Загрязнение окружающей среды
Содержание
1. Биосфера - глобальная экосистема.
2. Понятие загрязнения окружающей среды, классификация.
3. Химическое загрязнение.
а) Тяжёлые металлы в природных средах.
б) Пестициды в природных средах.
в) Нефтяная плёнка на поверхности Мирового океана и последствия попадания нефтяных углеводородов на почву.
г) Смог и фотохимический туман.
4. Биологическое загрязнение.
5. Физическое загрязнение.
а) Электромагнитное загрязнение.
б) Шумовое загрязнение.
в) Радиоактивное загрязнение.
6. Проблемы урбанизации.
7. Экология и здоровье человека.
8. Охрана окружающей среды.
1. Биосфера - глобальная экосистема
В современных научных представлениях о существовании и функциях живого на планете центральное место принадлежит учению о биосфере. Биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими. Биосфера - глобальная экосистема. Она не образует сплошного слоя с четкими границами, а как бы "пропитывает" другие геосферы планеты, охватывая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы. Биосфера состоит из живого "вещества", атмосферы, гидросферы, литосферы.
Живое вещество представлено всеми живыми обитателями планеты.
Атмосфера - газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Земля, получая космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Атмосферу делят на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Обширная часть разреженной верхней атмосферы состоит преимущественно из ионов. Эта область обозначается как ионосфера. Большая часть массы атмосферы имеет относительно однородный азотно-кислородный состав. В тропосфере во взвешенном состоянии присутствуют также, твердые и жидкие частицы, которые, как правило, называют аэрозолями. Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ.
Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон (О3). Его образование и разложение связаны с поглощением ультрафиолетовой радиации Солнца, которая губительна для живых организмов.
Гидросфера - совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как особая водная оболочка Земли здесь рассматриваются лишь воды, находящиеся на поверхности планеты, - материковые и океанические.
Вследствие высокой подвижности воды проникают повсеместно в различные природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледниковых панцирей покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе многие вещества, в связи с этим воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов разной степени концентрации. Гидросфера находится в тесной связи с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента.
Большая часть массы природных вод (94%) - это воды Мирового океана, представляющего собой уникальную систему. Здесь происходит процесс обмена и трансформации энергии и вещества нашей планеты. Различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана.
Литосфера - верхняя твердая оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества, включает земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы - 50-100 км, в т. ч. земной коры - до 75 км на континентах и 10 км под дном океана.
Химический состав земной коры в основном представлен восемью элементами (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий). Земная кора сложена горными породами различного типа и происхождения. Континентальная часть земной коры в течение длительной геологической истории находилась в ту или другую эпоху в области биосферы. Это наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных горных пород и сосредоточенных в них месторождений полезных ископаемых в виде нефти, угля, горючих сланцев, кремнистых и карбонатных пород, связанных в прошлом с деятельностью организмов. Поэтому континентальная земная кора имела и имеет прямое и косвенное отношение к биосфере.
2. Понятие загрязнения окружающей среды, классификация
Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия на биосферу является загрязнение. Большинство острейших экологических ситуаций в мире и в России, так или иначе, связано с загрязнением окружающей природной среды (Чернобыль, кислотные дожди, опасные отходы и т. д.)
Загрязнение - это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных или биологических агентов либо превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) концентраций перечисленных агентов в среде, нередко приводящее к негативным последствиям.
В наиболее общем виде загрязнение - это все то, что находится не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводы ее системы из состояния равновесия.
Необходимо понять, что с экологических позиций те или иные компоненты вносятся не просто в воздух, в воду или почву - объектом загрязнения всегда является биогеоценоз (экосистема).
Под влиянием урбанизации в большей степени загрязнены территории крупных городов. Природными загрязнениями могут быть пыльные бури, селевые потоки, лесные пожары, вулканический пепел и т. д.
По объектам загрязнения различают:
- загрязнение поверхностных и подземных вод;
- загрязнение атмосферного воздуха;
- загрязнение почв и т. д.
Согласно определению Н. Реймерса, по своей природе загрязнения бывают:
- химические;
- физические;
- биологические;
- информационные.
3.Химическое загрязнение
Химическое загрязнение - изменение естественных химических свойств среды, превышающее средние многолетние колебания количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода.
Каждое химическое вещество обладает свойством стабильности. Но под влиянием различных факторов (температуры, рН, растворенного кислорода, инсоляции, почвенной биоты, микрофлоры и др.) вещество способно трансформироваться - изменять свою химическую структуру, физико-химические свойства, биологическую активность. Трансформация вещества приводит, как правило, к снижению исходной концентрации, образуя менее опасные и токсичные продукты и таким образом влияя на процессы самоочищения сред.
Самоочищение - это естественное разрушение загрязнителя в среде в результате природных физических, химических и биологических процессов.
Однако в ряде случаев трансформация, а также взаимодействие загрязнителей приводят к образованию вторичных продуктов, обладающих свойствами, более опасными для природных сред и здоровья человека.
Подвижность и распределение примесей в окружающей среде
определяются:
- миграцией химических веществ между природными средами
(воздухом, водой, почвой), например переносом загрязнения в атмосфере, его осаждением с атмосферными осадками на водную поверхность или потреблением и накоплением в живых организмах;
- переносом веществ в средах, например миграцией вещества по почвенному профилю.
Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и число их по мере развития технологических процессов постоянно растет. В настоящее время известно 7-8,6 млн. химических веществ и соединений, из которых 600 тыс. находит применение в деятельности человека: промышленные яды (органические растворители, красители и др.), ядохимикаты, препараты бытовой химии, лекарства, пищевые добавки, отравляющие вещества и т. д. Из всего разнообразия химических загрязнений или поллютантов, поступающих в природные среды, можно выделить ряд наиболее значимых - "приоритетных". Это химические вещества, которые выделяются:
- своей токсичностью;
- интенсивным потоком (объемом) поступления в природные среды;
- стойкостью в экосистемах.
