Зеленая энергия - популярно об экологии, химии, технологиях

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Библиотека Экология. Конспект лекций Антропогенное загрязнение природной среды: масштабы и последствия

Антропогенное загрязнение природной среды: масштабы и последствия

Загрязнение окружающей среды — это любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации, с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы.

Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений:

  • ингредиентное загрязнение, или внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным биогеоценозам;
  • параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды;
  • биоценотическое загрязнение, которое заключается в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биогеоценоз;
  • стациально-деструкционное загрязнение (стация — место обитания популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах человека.

С позиций кибернетики загрязнение можно считать комплексом помех в экосистемах, которые воздействуют на потоки энергии и информации в пищевых (энергетических) цепях. Однако в отличие от естественных, антропогенные помехи весьма часто приводят не к отбору наиболее приспособленных особей, а к массовой элиминации (вымиранию) организмов. Это обусловлено специфическими особенностями действий антропогенных факторов, из которых важнейшими являются следующие: 1) нерегулярность действия, а значит, и непредсказуемость для организмов, а также высокая интенсивность изменений, которая превышает их адаптационные возможности; 2) неограниченные возможности действия их на организм (вплоть до уничтожения последних), что, конечно, присуще и природным факторам и процессам, но лишь в редких случаях (стихийные бедствия, катаклизмы). Помимо помех, которые возникают в экосистемах в качестве косвенных последствий тех или иных мероприятий, человек часто создает направленные помехи в каналах информации между компонентами экосистем. Примером может служить сознательное (направленное) загрязнение среды ядохимикатами специально для уничтожения хозяйственно вредных насекомых (инсектициды), грибов (фунгициды), сорняков и др. Применение последних есть воздействие на уровень продуцентов, а следовательно, и на все звенья пищевых цепей, которые связаны именно с уничтожаемыми растениями - сорнякам и. При этом происходит воздействие на все уровни организации жизни — от биогеоценоза в целом до популяций и отдельных индивидуумов. В подобных случаях ученые указывают на возможность ответных реакций природы и ее компонентов.

Природная цепная реакция — цепь природных явлений, каждое из которых неизбежно влечет за собой изменение других, связанных с ним явлений. Так, исчезновение насекомого-опылителя делает невозможным в дальнейшем плодоношение растения, а следовательно, появления новых поколений вида, размножающегося только семенами; это в свою очередь ведет к исчезновению животных, связанных с данным растением, а следовательно, их паразитов и т.д.

Масштабы антропогенного воздействия на биосферу

Рост численности населения на планете и интенсификация человеческой деятельности в связи с научно-технической революцией неминуемо приводят к резкому росту антропогенного влияния на природу. В результате на Земле происходят перераспределение водных ресурсов, изменение местного климата, преобразование некоторых черт рельефа. Из недр планеты ежегодно извлекается свыше 120 млрд т полезных ископаемых, выплавляется 800 млрд т различных металлов, производится более 60 млн т синтетических материалов, вносится в почву свыше 500 млн т минеральных удобрений и около 3 млн т различных ядохимикатов.

Рост масштабов антропогенного воздействия на природную среду не проходит для нее бесследно: ежегодно уничтожаются десятки миллионов гектаров лесов, пахотных земель, исчезли тысячи видов животных и растений.

Общая характеристика источников загрязнения

Источники загрязнения атмосферы подразделяются на естественные (природные) и искусственные (антропогенные). Естественные (извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары) мало влияют на общий уровень загрязнения. Наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются антропогенные. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу более 15 млрд т СО2, 200 млн т СО, более 500 млн т углеводородов, 120 млн т золы, более 160 млн т оксидов серы и 110 млн т оксидов азота и др. Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляет, по некоторым данным, более 19 млрд т.

Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно после химических превращений в атмосфере либо совместно с другими веществами. Из всей массы загрязняющих веществ, которые поступают в атмосферу от антропогенных источников, 90% составляют газообразные вещества (оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов и др.), 10% — твердые и жидкие вещества.

Тепловые электростанции и теплоцентрали, сжигающие органическое ископаемое топливо, относятся к наиболее мощным источникам выбросов вредных веществ в атмосферу. Согласно данным Минприроды РФ, в 1995 г. общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу ТЭС составил 4474 тыс. т (твердых веществ - 1349 тыс. т, диоксида серы — 1913,5 тыс. т, оксидов азота — 1045 тыс. т, оксида углерода — 124 тыс. т), или 89% общего выброса по энергетической промышленности.

Автомобильный транспорт выделяет 60% газообразных загрязнителей воздуха. В состав выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей входит до 200 химических соединений, из которых наиболее токсичны РЬ, СОх, NOx, СхНу, бензапирен. В выхлопных газах содержится большое количество углеводородов, их доля резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости при старте.

Крайне опасной частью выхлопных газов являются соединения свинца, образующиеся при сгорании в двигателе автомобиля тетраэтилсвинца РЬ(С2Н5)4, добавляемого к бензину для повышения октанового числа. При этом при сжигании 1л бензина в воздух поступает 200—700 мг свинца.

Содержание вредных веществ в составе отработавших газов зависит от типа двигателя, режима его работы, общетехнического состояния автомобиля, марки бензина.

Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь также сопровождаются выбросом в атмосферу пыли и различных газов. Выброс пыли в расчете на 1т чугуна составляет 4,5 кг, СО2 — 2,7 кг и Mn — 0,5-1 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу в небольших количествах выбрасываются также соединения As, Р, Sb, Pb, пары Hg и редких металлов, HCN и смолистые вещества.

В 1995 г. валовой выброс вредных веществ в атмосферу в целом по отрасли составил 2735 тыс. т, или 15% общепромышленного объема выброса. При этом основной объем загрязнений приходится на оксид углерода (70%).

Цветная металлургия, служит источником загрязнения атмосферы пылью и газами. Выбросы предприятий цветной металлургии содержат токсичные пылевидные вещества As, Pb и др., поэтому они особо опасны. При получении металлов электролизом образуется большое количество газообразных и фтористых соединений. Выброс вредных веществ по отрасли составил 3693,2 тыс. т или 20,4% от объема выбросов промышленности России.

Угольная промышленность Источником загрязнения являются промышленные отвалы пустой породы, или так называемые терриконы. Внутри террикона вследствие самовозгорания длительное время идет горение угля и пирита, сопровождающееся выделением SО2, СО и продуктов возгорания смолистых веществ (бенз(а)пирен).

В 1995 1 предприятиями отрасли выброшено в атмосферу 626,5 тыс. т вредных веществ, из них около 50% приходится на объединение «Воркута-уголь».

Химическая промышленность. Состав промышленных выбросов весьма разнообразен; большинство химических соединений является весьма токсичным для организма человека: СО, NOX, SO2, NH3, пыль неорганических веществ, H2S, соединения галогенов, органические вещества, цианистые соединения.

В 1995 г. объем выбросов в атмосферу в целом по отрасли составил 488,4 тыс. т. Для химических и нефтехимических производств характерны значительные объемы выбросов металлической ртути, составившие 54% от общего объема этих выбросов промышленности России в 1995 г.

Промышленность строительных материалов. Основные технологические процессы здесь — измельчение и термическая обработка шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, которые сопровождаются выбросом пыли в атмосферу.

Валовой выброс вредных веществ в атмосферу в целом по отрасли в 1995 г. составил 674,2 тыс. т. При этом наибольший «вклад» вносят цементные предприятия — 273 тыс. т, или 40,5%. В выбросах содержатся в основном пыль и взвешенные вещества (54% от суммарного выброса по отрасли), а также оксид углерода (23,3%).

В России составлен ранжированный перечень городов по количеству выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников.

Источники загрязнения вод. Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств воды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава воды, в частности появление в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.

Из-за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд. Особенно пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах.

На качественный и количественный состав вод в водоемах оказывает влияние: 1) миграция химических загрязнений из атмосферы; 2) поступление загрязняющих веществ в водоемы с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными стоками; 3) поверхностный сток (дождевые, талые воды).

Сточные воды — это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.

Загрязнения, поступающие в сточные воды, можно условно разделить на несколько групп. Так, по физическому составу выделяют нерастворенные, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические.

Минеральные представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот и щелочей и другими веществами.

Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные, животные, химические вещества. Растительные органические соединения представляют собой остатки растений, плодов, растительного масла и пр. Загрязнения животного происхождения — это физиологические выделения людей и животных, останки животных, клеевые вещества. Химические органические соединения — это нефть и ее производные, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), синтетические моющие средства (CMC), фенол, формальдегид, пестициды и пр.

Бактериальное и биологическое загрязнения присущи главным образом, бытовым и животноводческим водам и стокам некоторых промышленных предприятий (боен, кожевенных заводов, меховых производств, биофабрик, предприятий микробиологической промышленности).

Бытовые сточные воды включают волы от банно-прачечных хозяйств, пищеблоков, больниц и др. Они поступают из жилых и общественных зданий, от бытовых помещений промышленных предприятий в виде канализационных сточных вод. Органическое вещество составляет около 58%, минеральные вещества — 42%. Реакция (рН) — нейтральная или слабощелочная.

В промышленном производстве вода используется как теплоноситель, поглотитель, средство транспортировки. Многие предприятий машиностроения, металлопереработки, коксохимии, тепловые электростанции используют воду для охлаждения. Расход воды на этих предприятиях для охлаждения достигает 80% от всего используемого количества воды. Кроме химического загрязнения, такая вода способствует и тепловому загрязнению водоема.

На предприятиях пищевой, химической, нефтехимической промышленности вода используется как растворитель, входит в состав продукции. При этом образуются, как правило, специфические сточные воды.

В ряде случаев вода играет роль среды-поглотителя и средства транспортировки. При этом она загрязняется механическими примесями и растворимыми химическими веществами. На химических, целлюлозно-бумажных и гидролизных заводах, а также на предприятиях легкой и пищевой промышленности вода используется в качестве рабочей среды. Химический состав промышленных стоков весьма разнообразен — в соответствии с технологическим процессом. Реакция среды колеблется от резкошелочной до резкокислой.

Сельскохозяйственные стоки — это стоки животноводческих комплексов и стоки, образуемые при вымывании агрохимикатов и минеральных удобрений за пределы пахотного слоя в водоем (поверхностный сток). Для животноводческих стоков характерно ярко выраженное бактериальное и органическое загрязнение растительного и животного происхождения, а также загрязнение аммиачными соединениями. Поверхностные стоки загрязняются минеральными удобрениями, пестицидами, ядохимикатами, минеральными примесями.

