Курочкина Экология.Краткий курс

Химические свойства. Определённые химические вещества специфически воздействуют на те или иные органы человека. Например, свинец или бензол воздействуют на кровь; сероводород или трихлорэтилен (CНC1-ССl3) – на нервную систему.

Размер частиц. Крупные частицы, например пыль, задерживаются в верхних дыхательных путях. В легкие могут попасть только частицы размером менее 5 10–4 см.

Концентрация. Чем выше концентрация вредного вещества, тем выше вероятность проявления его неблагоприятного воздействия.

Продолжительность воздействия. Чем дольше организм соприкасается с вредным веществом, тем сильнее проявляется его действие.

Способ попадания в организм. Основными путями попадания вредных веществ в организм человека являются органы дыхания, пищеварения и кожа.

На человека загрязняющие вещества могут оказывать раздражающее и аллергическое воздействие. Раздражающее действие вредных веществ проявляется в раздражении глаз, носа, верхних дыхательных путей, лёгких, кожи. Это воздействие может быть фиброгенным (лат. fibra – волокно, греч. genos – происхождение), связанным с попаданием в организм различных видов пыли (угольной, кремниевой, асбестовой), вызывающих серьёзные поражения лёгких. Вдыхание же ядовитых газов оказывает на организм токсическое действие, связанное с нарушением жизненных процессов и физиологических функций. Такое же воздействие оказывают оксиданты, попадающие в организм через пищеварительный тракт или кожу. Аллергическое действие вредных веществ, т. е. реактивность к тому или иному веществу, вызывается в ответ на поступление в организм аллергенов.

Различают экзоаллергены это аллергены, попадающие в организм человека из внешней среды, и аутоаллергены, т. е. аллергены, являющиеся тканями самого организма. Экзоаллергенами могут быть агенты как инфекционного происхождения, например вирусы, микробы, так и неинфекционного, например пыльца растений, комнатная пыль и т. д. Аутоаллергенами могут быть, например, ткани щитовидной железы, хрусталика глаза и другие.

61

5.3. ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИТЕЛИ И ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

БИОСФЕРЫ

Все основные компоненты биосферы: атмосфера, гидросфера и литосфера (почва) – в настоящее время загрязнены вследствие деятельности человека. А поскольку жизнь на Земле существует в строго определённом интервале значений уровней радиации, гравитации, магнитного и шумового фона, температуры, химического состава среды и т. д., а антропогенная деятельность влияет на эти параметры биосферы, то, очевидно, что человеком подрываются основы самой возможности жизни на нашей планете.

Загрязнение атмосферы – это изменение её состава при поступлении примесей природного или антропогенного происхождения.

К природным источникам загрязнения атмосферы относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения.

Антропогенные источники загрязнения атмосферы очень многочисленны. Сжигание горючих ископаемых в энергетических установках, на предприятиях черной и цветной металлургии, коксохимии, нефтепереработки, в двигателях внутреннего сгорания, которое сопровождается выбросом в атмосферу оксидов углерода (примерно 5 млрд т СО2 ежегодно) и аэрозолей, содержащих оксиды железа, свинца, силикаты, сажу и другие примеси.

Работа тепловых электростанций на высокосерных углях, предприятий цветной металлургии, сернокислотное производство сопровождаются поступлением в атмосферу оксидов серы (по оценкам, в пересчёте на SO2 более 145 – 150 млн т ежегодно). Высокая концентрация SO2 влияет на процессы углеводного и белкового обмена.

Работа предприятий химической промышленности, полёты современных турбореактивных самолетов, наземный транспорт поставляют в атмосферу более 50 млн т в год оксидов азота.

Предприятия нефтедобывающего, коксохимического и других производств выбрасывают в атмосферу сероводород.

Углеводороды выбрасываются нефтеперерабатывающими предприятиями и транспортом. Они поступают в атмосферу в виде парообразных конденсирующихся соединений сложного и изменяющегося в условиях атмосферы состава.

62

Общая масса ежегодного поступления в атмосферу мелкодисперсных аэрозолей составляет более 250 млн т. Большой вклад вносит промышленность строительных материалов.