Ученые отдают приоритет следующим поллютантам:
- диоксиду серы (с учетом эффектов вымывания из атмосферы и попадания, образующихся серной кислоты и сульфатов в почву, водоемы, на растительность);
- оксиду углерода и оксидам азота;
- тяжелым металлам: в первую очередь свинцу, кадмию и особенно ртути с учетом цепочек ее миграции и превращения в высокотоксичную метилртуть;
- некоторым канцерогенным веществам;
- диоксидам;
- пестицидам, в первую очередь хлорорганическим;
- ароматическим углеводородам, включая фенолы;
- радионуклидам;
- отравляющим веществам всех видов и категорий;
- нефти и нефтепродуктам.
По степени опасности вредные вещества делят на четыре класса:
- первый - чрезвычайно опасные вещества с ПДК менее 0,1 мг/м3;
- второй - высоко опасные вещества с ПДК 0,1 - 1 мг/м3;
- третий - умеренно опасные вещества с ПДК 1 - 10 мг/м3;
- четвертый - мало опасные вещества с ПДК более 10 мг/м3.
Различные химические вещества обладают токсичными свойствами, вызывающими нарушение физиологических функций организма, что, в свою очередь, приводит к интоксикациям, отравлениям, гибели. Степень токсичности веществ характеризуют величиной токсической дозы, т. е. количеством вещества, отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека, вызывающим определенный токсический эффект. Различают средне-смертельные (ЛД 50), абсолютно смертельные (ЛД 100), минимально смертельные (ЛД 0-10) и другие дозы. Цифры в индексе отражают вероятность (%) смерти в группе ' подопытных животных. Более определенную в количественном отношении характеристику токсичности дает ЛД 50
Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность данного вещества.
По токсичным свойствам вещества делят:
- на тератогенные - воздействующие на организм человека в стадии внутриутробного развития, приводящие к ненаследуемому уродству;
- мутагенные - вызывающие возникновение мутаций, т. е. изменение структуры молекул ДНК;
- канцерогенные - приводящие к образованию злокачественных опухолей.
Почти все мутагены являются также канцерогенами, и наоборот.
а) Тяжёлые металлы в природных средах.
В небольших количествах некоторые металлы (медь, цинк, железо, марганец, молибден и др.) необходимы для жизнедеятельности организма. Однако увеличение их содержания выше нормы вызывает токсический эффект и представляет угрозу для здоровья. Кроме того, существует около 20 металлов, не являющихся необходимыми для функционирования организма. Миграция рассеянных металлов в биосфере - не простое механическое перемещение: часть их выносится с суши речными водами, а часть захватывается в биологический круговорот, в процессе которого в одних условиях металлы относительно накапливаются, в других - сильнее рассеиваются.
Так называемые тяжелые металлы - свинец, медь, никель, ртуть, кобальт и др., находясь в состоянии рассеяния, обладают способностью постепенно концентрироваться в пищевых цепях.
Международная группа ученых, занимающихся изучением состояния окружающей среды, включила в список особо опасных загрязнителей три металла, находящихся в состоянии рассеяния: свинец, кадмий и ртуть. Рассмотрим подробнее геохимию этих металлов в окружающей среде.
Свинец - один из первых металлов, который человек научился добывать и использовать. В настоящее время ежегодно добывается около 3 млн. т свинца. Это много, если учесть, что его кларк составляет всего 0,001%.
В ничтожном количестве свинец необходим для живых организмов. Содержание его в растениях обычно незначительно. Верхний порог концентрации свинца для растений пока не установлен. Некоторые растения, например мхи и лиственница, поглощают относительно большее его количество, а береза, ива, осина - значительно меньшее.
Техногенное рассеяние металла происходило интенсивно, и было обусловлено открытием, которое преследовало цель улучшить использование бензина как топлива.
Бесчисленные двигатели внутреннего сгорания на суше, на воде и в воздухе начали работу по насыщению биосферы рассеянным свинцом. При сгорании 1 л этилированного бензина выделяется от 200 до 500 мг свинца. Имеющиеся во всем мире автомобили могут поставлять в биосферу более 2 млн. т рассеянного свинца ежегодно. Этот высокоактивный, находящийся в состоянии рассеяния, а значит, легкоподвижный свинец обогащает почву вдоль дорог. Из почвы и частично непосредственно из воздуха он попадает в растения.
Рассеиваемый вдоль автострад свинец включается в биологический круговорот. Скот получает его, поедая траву; человек - с овощами, плодами, молоком и, конечно, через вдыхаемый воздух. Свинец рассеивается не только двигателями внутреннего сгорания, но и в результате сжигания каменного угля, при добыче и обогащении руд. Он выбрасывается в атмосферу также с металлургической пылью, уходит с промышленными водами. Происходит его глобальное распространение. За последние 10 лет его содержание в океанической воде Северного полушария возросло в 3 раза и еще больше - в воде прибрежных морей и заливов. В ледяном панцире, покрывающем Гренландию, ученые проследили резкое возрастание количества свинца в годовых слоях льда.
В медицине известны случаи свинцовых отравлений, которые происходят на металлургических предприятиях.
Свинцовое отравление вызывает заболевания организма, сопровождающиеся поражением центральной и вегетативной нервной систем, нарушением обмена веществ. Кроме того, бывает медленное, незаметное отравление организма, результаты которого имеют генетические последствия.
Признаки свинцового отравления - анемия, постоянные головные боли, мышечная боль.
