Загрязнение природных вод пестицидами детергентами диоксинами и тяжелыми металлами
Вода — самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Она является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы, транспортирует их из одних мест в другие и т. д. Для человека вода имеет важное жизненное и производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель, и др. Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, почве, во всех живых существах. Последние содержат до 90 % воды в своей биомассе. Потери 10–20 % воды живыми организмами приводят к их гибели.
Из всех запасов воды на Земле 97,5 % составляет соленая вода. Большая часть пресной воды сосредоточена в ледниках. Запасы питьевой воды ограничены, поэтому проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Во многих странах все более ощутимой становится нехватка пресной воды. Однакоглавнаяпричинаобостренияпроблемыводныхресурсовзаключается не в увеличении водопотребления (в развитых странах расход воды составляет 400–500 л на душу населения в сутки), а в загрязнении многих водоисточников.
Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод, пагубно влияющих на здоровье населения, ведущих к гибели рыб, водоплавающих птиц и животных, а также к гибели растительного мира водоемов. При этом опасны для водных экосистем не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, но и избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей.
Природныеводоемынеявляютсяестественнойсредойобитанияболезнетворных микроорганизмов. В отличие от них бытовые сточные воды всегда содержат различные микроорганизмы, часть из которых являются болезнетворными. О потенциальной опасности распространения с водой кишечных инфекций судят по присутствию в ней так называемых индикаторных микроорганизмов, прежде всего кишечной палочки Коли. По гигиеническим нормативам в питьевой воде допускается присутствие не более 3 кишечных палочек в 1 л воды (коли-индекс 3). Послеобеззараживания водыхлором, ультрафиолетовымилучами, озономилигам- ма-излучением вода уже не содержит жизнеспособных микробных возбудителей брюшного тифа, дизентерии и других. Однако устойчивость болезнетворных вирусов выше, чем кишечной палочки. Это заставляет с осторожностью оценивать
коли-индекс как показатель безопасности питьевой воды в отношении вируса инфекционного гепатита и других вирусов. Полную уверенность в обеззараживании питьевой воды в настоящее время может дать только ее кипячение .
По данным ВОЗ, 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством водылибонарушением санитарно-гигиенических норм вследствие ее недостатка. Инфекционные заболевания водной этиологии регистрируютсяпреимущественновразвивающихсястранахснизкимсанитарнымуровнем жизни. В настоящее время треть населения земного шара — около 2 млрд человек — лишенавозможностипотреблятьвдостаточномколичествечистуюпресную воду. Более 60 % сельских жителей развивающихся стран не могут пользоваться безопасной в эпидемиологическом отношении водой.
Тепловое загрязнение природных вод происходит из-за тепловых электростанций. Несмотря на то, что выработка электричества с помощью пара неэффективна, посколькуиспользуется37–39 % энергии, заключеннойвугле, и31 % ядернойэнергии, тепловые электростанции продолжают существовать. Большая часть энергии топлива, котораянеможетбытьпревращенавэлектричество, теряетсяввидетепла. Простейшим способом избавления от этого тепла является выброс его в атмосферу. Однако наиболее экономичный путь — это использование оставшейся энергии в качестве охладителя воды, поскольку она способна аккумулировать огромное количество тепла с незначительным повышением собственной температуры и последующим постепенным выделением тепла в воздух.
Серьезную экологическую проблему представляет прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и последующее ее возвращение в естественные водоемы без предварительного охлаждения.
Электростанциимогутповышатьтемпературуводыводоемовна5–15 °С. Если изначально температура составляет +16 °С, то отработанная на станции вода будет иметь температуру от +22 до +28 °С. В летний период она может достигнуть +30. +36 °С. Повышениетемпературывводоемахпагубновлияетнажизньводных организмов. В процессе эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определенному интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определенных стадиях жизненного цикла может изменяться.
В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но в результате сброса в реки и озера горячих стоков с промышленных предприятий очень быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.
Тепловойшок — эторезультатинтенсивноготепловогозагрязнения. Результатом сброса в водоемы нагретых стоков могут быть и иные, более серьезные, последствия. Поскольку температура тела холоднокровных организмов зависит от температуры окружающей водной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных. В свою очередь, это
повышает их потребность в кислороде. В результате же возрастания температуры воды содержание в ней кислорода падает. Нехватка кислорода вызывает стресс и даже смерть. В летнее время повышение температуры воды всего на несколько градусов может вызвать гибель рыб и беспозвоночных, особенно тех, которые обитают у южных границ температурного интервала. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб — вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию.
Повышение температуры воды способно нарушить структуру подводного растительного мира. Характерные для водоемов с холодной водой водоросли заменяются более теплолюбивыми и при возрастании температур постепенно ими вытесняются, вплоть до полного исчезновения.
Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоем органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей, навоза с ферм, бытовые стоки), происходит резкое повышение продуктивности водоема. Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяют им резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего происходит их массовое отмирание и гниение. Процесс сопровождается ускоренным потреблением кислорода: он может оказаться полностью исчерпанным, а это грозит гибелью всей экосистеме.
Загрязнение водной среды нефтью и нефтепродуктами
Нефть — вязкая маслянистая жидкость, имеющая темно-коричневый цвет и обладающая слабой флуоресценцией.
Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод — все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Вследствие утечек ежегодно теряется более 0,1 млн т нефти. Большие массы нефтепродуктов поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет около 2 млн т/год. Со стоками промышленности теряется 0,5 млн т нефти ежегодно.
При попадании в морскую среду нефть растекается в виде пленки, образуя слои различной толщины. Это приводит к массовой гибели морских организмов в прибрежных районах. В случае нефтяного загрязнения акваторий с замедленным водообменном (бухты, заливы) происходит почти полное уничтожение морской флоры и фауны.
Разложение нефтепродуктов в водоеме приводит к изменению состава природных вод: росту численности бактерий и изменению их видового состава, увеличению концентрации токсических продуктов (фенолов, нафтолов и других оксипроизводных углеводородов), вспениванию воды, развитию зоопланктона и водорослей фитопланктона. Ухудшение качества природных вод вследствие загрязнения их нефтепродуктами резко снижает и качество получаемых питьевых вод для населения, так как хлорирование (обязательная стадия подготовки питьевой
воды) способствует образованию хлорорганических соединений, крайне опасных для человека.
Загрязнение окружающей среды пестицидами, детергентами, диоксинами и тяжелыми металлами
Пестициды — это группа искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды подразделяют на следующие группы:
инсектициды — разработаны для борьбы с вредными насекомыми;
фунгициды и бактерициды — используются против грибковых и бактериальных болезней растений;
гербициды — применяются для уничтожения сорных растений.
и его метаболиты, метафос, трефлан и др.) и фосфорорганические пестициды.
Детергенты — это химические соединения, понижающие поверхностное натяжение воды и используемые в качестве моющих средств и эмульгаторов. Особенно широкое распространение получили синтетические поверхностно-актив- ные вещества (СПАВ), входящие в состав моющих и чистящих средств. Разнообразное применение детергентов (для мытья посуды, тканей, автомобилей, для личной гигиены) привело к увеличивающемуся попаданию их в бытовые и производственныесточныеводы. ВсельскомхозяйствеСПАВиспользуютсядляэмульгирования пестицидов, вследствие чего они попадают в почвы и подземные воды.
Присутствие в водоемах СПАВ изменяет химический состав природных вод
и естественный ход протекающих в них химических и биохимических процессов, угнетающе действует на биоценозы* водной среды, вызывает гибель многих гидробионтов**. Так, смертельная концентрация СПАВ для многих рыб составля- ет3–5 мг/л, дляпланктона*** — около2 мг/л. Утеплокровныхживотныхдетергенты нарушают функции биомембран, усиливая тем самым токсическое и канцерогенное влияние других токсикантов.
СПАВ парализует деятельность микроорганизмов, разрушающих органические вещества.
Диоксины — крайне вредные вещества, воздействующие на организм человека не только в течение его жизни, но и в цепи его поколений.
Главнымисточникомобразованиядиоксиновявляютсяпродуктысгораниятоплива (50–100 г/год), производство стали (50–150 г/год), предприятия целлюлознобумажной промышленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, сточные воды (15–30 г/год), газовые выбросы (4–6 г/год).
* Биоценоз — взаимосвязанная совокупность микроорганизмов, растений, грибов
и животных, населяющих более или менее однородный участок суши или водоема.
Источники загрязнения водных систем
Наблюдаемый в настоящее время дефицит пресной воды объясняется не только непрерывным ростом водопотребления, но и деградацией качества воды природных водоисточников в результате поступления в них неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий, коммунального и сельского хозяйства. Считается, что если город потребляет в сутки 600 тыс. м 3 воды, то он дает около 500 тыс. м 3 сточных вод. Загрязнение рек, озер, морей и океанов происходит с нарастающей скоростью, так как в водоемы поступает огромное количество взвешенных и растворенных веществ (неорганических и органических)
Основными источниками загрязнения природных вод являются:
1. Атмосферные воды, несущие вымываемые из воздуха загрязнители промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают за собой органическое и минеральное вещество. Особенно опасны стоки с городских улиц и промышленных площадок, несущие нефтепродукты, мусор, фенолы, кислоты и др.
2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные.
3. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленности.
С развитием промышленности и увеличением потребления воды растет и количество жидких отходов - сточных вод. Еще в 60-х годах ежегодно в мире образовывалось около 700 млрд. м 3 сточных вод, Примерно 1/3 из них промышленные сточные воды, загрязненные различными веществами. Только половина промышленных, жидких отходов подвергалась очистке тем или иным способом. Другая половина сбрасывалась в водоемы без какой-либо очистки.
При технологических процессах появляются следующие основные виды сточных вод:
1. Реакционные воды,загрязненные как исходными веществами, так и продуктами реакции.
3. Воды, содержащиеся в сырье и в исходных продуктах(свободная или связанная вода).
4. Промывные воды водыпосле промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы.
5. Водные экстрагенты и абсорбенты.
6. Охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения.
7. Бытовые воды - из предприятий питания, прачечных, душевых, туалетов, после мытья помещений и т.д.
8. Атмосферные осадки,стекающие с территории промышленных предприятий, загрязненные различными химическими веществами.
