаимодействие абиотических и биотических компонентов ЭC сопровождается непрерывным круговоротом веществ между биотопом и биоценозом в виде чередования то органических, то минеральных соединений. Существование в каждом сообществе продуцентов, консументов и деструкторов, метаболизм (обмен веществ) которых взаимосвязан, обусловливает повторный круговорот основных элементов, необходимых живому веществу. В каждой ЭC круговорот вещества происходит в результате взаимодействия автотрофов и гетеротрофов. С, Н, О, N, S, Р и еще около 30 простых веществ, необходимых для создания живого вещества, непрерывно превращаются в органические вещества или поглощаются в виде неорганических компонентов автотрофами, а остальные используются гетеротрофами (сначала - консументами, затем - деструкторами) . Таким образом, биогенные элементы непрерывно циркулируют: растворяясь в континентальных водах (поверхностных), выносятся в моря или поступающие в атмосферу, а между этими средами происходит постоянный газообмен. В связи с этим обычно говорят о биологическом круговороте атомов (БКА). Образование живого вещества и разложение органического вещества - две стороны единого процесса - БКА. В ходе БКА атомы поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию в окружающую среду. БКА оборотный не полностью, часть веществ постоянно выходит из круговорота и прячется в толще осадочных пород в виде органогенных известняков, гумуса, торфа и др.. Вследствие круговорота БС не возвращается к исходному состоянию: для БС характерно постепенное движение, поэтому для БКА более подходящим символом является не круг, а циклоида.

Так, например, углерод, азот, кислород, фосфор и сера относятся к наиболее жизненно важным биогенным (дословно – «образующим живое») элементам, из которых в основном состоят белковые молекулы. Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода наиболее совершенны. Благодаря большим атмосферным резервам они способны к быстрой саморегуляции. Ниже изображена схема круговорота углерода (рис. 2).

 

Рис. 2 – Круговорот углерода в природе

 

Для описания поведения энергии в ЭC подходит понятие «поток энергии», поскольку в отличие от биогеохимических круговоротов преобразования энергии идут в одном направлении. Лишь 10% энергии, получаемой растения, трансформируется в биомассу. Растения фиксируют лишь 1% солнечного излучения, поступающего и производят при фотосинтезе свой материал, то есть коэффициент полезного действия (КПД) фотосинтеза очень низкий (0,1-1,6%). При таком незначительном расходе солнечной энергии на трансформацию в биопродукции (1%) возникает вопрос, на что тратится остальные 99%. Изменение энергетики природной ЭС в пределах 1% выводит ее из равновесного состояния (правило одного процента). Такие глобальные процессы как фотосинтез, обычно, имеют суммарную энергию, не превышает 1% от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты. Антропогенные изменения сверх допустимого предела способны вызвать негативные последствия в естественных ЭC. Согласно правилу 10% с одного на более высокий трофический уровень (продуценты - первичные консументы - вторичные консументы) переходит около 10% энергии.

Соотношение между продуцентами, консументами (первого, второго порядков) и редуцентами в экосистеме, которое отражено в их массе и изображенное в виде графической модели, называется пирамидой биомасс (рис. 3, б). Если трофические связи изобразить с учетом соотношений в количестве особей или видов, говорят о пирамиде чисел (пирамида чисел Элтона, рис. 3, а), если с учетом количества энергии, аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне, то - о пирамиде энергии (рис. 3, в). Такие модели называются экологическими пирамидами.

Рис. 3 – Экологические пирамиды (ненарушенные) по Ю. Одуму

 

Поскольку общим знаменателем и начальной движущей силой всех экосистем, как природных, так и антропогенных, есть поток энергии, то по источнику, уровню и качеству энергии Ю. Одум выделяет 4 типа ЭС:

1) несубсидированные природные, получающие энергию Солнца;

2) экосистемы, которые получают энергию от Солнца, но с естественной энергетической субсидией;

3) субсидированные человеком, получающие энергию от Солнца;

4) промышленно-городские ЭС, которые получают энергию топлива.

Лекция № 6-7

ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКОГО, ХИМИЧЕСКОГО И БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

План

1. Основные загрязняющие вещества

2. Природное и антропогенное загрязнение

3. Классификация загрязнений

4. Физическое загрязнение

5. Химическое загрязнение

6. Биологическое загрязнение

 

Под загрязнением в экологии понимают неблагоприятное изменение окружающей среды (ОПС), полностью или частично является результатом антропогенной деятельности, прямо или косвенно меняет распределение энергии, поступающего уровни радиации, физико-химические свойства среды и условия существования живых организмов. Эти изменения могут влиять на человека непосредственно или через воду, продукты питания.

Фоновое загрязнение - фактическое загрязнение, которое существовало в данном пункте при отсутствии конкретных источников антропогенного загрязнения (например, на значительном удалении от населенных пунктов).

