Загрязнение природной среды и его виды. Химическое загрязнение основных геосфер – атмосферы, гидросферы и литосферы.

Загрязнение - привнесение в среду или возникновение в ней новых физических, химических или биологических агентов, либо превышение норм их содержания, приводящее к негативным для че­ловека последствиям. Загрязнение может быть п р и р о д н ы м (извержение вулкана, землетрясение и поступление веществ через земную кору и др.) и а н т р о п о г е н н ы м , происходящим вследствие деятельности людей. Виды загрязнения по своей природе:

1) Ингредиентное (химическое) -отходы химической промышленности, бытовые стоки и мусор, утечка при нефтедобыче, нефтепереработке, транспортировке и перегрузке, утечка микробиологических препаратов, отходы пищевой промышленности, отходы при добыче полезных ископаемых на дне, ядохимикаты и удобрения используемые в сельском хозяйстве, отходы животноводческих ферм, аварийные выбросы остатки химического оружия ,захоронения контейнеров ,прочие;

2) Параметрическое (физическое) –шумовое (акустическое), тепловое , радиационное, электромагнитное;

3) Биоценотическое (биологическое)- сокращение биоразнообразия нарушение баланса популяций в экосистемах, случайная и недостаточно обоснованная направленная интродукция и акклиматизация, нерегулируемый вылов, перепромысел, генная инженерия (искусственное изменение генофонда, создание генетически измененных видов и продуктов питания, клонирование и др.) нарушение биотопа, субстрата, комплексный фактор беспокойства, прочие;

4) Стациально- деструкционное(механическое) - разработка месторождений , разрушение поверхности Земли и дна водоёмов различными, в т.ч. взрывными способами, разрушение берегов, грунтов и т.п..

Загрязнение атмосферы.

В основе загрязнения атмосферы - техногенное загрязнение. Производственные мощности на Земле удваиваются каждые 14-15 лет. Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасывается 700 млн. т. различных аэрозолей и газов, не считая твёрдых частиц размером более 10 мкм, которые оседают вблизи источника загрязнения.

Транспорт. Один из основных источников загрязнения атмосферы - автомобильный транспорт. Мировой парк автомобилей насчитывал ещё в 1986 г более 300 млн. машин, ежегодно он значительно расширяется. Годовой выброс вредных веществ автомобильным транспортом в атмосферу составляет около 50 млн. т. углеводородов и 200 млн. т оксида углерода , при использовании бензиновых двигателей. Кроме того автотранспортом выбрасываются и другие вредные примеси: оксиды азота, канцерогенный бензопирен, альдегиды, диоксид серы, свинец, хлор, бром. Дизельные двигатели выделяют значительные количества сажи и частичек копоти.

При сгорании 1 кг горючего карбюраторный двигатель выбрасывает в воздух 800 г окиси углерода (СО), или угарного газа, 90 г углеводородов, 20 г оксидов азота, 0,7 г альдегидов, 0,6 г диоксида серы, 0,5 г соединений свинца, 0,001 г бензапирена и др.

Кроме автотранспорта, атмосферу сильно загрязняют и другие виды транспорта - железнодорожный, морской, речной и авиационный. Например, один самолёт при перелёте на расстояние 1000 км тратит столько же кислорода, сколько потребляет человек в течение года. Особенно загрязнены вокзалы, порты, причалы и аэродромы.

Промышленные предприятия. Основными загрязнителями являются чёрная и цветная металлургия, цементная промышленность, коксовое производство, нефтяная и химическая промышленность. Они загрязняют атмосферу такими веществами и материалами, как пыль, дымы, в том числе дымы окислов железа рыжего цвета, соединениями С, S, фтора, N, Cl и др. Много вредных веществ выделяются котельными теплоэлектроцентралей и при использовании котелков для отопления домов. В некоторых странах для отопления используют низкокачественный каменный и бурый уголь, содержащие высокие концентрации серы, а например в Индии, в Калькутте, топят сухим навозом.

Основные вещества загрязнители.

- оксид углерода (СО), угарный газ. Составляет, в среднем 33% всех вредных выбросов в атмосферу. Ниже всего концентрация СО вблизи озонового слоя (озон - активный окислитель), на высоте 8-25 км, а также у поверхности Земли, особенно на суше, так как в почве много микрофлоры, окисляющей СО до СО₂. Оксид углерода и продукты его фотохимических превращений очень токсичны для человека. В организме он вытесняет кислород из его соединений с гемоглобином крови и человек может погибнуть от кислородного голодания.