Суммарный объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водные объекты России, распределяется между жилищно-коммунальным хозяйством (51%), промышленностью (35%) и сельским хозяйством (13%). Объем сброса загрязненных сточных вод в 1995 г. составил по промышленности — 8,6 млрд м3, в сельском хозяйстве — 3,2 млрд м3, по объектам ЖКХ — 12,5 млрд м3.

О масштабах загрязнения поверхностных вод некоторыми отраслями промышленности говорят следующие цифры.

Электроэнергетика — крупнейший потребитель пресной и морской воды, доля отрасли в общем объеме забора пресной воды промышленностью — 66%, морской воды — 98%, по использованию воды _ около 70%. Водохранилища, возникшие в результате сооружения плотин гидроэлектростанций, помимо положительного эффекта (регулирование речного стока, снижение опасности наводнений и развития эрозии почв, снабжение водой и др.) оказывают и отрицательное воздействие на природную среду (затопление земель и населенных пунктов, засоление или заболачивание почв, затопление наземной растительности, развитие новых видов водной флоры.

В нефтеперерабатывающей промышленности сброс загрязненных сточных вод в водоемы составляет 31,1 млн м3, большая их часть (около 80%) сбрасывается недостаточно очищенными. Серьезный ущерб окружающей среде наносится разливом нефти вследствие порывов трубопроводов. По данным Минтопэнерго РФ, общее количество аварий на нефтепроводах в 1995 г. составило 25477.

Доля нефтеперерабатывающей промышленности в общепромышленном сбросе загрязненных сточных вод составляет около 4%, сам выброс достигает 317,4 млн м3.

Из общего объема загрязненных сточных вод угольной промышленности (740,2 млн м3) около 80% сбрасываются недостаточно очищенными, остальные без очистки. Предприятия черной металлургии сбрасывают 757,7 млн м3 загрязненных сточных вод, цветной металлургии — 529 млн м3 (36% из них сбрасывается без очистки).

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность является одной из самых водоемких отраслей народного хозяйства, которые оказывают значительное воздействие на поверхностные воды. Объем используемой воды в 1995 г. в целом по отрасли достиг 2019 млн м3. На эту отрасль приходится более 20% общего промышленного сброса загрязненных сточных вод в стране.

Сброс загрязненных сточных вод в водоемы предприятиями химической и нефтехимической промышленности в 1995 г. составил 1451,7 млн м3, из них более 50% приходится на сточные воды от городских систем канализации и других предприятий, принимаемых на баланс химических предприятий.

Предприятиями стройиндустрии в водоемы сброшено 129,5 млн м3 загрязненных сточных вод, при этом объем сточных вод, поступающих в водоемы без очистки, увеличился до 60,8 млн м3.

В 1995 г. предприятиями машиностроения использовано 2,9 млрд м3 свежей воды, после энергетики — это наиболее крупный показатель в промышленности. В поверхностные водоемы поступило 1,82 млрд м3 сточных вод. Из них загрязненных — 0,78 млрд м3, в т.ч. 0,17 млрд м3 — без очистки.

Источники загрязнения почв. По своему положению и свойствам почва фактически является конечным местом сосредоточения всех природных и антропогенных загрязнений, при этом последние вносят основной вклад:

  • теплоэнергетика (угольная пыль, зола, дым, аэрозоли тяжелых Шламов— ртути, мышьяка, свинца, ванадия, газы S02, S03, N02, бензапирен, фтористые и мышьяковые соединения, радионуклиды);
  • черная металлургия (рудная и железистая пыль, оксиды железа, марганца, мышьяка, зола, сажа, SО2, SО3, NH3, NО2, HCl);
  • цветная металлургия (пыль, пары и оксиды свинца, цинка, кадмия, меди, мышьяка, ртути, фтора, SО2 и т.д.);
  • промышленность строительных материалов (цементная пыль, фтор и др.);
  • химическая промышленность (SO2, SO3, HF, H2S, HCl, HNO3, NH3, фтористые соединения, углеводороды, растворители, эфиры, фенолы и др.);
  • транспорт (углеводороды, свинец, угольная пыль, зола, СО, SO2, H2S, бенз(а)пирен, непредельные углеводороды);
  • сельское хозяйство (удобрения, пестициды, ядохимикаты и т.д.);
  • нефтеперерабатывающая и нефтедобывающая промышленность (нефть, нефтепродукты, бенз(а)пирен, серосодержащие соединения
  • и др.);
  • атомные электростанции (радионуклиды, йод-131, стронций-90, цезий-137, нлутоний-239, калий-42 и др.);

Накопление загрязняющих веществ в почве происходит в результате: непосредственного внесения в почву или на нее (удобрения, пестициды); поступления атмосферных загрязнений в почву (аэрозоли тяжелых металлов, радионуклиды, летучая зола, газы и др.); поступления загрязнителей в почву с поверхностными стоками; выпадания загрязнителей в почву с атмосферными осадками.

Применение минеральных удобрений приводит к аномально высоким содержаниям в почве азота в нитратных и аммиачных соединениях, ионов хлора, фосфора (зафосфачивание почв). При поливах сточными водами в почву попадают патогенные микроорганизмы, личинки гельминтов, канцерогенные вещества.

