Практическая работа № 1 Источники загрязнения биосферы

Источники загрязняющих веществ разнообразны, также разнообразны и виды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы.

В общем случае источники загрязнения природной среды можно класси фицировать по: происхождению – искусственные или антропогенные (около 90 % общего объема) и естественные; месту поступления – континентальные, морские и атмосферные; временному признаку – постоянные, эпизодические, разовые, случайные; пространственно-временному признаку – фиксированные и нефиксированные и т.д.

К основным источникам антропогенного загрязнения относятся: промышленные предприятия, горнодобывающие предприятия, нефтедобывающая промышленность, теплоэнергетика, транспорт, сельское хозяйство, жилищнокоммунальное хозяйство городов.

Жители больших городов испытывают чрезмерное загрязнение воздуха, в результате чего заводские районы некоторых городов становятся непригодными для проживания, поскольку из атмосферы основная масса выбросов в виде выпадения атмосферной пыли, аэрозолей, кислых дождей поступает в поверхностные воды и почву городских и прилегающих к ним территорий. Статистические данные говорят о том, что окружающая среда в ряде крупных промышленных городов (Магнитогорске, Новокузнецке, Мариуполе и др.) находится в катастрофическом состоянии.

Таблица 1

Распределение антропогенных загрязнений в биосфере

При поступлении загрязняющих веществ в атмосферу происходит их рассеивание, которое определяется циркуляцией атмосферы. Характер движения воздушных масс зависит от их температурного поля (распределения температур вдоль поверхности Земли и по высоте), распределения давлений и плотностей атмосферных фронтов. Поэтому кроме крупномасштабных воздушных течений, перемещающих выбросы на сотни и тысячи километров, возникают многочисленные локальные (местные) циркуляции в нижних слоях атмосферы. Эти циркуляции связаны не только с состоянием атмосферы, но и с географическими, геологическими и другими особенностями местности, где располагаются источники загрязняющих атмосферу выбросов.

Рельеф, городские постройки изменяют направление и скорость движения приземного слоя воздуха. Долины рек, вытянутые депрессии служат коридорами, по которым устремляются потоки воздуха, тогда как повышения рельефа могут служить препятствием и приводить к инверсии воздушного потока. Штили и туманы могут способствовать выпадениям осадков вблизи источника загрязнения на небольшой территории. В крупных промышленных центрах и на прилегающих к ним территориях загрязнение атмосферы зачастую в десяткисотни раз выше в приземном слое воздуха, чем в верхних слоях атмосферы.

Обычно количество поллютантов убывает в степенной зависимости с расстоянием от источника выбросов. Вблизи от импактного (локального) источника загрязнения выделяют обычно от трех до пяти зон с повышенным (по сравнению с фоновым) в десятки и сотни раз уровнем содержания тяжелых металлов. Поскольку при устойчивом направлении ветров выбросы в атмосферу от ряда источников загрязнения объединяются в общий шлейф, то в нем, во-первых сглаживаются особенности отдельных источников, и, вовторых, образуются вторичные продукты трансформации загрязнений (продукты их превращения). Поэтому при крупномасштабных рассеиваниях выбросов от антропогенных источников в атмосфере находятся как первичные, так и вторичные источники загрязнения.

Атмосферные выбросы чаще всего представляют собой аэрозоли, т.е. коллоидные системы. Одной из основных особенностей коллоидов является их гетерогенность, т.е. они состоят не менее чем из двух фаз: частиц размером 0,11 мкм (дисперсионная фаза) и среды в которой они находятся (дисперсионной среды). Вещества, составляющие разные фазы, отличаются по ряду свойств и имеют реальную физическую поверхность раздела. Для коллоидных систем характерна свободная поверхностная энергия, а для отдельных частиц – наличие определенного заряда. Именно с этими особенностями связан процесс сорбции

– концентрирование определенных веществ из дисперсионной среды на поверхности раздела фаз. Связь этих веществ с сорбировавшими их частицами может быть сильной и сохраняться довольно продолжительное время.