Деревья также подвержены свинцовому отравлению: при высоком содержании свинца в воздухе может наступить летний листопад. Но, концентрируя свинец, они тем самым очищают воздух. В течение вегетационного периода одно дерево обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130 л бензина.
Содержание кадмия в земной коре оценивается величиной 0,000013%. Природных химических соединений кадмия всего пять, причем встречаются они очень редко. Это типичный рассеянный металл, который извлекают из цинковых руд. Годовая добыча его невелика - 13 тыс. т во всем мире.
Одновременно с производством происходит довольно значительное его рассеяние: при добыче и обогащении руд, при сжигании каменного угля. Кадмий рассеивается человеком вместе с минеральными удобрениями (входит в состав суперфосфата) и фунгицидами (противогрибковыми препаратами). Он - спутник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк. Кадмий добавляется в изделия из пластмассы для прочности, а также в составе красителей. При сжигании мусора, содержащего такие изделия, кадмий попадает в атмосферу.
Его почти невозможно изъять из природной среды, поэтому он все больше накапливается в ней и попадает в пищевые цепи животных и человека.
В небольших количествах кадмий даже необходим организму (регулирует содержание сахара в крови), но опасный порог легко может быть достигнут и преодолен. Он способен повышать; кровяное давление, поражает почки, размягчает кости. Обладает также канцерогенными свойствами.
Ртути в земной коре содержится еще меньше кадмия - в количестве 0,0000045%, при этом она образует 16 природных химических соединений.
В чистой речной воде содержится ничтожное количество ртути 0,1 мкг в литре, а в золе растений - менее одной миллионной процента.
Годовая добыча металла составляет около 9 тыс. т. Примерно! половина этого количества ежегодно рассеивается: при переработке руд цветных и редких металлов, в результате сжигания каменного угля. При этом в золе остается 10% ртути, остальное переходит в парообразное состояние. Электростанция мощностью 700 МВт, работающая на угле, каждый день выбрасывает через дымовые трубы 2,5 кг ртути. Другой источник техногенной атмосферной ртути - цементное производство. Обжигание известняка и глинистых сланцев происходит при весьма высокой температуре - до 1500°С. Этого достаточно, чтобы ртуть, рассеянная в осадочных породах, перешла в атмосферу. Ртутные пары выделяются в воздух также при переработке полиметаллических руд - при производстве 5 свинца, цинка, меди. В атмосфере ртуть адсорбируется частицами пыли, при этом ее отношение к весу пыли часто бывает 1:1. Кроме того, в атмосферу ртуть постоянно поступает с вулканическими газами при извержениях и с горячими источниками. Достаточно большое количество ртути попадает в воздух самым прозаическим образом - при разбивании стеклянных медицинских термометров. Любители статистики подсчитали, что в США ежегодно выделяется в окружающую среду из разбитых, термометров 60 т ртути.
б) Пестициды в природных средах.
Отравляющими нашу природную среду являются не только известные вредные вещества, но и приносящие, казалось 5Ы5 явную пользу в сельском хозяйстве - синтетические яды или пестициды.
Многочисленные синтетические яды для борьбы с вредными с точки зрения человека организмами - пестициды (биоциды)
включают вещества различного назначения:
- инсектициды - для уничтожения насекомых;
- фунгициды - средства против грибков;
- гербициды - угнетатели сорняков и др.
Пестициды первого поколения производились на базе:
- опасных для насекомых ядов, найденных в растениях (кофеин, никотин, чесночное масло и др.);
- устойчивых неорганических соединений, полученных токсичных металлов (мышьяк, свинец, ртуть).
С 1945 г. химики разработал и множество синтетических органических химических веществ. Ежегодно в мире производится около 2,5 млн. т пестицидов - в среднем по 0,45 кг на одного жителя Земли. В США производится около 50000 видов пестицидов: 85% приходится на долю гербицидов, 10% - инсектицидов, 5% фунгицидов; огромная доля этих веществ применяется при выращивании кукурузы, хлопка, пшеницы, сои.
Существует несколько типов инсектицидов.
Хлорорганические инсектициды - гексахлоран, ДДТ и т.д. - обычно слаборастворимы в воде, но хорошо растворимы в растительных и животных жирах; очень устойчивы ко всем видам разложения и могут сохраняться в почве десятилетиями, аккумулируясь при систематическом применении.
Фосфорорганические инсектициды - карбофос, фосфамид, метафос, амифос и др. - в почве и других природных средах распадаются сравнительно быстро. При этом они отличаются высокой эффективностью и избирательностью действия и их применение весьма перспективно.
Карбаматные инсектициды представляют собой сложные эфиры карбаминовой кислоты. Отличаясь высокой токсичностью для отдельных видов насекомых, эти препараты почти полностью безвредны для теплокровных позвоночных и человека.
Попадание пестицидов в атмосферу осуществляется непосредственно при их использовании в виде газов, паров, аэрозолей или при распылении любых форм пестицидов с самолета. С воздушными массами они могут переноситься на большие расстояния и вызывать загрязнение окружающей среды там, где вообще не применялись или использовались в меньших количествах.
Пестициды поступают в биосферу также с протравленными семенами, отмирающими частями растений, трупами насекомых; мигрируют в почве, водах. Так, остаточные количества пестицидов обнаруживают на глубине 200 см и более.
Влияние пестицидов на живые организмы велико. Даже низкие концентрации ядохимикатов в природных водах ухудшают органолептические свойства воды. Накопление пестицидов в трофической цепи чрезвычайно опасно: планктон и мальки, селективно поглощающие токсиканты, сами служат пищей более крупным организмам, обитающим в водоеме. Если процесс концентрирования хлорорганических углеводородов повторяется на нескольких звеньях пищевой цепи, то в конце их концентрация токсикантов может оказаться очень высокой.
