Естественные и антропогенные источники  загрязнения атмосферы, гидросферы, земельных ресурсов

ЛЕКЦИЯ

Тема Естественные и антропогенные источники загрязнения атмосферы, гидросферы, земельных ресурсов.

План.

1. Понятие «загрязнитель», классификация загрязнителей природной среды.

2. Природные и антропогенные загрязнения природной среды.

3. Химическое загрязнение природной среды.

Загрязнение – неблагоприятное изменение окружения, являющегося побочным результатом деятельности человека. Привнесение в среду новых, не характерных для нее физических, химических или биологических компонентов или превышение естественного многолетнего содержания этих компонентов. Воздух, вода, почва – объекты загрязнения.

Загрязнитель — любой природный или антропогенный агент, попадающий в окружающую природную среду в количествах, превышающих фоновые значения и вызывающий тем самым её загрязнение (также загрязнителем именуют и источник загрязнения, например, завод).

Классификация загрязнителей и источников загрязнения

1) Выделяют первичные и вторичные загрязнители.

Первичный загрязнитель выбрасывается в окружающую среду непосредственно из источника загрязнения.

Вторичный загрязнитель возникает в результате химических реакций между первичными загрязнителями и природными агентами или в ходе разложения первичного загрязнителя.

В то же время природные источники образуют глобальные загрязнения, при которых концентрации вредных веществ очень малы.

Например, первичный загрязнитель диоксид серы SО₂, реагируя с водой, образует сернистую кислоту HSО₃, которая затем превращается в серную кислоту H₂SО₄

Превращения идут по уравнениям:

SО₂ + Н₂О   Н⁺ + HSО₃   2Н⁺ + HSО₃^2-

SО₂ + 2ОН   H₂SО₄

Сернистая и серная кислоты являются в данном случае вторичными загрязнителями.

2) По своей природе загрязнители классифицируются

- биологические: проникновение в эксплуатируемые экосистемы или технологические устройства чуждых им животных и растений, клонирование биоматериала искусственного оплодотворения, биологическое оружие и др.;

- физические: повышенные уровни вибрационных, шумовых, тепловых, электромагнитных, ионизирующих и иных излучений;

- химические: увеличение числа и количества химических компонентов в среде и др.

3) По материальным и энергетическим показателям загрязнители классифицируют на 2 группы:

- ингредиентные загрязнители, включающие продукты сгорания различных видов топлива, бытовые стоки и мусор, химические вещества, биологические препараты, пыли, аэрозоли и др.;

- параметрические загрязнители: вибрация, шум, тепло, радиация, электромагнитные излучения и др.

4. По режиму эмиссии загрязнители можно разделить на 2 группы:

- обычные, характерные для нормальной деятельности предприятия или другого источника загрязнения;

- аварийные (залповые), характерные для экстремальных и чрезвычайных обстоятельств, возникающие в результате тех или иных отклонений от нормальных условий деятельности.

5. По загрязняемой среде различают загрязнители, характерные для воздуха, воды, почвы, космоса, продуктов питания, предметов потребления.

Источники загрязнения классифицируются по следующим признакам:

1) по происхождению источники загрязнения можно разделить на естественные (природные), техногенные и антропогенные.

Естественное загрязнение не связано с человеческой деятельностью и возникает в результате природных процессов. Например, при извержении вулканов выбрасывается большое количество газов и пыли; при высокой солнечной активности на Земле отмечаются повышенные уровни электромагнитных излучений.

Техногенные источники загрязнения – это созданные человеком объекты различного назначения (заводы, фабрики, машины). Наибольший вред биосфере приносят техногенные загрязнения, которые обусловлены несовершенством технологических процессов, организационно-технических решений.

Антропогенное загрязнение связано непосредственно с деятельностью человека.

Наибольший вред среде обитания приносят неорганизованные бытовые отходы, а также низкий уровень экологической культуры населения.

