Экологические и техногенные загрязнения окружающей среды - реферат. Техногенное загрязнение
Читайте также
Этот подраздел посвящен техногенному загрязнению экосферы и среды обитания человека. Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной и быстродействующей негативной причинной связью в системе экосферы: «экономика, техника - среда».
Оно обусловливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей. На предотвращение загрязнения природы и окружающей человека среды направлены основные усилия прикладной экологии.
Под загрязнением в широком смысле слова понимается привнесение в экологическую среду новых (обычно не характерных для нее) физических, химических, биологических агентов. Этим термином характеризуются все тела, вещества, процессы, которые появляются «не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы». Хорошим примером этой формулы служит озон. В верхних слоях атмосферы он нужен как экран, защищающий нас от ультрафиолетового излучения, а в приземном воздухе он считается загрязнителем, токсичным для многих организмов.
Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает следующие основные категории.
Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания. В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания - выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.
Количественные характеристики воздействия: сила и степень опасности (интенсивность факторов и эффектов, массы, концентрации, характеристики типа «доза - эффект», токсичность, допустимость по экологическим и санитарно-гигиеническим нормам, степень опасности и риска); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).
Временные параметры и различия воздействий по характеру эффектов: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые, актуальные и потенциальные; пороговость эффектов.
Категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (т.е. способные воспринимать и реагировать) - люди, животные, растения; компоненты окружающей среды (среда поселений и помещений, природные ландшафты, поверхность земли, почва, водные объекты, атмосфера, около-земное пространство); изделия и сооружения .
В пределах каждой из этих категорий возможно определенное ранжирование экологической значимости факторов, характеристик и объектов. В целом по природе и масштабам актуальных воздействий наиболее существенны химические загрязнения, а самая большая потенциальная угроза связана с радиацией.
Что касается объектов воздействия, то на первом месте, конечно же, стоит человек. В последнее время особую опасность представляют не только рост загрязнений, но и их суммарное влияние, часто превышающее по конечному эффекту простое суммирование последствий.
С экологической точки зрения все продукты техносферы, не вовлекаемые в биотический круговорот, являются загрязнителями. Даже те, которые химическн инертны, поскольку они занимают место и становятся балластом экотопов. Продукты производства также со временем становятся загрязнителями, представляя собой «отложенные отходы» .
В более узком значении материальными загрязнителями - поллютантами (от лат. роllutiо - марание) - считают отходы и продукты, которые могут оказывать более или менее специфическое негативное влияние на качество среды или непосредственно воздействовать на реципиентов. В зависимости от того, какая из сред - воздух, вода или земля - загрязняется теми или иными веществами, различают соответственно аэрополлютанты, гидрополлютанты и терраполлютанты .
Одним из следствий бурного развития промышленности и сельского хозяйства в результате научно-технической революции второй половины XX в. стало обострение проблемы отходов.
Социологи вывели прямую зависимость между ростом благосостояния и количеством бытовых отходов (мусора). Отходы - это то, что не может использоваться в данном производстве. Таким образом, объемы отходов определяются исходя из данного уровня развития технологии. Если первоначально решение проблемы виделось преимущественно в их уничтожении - закапывании, сбрасывании в моря, сжигании, то с усилением загрязнения окружающей среды на передний план вышли иные, экологически более приемлемые меры устранения отходов: их сортировка и повторное использование - рециклинг ресурсов .
В 1970-е годы в условиях роста цен на сырье важность защиты окружающей среды от загрязнения была дополнена необходимостью принятия неотложных мер, направленных на энерго- и ресурсосбережение. Именно с этого времени проблема рециклирования ресурсов (с перспективой создания систем замкнутого производственного цикла) стала актуальна во всем мире.
В начале 70-х годов академик Б.Н. Ласкорин впервые высказал мысль о том, что отходы не являются фатальной неизбежностью. Более того, количество отходов - точный индикатор совершенства или несовершенства любой технологии. Многие из сегодняшних отходов - это невостребованные обществом доходы, которые нам еще предстоит открывать как древние клады.
По предложению СССР ООН в 1979 г. приняла Декларацию по безотходной технологии. Однако проблема отходов имеет не только экологический, но и экономический аспект: создание безотходных процессов и циклов, рециклирование ресурсов позволяют экономить топливно-сырьевые материалы, повышают эффективность экономики. Академик П.Л. Капица писал, что мир идет к тому, чтобы в производственном кругообороте основой стало вторичное сырье .
Что касается нашей страны, в Казахстане накоплено более 22 млрд. тонн отходов, из них более 16 млрд. тонн техногенных минеральных образований и около 6 млрд. тонн промышленных отходов, из них токсичных - около 250 млн. тонн. В Казахстане основная масса твердых бытовых отходов без разделения на компоненты вывозится и складируется на открытых свалках, 97% которых не соответствуют требованиям природоохранного и санитарного законодательства. Менее 5% твердых бытовых отходов в республике подвергается утилизации или сжиганию.
В Костанайской области на всех имеющихся 27 полигонах для хранения твердых бытовых отходов (ТБО) допускаются нарушения экологических и санитарно-эпидемиологических норм.
«В нарушение статьи 298 Экологического кодекса РК хранение бытовых отходов осуществлялось вне специально оборудованных мест и без соблюдения режимов захоронения. Повсеместно допускается совместное складирование ТБО и жидких отходов, а также захоронение трупов павших животных, обезвреживание которых должно осуществляться на специальных скотомогильниках. Факты захоронения трупов павших животных на полигонах ТБО установлены в деятельности ГКП «Кайранколь» (Узункольский район), а также ТОО «Жардем» (Тарановский район)». Проверкой «Северного» и «Южного» полигонов ТБО города Костаная, обслуживаемых ГКП «Тазалык-2000» уcтановлено, что в нарушение санитарно-предельно допустимые значения массы складируемых и захороняемых отходов потребления. По информации пресс-службы, в ходе проверки также установлены факты неэффективного и необоснованного использования бюджетных средств при захоронении ТБО. В частности, ГУ «Отдел жилищно-коммунального хозяйства, пассажирского транспорта и автомобильных дорог акимата Карасуского района» с ГКП «Алга» заключен договор на предоставление услуг по содержанию полигона ТБО на сумму 1,5 млн тенге . Договором предусматривалось строительство на полигоне помещения для сторожей и персонала стоимостью 400 тыс. тенге. Согласно актам выполненных работ, строительство указанного объекта было завершено и отделом жилищно-коммунального хозяйства произведена оплата. Однако фактически строительно-монтажные работы не проводились.
Более того, вышеназванное ГКП лицензии на право осуществления градостроительной и строительной деятельности не имеет, следовательно, работы по строительству на полигоне необоснованно использованы бюджетные средства в размере 665,7 тыс. тенге по договору с ТОО «Кызыл Агаш» на очистку берегов реки Тобол. Прокуратурой области в целях эпидемиологических правил и норм по коммунальной гигиене территория полигонов не забетонирована, отсутствуют освещение, дезинфицирующие установки, а также переносные сетчатые ограждения, применяемые для разгрузки мусоровозов и складирования отходов .
Также, в нарушение экологических норм, на полигонах отсутствуют контрольно-измерительные приборы, в результате чего невозможно определить ТБО помещения для сторожей и персонала.
Несмотря на это, отделом жилищно-коммунального хозяйства, пассажирского транспорта и автомобильных дорог акимата Карасуского района 18 июля 2008 года подписан фиктивный акт приемки выполненных работ.
Аналогичный факт выявлен и в деятельности ГУ «Управление природных ресурсов и регулирования природопользования акимата Костанайской области», которым устранения перечисленных нарушений законности в адрес акима области было внесено представление. По результатам рассмотрения представления в местный бюджет возмещено 665,7 тыс. тенге, к дисциплинарной ответственности привлечено шесть должностных лиц. При этом директор ГКП «Алга» акимата Карасуского района освобожден от занимаемой должности .