Следует заметить, что никакими современными методами очистить сточные воды на 100 % невозможно, так как после определенного уровня затраты на каждый дополнительный процент очистки увеличиваются по экспоненте. Так, если принять стоимость 90%-й степени очистки за единицу, то очистка на 99 % обходится примерно в 10 раз дороже, а очистка на 99,9%, которая чаще всего и требуется, будет дороже в 100 раз. Однако, даже при эффективной биологической очистке из воды извлекается не более 90% органических и не более 10 - 40% неорганических веществ. Поэтому поступают следующим образом: очищают воду до определенного экономически обоснованного уровня, потом разбавляют ее чистой природной водой до нормативных показателей и сбрасывают в ближайший водоем или используют. В среднем для нормальной жизнедеятельности реки или водоема промышленные или городские стоки после очистки на биологических сооружениях должны быть разбавлены в 15 - 30 раз. Только после этого вода, загрязненная стоками, восстанавливает свои первоначальные свойства.
Нормы разбавления для отдельных химических производств очень высоки. Так, сточные воды производства минеральных удобрений должны быть разбавлены в 15 раз, полиэтилена - в 30 раз, нефтеперерабатывающей промышленности - в 60, синтетических волокон - в 185, коксохимического производства - в 200, синтетического каучука - в 2000 раз. Во всем мире на разбавление сточных вод ежегодно затрачивается около 10 тыс. км 3 чистой воды, что составляет около 30 % устойчивого стока всех рек земного шара.
Следует добавить, что некоторые особенно токсичные сточные воды химических производств вообще невозможно очистить существующими методами. Их приходится закачивать в подземные хранилища на постоянное хранение. Таким образом, создаются опасные объекты, так как всегда существует угроза либо прорыва либо медленной миграции таких вод в подземные водоносные горизонты. Так, например, около 20 лет назад промышленник из Бохума захоронил на мусорной свалке города 15 тыс. сосудов с отходами производства цианистого натрия: содержащегося в них количества яда хватило бы для уничтожения всего населения Германии. Последствия этого захоронения оказались достаточно серьезными: несколько лет назад в минеральной воде, добываемой вблизи Бохума, была обнаружена синильная кислота в количестве 8 мг / л.
Особенно опасным является загрязнение природных вод (в том числе, и питьевой воды) полихлорированными дибензодиоксинами (диоксинами) и дибензофуранами (ДБФ). Диоксины и ДБФ - это несколько тысяч хлорбром-производныхтрициклических кислородсодержащих ксенобиотиков. Ксенобиотиками называют вещества, неприемлемые для живых организмов. Специально ДБФ и диоксины не производятся, они образуются в качестве примеси при всех химических процессах галоидирования ароматических соединений в присутствии кислорода, в частности при производстве хлор-фенолов и гербицидов. Однако, даже обычная примесь диоксина в товарном продукте 3 х 10 -4 % является чрезвычайно опасной. Токсичность диоксина в 67 тыс. раз больше цианидов, стрихнина, кураре и запрещенных в настоящее время боевых ОВ зомана, зарина, табуна. Попав в воду, воздух, почву - диоксины и ДБФ закрепляются там, никуда не исчезая, вплоть до полного распада. А это достаточно долгий срок: период их полураспадав почве составляет 10 - 12 лет, в организме человека - 6- 7 лет. Диоксин может годами накапливаться в организме, не вступая там ни в какие взаимодействия, а затем дает о себе знать в виде самых разнообразных болезней: раздражение кожи, фурункулы, растройство психики, подавление иммунной системы, раковые заболевания. К сожалению, не только химическая промышленность является источником диоксинов. Диоксины обнаружили в составе отходов в металлургии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Образуются они и при уничтожении отходов в мусоросжигательных печах, на тепловых теплоэлектростанциях, в выхлопных газах автомобилей, в табачном дыме, при пожарах, когда горят синтетические покрытия и масла в трансформаторных будках. А стекая с отходами производства в реки, моря, водоемы, почву, ксенобиотики усваиваются живыми организмами и попадают по пищевым цепям на стол человека вместе с рыбой, молоком, мясом. Установлено, что 96 % всего потребляемого человеком диоксина попадает в организм вместе с едой.
Суточная санитарная норма для людей составляет 1пг (10 -12 г) диоксина на 1 кг живого веса. В момент аварий или залповых выбросов предприятий хлорной химии концентрация диоксинов превышает санитарную норму в 20 - 100 тыс. раз! О глобальном характере диоксинового загрязнения свидетельствует и тот факт, что в грудном молоке женщин Европы концентрация диоксина составляет 6 - 40 нг/кг .
Загрязняются и моря. Считается, что Средиземное море самое грязное на Земле. В результате выбросов сточных вод в нем 80 % рыбы погибло. Загрязнено и Балтийское море, в которое впадает 200 рек и на берегах которого протяженностью 200 тыс. км. расположено 60 крупных городов. В Азовском море в 2/3 акватории содержится недостаточно кислорода для жизни рыб.
В результате аварий судов, промывки резервуаров танкеров, утечек нефти при добыче ее в шельфовой зоне ежегодно в воды Мирового океана попадает до 12 - 15 млн. т нефти. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км 2 поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушается газообмен между атмосферой и гидросферой.