2) По распространению выделяют источники загрязнения

Глобальные источники загрязнение характеризуются распространением загрязнителей по всей планете (СО₂, фреоны, радиоактивные выбросы). Этот вид загрязнения воздуха, воды, почвявляется наиболее тревожным и представляет труднорешаемую проблему. Это источники загрязнения рассматриваемого государства и трансграничный перенос.

Локальные источники загрязнения характерны для отдельных предприятий городов, а также аварий, при которых в воздух, почву и воду одновременно выбрасываются большие количества загрязнителей.

Региональные источники загрязнения занимают промежуточное положение между глобальными и локальными видами загрязнения.

Загрязнение может быть вызвано любым агентом, как загрязняющим веществом, так и самым чистым. Из-за огромных количеств загрязняющих веществ, образующихся в процессе деятельности человека и поступающих в окружающую среду, ее способность к самоочищению часто находится на пределе.

2. Загрязнения окружающей среды могут как природные так антропогенные.

Природные загрязнения - загрязнения окружающей среды, возникающие без участия человека, часто в результате неблагоприятных или опасных природных явлений.

Причинами природных загрязнений могут быть:

• извержения вулканов и, как следствие, выбросы больших количеств вулканических газов, пепла, лавы и тепла;

• селевые потоки (грязевые и грязекаменные), обрушивающие большие массы мелкозема, почвы, камней;

• лесные пожары;

• пыльные и песчаные бури, переносящие большие количества пыли и песка;

• процессы выветривания горных пород;

• затопления территорий в результате паводков и половодий, выпадения ливневых дождей, прохождения тропических циклонов, наката волн цунами;

• процессы разложения живых организмов.

Антропогенное загрязнение окружающей среды

Антропогенное же загрязнение большей частью обусловлено техногенным воздействием на природную среду, относящимся к предмету изучения промышленной экологией. Поэтому ниже речь будет идти в основном о загрязнении среды, имеющем техногенное происхождение.

Современное экологическое состояние атмосферы, гидросферы и земельных ресурсов является глобальной экологической проблемой.

Техногенное загрязнение — загрязнение природной среды под воздействием производственной деятельности человека.

Различают химические, физические (тепловые, радиационные, шумовые, вибрационные, электромагнитные), механические, биологические, информационные и другие виды загрязнений. Влияние деятельности человека на природу ощущается практически везде. Источники техногенного загрязнения весьма разнообразны и определяются спецификой промышленных предприятий.

Ниже рассмотрим различные виды техногенного загрязнения.

Химическое загрязнение — увеличение количества химических веществ определенной компоненты природной среды, а также привнесение в нее химических веществ в концентрациях, превышающих норму или не свойственных ей. Химические загрязнения относятся к наиболее часто реализуемому виду загрязнений, производимых вследствие многообразной хозяйственной деятельности человека.

Физическое загрязнение — привнесение в окружающую природную среду источников энергии (тепла, радиоактивного излучения, шума, вибрации, физических полей и т. я.), приводящее к отклонениям от нормы физических свойств окружающей среды.

Тепловое загрязнение

Одним из источников теплового загрязнения окружающей среды является сжигание минерального топлива в производственных и бытовых целях. Кроме того, практически вся энергия, используемая на производстве и в быту во всех ее видах (электрическая, механическая, световая и др.), в конечном счете превращается в тепло.

Ежегодное количество тепла, выделяемого на земном шаре от различных источников, оценивается эквивалентом энергии в 8 млрд т сожженного условного топлива. Необходимо отметить в связи с этой оценкой, что техногенный сброс тепла становится соизмеримым с энергией глобальных геофизических процессов — землетрясений, тропических циклонов, приливных волн. Общее количество тепла, выделяемое в глобальном масштабе, показывает устойчивый рост и по некоторым данным увеличивается на несколько процентов в год. С ростом тепла, рассеиваемого в процессе техногенной деятельности человека, большую опасность представляет перспектива глобального потепления, вызывающая серьезную озабоченность.

Радиационное загрязнение возникает в результате проникновения в окружающую среду всякого рода радиоактивных веществ и возрастания радиационного фона в сравнении с естественным уровнем.