Среди токсичных веществ, попадающих с атмосферными осадками в почву, особое место занимает сера. В промышленных районах страны с осадками ее ежегодно выпадает 20—30 кг/га (в форме S02).

Основные источники загрязнения почвы канцерогенными веществами — выхлопные газы самолетов, автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций, котельных. В почву канцерогены поступают вместе с крупно- и среднедисперсными частицами пыли, при утечке нефти или продуктов ее переработки. Интенсивность загрязнения ими колеблется в значительной степени, что зависит от мощности источника загрязнения и других факторов. Основной источник попадания в почву свинца — выхлопные газы автомобилей (ежегодно в почву поступает 250 тыс. т свинца).

Достаточно привести только один пример, свидетельствующий о масштабах химического загрязнения почв. На предприятиях химической и нефтехимической промышленности в 1995 г. образовалось свыше 11 млн т отходов (шламы, ртутьсодержащие отходы, отработанная соляная и серная кислота, дистиллерная жидкость и шлам производств кальцинированной соды, лигнин, фосфогипс, изношенные шины, резиносодержащие отходы и др.). Из них используется только около 30%, а остальные отходы либо уничтожаются и вывозятся на свалки, либо складируются в специально отведенных местах.

Важным источником загрязнения почв могут быть излучения. Этот тип загрязнения появился одновременно с широким использованием радиоактивных веществ. Радиоактивные элементы, отличающиеся умеренной или короткой жизнью (периодом полураспада), обычно распадаются раньше, чем попадают в почву, однако они могут стать опасными в дождливый период, когда ускоряется их выпадение на почву. Опасными являются 140Ва, |44Се, 13IY, 238U, Zr и особенно 137Cs (Т|/2= 50лет) и 90Sr (Т|/2 = 27 лет). Ионизированные источники радиации можно разделить на:

— неконтролируемые (отходы урановых шахт, заводов по переработке горючих веществ и атомных станций, зольные выбросы ТЭС);

—  контролируемые (ядерные установки; источники, используемые в лабораториях, на заводах, в медицинской практике).

Потенциальными источниками радиоактивного загрязнения могут быть аварии или несчастные случаи на АЭС, испытания ядерного оружия.

Хотя радиоактивное загрязнение не вызывает изменений свойств почвы, радионуклиды из почвы поступают в продукцию растениеводства и животноводства, в течение десятилетий могут находиться в пахотном слое.

Под этим выражением, часто употребляемым в последнее время, понимают особо опасные явления, которые возникают в окружающей среде в результате непродуманной, в экологическом смысле, хозяйственной деятельности человека и могут оказаться вредными для него самого.

Эффект бумеранга проявляется в двух формах:

1. Острых воздействий, например усыхания лесов от кислотных дождей.

2: Перманентных, хронических процессов типа постепенного изменения климата, ослабления принципа Ле Шателье—Брауна, и т.п.

Очевидно, что эффект бумеранга проявляется тем сильнее, чем выше уровень нарушений человеком природных систем.

Выделяются следующие аспекты последствий загрязнения окружающей среды:

1. Медико-социальный. Имеется в виду воздействие деградирующей среды на здоровье человека.

2. Экономический. Негативное влияние загрязнения среды на общественное производство и его конечные результаты.

3. Экологический. Нарушение процессов протекания естественных природных процессов.

4. Духовно-эстетический. Негативное влияние деградирующей среды на духовное состояние и эстетическое восприятие людей.

Парниковый эффект. Все виды солнечного излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного) достигают земной поверхности и нагревают ее. Последняя переизлучает ранее накопившуюся тепловую энергию в виде ИК-излучения в Космос. Переизлученное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми газами (СO2, СН4, NO2, фреонами). Указанные газы, называемые парниковыми, действуют в атмосфере, как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленное постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.

Основным парниковым газом является диоксид углерода. Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относятся метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10—25% парникового эффекта). Всего известно около 30 парниковых газов, их утепляющий эффект зависит не только от количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю СO2 принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота — 165, а для фреона — 11000.

Начиная с середины XIX столетия содержание СО2 в атмосфере менялось следующим образом (частей на миллион, или содержание молекул СО, на миллион молекул воздуха) 1859 г. — 265—290; 1958 г. — 313; 1978 г. — 330; 1990 г. — 350, т.е. увеличилось на 12-15%.

Основным антропогенным источником поступления СO2 в атмосферу является сжигание углеродсодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). Ныне только от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1 т углерода на человека в год; по прогнозам, в первой половине XXI столетия выброс достигнет 10 млрд т. Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), доли некоторых государств в глобальном выбросе С02 таковы: США — 22%, Россия и Китай — по 11%, Германия и Япония — по 5, остальные страны — около 46%.

Вследствие парникового эффекта среднегодовая температура на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3—0,6 0С. В настоящее время увеличение концентрации СO2 происходит примерно со скоростью 0,3—0,5% в год. Увеличивается содержание и других парниковых газов: метана — на 1%, оксидов азота — на 0,2% в год. По разным источникам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1—3,5 °С.

Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа не только для отдельных экосистем, но и биосферы в целом:

В случае повышения уровня океана на 1,5—2 м под затопление попадает около 5 млн км2 земель, причем наиболее плодородных и густонаселенных. На них проживает около 1 млрд человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов в глубь материков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.