Современный образ жизни человеческого общества приводит к тому, что человек оказывается в условиях воздействия естественного радиационного фона, которому он не подвергался бы, если бы не была разработана та или иная технология. Примерами таких случаев являются полеты на самолетах, использование природного топлива для приготовления пищи и отопления, использования фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, добыча и переработка природных ресурсов в различных отраслях промышленности и т.д.
Загрязнение окружающей среды относится к непреднамеренным, хотя и очевидным, легко осознаваемым экологическим нарушениям. Они выступают на первый план не только потому, что многие из них значительны, но и потому, что они трудно контролируются и чреваты непредвиденными эффектами. Некоторые из них, например, техногенная эмиссия СО 2 или тепловое загрязнение, принципиально неизбежны, пока существует топливная энергетика.
Химизация техносферы достигла к настоящему времени таких масштабов, которые заметно влияют на геохимический облик всей экосферы. Общая масса производимых продуктов и химически активных отходов всей химической промышленности мира, вместе с сопутствующими производствами, превысила 1,5 Гт/год.
Почти все это количество может быть отнесено к загрязнителям. Но дело не только в общей массе, но и в числе, разнообразий и токсичности множества производимых веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 10 млн химических соединений; ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. В заметных количествах производится и предлагается на рынке более 100 тыс. веществ, в массовых масштабах производится около 5 тыс. веществ.
Однако подавляющее большинство производимых и используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности .
Стрессы природных экосистем обусловлены внесением в них извне различных токсикантов, радионуклидов, и других вредных факторов окружающей среды. Самоочищающая способность биосферы, основанная на жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, испытывает колоссальные перегрузки из-за все более возрастающих поступлений в нее техногенных отходов уранодобывающей промышленности.
Требуется оценка в строгой количественной форме экологического вреда радиоактивного загрязнения .
Почвы Южного Казахстана подвергаются активной эрозии, вторичному засолению, заболачиванию и загрязнению химическими веществами. Почвы Северного Казахстана (зерновые районы) подвергаются дегумификации, ведущей к потере плодородия, интенсивной водной и ветровой эрозии, местами загрязнению промышленными химическими стоками и радионуклидами. Потери гумуса в этих регионах за последние 40-50 лет составили от 10 до 35 процентов. Каштановые почвы Семипалатинского атомного полигона интенсивно загрязнены радионуклидами.
В целом современное экологическое состояние почвенного покрова Казахстана характеризуется как крайне напряженное, местами катастрофическое. Влияние на экосреду добычи урана и подземных ядерных взрывов .
Если посмотреть на геологическую карту Казахстана, то мы увидим, что центр Казахстана в меридиональном направлении рассекается широкой полосой урановых месторождений. Для военно-промышленного комплекса это настоящий Клондайк. Военно-промышленный комплекс издавна и прочно овладел этими местами. Здесь расположен большой комплекс уранодобывающих предприятий. На севере: Целинный горно-химический комбинат, добывающий уран как шахтным способом, так и методом подземного кислотного выщелачивания. В центре: месторождения, сосредоточенные в Чу-Сарысуйской и Сырдарьинской впадинах. Добыча урана производится исключительно методом подземного кислотного выщелачивания. На юге: Кзылсайская группа месторождений. Добыча производится исключительно методом подземного кислотного выщелачивания. Метод подземного кислотного выщелачивания урана - самый варварский по отношению к природе метод добычи.
Над ураноносным слоем пробуривается ряд шурфов. По шурфам под землю закачивается серная кислота. На одну технологическую линию уходит до 400 железнодорожных цистерн серной кислоты и до 1 000 цистерн нитратно-сульфатного раствора. Под землей возникает крайне кислая (рН до 1) жидкая среда, разрушающая урановые соединения. После экспозиции жидкость, содержащую уран, откачивают. Из раствора извлекают уран, а кислотный шлам закачивают назад под землю. На каждый добытый 1 кг урана приходится 86,7 кг серной кислоты. Такой метод добычи урана используется уже около 20 лет .
Одним из важнейших решений Казахстана за 12 лет (2004 год) независимого существования был отказ от обладания ядерным оружием и поддержка усилий международного сообщества в борьбе с распространением оружия массового уничтожения (ОМП).
За 40 лет ядерных испытаний свыше миллиона казахстанцев получили опасные дозы радиации. Эти обстоятельства побудили Назарбаева бросить вызов Москве и еще в 1991 году закрытъ ядерный полигон. 9 месяцев спустя Казахстан отрекся от ядерного оружия, доставшегося в наследство от СССР.
Последствия ядерной войны необратимы. Если различные физические эффекты, возникающие при ядерных взрывах, можно рассчитать достаточно точно, то предсказать последствия их воздействий сложнее. Исследования привели к заключению, что не поддающиеся предварительной оценке следствия ядерной войны столь же значительны, как и те, которые могут быть рассчитаны заранее.
Возможности защиты от воздействия ядерного взрыва весьма ограничены. Невозможно спасти тех, кто окажется в эпицентре взрыва. Всех людей спрятать под землю нельзя; это осуществимо только для сохранения правительства и руководства вооруженных сил. Кроме упоминаемых в руководствах по гражданской обороне способах спасения от жара, света и ударной волны, имеются практичные способы эффективной защиты только от радиоактивных осадков.
На распределение радиоактивных осадков будут влиять погодные условия. Разрушение плотин может привести к наводнениям. Повреждения атомных электростанций вызовут дополнительное повышение уровня радиации. В городах обрушатся высотные здания и образуются груды обломков с погребенными под ними людьми. В сельской местности радиация поразит посевы, что приведет к массовому голоду. В случае ядерного удара зимой уцелевшие при взрыве люди останутся без укрытий и погибнут от холода.
Повышенные дозы радиации приводят к росту раковых заболеваний, выкидышей, патологий у новорожденных.
На животных было экспериментально установлено, что радиация поражает молекулы ДНК. В результате такого поражения возникают генетические мутации и хромосомные аберрации; правда, большинство таких мутаций не переходит к потомкам, поскольку приводят к летальным исходам.
Первым пагубным воздействием долговременного характера явится разрушение озонового слоя. Озоновый слой стратосферы экранирует земную поверхность от большей части ультрафиолетового излучения Солнца. Это излучение губительно для многих форм жизни, поэтому считается, что образование озонового слоя около 600 миллионов лет назад стало тем условием, благодаря которому появились многоклеточные организмы и вообще жизнь на Земле .
Согласно докладу национальной академии наук США, в мировой ядерной войне может быть взорвано до 10 000 Мт ядерных зарядов, что приведет к разрушению озонового слоя на 70% над Северным полушарием и на 40% - над Южным. Эти разрушения озонового слоя повлекут за собой губительные последствия для всего живого; люди получат обширные ожоги и даже раковые заболевания кожи; некоторые растения и мелкие организмы погибнут мгновенно; многие люди и животные ослепнут и потеряют способность ориентироваться.
В результате крупномасштабной ядерной войны произойдет климатическая катастрофа. При ядерных взрывах загорятся города и леса, облака из радиоактивной пыли окутают Землю непроницаемым покрывалом, что неминуемо приведет к резкому падению температуры у земной поверхности. После ядерных взрывов суммарной силой 10 000 Мт в центральных районах континентов Северного полушария температура опустится ниже 30 градусов Цельсия.