В результате аккумуляции пестицидов уменьшается численность популяций некоторых видов рыб: отравление токсикантами снижает их сопротивляемость болезням, вызывает потерю теплового равновесия со средой и ухудшает способность к воспроизведению потомства.
Отмечены сотни случаев массовой гибели птиц и насекомых, а также почвенных микроорганизмов в местах интенсивного применения пестицидов.
В идеальном случае пестицид, оказав требуемое действие на вредителя, должен был бы разрушиться, образовав безвредные продукты разложения. Однако большинство пестицидов представляет собой устойчивые трудноразлагаемые соединения, в которых непосредственно используется 4-5% внесенного количества, а остальная масса рассеивается в агроэкосистеме, попадая в почвы, растения и другие компоненты окружающей среды. Под устойчивостью пестицида понимают его способность сохраняться в почвах определенное время, измеряемое периодом полураспада, т. е. временем, необходимым для разрушения 50% внесенного в почву пестицида.
Полвека применения пестицидов принесли человечеству и победы, и поражения. Подводя итог результатам многолетнего применения пестицидов, специалисты и ученые разных стран едины в том, что "мероприятия по расширению применения ядохимикатов были самыми дорогими, самыми вредными и наименее эффективными из всего того, что можно представить". Практически полностью проиграна химическая война с вредителями сельского хозяйства: обусловленные ими потери урожая даже возросли, хотя затрачены многие миллиарды на производство и применение пестицидов. Насекомые приспосабливаются, повышают устойчивость и агрессивность быстрее, чем разрабатываются новые эффективные лишь на какое-то время препараты или выводятся новые устойчивые сорта растений. Наряду с этим мы все чаще сталкиваемся с угрожающими проявлениями побочного действия пестицидов: по имеющимся данным, отравление пестицидами каждый год поражает более 2 млн. человек и уносит до 50 тыс. жизней. Между тем контроль остаточных количеств пестицидов производится у нас только для 5% сельскохозяйственной продукции и проб питьевой воды. При этом контролируется содержание только 20-30 из четырехсот разрешенных к применению препаратов.
в) Нефтяная плёнка на поверхности Мирового океана и последствия попадания нефтяных углеводородов на почву.
Нефть представляет собой смесь различных веществ, из которых 50-88% (в зависимости от происхождения) приходится на углеводороды, а остальная часть - на соединения, содержащие, помимо углерода и водорода, кислород, азот, серу. В составе нефти обнаруживается свыше 1000 индивидуальных органических веществ, каждое из этих соединений может рассматриваться как самостоятельный токсикант.
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. Большие массы нефти поступают в моря по рекам с бытовыми и ливневыми стоками.
Если учесть, что в Мировой океан и поверхностные воды суши ежегодно привносится 15-17 млн. т нефти и нефтепродуктов, а 1 т нефти покрывает тонкой пленкой акваторию в среднем площадью 12 км», то потенциально 150-180 млн. км поверхности Мирового океана каждый год покрывается нефтяной пленкой. Эта оценка условна, т. к. не учитывает скорости разложения отдельных компонентов нефти, ее способности коагулировать, сбиваясь комками но, тем не менее, многими исследователями отмечено, что нефтяные пятна на поверхности океанических вод между Европой и Северной Америкой уже смыкаются.
Попадание нефтяных углеводородов в почву также вызывает негативные последствия. В районах нефтедобычи и нефтепереработки наблюдается интенсивная трансформация морфологических и физико-химических свойств почв. Глубина их изменения зависит от продолжительности загрязнения, состава и концентрации компонентов нефти, ландшафтно-геохимических особенностей территории и проявляется в смещении реакции почвенного раствора в щелочную сторону, повышении общего содержания углерода в почве в 2-10 раз, а количества углеводородов в 10-100 раз. Существенно меняются морфологические свойства почв.
г) Смог и фотохимический туман.
Ядовитая смесь дыма, тумана, пыли называется смогом. Различают два типа смога:
- зимний смог (лондонского типа);
- летний смог (лос-анджелесского типа).
Лондонский смог (смесь дыма и тумана) в 1952 г. за 3-4 дня погубил более 4 тыс. человек. Сам по себе туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, когда чрезвычайно загрязнен токсическими примесями.
Английские специалисты определили, что смог содержал несколько сотен тонн дыма и сернистого ангидрида. В Лондоне в эти дни было обнаружено, что смертность увеличивается прямо пропорционально концентрации в воздухе дыма и сернистого газа.
Ученые считают, что ежегодно тысячи смертных случаев в городах всего мира связаны с загрязнением воздуха. Смог наблюдается лишь в осенне-зимнее время (с октября по февраль). В настоящее время это метеорологическое явление называют смогом лондонского типа, главным действующим компонентом которого является сернистый газ в сочетании с аэрозолем серной кислоты. При вдыхании этой смеси сернистый газ достигает легочных альвеол (ткани легких) и вредно на них действует.
В смоге лондонского типа практически не образуется каких-либо новых веществ, а его токсичность целиком зависит от исходных загрязнителей, и возникает он в результате сжигания больших количеств топлива.
Однако в 30-х гг. над Лос-Анджелесом стал появляться смог и в теплое время года, как правило, летом и ранней осенью, в жаркие дни. Лос-анджелесский смог (фотохимический туман) представляет собой сухой туман с влажностью около 70%, для возникновения которого необходим солнечный свет, вызывающий сложные фотохимические превращения в смеси углеводородов и окислов азота автомобильных выбросов. В фотохимическом тумане лос-анджелесского типа в ходе фотохимических реакций образуются новые вещества (фотооксиданты, озон, нитриты и др.), значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные загрязнения.
