Лекция № 1. Загрязнение окружающей среды

Формы воздействия человека на биосферу и ее ресурсы

В связи с высокой численностью людей на Земле — более 6 млрд. — и сопутствующих им организмов (домашних животных и других) в настоящее время имеет место огромная степень антропогенного (от греч. anthropos — человек, genesis — производить) давления на природные экосистемы и биосферу в целом. Во многих случаях степень этого давления превосходит пределы их устойчивости и происходит разрушение экосистем. Несоответствие антропогенного давления на биосферу ее возможностям функционировать стабильно и воспроизводить среду обитания организмов с устойчивыми параметрами называют экологическим кризисом.

Воздействие человека на биосферу может быть прямым и косвенным.

Косвенные воздействия на среду обитания человека часто имеет во много раз превосходящий по масштабам прямой ущерб, наносимый биосфере.

Основными негативными следствиями воздействия человека на биосферу являются:

- уменьшение площадей природных экосистем (вырубка лесов, осушение болот, распашка степей), деградация оставшихся, негативные изменения биоценозов, ландшафтов, что ведет к нарушению средообразующей функции биосферы;

- снижение биологического разнообразия на всех уровнях, замена многовидовых природных сообществ упрощенными или монокультурами — агроценозами;

- нарушение естественного хода биогеохимических круговоротов веществ и потоков энергии;

- загрязнение окружающей среды, неблагоприятные изменения климата, истощение озонового слоя;

- перевод возобновимых природных ресурсов в категорию невозобновимых;

- уменьшение запасов невозобновимых ресурсов;

- неблагоприятные изменения почвенного покрова Земли: истощение гумусового слоя, эрозия почв, их засоление, загрязнение;

- строительство искусственных урбэкосистем — городов, селений и др.

В настоящее время человечество приобрело слишком большую значимость для емкости биосферы, что превышает пределы ее устойчивости, приводит в состояние кризиса. Во многих экосистемах идут необратимые изменения, Еще в XIX в. об этом писал Ж.-Б. Ламарк: «Человек создан для того, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав Землю непригодной для существования».

Для устойчивого существования в биосфере человечество должно пересмотреть курс своего развития и свои отношения с биосферой.

 

Загрязнение окружающей среды. Классификация основных загрязнителей биосферы

Загрязнением окружающей среды (почвы, воздуха, природных вод) называют качественные и количественные изменения ее составляющих: повышение сверх обычного концентраций характерных для нее веществ, содержания биологических объектов, значений физических параметров или внесение новых, не свойственных ей компонентов, оказывающих негативное воздействие на экосистемы и здоровье человека.

Инородные компоненты, загрязняющие экосистемы, называются ксенобиотиками (от греч. xenos — чужой).

Наиболее часто одновременно наблюдаются и качественные и количественные изменения составляющих среды под воздействием различных загрязнителей.

Под изменением физических параметров понимают изменение температуры, уровня шума, напряженности электромагнитного поля, естественного радиационного фона и др.

Классификацию загрязнителей проводят по множеству параметров.

1.По природе загрязнителей: химические; физические; механические.

2.По их физическому состоянию: твердые; жидкие; газообразные.

3.По происхождению загрязнителей: естественные; искусственные (антропогенные)

4.По источникам возникновения: извержение вулканов, пыльные бури;

селевые потоки; промышленные; сельскохозяйственные; коммунально-бытовые и др.

5.По масштабам распространения: местные; региональные; глобальные.

6.По объектам загрязнения: почвенные; атмосферные; природных вод;— околоземного космического пространства.

7.По степени устойчивости в среде: быстроразлагаемые; среднеразлагаемые; медленноразлагаемые.

Помимо этого антропогенные выбросы загрязняющих веществ делят на технологические — предусмотренные данным производственным процессом и аварийные — происходящие при аварийных ситуациях. Возможно, также классифицировать загрязнения и по многим другим параметрам.

В настоящее время человек искусственно синтезирует более 10 млн. веществ, часть из которых непосредственно поступает в природную среду. Многие из произведенных человеком веществ являются инородными для биосферы, в связи с чем в ней нет разлагающих их механизмов. Из-за этого многие трудно- и неразлагаемые вещества имеют тенденцию накапливаться в биосфере.