Температура вод мирового океана останется выше нуля, но из-за большой разности температур возникнут жестокие штормы. Затем спустя несколько месяцев, к Земле прорвется солнечный свет, но, по-видимому, богатый ультрафиолетом из-за разрушения озонового слоя. К этому времени уже произойдут гибель посевов, лесов, животных и голодный мор людей. Трудно ожидать, что где-либо на Земле уцелеет хоть какое-то человеческое сообщество .
До сих пор мы рассматривали проблемы экологии сквозь призму событий, происходивших на Семипалатинском ядерном полигоне. Настала пора взглянуть на Казахстан в целом и увидеть, что уничтожение природы, а вместе с природой - и людей происходило во всех краях. На сегодняшний день Казахстан является самой грязной в радиоэкологическом отношении страной мира, на сегодняшний день многие регионы Казахстана представляют собой нечто, что остается на территории после применения врагом оружия массового уничтожения.
Если посмотреть в суть дела, мы обнаружим, что оружие массового уничтожения, в отличие от стрелкового или артиллерийского оружия, поражает не отдельных людей, а окружающую людей среду. Биологическое оружие загрязняет окружающую среду микробами, химическое оружие загрязняет воздух, воду, растения и пищу отравляющими веществами, ядерное оружие загрязняет природу губительными радионуклидами.
Иными словами, любой вид оружия массового уничтожения превращает окружающую среду в настоящий ад, и люди, не выдерживая адских условий, рано или поздно погибают.
Экологическое неблагополучие Казахстана, вызванное испытаниями различных типов оружия, ракет, «мирными» подземными взрывами, хищнической добычей минералов, нефти и газа, недозируемой промышленной нагрузкой, привело к тому, что на воображаемой экологической карте Казахстана (настоящей карты еще не существует) можно найти немало мест, уже превращенных в безжизненный ад; немало мест, откуда людей необходимо эвакуировать; немало мест, откуда людям нужно выбираться самостоятельно, поскольку санитарные показатели состояния окружающей среды еще не перешли границ «норм», основанных, увы, на искусственно завышенных представлениях о толерантности людей к внешним вредностям .
Нефтедобыча является основной и наиболее динамично развиваюшейся отраслью экономики Республики Казахстан. Нефтяники обеспечивают значительную часть национального валового продукта, бюджетных доходов и валютных поступлений в страну. Нефтегазовые проекты стали катализатором инвестиционной активности в Казахстане. По имеющимся сведениям, на территории казахстанского Прикаспия объем разлитой нефти составляет около 5 млн. т, общая площадь замазученности земель - более 19 тыс. га. Почвенный слой пропитан нефтью на глубину от десятков сантиметров до 10 метров.
Негативное влияние нефтяного загрязнения земель характеризуется нарушением естественного ландшафта местности и потерей сельскохозяйственных земель; повышением уровня почвенных вод, и, как следствие, образованием мелких засоленных озер; гибелью водоплавающих птиц и мелких животных; испарениями углеводородов с поверхности, и как следствие, загрязнением воздушного бассейна вокруг нефтепромыслов; экономическими потерями, связанными с иммобилизацией нефти в амбарах-накопителях.
Остро стоит проблема нефтяных разливов - вследствие того, что свыше 60% трубопроводов уже имеют 100%-ный износ. Это касается не магистральных, а промысловых трубопроводов, поскольку средства в их реконструкцию никогда не вкладывались, поэтому сейчас необходимо заставить нефтяные компании вкладывать деньги в природоохранную систему.
Нефтепромыслы, расположенные в Атырауской области (за исключением Тенгиза), находятся на поздней стадии разработки и добычи нефти. Применение отсталой технологии и устаревшего оборудования на нефтепромыслах приводило к частым и многочисленным авариям, утечкам нефти из устьевого оборудования скважин, порывам внутрипромысловых и магистральных нефтепроводов. В результате сложившейся практики нефтедобычи территория всех старых нефтепромыслов Атырауской и Мангистауской областей находится в замазученном состоянии.
В отдельных местах за счет сброса нефти непосредственно на почву, предварительно огороженную земляной дамбой, образовались нефтяные озера (амбары).
Экстраординарная роль рационального использования ресурсов в современной хозяйственной жизни страны обусловливает необходимость не простой разработки и внедрения комплекса мероприятий, а построения в целом народнохозяйственной модели ресурсосберегаюшего типа. Она должна создаваться путем последовательного учета факторов РИСР на всех уровнях управления (при выработке экономической политики, методов хозяйственного руководства, систем организации производства), целенаправленного совершенствования действующих и создания новых оргструктур, адекватных данной модели хозяйствования.
Проводимая коренная реформа управления экономикой Казахстана уже в значительной мере обозначила наиболее существенные параметры именно такой модели. Вместе с тем, остается нерешенным еще ряд проблем как теоретического, так и практического порядка.
В их числе: обоснование теоретико-методологического подхода к формированию эффективной схемы рационального использования сырьевых ресурсов; разработка общей концепции построения обсуждаемой модели хозяйствования, принципов ее функционирования и саморазвития; придание данной модели целостного вида, описание конкретных ее элементов.
Таким образом, всесторонне позитивное воздействие совокупности факторов на потребление ресурсов может достигаться при условии органичного сочетания экономических, технико-технологических, организационных, административных и социальных методов.
Переход к экологически безопасному и устойчивому развитию в настоящее время становится одним из приоритетных направлений стратегии развития Казахстана. В условиях дефицита материальных и финансовых средств их необходимо направлять на решение приоритетных, наиболее острых экологических проблем.
В 2001 г. затраты на охрану окружающей среды в целом по нефтегазовой отрасли составили 28,6 млн. долл. Затраты на мониторинг загрязнения недр за этот же период составили 2,546 млн. долл. .
Экологические проблемы освоения нефтяных и газовых месторождений Казахстана имеют свои региональные особенности - географические, геологические, геодинамические, технологические, а также социально-экономические.
Особый отпечаток на экологическую ситуацию накладывает тот факт, что до последнего времени природоохранный вопрос практически уступал выполнению плановых заданий по добыче нефти и газа и не находил должного решения в технико-экономических обоснованиях проектов.
Актуальными направлениями в области охраны природы при добыче и переработке нефти и газа являются: создание экологически чистых процессов; утилизация отходов; очистка газовых выбросов нефтехимических производств; очистка сточных вод; мониторинг загрязнения нефтью и нефтепродуктами окружающей среды и др. Предотвращения столь мощного негативного воздействия на окружающую среду в условиях интенсификации процессов добычи и переработки углеводородного сырья можно достичь лишь с увеличением уровня комплексного использования углеводородного сырья, т.е. полного извлечения полезной части ресурсов и доведения количества отходов до разумного минимума .
Установление экономико-экологических и технологических приоритетов в нефтегазовом комплексе подразумевает сочетание следующих дополнительных мер: совершенствование экономико-экологической и технологической политики; тщательная привязка расходов к экономически высокоэффективным нефтяным проектам; развитие организационной инфраструктуры и создание соответствующего потенциала, включая подготовку кадров, образование и программы обмена.
Сегодня в реализации целей эффективного управления нефтегазовыми ресурсами следует исходить из того, что основная трудность - это преодоление противоречия между объектом управления - окружающей природной средой, с одной стороны, и территориальной ограниченностью сферы действия принимаемых управленческих решений (границы района, области, республики) - с другой.
В настоящее время платежи за природные ресурсы регламентируются следующими Законами Республики Казахстан: «Об охране окружающей среды», «О недрах и недропользовании», «О налогах и других обязательных платежах в бюджет» (Налоговый кодекс) и др. Для каждого предприятия органами охраны природы устанавливаются лимиты выбросов загрязняющих веществ в природную среду - на основе нормативов предельно-допустимых выбросов (ПДВ) или сбросов (ПДС).