Двуокись серы, SO₂.Раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательного тракта, вызывает хронические бронхиты, эмфизему, воспаление лёгких и др. От двуокиси серы страдают также хвойные и фруктовые деревья.

Во влажном воздухе двуокись серы соединяясь с парами воды образует сернистую кислоту и выпадает на землю в виде кислотных дождей. При наличии в воздухе или почве металлов (особенно свинца, ртути, кадмия, алюминия), образуются поражающие всё живое соли серной кислоты.

Другие газы и аэрозоли. Это хлор, фтор, аэрозоли и дымы (твёрдые частицы углерода, золы, кремнезёмной и цементной пыли).

При современной технологии производства цемента примерно 20% его идёт на выбросы в атмосферу.

Загрязнение атмосферы влияет и на растительный покров (наступает гибель всех физиологических функций растений, в частности, угнетение роста, цветения и плодоношения), ухудшает качество почв (особенно, если при соединении SO₃ c водой образуется серная кислота), наступает подкисление почв, нарушаются газовый режим и микробиологические процессы, разрушает здания и сооружения ,так как твёрдые частицы играют роль абразивных материалов и вызывают коррозию металлов.

Зависимость загрязнения от климата и синоптических ситуаций.

При постоянных выбросах наиболее опасны для человека условия антициклона, с безградиентным барическим полем, со слабыми ветрами и штилями, отсутствием горизонтального и вертикального перемешивания воздушных масс, с образованием приземных смогов.

И наоборот, циклонические условия наиболее благоприятны для рассеивания вредных примесей.

В высоких широтах токсические вещества разлагаются медленнее, чем в тропиках, где выше уровень солнечной радиации, особенно ультрафиолетового излучения, вызывающего фотохимические реакции окисления техногенных выбросов. Во влажных тёплых районах токсиканты разрушаются и вымываются быстрее, чем в сухих холодных районах, где происходит накопление токсикантов.

Опасны с точки зрения загрязнения также межгорные котловины и долины, где часто наблюдается застой воздуха. Холмистая местность более опасна, чем открытая ветрам равнина.

Наиболее важные глобальные последствия загрязнения атмосферы – это «парниковый эффект», разрушение озонового слоя и кислотные дожди.

Парниковый эффект– нагревание атмосферы в результате того, что молекулы двуокиси углерода, накапливающиеся в ней, по­глощают тепловую энергию и не дают ей рассеяться в космосе. Это приводит к потеплению климата на планете и таянию вечных льдов.

Уже доказано, что климат нашей планеты меняется в последние 100 лет под влиянием антропогенного загрязнения атмосферы.

Главная причина заключается в том, что диоксид углерода, или углекислый газ (СО₂), обладает свойством поглощать значительную часть длинноволоновой радиации. Его накопление в атмосфере способствует возникновению “парникового эффекта”, что приводит к потеплению климата у земной поверхности.

До 1850 г содержание углекислого газа в атмосфере было стабильным (265-290 частей на 1 млн. частей объёма воздуха), с 1957 года содержание углекислого газа ежегодно возрастало на 1 часть/ миллион, составив в 1970 г 326, а в 1980 г - 338 частей на миллион. В целом за столетие масса углекислого газа возросла на 10-15%,к 2000 г она возросла на 30-40%,а к 2025 г - на 100%,то-есть вдвое. При этом средняя температура нижнего слоя атмосферы Земли повысится на 2-4 градуса С (по теории академика М.И.Будыко). Растаят вечные льды Гренландии и Антарктиды, уровень океана может подняться на 50 м, произойдёт затопление большинства прибрежных стран.

Действительно, в 1960 г в атмосферу выбрасывалось 8,8 млрд.т углекислого газа ежегодно, в 1990 г -21,8 а в 2020 (по прогнозу) - около 30 млрд. т. Этому процессу соответствует и потепление климата Земли: в 1950 г средняя температура у поверхности была 15,05 градуса С,в 1980 - 15,1,в 1990 - 15,3 ,в 2000 (по прогнозу) - 15,5.

Подтверждением изменений климата стали катастрофические засухи в Африке (в Сахельской зоне в 70-х гг, затем в Эфиопии и др.), унесшие много человеческих жизней. Засухи наблюдались и в СССР в 70-х и начале 80-х гг, в США и Канаде в 1988 г. В северном полушарии предполагается дальнейший рост температуры (на 1,3 град. к 2000 г, на 2-4 гр. к 2050 г ,по сравнению с периодом 1950-1980 гг).

