Тема 8. Антропогенний вплив на природне середовище

Антропогенний вплив на атмосферу.

Питання про вплив людини на атмосферу знаходиться в центрі уваги фахівців і екологів всього світу. І це не випадково, так як найбільші глобальні екологічні проблеми сучасності – «парниковий ефект», порушення озонового шару, випадання кислотних дощів, пов'язані саме з антропогенним забрудненням атмосфери. Охорона атмосферного повітря – ключова проблема оздоровлення навколишнього природного середовища. Атмосферне повітря займає особливе положення серед інших компонентів біосфери. Значення його для всього живого на Землі неможливо переоцінити. Людина може перебувати без їжі 5 тижнів, без води 5 днів, а без повітря всього лише 5 хвилин. При цьому повітря повинно мати певну чистоту і будь-яке відхилення від норми небезпечно для здоров'я.

Атмосферне повітря виконує складну захисну екологічну функцію, оберігаючи Землю від абсолютно холодного Космосу і потоку сонячних випромінювань. В атмосфері йдуть глобальні метеорологічні процеси, формуються клімат і погода, затримується маса метеоритів. Атмосфера має здатність до самоочищення. Воно відбувається при вимиванні аерозолів із атмосфери опадами, турбулентному перемішуванні приземного шару повітря, відкладення забруднених речовин на поверхні землі і т. д.

Однак у сучасних умовах можливості природних систем до самоочищення атмосфери серйозно підірвані. Під масованим натиском антропогенних забруднень в атмосфері стали проявлятися вельми небажані екологічні наслідки, в тому числі і глобального характеру. З цієї причини атмосферне повітря уже не в повній мірі виконує свої захисні, теплорегулюючі і життєзабезпечуючі екологічні функції.

Під забрудненням атмосферного повітря слід розуміти будь-яку зміну його складу та властивостей, яке робить негативний вплив на здоров'я людини і тварин, стан рослин і екосистем. Забруднення атмосфери може бути природним (природним) і антропогенних (техногенних).

Природне забруднення повітря викликано природними процесами. До числа природних джерел забруднення атмосферного повітря відносять пилові бурі, масиви зелених насаджень у період цвітіння, степові і лісові пожежі, виверження вулканів. Домішки, що виділяються природними джерелами:

- пил рослинного, вулканічного, космічного походження, продукти ерозії ґрунту, частинки морської солі;

- тумани, дим і гази від лісових і степових пожеж;

- гази вулканічного походження;

- продукти рослинного, тваринного, бактеріального походження.

Природні джерела зазвичай бувають майданними (розподільчими) і діють порівняно короткочасно. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і мало змінюється з плином часу.

Антропогенне забруднення пов'язано з викидом різних забруднюючих речовин у процесі діяльності людини. За своїми масштабами вона значно перевершує природне забруднення атмосферного повітря.

Залежно від масштабів поширення виділяють різні типи забруднення атмосфери: місцеве, регіональне та глобальне. Місцеве забруднення характеризується підвищеним вмістом забруднюючих речовин на невеликих територіях (місто, промисловий район, сільськогосподарська зона та ін.) При регіональному забрудненні в сферу негативного впливу залучаються значні простори, але не вся планета. Глобальне забруднення пов'язане зі зміною стану атмосфери в цілому.

За характером забруднювача забруднення атмосфери буває трьох видів:

- фізичне: механічне (пил, тверді частки), радіоактивне (радіоактивне випромінювання та ізотопи), електромагнітне (різні види електромагнітних хвиль, у тому числі радіохвилі), шумове (різні гучні звуки і низькочастотні коливання) і теплове забруднення (наприклад, викиди теплого повітря тощо);

- хімічне: забруднення газоподібними речовинами і аерозолями. На сьогоднішній день основні хімічні забруднювачі атмосферного повітря це: оксид вуглецю (IV), оксиди азоту, діоксид сірки, вуглеводні, альдегіди, важкі метали (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аміак, атмосферний пил та радіоактивні ізотопи;

- біологічне: в основному забруднення мікробної природи. Наприклад, забруднення повітря вегетативними формами і спорами бактерій і грибів, вірусами, а також їх токсинами та продуктами життєдіяльності.

За агрегатним станом викиди шкідливих речовин в атмосферу класифікуються на:

1) газоподібні (діоксид сірки, оксиди азоту, оксид вуглецю, вуглеводні та ін.);

2) рідкі (кислоти, луги, розчини солей та ін.);

3) тверді (канцерогенні речовини свинець та його сполуки, органічна та неорганічна пил, сажа, смолисті речовини та інші).

Антропогенні джерела первинного пилоутворення виникають в результаті наступних процесів:

- механічна обробка різних речовин (дроблення, шліфування, різання);

- транспортування сипучих матеріалів (навантаження, просіювання, перемішування);

- теплові процеси та процеси горіння (спалювання, сушка, плавлення);

- знос і руйнування речовин (гальмівні колодки автомобіля, абразивний круг шліфувального верстата).

Рідкі забруднюючі речовини утворюються при конденсації парів, розпиленні або розливі рідин, у результаті хімічних або фотохімічних реакцій. Конденсація пари відбувається в результаті охолодження їх атмосферним оточуючим повітрям. В залежності від точки плавлення сконденсовані пари при низьких температурах можуть переходити в тверді частинки.