На период достижения предельно-допустимых норм устанавливаются лимиты природопользования с учетом экологической обстановки в регионе и технического оснащения природоохранного оборудования. Для строящихся предприятий лимиты устанавливаются на уровне ПДВ (ПДС). Сроки достижения нормативных уровней по годам определяются на основе региональных или республиканских природоохранных программ. Платежи взимаются как за установленные, так и за сверхустановленные лимиты выбросов загрязняюших веществ .
Проблемы Казахстанского Прикаспия являются частью общих ключевых проблем всего каспийского сектора. Для их решения необходимы современные мероприятия по сбалансированному использованию биоресурсов и углеводородного сырья. Казахстан является одной из 5 частиц международной каспийской экологической проблемы.
Целью этой долгосрочной программы является оздоровление и сохранение чувствительной экологической системы Каспия. Активная позиция РК нашла отражение в возложении ответственности на Казахстан за деятельность руководящего комитета.
Благодаря широкому применению нефти ее добыча увеличилась с 10 млн. баррелей в день в 1950 годах до 65 млн. баррелей в 1990 г. И за эти 40 лет нефть стала основным источником сырья в мире. Нефть стала играть ключевую роль в международных отношениях. В 1960 г. была создана ОПЕК (организация стран экспортеров нефти), в которую вошли Иран, Ирак, Кувейт, Саудовская Аравия, Венесуэла.
На Каспии не было еще крупных экологических катастроф подобных катастрофе 1989 г. в Заливе принца Вильяма на Аляске, когда нефтяной танкер Эксон Вальдес напоролся на подводный риф. Тогда в море вылилось около 240 тысяч баррелей нефти, что привело к загрязнению 1600 км береговой линии, включая побережье 3 национальных парков и 5 заповедников. Несмотря на меры по ликвидации последствий аварии, природе был нанесен непоправимый ущерб.
Проблемы добычи нефти на Каспии не могут не волновать. Выбросы нефти в море происходят при мойке танкеров, при авариях на морских нефтедобывающих платформах, при ее транспортировке. По поверхности воды тонкой пленкой разливается нефтяное пятно. Что привело к уменьшению количества рыб осетровых пород на Каспии и приводит к массовой гибели Каспийских тюленей и птиц.
1. Загрязнение окружающей среды.
2. Промышленные отходы.
3. Химизация почв.
4. Коммунально-бытовые отходы.
1 Загрязнение окружающей среды
Важным и нежелательным следствием техногенеза является загрязнение окружающей среды . Катастрофические экологические ситуации, связанные с загрязнением окружающей среды, характерны для многих стран, в том числе и для нашей страны. Роль геохимии окружающей среды в решении данных вопросов очень велика.
С геохимических позиций изменение химических свойств среды, не связанное с естественными природными процессами, является загрязнением.С медико-биологической точки зрения под загрязнением подразумевают появление или количественное изменение в окружающей среде тех или иных ее свойств: физических (шум, радиация, электромагнитные поля, вибрация) или химических (загрязняющие вещества), уровень проявления которых может оказать неблагоприятное воздействие на условия жизни. При таком понимании загрязнение может возникнуть не только антропогенным способом, но и в связи с естественными природными причинами (пыльные бури, извержение вулканов, месторождения полезных ископаемых и т. д.). Под источником загрязнения может подразумеваться как вид человеческой деятельности (электротехническое производство, поливное овощеводство), так и конкретные объекты деятельности (завод, свалка, транспорт) или материальные носители загрязняющих веществ (отходы производства, минеральные удобрения).
Ярким примером загрязнения окружающей среды служат т.н. “кислотные дожди”. Они связаны с работой серно-кислотных суперфосфатных, медепавильных заводов, котельных ГРЭС, ТЭЦ, бытовых топок, которые выбрасывают в воздух много SO 2 , а также с выбросами вулканов. Диоксид серы, окисляясь и растворяясь в атмосферных осадках, дает серную кислоту. “Кислые дожди” увеличивают число легочных заболеваний, осложняют земледелие, разрушают памятники архитектуры. Принос ветрами в Скандинавию SO 2 из Англии и ФРГ привел к вымиранию лососей (рыба исчезала в тех водоемах, рН которых понизился до 4). В канадской провинции Онтарио из-за кислых дождей, поступающих из США, стали безжизненными более 148 озер. Полагают, что в среднем около 30 % SO 4 2- атмосферных осадков имеет техногенное происхождение (в умеренной зоне Северного полушария до 50 %). Кислые дожди характерны и для отдельных регионов России.
Техногенные процессы можно систематизировать по различным показателям: режимам (постоянные, периодические, катастрофические), модулям нагрузки на среду, объемам выбросов, источникам загрязнения, химическому составу выбросов, стоков и т.д.
Главными источниками загрязнения являются не утилизированные промышленные и коммунально-бытовые отходы, содержащие токсичные химические элементы. Особенностью городов является наложение полей загрязнения различных производств и видов хозяйственной деятельности и формирование полиэлементных техногенных геохимических аномалий в воздухе, снежном, почвенном и растительном покровах, поверхностных и грунтовых водах.
Техногенные отходы подразделяются на преднамеренно собираемые и депонируемые отходы (жидкие и твердые), стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков, содержащих твердые взвешенные частицы) и выбросы (рассеяние в атмосфере загрязняющих веществ в твердой, жидкой и газообразной формах).
Преднамеренно собираемые и депонируемые отходы (жидкие и твердые) представляют собой ту часть отходов человеческой деятельности, которая собирается с целью захоронения на свалках и депонирования на полигонах – накопителях для последующей утилизации. Довольно часто общее понятие «отходы» относят именно к складируемым отходам.
Стоки – часть жидких отходов, которые рассеиваются в окружающей среде. Они обычно состоят из дисперсной среды (жидкой фазы раствора) и дисперсной фазы (взвешенные вещества). Очень часто наиболее значительное загрязнение связано именно с дисперсной фазой.
Выбросы – часть отходов, рассеиваемая в атмосфере. Выбросы обычно двухфазны и состоят из воздушно-газовой смеси и твердых частиц (воздушной взвеси, пыли, аэрозолей).
При мониторинге техногенные отходы делятся на организованные - поступающие в окружающую среду через специальные устройства (трубы, факелы, очистные сооружения, шлаконакопители, отвалы), поддающиеся контролю инеорганизованные (утечки и выбросы загрязняющих веществ в системах трубопроводов, канализации, при авариях, перевозке отходов и т.д.), постоянный контроль которых затруднен.
Важной частью геохимического загрязнения окружающей среды является выявление и количественная оценка источников загрязнения. Большие работы по геохимическому анализу источников загрязнения, особенно концентрации в отходах микроэлементов, выполнены Ю.Е. Саетом с сотрудниками.
ГЛАВА VI. Техногенное загрязнение среды
Техногенные эмиссии и воздействия
В предыдущей главе рассмотрены по существу две большие категории антропогенных воздействий: а) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов и б) изъятие природных ресурсов. Эта глава посвящена техногенному загрязнению экосферы и среды обитания человека. Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной и быстродействующей негативной причинной связью в системе экосферы: «экономика, производство, техника, среда». Оно обусловливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей. На предотвращение загрязнения природы и окружающей человека среды направлены основные усилия прикладной экологии.
Рис. 6.1. Классификация техногенных загрязнений окружающей среды
Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает такие основные категории:
1. Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания(рис. 6.1). В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания - выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.
2. Количественные характеристики воздействия: сила и степень опасности (интенсивность факторов и эффектов, массы, концентрации, характеристики типа «доза - эффект», токсичность, допустимость по экологическим и санитарно-гигиеническим нормам); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).