При фотохимическом тумане, как и при лондонском смоге, появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость; у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла; отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний. Погибают при этом и домашние животные. Фотохимический туман отрицательно действует на нервно-психическую сферу, вызывает обострение бронхиальной астмы. Повреждает он и растения, особенно салатные культуры, бобы, свеклу, злаки, декоративные насаждения.
4. Биологическое загрязнение
Под биологическим загрязнением понимают привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия нехарактерных для них видов живых организмов (бактерий, вирусов и др.), ухудшающих условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияющих на здоровье человека.
Основными источниками биологического воздействия являются:
- сточные воды предприятий пищевой и кожевенной промышленности;
- бытовые и промышленные свалки;
- кладбища;
- канализационная сеть;
- поля орошения и др.
Из этих источников разнообразные органические соединения и патогенные микроорганизмы попадают в почву, горные породы и подземные воды. По данным санэпиднадзора, патогенные кишечные палочки обнаруживаются в подземных водах на глубине до 300 м от поверхности Земли.
Особую опасность представляет биологическое загрязнение среды возбудителями инфекционных и паразитарных болезней, в результате чего возможна вспышка кишечных инфекций, вирусного гепатита, холеры и др. Значительные изменения окружающей среды в результате антропогенного воздействия приводят к непредсказуемым последствиям в поведении популяций возбудителей и переносчиков, опасных для человека и животных болезней.
Особенно загрязняют среду предприятия производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок, биоконцентраты и др., т. е. предприятия промышленного биосинтеза, в выбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов. Новая экологическая опасность создается также в связи с развитием биотехнологии и генной инженерии. При несоблюдении санитарных норм возможно попадание из лаборатории или завода в окружающую природную среду микроорганизмов и биологических веществ, оказывающих весьма вредное воздействие на биотические сообщества, здоровье человека и его генофонд.
К биологическому загрязнению можно отнести чрезмерную экспансию живых организмов. Так, в городах наличие свалок, несвоевременная уборка бытовых отходов привели к численному росту синантропных животных: крыс, насекомых, голубей, ворон и др.
Одним из видов биологического загрязнения окружающей природной среды является также создание бактериологического (биологического) оружия, которое способно вызвать массовые инфекционные заболевания людей и животных чумой, холерой, сибирской язвой и другими болезнями, даже попадая в их организм в ничтожно малых количествах. Многие бактерии способны образовывать споры, которые могут сохраняться в почве в течение десятилетий.
Актуальным вопросом биобезопасности, имеющим важное большое значение для сохранения биоразнообразия, являются генетические и экологические последствия преднамеренной и непреднамеренной интродукции (внедрения) животных и растений в местные природные биоценозы. Хрестоматийный пример - нашествие кроликов на Австралию. В 1859 г. туда ввезли 24 особи европейского кролика. В 1950 г. их было здесь уже несколько сот миллионов. Кролики угрожали вытеснить местных животных - кенгуру, лишили корма целые стада овец и, уничтожив растительность, изменили облик обширных ландшафтов. Непродуманное вселение кроликов обернулось экологической катастрофой. Ни массовый отстрел, ни ловушки, ни хищники, ничто не остановило это нашествие.
В 1950 г. в Австралию был специально завезен микроорганизм Миксона, вызывающий у всех видов кроликов и зайцев смертельную болезнь - миксоматоз. От больного животного его разносят насекомые, и распространяется он в популяциях очень быстро. В первые годы погибло 99,8% заболевших кроликов, через несколько лет - 90%, потом - 50%, и, наконец, смертность не превышала 5%. Кролики снова стали проникать во многие места, откуда, казалось бы, были вытеснены навсегда.
Предупреждение, своевременное выявление, локализация и устранение биологического загрязнения достигаются комплексными мерами, связанными с противоэпидемической защитой населения. В число мер входят санитарная охрана территории, введение в необходимых случаях карантина, постоянный эпиднадзор за циркуляцией вирусов, эколого-эпидемиологические наблюдения, слежение и контроль за очагами опасных вирусных инфекций.
5. Физическое загрязнение
а) Электромагнитное загрязнение.
Электромагнитное загрязнение возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды, приводящих к нарушениям в работе электронных систем и изменениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах. На протяжении миллиардов лет естественное магнитное поле Земли, являясь первичным периодическим экологическим фактором, постоянно воздействовало на состояние экосистем. В ходе эволюционного развития структурно-функциональная организация экосистем адаптировалась к естественному фону. Некоторые отклонения наблюдаются лишь в периоды солнечной активности, когда магнитное поле Земли испытывает кратковременные резкие изменения своих основных характеристик (магнитные бури), неблагоприятно отражающиеся на состоянии всех экосистем, включая и организм человека. В этот период отмечается ухудшение состояния больных, страдающих сердечно-сосудистыми, нервно-соматическими и другими заболеваниями. Влияет магнитное поле и на животных, в особенности на птиц и насекомых.
В последнее время, в связи с широчайшим развитием электронных систем управления, передач, связи, электроэнергетических объектов, на первый план вышло антропогенное электромагнитное загрязнение - создание искусственных электромагнитных полей, придавая геофизическим факторам новые направления.
Основные источники этого воздействия - электромагнитные поля от линий электропередач (ЛЭП), от радиотелевизионных и радиолокационных станций.
Особый интерес представляет ЭМП вблизи высоковольтных линий промышленной (50 Гц) частоты. Их в России сейчас более 4,5 млн. км напряжением от 6 до 1150 кВ.
Линии электропередач (ЛЭП) и некоторые другие энергетические установки создают электромагнитные поля промышленных частот (50 Гц) в сотни, раз выше среднего уровня естественных полей. Напряженность поля (Е) под ЛЭП может достигать десятков тысяч В/м.