Распад ядер нестабильных элементов в радиоактивных веществах порождает ионизирующие частицы (альфа- и бета-частицы) и ионизирующее гамма-излучение. Последние обладают наибольшей проникающей способностью из всех продуктов радиоактивного распада.

Проблема радиационного загрязнения окружающей среды возникла в последней половине прошедшего столетия и связана с использованием атомной энергии как в военных, так и в мирных целях. Радиационное загрязнение происходит в результате:

• работ по обогащению урановых руд и получению радиоактивных изотопов;

• испытаний ядерного оружия;

• аварий на АЭС и исследовательских реакторах;

• утилизации и захоронения радиоактивных отходов.

Главная опасность радиационного загрязнения состоит в его огромном разрушительном потенциале биологического поражения человека, фауны и флоры. При этом особые проблемы в ликвидации последствий радиационного заражения создает большой период полураспада многих изотопов, достигающий нескольких сотен и тысяч лет.

Шумовое (акустическое) загрязнение относится к основным видам загрязнений в городских условиях. Шум связан с интенсивной работой транспорта, промышленных предприятий, строительством. На городской транспорт приходится около 80 % всех городских шумов.

Безвредный для человека уровень шума изменяется в пределах 45-50 дБА, а болевой порог наступает при шумах в диапазоне 100-140 дБА. Если шум природного происхождения (всплески волн, шорох листвы, пение птиц, шум ветра и пр.) комфортен для человека, то техногенный шум в большинстве случаев неприятен.

В Москве на улицах уровень шума составляет в среднем около 85 дБА, а в большинстве областных центров России — 70- 80 дБА. На автомагистралях вблизи крупных городов уровень шума составляет около 90 дБА. Еще выше уровни шума на железнодорожном транспорте (около 100-110 дБА) и в аэропортах (до 120 дБА).

Вибрационное загрязнение обусловлено всякого рода вибрациями — сложными колебательными процессами с широким диапазоном частот. Вибрации возникают в результате передачи переменного давления от механических источников. Они оказывают сильное воздействие на иммунную и сердечно-сосудистую системы, а также на состав крови.

Электромагнитное загрязнение — форма физического загрязнения, связанная с нарушением естественных электромагнитных полей в окружающей среде.

Механическое загрязнение — засорение среды агентами, оказывающее механическое воздействие без видимых физических или химических воздействий. Примеры механического загрязнения: горные выработки, отвалы горных пород, терриконы, затопление территорий и пр.

Огромные масштабы механическое загрязнение приобрело в районах добычи полезных ископаемых в результате горно-вскрышных работ на отчужденных лесных и сельскохозяйственных угодьях. Естественные ландшафты таких районов нарушаются разработкой глубоких и протяженных карьеров, а также созданием отвалов горных пород. Отработанные карьеры заполняются водой, образуя безжизненные водоемы.

Большие пространства нашей страны в результате водохозяйственной деятельности (строительства плотин, изменения рельефа) затоплены. Общая площадь затопленных территорий России превышает площади крупных европейских государств.

Безвозвратно потерянными оказались колоссальные лесные и земельные ресурсы, памятники исторического и культурного наследия.

Биологическое загрязнение — привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия нехарактерных для них видов живых организмов, ухудшающих условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияющих на здоровье человека. Близким к биологическому загрязнению является биотическое, т. е. распространение определенных, как правило, нежелательных, с точки зрения людей, биотических веществ (выделений, мертвых тел и т. п.) на территориях, где они ранее не наблюдались.

Примеры биологического загрязнения:

• интенсивный рост сине-зеленых водорослей в водоемах-охладителях, возникающий в результате теплового загрязнения вод;

• загрязнение окружающей среды медицинскими отходами;

• размножение в городских условиях паразитических видов животных (крыс, мышей, бродячих кошек и собак, птиц, комаров, тараканов, клопов, блох и др.);

• эпидемии, эпизоотии, эпифитотии.