3. Временные параметры и различия воздействий по характеру эффектов: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые, актуальные и потенциальные; пороговость эффектов.
4. Категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (т.е. способные воспринимать и реагировать) - люди, животные, растения; компоненты окружающей среды (среда поселений и помещений, природные ландшафты, поверхность земли, почва, водные объекты, атмосфера, околоземное пространство); изделия и сооружения.
В пределах каждой из этих категорий возможно определенное ранжирование экологической значимости факторов, характеристик и объектов. В целом по природе и масштабам актуальных воздействий наиболее существенны химические загрязнения, а самая большая потенциальная угроза связана с радиацией. Что касается объектов воздействия, то на первом месте, конечно же, стоит человек. В последнее время особую опасность представляет не только рост загрязнений, но и их суммарное влияние, часто превышающее по конечному эффекту простое суммирование последствий.
С экологической точки зрения, все продукты техносферы, не вовлекаемые в биотический круговорот, являются загрязнителями. Даже те, которые химически инертны, поскольку они занимают место и становятся балластом экотопов. Продукты производства также со временем становятся загрязнителями, представляя собой «отложенные отходы». В более узком значении, материальными загрязнителями - поллютантами (от лат. pollutio - марание) - считают отходы и продукты, которые могут оказывать более или менее специфическое негативное влияние на качество среды или непосредственно воздействовать на реципиентов. В зависимости от того, какая из сред - воздух, вода или земля - загрязняется теми или иными веществами, различают соответственно аэрополлютанты, гидрополлютанты и терраполлютанты.
Загрязнение окружающей среды относится к непреднамеренным, хотя и очевидным, легко осознаваемым экологическим нарушениям. Они выступают на первый план не только потому, что многие из них значительны, но и потому, что они трудно контролируются и чреваты непредвиденными эффектами. Некоторые из них, например, техногенная эмиссия СО 2 или тепловое загрязнение, принципиально неизбежны, пока существует топливная энергетика.
Количественная оценка глобального загрязнения. Масштабы отходов глобального антропогенного материального баланса охарактеризованы в предыдущей главе. Напомним, что общая масса отходов современного человечества и продуктов техносферы составляет почти 160 Гт/год, из которых около 10 Гт образуют массу изделий, т.е. «отложенный отход».
Таким образом, в среднем на одного жителя планеты приходится около 26 т всех антропогенных эмиссии в год. 150 Гт отходов распределяются приблизительно следующим образом: 45 Гт (30%) выбрасываются в атмосферу, 15 Гт (10%) - сливаются со стоками в водоемы, 90 Гт (60%) попадают на поверхность земли.
Указанные объемы эмиссии настолько велики, что даже малые концентрации в них токсичных примесей могут составить в совокупности огромное количество. По различным экспертным оценкам, общая масса техногенных загрязнителей, относимых к разным классам опасности, составляет от 1J5 до 1/8 Гт в год. т.е. примерно 250-300 кг на каждого жителя Земли. Это и есть минимальная оценка глобального химического загрязнения.
Химизация техносферы достигла к настоящему времени таких масштабов, которые заметно влияют на геохимический облик всей экосферы. Общая масса производимых продуктов и химически активных отходов всей химической промышленности мира (вместе с сопутствующими производствами) превысила 1,5 Гт/год. Почти все это количество может быть отнесено к загрязнителям. Но дело не только в общей массе, но и в числе, разнообразии и токсичности множества производимых веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 10 7 химических соединений; ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. В заметных количествах производится и предлагается на рынке более 100 тысяч веществ, в массовых масштабах производится около 5 тысяч веществ. Однако подавляющее большинство производимых и используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности.
Источники техногенных эмиссии подразделяются на организованные и неорганизованные, стационарные и подвижные. Организованные источники оборудованы специальными устройствами для направленного вывода эмиссии (трубы, вентиляционные шахты, сбросные каналы и желоба и т.п.);
эмиссии от неорганизованных источников произвольны. Источники различаются также по геометрическим характеристикам (точечные, линейные, площадные) и по режиму работы - непрерывному, периодическому, залповому.
Процессы и технологии. Источниками преобладающей части химического и теплового загрязнения являются термохимические процессы в энергетике - сжигание топлива и связанные с ним термические и химические процессы и утечки. Главные реакции, определяющие при этом эмиссию углекислого газа, паров воды и теплоты (Q):
Уголь: С + О 2 ¾® СО 2 и
Углеводороды: С n Н m +(n + 0,25m) О 2 ¾® nСО 2 + (0,5m)Н 2 О,
где Q = 102,2 (n + 0,25m) + 44,4 (0,5 m) кДж/моль.
Попутные реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, связаны с содержанием в топливе различных примесей, с термоокислением азота воздуха и со вторичными реакциями, происходящими уже в окружающей среде. Все эти реакции сопровождают работу тепловых станций, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, процессы металлургии, обжига минерального сырья. Наибольший вклад в энергетически зависимое загрязнение среды вносят теплоэнергетика и транспорт.
Рис. 6.2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду
1 - котел; 2 - труба; 3 - паровая труба; 4 - электрогенератор;
5 - электроподстанция; 6 - конденсатор; 7 - водозабор для охлаждения конденсатора; 8 - водное питание котла; 9 - линия электопередачи;
10 - потребители электроэнергии; 11 - водоем
Общая картина воздействия теплоэлектростанции (ТЭС) на окружающую среду показана на рис. 6.2. При сжигании топлива вся его масса превращается в твердые, жидкие и газообразные отходы. Данные о выбросах главных загрязнителей воздуха при работе ТЭС приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт *час
Размах величин зависит от качества топлива и типа топочных агрегатов. Электростанция мощностью 1000 МВт, работающая на угле, при условии нейтрализации 80% диоксида серы ежегодно выбрасывает в атмосферу 36 млрд м 3 отходящих газов, 5000 т SO 2 , 10000 т NO x 3000 т пыледымовых частиц, 100 млн м 3 пара, 360 тыс. т золы и 5 млн м 3 сточных вод с содержанием примесей от 0,2 до 2 г/л. В среднем в топливной теплоэлектроэнергетике на 1 т условного топлива выбрасывается около 150 кг загрязнителей. Всего стационарными теплоэнергетическими источниками мира выбрасывается за год около 700 млн т загрязнителей различных классов опасности, в том числе около 400 млн т аэрополлютантов.
Число двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в мире превысило 1 миллиард. Около 670 млн из них - двигатели автомобилей. Остальное количество относится к другим видам транспорта, сельхозмашинам, военной технике, малой моторной технике и стационарным ДВС. Более 80% автопарка приходится на легковые автомобили. Из 3,3 млрд т нефти, добываемой сейчас в мире, почти 1,5 млрд т (45%) используются всеми видами транспорта, в том числе 1,2 млрд т - легковыми автомобилями.
Рассмотрим обмен веществ «среднего» легкового автомобиля с карбюраторным двигателем при расходе горючего в смешанном режиме движения 8 л (6 кг) на 100 км. При оптимальной работе двигателя сжигание 1 кг бензина сопровождается потреблением 13,5 кг воздуха и выбросом 14,5 кг отработанных веществ. Их состав отражен в табл. 6.2. Соответствующий выброс дизельного двигателя несколько меньше. Вообще в выхлопе современного автомобиля регистрируется до 200 индивидуальных веществ. Общая масса загрязнителей - в среднем около 270 г на 1 кг сжигаемого бензина – дает в пересчете на весь объем горючего, потребляемого легковыми автомобилями мира, около 340 млн т. Аналогичный расчет для всего автомобильного транспорта (плюс грузовые автомобили, автобусы) увеличит эту цифру по меньшей мере до 400 млн т. Следует также иметь в виду, что в реальной практике эксплуатации автотранспорта весьма значительны разливы и утечки горючего и масел, образование металлической, резиновой и асфальтовой пыли, вредных аэрозолей.