Газоподібні забруднюючі речовини утворюються в результаті хімічних реакцій окислення, відновлення, заміщення, розпаду, а також в процесі електролізу, випарювання, дистиляції. Найбільшу частину газоподібних викидів становлять продукти окислення, що утворилися в процесі горіння. При окисленні вуглецю утворюється СО і СО₂, при окисленні сірки – SO₂, азоту NО та NО₂. При неповному згорянні в результаті неповного окислення утворюються альдегіди або органічні кислоти.

Антропогенні (техногенні) джерела забруднення атмосферного повітря, представлені головним чином викидами промислових підприємств і автотранспорту, відрізняються численністю і різноманіттям видів.

Джерела викидів промислових підприємств бувають стаціонарними, коли координати джерела викиду не змінюється в часі, і пересувними (нестаціонарними).

Джерела викидів в атмосферу підрозділяють на точкові, лінійні і площинні. Точкові джерела – це забруднення, зосереджені в одному місці. До них відносяться димові труби, вентиляційні шахти, дахові вентилятори. Лінійні джерела мають значну протяжність. Це аераційні ліхтарі, лави відкритих вікон, близько розташовані дахові вентилятори. До них можуть бути також віднесені автотраси. У площинних джерелах видаляються забруднення розосереджені по площині промислового майданчика підприємства. До майданних джерел відносяться місця складування виробничих і побутових відходів, автостоянки, склади паливно-мастильних матеріалів.

Джерела викидів забруднюючих речовин в атмосферу поділяють на організовані та неорганізовані. З організованого джерела забруднюючі речовини надходять в атмосферу через спеціально споруджені газоходи, повітропроводи та труби. Неорганізований джерело виділення забруднюючих речовин утворюється в результаті порушення герметичності обладнання, відсутності або незадовільної роботи обладнання по відсмоктування газів і пилу, в місцях завантаження, вивантаження або зберігання продукту. До неорганізованих джерел відносять автостоянки, склади паливно-мастильних або сипучих матеріалів та інші площинні джерела.

Головні забруднювачі (поллютанти) атмосферного повітря, які утворюються в процесі виробничої та іншої діяльності людини – діоксид сірки (SO₂), оксид вуглецю (СО), оксиди азоту (NО_х), вуглеводні (С_хН_у) і тверді частинки. На їх частку припадає близько 98% у загальному обсязі викидів шкідливих речовин.

Оксид вуглецю (СО) – газ без кольору і запаху. У виробництві оксид вуглецю утворюється внаслідок процесів згоряння і відновлення: у ливарних цехах, термічних цехах, в топках теплоелектростанцій. Виробництво сталі супроводжується виділенням в атмосферу значної кількості газів та пилу. Виплавка однієї тонни сталі пов'язана з викидами в атмосферу 0,04 т твердих часток, 0,03 т діоксиду сірки, близько 0,05 т оксиду вуглецю.

Оксид вуглецю входить до складу вихлопних газів машин. Він утворюється переважно в бензинових двигунах при роботі на збагачених паливно-повітряних сумішах. Причиною виникнення оксиду вуглецю в цьому випадку є нестача кисню для повного окислення оксиду вуглецю, який входить до складу палива. Незначна кількість оксиду вуглецю, що утворюється під час роботи на бідних сумішах, в тому числі і на дизелях, є продуктом проміжного окислення вуглецю, який через нестачу часу на процес згоряння не встигає доокислитись до діоксиду вуглецю. Оксид вуглецю інертний і зберігається в повітрі до 5 років. Підвищення концентрації оксиду вуглецю виникає в тунелях, гаражах, інтенсивних транспортних потоків.

В організм людини проникає чадний газ за законом дифузії газів. Він потрапляє в кров через легені внаслідок різниці парціального тиску крові та альвеолярного повітря. Чим більше різниця, тим більше насичується кров оксидом вуглецю. Оксид вуглецю – високотоксична сполука. Поступаючи в організм, чадний газ зв'язується з гемоглобіном, утворюючи карбоксігемоглобін, який не здатний нести кисень. Внаслідок цього настає гіпоксія, а у важких випадках – аноксія (повна відсутність кисню). Однак оксид вуглецю не тільки порушує транспортування кисню. У присутності карбоксігемоглобіну неблокований кисень у крові посилює свою спорідненість з гемоглобіном, внаслідок чого ускладнюється відщеплення кисню від оксигемоглобіну і його віддача тканинам. Таким чином збільшується гіпоксія, обумовлена утворенням карбоксігемоглобіну.

При важкій фізичній роботі отруєння настає в 2-3 рази швидше. Утворення карбоксигемоглобіну – процес оборотний, через 3-4 години його вміст у крові зменшується у 2 рази.

Двоокис вуглецю (СО₂) або вуглекислий газ – безбарвний газ з кислуватим запахом і смаком, продукт повного окиснення вуглецю. Є одним з парникових газів.

До антропогенних джерел емісії CO₂ в атмосферу належать: спалювання викопних енергоносіїв для отримання тепла, виробництва електроенергії, транспортування людей і вантажів. До значного виділення CO₂ наводять деякі види промислової активності, такі, наприклад, як виробництво цементу та утилізація газів шляхом їх спалювання в факелах.

Осушення боліт, підвищення кислотності вод, що веде до розкладання карбонатів, пригнічення фотосинтезу різноманітними забрудненнями – ось лише деякі причини порушення рівноваги між надходженням в атмосферу вуглекислого газу і його зв'язуванням. В результаті в останні десятиліття спостерігається стійка тенденція підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосферному повітрі.