По условиям образования все ЗВ делятся на примеси природного и антропогенного генезиса. Примеси природного происхождения поступают в биосферных сред в результате вулканической деятельности, физико-химического выветривания почв и почвообразующих пород, сгорание метеоритов, разложения растений и животных и т.д. Антропогенные примеси образуются в результате сжигания горючих полезных ископаемых, промышленных и бытовых отходов, во время ядерных взрывов, различных авариях и т.д. Такие ЗВ как СО и тяжелые металлы (Pb, Си, Zn, Ni, Co, Sb, Sn, Bi, Hg) поступают в биосферные среды вместе с антропогенными выбросами. Значительная часть углеводородов поступает в биосферных сред в результате "углеводородного дыхания" недр Земли, дегазации скоплений углеводородного сырья, биохимических процессов (выделение углеводородов некоторыми растениями, "болотный газ" и т.д.); эта величина составляет 1 млрд.т / год, что на порядок (1 млн.т / год) выше, чем антропогенные выбросы углеводородных компонентов, но степень токсичности и негативности экологических последствий значительно выше.

При сравнении результатов естественных и антропогенных изменений окружающей среды необходимо использовать три критерия: количественный фактор, фактор времени и токсичность веществ, образующихся в результате антропогенной деятельности. Содержание газов природного генезиса в атмосфере составляет обычно 10^-9 - 10^-6%, т.е. составляет очень низкие концентрации; такая же картина характерна для значений концентраций ЗВ в гидросфере и литосфере. Природные изменения более медленные по сравнению с антропогенными: обогащение земной атмосферы кислородом от 1% до 21% продолжалось примерно 1-1,5 млрд. лет, то есть 0,004% в 200-300 тысяч лет, в то время как содержание антропогенного СО₂ в воздухе при последние десятилетия увеличилась на 0,004%. При антропогенном воздействии образуется ряд очень токсичных веществ, опасных и для человека, и для всего живого.

По объекту загрязнения делятся на: загрязнение атмосферы (атмосферного воздуха), загрязнения гидросферы (природных вод); загрязнения литобиосферы (горных пород и грунтов); загрязнению всей БС.

По продолжительности воздействия различают: временные (в том числе эпизодические) и постоянные.

По масштабу влияния загрязнения могут быть: локальные, региональные, глобальные.

По физическому состоянию ЗВ распределяются на газообразные, твердые и жидкие. Например, на долю газообразных, поступающих в атмосферу, приходится 90%, а на долю пыли, тяжелых металлов, минеральных и органических соединений, радиоактивных веществ, т.е. твердых примесей - около 10%. Количество жидких примесей (например, различных кислот) очень мала по сравнению с газообразными и твердыми примесями. В составе последних всегда присутствует вода, содержание которой тем больше, чем выше относительная влажность воздуха. При взаимодействии биосферных сред происходит и перераспределение ЗР.

Существует несколько классификаций типов загрязнений и вредных воздействий на биосферные среды. В качестве примера можно привести классификацию Ф. Рамада (1981):

1) физические загрязнения (радиоактивные элементы, излучения; нагрев или тепловое загрязнение; шумы и низкочастотная вибрация, инфразвук)

2) химические загрязнения (газообразные и жидкие производные углерода; моющие средства; пластмассы; пестициды и другие синтетические органические вещества, производные серы, производные азота; тяжелые металлы; фтористые соединения; твердые примеси органические вещества, подверженные брожению)

3) биологические загрязнения (микробиологическое отравление дыхательных и питательных путей - бактерии, вирусы; изменение биоценозов в гидросфере и в почвах из-за неумелого внедрения растительных или животных видов);

4) эстетическая вред (нарушение пейзажей и достопримечательностей грубой урбанизацией или милопривабливимы зданиями, строительство индустриальных центров в ненарушенных или мало нарушенных человеком биотопах).

Г.В.Стадницкий и А.И.Родионов (1988) загрязнения классифицируют следующим образом:

1) ингредиентное загрязнение как совокупность минеральных, органических и органо-минеральных веществ, количественно или качественно чужих биоценозам (продукты сгорания органического топлива, отходы производства и потребления и проч.)

2) параметрическое загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, мировое, радиационное, электромагнитное);

3) биоценотическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяции живых организмов (нарушение баланса популяции, интродукция и т.д.);

4) стациально-деструкционное загрязнение (стация - жилье популяции, деструкция-разрушение), что представляет собой изменение ландшафта и ЕС в процессе Природопользование (вырубка лесных насаждений, эрозия почв, и т.д.).

Физическое загрязнение.

Физическое загрязнениесвязано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды.

Температурные изменения сказываются на ухудшении режима земной поверхности и водных объектов, на усилении химического и биологического загрязнения.