Таблица 6.2
Состав отработавших газов автомобиля, % по объему
Металлургические процессы основаны на восстановлении металлов из руд, где они содержатся преимущественно в виде окислов или сульфидов, с помощью термических и электролитических реакций. Наиболее характерные суммарные (упрощенные) реакции:
(железо) Fe 2 O 3 + 3С + O 2 . ¾®2Fe + СО + 2СО 2 ;
(медь) Cu 2 S + О 2 ¾® 2Cu + SO 2 ;
(алюминий, электролиз) Аl 2 O 3 + 2O ¾® 2А1 + СО + СО 2 .
Технологическая цепь в черной металлургии включает производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное, прокатное, ферросплавное, литейное производства и другие вспомогательные технологии. Все металлургические переделы сопровождаются интенсивным загрязнением среды (табл. 6.3). В коксохимическом производстве дополнительно выделяются ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, цианиды и целый ряд других веществ. Черная металлургия потребляет большое количество воды. Хотя промышленные нужды на 80 - 90% удовлетворяются за счет систем оборотного водоснабжения, забор свежей воды и сброс загрязненных стоков достигают очень больших объемов, соответственно порядка 25 - 30 м 3 и 10 - 15 м 3 на 1 т продукции полного цикла. Со стоками в водные объекты поступают значительные количества взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, соединений тяжелых металлов.
Таблица 6.3
Газовые выбросы (до очистки) основных переделов черной металлургии (без коксохимического производства), в кг/т соответствующего продукта
* кг/м поверхности металла
Цветная металлургия, несмотря на относительно меньшие материальные потоки производства, не уступает черной металлургии по совокупной токсичности эмиссии. Кроме большого количества твердых и жидких отходов, содержащих такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, ванадий, медь, хром, кадмий, таллий и др., выбрасывается и много аэрополлютантов. При металлургической переработке сульфидных руд и концентратов образуется большая масса диоксида серы. Так, около 95% всех вредных газовых выбросов Норильского горно-металлургического комбината приходится на SO 2 , а степень его утилизации на превышает 8%.
Технологии химической промышленности со всеми ее отраслями (базовая неорганическая химия, нефтегазохимия, лесохимия, оргсинтез, фармакологическая химия, микробиологическая промышленность и др.) содержат множество существенно незамкнутых материальных циклов. Основными источниками вредных эмиссии являются процессы производства неорганических кислот и щелочей, синтетического каучука, минеральных удобрений, ядохимикатов, пластмасс, красителей, растворителей, моющих средств, крекинг нефти. Список твердых, жидких и газообразных отходов химической промышленности огромен и по массе загрязнителей, и по их токсичности. В химическом комплексе РФ ежегодно образуется более 10 млн т вредных промышленных отходов.
Различные технологии в обрабатывающих отраслях промышленности, в первую очередь в машиностроении, включают большое число разнообразных термических, химических и механических процессов (литейное, кузнечно-прессовое, механообрабатывающее производства, сварка и резка металлов, сборка, гальваническая, лакокрасочная обработка и др.). Они дают большой объем вредных эмиссии, загрязняющих среду. Заметный вклад в общее загрязнение среды вносят также различные процессы, сопровождающие добычу и обогащение минерального сырья и строительство. Вклад различных отраслей промышленного производства в загрязнение среды отражен на рис. 6.3.
Сельское хозяйство и быт людей по собственным отходам - остаткам и продуктам жизнедеятельности растений, животных и человека - по существу не являются источниками загрязнения среды, так как эти продукты могут включаться в биотический круговорот. Но, во-первых, для современных агротехнологий и коммунального хозяйства характерен концентрированный сброс большей части отходов, что приводит к значительным локальным превышениям допустимых концентраций органики и таким явлениям, как эвтрофикация и заражение водоемов. Во-вторых, что еще серьезнее, сельское хозяйство и быт людей являются посредниками и участниками рассредоточения и распространения значительной части промышленных загрязнений в виде распределенных потоков эмиссии, остатков нефтепродуктов, удобрений, ядохимикатов и различных употребленных изделий, мусора - от туалетной бумаги до заброшенных ферм и городов.
Тема 3.
Загрязнение – есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие биологические продукты (вещества) (по Ф. Рамаду, 1981 г.).
Вещества, ухудшающие качество окружающей среды, являются загрязнителями. Эти вещества могут быть как природного происхождения (например, вулканические выбросы), так и антропогенного характера. К последним относятся практически все виды деятельности человека – от бытовой до производственной. Все современные промышленные предприятия имеют побочные продукты и отходы производства, которые и являются материальными загрязнителями среды, если они выделяются в воздух, воду или почву. Именно они и являются основными источниками загрязнения среды различными вредными соединениями. Преобразованное в результате технологических процессов природное сырье приобретает новые свойства и становится необходимым человеку продуктом. Побочные продукты и отходы также имеют свойства, а часто и строение, отличающееся от природных соединений, и в большинстве случаев в природе не встречающееся, т.е. чуждое природе, поэтому вещества, загрязняющие среду, называют ксенобиотиками (от греч. хenos – чужой).
Негативное влияние технического прогресса и развития цивилизации мы уточним на представленной схеме 1:
Как видно из схемы проблемы окружающей среды порождены целым рядом причин. Они взаимосвязаны и, свою очередь, являются следствием всего исторического развития человеческого общества. Достижения науки и технический прогресс направлены на повышение комфортности жизни людей, улучшению качества жизни, на развитие человеческого общества, Это привело к созданию новых средств производства, предметов потребления, источников информации. Но концентрация производства, в аграрной сфере в том числе, или одним словом индустриализация , быстрый рост потребления (даже сверх меры), ускоренная урбанизация и рост народонаселения привели к появлению или лучше проявлению многих нежелательным последствиям, проявившимся в отрицательных воздействиях на окружающую среду. Их много Вы их знаете, эти факторы вызывают изменения во всех составляющих биосферы: в атмосфере парниковые газы и повышение кислотности среды, распространение вредных и токсичных веществ в окружающей среде; в гидросфере – загрязнение поверхностных и подземных вод, морей и океанов, нехватку воды и распространение засухи или наоборот наводнения. В почве – эрозию, снижение урожайности, сокращение площадей пашни В общем в глобальном масштабе – рост потребления энергии; радиоактивное загрязнение окружающей среды, уничтожение целых экосистем, в биоценозах – вымирание видов, нарушение экологического равновесия и конечным итогом является состояние здоровья и выживание человечества. На мой взгляд эта схема должна быть представлена в виде некоего цикла, возможно не вполне замкнутого, потому что в этих схемах имеет место взаимное влияние человека и всех последствии на человека. В результате человечество вынуждено искать пути к устойчивому развитию общества в гармонии с природой.
Второй вопрос темы – критерии оценки окружающей среды. На схеме 2 представлены человек и окружающая его среда и влияние среды на человека.