Широко известен пример накопления в биосфере хлорорганического инсектицида ДДТ, который начал массово применяться в конце 1940-х гг. для борьбы с вредными насекомыми — комарами, переносившими малярию и желтую лихорадку, вшами, переносившими тиф, и др. ДДТ - синтетический инсектицид, принадлежащий к галогенсодержащим органическим соединениям, высокотоксичный к насекомым и другим живым организмам. Впервые был синтезирован немецким химиком О. Цайдлером в 1874 г. По причине своей высокой устойчивости ДДТ широко распространился по всему Земному шару, и несмотря на то, что в 1970-х гг. его применение было запрещено, ДДТ до сих пор обнаруживают в разных природных объектах. Его следы найдены даже в Антарктиде в жировой ткани пингвинов, хотя на этом материке он никогда не использовался.

Таким образом, многие антропогенные загрязнения во все большей степени приобретают глобальный характер.

Повышение сверх обычного концентраций веществ, являющихся естественными компонентами биосферы, также неблагоприятно. Это ведет к нарушению нормального хода их биогеохимических круговоротов, в то время как стабильный ход круговоротов веществ — важнейшее условие устойчивого функционирования биосферы.

 

ПЕРВИЧНЫЕ

ЗАГРЯЗНИТЕЛИ ВТОРИЧНЫЕ

ЗАГРЯЗНИТЕЛИ

Рисунок 1.1 Первичные и вторичные загрязнители атмосферы

 

Опасность загрязнений состоит также в том, что при совместном попадании в окружающую среду многие вещества вступают между собой в химические реакции, в результате которых образуются продукты, гораздо более токсичные, чем исходные. Так, окислы серы и азота реагируют в воздухе с кислородом и парами воды и образуют агрессивные серную и азотную кислоты. В результате фотохимических реакций окислов азота с углеводородами из выхлопных газов автомобилей образуется целая группа вредных раздражающих веществ: пероксиацетилнитраты (ПАН), альдегиды, кетоны и др. При обеззараживании воды хлором на водопроводных станциях и канализационных очистных сооружениях хлор реагирует с органическими веществами, содержащимися в воде, в результате чего образуются канцерогенные хлорсодержащие углеводороды — хлороформ и др. Имеются и многие другие подобные примеры.

В зависимости от источников образования все загрязнители окружающей среды делят на первичные и вторичные (рисунок 1.1).

Первичные загрязнители поступают в среду непосредственно из источников загрязнения, вторичные — образуются в среде путем химических взаимодействий.

 

Таблица 1.1 Значения предельно-допустимых концентраций отдельных примесей в атмосферном воздухе населенных мест Республики Казахстан

 

Наименование примесей	Значения ПДК, мг/м3	Класс опасности
максимально разовая	средне-суточная
Оксид углерода	5,0
Оксид азота	0,4	0,06
Диоксид азота	0,085	0,04
Взвешенные вещества	0,5	0,15
Фенол	0,01	0,003
Формальдегид	0,035	0,003
Свинец	0,001	0,0003
Аммиак	0,2	0,04
Диоксид серы	0,5	0,05
Сероводород	0,008	-
Хлор	0,1	0,03
Фтористый водород	0,02	0,005
Озон	0,16	0,03
Хлористый водород	0,2	0,1
Хром (VI)	-	0,0015

 

Санитарно-эпидемиологические правила и нормы: "Санитарно-эпидемиологические требования к атмосферному воздуху", 18.08.2004 г., №629

 

 

Помимо синтеза и ввода в биосферу новых химических веществ человек ежегодно извлекает из недр Земли и перемещает по ней более 5 км³ веществ, что сравнимо с размером горы.

В связи с огромными масштабами деятельности человека в биосфере

В. И. Вернадский еще в середине XX в. назвал человечество «величайшей геологической силой».