Основными загрязнителями воздуха в сельских районах являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мясопродуктов, теплосиловые и энергетические установки. К источникам загрязнения относятся также склады, в которых происходит протравливание семян, и поля, на которые вносятся минеральные удобрение и пестициды.

На сегодняшний день экологи насчитывают уже около 2000 загрязнителей атмосферы. Возрастает уровень загрязнения шумом, вибрацией, радиацией, электромагнитными полями и, особенно, химическими веществами.

Вещества-загрязнители атмосферы бывают двух видов:

–газы, на их долю приходится до 90 % загрязнителей;

–аэрозоли (греч. аer – воздух, лат. solutio – раствор) – это коллоидные системы, состоящие из газовой среды (воздуха), в которой дисперги-

рованы (лат. dispersus – рассеянный) твёрдые, размером 10–3 10–9 мм, или жидкие частицы размером 10–2 10–6 мм, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии (например пыль, зола, сажа, дым, мелкодисперсные смолистые вещества, оксид цинка, хлорид свинца, пылевидные металлы свинец, мышьяк, кадмий, марганец и др.).

Основными газовыми загрязнителями атмосферы являются оксиды углерода (СО, СО2), оксиды азота (NO, NO2), оксиды серы (SO2, SO3), сероводород, метан и другие углеводороды, аммиак, галогеноуглероды, галогеноводороды, тропосферный озон, формальдегид, фреоны.

Опасность оксида углерода (II), т. е. угарного газа (СО), который образуется при неполном сгорании топлива и не имеет запаха, заключается в его высокой токсичности. Ядовитое воздействие угарного газа объясняется тем, что СО в 200 раз легче присоединяется к гемоглобину крови и мешает его способности переносить кислород от лёгких к тканям. Выбросы угарного газа могут нарушить тепловой баланс верхней атмосферы.

Увеличение содержания в атмосфере углекислого газа СО2 приводит к потеплению климата в связи с чрезмерным поглощением воздухом теплового излучения Земли.

Накопление в атмосфере таких загрязнителей, как, например, оксиды азота, оксиды серы, сероводород, галогеноводороды, приводит к выпаде-

63

нию так называемых «кислотных дождей», пагубно действующих на живые организмы.

Значительные выбросы фреонов (хлорфторуглеродов) приводят к разрушению озонового слоя (озоносферы), образованию озоновых дыр (область с пониженным до 50 % содержанием озона). Оказалось, что фреоны, вещества стабильные и инертные в тропосфере, поднимаясь в стратосферу, подвергаются фотохимическому разложению с выделением атомарного хлора, который разрушает молекулы озона. Важно отметить, что хлор при разрушении озона выступает в роли катализатора, поэтому количество его не уменьшается в ходе химических реакций. Таким образом, один атом хлора может в среднем разрушить 100 тыс. молекул озона, прежде чем будет дезактивирован и исчезнет из стратосферы. А среднее время жизни фреонов в атмосфере до 100 лет.

Аэрозоли являются источником загрязнения не только тропосферы, но и стратосферы, оказывая влияние на её спектральные характеристики, что может сказаться на альбедо земной поверхности.

Хотя время пребывания в атмосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, их влияние может снизить температуру воздуха у земной поверхности на 0,3 С. Выпавшие на поверхность земли аэрозоли загрязняют почву, приводят к заболеваниям трав и деревьев.

С атмосферными осадками загрязнители поступают в почву. Некоторые растения могут накапливать эти загрязнения как из почвы, так и из атмосферы. Таким образом, начальное антропогенное загрязнение атмосферы оказывает влияние на остальные компоненты биосферы.

В реальных условиях человек и экосистемы подвергаются воздействию не отдельных загрязнителей, а их комбинаций, включающих физические, химические и биологические составляющие. Например, поступление в атмосферу городов углеводородов, оксидов азота, углерода и других веществ в сочетании с активным воздействием энергии солнечного излучения приводит к фотохимическим реакциям. В результате этого образуются тонкодиспергированные аэрозоли в виде голубой дымки – смога.

Смог (англ. smoke – дым, fog – густой туман) – характеризует сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах. Различают смог ледяной, влажный и фотохимический (сухой).