Вуглекислий газ дуже негативно впливає на організм людини і є канцерогеном. Перебування в приміщенні з високою концентрацією СО₂ може викликати слабкість, сонливість, головні болі, проблеми з концентрацією уваги, або навіть негативні зміни в крові. Внаслідок постійного впливу високих концентрацій СО₂ відбувається збільшення кислотності крові, що веде до ацидозу. При цьому організм людини погано засвоює корисні речовини і мінерали, такі як, магній, кальцій, калій, натрій. Ацидоз – зсув кислотно-лужного балансу організму в бік збільшення кислотності (зменшення рН) може спровокувати такі захворювання як цукровий діабет, проблеми з опорно-руховим апаратом, проблеми серцево-судинної системи, загальну слабкість. Люди, які страждають астмою або алергією, особливо гостро піддаються негативному впливу вуглекислого газу.

При концентрації СО₂ в повітрі вище 0,06% вже з'являються поодинокі скарги на якість повітря. При концентраціях 0,08-0,1% - кожен з тих, що знаходяться в приміщенні відчуває погіршення якості повітря.

Діоксид сірки (SO₂) – безбарвний газ із гострим запахом. На його частку припадає до 95% від загального обсягу сірчистих сполук, що надходять в атмосферу від антропогенних джерел. До 70% викидів SO₂ утворюється при спалюванні вугілля, мазуту – близько 15%. При концентрації діоксиду сірки 20-30 мг/м³ подразнюється слизова оболонка рота і очей, у роті виникає неприємний присмак. Дуже чутливі до SO₂ хвойні ліси. При концентрації SO₂ у повітрі 0,23-0,32 мг/м³ в результаті порушення фотосинтезу відбувається всихання хвої протягом 2-3 років. Аналогічні зміни у листяних дерев відбуваються при концентраціях SO2 0,5-1 мг/м³.

Оксиди азоту (NО_х) утворюються в процесі горіння при високій температурі шляхом окислення частини азоту, що знаходиться в атмосферному повітрі. Під загальною формулою NО_х зазвичай розуміють суму NO і NO₂. Основні джерела викидів NО_х: двигуни внутрішнього згоряння, топки промислових котлів, печі. Іншим джерелом оксидів азоту є підприємства, що виробляють азотні добрива, азотну кислоту і нітрати, анілінові барвники, нітросполуки. NO₂ – газ жовтого кольору, що надає повітрю в містах коричнюватий відтінок. Отруйна дія NО2 починається з легкого кашлю. При підвищенні концентрації кашель посилюється, починається головний біль, виникає блювота. При контакті NО₂ з водяною парою, поверхнею слизової оболонки утворюються кислоти HNO₃ і HNO₂, що може призвести до набряку легень. Тривалість знаходження NО₂ в атмосфері – близько 3 діб.

Основне техногенне джерело викидів вуглеводнів С_хН_у – пари бензину, метан, пентан, гексан) – автотранспорт. Його питома вага становить понад 50% від загального обсягу викидів. При неповному згорянні палива відбувається також викид циклічних вуглеводнів, що володіють канцерогенними властивостями. Особливо багато канцерогенних речовин міститься в сажі, що викидається дизельними двигунами. З вуглеводнів в атмосферному повітрі найбільш часто зустрічається метан, що є наслідком його низької реакційної здатності. Вуглеводні володіють наркотичною дією, викликають головний біль, запаморочення. При вдиханні протягом 8 годин парів бензину з концентрацією понад 600 мг/м³ виникають головні болі, кашель, неприємні відчуття в горлі.

Крім головних забруднювачів, в атмосфері міст і селищ спостерігається ще більше 70 найменувань шкідливих речовин, серед яких – формальдегід; фтористий водень; сполуки свинцю, ртуті, кадмію; аміак; фенол; бензол; сірковуглець та ін. Однак саме концентрації головних забруднювачів (діоксид сірки та ін.) найбільш часто перевищують допустимі рівні в багатьох містах України.

Аерозолі – це тверді або рідкі частинки, що знаходяться в зваженому стані в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, імли або серпанку. Значна частина аерозолів утворюється в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою. Середній розмір аерозольних частинок складає 1-5 мкм. В атмосферу Землі щорічно надходить близько 1 км³ пилоподібних частинок штучного походження. Велика кількість пилових частинок утворюється також у ході виробничої діяльності людей.

Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові і сажеві заводи. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються великою різноманітністю хімічного складу. Частіше всього в їх складі виявляються з'єднання кремнію, кальцію і вуглецю, рідше – оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест.

До найважливіших екологічних наслідків глобального забруднення атмосфери відносяться:

1) можливе потепління клімату («парниковий ефект»);

2) порушення озонового шару;

3) випадання кислотних дощів;

4) фотохімічний туман (зміг).

Можливе потепління клімату («парниковий ефект») виражається у поступовому підвищення середньорічної температури, починаючи з другої половини минулого століття. Більшість вчених пов'язують його з накопиченням в атмосфері так званих парникових газів – діоксиду вуглецю, метану, хлорфторвуглеводнів (фреонів), озону, оксидів азоту і т. д. Парникові гази перешкоджають довгохвильовому тепловому випромінюванню з поверхні Землі, тобто атмосфера, насичена парниковими газами, діє, як дах теплиці: вона пропускає всередину велику частину сонячного випромінювання, з іншого – майже не пропускає назовні тепло, яке перевипромінюється Землею.