Шум и вибрация относятся к энергетическим или физическим видам загрязнения окружающей среды. К источникам шума можно отнести средства городского, железнодорожного и авиационного транспорта, промышленные предприятия, строительные площадки, места проведения ремонтных работ и т.п.. Главным источником шума и электромагнитных полей в городах являются транспорт (85% общего акустической нагрузки). Органы слуха человека способны различать в виде звука колебания с частотой в среднем от 16 до 20000 Гц. Звуки с частотой до 16 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20000 Гц - ультразвуком. Предельной границей шума является величина 80 децибел (дБ), норма громкости ночью - 10 -20 дБ, днем ​​- 30 - 40 дБ. Гигиенисты считают верхней границей шума для больниц и санаториев 35 дБ, для квартир и учебных помещений - 40 дБ, стадионов и вокзалов - 60 дБ. Шум в 90 дБ вызывает физиологические нарушения, а при 140 - 170 дБ разрушается барабанная перепонка уха. Шум приводит к нервному истощению, психическим расстройствам, повышению кровяного давления и повышению содержания холестерина в крови и т.д.. Шум вызывает наибольшее количество жалоб населения, поскольку его раздражающий эффект сказывается немедленно. Негативные воздействия вибрации во многом схожи с воздействием шума. Кроме того, она вызывает разрушения зданий и сооружений, негативно влияет на наиболее точные технологические процессы. Шум вреден не только для человека. Установлено, что растения под влиянием шума снижают энергию роста, у них наблюдается избыточное выделение влаги через листья, возможны нарушения клеток; погибают листья и цветы растений, размещенных у громкоговорителя. Аналогично действует шум на животных. От шума реактивного самолета погибают личинки пчел, сами они теряют способность ориентироваться, в птичьих гнездах растрескивается скорлупа яиц. От колебаний воздуха, которые образуются звуками транзисторов, не могут подняться в воздух жуки, шмели и другие насекомые. От шума снижаются надои молока у коров, прирост в весе свиней, яйценоскость кур. Болезненно переносят шум рыбы, особенно в период нереста.

Ухо человека звуковые волны частотой ниже 20 Гц воспринимает не как звук, а как вибрацию. Вибрации - это дрожание или сотрясение всего тела или отдельных его частей при различных работах (бетоноукладке, пневмоэлектродроблении пород или дорожного покрытия, работы в шахтах с отбойным молотком, распиловки материалов и проч.). Длительные вибрации наносят большой ущерб здоровью - от сильной усталости и не очень значительных изменений многих функций организма до сотрясения мозга, разрыва тканей, нарушения сердечной деятельности, нервной системы, деформации мышц и клеток, нарушения чувствительности кожи и проч. Установлены предельно допустимые значения вибрации, они определены из расчета, что, систематически действуя во время 8-часового рабочего дня, вибрация не вызывает у рабочего заболеваний или отклонений в состоянии здоровья в течение всего периода его производственной деятельности.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ

Электромагнитные поля (ЭМП)в среде обитания человека создают естественные и искусственные источники. К природным источникам относятся электрическое и магнитное поля Земли, космические источники радиоволн (Солнце и другие звезды), процессы, возникающие в атмосфере (разряды молнии, колебания в ионосфере и др.). Даже человек и другие живые организмы являются источником слабого ЭМП.

Искусственные источники ЭМП делятся на две группы:

1) изделия, которые специально создавались для излучения электромагнитной энергии (радио- и телевизионные станции, радиолокационные приборы, физиотерапевтические аппараты, различные системы радиосвязи, технические установки в промышленности и др.);

2) устройства, которые не предназначены для излучения электромагнитной энергии в пространство, но в которых при работе протекает электрический ток и при этом происходит паразитное излучение электромагнитной энергии (сети электропередач - ЛЭП, трансформаторные подстанции, электрические плиты, нагреватели, холодильники, телевизоры и т. д.).

ЭМП биологически активны, и живые организмы реагируют на их воздействие. У человека нет специального органа чувств для определения ЭМП (за исключением оптического диапазона, потому видимый глазами свет также имеет электромагнитную природу). Наиболее чувствительны к ЭМП центральная нервная, сердечно-сосудистая, гормональная и репродуктивная системы. Многие стороны воздействия ЭМП на здоровье человека и других живых организмов пока не изучены. К группе повышенного риска, связанного с воздействием ЭМП, относятся дети, беременные женщины, люди с заболеваниями центральной нервной, сердечно-сосудистой и гормональной систем, с ослабленным иммунитетом, склонные к аллергии и проч., которые должны оберегать себя от возможного воздействия ЭМП в быту и на работе.

Учитывая потенциальную опасность ЭМП для здоровья населения, рои разработаны санитарные нормы. Основной критерий безопасности для населения - напряженность переменного электрического поля частотой 50 Гц не должна превышать 500 В/м в местах постоянного пребывания людей. Магнитное поле в Украине не нормируется. Дополнительный критерий безопасности, рекомендованный учеными США, Швеции и других западных стран - напряженность магнитного поля частотой 50 Гц не должна превышать 0,2 мкТл.

Сети электропередач (ЛЭП) является источником паразитных ЭМП, величина которых зависит от класса напряжения (электрическое поле) и нагрузки (магнитное поле), от высоты подвески, расстояния между проводами, растительного покрова, рельефа местности. По мере удаления от оси ЛЭП снижается напряженность как электрического поля (Е, В/м), так и магнитного поля (В, мкТл). В связи с этим для защиты от воздействия электромагнитных полей ЛЭП устанавливаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ): 300 кВ - 20 м, 500 кВ - 30 м, 700 кВ - 40 м, 1150 кВ - 50 м.