2. Помимо подъема уровня океана потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этоДО^ очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы.

3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном за счет более сильного потепления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаивание вечномерзлых почв (таковых в России около 2 млн км2) и высвобождение из них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект.

4. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей как вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.

Вышеизложенное дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979 г.) заявить, что «...конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».

К этому, как считают ученые, следует добавить и последствия от возрастающего влияния на климат антропогенного тепла. Согласно М.М. Будыко, радиационный баланс земной поверхности и производимая человечеством тепловая энергия ныне соотносятся как 49:0,02; что практически не сказывается на глобальной температуре. Однако при современных темпах роста производства энергии (около 10% ежегодно) в текущем столетии антропогенное тепло и радиационный баланс заметно сблизятся, что сделает вполне реальным термодинамический, или тепловой кризис.

Кислотные дожди. В последние 15—20 лет возникла сложная и трудноразрешимая экологическая проблема кислотных дождей (рН < 5,0). При сжигании различных видов топлив, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуются азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.

Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых осадков составляет около 70%. Появлению кислых осадков способствует также СO2: из-за его постоянного присутствия в атмосфере нормальным является рН осадков 5,6.

В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоемов в виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2—2,3; что соответствует кислотности уксуса.

Обшее количество выбросов SO2 и NO2 в мире ежегодно составляет более 250 млн т. В пересчете на душу населений количество выбросов (кг/год): в Дании — 4, бывшем СССР — 18, Англии 32, Польше — 55, Австрии — 8, Германии — 160, Италии — 20, Швеции — 6 (Г.В. Войткевич, В.А. Вронский, 1996 г.).

Кислые осадки особенно типичны для Скандинавских стран, а также Англии, ФРГ, Бельгии, Дании, Польши, Канады, северных районов США. Отмечаются случаи конфликтных ситуаций из-за их трансграничных переносов. Например, отдельные районы Норвегии, Финляндии, Исландии, Дании на 80—90% загрязняются со стороны ФРГ и Люксембурга. Для Швеции доля осадков извне близка к 70%. В России очаги образования приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Челябинск, Красноярск и другие районы. В наши дни в Санкт-Петербурге рН дождя колеблется от 4,8 до 3,7, в Красноярске — от 4,9 до 3,8, в Казани — от 4,8 до 3,3. В городах до 70—90% загрязнений в атмосферу, в том числе и способствующих образованию кислых осадков, поставляет автотранспорт (Ю.В. Новиков, 1998 г.).

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно: почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения и другие объекты в той или иной степени страдают от них.

Действие кислых осадков на почвы наиболее ощутимо проявляется в северных и тропических районах. Для первых это связано с тем, что подкисляются и без того кислые (подзолистые и их разновидности) почвы. Они, как правило, не содержат природных соединений, нейтрализующих кислотность (карбонат кальция, доломит и др.). Почвы в тропиках хотя и имеют нейтральную и щелочную реакцию, но также не содержат веществ — нейтрализаторов кислотности (из-за интенсивного и постоянного промывания дождями).

Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотофиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, ртути). В ряде мест кислые осадки и продукты их действия (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в грунтовые воды, а затем в водоемы и водопроводную сеть. В итоге происходит ухудшение качества питьевой воды.

Действие кислых осадков на водные экосистемы весьма многообразно. Кислые осадки, попадая в водные источники, повышают кислотность и жесткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ от которых зависит рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие, проявляется в основном на яйцеклетках и молоди.

Сейчас на Земле насчитываются многие тысячи озер, практически лишившихся своих обитателей. Почти 20% рек и озер Швеции, Норвегии и Канады потеряли более половины обитающих в них организмов. Так, в Швеции в 14 тысячах озер уничтожены наиболее чувствительные виды, а 2200 озер фактически безжизненны. Около 1000 озер в США заметно подкислены, а более 3 тысяч имеют кислотность, неблагоприятную для многих обитателей.

Действие кислых осадков и атмосферных загрязнений на леса способствует выщелачиванию из растений биогенов (особенно кальция, магния и калия), Сахаров, белков, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют появлению вспышек численности насекомых. Такие воздействия имеют конечным результатом снижение продуктивности фитоценозов, а нередко и их массовую гибель. Накоплено много данных об отрицательном влиянии кислых осадков на растения через почву, прежде всего в результате увеличения подвижности алюминия и тяжелых металлов. Свободный алюминий повреждает молодые корни, создает очаги для проникновения в них инфекции, а также вызывает преждевременное старение деревьев (болезнь Альцгеймера).

Особенно сильно повреждаются хвойные леса, что в первую очередь связано с большой продолжительностью жизни их хвои (4—6 лет), обусловливающей накопление в ней относительно больших концентраций токсикантов.

Первыми признаками поражения хвойных лесов газами и кислыми осадками служат сокращение сроков жизни хвои и уменьшение ее размера. При этом наиболее сильно повреждаются леса, произрастающие в неблагоприятных условиях (на бедных почвах, в гористых местностях, в зоне туманов и т.п.). Высокой поражаемостью отличаются также бук, граб и твердолиственные виды.