В основе нормирования загрязнений в средах биосферы - воде, воздухе и почве лежит концепция предельно допустимых концентраций. Предельно допустимыми считаются концентрации (ПДК), не наносящие вреда здоровью живущего и будущих поколений людей и не приводящие к неблагоприятным изменениям среды (таблица 1.1, 1.2, 1.3).

 

Таблица 1.2 Значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) веществ, загрязняющих поверхностные воды Республики Казахстан

Наименование	ПДК для водоемов рыбохозяйственного водопользования, мг/л	ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового водопользования, мг/л	Класс опасности
Хром (3+)	0,005	0,5
Хром (6+)	0,02	0,05
Железо	0,1	0,3
Железо (2+)	0,005
Железо (3+)	0,5
Цинк (2+)	0,01	1,0
Ртуть	0,00001	0,0005
Кадмий	0,005	0,001
Мышьяк	0,05	0,05
Бор (3+)	0,017	0,5
Медь (2+)	0,001 (к природному естественному фону)	1,0
БПК5	3 мг О2/л	3 мг О2/л
Фенолы	0,001	0,001
Нефтепродукты	0,05	0,3
Фториды	0,05 (не выше суммарного содержания 0,75)	1,5
Нитриты	0,08 (0,02 по N)	3,3
Нитраты	40,0 (9,1 по N)	45,0
Аммоний солевой	0,5 (0,39 по N)
Кадмий	0,001
Сульфаты	100,0		усл. 4
Магний	40,0		усл. 4
Марганец	0,01
Никель	0,01(10 мкг/л)

 

Таблица 1.3 Нормативы предельно - допустимых концентраций вредных веществ, загрязняющих почву Республики Казахстан

 

Наименование вещества	Предельно-допустимая концентрация (ПДК), мг/кг в почве
Кадмий	0,5
Свинец	32,0
Медь	33,0
Хром	6,0
Цинк	23,0

Совместный приказ Министерства здравоохранения РК от 30.01.2004 г. №99 и Министерства охраны окружающей среды РК от 27.01.2004 г. №21-п

Динамика изменения уровня загрязнения атмосферного воздуха по территории республики Казахстан в среднем по отдельным видам загрязнителей составляет:

- максимальная из разовых концентраций взвешенных веществ в г.Шымкенте составила 29,8 ПДК, в г.Балхаше – 8,4 ПДК, в г.Астане и г.Усть-Каменогорске – 6,6 ПДК, в пос.Глубоком – 4 ПДК, в г.Караганде, г.Павлодаре и г.Таразе – более 3 ПДК, в г.Алматы, г.Жезказгане, г.Семипалатинске и г.Темиртау - более 2 ПДК, в г.Экибастузе – равнялась 2,0 ПДК, в городах Актау, Актобе и Атырау – более 1 ПДК;.

- максимальная из разовых концентраций оксида углерода в г.Таразе составила 7,0 ПДК, г.Алматы - 5,6 ПДК, в г.Костанае, г.Семипалатинске и г.Шымкенте – 4,6-4,8 ПДК, в г.Усть-Каменогорске - 3,4 ПДК, в г.Павлодаре - 3,0 ПДК, в городах Астана, Караганда, Петропавловск и Темиртау - 1,4 - 1,8 ПДК, в г.Жезказгане и г.Экибастузе - равнялась 1,0 ПДК;

- максимальная из разовых концентраций диоксида азота в г.Шымкенте зарегистрирована равной 23,9 ПДК, в г.Алматы - 9,4 ПДК, в г.Усть-Каменогорске – 8,4 ПДК. В городах Караганда, Костанай и Семипалатинск максимальные концентрации диоксида азота находились в пределах – 3,4-4,0 ПДК, в г.Актобе, г.Астане, г.Жезказгане, г.Таразе и п.Глубокое – 2,0-2,9ПДК, в городах Актау, Павлодар, Петропавловск, Риддер, Темиртау, Уральск и Экибастуз –1,2-1,9 ПДК.