В жилых массивах обычно уровень электрического поля находится в пределах 5-80 В/м, что намного меньше предельно-допустимого уровня ПДУ (500 В/м). Магнитное поле может превышать ПДУ (0,2 мкТл) на расстоянии до 1,5 м от трансформаторных подстанций, распределительных пунктов электропитания в домах, поэтому место для кровати, кресла, рабочего места школьника, игрового места ребенка нужно выбирать с учетом этого расстояния. Электрическая проводка в самой квартире, как правило, не несет угрозы здоровью человека.

Бытовая техника, использующая в работе электричество, создает ЭМП, поэтому электромагнитная безопасность должна подтверждаться гигиеническим сертификатом. Средние уровни магнитного поля промышленной частоты 50 Гц бытовых приборов на расстоянии 0,3 м следующие: холодильник - 0,2-2,5 мкТл, телевизор - 0,1-3 мкТл, стиральная машина - 0,1-0,5 мкТл, микроволновая печь - 3,2-8 мкТл, электрическая плита - 0,4-4,5 мкТл. В целях безопасности рекомендуется использовать приборы меньшей мощности (они создают ЭМП меньшего уровня), размещать приборы часто включаются на длительное время (холодильники, электронагреватели, аэроионизатором и др.) На расстоянии не менее 1,5 м от мест частого пребывания или ночного отдыха не включать одновременно много приборов, использовать приборы с автоматическим режимом управления.

Персональные компьютеры (ПК) также являются источником ЭМП. Основным источником электромагнитного излучения является монитор, который создает ЭМП во всех направлениях, но в наибольшей степени с тыльной стороны ПК. Для обеспечения безопасности работы мониторы должны быть с пониженным уровнем излучения, ПК заземлены, снабжены дополнительными средствами. Необходимо ограничивать время работы в соответствии с гигиеническими требованиями.

В работе сотовой связи лежит принцип распределения территории на зоны («соты») радиусом 0,5-10 км, в центре которых располагаются базовые станции, поддерживающие связь с радиотелефонами. Антенны базовых станций устанавливают на высоте 15-100 м от поверхности земли. Электромагнитная энергия рассеивается ими в узкий пучок, а уровни ЭМП в 2-30 раз меньше уровня, разрешенного нормами.

Наибольшее влияние на электромагнитную ситуацию в среде обитания человека осуществляют радио- и телевизионные станции, средства радио- и спутниковой связи, радиолокаторы. Вокруг радиопередающих объектов устанавливаются СЗЗ, на внешних границах которых на высоте 2 м от поверхности земли уровень ЭМП составляет ПДУ. Размеры санитарно-защитных зон в зоне влияния радиопередающих объектов: длинноволновые радиостанции (30-300 кГц) - 100-1000 м, средневолновые радиостанции (300-3000 кГц) -200-1000 м, коротковолновые радиостанции (3-30 МГц) - 50-700 м, ультракоротковолновые радиостанции (30-1000 МГц) и телевизионные станции -25-800 м.

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ

Одной из актуальных проблем современной экологии является воздействие радиации на человека и окружающую его среду. Радиоактивность вместе с ионизирующим излучением существовала на Земле задолго до зарождения БС. Ионизирующее излучение сопровождало Большой взрыв, с которого началось существование нашей Вселенной около 20 млрд. лет назад. Радиоактивные элементы вошли в состав геосфер. Даже человек слегка радиоактивен из-за того, что в его тканях обнаруживаются следы радиоактивных элементов.

Как известно, число протонов в ядре атома одного элемента всегда одинаковое, а число нейтронов может отличаться, т.е. существуют изотопные разновидности элементов (например, ¹Н, ²Н, ³Н). Из ядра ²³⁸U, состоящего из 92 протонов и 144 нейтронов, время от времени вырывается 2 протона и 2 нейтрона, при этом ²³⁸U превращается в торий ²³⁴Th (90 протонов и 144 нейтрона), который также нестабилен и превращается в ²³⁴Ра (91 протон и 143 нейтрона) и т.д. к появлению стабильного изотопа свинца (²³⁸U - ²³⁴ Th - ²³⁴Ра - ²⁰⁷Рb).

Нуклиды - атомы, которые отличаются составом ядра (или с разным числом нуклонов - протонов и нейтронов, или при одинаковом числе нуклонов с разным соотношением между числом протонов и нейтронов).

Весь процесс произвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид - радионуклидом. Все радионуклиды нестабильны в разной степени: ²³⁴Ра распадается почти моментально, ²³⁸U - 4,5 млрд. лет (за время, равное периоду полураспада из 100 атомов остается 50). Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью. Единица измерения активности (СИ) - беккерель (Бк) равна 1 распаду в секунду. В бывшем СССР использовалась несистемная единица активности - кюри (Ku), 1 Бк = 27x10^-12 Ku.