Ледяной смог (аляскинского типа) – это сочетание газообразных загрязнителей, пыли и кристаллов льда, образующихся при замерзании капель тумана.

Влажный смог (лондонского типа) – это результат сочетания газообразных загрязнителей, дыма, пыли и густого тумана.

64

Фотохимический смог (лос-анджеллеского типа) – это пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая под действием ультрафиолетового излучения Солнца в результате фотохимических реакций. Главными токсическими компонентами такого смога являются озон, угарный газ, оксиды азота.

Появлению смога способствуют рельеф местности, в виде долин и котлованов, и слабая турбулентность воздуха. Смог снижает видимость, вызывает коррозию и разрушение различных сооружений, отрицательно влияет на окружающую природную среду и здоровье человека.

Втечение XVIII и XIX вв. задымление воздуха носило местный характер. В настоящее время в связи с бурным развитием промышленности

иогромными масштабами сжигания ископаемого топлива, темпы расходования запасов свободного кислорода и накопления углекислого газа в атмосфере резко увеличились. По оценкам, за последние 100 лет концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 12 – 18 %, на 10 – 12 % возросла задымлённость атмосферы и на 7 – 10 % снизилась освещённость Земли. В результате круговорот углерода в природе оказался нарушенным.

Внастоящее время толщина слоя загрязненного воздуха составляет 1,5 – 2 км. Наиболее чистый воздух над океанами. В деревнях и сёлах он содержит в 10 раз больше пылевидных примесей, над поселками и небольшими городами в 35 раз, а над промышленными центрами примерно в 150 раз больше, чем над океанами.

Загрязнение гидросферы это снижение её биосферных функций и экономического значения в результате поступления в неё вредных веществ. В начале ХХ в. науке было известно всего 17 загрязнителей природных вод, сейчас их насчитывается более 3 тысяч. Особенно опасно химическое загрязнение водоёмов. Загрязнители попадают в гидросферу из атмосферы с атмосферными осадками. Однако основные источники загрязнения гидросферы связаны с антропогенной деятельностью. На сегодня главные антропогенные загрязнители гидросферы очень разнообразны.

Двадцать процентов Мирового океана покрыто нефтяной пленкой. Нефть может попадать в воду в результате её естественных выходов в районах залегания. Однако ежегодно большое количество нефти и нефтепродуктов (от 10 до 20 млн т) попадает в процессе добычи, транспортировки, переработки и использования в качестве топлива и промышленного сырья, покрывая поверхность тонкой плёнкой, препятствующей нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Кроме того, сточные

65

воды промышленных предприятий и многочисленные аварии танкеров добавляют к этой цифре ещё несколько тысяч тонн.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), в т. ч. синтетические моющие средства (CMC), широко применяемые в быту и промышленности. Присутствие CMC в воде придаёт ей неприятный вкус и запах. В загрязнённых реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация CMC в воде в 1 мг/л вызывает гибель планктона, 3 мг/л – гибель дафний и циклопов, 5 мг/л – заморы рыб. CMC являются ксенобиотиками, замедляют естественное самоочищение водоёмов, действуют угнетающе на многие биохимические процессы.

Соли тяжёлых металлов – свинца, меди, цинка, кобальта, сурьмы, олова, висмута, ртути и других, – попадающие в воду из атмосферы, со сточными водами промышленных предприятий и со сбросами водного транспорта, являются опасными загрязнителями водоемов. Действие тяжелых металлов во многом обусловлено способностью гидробионтов к биоаккумуляции загрязнителей. Биоаккумуляция загрязнителей организмами – это накопление в тканях живых организмов химических веществ, загрязняющих среду обитания, в результате усвоения их в ходе питания.

Минеральные удобрения, т. е. нитраты, хлориды, сульфаты, содержат макробиогенные элементы, которые, попадая в гидросферу, вызывают эвтрофикацию водоемов.

Радиоактивные вещества и продукты радиоактивного распада представляют для гидросферы особую опасность и связаны со сбросом и захоронением радиоактивных отходов. Морская вода разъедает контейнеры, и их содержимое оказывается в воде. Радиоактивные вещества аккумулируются планктоном и рыбой, затем по цепям питания передаются другим животным и человеку. Установлено, что радиоактивность планктона в тысячи раз выше, чем воды, в которой он обитает.