 

Тестовые вопросы

 

1.Что называется антропогенным давлением на биосферу? A) влияние человека на окружающую среду B) влияние стихийных природных явлений на окружающую среду C) нормальное состояние окружающей среды D) нет правильного ответа   2.Что называется экологическим кризисом? A) несоответствие антропогенного давления на биосферу ее возможностям функционировать стабильно B) невозможность стабильно функционировать биосфере C) невозможность воспроизводить среду обитания организмов с устойчивыми параметрами D) все вместе взятое

3. Как называются качественные и количественные изменения составляющих природной среды (воздуха, природных вод, почвы), оказывающих негативное воздействие на экосистемы и здоровье человека? A) рациональное природопользование B) комплексная эксплуатация природных ресурсов C) загрязнение окружающей среды D) ограниченность важнейших природных ресурсов   4. Как называется класс естественных и искусственных (антропогенных) загрязнителей? A) по происхождению загрязнителей B) по масштабам распространения загрязнителей C) по объектам загрязнения D) по степени устойчивости загрязнителей в среде

Глоссарий

 

На русском языке	На казахском языке	На английском языке
Экологический кризис	Экологиялық дағдарыс	Ecological crisis
Загрязнение окружающей среды	Қоршаған ортаның ластануы	Soil of environment
Прямое воздействие	Тікелей әсер	Direct influence
Косвенное воздействие	Жанама әсер	Indirect influence
Природные экосистемы	Табиғи экожүйе	Natural ecosystems
Почва	Топырақ	Ground
Воздух	Ауа	Air
Природные воды	Табиғи сулар	Natural water

 

Темы СРС

 

1) Составить графики «Динамика средних концентраций примесей загрязняющих веществ в отдельных городах Казахстана» по взвешенным веществам, оксиду углерода и диоксиду азота (Л 2 стр. 18-20).

 

Темы СРСП

1) Составить таблицу «Перечень загрязнителей, классифицирующихся по физическому состоянию», (Л 1, стр. 305).

 

Список основной литературы

 

1.Чебышев Н.В., Филиппова А.В. Основы экологии, Москва, 2004 г.

2.Национальный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Казахстан, МООС РК, Алматы, 2007 г.

3. В.Г.Игнатов, А.В.Кокин. Экология и экономика природопользования., Р-на-Д, 2003 г.

4. Л.И.Губарева, О.М.Мизирева, Т.М. Чурилова. Экология человека. Москва, 2005 г.

5. Г.С.Оспанова, Г.Т.Бозшатаева. Экология. – Алматы, 2002 г.

6. Под редакцией А.С.Степановских . Общая экология. Москва, 2001 г.

 

Лекция №2. Антропогенные источники загрязнителей биосферы

 

Основными источниками антропогенных загрязнителей биосферы являются предприятия по производству энергии, объекты добывающей и перерабатывающей промышленности, транспорт, населенные пункты (города, поселки), сельскохозяйственные угодья (поля, пастбища), животноводческие комплексы, зоны отдыха (рекреационные зоны) и др.

Загрязнители, вводимые в среды биосферы разными видами источников, представлены в таблице 2.1.

В наибольшей степени биосферу загрязняют объекты по добыче, транспортировке и производству всех видов энергии:

- предприятия по добыче энергосодержащих ресурсов — угля, нефти, газа, древесины и др.;

 

Таблица 2.1 Виды загрязнителей, вводимых в среды биосферы разными видами источников

 