Различные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и имеют различную проникающую способность, поэтому они оказывают неодинаковое влияние на ткани живых организмов:

1) α-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия - их проникающая способность в воздухе - 7-10 см, в воде - 20-60 см, в биологической ткани - 0,03-0,04 мм (поэтому внешнее облучение человека α-частицами менее опасно; опасность возникает при их проникновении внутрь организма при дыхании или с пищей)

2) β-излучение представляет собой поток электронов, которые имеют ​проникающую способность - в воздухе - 8-14 м, в алюминии и пластмассе - 5-7 мм, в биологических тканях - 2,5 см,

3) γ-излучение представляет собой поток квантов, то есть это электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны (γ-лучи глубоко проникают в организм человека и представляют большую радиационную опасность).

Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии они передают тканям. Количество такой переданной организму энергии называется дозой. Количество энергии излучения, которая поглощается единицей массы облученного тела (тканями организма), называется поглощенной дозой. Единица измерения в СИ - 1 грей (Гр), 1 Гр = 10³ мГр = 10⁶ мкГр). Если учесть, что при одинаковой поглощенной дозы α-излучения в 20 раз безопаснее β-или γ-излучения, то дозу надо умножить на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма; исчисленную дозу называют эквивалентной дозой, которая измеряется в СИ в Зиверт (Зв), 1 Зв = 10³ мЗв = 10⁶ мкЗв. Но при одинаковой эквивалентной дозе излучения возникновения рака легких более вероятно, чем рака щитовидной железы, поэтому дозы облучения органов и тканей следует учитывать с различными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, можно получить эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения организма в Зиверт. Это были индивидуально полученные дозы. Суммированием эффективных эквивалентных доз, которые получает группа людей, определяется коллективная эффективная эквивалентная доза в человеко-зиверт (чел-Зв), если эта доза получается многими поколениями от любого радиоактивного излучения за все время его действия, то это будет ожидаемая (полная) коллективная эквивалентная доза.

Основную часть радиации население нашей планеты получает от естественных источников. Внешнее облучение (из космоса, из земной коры) человек не в состоянии предотвратить, но когда радионуклиды проникают в организм с воздухом, водой и пищей, они превращаются в внутреннее облучение.

В горных породах встречаются преимущественно ⁴⁰К и ⁸⁷Rb, есть радиоактивные элементы, берущие начало от ²³⁸U и ²³²Th (ровесников Земли). Основное население планеты проживает в городах, где за год доза облучения составляет 0,3-0,6 мЗв. Но в некоторых районах отмечаются аномалии: Бразилия, к северу от Сан-Паулу - 250 мЗв / год; юго-восток Индии - в 50 раз выше среднего; Иран (г. Рамсер) - 400 мЗв / год и т.д. Примерно 2/3 эффективной дозы облучения, которую человек получает от естественной радиации, поступает от радиоактивных веществ с воздухом, водой и пищей. Из них большая часть космического, меньше - земного происхождения. Наибольшая часть среди внутренних источников облучения приходится на ряд ²³⁸U и ²³²Th, нуклиды ²¹⁰Ро и ⁵⁰Ро, поступающие с пищей, поскольку они концентрируются в рыбах, моллюсках. Жители Крайнего Севера, которые питаются олениной (мхи, лишайники обогащены ²¹⁰Ро), получают в 35 раз больше среднего уровня радиоактивности.

Вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях, попадает радон - тяжелый газ, в 7,5 раз более тяжелый воздуха. ²²²Rn является дочерним продуктом радиоактивного распада ²³⁸U, a ²²⁰Rn -продуктом распада ²³²Тh. Радон высвобождается из земной коры повсеместно и наиболее высокие концентрации его отмечены в зонах разломов, тяготеющие к ячейкам развития радиоактивных руд. Повышенная радиоактивность характерна и для некоторых термоминеральных (радоновых) вод, в то время как в других природных водах концентрации радона очень низкие. При кипячении радон улетучивается, поэтому поступает в организм только с сырой водой и быстро выводится из организма. Источником радона в помещениях являются строительные материалы, особенно с повышенными концентрациями радионуклидов.

Человеком создано несколько сотен искусственных радионуклидов, он научился использовать энергию атома в медицине, для производства энергии, ядерного оружия, поисков полезных ископаемых и т.д., что привело к увеличению дозы облучения как отдельных людей, так население в целом. Основной вклад в дозу, которую получает человек от техногенных источников радиации, вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности (лучевая терапия и т.д.). Облучения с использованием рентгеновских лучей может быть неоправданно высоким. В наше время частота таких исследований во многих странах существенно уменьшилось. Осуществляется переход на метод компьютерной томографии, то есть с меньшей дозой облучения. Средняя эффективная доза, которую получают от всех видов источников в медицине, в промышленно развитых странах составляет около 1 мЗв на каждого жителя, то есть половину средней дозы от естественных источников.