Повышенной чувствительностью к загрязнению атмосферы характеризуются многие виды лишайников. В результате они обычно первыми исчезают из экосистем и поэтому являются индикаторами неблагоприятного состояния среды. Это обстоятельство часто используют экологи. Значительные площади пораженных и погибших от

загрязнения атмосферы почв лесов имеются в ФРГ, Швеции, Финляндии, Австрии, Польше, Канаде, на севере США и в других районах. В ФРГ массовое поражение лесов зарегистрировано в начале 80-х годов. В хвойных лесах, особенно пихтовых, повреждения отмечались у 80—90% деревьев, а в среднем у 10% всех видов древесных растений. В России повреждено около 1,5—2 млн га лесов, при этом основные очаги поражения расположены в районе Норильска, Мончегорска, Братска. Всего на Земле из-за кислотных дождей повреждены леса площадью 31 млн га.

Сейчас особое внимание уделяется поражению лесов в результате совместного действия традиционных загрязнителей (SO2, NO2) и озона. Приземный озон является в основном продуктом фотохимического смога. В его присутствии интенсивно разрушается хлорофилл, причем как в результате прямого влияния, так и через ускорение расходования витамина С, который защищает хлорофилл от окисления.

Истощение озонового слоя. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в верхних слоях атмосферы. По разным оценкам, в средних и высоких широтах Северного полушария такое уменьшение составило 2—10%.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40—50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры». В настоящее время «озоновая дыра» вышла за пределы континента и по размерам (10 млн км2) превышает площадь США.

Меньшая по размерам «дыра» наблюдается и над Арктикой. Отмечается появление так называемых «блуждающих дыр» площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20—40% от нормального уровня (около 0,06 мг/м3). Беспрецедентная аномалия озона как по уровню его дефицита, так и по размерам затронутой территории, была отмечена в России. Согласно Росгидромету, в феврале 1995 г. над всем Северным полушарием, а особенно над рядом районов Восточной Сибири вплоть до Урала зафиксировано рекордное уменьшение концентрации озона — до 40%, сохранявшееся в течение 25 суток. К середине марта в отдельных районах оно достигло 50%. Как следствие, в апреле и декабре отклонение от климатических норм составило 15%.

Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана — увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации озона только на 1% происходит увеличение интенсивности УФ-излучения у поверхности Земли на 15%. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также вызывает снижение иммунитета как у человека, так и у животных.

Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует усилению «парникового эффекта», снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды. Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), проникновение через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов, которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50—100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн га лесов.

В чем же причина убыли озона из атмосферы? После ряда международных экспедиций в Антарктиду было установлено, что, помимо физико-географических факторов, озоновый слой разрушают техногенные загрязнители: оксиды азота NO и NO2, галогенопроизводные углеводородов (фреоны): CFCl3 (фреон-11), СF2Сl2 (фреон-12) и другие, кипящие при комнатной температуре, высоколетучие, химически инертные у поверхности Земли.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы- носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.п.

Будучи чрезвычайно инертными, фреоны минуют тропосферу без изменений. Только в стратосфере они подвергаются фотохимическому разложению по радикальному механизму

Образовавшиеся активные атомы хлора включаются в циклический процесс разрушения озона:

O3 + O = 2O2.

фреоны способны находиться в атмосфере, не разрушаясь 70— 100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн т озоноразрушаюших веществ. Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% — на страны ЕС, 10-12% — Японию, 7—10% — Россию.

Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов, как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Установлено также, что уничтожают озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шаттл» приводит к потерям 10 млн т озона. 300 таких запусков в год — и практически весь озон будет уничтожен.

В последние время ученые высказывают предположение о существенном вкладе природных явлений в процессы разрушения озона и возникновении «озоновых дыр». К таковым относятся, например, 11- летние циклы солнечной активности, выход озонразрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеиванию озона.

Антропогенное воздействие на ближний Космос. Околоземное космическое пространство (ОКП) представляет собой внешнюю газовую оболочку, которая окружает планету. Оно играет роль в сложнейших солнечно-земных взаимосвязях, определяющих условия жизни на Земле.

Антропогенные воздействия на ОКП, связанные с началом космической эры, весьма опасны, они оказались значительнее уровня более продолжительного влияния человека на любую другую природную среду, например приземную атмосферу (тропосферу). ОКП уязвимее , нежели другие среды, поскольку количество вещества в ней неизмеримо меньше, а энергетика процессов гораздо слабее по сравнению с тропосферой, а тем более гидро- и литосферой.

Выделяют следующие виды воздействия человека на эту среду:

1) выброс химических веществ вследствие работы двигателей ракет;

2) создание энергетических и динамических возмущений в результате полетов ракет; 3) загрязнение твердыми фрагментами, космическим мусором; 4) электромагнитное излучение радиопередающих систем; 5) радиоактивное загрязнение и жесткое излучение от ядерных энергетических установок, используемых на космических аппаратах; 6) попадание загрязнителей из приземной атмосферы.

Практически бесконтрольное использование ОКП привело к его загрязнению огромным количеством мусора (более 3000 т, по данным М.Н. Власова, 1998 г.). Фрагменты последнего сосредоточиваются на высотах более 400 км; они занесены в каталог, за ними ведется постоянное слежение. Наиболее опасно большое количество мелких (менее 10 см) осколков; их поток существенно превышает поток метеоритов. По некоторым данным, при сохранении современных темпов загрязнения общее количество твердых частиц размером более 1см вырастет за 100 лет более чем в 2 раза, что представит реальную опасность для космических полетов.