Згідно з іншим думку, найважливішим фактором антропогенного впливу на глобальний клімат є деградація атмосфери, тобто порушення складу і стану екосистем внаслідок порушення екологічної рівноваги. Людина, використовуючи потужність близько 10 ТВт, зруйнував або сильно порушив на 60% суші нормальне функціонування природних спільнот організмів. В результаті з біогенного круговороту речовин вилучена значна їх маса, яка раніше витрачалося біотою на стабілізацію кліматичних умов.

Порушення озонового шару – зниження концентрації озону на висотах від 10 до 50 км (з максимумом на висоті 20 - 25 км), місцями до 50% (так звані “озонові дірки”). Зниження концентрації озону знижує здатність атмосфери захищати все живе на землі від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. В організмі людини надлишкове ультрафіолетового опромінення викликає опіки, рак шкіри, розвиток очних захворювань, пригнічення імунітету і т. д. Рослини під впливом сильного ультрафіолетового випромінювання поступово втрачають свою здатність до фотосинтезу, а порушення життєдіяльності планктону призводить до розриву трофічних ланцюгів біоти водних екосистем і т. д.

Випадання кислотних дощів викликано з'єднанням з атмосферною вологою газоподібних викидів в атмосферу діоксиду сірки і оксидів азоту з утворенням сірчаної та азотної кислот. В результаті опади виявляються підкисленими (рН нижче 5,6). Сумарні світові викиди двох головних забруднювачів повітря, викликають закислення опадів – складають щорічно більше 255 млн. т. На величезній території природне середовище окислюється, що дуже негативно відбивається на стані всіх екосистем, причому екосистеми руйнуються при меншому рівні забруднення повітря, ніж той, який небезпечний для людини.

Небезпеку представляють, як правило, не самі кислотні опади, а протікають під їх впливом процеси: з ґрунту вилуговуються не тільки необхідні рослинам поживні речовини, але і токсичні важкі і легкі метали – свинець, кадмій, алюміній і ін. Згодом вони самі або через утворені ними токсичні сполуки засвоюються рослинами або іншими ґрунтовими організмами, що веде до дуже негативних наслідків. П'ятдесят мільйонів гектарів лісу в 25 європейських країнах потерпають від дії складної суміші забруднюючих речовин (токсичні метали, озон), кислотних дощів. Яскравим прикладом дії кислотних дощів служить закислення озер, особливо інтенсивно відбувається в Канаді, Швеції, Норвегії та на півдні Фінляндії. Пояснюється це тим, що значна частина викидів таких промислово розвинутих країн, як США, ФРН і Великобританія, випадає саме на їх територію.

Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних частинок первинного і вторинного походження. До складу основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту і сірки, численні органічні сполуки перекісної природи, звані в сукупності фотооксидантами.

Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації і безвітря або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при потужній і протягом не менш доби підвищеної інверсії. Стійка безвітряна погода, що зазвичай супроводжується інверсіями, необхідна для створення високої концентрації реагуючих речовин.

Такі умови створюються частіше в червні-вересні і рідше взимку. При тривалій ясній погоді сонячна радіація викликає розщеплення молекул діоксиду азоту з утворенням оксиду азоту і атомарного кисню. Атомарний кисень з молекулярним киснем дають озон. Здавалося б, останній, окислюючи оксид азоту, повинен знову перетворюватися в молекулярний кисень, а оксид азоту – в діоксид. Але цього не відбувається. Оксид азоту вступає в реакції з олефінами вихлопних газів, які при цьому розщеплюються по подвійному зв'язку і утворюють осколки молекул і надлишок озону. В результаті тривалої дисоціації нові маси діоксиду азоту розщеплюються і дають додаткові кількості озону.

Виникає циклічна реакція, у підсумку якої в атмосфері поступово накопичується озон. Цей процес в нічний час припиняється. У свою чергу озон вступає в реакцію олефинами. В атмосфері концентруються різні перекиси, які в сумі і утворюють характерні для фотохімічного туману оксиданти. Останні є джерелом так званих вільних радикалів, що відрізняються особливою реакційною здатністю.

Такі смоги – нерідке явище над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком і іншими містами Європи і Америки. За своїм фізіологічному впливом на організм людини вони вкрай небезпечні для дихальної і кровоносної системи і часто бувають причиною передчасної смерті міських жителів з ослабленим здоров'ям.

Залежно від географічних умов виділяють 3 типи смогу.

Лондонський тип смогу. Смог лондонського типу виникає в умовах помірного вологого клімату в перехідні сезони, при сильних туманах і температурі повітря, близькій до 0 °С. Основні забруднювачі – продукти згорання торфу, нафти, вугілля. При утворенні цього типу смогу знижується видимість, швидко наростає концентрація шкідливих речовин, повітря набуває неприємний запах. Лондонський тип смогу виникає взимку у великих промислових містах при несприятливих погодних умовах (відсутність вітру і температурна інверсія). Температурна інверсія проявляється в підвищенні температури повітря з висотою в деякому шарі атмосфери (звичайно в інтервалі 300-400 м від поверхні землі) замість звичайного зниження. В результаті циркуляція атмосферного повітря різко порушується, дим і забруднюючі речовини не можуть піднятися вгору і не розсіюються. Нерідко виникають тумани. Концентрації оксидів сірки, зваженої пилу, оксиду вуглецю досягають небезпечних для здоров'я людини рівнів, призводять до розладу кровообігу, дихання, а нерідко і до смерті. У 1952 р. в Лондоні від смогу з 3 по 9 грудня загинуло понад 4 тис. осіб, до 10 тис. чоловік тяжко захворіли. Наприкінці 1962 р. в Рурі (ФРН) зміг вбив за три дні 156 осіб.