Основная часть аэрозолей находится на высоте до 2 км над поверхностью Земли. Считается, что пыль в среднем держится в атмосфере 4-7 суток, а вообще, в зависимости от размеров частиц пыли, продолжительность нахождения большинства аэрозолей колеблется от 1до 40 суток.

Небольшое количество аэрозолей, поднявшихся на высоты более 7 км, попадает в струйные воздушные потоки, которые переносят аэрозоли на расстояния свыше 5 тыс. км. Они могут оставаться в воздухе до 14 лет, однако количество таких аэрозолей сравнительно невелико.

Все коллоиды подвержены старению, например, за счет слипания частиц. В результате частицы, образующие их, вместе с сорбированными на них веществами оседают на поверхность земли или, если они представляют собой водные суспензии, на дно водоемов.

В результате осаждения большого количества аэрозолей в черте городов в их почвах и растениях повышены концентрации многих химических элементов, и в первую очередь металлов. Так, в относительно небольшом городе Новороссийске (менее 500 тыс. жителей), где практически отсутствуют металлургические предприятия, превышение содержания в почвах металлов по отношению к фоновому содержанию составляет на 36 км²: Sr – 2200, Zn – 1190, Pb – 1000, Cu – 262, Sn – 43, Mo – 7, Ag – 1 т.

Резкое повышение концентрации металлов в городских почвах наблюдается во всех крупных городах мира. Наиболее сильно увеличивается концентрация металлов в городах с преобладанием металлургических и химических предприятий.

Растительные и животные организмы (включая людей), живущие или находящиеся продолжительное время в таких городах становятся более подверженными различным заболеваниям. У растений развиваются хлороз, некроз, суховеточность и суховершинность. У людей чаще всего возникают различные аллергические заболевания, а также болезни дыхательных путей и легких. Аллергические заболевания и болезни дыхательных путей (например, силикоз) часто вызываются также многими видами пыли антропогенного происхождения. При дальнейшем повышении концентрации тяжелых металлов, осаждающихся из аэрозолей, возникают расстройства нервной системы, начинает проявляться четкая корреляция числа онкозаболеваний с концентрацией металлов. Ионы и частицы тяжелых металлов вызывают образование в крови токсических продуктов биохимических реакций. Особенно распространенными заболеваниями являются токсичные отравления свинцом, кадмием, алюминием, бериллием и их соединениями.

Нужно заметить, что отрицательное воздействие какого-либо загрязняющего вещества не всегда пропорционально его массе. Так, миллиграммы свинецсодержащих аэрозолей, находящихся в атмосфере городов и попадающие через легкие в организм человека, гораздо опаснее килограммов природных глинистых частиц, переносимых в виде аэрозолей.

Кроме того, атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излучение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучистой энергии. При достаточно длительном сохранении интенсивных загрязнений атмосферы это приводит к понижению температур и локальным изменениям климатических условий, что наиболее заметно в крупных городах и промышленных центрах. Пыль и аэрозоли оказывают также заметное влияние на здоровье человека, состояние флоры и фауны. Так, снижение потока солнечного излучения уменьшает образование под действием УФ-лучей витамина D₃, недостаток которого вызывает заболевания рахитом. УФ-лучи оказывают также стерилизующее действие уничтожая некоторые микроорганизмы, поэтому их недостаток повышает риск инфекционных бактериальных заболеваний как человека, так и животных и растений.

Загрязнение атмосферы оказывает отрицательное воздействие не только на окружающую среду и человека, но и в ряде случаев оказывает значительное влияние на процесс эксплуатации технических средств. Взвешенная в воздухе пыль адсорбирует ядовитые газы, образуя плотный, токсичный туман (смог), который увеличивает количество осадков. Насыщенные сернистыми, азотистыми и другими веществами, эти осадки образуют агрессивные кислоты. По этой причине скорость коррозионного разрушения машин и оборудования во много раз увеличивается. Атмосферные загрязнения ускоряют разрушение строительных материалов, резиновых, металлических, тканевых и других изделий. При соответствующем составе и концентрации они могут явиться причиной гибели растений и животных.