Вид промышленности	Загрязняемая среда	Виды загрязнителей
Горнодобывающая	Воздух Вода	Пыль, газы — SО2, SО3, СО2, СО и др. Сброс сточных вод в водоисточники, нарушение гидрогеологического режима территорий, образование депрессионных воронок
Почва	Загрязнение почвы, нарушения ландшафта, образование отвалов терриконов, вывод из пользования больших площадей земли
Теплоэнергетика	Воздух	Дымовые газы — твердые частицы, окислы серы и азота, тепловое загрязнение
Вода	Закисление кислотными осадками
Почва	Закисление кислотными осадками Твердые отходы — золы, шлаки
Металлургическая и металлообрабатывающая	Воздух	Пыль, дымовые газы (окислы серы, азота, металлов и др.)
Вода	Сброс сточных вод (твердые взвеси, растворы солей металлов, кислот, щелочей, органических веществ)
Почва	Твердые отходы — золы, шлаки, пустая порода
Химическая	Воздух, вода, почва	Окислы серы, азота, органические растворителя, кислоты, щелочи, углеводороды и их производные, амины, альдегиды, цианиды, фториды, хлор, металлоорганические соединения и др.
Целлюлозно-бумажная	Вода	Органические вещества — фенолы, кислоты, альдегиды, спирты, красители, смолистые вещества, хлор, хлоруг леводороды и др.
Добыча и транспортировка нефти	Воздух, вода, почва	Нефть и нефтепродукты, сопутствующие газы
Нефтеперерабатывающая	Воздух, вода, почва	Утечки нефти и нефтепродуктов, дымовые газы, кислоты
Атомная	Воздух, вода, почва	Радиоактивные отходы
Транспорт	Воздух, почва	СО, окислы азота, серы, аэрозоли углеводородов и несгоревших остатков их молекул, твердые аэрозоли — сажа, частицы свинца, нефтепродукты
Вода	Нефтепродукты
Коммунальное хозяйство	Воздух	Выделения газов из мест захоронений твердых отходов и очистных сооружений
Вода	Растворенные и взвешенные органические вещества, моющие средства, хлор, хлоруглеводороды
Почва	Твердые отходы
Сельское хозяйство	Воздух, вода, почва	Минеральные удобрения, окислы азота, пестициды, мётан, навоз, бак териологическое загрязнение

 

- предприятия по их переработке — углеобогатительные фабрики, нефтеперерабатывающие заводы и др.;

- транспорт — автомобили, железные дороги, нефтеналивные суда и др.;

- предприятия, вырабатывающие энергию — электростанции, в том числе атомные, ТЭЦ, котельные.

При сжигании топлива в воздух выделяются окислы углерода (СО₂, СО), пыль, сажа, окислы серы (SО₃ и SО₂), окислы азота, углеводороды, диоксины и другие вредные вещества. Самым неблагоприятным энергоносителем с точки зрения окружающей среды (ОС) является уголь.

Одна угольная электростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует 20 тыс. т угля, выбрасывая в воздух 700 т окислов серы, 200 т окислов азота, 100 т твердых частиц (сажи, золы), и производит большие количества твердых отходов. Электростанции, работающие на мазуте, выбрасывают меньше твердых частиц, но сходные количества окислов серы и азота. Менее всего загрязняет воздух газовое топливо, однако запасы газа на Земле ограничены и производство энергии из газа нельзя считать его рациональным использованием.

По общему объему выбросов загрязнений в атмосферу (и абсолютному и на душу населения) первое место в мире занимают США.

В целях своего функционирования города потребляют в десятки тысяч раз больше энергии, чем такие же площади в сельской местности. Образующиеся при этом тепло, пыль и другие загрязнители изменяют климат городов и поэтому он отличается от климата прилегающих районов: в городах теплее, выше влажность воздуха, меньше солнечного света.

Повышенная температура в городах объясняется следующими причинами:

- наличием искусственных источников тепла: промышленных предприятий, систем отопления зданий, выхлопов автотранспорта;

- особенностями накопления и отражения тепловой энергии городскими сооружениями: камень, бетон, асфальт аккумулируют тепловую энергию сильнее, чем почва и растительность; кроме того, в отличие от горизонтальных поверхностей, многоэтажные здания отражают тепло не верх, а вниз.

В результате над городами формируется купол теплого загрязненного воздуха с вертикальными воздушными потоками. Восходящие потоки и наличие в воздухе загрязнителей, частицы которых являются центрами конденсации влаги, способствуют возникновению туманов и выпадению в городах большего количества осадков, чем в окрестностях.

Наличие в воздухе загрязнителей в виде окислов серы и азота при соединении их с содой ведет к образованию кислот и выпадению кислотных осадков — дождя и снега, которые разрушают здания, памятники культуры, повреждают растительность.

Наличие загрязнений и туманов делает атмосферу менее прозрачной и поэтому уровень инсоляции (количества солнечного света) в городах снижен. При сильном загрязнении инсоляция снижается до 50%.