Отрицательное воздействие электромагнитных полей на человека и на те или иные компоненты экосистем прямо пропорционально мощности поля и времени облучения. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП, проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м. У человека нарушаются эндокринная система, обменные процессы, функции головного и спинного мозга и др.
Воздействие неионизирующих электромагнитных излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций на среду обитания человека связано с формированием высокочастотной энергии. Японскими учеными обнаружено, что в районах, расположенных вблизи мощных излучающих теле- и радиоантенн, заметно повышаются заболевания катарактой глаз. Медико-биологическое негативное воздействие электромагнитных излучений возрастает с повышением частоты, т. е. с уменьшением длины волн.
В целом можно отметить, что неионизирующие электромагнитные излучения радиодиапазона от радиотелевизионных средств связи, радиолокаторов и других объектов приводят к значительным нарушениям физиологических функций человека и животных.
Защита от электромагнитных полей и излучений в нашей стране регламентируется Федеральным законом "Об охране окружающей среды" и рядом других нормативных документов. Основной способ защиты населения от возможного вредного воздействия электромагнитных полей от линий электропередач (ЛЭП) - создание охранных зон шириной от 15 до 30 м в зависимости от напряжения ЛЭП; при этом требуется отчуждение больших территорий и исключение их из пользования в некоторых видах хозяйственной деятельности.
Уровень напряженности электромагнитных полей снижают также с помощью устройства различных экранов, в том числе из зеленых насаждений, выбора геометрических параметров ЛЭП, заземления тросов и других мероприятий. В стадии разработки находятся проекты замены воздушных линий ЛЭП на кабельные и подземные прокладки высоковольтных линий.
Для защиты населения от неионизирующих электромагнитных излучений, создаваемых радиотелевизионными средствами связи и радиолокаторами, используется также метод защиты расстоянием. С этой целью устраивают санитарно-защитную зону, размеры которой должны обеспечить предельно допустимый уровень напряженности поля в населенных местах. Коротковолновые радиостанции большой мощности (свыше 100 кВт) размещают вдали от жилой застройки, вне пределов населенного пункта.
б) Шумовое загрязнение.
Загрязнение среды шумом возникает в результате недопустимого превышения естественного уровня звуковых колебаний. С экологической точки зрения в современных условиях шум не просто становится неприятным для слуха, но и приводит к серьезным физиологическим последствиям для человека.
В зависимости от слухового восприятия человека упругие колебания в диапазоне частот:
- от 16 до 20000 Гц называют звуком;
- менее 16 Гц - инфразвуком;
- от 20000 до 1109 - ультразвуком;
- свыше 1 х 109 - гиперзвуком.
Человек способен воспринимать звуковые частоты лишь в диапазоне 16-20000 Гц.
Единица измерения громкости звука, равная 0,1 логарифма отношения данной силы звука к пороговой (воспринимаемой ухом человека) его интенсивности, называется децибелом (дБ). Диапазон слышимых звуков для человека составляет от 0 до 170дБ.
Естественные природные звуки на экологическом благополучии человека, как правило, не отражаются. Звуковой дискомфорт создают антропогенные источники шума, которые повышают утомляемость человека, снижают его умственные возможности, значительно понижают производительность труда, вызывают нервные перегрузки, шумовые стрессы и т. д. Высокие уровни шума (> 60 дБ) вызывают многочисленные жалобы, при 90 дБ органы слуха начинают деградировать, 110-120 дБ считается болевым порогом, а уровень антропогенного шума свыше 130 дБ - разрушительным для органа слуха пределом.
Многочисленные эксперименты и практика подтверждают, что антропогенное шумовое воздействие неблагоприятно сказывается на организме человека и сокращает продолжительность его жизни, ибо привыкнуть к шуму физически невозможно. Человек может субъективно не замечать звука, но от этого разрушительное действие его на органы слуха не только не уменьшается, но и усугубляется.
Неблагоприятно влияют на питание тканей внутренних органов и на психическую сферу человека и звуковые колебания с частотой менее 16 Гц (инфразвуки). Так, например, исследования, проведенные датскими учеными, показали, что инфразвуки вызывают у людей состояние, аналогичное морской болезни, особенно при частоте менее 12 Гц.
Основные источники антропогенного шума - транспорт (автомобильный, рельсовый и воздушный) и технологическое оборудование промышленных предприятий (вентиляционные, компрессорные, газотурбинные установки; пневмотранспорт, двигатели внутреннего сгорания и др.)- Наибольшее шумовое воздействие на окружающую среду оказывает автотранспорт (80% от общего шума). В настоящее время на автомобильных дорогах крупных городов России уровень шума от транспорта в дневное время достигает 90-100 дБ и даже ночью в некоторых районах не опускается ниже 70 дБ (предельно допустимый уровень шума для ночного времени - 40 дБ).
В России защита от шумового воздействия регламентируется Федеральным законом "Об охране окружающей среды", а также рядом нормативных документов.
Для защиты населения от шумового воздействия необходим комплекс мер:
- законодательных - нормативно-законодательными актами регламентируются интенсивность шума, время действия и другие параметры; установлены единые санитарно-гигиенические нормы и правила по ограничению шума на предприятиях, в городах и других населенных пунктах, в основу которых положены такие уровни шумового воздействия, которые в течение длительного времени не вызывает неблагоприятных изменений в организме человека, а именно: 40 дБ днем и 30 - ночью. Допустимые уровни транспортного шума установлены в пределах 78-84 дБ и со временем будут снижаться;
- технико-технологических - они сводятся к шумозащите (т. е. установке звукоизолирующих кожухов станков, глушителей выбросов на транспорте, шумопоглощающего асфальта, звукопоглощению, замене колодочных тормозов на дисковые и др.);
- архитектурно-планировочных, предусматривающих создание шумозащитных зданий, т. е. обеспечивающих помещениям нормальный акустический режим с помощью конструктивных, инженерных и других мер (герметизации окон, двойных дверей с тамбуром, облицовки стен звукопоглощающими материалами и др.);
- градостроительных, предусматривающих зонирование с выносом источников шумов за пределы застройки; организацию транспортной сети, исключающей прохождение шумных магистралей через жилые застройки; удаление источников шума и устройство защитных зон вокруг и вдоль источников шумового воздействия и организацию зеленых насаждений; прокладку магистралей в туннелях.