Наиболее опасными в плане изменения свойств ОКП в негативную сторону признается выброс химических веществ. Так, в результате пролета одной тяжелой ракеты «Протон» (РФ) в ОКП поступает около 100 т воды и более 90 т диоксида углерода. Для американского «Шаттла» эти показатели выше: 470 и 110 т, соответственно. Указанные химические вещества активно реагируют с ионами кислорода ионосферы, причем оказалось, что процесс идет гораздо быстрее, нежели в естественных условиях. В результате резко возрастает скорость рекомбинации ионосферной плазмы и падает концентрация заряженных частиц, т.е. образуются так называемые «ионосферные дыры». Сообщалось, что наиболее крупномасштабные нарушения были зарегистрированы после запуска ракет «Сатурн-5» (США): горизонтальные размеры «дыры» составили тысячи километров, а содержание электронов уменьшилось в них в несколько раз. Напомним также, что диоксид углерода, который при запуске ракет распространяется на сотни километров, играет большую роль в тепловом балансе термосферы.

Как считают специалисты, сохранение ОКП как внешней защитной оболочки Земли возможно только при условии ограничения пусков ракет и принципиального изменения технических средств и методов выведения космических кораблей на орбиту.

Уничтожение и деградация лесов. По данным ООН, площадь лесов планеты сокращается ежегодно на 25 млн га (половина территории Франции), что составляет около 1% лесистой суши. Однако при этом важно подчеркнуть, что вырубки идут главным образом в странах «третьего мира».

Плошали тропического леса Южной Америки («легкие Земли») сокращаются с каждым годом, что грозит обернуться в перспективе глобальной экологической катастрофой (рис. 7.3). Леса Амазонки, занимавшие еще в 1980 г. площадь около 7 млн км2, интенсивно выжигают. Тропические леса, покрывающие почти 7% земной поверхности в экваториальных районах и вносящие огромный вклад в обогащение атмосферы Земли кислородом и в поглощение диоксида углерода, уничтожаются со скоростью 10 млн га в год.

Вредными выбросами промышленности поражено 30% лесов Австрии, 50% лесов Германии, леса Чехии, Словакии, Польши, Леса

Скандинавских стран сильно пострадали от кислотных дождей, виновниками в образовании которых являются другие европейские страны. Деградируют канадские леса от загрязнений, переносимых из США: в частности, до 70—80% деревьев, произрастающих в кленовых лесах.

В России ежегодно вырубается 1,8 млн га и, кроме того, миллион гектаров лесных угодий гибнет или повреждается вредными промышленными выбросами. Так, на Кольском полуострове леса гибнут со скоростью 1 км в год.

Ученые предупреждают, что уничтожение лесов ведет к снижению порога устойчивости биосферы, увеличению силы наводнений, селей, водной эрозии, пыльных бурь, засух и суховеев, ускорению процессов опустынивания. Ежедневно на планете вымирает один- два вида диких растений, при этом следует помнить, что только один вид растений обеспечивает существование в среднем 11 видов животных, а в тропических лесах — даже 20 видов. Следовательно, с обезлесением ландшафтов сокращается генетическое разнообразие экологических систем, постепенно уничтожается живое вещество биосферы.

Многие лесные массивы, в первую очередь пригородные, стали местами массового отдыха. Однако такое рекреационное лесопользование, оздоровляя человека, способно, тем не менее, вызвать ухудшение качественного состояния леса, а в ряде случаев и его полную деградацию. При этом снижаются санитарно-гигиенические, водоохранные и почвозащитные функции природных лесов, а также теряется их эстетическая ценность.

С уплотнением почвы (автомашины, туристы) ухудшаются состояние древесно-кустарниковой растительности и питание деревьев, поскольку на высоких вытоптанных участках почва подсыхает, а на пониженных — переувлажняется. Как следствие ухудшения питания, деревья ослабляются, их рост замедляется. Кроме того, уплотнение почвы нарушает ее структуру, уменьшает пористость, резко ухудшает условия жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

Бесконтрольный сбор грибов, ягод, цветов снижает уровень самовозобновления соответствующих растений. Шум отпугивает птиц и животных, часто мешает им нормально растить потомство. Зарубки на стволах, обламывание ветвей вызывают заражение деревьев насекомыми-вредителями. Участок земли, на котором был разведен костер, полностью выходит из строя на многие годы.

Взаимосвязь экономического и экологического вреда. Помимо вредного влияния на здоровье людей, загрязнение биосферы наносит огромный ущерб экономике. Подразделение вреда от загрязнения природной среды на экономический и экологический логично вытекает из самой системы взаимодействия общества и природы, где функционируют две подсистемы — экономическая и экологическая.

Рассмотрим более подробно возможные формы и виды ущерба, образовавшиеся в результате изменений в природной среде под влиянием хозяйственной деятельности человека. Согласно Т.А. Деминой (1996 г.), все виды ущерба можно подразделить на исчислимые (стоимостные или натуральные) и условно-исчислимые, т.е. практически не поддающиеся количественной оценке.

В свою очередь исчислимый ущерб подразделяется на экономический и социально-экономический.