Англійські фахівці зафіксували, що концентрація діоксиду сірки S02 у ті дні досягала 5-10 мг/м³ і вище при гранично допустимій концентрації (ГДК) цієї речовини в повітрі населених місць 0,5 мг/м³ (максимально разове значення) і 0,05 мг/м³ (середньодобове). Смертність в Лондоні різко зросла в перший же день катастрофи, а по закінченні туману вона знизилася до звичайного рівня. Також було встановлено, що раніше інших вмирали городяни старше 50 років, люди, які страждають захворюваннями легень і серця, а також діти у віці до одного року.

Лос-анджелеський тип смогу. Лос-анджелеський тип смогу, або фотохімічний смог, не менш небезпечний, ніж лондонський. Фотохімічний (Лос-Анджелеський) смог характерний для субтропіків з жарким літом і високими значеннями сонячної радіації (понад 2,0 кДж/см²*хв). Основними забруднювачами є вихлопні гази. Під впливом сонячної радіації і, насамперед ультрафіолетової її частини, відбуваються фотохімічні перетворення вихлопних газів. Каталізатором цих реакцій є озон О₃.

Фотохімічні перетворення чадного газу СО, сполук азоту NO_х, азотної кислоти НNО 3 призводять до утворення органічних перекисів (фотооксидантов), по своїй токсичності перевершують вихідні забруднювачі. Фотохімічний зміг має білий колір. В стабільних синоптичних умовах димова шапка такого смогу може зберігатися над містом до 270 днів.

Виникає він влітку при інтенсивному впливі сонячної радіації на повітря, насичений, а вірніше, перенасичений вихлопними газами автомобілів. У Лос-Анджелесі, вихлопні гази більше чотирьох мільйонів автомобілів викидають тільки оксидів азоту в кількості більш ніж тисяча тонн на добу. При дуже слабкому русі повітря або безвітрі в повітрі в цей період йдуть складні реакції з утворенням нових високотоксичних забруднювачів – фотооксидантів (озон, органічні перекиси, нітрити та ін.), які подразнюють слизові оболонки шлунково-кишкового тракту, легень і органів зору. Тільки в одному місті (Токіо) смог викликав отруєння 10 тис. осіб у 1970 р. і 28 тис. – у 1971 р. За офіційними даними, в Афінах у дні смогу смертність в шість разів вище, ніж у дні відносно чистої атмосфери. У деяких наших містах, особливо у тих, які розташовані в низинах, в зв'язку з зростанням числа автомобілів і збільшенням викиду вихлопних газів, що містять оксид азоту, ймовірність утворення фотохімічного смогу збільшується.

Смог зменшує кількість сонячної радіації в містах на 30-40%, майже повністю перешкоджає проникненню ультрафіолетової радіації. Інтенсивний смог викликає задуху, приступи бронхіальної астми, алергічні реакції, подразнення очей, пошкодження рослин, будівель.

Крижаний смог. Він зафіксований в полярному кліматі і виникає взимку, в умовах низьких температур (t < -35 °С), коли Сонце піднімається не більше ніж на 4-5 годин, і практично відсутній добовий хід температури. Забруднювачем є водяні пари штучного походження, які перетворюються в дрібні крижані кристали (5-10 мкм в діаметрі) і зменшують дальність видимості до 10 м. До водяних парів домішується двоокис сірки і при окисленні киснем повітря відбувається утворення сірчаної кислоти. Вперше такий вид смогу був відзначений в США в селищі Фербенкс на Алясці.

Антропогенний вплив на літосферу

Ґрунт – рихлий поверхневий шар земної кори, який утворився в результаті тривалого впливу на літосферу атмосфери, води, тварин і рослин. Ґрунт складається з добре виражених шарів – ґрунтових горизонтів, що розрізняються за структурою і кольором. Стан ґрунтів, ґрунтів має найважливіше значення для оцінки екологічного стану тієї чи іншої території, так як ґрунти являють потрійний інтерес: як початкова ланка харчових ланцюгів, як інтегральний показник екологічного стану навколишнього середовища і як джерело вторинного забруднення приземного шару атмосфери, поверхневих і ґрунтових вод. Крім вторинного негативного впливу на здоров'я населення через продукти харчування або забруднення вод і повітря, можливо і пряме вплив забруднених ґрунтів на здоров'я населення, особливо дітей, за рахунок безпосереднього контакту і надходження ґрунту в організм.

За поширеністю і токсикологічному впливу розрізняється забруднення ґрунтів неорганічними і органічними токсикантами. У групі неорганічних токсикантів особливе місце займають важкі метали, до яких умовно відносять хімічні елементи з атомною масою більше 50. Вважається, що серед хімічних елементів важкі метали є найбільш токсичними, оскільки володіють великим спорідненістю з фізіологічно важливими органічними сполуками, здатні до повільного накопичення в живих організмах, викликають негативний вплив на ріст і розвиток. Наприклад, надмірна кількість марганцю, міді, хрому, свинцю, нікелю та інших елементів, що містяться в ґрунтах поблизу великих промислових підприємств, знижує врожайність зернових на 20-30 %, картоплі – на 47 %, бобових – на 40 %. Тому боротьба з викидами промислових підприємств є одночасно способом боротьби за родючість ґрунтів. Основними органічними забруднювачами ґрунту є бензапірен, поліхлоровані біфеніли, хлорорганічні пестициди і нафтопродукти.