Влияние антропогенного загрязнения окружающей среды на здоровье человека

Негативные факторы техносферы снижают качество среды обитания и оказывают влияние на здоровье человека. В настоящее время возникла проблема экологической патологии, как следствия физических, химических и биологических факторов, большая часть из которых антропогенного происхождения.

Последствия неблагоприятного воздействия факторов окружающей среды на организм человека могут проявляться различно. Острые интоксикации и состояния имеют определенную клиническую симптоматику. Хронические состояния могут возникать при воздействии малых доз химических веществ и, как правило, являются нетипичными, что делает доказательство экологического фактора в возникновении этих состояний чрезвычайно трудным.

Длительное влияние антропогенного загрязнения может быть бессимптомным, но тем не менее приводит к раннему возникновению процессов старения и сокращению продолжительности жизни. Длительное бессимптомное влияние антропогенного загрязнения в конечном счете может закончиться выраженной клинической картиной заболевания или состояния (онкологическими заболеваниями).

Загрязнением атмосферы обусловлено до 30% общих заболеваний населения промышленных центров. Загрязненный воздух поражает прежде всего легкие, наиболее опасны окислы серы и мелкие частицы. Среди заболеваний органов дыхания выделяют острые (простуду, бронхит, воспаление легких) и хронические болезни (хронический бронхит, астму). Во всех промышленных странах на долю респираторных заболеваний приходится больше случаев, чем на все остальные болезни, вместе взятые.

Загрязнение окружающей среды сказывается и на возникновении такого заболевания, как рак легких. Для жителей крупных городов вероятность этой болезни примерно на 20-30% выше, чем для людей, живущих в деревнях или небольших городах. Предполагается, что находящиеся в воздухе окислы азота, соединяясь с другими загрязнениями, образуют нитрозамины — вещества, относящиеся к наиболее активным канцерогенам. Только в Москве ежегодно выбрасывается в атмосферу около 120 тыс. т окислов азота. По-видимому, в возникновении рака легких принимают участие и радиоактивные частицы, рассеянные по всему миру в связи с испытаниями ядерного оружия и деятельностью атомных электростанций.

В последние десятилетия проблема загрязнения атмосферного воздуха металлами привлекает все большее внимание медиков и экологов в связи с тем, что эта группа веществ достаточно токсична и повсеместно распространена (бензпирен, свинец, ртуть, медь, алюминий, кадмий и другие тяжелые металлы). Данные литературы свидетельствуют о значительном влиянии токсических и фоновых уровней свинца на организм женщин и детей, которое выражается в нарушении репродуктивной функции женщин, развитии патологического течения беременности, наступлении досрочных родов, нарушениях состояния плода и новорожденного.

Химическое загрязнение окружающей среды.

Химическое загрязнение — увеличение количества химических веществ определенной компоненты природной среды, а также привнесение в нее химических веществ в концентрациях, превышающих норму или не свойственных ей.

Химические загрязнения относятся к наиболее часто реализуемому виду загрязнений, производимых вследствие многообразной хозяйственной деятельности человека. Агенты химических загрязнений включают в себя широкий спектр химических соединений. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), таких соединений около 500 тыс., из которых около 40 тыс. — вредные вещества и около 12 тыс. — токсичные.

В табл. 1 перечислены наиболее опасные химические загрязнители биосферы, оказывающие на нее наибольшее воздействие.

Таблица 1. Основные химические загрязнители биосферы (по данным ЮНЕСКО)

Характерной особенностью химических загрязнений природной среды является то, что они проявляются в любых пространственных масштабах, в том числе и в глобальном.

Атмосферный воздух — один из важнейших компонентов среды обитания. Главными источниками загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции и теплоцентрали, сжигающие органическое топливо; автотранспорт; черная и цветная металлургия; машиностроение; химическое производство; добыча и переработка минерального сырья; открытые источники (добычи сельскохозяйственного производства, строительства).