За последние 40 лет жители нашей планеты подвергались облучению радиоактивными осадками, связанными с испытанием ядерного оружия в атмосфере (максимум приходится на 1954-1958 и 1961-1962 pp.). Суммарная ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех ядерных испытаний, проведенных в атмосфере, составляет 30 млн. человеко-зиверт. К 1980 г. человечество получило лишь 12% от этой дозы, а остальные оно будет получать еще млн. лет.

При работе АЭС выбросы радиоактивных веществ в окружающую среду незначительны. К концу 1984 г. в 25 странах работало 345 ядерных реакторов (США - 85, Франция - 41, СССР - 56, Великобритания - 37, ФРГ - 19, Япония - 31), а в 1991 г. уже действовало 530 АЭС, которые производили 21% энергии. На всех этапах ядерного топливного цикла (добыча и обогащение урановой руды - ядерное топливо - АЭС - повторная обработка для извлечения урана и плутония - захоронение радиоактивных отходов) происходит поступление радиоактивных веществ в окружающую среду. Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а другая - шахтным. Обогатительные фабрики создают огромное количество отходов ("хвостов"). Так, в Северной Америке к концу XX века будет накоплено до 500 млн. т отходов с долгоживущими радионуклидами. При получении ядерного топлива из концентратов на специальных заводах также образуются газообразные и жидкие отходы, но дозы облучения от них не значительные. В атомных реакторах различных типов получают плутоний. Существуют заводы, которые занимаются переработкой использованного ядерного топлива для получения урана и плутония. Отходы прячут в изолированных геологических средах на суше (под землей), на дне океана (дампинг) и под морским дном, через сотни тысяч лет заметное количество этих радиоактивных веществ достигает БС.

По данным экспертов ООН средние годовые эквивалентные дозы облучения от природных и техногенных источников следующие: природные - 2 мЗв; источники, используемые в медицине - 0,4 мЗв, радиоактивные осадки - 0,02 мЗв, атомная энергетика - 0,001 мЗв.

Влияние радиоактивных излучений на живые ткани организма зависит от проникающей и ионизирующей способности излучения. Организм человека приспособлен к определенным дозам ионизирующего излучения, поскольку на протяжении жизни подвергается облучения космическими и радиоактивными излучениями. Но эти дозы ограничены и отклонения от них опасны для жизни живого организма. Облучение приводит к разрушению костной ткани, снижению количества белых кровяных телец, ухудшению зрения, вызывает кожные заболевания, бесплодие, канцерогенные заболевания, меняет наследственность. Радиоактивное излучение проникает сквозь живые ткани без видимых следов и разрушает молекулы в составе клеток. Но в больших дозах радиация наносит вред клеткам, и они перестают делиться. Поэтому радиоизлучения используется при разрушении раковых опухолей при лучевой терапии. Но значительное облучение нарушает клеточное деление во всех тканях, то есть не происходит нормального обновления крови, кожи и т.д. и через несколько дней лучевая болезнь приводит к летальному исходу. В низких дозах радиация влияет на ДНК как канцерогенный и мутагенный фактор. Относительно слабых доз радиации нет единой точки зрения.

Малые дозы ядов полезны - суть гормезиса, атомная радиация в малых дозах тоже полезна - суть "радиационного гормезиса". Более того, она необходима в малых дозах. Низший предел ущерба - естественный радиационный фон - постоянный поток радиации, в которой существует все живое, начиная от вирусов и кончая человеком.

Химическое загрязнение - это увеличение количества химических компонентов определенной среды, а также поступления в среду химических веществ, не свойственных ему или в концентрациях, превышающих норму.

Оно является наиболее опасным для природных ЭС и человека. В настоящее время в окружающей среде содержится от 7 до 8,6 млн. химических соединений, причем это количество ежегодно увеличивается. Особую опасность представляют около 200 веществ, среди которых можно отметить: бензол, асбест, бенз(а)пирен, пестициды (ДДТ, элдрин, линдан и проч.), тяжелые металлы, разнообразные красители и пищевые добавки.

Целый ряд веществ антропогенного происхождения имеют такую​​подвижность, что проникает практически всюду. К таким веществам относятся фталаты, хлоруглероды, полихлорированные бифенилы (ПХБ), полициклические ароматические углеводороды, диоксины, пентахлорфенол, кадмий и др. Чрезвычайно опасными экотоксикантами, не имеющими природных аналогов, являются диоксины, которые могут быть распространены повсеместно в окружающей среде. Всего насчитывается более 200 хлорированных диоксинов, но наиболее опасными являются 12). Наряду с ТХДД нужно отметить также полихлорированные дибенозофураны, которые проявляют токсическое действие.

При характеристике химического загрязнения окружающей среды употребляются такие понятия, как поллютанты, ксенобиотики, экотоксиканты и проч. Поллютанты - вещества, загрязняющие среду жизни, т.е. загрязнители. Ксенобиотики - посторонние для живых организмов вредные соединения (пестициды, препараты бытовой химии и попадающих в значительных концентрациях в среду и приводят к гибели организмов, а также нарушают нормальный ход природных процессов в ЭС. Близким по значению является понятие экотоксиканты - вредные химические вещества, загрязняющие ОПС и отравляющие живые организмы, находящиеся в среде. Они редко встречаются самостоятельно, поэтому два и более экотоксикантов вместе дают эффект, во много раз превышающий сумму действия каждого из них порознь (это явление называется синергизм и является примером проявления принципа эмерджентности).