Моря и океаны отравляются не только нефтепродуктами, они загрязняются также веществами, поступающими с речным стоком. В них попадают промышленные и бытовые отходы, содержащие соли различных металлов, яды, огромное количество пестицидов, удобрений, моющих средств, радиоактивных веществ. Считается, что в водоемы поступает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, медь, кадмий) и другие токсичные вещества прогрессивно накапливаются в пищевых цепях, конечное звено которых - человек. Известны, например, массовые отравления ртутью, которая попадала в организм человека вместе с рыбой. В значительной степени это связано с особенностями поведения ртути в природе. Ртуть - единственный тяжелый металл, содержание которого минимально на первом трофическом уровне, у хемосинтезирующих микроорганизмов и фотосинтезирующих зеленых растений. Затем концентрация этого металла неуклонно нарастает в ряду : травоядные животные - хищники 1-го порядка - хищники 2-го порядка и т.д. В воде содержание ртути увеличивается с возрастом (размером) рыб и также нарастает по пищевой цепи.
Из загрязняющих веществ очень опасны детергенты или синтетические моющие средства. Выброшенные в водоемы даже в незначительном количестве, они придают воде неприятный привкус и запах и ведут к образованию пены, слой которой может достигать 1 м и препятствовать доступу кислорода в воду. На их окисление расходуется много растворенного кислорода, а это сокращает распад в воде других вредных примесей. Поэтому стоки, загрязненные ПАВ, обязательно обрабатываются на очистных сооружениях перед сливом в реки и водоемы.
Источником загрязнения водных экосистем является и сельское хозяйство. Во-первых, повышение урожайности неизбежно связано с применением удобрений и ядохимикатов (пестицидов). Попадая на поверхность почвы, они смываются с нее и оказываются в водоемах. Во-вторых, животноводство связано с образованием больших масс мертвой органики (навоза, подстилки), мочевины, которые опять-таки могут оказываться в водных объектах. Эти отходы не ядовиты, но их массы огромны (вспомним, что получение 1 кг мяса "стоит" 70 - 90 кг кормов) и, несмотря на их нетоксичность, они ведут к тяжелым последствиям для водных экологических систем. Подсчитано, что 1000 голов скота загрязняет природные воды так же, как город с населением 15 тыс. человек.
Сточные воды, содержащие органические вещества (не только от животноводства), содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора. В результате происходит массовое размножение фитопланктона, в первую очередь сине-зеленых, зеленых и красных водорослей, а также интенсивное развитие высших водных растений. Эти организмы, рождаются, отмирают, и масса органического вещества возрастает. Поскольку названные организмы являются аэробными и дышат кислородом, растворенным в воде, в скором времени они оказываются в условиях дефицита кислорода. Вода становится непригодной для жизни, в ней начинают преобладать анаэробные процессы. Этот процесс носит название эвтрофикации. Эвтрофикация - это повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов.
Собственно анаэробные процессы представляют собой вторичное загрязнение воды. Эвтрофикации может быть также следствием того, что азотные и фосфорные удобрения смываются с полей и в воду попадают легкоокисляемые минеральные соединения.
Питательные вещества могут попадать в водоемы и при сбросе хозяйственно-бытовых сточных вод. В них содержится (в граммах на одного человека в сутки): соединений азота (в пересчете на N) - 7-8; фосфора (в пересчете на Р) - 1,5-1,8; калия (в пересчете на) - 3. Какправило, наблюдается увеличение концентрации таких соединений в звеньях пищевых цепей, и максимальное количество оказывается в пище человека. Так, если содержание фосфора в воде природных систем составляет 32 условные единицы, то фитопланктон и насекомые содержат 0,1 у.е., гуси, утки - 7,5 тыс. у.е., а яйца птиц включают 200 тыс. у.е. фосфора, т.е. концентрация фосфора возрастает в 6 тыс. раз.
Большую опасность представляют загрязнения природных вод радиоактивными веществами.
Загрязняют воду и теплые сточные воды от предприятий теплоэнергетики так как при этом меняется температурный режим в водном объекте, а затем может возникать несоответствие его качества санитарным требованиям.
Одна из важнейших природоохранительных задач заключается в том, чтобы всячески поддерживать способность водоемов к самоочищению. К сожалению, с каждым годом это становится все труднее. Загрязнение рек, озер, морей и даже океанов принимает такие размеры, что во многих районах превышает их способность к самоочищению. В природные водные системы планеты, воду которых мы потребляем, ежегодно сбрасывается до 7000 млрд. м 3 неочищенных стоков, включающих до 1 млн. наименований химикатов, а природных загрязнений воды насчитывается лишь около 2-х тысяч.