Химическое загрязнение гидросферы

Вода, как и воздух, является жизненно необходимым источником для всех известных организмов. Россия относится к странам, наиболее обеспеченным водой. Однако состояние ее водоемов нельзя назвать удовлетворительным. Антропогенная деятельность приводит к загрязнению как поверхностных, так и подземных источников воды.

Основными источниками загрязнения гидросферы являются сбрасываемые сточные воды, образующиеся в процессе эксплуатации энергетических, промышленных, химических, медицинских, оборонных, жилищно-коммунальных и других предприятий и объектов; захоронение радиоактивных отходов в контейнерах и емкостях, которые через определенный период времени теряют герметичность; аварии и катастрофы, происходящие на суше и в водных пространствах; атмосферный воздух, загрязненный различными веществами и другие.

Поверхностные источники питьевой воды ежегодно и все в большей степени подвергаются загрязнению ксенобиотиками разной природы, поэтому снабжение населения питьевой водой из поверхностных источников представляет все большую опасность. Около 50% россиян вынуждены использовать для питья воду, которая не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям по ряду показателей. Качество воды 75% водных объектов России не отвечает нормативным требованиям.

В гидросферу ежегодно сбрасывают более 600 млрд. т энергетических, промышленных, бытовых и другого рода сточных вод. В водные пространства попадают более 20-30 млн. т нефти и продуктов ее переработки, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка. Загрязнению водных источников также способствует нерациональное ведение сельского хозяйства. Остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают в водоемы и загрязняют их. Многие загрязнители гидросферы способны вступать в химические реакции и образовывать более вредоносные комплексы.

Загрязнение воды обусловливает подавление функций экосистем, замедляет естественные процессы биологической очистки пресных вод, а также способствует изменению химического состава пищи и организма человека.

Химическое загрязнение почвы

Почва — среда обитания многочисленных низших животных и микроорганизмов, в том числе бактерий, плесневых грибов, вирусов и др. Почва является источником заражения сибирской язвой, газовой гангреной, столбняком, ботулизмом.

Наряду с естественным неравномерным распространением тех или других химических элементов в современных условиях в огромных масштабах происходит и их искусственное перераспределение. Выбросы промышленных предприятий и объектов сельскохозяйственного производства, рассеиваясь на значительные расстояния и попадая в почву, создают новые сочетания химических элементов. Из почвы эти вещества в результате различных миграционных процессов могут попадать в организм человека (почва — растения — человек, почва — атмосферный воздух — человек, почва — вода — человек и др.). С промышленными твердыми отходами в почву поступают всевозможные металлы (железо, медь, алюминий, свинец, цинк) и другие химические загрязнители.

Почва обладает способностью накапливать радиоактивные вещества, поступающие в нее с радиоактивными отходами и атмосферными радиоактивными осадками после ядерных испытаний. Радиоактивные вещества включаются в пищевые цепи и поражают живые организмы.

К числу химических соединений, загрязняющих почву, относятся и канцерогенные вещества — канцерогены, играющие существенную роль в возникновении опухолевых заболеваний. Основными источниками загрязнения почвы канцерогенными веществами являются выхлопные газы автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций и т. д. В почву канцерогены поступают из атмосферы вместе с крупно- и среднедисперсными пылевыми частицами, при утечке нефти или продуктов ее переработки и др. Основная опасность загрязнения почвы связана с глобальным загрязнением атмосферы.

Воздействие химического загрязнения окружающей среды на здоровье человека

Существует несколько принципиальных подходов к предупреждению неблагоприятных эффектов действия химических веществ:

• полный запрет производства и применения;

• запрет поступления в окружающую среду и любого воздействия на человека;

• замена токсичного вещества менее токсичным и опасным;

• ограничение (регламентация) содержания в объектах окружающей среды и уровней воздействия на работающих и население в целом.Определяющим критерием для выбора стратегии профилактики является предупреждение (недопущение) вредного действия. В нашей стране и за рубежом запрещено производство и использование некоторых опасных промышленных канцерогенов и пестицидов.