Озоновый слой атмосферы– (озон - трёхатомный кислород). Располагается у экватора на высоте 15-20 от поверхности Земли, 22-26 км в умеренных широтах и 8-10 км в районах полюсов. В озоновом слое атмосферы концентрация озона достигает 20 мг/куб. м , у поверхности Земли - лишь 0,01-0,06 мг/куб. м. Кроме защиты всего живого, озон окисляет метан и другие углеводороды, а также угарный газ (оксид углерода) превращает в углекислый газ, добавляя в него от себя атом кислорода.

. Главные причины разрушения “озонового зонтика” планеты - это применение фреонов (хлорфторуглеводородов) в качестве хладагентов при производстве холодильников , реактивных двигателей в авиации и применение баллончиков-распылителей в парфюмерной промышленности. Годовое производство фреонов сейчас достигло 1,8 млн. т. В настоящее время производство фреонов возрастает в таких странах как Китай и Индия, не подписавших международные соглашения о приостановлении производства хладагентов, поэтому озоновая проблема по прежнему актуальна. С 1975 года каждой весной над Антарктидой образуются “озоновые дыры” (снижение содержания на 50 % озона ). Позднее такие дыры были замечены и на севере планеты (снижение содержания озона на 10%). Свободное проникновение ультрафиолетовых лучей Солнца в зоне таких “дыр” приводят к вспышкам рака кожи, глазных заболеваний, снижения иммунитета. Другие последствия - это снижение урожайности сельскохозяйственных культур на 30%, уменьшение продукции планктона в водоёмах.

Кислотныг дожди – осадки, содержащие растворы кислот и (или) их солей, чаще всего серной, с РН менее 5,6. Выбросы в атмосферу промышленными предприятиями диоксида серы, азота, при соединении этих газов в воздухе с парами воды, приводит к образованию капель различных кислот, в дальнейшем переносимых по воздуху на большие расстояния ветрами преобладающих направлений, и выпадающих на поверхность почвы в виде кислотных дождей. Это наносит ущерб продуктивности почвы и прямой вред здоровью человека и животных, а также растительности, в частности хвойным и другим деревьям.

Загрязнение гидросферы.

Основными загрязнителями гидросферы являются сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), в том числе нефть и нефтепродукты, детергенты, тяжёлые металлы, радиоактивные элементы, пестициды и др.

Объёмы загрязняющих веществ, поступающих ежегодно в Мировой океан в результате техногенных причин, чрезвычайно велики. Сейчас на планете грязные сточные воды загрязняют более 1/3 всей чистой воды, однако ввиду неравномерного распределения степени загрязнения, в районах с высокой плотностью промышленного и с/х производства, плотности населения, степень загрязнения значительно больше.

По подсчётам специалистов в целом на Земле ежегодно в реки сбрасывается 160 куб. км промышленных сточных вод, которые загрязняют до 4 тыс. куб. км естественной чистой воды. К 2000 году по расчётам специалистов годовой объём сбрасываемых загрязнённых сточных вод достигнет 2400 куб. км , для очистки которых потребуется ежегодно 20-25 тыс. куб. км чистой воды.

а)Нефть и нефтепродукты.Это наиболее мощные загрязнители гидросферы. В целом, в гидросферу ежегодно поступает 30-35 млн. т нефти и нефтепродуктов.

Основные пути загрязнения нефтью и нефтепродуктами следующие:

-естественный выход в районах месторождений;

-нефтедобыча;

-транспортировка и перегрузка;

- переработка и использование в качестве топлива и промышленного сырья.

Наиболее крупные естественные выходы нефти в гидросферу расположены на шельфе южной Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах, в Карибском и Аравийском морях, у северных берегов Аляски и Канады, у берегов Индонезии, на Каспийском, Северном и Балтийском морях. В некоторых месторождениях происходят “залповые” выбросы нефти. Например, в Санта-Барбаре (Калифорния) однажды нефть в результате выброса покрыла акваторию океана площадью 2072 км. Через 100 дней после начала выброса объём разлившейся нефти оценивался в 100 млн. л.