Слід зазначити, що ґрунти навколо великих міст і великих підприємств кольорової й чорної металургії, хімічної і нафтохімічної промисловості, машинобудування, ТЕЦ на відстані в кілька десятків кілометрів забруднені важкими металами, нафтопродуктами, сполуками сірки, свинцю та іншими токсичними речовинами, які в сукупності з побутовими відходами істотно впливають на хімічний склад ґрунту, викликаючи погіршення її якості. Також у ґрунті присутні канцерогенні речовини, які викликають пухлинні захворювання в живих організмів, в тому числі ракові. Основними джерелами забруднення ґрунту канцерогенними речовинами є вихлопи автотранспорту, викиди підприємств, продукти нафтопереробки.

Основні види антропогенного впливу на ґрунти наступні: 1. ерозія (вітрова та водна); 2. забруднення; 3. вторинне засолення і заболочування; 4. опустелювання; 5. відчуження земель для промислового та комунального будівництва.

Ерозія ґрунтів (від лат. «еros» – роз'їдання) – це руйнування і знесення верхніх найбільш родючих горизонтів і підстилаючих порід вітром (вітрова ерозія) або потоками води (водна ерозія). Землі, які зазнали руйнування в процесі ерозії, називають еродованими.

До ерозійних процесів відносять також промислову ерозію (руйнування сільськогосподарських земель при будівництві та розробці кар'єрів), військову ерозію (ями, траншеї), пасовищну ерозію (при інтенсивному випасанні худоби), іригаційну (руйнування ґрунтів при прокладці каналів та порушення норм поливів) та ін.

Однак найголовнішою проблемою землеробства у нас в країні і у світі залишаються водна ерозія (їй схильні 31% суші) і вітрова ерозія (дефляція), що активно діє на 34% поверхні суші. У США еродовано, тобто піддається ерозії, 40% усіх сільськогосподарських земель, а в посушливих районах світу ще більше – 60% від загальної площі, з них 20% - сильно еродовані. Ерозія має суттєвий негативний вплив на стан ґрунтового покриву, а в багатьох випадках руйнує його повністю. Знижується біологічна продуктивність рослин, знижуються врожаї і якість зернових культур, бавовни, чаю та ін.

Під вітровою ерозією розуміють видування, перенесення і відкладення дрібних ґрунтових часток вітром. Інтенсивність вітрової ерозії залежить від швидкості вітру, стійкості ґрунту, наявності рослинного покриву, особливостей рельєфу та інших факторів. Величезний вплив на її розвиток справляють антропогенні фактори. Наприклад, знищення рослинності, нерегульований випас худоби, неправильне застосування агротехнічних заходів різко активізують ерозійні процеси. Розрізняють місцеву (повсякденну) вітрову ерозію й пилові бурі. Перша проявляється у вигляді буревії і стовпів пилу при невеликих швидкостях вітру.

Пилові бурі виникають при дуже сильних і тривалих вітрах. Швидкість вітру досягає 20-30 м/с і більше. Найчастіше пилові бурі спостерігаються в засушливих районах (сухі степи, напівпустелі, пустелі). Пилові бурі безповоротно забирають самий верхній родючий шар ґрунтів; вони здатні розвіяти за кілька годин до 500 т ґрунту з 1 га ріллі, негативно впливають на всі компоненти навколишнього природного середовища, забруднюють атмосферне повітря, водойми, негативно впливають на здоров'я людини.

Поверхневі шари ґрунтів легко забруднюються. Великі концентрації у ґрунті різних хімічних сполук – токсикантів згубно впливають на життєдіяльність ґрунтових організмів. При цьому втрачається здатність ґрунту до самоочищення від бактерій і інших небажаних мікроорганізмів, що загрожує важкими наслідками для людини, рослинного та тваринного світу. Наприклад, у сильно забруднених ґрунтах збудники тифу і паратифу можуть зберігатися до півтора років, тоді як у незабруднених – лише протягом двох-трьох діб.

Основні забруднювачі ґрунту: 1. пестициди (отрутохімікати); 2. мінеральні добрива; 3. відходи і покидьки виробництва; 4. газодимові викиди забруднюючих речовин в атмосферу; 5. нафта і нафтопродукти.

В світі щорічно виробляється більше мільйона т. пестицидів. Тільки в Україні використовується понад 100 індивідуальних пестицидів при загальному річному обсязі їх виробництва – 100 тис. т. В Україні на одного мешканця у рік припадає близько 1 кг пестицидів, у багатьох інших розвинених промислових країнах світу ця величина істотно вище. Світове виробництво пестицидів постійно зростає.

До інтенсивного забруднення ґрунтів призводять відходи і відходи виробництва. В нашій країні щорічно утворюється більше мільярда т. промислових відходів, з них понад 50 млн. т. особливо токсичних. Величезні площі земель зайняті звалищами, золовідвалами та ін., які інтенсивно забруднюють ґрунти, а їх здатність до самоочищення, як відомо, обмежена. Величезної шкоди для нормального функціонування ґрунтів становлять газодимові викиди промислових підприємств.

