Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение - Экология - Скачать бесплатно
компонентами, детритом, детритофагами и
почвенными организмами.
В своем развитии и формировании почвы проходят несколько этапов. Молодые
почвы являются обычно результатом выветривания материнских горных пород или
переноса отложения осадков (например, аллювия). На этих субстратах
поселяются микроорганизмы, пионерные растения - лишайники, мхи, травы,
мелкие животные. Постепенно внедряются другие виды растений и животных,
состав биоценоза усложняется, между минеральным субстратом и живыми
организмами возникает целая серия взаимосвязей. В результате формируется
зрелая почва, свойства которой зависят от исходной материнской породы и
климата.
Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие,
соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает
состояние климакса. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе
ее формирования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.
Каждому типу почв соответствуют определенные типы растительных сообществ.
Так, сосновые боры, как правило, растут на легких песчаных почвах, а еловые
леса предпочитают более тяжелые и богатые питательными веществами
суглинистые почвы.
Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные
сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем состоянии,
необходимо знать природу обменных процессов всех ее составляющих.
Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и
животных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса.
Количество гумуса определяет плодородие почвы.
В почве обитает великое множество различных живых организмов -
эдафобионтов, формирующих сложную пищевую детритную сеть: бактерии,
микрогрибы, водоросли, простейшие, моллюски, членистоногие и их личинки,
дождевые черви и многие другие. Все эти организмы играют огромную роль в
формировании почвы и изменении ее физико-химических характеристик.
Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества, но после
смерти растительных организмов изъятые элементы возвращаются в почву.
Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки.
Таким образом, в естественных условиях происходит постоянный круговорот
веществ в почве.
В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен, так как человек
изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя ее для
своих нужд. Из-за неучастия этой части продукции в круговороте почва
становится бесплодной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в
искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные
удобрения.
Загрязнение почв. В нормальных естественных условиях все процессы,
происходящие в почве, находятся в равновесии. Но нередко в нарушении
равновесного состояния почвы повинен человек. В результате развития
хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение
состава почвы и даже ее уничтожение. В настоящее время на каждого жителя
нашей планеты приходится менее одного гектара пахотной земли. И эти
незначительные площади продолжают сокращаться из-за неумелой хозяйственной
деятельности человека.
Громадные площади плодородных земель погибают при горнопромышленных
работах, при строительстве предприятий и городов. Уничтожение лесов и
естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без
соблюдения правил агротехники приводит к возникновению эрозии почвы -
разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Эрозия в настоящее
время стала всемирным злом. Подсчитано, что только за последнее столетие в
результате водной и ветровой эрозий на планете потеряно 2 млрд га
плодородных земель активного сельскохозяйственного пользования.
Одним из последствий усиления производственной деятельности человека
является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных
загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные
элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском
хозяйстве.
К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и ее соединения. Ртуть
поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных
предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные ее соединения.
Еще более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом.
Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами
выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве
добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником
свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных
автострад.
Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены
железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами.
Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.
Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в
результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и
твердых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских
учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии.
Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы
животных и человека, накапливаются в них.
Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное
сельское хозяйство, широко использующее удобрения и различные химические
вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В
настоящее время количество веществ, вовлекаемых в круговорот в процессе
сельскохозяйственной деятельности, примерно такое же, что и в процессе
промышленного производства. При этом с каждым годом производство и
применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве возрастает.
Неумелое и бесконтрольное использование их приводит к нарушению круговорота
веществ в биосфере.
Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые
в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных
отложениях водоемов. Но самое главное - они включаются в экологические
пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в
конечном итоге попадают с пищей в организм человека.
2.3 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД .
Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете.
Вода- основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода .в
главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Вода присутствует во всей
биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых
существах. Последние содержат до 80-90% воды в своей биомассе. Потери 10-
20% воды живыми организмами приводят к их гибели.
В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней
растворены различные газы и соли, находятся взвешенные твердые частички. В
1 л пресной воды может содержаться до 1 г солей.
Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах. На пресные воды
приходится всего 2% . Большая часть пресных вод (85% ) сосредоточена во
льдах полярных зон и ледников. Возобновление пресных вод происходит в
результате круговорота воды.