Элементы окружающей человека среды в соответствии с его биологической и социальной сущностями можно подразделить на природные (основные источники жизни – пища, вода, воздух и т.д.), искусственные , т.е. созданные человеком (дома, предметы быта и орудия труда, произведения искусства и т.д.) и социальные (люди и их группы, общество). В среде проживания обычно проживают социальные элементы (члены семьи, сограждане) и искусственные, которые во многом влияют и на качество природных элементов среды (воды, воздуха). Эту среду человек стремится существенным образом изменять, создавая благоприятные условия или при других стремлениях создавать асоциальные условия (алкоголизм, наркомания). Для нашей дисциплины важно охарактеризовать рабочую среду , в которой, в зависимости от профессии индивида отдельные элементы могут быть представлены весьма различно. Например, на промышленных предприятиях преобладает влияние искусственных элементов (технологическое оборудование, здания, сооружения), в сельском хозяйстве напротив преобладают природные с элементами искусственных. В рекреационной среде часто преобладают природные элементы, однако в современных условиях важное место отводится искусственным сооружениям (бассейны, закрытые спортивные сооружения, культурные учереждения и т.д.). Первые конечно предпочтительные, но должна быть культура отдыха для сохранения экологического равновесия в природной среде. Деление среды на виды и элементы функционально и условно, т.к. среда действует на человека во всей своей целостности. На семе представлены состав окружающей человека среды и ее влияние на организм человека и личность. Цветом обозначено: зеленый природа (наибольшее ее влияние – рекреационной среде); синий – искусственная среда (наибольшее влияние – в рабочей среде и среде проживания); красный – другие люди, общество (наибольшее влияние – в рабочей среде и среде проживания). В качестве критериев изменения материального состава окружающей среды используются определенные параметры:
объем производства загрязняющих веществ;
области применения вредных для окружающей среды продуктов; распространение их в окружающей среде;
устойчивость продуктов производства и способность их к разложению; превращения вредных веществ;
их эксико-токсикологические свойства.
Учет и знание объема производства загрязняющих веществ, а также области применения вредных для окружающей среды продуктов (первый и второй критерии) позволяют оценить возможные изменения качества окружающей среды. При этом, важное значение имеет характер применения загрязняющих веществ. Он может быть закрытым, т.е. контролируемым – когда имеются возможности повторного использования или уничтожения данного химического продукта. Открытый характер применения свидетельствует о возможности его свободного распространения в окружающей среде. Термин «распространение в окружающей среде» применяется в основном в естественных природных процессах и определяется физико-химическими свойствами продуктов; физическими процессами, связанными с их переносом; биологическими процессами, принимающими участие в глобальных процессах круговорота веществ; циклическими процессами в отдельных экосистемах. При неконтролируемом характере распространения наблюдается выход вредных веществ за пределы региона применения. Важными стадиями подвижности и распространения продуктов производства в окружающей среде является их перенос различными природными средами (вода, почва, воздух), накопление их в организмах и растениях, перенос их различными формами жизни. Современные сложные математические модели, учитывающие молекулярную массу химических веществ, давление образующегося пара и растворимость в воде позволяют с приемлемой точностью заблаговременно рассчитать концентрацию вредных веществ в контролируемом регионе.
Тенденцию вещества выйти из той фазы, в которой оно находится, называют фугитивностью (летучестью), измеряемой в единицах давления (Па). Процесс фугитивности (улетучивания) осуществляется в результате диффузии.
Диффузия – физический процесс, в ходе которого молекулы, атомы или ионы в результате теплового движения перемещаются из области большей концентрации в область низкой концентрации (пример, выделение аминокислот в градиенте плотности). В пористом объеме почвы диффузия идет медленнее, чем в воздушной и водной средах, и поэтому происходит накопление вредных веществ в почве, адсорбция почвенными комочками загрязнителей
Конвекция – принудительное перемещение растворенных веществ потоком воды, рассчитывается как произведение объемного потока воды (скорости фильтрации) и концентрации растворенных веществ. Конвекция в атмосфере – это перемещение воздушных масс в зависимости от их температуры.
Дисперсия – перераспределение (перемешивание) растворенных веществ в движущейся по порам почвы воде, вызываемое неоднородностью скоростей потоков, в каждом отдельно взятом объеме воды в поре.
Адсорбция – связывание молекул или атомов жидкой или газообразной фазы на поверхности твердых тел.
Разложение – абиотические и биотические реакции.
Пример дисперсии представлен на схеме 4. Схема демонстрирует влияние скорости течения воды на деградационные изменения почвы или эрозию почв. причиной Скорость течения воды в русле потока составляет примерно 2–4 м/с. При стоке по земляному откосу такого же склона она составит уже 0,1–0,15 м/с, а при стоке внутри почвы – только 0,01–0,001 м/с. Такой подпочвенный сток происходит в лесу или на озелененном (кустарником, дерном) склоне. Таким образом причиной эрозии почв являются дисперсия и наличие зеленых насаждений и образования дерна на их поверхности. Таким образом, распространение загрязнений в окружающей среде определяется физическими, химическими и биологическими свойствами как самой среды, так и свойствами загрязнений.
Устойчивость продуктов производства и способность их к разложению; превращения вредных веществ; их эксико-токсикологические свойства оцениваются санитарно-гигиеническими показателями . Преобразование загрязняющих веществ в природной среде происходит в результате биоаккумуляции – накопление в организме вредных веществ; биодеградации – расщепления при участии биологических агентов; биотрансформации- преобразование веществ в организме химического преобразования – химические реакции в воздушной, водной и почвенной среде с образованием новых веществ. В результате этих реакций образуются ксенобиотики – чужеродные для природы соединения. Можно смело утверждать, что биосфера – мощнейший биохимкомбинат . Пример биоаккумуляции – землеройка, живущая у дороги с интенсивностью 10 тыс автомобилей в сутки содержит свинца в 2,5 раза выше, чем землеройка, поселившаяся у дороги с интенсивностью движения 1 тыс. автомашин. В процессе эволюции организм выработал свой набор защитных средств против чужеродных организму веществ, свои методы их обезвреживания. В рабочей среде применяются искусственные способы и технологические схемы для обезвреживания, очистки, обеззараживания производственных выбросов. Вредные вещества практически редко присутствуют в биосфере в единственном числе, поэтому вводится понятие суммирующего эффекта. Организм на суммированное воздействие загрязняющих веществ отвечает различными реакциями.
Выделяют усиление эффекта (синергизм) – превышение реакции в смеси, вызванной действием каждого из веществ в отдельности.
Ослабление эффекта (антагонизм ) – меньше эффекта любого вещества в смеси.
Независимое действие – соответствует действию каждого вещества в смеси. Рассмотрим также схему 5 влияния на организм человека шумового загрязнения.
В заключении дадим формулировку термина качество окружающей среды это такое состояние ее систем рекреационной, рабочей, среды проживания, при которой постоянно обеспечиваются обменные процессы энергии и веществ между природой и человеком на уровне, обеспечивающем воспроизводство жизни на Земле. Следующий вопрос загрязнения и их классификация.
Из вышесказанного мы можем сделать заключение о том, что наиболее распространенным отрицательным воздейтвием на окружающую среду является её загрязнение. Дадим определение термину загрязнение. Наиболее полное определение этого термина дано ученым-экологом Ф. Рамадом в 1981 г. Загрязнение – есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие биологические продукты (вещества).
Загрязнения классифицируются по характеру воздействия на среду обитания (по Г.В. Стадницкому и А.И. Романову, 1988 г.):
1) ингредиентные (химические), представляющие собой совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания);
2) параметрические (физические), связанные с изменением качественных параметров среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное);
3) биологические (биоценотические), заключающиеся в воздействии на состав и структуру популяции и отдельных ее представителей – биологических агентов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и др.);
4) стациально-деструкционные (ландшафтные), связанные с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (зарегулирование водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений). Некоторые авторы (Е.И. Тупикин, 2001) добавляют механические загрязнения – пыль, фосфаты, свинец, ртуть, занимающие пространство, верхние слои литосферы при поверхностной добыче сырья (щебень, песок).