Ґрунт має здатність накопичувати дуже небезпечні для здоров'я людини забруднюючі речовини, наприклад, важкі метали. Поблизу ртутного комбінату вміст ртуті в ґрунті з-за газодимових викидів може підвищуватися до концентрації, в сотні разів перевищують допустимі

Значна кількість свинцю містять ґрунту, що знаходяться в безпосередній близькості від автомобільних доріг. Результати аналізу зразків ґрунту, відібраних на відстані декількох метрів від дороги, показують 30-кратне перевищення концентрації свинцю в порівнянні з його вмістом (20 мкг/г) у ґрунті незабруднених районів.

Вторинне засолення і заболочування ґрунтів У процесі господарської діяльності людина може посилювати природне засолення ґрунтів. Таке явище носить назву вторинного засолення і розвивається воно при надмірному поливі зрошуваних земель в посушливих районах. У всьому світі процесів вторинного засолення та осолонцювання схильною близько 30% зрошуваних земель. Засолення ґрунтів послаблює їх внесок у підтримання біологічного кругообігу речовин. Зникають багато видів рослинних організмів, з'являються нові рослини галофіти (солянка та ін.). Зменшується генофонд популяцій наземних у зв'язку з погіршенням умов життя організмів, посилюються міграційні процеси.

Заболочування ґрунтів спостерігається в сильно перезволожених районах. Заболочування ґрунтів супроводжується деградаційними процесами в біоценозах, появою ознак оглеєння і накопиченням на поверхні залишків, що нерозкладаються. Заболочування погіршує агрономічні властивості ґрунтів і знижує продуктивність лісів.

Одним з глобальних проявів деградації ґрунтів, так і всієї навколишнього природного середовища в цілому, є опустелювання. Опустелювання – це процес незворотної зміни ґрунту і рослинності і зниження біологічної продуктивності, який в екстремальних випадках може призвести до повного руйнування біосферного потенціалу і перетворення території в пустелю. Всього в світі схильне до опустелювання більше 1 млрд. га практично на всіх континентах. Причини та основні фактори опустелювання різні.

Як правило, призводить до опустелювання поєднання кількох факторів, спільна дія яких різко погіршує екологічну ситуацію. На території, схильною до опустелювання, погіршуються фізичні властивості ґрунтів, гине рослинність, заселяються ґрунтові води, різко знижується біологічна продуктивність, а, отже, підривається і здатність екосистем відновлюватися.

Процес цей отримав настільки широке поширення, що з'явився предметом міжнародної програми “Опустелювання”. Опустелювання є одночасно соціально-економічним і природним процесом. Воно загрожує приблизно 3,2 млрд. га земель, на яких проживають більше 700 млн. чоловік. Особливо небезпечне становище склалося в Африці, в зоні Сахеля (Сенегал, Нігерія, Буркіна Фасо, Малі та ін.) - перехідний біокліматичної зоні (шириною до 400 км) між пустелею Сахара на півночі і саванною на півдні.

Ґрунтовий покрив агроекосистем необоротно порушується при відчуженні земель для потреб несільськогосподарського користування: будівництва промислових об'єктів, міст, селищ, для прокладки лінійно-протяжних систем (доріг, трубопроводів, ліній зв'язку), при відкритій розробці родовищ корисних копалин і т. д. За даними ООН, в світі тільки при будівництві міст і доріг щорічно безповоротно втрачається більше 300 тис. га орних земель. Звичайно, ці втрати в зв'язку з розвитком цивілізації неминучі, однак вони повинні бути скорочені до мінімуму.

Антропогенний вплив на гідросферу

Існування біосфери і людини завжди було засновано на використанні води. Людство постійно прагнуло до збільшення водоспоживання, надаючи на гідросферу величезна різноманітний тиск.

Проблема забезпечення людства питною водою нині надзвичайно загострилася, оскільки наявних ресурсів прісної води в багатьох країнах недостатньо для задоволення потреб споживачів не тільки у перспективі, але і в даний час. Всі галузі господарства стосовно до водних ресурсів поділяються на дві групи: водоспоживачі та водокористувачі.

Споживачі забирають воду з джерела, використовують її для виробництва промислової чи сільськогосподарської продукції, а потім повертають, але вже в іншому місці, в меншій кількості й іншої якості.

Користувачі воду з джерела не забирають, а використовують її як середовище (водний транспорт, рибальство, спорт і т. д.) або як джерело енергії (ГЕС). Причому вони також можуть змінювати якість води (наприклад, забруднення води водним транспортом). Промисловість використовує близько 20 % загального рівня прісної води та її використання. Кількість води, що використовується підприємством, залежить від типу продукції, технології виробничого процесу, системи водопостачання (прямоточною або зворотній), кліматичних умов і т. д.

У разі прямоточної системи водопостачання вода з водного джерела подається на промисловий об'єкт, використовується в процесі виробництва продукції, потім надходить на очисні споруди і після відповідної очищення скидається у водотік або водойму. При такій системі використовується велика кількість води, але частка необоротного водопостачання невелика.

При оборотній системі водопостачання відпрацьована вода після відповідної очищення не скидається у водойму, а багаторазово використовується у процесі виробництва. Витрати води при цьому набагато нижче.