Любое загрязняющее вещество (ЗВ) может быть поглощено живыми организмами благодаря многогранным метаболическим процессам. Таким путем ЗВ включаются в трофические цепи экосистем, участвуя в круговороте веществ в биогеоценозе, проявляя вредное воздействие на животных и растения. Живые организмы ускоряют распространение токсичных загрязняющих веществ, увеличивая площади заражения, а с другой стороны, они аккумулируют эти ЗВ в своем организме. Например, так разносится ртуть, ДДТ и др.. Аккумуляция (бионакопление) ЗВ в живых организмах возрастает на каждом следующем трофическом уровне: фитопланктон - зоопланктон - ракообразные и рыбы-микрофаги - рыбы-хищники - бакланы - (в морских ЭС) продуценты - растительноядные - плотоядные первичные - плотоядные вторичные - (в континентальных ЭС). Например, увеличение бионакопления ДДТ: морская вода (0,02) - водоросли (5) - рыбы-микрофаги (40 - 300) - рыбы-хищники (2000 млн^-1).

Согласно закону максимизации энергии (Ю. Одум) в соперничестве с другими системами выживает (сохраняется) та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное ее количество наиболее эффективным способом. Во всех случаях хищники и человек (макрофаги), которые находятся на вершине трофической (экологической) пирамиды, оказываются наиболее загрязненными токсичными веществами. Из этого следует, что загрязняя окружающую среду, человек, который занимает место суперхищника по отношению к других живых организмов, сталкивается с эффектом бумеранга, то есть главный виновник загрязнения становится и главным ответчиком. Таков строгий закон природы.

ЗВ могут оказывать канцерогенное, мутагенное и тератогенное действие. Канцерогенные ЗВ способствуют возникновению и развитию злокачественных новообразований, мутагенные ЗВ вызывают резкие наследственные изменения, тератогенные ЗВ приводят к повреждению зародышей и биологических агентов с возникновением аномалий и пороков развития.

Под биологическим загрязнением понимается: привнесение в среду новых, не свойственных ему ранее, бионтов; чрезмерное увеличение численности (биомассы) бионтов, превышающих норму в естественных условиях, в том числе вследствие приобретения ими новых свойств.

Основными факторами, вызывающими биологическое загрязнения являются:

1) перенос человеком живых организмов (интродукция) намеренно (в Новую Зеландию было перевезено 200 видов млекопитающих и птиц, более 600 видов растений) или случайно (колорадский жук, клещ варроа и т.д.); есть примеры успешного занятия свободных экологических ниш, но есть примеры, когда адвентивные виды (интродуценты) вытесняли другие виды (в Черном море моллюск рапана вытеснил устриц, а гребневик стал поедать зоопланктон, т.е. подрывать кормовую базу рыб);

2) антропогенное изменение среды обитания, которая способствует неумеренному размножению отдельных видов бионтов или приобретению ими новых свойств (например, синантропных животных - тараканов, клопов, крыс и проч., причастных к сфере деятельности человека);

3) отходы производства (предприятий биосинтеза, животноводческих комплексов) и жизнедеятельности людей (свалки бытовых отходов и т.д.).

 

Лекция № 5

АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ЕГО НЕГАТИВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

План

1. Состав и строение атмосферы

2. Естественное и антропогенное загрязнение

3. Загрязняющие вещества в атмосфере

4. Вторичное загрязнение атмосферы

5. Борьба с выбросами в атмосферу

Атмосфера - наиболее динамичная оболочка Земли, она легко поддается влиянию антропогенных факторов. Средний состав атмосферного воздуха можно представить следующим образом: N₂ -78,1%, О₂ - 20,9%, Аr - 0,95%, СО₂ - 0,032%, другие компоненты (Н₂, Ne, Не, СН₄ и др.) находятся в виде примесей.

Присутствие в атмосфере газов, паров, твердых частиц и жидкостей природного и антропогенного генезиса, которые изменяют физико-химические свойства и состав, подавляющее действуют на биосистемы, является показателем загрязнения атмосферы.

Естественными источниками загрязнения атмосферы являются газы, пыль и различные продукты фито-, зоо- и микробиоценозов.

Главными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются:

1) тепловые электростанции (ТЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);

2) транспорт (преимущественно автотранспорт);

3) черная и цветная металлургия;

4) машиностроение;

5) химическое производство;

6) добыча и переработка минерального сырья;

7) открытые источники (добычи, сельскохозяйственная пашня, строительство).

Прямое поступление загрязняющих веществ в атмосферу называется первичным загрязнением, их последующая трансформация, вызывающая комплекс негативных последствий, - вторичным загрязнением атмосферы.

К твердым ЗВ относятся пыль и аэрозоли.

Пыль - зависшие в воздухе твердые частицы диаметром более 1 мкм. В атмосфере всегда содержится некоторое количество пыли, которая может резко возрасти во время пыльных бурь и вулканических извержений. Неорганическая пыль содержит продукты выветривания горных пород, морскую соль, частицы пепла после вулканических извержений, лесных и степных пожаров. Органическая пыль состоит из пыли растений и микроорганизмов. Промышленная пыль образуется в результате механической обработки различных материалов, тепловых процессов, транспортировки сыпучих материалов. Силикатная пыль (3 мкм) вызывает силикоз, а асбестовая (иглы длиной более 5 мкм) представляет канцерогенную опасность.

Аэрозоли - коллоидные системы (0,1 - 0,001 мкм), содержащие не только твердые, но и жидкие капельки (нередко с растворенными в них ЗР) обычно до аэрозолей относят капельки диаметром 0,1-1 мкм, тогда как доли такого же размера считаются пылью. Частицы диаметром менее 5 мкм задерживаются в бронхах, не вымываются дождями и длительное время находятся в воздухе. Опасны пыль и аэрозоли, содержащие металлы (Pb, Cd, Zn, Al, Be, Wi, Mo, Те, V и проч.). Пыль и аэрозоли часто является причиной аллергии, а их отложения на листьях препятствует нормальному ходу фотосинтеза.

Для очистки от промышленной пыли широко применяются сухие и мокрые методы очистки. Эффективно использование зеленых насаждений; необходимо, чтобы они имели ширину 10-30 м и не были сильно густыми, так загрязненный воздух огибает посадки сверху, образуя завихрения с подветренной стороны. Следует отметить большую роль лесных экосистем: 1 га елового леса собирает в год 32 т пыли, соснового - 36,4 т, букового - до 68 т.

Жидкие ЗВ образуются при конденсации паров, разливе жидкостей, в результате химических реакций и других процессах.

Газообразные ЗВ формируются в результате химических реакций. При сжигании органического топлива образуются огромные количества газов - оксидов серы, азота и углерода, тяжелых и радиоактивных металлов. Мощным источником газообразных соединений являются химические реакции разложения, электрохимические процессы, испарения, дистилляция.

Одним из основных газообразных ЗВ является оксид углерода (CO) - постоянный компонент атмосферы (0,01-0,9 мг/м³; причем в северном полушарии в 3 раза больше чем в южном). Природные источники CO: неполное сгорание органического вещества, выделение живыми организмами, вулканические и болотные газы, лесные и степные пожары, окисления СО в тропосфере и т.д.. Антропогенные источники CO: неполное сгорание современного и ископаемого органического топлива. Более 60% выбросов CO приходится на автотранспорт; при пробеге 1 автомобиля за год выбрасывается более 500 кг CO, который составляет 12% выхлопных газов, содержащих кроме него более 200 химических соединений. Длительность пребывания в атмосфере составляет около 2 месяцев. СО оказывает токсическое воздействие на клетки, нарушая тканевое дыхание и уменьшая потребление тканями кислорода, он легко соединяется с гемоглобином и образует карбоксигемоглобин.

Оксиды азота (NO_x). Значительное количество NO_x образуется в процессе горения при высокой температуре (N₂ → NO → NО₂ → N₂О₄) прежде всего в двигателях внутреннего сгорания, работающих на углеводородном сырье. Диоксид азота - устойчивый газ, сохраняющийся в атмосфере около 3 суток. Соединившись с парами воды, способствует образованию кислотных осадков (NО₂ + Н₂О → HNО₂ → НNO₃), взаимодействуя с углеводородами в присутствии солнечного света образует пероксиацетилнитрат (ПАН). ПАН и другие фотохимические окислители (О₃, Н₂О₂ и проч.) - составляющие фотохимического смога.

Оксиды серы (SO_x) образуются в основном при сжигании органического топлива, содержащего серу (угля, нефтепродуктов и проч.). Под воздействием ультрафиолетовых лучей разрушается с образованием серного ангидрида (2SО₂ + О₂ → 2SО₃ + 185 кДж), а при контакте с водяным паром образуется сернистый, а затем и серная кислота (SО₂ + Н₂О → H₂SО₃ → H₂SО₄).

Все ЗВ атмосферы в той или иной степени оказывают негативное влияние на здоровье человека. Они поступают в организм человека в основном через органы дыхания. ЗВ атмосферы отрицательно влияют на все фито- и зооценозы. Так, некоторые химические компоненты, проникая в растительные ткани, нарушают обмен веществ, структуру листьев и побегов. Наиболее опасны для растений сернистый ангидрид (SО₂), фторсодержащие соединения и смоги всех типов. Растения по-разному восприимчивы к загрязнению воздуха (наиболее восприимчивы - рожь, пшеница, ячмень, яблоня, береза, груша, сосна; более устойчивы - вишня, сирень, дуб и т.д..).

 

ВТОРИЧНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Основными негативными последствиями антропогенного воздействия на атмосферный воздух являются: смоги различных типов, кислотные осадки, разрушение озонового слоя, глобальный разогрев нижних слоев атмосферы.