Значительные утечки происходят и при транспортировке нефти. 65% мировой добычи нефти перевозится морским путём, каждые 10 лет происходит удвоение объёмов перевозимой нефти, с соответствующим увеличением тоннажа танкерного флота.

б)Детергенты (синтетические моющие средства). Детергенты очень токсичны и практически не подвергаются процессам биологического разложения. Они широко применяются в промышленности и на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Ежегодно производится более 4 тыс. т детергентов, их производство постоянно увеличивается. В промышленных районах в сточных водах содержится до 15 мг детергентов на каждый литр воды. В таких районах на реках и каналах, на порогах и шлюзах образуется слой пены, затрудняющий судоходство.

в) Тяжёлые металлы (ртуть, свинец ,цинк, медь, хром, олово ,марганец).

Наибольшую опасность представляет ртуть и её соединения, особенно метилртутные. В среднем, в морской воде содержится 0,15 мл/л ртути. Учитывая, что ежегодно производится 9 тыс. т ртути, а также её высокую химическую устойчивость, возможно сильное локальное загрязнение внутренних водоёмов и прибрежных участков морей. В водоёмах ртуть концентрируется в гидробионтах и донных отложениях.

Вред гидробионтам наносит также загрязнение свинцом и его соединениями. Наиболее высока концентрация свинца в северном полушарии, так как именно здесь в промышленности используется 90% мирового производства этого металла.

г)Радиоактивные элементы. Испытания ядерного и термоядерного оружия, развитие ядерной энергетики, проблема захоронения радиоактивных изотопов, аварии судов с атомными двигателями, привели к значительному загрязнению гидросферы радиоактивными элементами. Известно, что они весьма стойки и способны сохраняться и накапливаться в водоёмах в течение длительного времени. В ряде районов Мирового океана радиоактивность вод в результате антропогенного воздействия значительно превысила естественный фон. Так, по только в Атлантическом океане захоронено свыше 14 тыс. контейнеров с отходами цезия и плутония, что повысило радиоактивность вод в местах захоронения в 3-70 раз, в Тихом океане - свыше 47 тыс. контейнеров, что привело к росту радиоактивности вод в 2-2,5 раза.

д)Пестициды. Загрязнение воды пестицидами происходит как вследствие прямого их внесения в водоёмы при их использовании для борьбы с вредителями, так и при поступлении в них воды, стекающей с поверхности обработанных ядохимикатами с/х и лесных земель, а также при сбросе отходов предприятий-изготовителей ядохимикатов, при их транспортировке и хранении, частично - при переносе атмосферными потоками. Токсичность пестицидов выше в непроточной воде.

Однако даже в проточной воде, при больших сбросах, их дозировка может оказаться гибельной для рыб и других гидробионтов. Пестициды более токсичны и лучше растворяются при повышении температуры воды. Известны случаи массовой гибели осетровых рыб на Каспийском и Азовском морях под воздействием пестицидов.

е) Азот и фосфор. Эвтрофикация водоёмов. С/х стоки,стоки животноводческих ферм, канализационные стоки вносят в водоёмы большие количества соединений фосфора и азота,что приводит к явлению “эвтрофикации” водоёмов.

При эвтрофикации сначала резко возрастает количество фито- и зоопланктона, а затем и других, более крупных гидробионтов, в том числе рыб. Затем жизнедеятельность и отмирание этих организмов приводят к падению содержания кислорода в воде и накоплению сероводорода. Постепенно такой водоём становится непригодным для жизни, количество живых организмов в нём резко сокращается, пока он не придёт в исходное состояние и цикл не возобновляется.

Наиболее неблагоприятные последствия загрязнения гидросферы следующие:

1.Изменения органолептических (вкусовых, цветовых , запаха) свойств воды;

2.Нарушение кислородного режима и уменьшение выделения кислорода в атмосферу (уменьшение масштабов процессов фотосинтеза);

3.Нарушение естественного хода химических процессов в воде;

4.Аккумуляция в гидробионтах токсических веществ, их отравление, возможное отравление людей при питании ими;

5.Снижение возможностей использования водоёмов в рекреационных;

6.Затруднения при навигации (при загрязнении детергентами);

7.Изменение теплового баланса из-за изменения отражающих свойств поверхности воды, особенно при загрязнении нефтью и нефтепродуктами, как следствие - воздействие на планетарный тепловой баланс;

8.Уменьшение биопродуктивности водоёма или его участка из-за сокращения количества зоопланктона, очень чувствительного к загрязнению вод.