Экономический ущерб включает: потери в результате недополучения промышленной, сельскохозяйственной и лесохозяйственной продукции; потери вследствие снижения продуктивности биогеоценозов; затраты, обусловленные сокращением срока службы зданий и сооружений; потери сырья, топлива и материалов, вызванные выбросами, сбросами; затраты на ликвидацию последствий от загрязнения; затраты на восстановление или поддержание равновесия в экосистемах; потери производства, вызванные снижением эффективности труда, которое, в свою очередь, обусловлено ростом заболеваемости.

К социально-экономическому ущербу относятся: затраты в области здравоохранения и социального обеспечения из-за роста заболеваемости; затраты на сохранение рекреационных ресурсов; потери вследствие миграции, вызванной ухудшением качества среды.

Условно-исчислимый вид ущерба подразделяется на социальный и экологический.

К социальному ущербу относятся: эстетический ущерб от деградации ландшафтов; рост смертности, патологических изменений в организме людей; психологический ущерб, вследствие неудовлетворенности населения качеством среды.

Экологический ущерб составляют необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение некоторых видов флоры и фауны, генетический ущерб.

Так, экономический вред, возникший в результате нарушения правил пожарной безопасности в лесах, включает: стоимость уничтоженной огнем товарной древесины, строений и сооружений, пострадавших при пожаре, затраты на тушение пожара и последующую уборку территории, расходы по возмещению ущерба другим организациям и лицам. Однако есть и другие потери. Перестал существовать лесной массив, атмосфера лишилась одного из естественных своих фильтров, очищающих воздух от пыли и газов, а почвы и реки — от эрозии и обмеления. Отсюда возникает необходимость исчислять не только экономический, но и экологический вред. Экологический вред посягает на право человека на чистую, здоровую и благоприятную для жизни природную среду.

Вред экологический неразрывно связан с экономическим, поскольку оба исходят из одного и того же источника причинения и имеют одни и те же способы проявления. Так, загрязнение водоема в результате сброса неочищенных стоков не только ухудшает качество вод, делая их экологически вредными, но и наносит ущерб товарным запасам рыб и других водных животных, приводит в негодность пляжи, места отдыха и т.д.

Ущерб от загрязнения окружающей среды непрерывно растет, причем во всех промышленно развитых странах: например, поданным Национального совета США по контролю за загрязнением, ущерб от выбросов вредных веществ в атмосферу для экономики страны составил в 1968 г. 1,6 млрд дол., а в 1977 г. уже 24,9 млрд дол. По некоторым сведениям, ныне он превышает астрономическую цифру — 100 млрд дол.

Выразить экологический вред в деньгах — это значит не только оценить необходимые затраты на восстановление нарушенной природной среды, на воспроизводство природных ресурсов и комплексов, обязательно следует вычислить те потери, которые невосполнимы или трудновосполнимы. Например, в случае уничтожения лесного массива в расчет ущерба необходимо брать: а) расходы по посадке и выращиванию леса до взрослого состояния; б) стоимость ущерба, который будет нанесен природной среде (рекам и озерам, почвам, животному миру) и здоровью человека (из-за ухудшения процессов поглощения лесом диоксида углерода, очистки воздуха от пыли, генерации кислорода в результате фотосинтеза); в) морально-эстетический ущерб для населения в течение всего периода постепенного биологического созревания вновь посаженного леса.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение загрязнения природной среды. Перечислите виды загрязнений.

2. В чем состоит основное отличие естественных помех от антропогенных? Каковы специфические особенности действия антропогенных факторов?

3. Что такое цепная природная реакция ? Приведите примеры.

4. Приведите основные источники загрязнения атмосферы, гидросферы и педосферы. Почему теплоэнергетика является отраслью, наиболее загрязняющей природную среду?

5. Что такое экологический бумеранг? Охарактеризуйте формы его проявления. Приведите примеры.

6. Что такое парниковые газы, парниковый эффект ? Почему возрастает содержание диоксида углерода в атмосфере?

7. Можете ли вы привести доказательства того, что потепление климата уже происходит ?

8. Вспомните принцип Ле Шателье—Брауна. Возможно ли усиление его проявления в связи с антропогенным потеплением климата ?

9. Назовите две важнейшие кислоты, присутствующие в кислотных осадках, и поясните, откуда они берутся.

10. Расскажите, как кислотные осадки влияют на водные экосистемы. Как их деградация сказывается на обитателях суши ?

11. Расскажите, как формируется озоновый экран и что ведет к его разрушению.

12. Чем опасно антропогенное загрязнение околоземного космического пространства ?

13. Перечислите последствия и результаты вырубки лесов, а также выпадения кислотных осадков.

14. По подсчетам специалистов, уничтожение лесного покрова планеты в 3 раза сильнее влияет на накопление диоксида углерода в атмосфере, чем сжигание топлива. Какими последствиями для человечества это обернется ?

 

Интересно знать

Департамент энергетики США отобрал 37 исследовательских проектов в области хранения энергии, энергии биомассы, захвата диоксида углерода и ряда других направлений. Среди них - новые металловоздушные батареи на основе ионных жидкостей с плотностью энергии превышающей в 6-20 раз плотность энергии обычных литиевых аккумуляторов, а так же проект по получению бензина непосредственно из солнечного света и CO2 используя симбиоз двух микроорганизмов.

купить mobil 1 new life 0w 40 цена mobil 1 new life 0w 40 цена интернет магазин автомасел
 
Кронштейн купить запчасть 6L0837868B Skoda Audi Volkswagen Seat
 
bitcoin миксер
 
free music download on mp3