Недостаток пресной воды ощущается уже сейчас во многих странах. Согласно статистическим данным ООН недостаток в чистой питьевой воде испытывает около 2 млрд. человек. В среднем в мире централизованным водоснабжением охвачено городское население численностью 1,1 млрд. человек с расходом 280 л в сутки и еще 0,8 млрд. человек обеспечено водой из колонок с расходом 110 л в сутки на человека. Остальная часть человечества потребляет 50 - 60 л воды в сутки. Особенно неблагоприятна обстановка в сельских районах, где только треть жителей имеет доступ к безопасным системам водоснабжения и лишь 13 % обеспечена канализацией. Однако и современные системы водоснабжения дают сбои, что нередко приводит к вспышкам заболеваний, связанных с употреблением загрязненной или недостаточно очищенной воды. По данным ВОЗ вода является причиной 80 % всех заболеваний в мире. В целом от болезней, связанных с водой, страдает около половины всего человечества - более 2 млрд. человек. Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы, по следующим причинам: процессы регенерации, или самоочищения, протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе; источники загрязнения водоемов более разнообразны; естественные процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.
Снижение негативного влияния шума
3. Загрязнение природных вод пестицидами, детергентами, диоксинами и тяжелыми металлами.
Чрезвычайные ситуации связанные с изменением состава и свойств атмосферы.
К ним относятся:
1. Резкое изменение климата
2. Превышение ПДК вредных примесей в атмосфере (выбросы промышленные, ТЭЦ, автотранспорта приводит к непрерывному повышению среднего содержания двуокиси углерода в атмосфере.
3. Температурные инверсии над городами
4. Острый недостаток кислорода над городами
5. Значительное превышение предельно допустимого уровня городского шума.
6. Разрушение озонового слоя атмосферы.
7. Образование зон кислотных дождей.
Загрязнение атмосферы
Наше здоровье во многом зависит от того, каким воздухом мы дышим. Состояние этого природного ресурса влияет и на жизнедеятельность животного и растительного мира. К сожалению, активная хозяйственная деятельность человека привела к тому, что атмосфера нашей планеты загрязнена такими вредными газами, как диоксид серы и окись углерода, окислы азота и пары углеводородов, а также кислотами металлов и разнообразной органической и неорганической пылью.
Города с неблагоприятной экологической обстановкой страдают от стоящего над промышленными зонами смога. В его облаке находится большое содержание загрязняющих веществ. Особую опасность для горожан представляет сернистый газ. Попадая в организм человека, он вызывает различные патологи органов дыхания, снижая их сопротивляемость другим вредным примесям (асбестовой, асфальтовой, грунтовой пыли и т. д.).
Снижение негативного влияния загрязненного воздуха
Правила безопасного поведения при неблагоприятной экологической обстановке, сложившейся в наших населенных пунктах, на сегодняшний день рекомендуют, прежде всего, дышать носом. Дело в том, что слизистая оболочка этого дыхательного органа покрыта большим количеством ресничек, которые, подобно щетке, вбирают в себя большую часть вредной пыли, не пуская ее в легкие. Кроме того, в повседневной жизни нужно избегать тех мест, где воздух особенно загрязнен. Так, не следует заниматься оздоровительным бегом на городских улицах и ходить пешком возле автомобильных магистралей, отличающихся интенсивным движением транспортных средств. Особенно это актуально в тех случаях, когда со стороны трассы дует ветер. Каким должно быть безопасное поведение при неблагоприятной экологической обстановке, если маршрут поменять просто невозможно? В таком случае следует делать поверхностные и неглубокие вдохи.
Правила безопасного поведения при неблагоприятной экологической обстановке в условиях загрязненного воздуха должны знать не только жители городов. Нужны они и сельскому населению. В дни, когда проводится агрохимическая обработка полей, им не нужно лишний раз выходить на улицу. Двери и окна домов в такой период должны быть обязательно закрыты.
Безопасность при неблагоприятной экологической обстановке следует соблюдать и в быту. Так, для ремонта лучше всего купить краску, в составе которой нет свинца. А в качестве чистящего средства целесообразней всего применять кальцинированную соду, буру или традиционное хозяйственное мыло.
Также стоит избегать покупки мебели, если она изготовлена из прессованных плит (ДСП). Ведь в этом материале находятся вредные для здоровья формальдегиды. Каковы правила безопасности при неблагоприятной экологической обстановке, если подобные плиты уже смонтированы в качестве стеновых панелей, настила полов и т. д.? Такие поверхности следует покрыть герметиком (естественным уплотнителем). Это позволит значительно снизить вредное воздействие формальдегида.
Какие можно будет применить еще меры безопасности? При неблагоприятной экологической обстановке в помещении его следует почаще проветривать. Только имейте в виду, что если недалеко от вашего дома располагается промышленная зона, то, открывая форточку, следует учитывать направление дующего ветра. Если воздушные потоки идут от территорий загрязняющих атмосферу объектов, то от проветривания лучше пока воздержаться. Также рекомендуется иметь в доме большое количество комнатных растений.
Воздействие шума
Австрийскими специалистами было установлено, что население небольших городов, отличающихся своей тишиной, живет на 10-12 лет дольше, чем люди в мегаполисе. На этом сказывается отсутствие такого негативного фактора, как шум. Его показатель имеет предельное значение, установленное закрепленными законодательством санитарными нормами. Так, днем в жилой зоне шум не должен превышать 60 дБ. В ночные часы этот показатель снижается до 40 дБ. Самое высокое значение шума, которое не может вызвать негативных последствий для человека, – 100 дБ. Но на оживленных городских улицах этот показатель значительно больше. Он нередко достигает значения 120-125 дБ. Причем эта проблема также вызывает беспокойство у экологов. Ведь уровень шума в крупных российских городах только за последние десять лет вырос почти в пятнадцать раз. Он складывается из гула самолетов и грохота строительной техники, стука колес на железной дороге и т. д.