Тепловое загрязнение водоемов вызвано сбросом подогретой воды ТЭС и АЭС. Приводит к значительному снижению количества растворенного в воде кислорода, что снижает качество воды, приводит к цветению водоемов и в конечном итоге к их заболачиванию.

Кислотные дожди приводят к закислению водоемов и гибели всей водной экосистемы.

Загрязнение почвы – это снижение продуктивности, плодородия и биосферных функций её из-за попадания загрязнителей. Загрязнение почвы происходит и природным путём, однако наиболее распространено и опасно антропогенное загрязнение. В роли основных загрязнителей почв

66

выступают металлы и их соединения, пестициды и удобрения, нефть и нефтепродукты, а также радиоактивные элементы.

Твердые отходы отвалы вскрышных пород при горных разработках, особенно при добыче полезных ископаемых открытым способом; свалки промышленного и бытового мусора; зола из дыма промышленных предприятий и транспорта и т. д.

Пестициды, удобрения, промышленные токсиканты (в т. ч. ТМ, нефть и нефтепродукты) и болезнетворные бактерии, попадающие в почву со стоками с полей, из навозохранилищ, при нефтедобыче и её транспортировке, со сточными водами промышленных предприятий и отходами транспорта, при выпадении «кислотных» и «радиоактивных» дождей и так далее.

К наиболее опасным загрязнителям почв относится ртуть и её соединения, попадающие в почву с отходами промышленных предприятий и с ядохимикатами. Массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Так, при выплавке каждой тонны свинца в окружающую среду с отходами попадает его до 25 кг. Пестициды и токсиканты, накапливаясь в почве, вызывают гибель почвенных организмов, что нарушает естественный процесс почвообразования. При попадании химических загрязнителей в почве нарушаются сложившиеся соотношения между химическими компонентами, в результате чего экосистемы почвы выходят из равновесия.

6.ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ИКОНТРОЛЬ ЕЁ КАЧЕСТВА

6.1.КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ

ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Качество окружающей среды – это степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям. Качество окружающей природной среды контролируется с помощью различных индексов загрязнения. Индекс загрязнения (лат. index – указатель, список, опись) – это показатель, качественно и количественно отражающий присутствие загрязнителя в окружающей среде и степень его воздействия на неё и живые организмы.

67

Для оценки уровня химического загрязнения используют определенные показатели.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это экологический норматив, максимальная концентрация вредного вещества в окружающей среде, которая за определённое время не влияет на здоровье человека и его потомства, не снижает работоспособности человека, не ухудшает его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни. Определяют ПДК врачи-гигиенисты на основании экспериментальных исследований над подопытными растениями, животными и находящимися под воздействием вредных веществ людьми и в соответствии с рекомендациями ВОЗ. Соответственно существуют ПДК для растений, животных и человека. В разных странах ПДК могут несколько различаться. В России, как правило, действуют наиболее жесткие ПДК, соответствующие рекомендациям ВОЗ. Разработанные ПДК после их утверждения становятся общегосударственным нормативом, имеющим силу закона. В настоящее время установлено ПДК нескольких тысяч индивидуальных веществ. Для веществ, по которым ПДК не определены, руководствуются ориентировочными безопасными уровнями воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ, которые утверждаются на три года (с возможностью продления). ПДК широко используется для контроля качества воздуха и водной среды.

Для атмосферного воздуха, с целью учёта особенностей обстановки и продолжительности воздействий вредных веществ, введено раздельное нормирование содержания вредных веществ в рабочей зоне и в населенных пунктах. В рабочей зоне, где воздействие ограничено продолжительностью рабочего дня, предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з.) это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая при ежедневной восьмичасовой работе (кроме выходных) или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 40 ч. в неделю, в течение всего трудового стажа не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, которые могут быть обнаружены современными методами исследований.

В населённых пунктах, где воздействие не ограниченно временными рамками, для каждого загрязняющего вещества установлено два норматива:

– максимальная разовая величина ПДК (ПДК м.р.) – это такая концентрация загрязнителя в воздухе населенных мест, которая не должна вызывать рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, насморк, першение в горле, слезоточение глаз, изменение биоэлектрической активности головного мозга и др.) в течение 20 – 30 мин;

68

– среднесуточная величина ПДК (ПДК с.с.) – это концентрация атмосферного загрязнителя, не оказывающая общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого негативного влияния на человека при 24-часовом воздействии.