в) Радиоактивное загрязнение.
Воздействие радиации сказывалось на всем протяжении длительной истории формирования жизни на Земле.
Радиоактивностью обладают некоторые изотопы элементов. В настоящее время известно 50 естественных и 200 искусственных нуклидов.
К радиоактивному загрязнению относятся корпускулярное и электромагнитное излучения.
Корпускулярное - альфа-излучение - поток ионизированных атомов гелия, движущийся со скоростью, близкой к световой. Сюда же относятся нейтронные, космические лучи и некоторые ядерные частицы - нуклоны.
Электромагнитное - это рентгеновское (с длиной волны 10'12 -10~9 м) и гамма-излучение (с длиной волны < 10~12 м).
Радиоактивное излучение проникает через живые ткани подобно крошечным пулям. Оно не оставляет внешних следов и само по себе не ощущается, но способно разрушать органические молекулы клеток. В больших дозах радиация может привести к тому, что клетки перестанут делиться. Может возникнуть так называемая лучевая болезнь, которая может привести к смерти уже через несколько дней или месяцев после облучения. А очень сильная радиация способна полностью разрушить клетки и вызвать мгновенную гибель.
Радиация опасна и в низких дозах, т. к. может повреждать молекулы ДНК, т. е. генетический материал организма. Слабые дозы облучения, незаметно воздействуя на людей, повышают возможность возникновения у них раковых заболеваний и рождения неполноценного потомства. Хотя долгие годы эти воздействия могут никак не проявляться внешне.
Различают воздействие радиации соматическое и генетическое.
Соматическое воздействие вызвано прямым воздействием радиации на живой организм, начиная от значительного снижения средней возможности выживания и кончая мгновенной гибелью.
Генетическое воздействие определяет, что последствия облучения влияют на развитие и формирование половых клеток (мутагенное влияние радиации). Возникновение мутаций обусловлено изменением хромосом и химическим нарушением генетического кода. Генетически опасна доза радиации любой интенсивности.
Для количественной характеристики воздействия излучения человека используют единицы - биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт (3В): 13В = 100 бэр.
В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года получает дозу 0,1 бэр (естественный фон) и, следовательно, за всю свою жизнь - около 7 бэр.
Распространенными источниками превышения естественного фона являются извлекаемые на поверхность земли горные породы, уголь и сланцы, сырье для минеральных удобрений, строительные материалы и подземные воды, содержащие небольшие количества радиоактивных элементов. Они добавляют к фону, в зависимости от региональных особенностей, от 6 до 12 мбэр/г. Кроме случаев применения терапевтических доз, эти источники увеличивают радиационную нагрузку в среднем еще на 30-40 мбэр/г.
Характерные антропогенные радиационные воздействия на окружающую среду следующие:
- загрязнение атмосферы и территорий продуктами ядерных взрывов при испытаниях ядерного оружия;
- отравление воздушного бассейна выбросами пыли; загрязнение территорий шлаками, содержащими радиоактивные вещества при сжигании ископаемых топлив в котлах электростанций;
- загрязнение территорий при авариях и утечках в ядерно-топливном цикле: от добычи и обогащения урановой руды до захоронения отходов.
Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. по своим глобальным последствиям является крупнейшей экологической катастрофой в истории человечества. Суммарный выброс радиоактивных продуктов в атмосферу оценивается в 77 кг (для сравнения - при взрыве атомной бомбы над Хиросимой было выброшено 740 г радионуклидов), причем большая часть их отмечалась в радиусе до 300-400 км от станции. Искусственными радионуклидами была загрязнена значительная часть европейской территории СНГ площадью более 100 тыс. км2. В состав радиоактивных осадков вошло около 30 радионуклидов.
Более локальные, но не менее неприятные последствия - гибель озер, рек из-за неочищенных радиоактивных сбросов промышленных предприятий.
Опасность радиоактивного загрязнения связана со складированием, хранением отходов АЭС и других объектов, а также с переработкой отработанного ядерного топлива.
Радиоактивные отходы (РАО) - твердые, жидкие или газообразные продукты ядерной энергетики, военных производств, других отраслей, содержащие радиоактивные изотопы в концентрации, превышающей утвержденные нормы
Жидкие РАО в виде концентрата хранятся в специальных емкостях, твердые - в спецхранилищах. В России на сегодня уровень заполнения емкостей и складов для РАО на АЭС составил более 60%, и при нынешних темпах все емкости могут быть заполнены уже через несколько лет.
Огромное количество небольших захоронений радиоактивных отходов (иногда забытых) рассеяно по всему миру. Так, только в США их выявлено несколько десятков тысяч, из которых многие являются активными источниками радиоактивного излучения.
Актуальны проблемы, связанные со списанием кораблей ВМФ с ядерными силовыми установками: при этом возрастет накопление радиоактивных отходов, особенно после запрещения в 1993 г. сброса РАО в море.
6. Экология и здоровье человека
Человек живет в искусственном мире, не имеющем аналогов в природе и способном существовать только при постоянном обновлении (урбанизированная или городская среда). С медико-биологических позиций наибольшее влияние экологические факторы городской среды оказывают на нижеследующие тенденции.