Влияние городов на окружающие территории зависит от их размера и развития промышленности. Оно может распространяться на сотни километров. Это влияние выражается в:

- загрязнении воздуха;

- организации свалок,

- строительстве мусороперерабатывающих заводов;

- сливе в реки промышленных и фекально-хозяйственных стоков;

- массовом выезде горожан в места отдыха;

- строительстве загородных дач;

- развитии сельского хозяйства — превращении естественных экосистем в агроценозы, строительстве животноводческих комплексов и т. д.

Концентрация людей в городах имеет как положительные, так и отрицательные следствия. С одной стороны, концентрация людей в городах явилась проявлением имеющегося у всех организмов эффекта группы, который, как известно, способствует их выживанию. В городах более высок уровень комфорта, больше возможностей получить образование, работу, качественное медицинское обслуживание, приобщиться к культурным ценностям, общаться с другими людьми и т. д. С другой стороны, следствием жизни в городах является эффект скученности от перенаселенности. Он выражается в деградации условий среды, ухудшении эпидемической обстановки, способствует психоэмоциональным стрессам, росту агрессивности, преступности, распространению вредных привычек, наркомании, алкоголизма, развитию «болезней цивилизации» («болезней стресса») — гипертонии, ишемической болезни сердца, язвенной болезни, диабета, иммунодефицитов, злокачественных опухолей и др.

В экстремальных городских условиях неоценимую эстетическую и рекреационную (от лат. recreatio — восстановление), т. е. способствующую отдыху и восстановлению работоспособности и психоэмоционального равновесия ценность имеют уголки природы: зеленые насаждения, водоемы, фонтаны, парки, скверы, бульвары, сады, зоопарки и др. Они смягчают колебания температуры, очищают воздух от пыли и вредных веществ, дают возможность горожанам пообщаться с природой, отдохнуть от шума, снять стрессовую напряженность.

 

Тестовые вопросы

1. Назовите основные источники антропогенных загрязнителей биосферы? A) предприятия по производству энергии B) объекты добывающей и перерабатывающей промышленности C) транспорт D) все вместе взятое   2. Какие предприятия в наибольшей степени загрязняют биосферу? A) объекты по добыче энергосодержащих ресурсов B) объекты по транспортировке энергосодержащих ресурсов C) объекты по производству всех видов энергии D) все вместе взятое

3. Назовите самый неблагоприятный энергоноситель с точки зрения загрязнения окружающей среды (ОС)? A) уголь B) окислы серы C) окислы азота D) тепловое загрязнение   4. Какое государство занимает первое место в мире по общему объему выбросов загрязнений в атмосферу (и абсолютному и на душу населения)? A) США. B) Россия C) Китай D) Казахстан

Глоссарий

 

На русском языке	На казахском языке	На английском языке
Источник загрязнения	Ластау көзі	Polluter
Антропогенные загрязнители	Антропогендік ластандырғыштар	Anthropogenic pollution
Производство электроэнергии	Электроэнергияны өндіру	Power production
Рекреационные зоны	Рекреациялық зоналар	Recreational zone
Топливо	Отын	Fuel
Оксиды углерода	Көміртекті оксидтер	Corbon oxides
Пыль	Шаң	Dust
Уголь	Көмір	Coal

 

Темы СРС

1.Составить таблицу «Основные источники антропогенных загрязнителей биосферы» (Л 1, стр. 253)

 

Темы СРСП

1.Составить перечень «Влияние городов на окружающие территории» (Л 1, стр. 256-259)

Список основной литературы

 

1.Чебышев Н.В., Филиппова А.В. Основы экологии. – Москва, 2004 г.

2.Национальный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Казахстан, МООС РК, Алматы, 2007 г.

3. В.Г.Игнатов, А.В.Кокин. Экология и экономика природопользования., Р-на-Д, 2003 г.

4. Л.И.Губарева, О.М.Мизирева, Т.М. Чурилова. Экология человека. М., 2005

5 Г.С.Оспанова, Г.Т.Бозшатаева. Экология. – Алматы, 2002

6. Под редакцией А.С.Степановских . Общая экология. М., 2001.