Показатели, используемые для оценки качества водных ресурсов, зависят от вида водопользования. Если водный объект используется для купания, занятий спортом и отдыха, то это культурно-бытовое водопользование. Водоемы рыбохозяйственного назначения – это места расположения нерестилищ, водные объекты для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб. Хозяйственно-питьевое водопользование – это использование водных объектов в качестве хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Существуют и другие виды водопользования – промышленное водоснабжение, сельскохозяйственное орошение, гидроэнергетика и т. д.

ПДК природной воды – это такая концентрация вредного вещества в воде, превышение которой делает воду непригодной для установленного вида водопользования.

ПДК воды устанавливается по общесанитарному признаку вредности, если вредные химические вещества снижают процессы самоочищения водоемов, что приводит к значительному сокращению растворенного в воде кислорода и появлению сероводорода, метана и т. д.

ПДК, установленные по органолептическому признаку, являются самыми жесткими, т. к. данные концентрации не должны восприниматься органами чувств человека. Вредные вещества промышленных стоков не должны изменять органолептические свойства воды (мутность, запах, температуру и т. д.).

Если вредные вещества оказывают токсическое действие на живой организм, то ПДК устанавливается по токсикологическому признаку вредности.

Следовательно, для одного и того же вещества могут быть установлены разные предельные концентрации по перечисленным признакам. Однако при нормировании качества воды водоемов ПДК устанавливается по лимитирующему признаку вредности – ЛПВ. ЛПВ – признак вредного действия вещества, который определяется наименьшей пороговой концентрацией.

Предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в воде водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей, является более жесткой, нежели для водных объектов хозяйственно-бытового назначения.

69

Это связано с тем, что гидробионты способны аккумулировать вредные вещества в опасных для жизни количествах.

Отсчёт ПДК загрязнителя ведётся от фоновой концентрации. Фоновая концентрация – это содержание вещества в окружающей среде, определяемое глобальными приходными процессами.

В крупных промышленных центрах, где сосредоточено много предприятий, соблюдение лишь нормативов ПДК недостаточно для сохранения качества окружающей среды. Если каждое предприятие будет выбрасывать в атмосферу и в водоемы загрязняющие вещества в количествах, близких к верхним пределам ПДК, то суммарный эффект загрязнения окажется значительно выше допустимого. Поэтому на основании величин ПДК устанавливают еще два норматива: предельно допустимый выброс (ПДВ) и нормативно допустимый сброс (НДС).

Предельно допустимый выброс (ПДВ) – это масса вредного вещества в газовых выбросах, максимально допустимая к поступлению в атмосферу в единицу времени от данного источника, которая не создаёт приземную концентрацию его, опасную для людей и биоты. Другими словами, ПДВ устанавливают при условии, что приземная концентрация вредного вещества не будет превышать ПДК.

При расчёте ПДВ учитываются фоновые концентрации вредных веществ в воздухе и остальных источников загрязнения для населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, сумма которых должна быть меньше или равна ПДК для данных веществ. Для регулирования выбросов вредных веществ используются индивидуальные для каждого вещества и предприятия нормы ПДВ, которые учитывают количество источников, высоту расположения их, распределение предельных выбросов во времени и пространстве, а также размер санитарно-защитной зоны. Ширина сани- тарно-защитной зоны зависит от класса опасности выбрасываемых веществ и может достигать 1000, 500, 300, 100 и 50 м. При наложении ареалов воздействия нескольких предприятий размер ее увеличивается в три раза. Санитарно-защитные зоны отделяют предприятие от селитебной зоны (жилой зоны), в пределах которой размещены только жилые дома. Обычно в таких зонах запрещено строительство, в них высаживают зелёные насаждения, исходя из климатических условий района, характера производства, а также устойчивости их к загрязнению. Защитная зона способствует разбавлению вредных примесей до допустимого предела (зеленые насаждения очищают и освежают воздух).

70