Акселерация - это ускорение развития отдельных органов или частей организма по сравнению с некой биологической нормой, например увеличение размеров тела и значительный сдвиг во времени в сторону более раннего полового созревания. Ученые полагают, что это эволюционный переход в жизни вида, вызванный улучшающимися условиями жизни: хорошим питанием, снявшим лимитирующее действие пищевых ресурсов, что спровоцировало процессы отбора ставшие причиной акселерации.
Аллергия - извращенная чувствительность или реактивность организма к тому или иному веществу (аллергену). Причина аллергических заболеваний (бронхиальной астмы, крапивницы, лекарственной аллергии, ревматизма, волчанки красной и др.) - в нарушении иммунной системы человека, которая в результате эволюции находилась в равновесии с природной средой. Городская среда характеризуется резкой сменой доминирующих факторов и появлением совершенно новых веществ - загрязнителей, давление которых иммунная система человека ранее не испытывала.
Онкологическая заболеваемость и смертность - одна из наиболее показательных медицинских тенденций неблагополучия в данном городе. Эти заболевания вызваны опухолями. Они могут быть доброкачественными - уплотняющими или раздвигающими окружающие ткани, и злокачественными - прорастающими в окружающие ткани и разрушающими их. Разрушая сосуды, они попадают в кровь и разносятся по всему организму, образуя так называемые метастазы. Доброкачественные опухоли метастазов не образуют. В экономически развитых странах смертность от рака стоит на втором месте. Экологический подход к этому явлению говорит о том, что первопричиной рака в большинстве случаев являются процессы приспособления обмена веществ к воздействию новых, отличных от природных, факторов. Рак может спровоцировать любой фактор среды, когда нормальная регуляция функций организма становится невозможной, и организм приходит в разбалансированное состояние. Рост доли лиц с избыточным весом - также явление, вызванное особенностями городской среды. Переедание, малая физическая активность и прочее, безусловно, здесь имеют место. Рождение на свет большого количества недоношенных, а значит, физически незрелых детей - показатель крайне неблагоприятного состояния среды обитания человека. Оно связано с нарушениями в генетическом аппарате и просто с ростом адаптируемости к изменениям среды. Инфекционные болезни тоже не искоренены в городах. Количество людей, пораженных малярией, гепатитом и многими другими болезнями, исчисляется огромными цифрами. Абиологические тенденции, под которыми понимаются такие черты образа жизни человека, как гиподинамия, курение, наркомания и др., тоже являются причиной многих заболеваний - ожирения, рака, кардиологических болезней и др. До сих пор не существует общепринятого представления о количественной связи между загрязнением окружающей среды и состоянием здоровья населения.
7. Проблемы урбанизации
В XX в. произошел переход от аграрного к индустриально-урбанистическому типу взаимоотношений человека с окружающей средой - век "городской революции".
Урбанизация - это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества. Рост численности населения и его плотности - характерная черта городов.
Современные крупные города сегодня - это точки роста земной цивилизации, центры притяжения человеческих и материальных ресурсов. Но и значительная концентрация населения в городах неизбежно влечет за собой нарастание экономических, социальных и экологических проблем. Неизбежными следствиями урбанизации предстают: загрязнение среды; огромный рост потребности в ресурсах, сырье, территориях. Антропогенное давление формирует для горожан жизненную среду, которая по множеству параметров не соответствует условиям нормальной жизнедеятельности человека, существенно влияет на его здоровье. Для жителей городов характерен "синдром большого города", проявляющийся в подавленном состоянии, психической неуравновешенности, непредсказуемости и агрессивности.
Установлено, что негативные состояния в организме и психическое состояние человека ("психологическая усталость") нарастают пропорционально сокращению жизненного пространства, увеличению плотности населения. Горожане, так или иначе! адаптируются к условиям среды жизни, хотя часто и очень высокой ценой.
Мегаполисы - города-гиганты с населением свыше 1 млн. человек. В них особо остро стоят проблемы загрязнения атмосферного воздуха, водоемов, водоснабжения, сильного шумового воздействия и ЭМП, а также социальные и психологические проблемы.
Человек сам создает эти сложные урбанистические системы, чтобы улучшить условия жизни и, не только просто оградившись от лимитирующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки и к нарушению природных экосистем.
Шум и пыль - наиболее характерные антиэкологические атрибуты большого города. Совокупность различных источников шума приводит к значительному снижению производительности труда, истощению нервной системы, обострению заболеваний.
Для снижения шума на улицах городов высаживают плотные ряды деревьев (елей, тополей, каштанов), которые также препятствуют формированию неблагоприятных ветровых режимов, активно очищают и кондиционируют воздух, регулируют режим влажности и температуры.
Запыленность над урбанизированными территориями за последние 50 лет увеличилась на 70%, что привело к образованию защитного экрана для солнечной радиации, в результате чего ее поступление снизилось до 15%, увеличились осадки, а также продолжительность облачных и туманных периодов.
8. Охрана окружающей среды
Охрана окружающей природной среды — новая форма взаимодействия человека и природы, представляющая собой систему государственных и общественных мер (технологических, экономических, административно-правовых, просветительных, международных), направленных на гармоничное взаимодействие общества и природы, сохранение и воспроизводство действующих экологических сообществ и природных ресурсов во имя живущих и будущих поколений.
Охрана окружающей природной среды тесно связана с природопользованием — одним из разделов прикладной экологии.
Природопользование — общественно-производственная деятельность, направленная на удовлетворение материальных и культурных потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий.
Природопользование включает в себя:
− охрану, возобновление и воспроизводство природных ресурсов, их извлечение и переработку;
− использование и охрану природных условий среды жизни человека;
− сохранение, восстановление и рациональное изменение экологического равновесия природных систем;
− регуляцию воспроизводства человека и численности людей.
