Загрязнение окружающей среды

Загрязнением называют поступление в окружающую среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем

Загрязнение может возникать в результате естественных причин (природное загрязнение: пыльные бури, вулканический пепел и др.) или под влиянием деятельности человека (антропогенное загрязнение).

Под масштабом загрязнение может быть глобальным, региональным и локальным (местным).

- локальное (местное) - характерно для городов, районов добычи полезных ископаемых, крупных животноводческих комплексов;

- региональное – охватывает значительные территории, обычно как результат влияния крупных промышленных районов;

- глобальное – распространяется на большие расстояния от места возникновения и оказывает неблагоприятные воздействия на крупные регионы, вплоть до общепланетарного влияния (чаще всего связано с выбросами в атмосферу).

По объектам загрязнения различают загрязнения атмосферного воздуха, загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение почв, и т.д., и даже загрязнение околоземного космического пространства.

Особенно опасно загрязнение атмосферного воздуха, т.к. передвижение загрязнителей в атмосфере, не соблюдает границ, т.е. трансгранично. Под трансграничными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой. Только в 1994 г. на европейскую часть России из-за невыгодного ее географического положения выпало 1204 тыс. т соединений от Украины, Германии, Польши и др. стран. В то же время в других странах от российских источников загрязнения выпало только 190 тыс. т серы, т.е. в 6,3 раза меньше.

Рассматривая процесс загрязнения в широком смысле, с позиции теории помех (нежелательных для экосистем антропогенных изменений) его можно классифицировать на системном подходе следующим образом (рис. ):

- ингредиентное загрязнение – совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты и удобрения, продукты сгорания и т.д.);

Рис. 11. Классификация загрязнения экологических систем

- параметрическое загрязнение – изменение качественных параметров окружающей среды (шумовое, тепловое, световое, радиационное, электромагнитное);

- биоценотическое загрязнение – воздействия, вызывающие нарушения в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т.д.);

- стациально-деструкционное загрязнение (от слов стация – место обитания популяции, деструкция – разрушение) – воздействие, приводящее к нарушению и преобразованию ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (вырубка лесов, эрозия почв, урбанизация, зарегулирование водотоков и пр.).

Классификация веществ – загрязнителей

Вещества загрязнители имеют несколько классификаций по разным признакам. Так, по агрегатному составу загрязнители делят на:

- газообразные (угарный, углекислый, сернистый, нитрозные газы и т.д.);

- жидкие (сточные воды, содержащие в растворенном состоянии соли, тяжелые металлы, метанол, этанол, бензол и т.д.);

- твердые (порода после добычи каменного угля, зола после сжигания твердого топлива при работе ТЭЦ, хлорид кальция при производстве соды и т.д.).

Большое значение для экологии имеет классификация загрязнителей по токсичности (ядовитости). По этому признаку различают 4 класса веществ загрязнителей:

1 класс – чрезвычайноопасные – ртуть и ее соединения, гексохлоран, диоксины, бензапирен, соединения серебра, хрома. При воздействии этих веществ на организм человека возникают раковые заболевания, нарушается деятельность ЦНС, возникают другие заболевания, возможен летальный исход.

2 класс – высокотоксичные загрязнители - сероводород, бензол, оксиды азота, кислородные соединения хлора, соединение меди, никеля. Это сильные яды, провоцируют раковые заболевания, вызывают общие отравления, экзему, нервный паралич.

3 класс – умеренноопасные – уксусная кислота, фенол, диоксид свинца, уксусный и муравьиный альдегид. При их воздействии на организмы нарушается работа отдельных органов, особенно опасны в больших количествах.

4 класс – мало опасные – аммиак, угарный и углекислый газы, хлориды цинка, алюминия, марганца и др. В больших количествах вызывают отравления организма.

Важной является классификация загрязнителей по характеру воздействия на среду. Выделяют следующие виды загрязнителей: физические, материальные.

Физические - изменяют физические свойства окружающей среды. Они связаны с поступлением во внешнюю среду различных энергетических загрязнителей (теплового, светового, шумового, электромагнитного, радиационного).

Материальные загрязнители подразделяются на механические, химические, биологические.

- механические – занимают пространство, не оказывая токсического воздействия на организмы. Например, при поверхностной добыче сырья, в частности щебня, песка и т.д. (пыль, твердые частицы в почве, в воде);

- химические - изменяют химический состав среды (тяжелые металлы, пестициды, кислоты, щелочи, СПАВ, газы СО₂, SO₂ ,NO₂ NH₃ и другие ксенобиотики). Оказывают воздействие на биоту, вступая в биохимические процессы, протекающие в организмах (например, нитраты реагируют с гемоглобином, превращая его в метгемоглобином, который теряет способность переносить О₂ к клеткам тела). Среди химических загрязнителей выделяют как наиболее опасные семь групп веществ: двуокись азота в воздухе, бензол в воздухе, пестициды в воде, нитраты в воде, диоксины в пищевых продуктах и в почве, полихлорированные дифенилы в пищевых продуктах, соляная кислота в почве.

Чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящие в биотиченский круговорот и как правило порожденные хозяйственной деятельностью человека называются ксенобиотики (от греч. чужой и жизнь)

- биологические загрязнения разделяются на: биотические, микробиологические, генная инженерия (трансгенные растения).