Для оцінки промислового водоспоживання використовується термін водомісткість виробництва (кількість води (м3), необхідне для виробництва на одиницю (1 т, 1 кВт і т. д.) продукції. Найбільшим споживачем води в промисловості є атомна енергетика – АЕС споживають в середньому вдвічі більше води на 1 кВт виробленої електроенергії, ніж ТЕС. Сільське господарство є основним споживачем прісної води (70 % всього її використання). Втрати води в процесі зрошення (за рахунок випаровування) досягають 20-60 % водозабору. Водопостачання населення задовольняє потреби в питній воді й комунально-побутові потреби. Існує поняття питоме водоспоживання, тобто добовий об'єм води в літрах, необхідний для задоволення всіх потреб одного жителя міста або села. У містах воно вище і значною мірою залежить від ступеня впорядкованості (наявності водопроводу, каналізації, центрального водяного опалення.).

Під забрудненням водойм розуміють зниження їх біосферних функцій і екологічного значення в результаті надходження в них шкідливих речовин. Проявляється забруднення вод в зміні фізичних і органолептичних властивостей (зниження прозорості, зміна забарвлення, запаху, смаку), збільшенні вмісту сульфатів, хлоридів, нітратів, токсичних важких металів, скорочення розчиненого у воді кисню, появу радіоактивних елементів, хвороботворних бактерій і інших забруднювачів.

Основною причиною забруднення водних ресурсів є антропогенне забруднення. Основними його джерелами є:

- стічні води промислових підприємств;

- стічні води комунального господарства міст та інших населених пунктів;

- стоки систем зрошення, поверхневі стоки з полів та інших сільськогосподарських об'єктів;

- атмосферні випадіння забруднювачів на поверхню водойм і водозбірних басейнів, а також неорганізований стік води опадів (зливові стоки, талі води) забруднює водойми техногенними терраполлютантами, змитими з поверхні ґрунту.

Встановлено, що понад 400 видів речовин можуть викликати забруднення вод. У разі перевищення допустимої норми хоча б по одному з трьох показників шкідливості: санітарно-токсикологічному, загальносанітарному або органолептичному, вода вважається забрудненою.

Розрізняють хімічне, фізичне і біологічне забруднення. Хімічне забруднення – найбільш часто зустрічається, стійке і далеко поширюється. Воно може бути органічним (феноли, нафта і нафтопродукти, поверхнево-активні речовини (ПАР), пестициди), і неорганічним (солі, кислоти, луги, метали та їх сполуки). Більшість з них є токсичними (миш'як, сполуки ртуті, свинцю, кадмію і ін.). При осадженні на дно водойм або при фільтрації в пласті шкідливі хімічні речовини сорбуються частинками порід, окислюються і відновлюються, випадають в осад, але, як правило, повного самоочищення не відбувається. Осередок хімічного забруднення підземних вод в сильно проникних ґрунтах може поширюватися до 10 км і більше. У харчових ланцюгах поглинені планктоном забруднюючі речовини (ЗР) концентруються згідно із законом піраміди мас (енергій), на кожному наступному рівні, тобто в рибі, яка харчується цим планктоном, концентрація ЗВ перевищує в десять разів вміст його в планктоні і т. д. Так як ланцюги живлення у водоймах налічують 4-6 ланок, то в результаті в тканинах хижих риб (щука, судак) концентрація токсичних речовин може в тисячу разів перевищувати її концентрацію у воді, що небезпечно для птахів, інших тварин і людей. Наприклад, було встановлено, що вміст ртуті в балтійській трісці подекуди досягає 800 мг/кг маси, тобто з'ївши 5-8 таких рибин, людина одержує стільки ртуті, скільки її в медичному термометрі.

Бактеріальне забруднення виражається в появі у воді патогенних бактерій, вірусів (до 700 видів), найпростіших, грибів і т. д.

Радіоактивне забруднення створюється радіоактивними елементами; особливо шкідливі «довгоживучі» радіоактивні елементи, що володіють підвищеною здатністю до пересування у воді: стронцій-90, уран, радій-226, цезій і т. д. Потрапляють у поверхневі водойми при скиданні в них радіоактивних відходів, поховання відходів на дні і т. д. В підземні води уран, стронцій і інші елементи потрапляють в результаті випадання їх на поверхню землі у вигляді радіоактивних продуктів і відходів та подальшого просочування вглиб землі разом з атмосферними опадами, так і в результаті взаємодії підземних вод з радіоактивними гірськими породами.

Механічне забруднення характеризується потраплянням у воду різних механічних домішок (пісок, шлам, мул та ін.), які значною мірою погіршують органолептичні показники якості вод. Засмічення промисловими та побутовими твердими відходами, рештками лісосплаву та ін. погіршує якість вод, негативно впливають на середовище існування гідробіонтів і на стан екосистем.

Теплове забруднення вод пов'язано з підвищенням температури вод унаслідок їх змішування з більш нагрітими поверхневими або технологічними водами. При підвищенні температури відбувається зміна газового і хімічного складу у водах, що веде до розмноження анаеробних бактерій, зростання числа одних гідробіонтів і загибелі інших, виділення отруйних газів - сірководню, метану.

Під впливом забруднення прісноводних водоймах спостерігається зниження стійкості екосистем внаслідок порушення харчових зв'язків, мікробіологічного забруднення, антропогенної евтрофікації (різкого підвищення биопродуктивностии масового розмноження фітопланктону, в першу чергу невибагливих синьо-зелених водоростей. «Цвітіння» води і поступове відмирання маси водоростей призводить до витрачання всіх запасів кисню і «вмирання» водойми. Причому евтрофікація викликається не отруйними ЗВ, а цілком нешкідливими домішками – частинками грунту і добривами).