С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так
как к простому явлению физического испарения (превращения воды в пар)
добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых
организмов. К тому же роль человека по мере его развития становится все
более значительной в этом круговороте.
Круговорот воды в биосфере происходит следующим образом. Вода выпадает на
поверхность Земли в виде осадков, образующихся из водяного пара атмосферы.
Определенная часть выпавших осадков испаряется прямо с поверхности,
возвращаясь в атмосферу водяным паром. Другая часть проникает в почву,
всасывается корнями растений и затем, пройдя через растения, испаряется в
процессе транспирации. Третья часть просачивается в глубокие слои подпочвы
до водоупорных горизонтов, пополняя подземные воды. Четвертая часть в виде
поверхностного, речного и подземного стока стекает в водоемы, откуда также
испаряется в атмосферу. Наконец, часть используется животными и
потребляется человеком для своих нужд. Вся испарившаяся и вернувшаяся в
атмосферу вода конденсируется и вновь выпадает в качестве осадков.
Таким образом, один из основных путей круговорота воды - транспирация, то
есть биологическое испарение, осуществляется растениями, поддерживая их
жизнедеятельность. Количество воды, выделяющееся в результате транспирации,
зависит от вида растений, типа растительных сообществ, их биомассы,
климатических факторов, времени года и других условий.
Интенсивность транспирации и масса испаряющейся при этом воды могут
достигать весьма значительных величин. У таких сообществ, как леса
(с большой фитомассой и листовой поверхностью) или болота
(с водонасыщенной моховой поверхностью) транспирация в целом
вполне сравнима с испарением открытых водоемов (океана) и нередко даже
превышает его. В среднем для растительных сообществ умеренного климата
транспирация составляет от 2000 до 6000 м воды в год.
Величина суммарного испарения (с почвы, с поверхности растений и через
транспирацию) зависит от физиологических особенностей растений и их
биомассы, поэтому служит косвенным показателем жизнедеятельности и
продуктивности сообществ. Растительность в целом выполняет роль
грандиозного испарителя, существенно влияя при этом на климат территории.
Растительный покров ландшафтов, особенно леса и болота, имеет также
огромное водо-охранное и водорегулирующее значение, смягчая перепады стока
(паводки), способствуя удержанию влаги, препятствуя иссушению и эрозии
почв.
Загрязнение природных вод. Под загрязнением водоемов понимается снижение их
биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них
вредных веществ.
Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть
может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах
залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой
деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и
использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.
Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть,
свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы,
ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки
животноводческих ферм. Небольшую опасность для водной среды из металлов
представляют ртуть, свинец и их соединения .
Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение
ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными
соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого
внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями,
поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных
сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-
производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и
частично с атмосферными осадками.
Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное
количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля.
Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора
попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными
стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к
нарушению биологического равновесия в водоеме.
Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических
водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных,
рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного
количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода,
содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме
меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых
форм организмов. Водоем постепенно “умирает” .
Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение.
Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в
водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением
температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается
токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое
равновесие.
В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться
болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут
вызвать вспышки различных заболеваний.
В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды.
Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате
хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также
подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что
вода из них стала непригодной для питья.
Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды.
Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство.
Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная,
химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит
до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель
пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной
воды.
Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только
территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие
регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В
настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20%
городского и 75% сельского населения планеты.
Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки
(такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы
переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода
по большей части расходуется на испарение и образование растительной
биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее
обжитых районах страны сток рек сократился на 8% , а у таких рек, как Дон,
Терек, Урал - на 11-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути,
прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и
Амударьи на орошение.
Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их
загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные,
сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть
использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.
2.4 РАДИАЦИЯ В БИОСФЕРЕ.
Радиационные загрязнения имеют существенное отличие от других.
Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов,
испускающие заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные
излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человеку
разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том
числе и лучевая.
В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и человек,
как и все живые организмы, всегда подвергался естественному облучению.
Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и
радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее
облучение создается радиоактивными элементами, попадающими в организм
человека с воздухом, водой и пищей.
Для количественной характеристики воздействия излучения на человека
используют единицы - биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт
(Зв): 1 Зв = 100 бэр. Так как радиоактивное излучение может вызвать
серьезные изменения в организме, каждый человек должен знать допустимые его
дозы.