Шум оказывает негативное влияние на здоровье человека. При этом он вредит не только слуху, но и повышает кровяное давление, вызывает патологии сердца и сосудов, тормозит умственную деятельность, а также является причиной раздражительности и преждевременного утомления.
Снижение негативного влияния шума
Каковы же правила поведения при неблагоприятной экологической обстановке, когда человека окружают раздражающие громкие звуки? На производствах для устранения шума рабочим выдаются специальные наушники. Они поглощают звук и позволяют сохранить высокую производительность человека в течение длительного периода.
Каким должно быть в таком случае поведение при неблагоприятной экологической обстановке в быту? Если источник громких звуков располагается в соседней квартире, то стены и потолок в своих комнатах желательно отделать каким-либо шумопоглощающим материалом. Это может быть и обычный пенопласт.
Если ваш дом стоит на оживленной улице, то не стоит открывать в комнате окна в часы пик. Также не следует проводить много времени перед экраном телевизора и включать на всю мощность радиоаппаратуру
3.2 Загрязнение гидросферы
Наиболее опасными загрязнителями гидросферы с точки зрения их воздействия на природные экосистемы являются углеводороды (сырая нефть, нефтепродукты), токсичные металлы, хлорированные углеводороды (в первую очередь пестициды), радиоактивные вещества. Из других загрязнителей гидросферы необходимо упомянуть детергенты (моющие средства) и фенолы.
Загрязнение природных вод нефтью и нефтепродуктами. К числу наиболее распространенных и вредных загрязняющих веществ относятся нефть, ежегодное поступление которой в моря и океаны, по данным ООН, достигает 6…7 млн. т. Ожидается дальнейший рост загрязнений нефтью из-за постоянного увеличения объема ее добычи, особенно на континентальном шельфе.
Сырая нефть – это смесь химических веществ, содержащая 200-300 компонентов. Нефть на 50-98% состоит из углеводородов, содержит до 4% серы, до 1% азота и кислорода. Углеводороды нефтей (нефтепродукты) делятся на три группы: алканы (25%); циклоалканы (нафтены) (30-60%); ароматические и полиароматические (ПАУ) (до 5%). Наиболее токсичной частью являются ПАУ. В биосфере содержится несколько десятков ПАУ (всего эта группа содержит более 200 соединений). Наиболее распространен и токсичен 3,4-бенз(а)пирен (БП) (кроме него антрацен, пирен, хризен и др.). Фоновый уровень ПАУ - 1нг/л, в Балтийском море - 100 нг/л. Особенно высок уровень содержания ПАУ в донных отложениях.
Основные источники нефтяных загрязнений морской среды: транспортные перевозки; вынос реками; промышленные и городские отходы, отходы нефтеперерабатывающих заводов. Существуют и природные источники нефтяных загрязнений. Одним из основных антропогенных источников является морской транспорт, прежде всего танкерный. В мире задействован гигантский танкерный флот общей вместимостью более 120 млн. брутто-регистровых тонн – это свыше трети вместимости всех морских транспортных средств. Сейчас плавают 230 судов грузоподъемностью от 200 до 700 тыс. т каждое. Это представляет колоссальную потенциальную опасность для вод Мирового океана. По известным данным, из-за аварий на танкерах в моря и океаны поступает примерно 5% всей перевозимой нефти. Подсчитано, что если 200 тыс. т нефти попадет в Балтийское море, то оно будет превращено в биологическую пустыню.
Огромное количество нефти попадает в море в результате сброса с судов промывочных, балластных и льяльных (трюмных) вод, а также потерь при погрузке и разгрузке танкеров. По этим причинам в морях и океанах ежегодно оказывается около 3 млн. т нефти. При этом в основном загрязняются территории портов, припортовые акватории, прибрежные районы и районы интенсивного судоходства.
В начале третьего тысячелетия подводные скважины будут давать 50% добываемой в мире нефти. При морской нефтедобыче возможно загрязнение морской среды вследствие аварий, а также мелких утечек нефти (оцениваемых в 0,1 млн. т ежегодно). Очевидно, что этот источник представляет огромную потенциальную опасность, и его роль в формировании нефтяных загрязнений морей и океанов со временем будет увеличиваться.
Источником нефтяных загрязнений вод являются береговая промышленность, и в первую очередь нефтеперерабатывающие заводы. Хотя сточные воды промышленных предприятий очищаются, полной очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достичь не удается.
Большое количество нефтепродуктов попадает в океанические бассейны из атмосферы. Например, двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены различные транспортные средства, выбрасывают в воздух в год более 50 млн. т различных углеводородов.
Как отмечалось выше кроме техногенных источников, имеются и природные. Естественные выходы нефти образуются в местах ее просачивания из нефтеносных слоев через земную кору. Такие выходы известны у берегов Южной Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах, Карибском море. Скорость поступления нефти из естественных выходов обычно невелика, поэтому таким путем в моря и океаны попадает сравнительно небольшое количество нефтяных углеводородов, а основную массу загрязнений Мирового океана (более 90%) поставляют источники антропогенного происхождения.