В 60-е годы ХХ века садили лесополосы, кто бывал на юге видел их вдоль дорог, в основном садили дикие абрикосы – жерделу для охраны почв степей от ветровой эрозии. Особенно возросли темпы роста ингридиентных и параметрических загрязнений не только в качественном, но и в количественном отношении. Схема поступления загрязняющих веществ в организм человека и участвующие в этом процессе элементы окружающей человека среды:
Антропогенное воздействие на атмосферу может быть прямое и косвенное
, т.е. воздействие деятельности человека на окружающую среду, отражающееся на ее ресурсах и вызывающее изменения биосферы. Рассмотрим типы антропогенного воздействия. Атмосфера загрязняется прежде всего в результате сжигания ископаемого топлива
– углей, нефти, природного газа, а также сжигания древесины. Загрязнения поступают в атмосферу в виде твердых частиц (пепел, сажа) и в газообразном виде (SО 2 ; NО х, СО – окись углерода, и в меньшем количестве – другие вещества). Крупный загрязнитель атмосферы – химическое производство
(кроме SО 2 ; NО х в зависимости от характера производства в атмосферу попадают частички металла, органических веществ и т.д.). Но самый большой «вклад» в загрязнение атмосферы городов вносит автомобильный транспорт
. Прежде всего это касается выхлопных газов двигателей, которые не только содержат СО, альдегиды и другие углеводороды, но и способствуют (особенно в солнечную жаркую погоду) образованию т.н. химического смога с повышенным содержанием озона. Атмосферные загрязнения действуют на организм человека, прежде всего через дыхательную систему. На схеме представлены виды пыли, и пути ее проникновения в организм человека. 
Конечно, твердые частички вредных веществ отчасти задерживаются эпителием слизистой оболочки дыхательных путей(в носоглотке в бронхах), и чем больше по размеру вдыхаемые частицы, тем скорее они задерживаются в верхних отделах дыхательных путей, а частицы, осевшие в носоглотке и гортани, могут устраняться откашливанием. Частицы же меньше 5 мкм попадают в легкие, и чем частицы меньше – тем глубже. Твердые загрязнения, находящиеся в воздухе (пыль), попадая в организм, вызывают ряд серьезных осложнений и наносят вред здоровью человека. Их влияние различно в зависимости от величины пылевых частиц, их характера и химического состава. Самой опасной является токсичная
(ядовитая) пыль. Она образуется, к примеру, при обработке меди, цинка и других металлов. Действуя как яд, она образует у вдыхавшего, временное или хроническое отравление. Поэтому очень важно при работе на таких производствах соблюдать правила безопасности и гигиенические предписания. Изменения в организме вызывает и инертная
в химическом отношении (инертные частицы) пыль. Легкие людей, живущих длительное время в запыленной среде, покрываются серым налетом, утрачивают эластичность, дыхание становится затрудненным. «Запыленность» легких часто наблюдается у шахтеров, особенно при несоблюдении ими гигиенических предписаний. Пыль, частицы которой имеют острую
форму, особенно кремневая (кварцевая) пыль, разрушают легочную ткань, вызывает силикоз. Этим заболеванием страдают люди, работающие в шахтах, каменоломнях, а также лаборанты, стоматологи, стеклодувы. Особой пылью является пыльца
и другие химически активные компоненты живой природы (различные микроорганизмы), а также некоторые химические вещества
(например. моющие средства). Они вызывают аллергию. Наиболее частым проявлением этой болезни является насморк, приступы кашля (астматического характера), различные кожные высыпания. Раздражение дыхательных путей пылью вызывает воспаление бронхов, которое обостряется курением. Газообразные
вредные вещества, проникая в дыхательную систему, также вызывают болезненные реакции организма. Очень высокое (400 – 500 мг/м 3) содержание SО 2 в воздухе, например, при аварийных ситуациях, может привести к резкому сужению дыхательных путей, и человек задохнется. Уже при содержании 1,5 мг/м 3 SО 2 появляется ощущение легкого удушья, а более высокое его содержание раздражает слизистую оболочку и вызывает воспаление дыхательных путей. Оксид серы попадает в кровь
Биологические загрязнения делятся на две группы:
─ биотическое загрязнение, связанное с биологическими факторами (распространение сорной растительности, налет саранчи и т.д.);
─ микробиологическое, связанное с распространением болезнетворных микроорганизмов и вирусов (эпидемии гриппа, СПИД), а также выбросов в окружающую среду микроорганизмов-продуцентов в результате работы биотехнологических предприятий (клеток дрожжей рода Саndida при производстве кормовых дрожжей, спор плесневых грибов при производстве ферментов, антибиотиков, различных бактерий при генноинженерных манипуляциях и действиях вооруженных сил).
По агрегатному состоянию загрязнители делят на газообразные (сернистый ангидрид, углекислый и угарный газы, нитрозные газы, сероводород и т.д.), жидкие (сточные воды промышленных предприятий и бытовые стоки, содержащие в растворенном состоянии практически все элементы таблицы Д.И. Менделеева, в различных, иногда очень опасных, соединениях, а также различные микроорганизмы) и твердые (отходы пустой породы после производства фосфорных удобрений, калийной соли, каменного угля и т.д.).
По масштабам и распространению загрязнения делятся на локальные (местные – города и промышленные районы), региональные и глобальные, или трансграничные (за счет переноса воздушными массами).
Важнейшим параметром, определяющим масштабы распространения загрязнителя в атмосфере, является время его жизни в ней. Выбросы с большим временем жизни в атмосфере (годы, месяцы) способны распространяться в окружающей среде в глобальном масштабе независимо от места их выброса – это углекислый газ, фреоны, радионуклиды с периодом полураспада от месяца и больше. Таким образом, наличие таких выбросов от промышленного предприятия приводит к загрязнению атмосферы в глобальном масштабе и является проблемой многих стран.
Выбросы оксидов серы, азота, пестицидов, тяжелых металлов с ограниченным (обычно несколько суток) временем жизни в атмосфере приводят к загрязнению в региональном масштабе. За пределами региона концентрация загрязнений быстро падает, однако в следовых количествах может наблюдаться повсеместно.
Загрязнения в локальном масштабе возникают в результате выбросов вредных веществ с малым временем жизни (грубодисперсные аэрозоли, сероводород и другие вещества, а также оксиды серы и азота, если они выбрасываются из низких источников).
В зависимости от периодичности различают постоянные (непрерывные) и периодические (залповые), в том числе аварийные, выбросы. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят автотранспорт, энергетика, химическая и строительная промышленности. Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и число их растет вслед за развитием новых технологических процессов. Однако, есть приоритетные (если можно употребить такое выражение в данном случае) загрязняющие вещества как в локальном, так и в глобальном масштабе:
─ зола, пыли, аэрозоли;
─ диоксид серы (особенность его распространения и вредного воздействия заключается в вымывании его из атмосферы и попадании образующейся серной кислоты и сульфатов на растительность, почву, водоемы в виде кислотных дождей);
─ сероводород;
─ тяжелые металлы: в первую очередь хлориды свинца, кадмия, ртути (с учетом цепочек ее миграции и превращения в высокотоксичную метилртуть), оксид цинка;
─ некоторые канцерогенные вещества, в частности бенз(а)пирен;
─ нефть и нефтепродукты (особенно в морях и океанах);
─ хлорорганические пестициды (применяемые в агроценозах);
─ силикаты (строительные материалы);
─ оксид углерода и оксид азота (в городах, в результате транспортных выбросов);
─ радионуклиды и другие радиоактивные вещества (в результате бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, испытательных взрывов атомных бомб и катастрофы на ЧАЭС);
─ диоксины (опасные загрязняющие вещества из класса хлоруглеводородов, возникающие в результате применения различных хлорсодержащих соединений).
В общем объеме выбросов вредных веществ главными загрязнителями – поллютантами в атмосферном воздухе являются твердые частицы (98% выбросов), диоксид серы и оксид углерода.