В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года в
среднем получает дозу 0,1 бэр и, следовательно, за всю свою жизнь около 7
бэр. В этих дозах облучение не приносит вреда человеку. Однако есть такие
местности, где ежегодная доза выше средней. Так, например, люди, живущие в
высокогорных районах, за счет космического излучения могут получить дозу в
несколько раз большую. Большие дозы излучения могут быть в местностях, где
содержание естественных радиоактивных источников велико. Так, например, в
Бразилии (200 км от Сан-Паулу) есть возвышенность, где годовая доза
составляет 25 бэр. Эта местность необитаема.
Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в
результате деятельности человека. В настоящее время радиоактивные элементы
достаточно широко используются в различных областях. Халатное отношение к
хранению и транспортировке этих элементов приводит к серьезным
радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное заражение биосферы связано,
например, с испытаниями атомного оружия.
Во второй половине нашего столетия начали вводить в эксплуатацию атомные
электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При
нормальной эксплуатации объектов атомной энергии и промышленности
загрязнение окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет ничтожно
малую долю от естественного фона. Иная ситуация складывается при авариях на
атомных объектах.
В настоящее время все острее встает проблема складирования и хранения
радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С
каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды.
Таким образом, использование ядерной энергии поставило перед человечеством
новые серьезные проблемы.
3. Химическое загрязнение биосферы.
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы:
промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих
источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от
места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух
промышленное производство.
Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом
выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические
предприятия, особенно цветной металлургии, кото рые выбрасывают в воздух
оксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора,
частицы и соединения ртути
и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попа дают в
воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления
жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных
отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие
непосредственно в
атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних..
Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые
электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные
установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого
топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения
являются следующие:
а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых
веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с
выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий.
б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания
серусодержащего топлива или переработки сернистых руд
в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида.
Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты
в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания
дыхательных путей человека. Пирометаллургические предприятия цветной и
черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки
миллионов тонн серного ангидрида.
г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или
вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются
предприятия по изготовлению искусственного волокна,
сахара,коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.
д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются
предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты,
анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.
е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являютсяпредприятия по
производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных
удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде
газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция.
Соединения характеризуются токсическим эффектом.
ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий,
производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические
красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду.
3.1 АЭРОЗОЛЬНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ
Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном
состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно
опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В
атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы
или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при
взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром.
Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе
производственной деятельности людей.
Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха
являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные
фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.
Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные
отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала,
преимущественно вскрышных пород. Источником пыли и ядовитых газов служат
массовые взрывные работы.
При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие
скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое
воздуха.
Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно
над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения
слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс
и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы
сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко
возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвнстного
в природе фотохимического тумана.
3.2 ФОТОХИМИЧЕСКИЙ ТУМАН (СМОГ)
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов
и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав
основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы,
многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в
совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате
фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере
высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей,
интенсивной солнечной радиации и безветрия иличень слабого обмена
воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной
инверсии. Смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом,
Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому
воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и
кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти
городских жителей с ослабленным здоровьем.
Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней
средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или
подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия,
промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и
бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является
привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ -
загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную
среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев
и задач. Так, обычно выделяют химическое,
физическое и биологические загрязнения, как неорганической (минеральные
соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы
(нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные
вещества, пестициды).
Неорганическое загрязнение Основными неорганическими (минеральными)
загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические
соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка,
свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в
воду в результате человеческой деятельности. К опасным загрязнителям водной
среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие
широкий диапозон рН промышленных стоков ( 11,0 - 11,0). Среди основных
источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными
элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское
хозяйство. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию
морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие
ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек.
Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее
включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность
приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у
людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в
который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.
Органическое загрязнение. Среди вносимых в океан с суши растворимых
веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только
минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Сточные
воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное
органическое вещество, пагубновлияютна состояние водоемов. Осаждаясь,
суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают
жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе
самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные
соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят
к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также
проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним
из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является
содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие
оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению
содержания кислорода в воде.
|