Поля нефтяных загрязнений, формирующие локальные зоны, остаются устойчивыми во времени, поэтому в их распространении огромную роль играют океанические циркуляции. Именно они переносят нефтяные загрязнения в наиболее чистые районы Мирового океана, в том числе и в Северный Ледовитый океан.
Поступившие в воду нефтепродукты деградируют в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности некоторых морских организмов и высших растений. Однако «процесс» естественной нейтрализации нефтепродуктов достаточно длителен и может занимать от одного до нескольких месяцев.
Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. Наибольшую опасность по своим последствиям представляют нефтяные пленки, образующиеся на водной поверхности и уменьшающие теплопроводность и теплоемкость верхнего водного слоя. Наличие нефтяной пленки сильно сказывается на процессе испарения. Так, на спокойной воде из-за тонкого слоя нефти испарение уменьшается в 1,5 раза, а при скорости ветра до 6…8 м/с – на 60%, так как пленки служат барьером для молекул воды и снижают аэродинамическую шероховатость водной поверхности. Экспериментально установлено, что за 1 ч с поверхности океана в одну квадратную милю при наличии нефтяной пленки испаряется 45 т воды, в то время как при отсутствии пленки – 97 т. Замедление процесса испарения приводит к тому, что воздушные массы, движущиеся над океаном, слабее насыщаются водяным паром.
В естественных условиях через границу раздела атмосфера – водная поверхность непрерывно происходит обмен кислородом и углекислым газом, интенсивность которого при наличии нефтяной пленки сильно уменьшается. При определенных условиях нефтяные пленки понижают температуру поверхностного слоя воды (не ниже +4С), что приводит к повышению ее плотности и в результате верхний слой воды погружается в глубину, занося туда нефтяное загрязнение. В мелководных бассейнах поверхностные загрязненные слои могут опускаться на дно и образовывать придонные воды, содержащие значительное количество нефти. Особенно вероятно образование таких загрязненных придонных слоев в период осеннего охлаждения вод.
Таким образом, нефтяные пленки являются тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидрологических и гидрохимических процессов в поверхностных слоях воды морей и океанов.
Нефтяные загрязнения воздействуют и на живые организмы за счет экранирования солнечного излучения и замедления обновления кислорода в воде. В результате перестает размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей. Толстые нефтяные пленки нередко становятся причиной гибели морских птиц. Нефть отрицательно влияет на физиологические процессы, протекающие в живых организмах, вызывают патологические изменения в тканях и органах, нарушает работу ферментативного аппарата, нервной системы.
Особенно опасно загрязнение высокоширотных вод, где из-за низкой температуры нефтепродукты практически не разлагаются и как бы «консервируются» льдами, поэтому нефтяное загрязнение может нанести серьезный ущерб окружающей среде Арктики и Антарктики.
Загрязнение природных вод тяжелыми металлами. В условиях активной антропогенной деятельности загрязнение океанических вод тяжелыми металлами стало особо острой проблемой. Группа тяжелых металлов плотностью выше 4,5 г/см3 объединяет более 30 элементов периодической системы. К наиболее токсичным металлам относят в первую очередь Pb(свинец), Hg(ртуть), Cd (кадмий), As(мышьяк), Zn (цинк), Se(селен), а также, Fe, Al, Сu, Mn, Ni, Co, Sn, Ti, Bi, Mo, V, Ag, Cr, Те. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание тяжелых металлов и их соединений в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.
Основными источниками загрязнения природных вод тяжелыми металлами являются:
-атмосферные осадки, в основном дожди (в атмосферу тяжелые металлы попадают в результате сжигания топлив и извержения вулканов; содержание токсичных элементов атмосферного происхождения может достигать 25-100%);
-водный транспорт (корпуса судов покрывают красками, в состав которых входят Hg, As, Cu, Cr, Pb, Zn, Cd для предотвращения обрастания корпусов водорослями и морскими организмами);
-вымывание из почв, в которые тяжелые металлы (ТМ) попадают из удобрений и пестицидов (неорганические удобрения содержат ТМ в виде примесей).
Большой процент ТМ содержится в иле, который является одним из основных органических удобрений. Пестициды также содержат ТМ, которые часто используют в качестве катализаторов процессов их синтеза.
В Мировой океан в год поступает до 2 млн. т свинца, до 20 тыс. т кадмия и до 10 тыс. т ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу. Попав в морскую воду, тяжелые металлы концентрируются главным образом в поверхностной пленке, в придонном осадке и в биоте, тогда как в самой воде они остаются лишь в сравнительно небольших концентрациях. Здесь особо значима поверхностная пленка, которая обычно простирается на глубину 50…500 мкм. Именно в данной области протекают все равновесные процессы массообмена между водой и атмосферой.
Активность накопления различных веществ в живых организмах из окружающей среды выражается соответствующими коэффициентами. Так, отношение содержания вещества в тканях гидробионтов (обитателей водной среды) к концентрации его в воде называется коэффициентом накопления. Например, в дафниях коэффициент накопления метилртути – 4 тыс., в планктоне коэффициент накопления свинца 12 тыс., кобальта – 16 тыс., а меди – 90 тыс. Исследователи говорят, что для любого химического элемента найдется по крайней мере один вид планктона, способный его концентрировать.