Биотическое – распространение сорной растительности или животных, наносящих вред хозяйственной деятельности человека (налеты саранчи, распространение крыс и других мышевидных грызунов), а так же распространение в окружающей среде биогенных веществ (выделений сельскохозяйственных животных, выбросов мясокомбинатов, молокозаводов, пивзаводов, предприятий производящих антибиотики, загрязнение трупами).

Микробиологическое загрязнение связано либо с сильным распространением болезнетворных микроорганизмов (например, холеры, чумы), либо с приобретением безвредными формами организмов ярко выраженных патогенных свойств (например, возникновение вируса СПИДа во второй половине 20 века).

По отрицательному действию на человека загрязнители подразделяются на:

- канцерогены – взывают развитие злокачественных новообразований;

- гонадоксичные – влияют на половые клетки;

- эмбриотоксичные – вызывают гибель эмбрионов или их развития;

- тератогены – вызывают в организме аномалии в процессе роста;

-мутагены – вызывают мутации в поколениях;

- аллергены – вызывают аллергические реакции;

-эмбриотопные – затрагивается кора головного мозга у детей.

По устойчивости к разложению – персистентности различают

- очень стойкие загрязнители – время разложения на нетоксичные компоненты свыше 2 лет;

- стойкие загрязнители – время разложения на нетоксические компоненты от 0,5 до 2 лет;

- умеренно стойкие – время разложения на нетоксичные компоненты до 6 месяцев;

- малостойкие – время разложения на нетоксичные компоненты до 1 месяца.

Пример: время разложения различных веществ: бумага – 2-10 лет; консервная банка – 90 лет; фильтр от сигареты – 100 лет; полиэтиленовый пакет – 200 лет; пластмасса – 500 лет; стекло – 1000 лет.

Для построения своего тела особи используют только часть потребляемой пищи, а остальное расходуется в энергетическом обмене. Однако, неразлагающиеся ядовитые вещества не используются в энергетическом обмене и большей частью накапливаются (кумулируются) в организме, особенно в том случае, если данное вещество имеет длительный период биологического полураспада. Коэффициент накопления неразлагающихся ядов, особенно биоцидов, в большинстве случаев составляет около 10 на каждую ступень пищевой цепи.

Таким образом, рыбы могут содержать во много тысяч раз больше инсектицидов, чем окружающая их водная среда. Накопление ядов в пищевых цепях нередко усиливается тем, что особи, несущие в себе яд, легче становятся добычей хищников, чем остальные (из-за замедленной реакции, ограниченной подвижности под действием яда). В дальнейшем ядовитые вещества от хищных рыб переходят к ластоногим, к птицам, питающимися рыбой, и к человеку. Вследствие чего возрастает химическая нагрузка на организм человека (химическая нагрузка – общее количество вредных и токсических веществ, которые попадают в организм человека за время его жизни).

 

Таблица 8 - Химическая нагрузка на одного жителя России за время жизни

Углеводороды	Угарный газ	Пестициды	Фториды	Фенол	Свинец	Ртуть	Тяжелые металлы
2,8 т	4,2 т	140 кг	6,3 кг	2,1 кг	1 кг	12 г	1 кг

 

Кумулятивный эффект в организме человека проявляется в виде накопления стресса, общей усталости, напряжения, переходящих в предболезнь.

Некоторые виды химических веществ обладают синеризмом. Действуя одновременно на организм даже в малых концентрациях одни вещества, могут усиливать или ослаблять действие других, а в некоторых случаях возможен неожиданный результат.

Например, усиливают действие следующие сочетания: ацетон - фенол; сернистый газ - фенол; сернистый газ - сероводород; SO₂-NO₂, O₃-NO₂-формальдегид.

Рассмотрим следующий простой пример с учетом общего правила, согласно которому отношение С/ПДК 1, где С – фактическая, а ПДК – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе. Допустим, что в воздухе одновременно присутствуют пары фенола и ацетона в концентрациях: С_ацет.= 0,345 мг/м³; С_фен.=0, 009мг/м³. Соответствующие им ПДК 0,35 и 0,01 мг/м³, т.е. оба вещества присутствуют в концентрациях меньших, чем установленные для них ПДК. В каждом отдельном случае отношение концентрации к ПДК<1, но эти вещества обладают эффектом суммации. Значит, их суммарная концентрация (0,345+0,009=0,345) выше, чем любая из ПДК, установленных для каждого вещества в отдельности. Следовательно, загрязнение воздуха превышает допустимое.

Многим загрязнителям характерно тригерное (от англ. – спусковой крючок) действие, а именно то или иное загрязнение может вызвать природную цепную реакцию, начинающуюся с какого-то одного наиболее чувствительного вида. Далее реакция передается по пищевой сети и ведет к поражению целой экосистемы. Например, фреоны оказывают токсическое действие на человека, но при малых дозах эффект не заметен. Одновременно эти газы относятся к «парниковым» и при накоплении их в атмосфере возникают глобальные изменения такие как перераспределение осадков или потепление.

Они также разрушают озоновый слой и, как следствие происходит повышение мутагенного эффекта ультрафиолетовых лучей Солнца. Анализ всей цепочки показывает, что даже небольшие концентрации ведут к значительным изменениям в организме. Или другой пример. Исчезновение насекомого-опылителя делает невозможным в дальнейшем плодоношение растения, а следовательно появления новых поколений вида, размножающихся только семенами; это в свою очередь ведет к исчезновению животных, связанных с данным растением, а следовательно, их паразитов и т.д.