Поскольку при поступлении в окружающую среду вредных компонентов в составе газопылевых выбросов растительный покров является барьером, задерживающим техногенные потоки поступающие в почву, выделяют зоны загрязнения и для растительного покрова. Экстремальные воздействия газопылевых выбросов в конечном счете ведут не только к гибели растений, но и эрозии и дефляции почв. В гумидных зонах в результате загрязнения значительно повышается кислотность почв, увеличивается концентрация токсичных веществ в почвенно-грунтовых водах, водах подчиненных ландшафтов, реках, пруда, озерах. Зона максимального загрязнения почвенного покрова, угнетения и гибели растений за счет газопылевых выбросов имеет протяженность до 5-10 км от источника выбросов, а нередко до нескольких десятков километров. Под влиянием атмосферного загрязнения в значительной степени изменяется также флористический состав разных типов растительности: лиственных и хвойных лесов, болот, луговых угодий.

Конкретным примером изменения природной среды в зонах воздействия газопылевых выбросов предприятий цветной металлургии могут служить медеплавильный завод (Средний Урал) и Норильский горнометаллургический комбинат. Визуальная оценка состояния растительности показывает, что по степени деградации растительного покрова вокруг медеплавильного завода выделяются четыре зоны: с отсутствием или сильным угнетением растительности (зона «техногенной пустыни»); средне угнетенная с наличием травянистого покрова; слабо угнетенная, характеризующаяся суховершинностью хвойных пород деревьев; неповрежденная (фоновая). Исследования по определению содержания элементов-поллютантов в растениях показали, что площадь первой зоны составляет в среднем 1,7 тыс. га. На территории «техногенной пустыни» естественный растительный покров отсутствует. Протяженность переходной к фоновой зоне значительно варьирует для разных элементов и почти в 10 раз превышает площадь первой зоны. Общая площадь загрязненных почв и растений составляет около 19 тыс. га.

При газопылевых выбросах поступление тяжелых металлов в растения может происходить как воздушным путем с пылью, оседающей на листья и стебли, так и за счет поглощения из почвы вследствие повышения в ней содержания доступных растениям соединений тяжелых металлов. По опубликованным данным, вместе с пылью на поверхности листьев вблизи источника может оседать около 30 % от общего количества тяжелых металлов. В понижениях рельефа и с наветренной стороны это количество может возрастать до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения заметно уменьшается.

Растения неодинаково накапливают тяжелые металлы и обладают определенными защитными функциями от неблагоприятных воздействий, в том числе от газопылевых выбросов, содержащих токсичные для растений компоненты. Об этом свидетельствуют соотношения накопления меди в почвах и растениях. Если содержание меди в загрязненных почвах вблизи завода увеличивается в 25-40 раз по сравнению с фоном, то возрастание содержания меди в растениях не столь значительно: от 4-х кратного (хвоя сосны) до 9-тикратного (в хвоще). Хвоя сосны и ели на загрязненной территории накапливает меньше меди, чем кора.

Наиболее устойчивы к загрязнению травянистые рудеральные фитоценозы (т.е. растущие на мусорных свалках, пустырях), образованные сорными видами разнотравья (мать-и-мачеха, хвощ, латук, пырей). Из древесных пород в насаждениях наиболее устойчивы к загрязнению береза, ива, осина; из хвойных

– сосна. Из естественных фитоценозов наиболее устойчивы к загрязнению сосново-березовые, злаковые и разнотравные ассоциации. Наиболее активными накопителями тяжелых металлов являются мхи, лишайники, грибы.

Таким образом, при загрязнении атмосферы газопылевыми выбросами промышленных предприятий на величину концентрации вредных примесей влияют скорость и направление ветра, влажность и температура воздуха, особенности рельефа и характер поверхности. Растительность же может служить индикатором загрязнения окружающей среды.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:

Используя учебник Экологические основы природопользования Константинова заполните таблицу:

Выявление факторов загрязнения биосферы

Сделайте общий вывод о характере загрязнения и общих источниках загрязнения.