Большие количества тяжелых металлов сосредоточиваются в донных осадках. Это подтверждается тем, что концентрация металлов в осадке может быть на несколько порядков выше, чем в воде.
Загрязнение природных вод пестицидами и другими химическими соединениями. Пестициды - это класс синтезированных органических веществ, обладающий токсичными свойствами и подразделяющийся в соответствии с их назначением на группы:
- инсектициды - для уничтожения насекомых;
- гербициды - против сорняков;
- фунгициды - против грибков;
- специфические - против крыс, улиток и т.д.
Количество инсектицидов значительно превышает количество гербицидов.
Исходя из химического состава пестицидов, можно выделить 3 большие группы:
Растворимость и устойчивость пестицидов в воде различны. Несмотря на большой вынос пестицидов в гидросферу, их концентрация сравнительно мала:~10-7 % в пресных и~10-9 % в океанских водах. Однако даже такие малые концентрации опасны для жизнедеятельности живых организмов.
Наиболее распространенными среди хлорорганических пестицидов являются:
- ароматические: ДДТ и его метаболиты - ДДД и ДДЕ;
- алифатические и алициклические - линдан или гексахлорциклогексан, гексахлоран;
- хлорированные продукты диенового синтеза.
Все эти соединения относятся к инсектицидам; достаточно устойчивы к разложению, а, следовательно, накапливаются в среде и организмах (особенно в моллюсках, обнаруживаются у дельфинов). К хлорированным углеводородам относят также очень важный класс соединений - полихлорбифенилы (ПХБ). Получают их хлорированием бифенилов.
Анализ хлорсодержащих соединений показал, что все они содержат в качестве примесей тысячные доли диоксинов, т.е. последние образуются как побочные продукты большинства химических производств. Эти различные производные ароматических хлорированных эфиров являются супертоксикантами. ПХБ и диоксины подавляют иммунную систему.
Фосфорорганические пестициды (ФОП) - сложные эфиры фосфорной, тиофосфорной и дитиофосфорной кислот, относятся к инсектицидам. Их достоинством является малая химическая устойчивость.
Азотсодержащие пестициды на основе карбаматов (сложных эфиров карбаминовой кислоты) относятся к гербицидам.
Детергенты. Это моющие средства, основными компонентами которых являются поверхностно-активные вещества (ПАВ), (добавки - ферменты, отбеливатели, душистые вещества, ингибиторы коррозии и т.д.).
В слабозагрязненных водах концентрация ПАВ колеблется от тысячных до сотых долей мг/л. Концентрируются ПАВ в поверхностной пленке, образуя монослой. ПАВ не относятся к высокотоксичным веществам, их ПДК ~ 0.5-2 мг/л. При этом они чрезвычайно распространены из-за широкого использования в быту и промышленности. Они могут усиливать неблагоприятное влияние других загрязняющих веществ, которые являются токсикантами: повышать их растворимость в воде, образовывать устойчивые эмульсии, например; нефтепродуктов.
Фенолы. Соединения этого класса принято делить на:
- летучие с паром (фенол, крезолы, ксиленолы и т.д.;
- нелетучие (многоатомные, такие как резорцин, пирогаллол и т.д.). Источники фенолов могут иметь природное происхождение - метаболизм водных организмов, деградация органического вещества, и антропогенное, например, антисептики. Содержание фенолов в водах обычно не превышает 20 мкг/л.
Многочисленные упомянутые выше источники загрязнения Мирового океана зачастую удобнее группировать по «средовому» принципу, при котором источники разделяют на три большие группы:
морские – суда различного назначения (в т.ч. военные корабли) и другие установки и устройства, эксплуатируемые в морской среде; трубопроводы, установки и устройства, используемые при разведке и разработке природных ресурсов морского дна и его недр;
наземные – реки и другие сообщающиеся с морями водные системы, куда загрязняющие вещества попадают в результате сбросов сточных и нагретых вод промышленными предприятиями, либо с грунтовыми водами, загрязнёнными от захоронений особо вредных веществ (в т.ч. радиоактивных отходов), а также различные береговые объекты, осуществляющие сбросы в море;
атмосферные – различные промышленные предприятия, транспортные средства и другие объекты, производящие выбросы в атмосферу вредных газообразных отходов, большое количество которых из атмосферы попадает в океанические бассейны.
Установлено, что естественные возможности нейтрализации загрязнений в океане сегодня практически исчерпаны. Общая оценка состояния океана более тревожная, чем оценка состояния атмосферы. Для поддержания экологического баланса морских пространств нашей планеты очень важно международное сотрудничество, в т. ч. для выработки норм современного международного права. Природная среда едина и неделима, изменения ее состояния нельзя ограничить каким-либо определенным пространством. Ни одно государство, каким бы экономическим и научно-техническим потенциалом оно ни обладало, не может решить все проблемы, связанные с сохранением и улучшением состояния окружающей среды. Международная специализация и координирование в науке и технике могут ускорить создание малоотходных технологических процессов и эффективных противозагрязняющих устройств.
Читайте также: