^ Рассеивание, циркуляция
и накопление загрязняющих веществ в окружающей
среде (биосфере)
Выброс загрязняющих веществ в окружающую
среду – явление сложное, не ограничивающееся
внешней стороной, а именно выливанием
отходов в реку или выходом разноцветных
дымов из заводских труб.
Ни одно вещество из тех, что выбрасывается
человеком в биосферу, не остается на месте.
В большинстве случаев они переносятся
на значительные расстояния от места выброса.
В результате переноса примесей в воздухе,
воде, почве загрязняющие вещества постепенно
рассеиваются по всей биосфере.
Но перенос и рассеивание загрязнений
в биосфере обусловлено не только циркуляции
атмосферы и движением воды в почвах и
гидросфере. Любое соединение, загрязняющее
естественную среду, может быть поглощено
живыми организмами благодаря многогранным
метаболическим процессам. Таким образом
оно включается в трофические (пищевые)
цепи, участвуют в круговороте веществ
в биоценозе, оказывая вредное воздействие
на многочисленные животные и растительные
виды.
Эффект разбавления загрязняющих веществ
в воздухе и воде, которое длительное время
практиковалось для снижения вредного
их влияния, оказался в конце концов ограниченным.
Многочисленные исследования показали,
что, с одной стороны, живые организмы
ускоряют распространение токсичных веществ,
увеличивая таким образом площадь зараженных
областей, с другой стороны, - они накапливают
эти вещества в своем организме. Так, мигрирующая
рыба, отравленная в прибрежной зоне, может
стать добычей другого вида, который она
отравит, когда окажется в районе, удаленном
от берегов.
Все живые существа обладают способностью
накапливать в своем организме любые вещества,
биологически слабо или совершенно не
разрушающиеся. Организмы, аккумулирующие
токсичные вещества, служат пищей другим
животным, которые накопят их в своих тканях.
Уровень накопления будет тем выше, чем
меньше веществ при постоянстве остальных
условий участвуют в обмене.
Постепенно происходит заражение всей
пищевой цепи экосистемы, начало которому
положили первичные продуценты, «выкачивающие»
загрязняющие вещества, рассеянные в биотопе.
Хищники и человек, находящиеся в самом
пищевой цепи, оказываются обладателями
наиболее высокого уровня заражения. В
Японии 110 человек погибли, а многие сотни
стали инвалидами из-за отравления ртутью,
которая содержалась в тканях рыб в 500 000
раз больше, чем в воде залива, в которую
выбрасывались ртутьсодержащие отходы
химического завода. Таким образом, загрязняя
окружающую среду, человек, занимающий
по отношению к другим живым существам
место суперхищника, сталкивается с эффектом
«бумеранга».
^ Загрязнение атмосферы
Восходящее к заре индустриальной цивилизации
атмосферное загрязнение очень сильно
возросло в последнее десятилетие во всех
развитых странах. Рост промышленности
и увеличение числа машин сопровождаются
постоянным усилением выброса в воздух
дыма, токсические газы и других загрязняющих
агентов.
Основные вещества, загрязняющие атмосферу,
можно разбить на две группы – газы и твердые
частицы. Газы составляют 90% общей массы
выбрасываемых в атмосферу веществ, а
на долю твердых частиц приходится 10%.
^ Влияние загрязнения
атмосферы на экосистемы
Особую опасность представляет истончение
озонового экрана под воздействием хлорсодержащих
органических веществ, поступающих в атмосферу
из различных источников, и, в частности,
при использовании аэрозолей (дезодорантов,
лаков для волос и т.д.). Уже сейчас в результате
усилившегося воздействия ультрафиолетового
излучения возросло количество случаев
раковых заболеваний.
Высвобождая в процессе горения разнообразного
топлива громадное количество углекислого
газа и повышая его содержание в атмосфере,
человек способствует созданию «парникового
эффекта», так как углекислый газ мешает
отражению инфракрасных (тепловых) лучей
от Земли обратно в Космос, что ведет к
повышению температуры на ее поверхности.
Результатом может стать резкое изменение
всех климатических факторов, таяние вечных
льдов, подъем воды в мировом океане, затопление
густозаселенных побережий.
Этому процессу противостоит другой
- загрязнение атмосферы сажей, пылью и
другими веществами, которые задерживают
проникновение как светового, так и теплового
спектра солнечных лучей с такой силой,
что в пору опасаться не «парникового»,
а «ледникового» эффекта.
Будущая эволюция климата Земли зависит
от воздействия человека на атмосферу.
Последнее остается двойственным, так
как оно представлено, с одной стороны,
нагревания нижних слоев тропосферы под
влиянием выброса углекислого газа, с
другой стороны, - их охлаждением под влиянием
примесей, поступающих в тропосферу и
стратосферу. Глобальная температура
будет повышаться или понижаться в зависимости
от того, чье влияние будет преобладать
– углекислого газа или примесей искусственного
происхождения (сажа, пыль и другие твердые
взвешенные в воздухе частицы).
Большинство ученых (Митчелл, Разул, Шнейдер
и д.р.) пришли к единому мнению о преобладающем
влиянии примесей на глобальную температуру,
начиная с 2000 года Разул и Шнейдер предсказывают
даже наступление нового ледникового
периода в 21 веке, если цивилизация окажется
неспособной в ближайшем будущем справиться
с загрязнением атмосферы.
При сгорании любого ископаемого топлива
в атмосферу, кроме углекислого газа попадают
оксиды серы и азота. Последние образуют
в атмосфере с водяным паром растворы
кислот, проливаясь на Землю в виде кислотных
дождей. Они губят все экосистемы биосферы:
водоемы, леса, почвы, их живое население,
отражается на здоровье людей, так как
вытеснение кислотой из пород различных
токсичных материалов – ртути, свинца
и других материалов ведет к загрязнению
ими питьевой воды, повышению их уровня
в рыбе, потребляемой человеком. Трудно
даже приблизительно определить весь
экономический и экологический ущерб
от этого процесса.
^ Загрязнение почв
Почва, т.е. поверхностный
слой земной коры толщиной в несколько
десятков сантиметров, обладающий плодородием,
образуется из продуктов разрушения горных
пород под влиянием климата жизнедеятельности
многих поколений растительных и животных
организмов.
Почва выступает в роли посредника между
атмосферой и гидросферой для всего количества
любого загрязняющего вещества, выбрасываемого
человеком в воздух. По-этому прежде, чем
рассматривать загрязнение гидросферы,
необходимо изучить последствия загрязнения
почвы. Очень часто загрязнения попадают
в гидросферу через литосферу. Все химикаты,
используемые в сельском хозяйстве, можно
разделить на минеральные вещества и синтезированные
органические соединения. Последние ответственные
за то, чтобы избытки отходов сельскохозяйственного
происхождения, получаемые в процессе
производства или потребления продукции
земледелия и животноводства, больше не
возвращались на поля, как это было в традиционном
земледелии. Эти продукты больше не включаются
в природные круговороты веществ, а выбрасываются
на свалки, где в результате брожения выделяются
токсичные серные и аммонийные соединения,
которые обуславливают усиливающиеся
загрязнения почв.
Химические удобрения вводят в почву
с целью увеличения урожайности сельскохозяйственных
культур. Вместе с урожаем изымаются из
почвы питательные для растений элементы:
азот, фосфор, калий и в меньшей степени
сера, кальций, магний и др. микроэлементы.
Следовательно, необходимо восстановить
их потерю путем внесения в почву фосфатов,
нитратов, солей калия и др. в количестве,
эквивалентном изъятому с урожаем.
Наиболее часто используемыми химическими
удобрениями принято считать: нитрат аммония,
нитрат кальция, сульфат аммония и мочевину
(последняя превращается в нитраты через
посредство бактерий – нитрофикаторов,
присутствующих в почве). Фосфор употребляется
в виде суперфосфатов (растворимых ортофосфатов).
Хлористый калий и сильвинит (двойной
хлорид калия и натрия) входят в состав
обычных калийных удобрений. С 1945 по 1965
гг. мировое потребление химических удобрений
увеличилось в 6 раз. Кроме того, суперфосфаты
содержат довольно высокий процент загрязняющих
токсичных элементов: мышьяка, кадмия,
хрома, меди, свинца, цинка. Многие из этих
элементов мало подвижны в почве, где сосредоточены
корневые системы растений, в течении
многих десятилетий. Таким образом происходит
загрязнение ими сельскохозяйственных
продуктов.
Основная задача при биологической борьбе
- всеми средствами сокращать численность
каждого вида вредителя, снижать рождаемость
вредителя. В основе этой борьбы лежит
принцип использования естественных врагов
вредителей - паразитов и хищников - для
увеличения роста смертности первых. В
течение последнего десятилетия наметились
новые пути развития биологической борьбы,
направленные на уменьшение рождаемости
вредных насекомых путем стерилизации
особей. Стерильный индивидуум распространяет
свое бесплодие в популяции, так как индуцирует
его у своего партнера.
^ Общие понятия о загрязнении
гидросферы
Загрязнение континентальных и океанических
вод - это проблема наших дней. Водный кризис
шунтуя промышленно развитые страны, окраинные
моря, развивающиеся примы с засушливым
климатом, где сельскохозяйственное производство
ограничено отсутствием влаги.
Многочисленны твердые загрязняющие
вещества могут растворяться в воде или
же во взвешенном состоянии переноситься
на огромные расстояния от мест сброса.
Вследствие гомогенности водной среды
отравляющие вещества оказывают воздействие
на все организмы, обитающие ниже по течению
реки, а в некоторых случаях и в море, куда
она впадает.
Другая особенность проблемы загрязнения
вод состоит в том, что вода содержит относительно
небольшое количество растворенного кислорода.
С повышением температуры воды содержание
кислорода в воде падает, а при одинаковой
температуре оно значительно меньше в
морской воде, чем в пресной. Кислород
относится к лимитирующим факторам для
большинства организмов как в пресных,
так и в соленых водах. Факторы, сдерживающие развитие организмов
из-за недостатка или их избытка по сравнению
с потребностями называются лимитирующими,
^ Биологическое загрязнение
вод
Биологическое загрязнение приводит
к сильному бактериологическому загрязнению
воды, способствует распространению таких
серьезных патогенных заболеваний, как
тиф, дизентерия, кишечные инфекции.
Кроме городских сточных вод биологическому
загрязнению способствуют стоки вод различных
предприятий пищевой промышленности:
боен, молочных и сахарных заводов, сыроварен
и т.д. По загрязнению код органикой целлюлозно-бумажная
промышленность стоит на одном из первых
мест, так как ЦБК выбрасывает воды, богатые
органическими соединениями (глюцидами),
обладающими способностями к быстрому
брожению. ЦБК средней мощности загрязняет
воду в той же степени, что и город с населением
6500/000 жителей.
^ Химическое загрязнение
вод
Химическое загрязнение вод происходит
в результате выброса в них различных
химических соединений, используемых
в сельском хозяйстве, а также отходов
металлургических и других предприятий.
Такими соединениями, обладающими высокой
токсичностью, являются производные ртути.
Мировое производство ртути в настоящее
время превысило 10 тыс. в год. Кроме того,
еще 3 тыс. т ежегодно выбрасывается в атмосферу
при сжигании ископаемого топлива. Около
20% этого количества находит применение
в промышленности, остальное же попадает
в окружающую среду. Ежегодно реки приносят
в океан около 5 тыс. т ртути.
Загрязнение континентальных и океанических
вод углеводородами - одно из основных
видов загрязнения гидросферы современным
цивилизованным обществом. Тот факт, что
сущее ту юг районы моря, где нефтеналивным
судам разрешено сбрасывать воду после
промывки танков, попирает все основы
океанографии. В некоторых районах морей,
несмотря на обилие рыбы, ее невозможно
употреблять в пищу из-за неприятного
вкуса, который придает ей нефть. Основным
источником загрязнений океанической
среды является перевозка нефти, аварии
на подводных скважинах и на нефтеналивных
судах, а также на нефтяных разработках
в открытом море.
Существует мнение различных авторов,
что в Мировой океан из различных источников
в результате деятельности человека попадает
5 млн. т нефти в год. Поскольку одна тонна
нефти, растекаясь по поверхности океана,
занимает площадь 12 кв. км, то, вероятно,
Мировой океан уже давно покрылся бы тонкой
поверхностной пленкой углеводородов.
Континентальные воды также сильно загрязнены
углеводородами. Это сточные воды нефтеперегонных
заводов, смена масла в автомобилях, утечки
масла из картеров, расплескивание бензина
и дизельного топлива я момент заправки
автомобилей. Кроме того, бензин придает
воде неприятный вкус даже при очень малых
концентрациях в ней. Следует отметить,
что воды всех рек в промышленных странах
содержат углеводороды. Так, Рейн в своем
нижнем течении переносит около 12 тыс.
нефтепродуктов в день. Очередным загрязнителем
являются моющие средства, которые содержат
малотоксичные поверхностно-активные
вещества, и отбеливающие реагенты (персульфаты,
пербораты).
^ Экологические последствия
химического загрязнения природных вод
При органическом загрязнении вод никакой
вид рыб, никакое беспозвоночное, обитаюшее
в чистой воде, не могут выжить в зараженной
зоне.
Человек ускоряет эвтрофикацию, так как
сбрасывает в озёра и закрытые моря значительные
количества органических веществ, способных
к брожению, а также сточных вод, богатых
фосфатами (моющие средства, химические
удобрения) и нитратами.
При загрязнении морских вод углеводородами
(нефть) часто гибнет икра и молодь. При
использовании моющих средств для очистки
морских вод от нефти гибнут моллюски,
мидии, крабы, креветки и другие обитатели
моря.
На примере загрязнения ртутью видно,
какие ужасные последствия имеет пагубное
влияние современной технологии на биосферу.
Вследствие того, что некоторые производные
ртути распадаются с помощью бактерий
(биодеградируют) очень слабо, ртуть имеет
тенденцию накапливаться в организмах
живых существ.
Загрязнение озёрных и морских экосистем
метил - ртутью отмечается не только в
Японии, но и на северном побережье Средиземноморья,
в прибрежных районах Нидерландов и Швеции,
а также в некоторых канадских озёрах.
Причём, источник неизвестен.
Кроме того, загрязнение ртутью, как и
любое загрязнение, имеет множество опасных
последствий. Так, у не болевших женщин
из района Миномата родились дети с серьёзными
врожденными аномалиями.
^ Тепловое загрязнение
При тепловом загрязнении вод (выбросе
тепла в окружающую среду) происходит
разрушение биоценозов. Тепловое загрязнение
возникает, когда ископаемое топливо и
расщепление урана добавляют тепло к солнечной
радиации. Основной источник теплового
загрязнения вод - производство электроэнергии,
хотя в некоторых районах сталелитейные
и другие отрасли тяжёлой промышленности
также могут в значительной степени способствовать
этому загрязнению.
При этом происходит сброс тёплой воды
в пресноводную или морскую среду, и повышается
температура природных вод.
Повышение температуры способствует
гибели водорослей с высокими пищевыми
свойствами (для беспозвоночных и позвоночных)
и увеличению водорослей с низкими аналогичными
свойствами, поэтому видовое разнообразие
и количество беспозвоночных сокращается.
Что касается рыб, то для них существует
верхняя летальная температура (ВЛТ). Это
тот предел, выше которого рыбы гибнут
от избытка тепла. По аналогии существует
и нижняя летальная температура (НЛТ).
Допустимый интервал лежит между этими
границами. Причем НЛТ можно повысить,
если рыбы будут находиться в течение
некоторого времени под воздействием
определенной температуры, называемой
температурой акклиматизации. Так для
плотвы ВЛТ повышается на один градус
каждый раз, когда температура акклиматизации,
увеличивается на три градуса. Однако
существует предел температуры, выше которого
акклиматизация невозможна, то есть происходит
мгновенная смерть. Предел температуры
акклиматизации для плотвы равен 34"
С, для кеты 23,9° С. Вообще говоря, лососевые
- стенотермные рыбы: они могут приспособиться
только к небольшим изменениям температуры.
Изучение теплового загрязнения континентальных
вод показывает, что изобилие рыб наблюдается
при благоприятной температуре для каждого
вида и количество рыбы уменьшается при
температуре выше благоприятной. Причем
ВЛТ у икринок и молоди рыб ниже, чем у
взрослых особей, поэтому тепловое загрязнение
губительно для нерестилищ рыб, особенно
лососевых.
Изучение влияния теплового загрязнения
на рыб заставило службы защиты окружающей
среды различных стран определить нормы
температуры для континентальных вод.
Эти органы призывают ограничить повышение
температуры зимой до 5-6° С, ибо любое сильное
повышение температуры отрицательно влияет
на лососевых и других видов рыб. В США
максимальная температура воды зимой
не должна превышать 15°С, а летом 21 °С градус
для лососевых и 26°С для карповых,
Наконец, гибель большего числа рыб может
быть связана с механическим шоком, вызванным
сбросом вод, охлаждающих системы атомных
и тепловых электростанций. Организмы,
обитающие в районе станции, смываются
и наталкиваются на решетки и другие заградительные
устройства станции или внутренние узлы
цепи охлаждения.
^ Радиоактивное загрязнение
Радиоактивное загрязнение происходит
вследствие радиоактивного излучения,
состоящего из элементарных частиц (электроны,
нейтроны, космические лучи); или
ионизированных атомов гелия (альфа-лучи).
Это излучение невидимо и перемешается
с высокой скоростью. Глубина проникновения
излучения в живой организм зависит от
его вида. Так альфа лучи задерживаются
очень гонким поверхностным слоем кожи.
Нейтронное излучение гораздо опаснее
предыдущею. Это объясняется большим размером
нейтронов и отсутствием у них электрического
заряда, а также их большой кинетической
энергией. Они могут вызвать суицч-1 ценные
нарушения в клетках живых организмов,
например, оторвать часть цепочки нуклеиновой
кислоты. Однако нейтроны не представляют
особой опасности с экологической точки
зрения, так как они встречаются лишь в
непосредственной близости от реакторов
или же образуются в момент ядерного взрыва.
Электроны (бета-лучи) могу! проникнуть
на несколько сантиметров в глубь тканей;
гамма-лучи и космические лучи могут пройти
сквозь многометровые свинцовые стены,
гамма-лучи - электромагнитные волны очень
высокой энергии.
Рассматриваемое радиоактивное излучение
является ионизирующим, так как обладает
свойством вырывать электроны с внешних
орбит атомов, то есть ионизировать их.
Образующиеся при этом ионы химически
очень активны. Они способны изменять
различные свойства живой клетки и приводить
ее к.гибели ил Мутация - это изменение
в наследственном аппарате организма.
Использование ядерных веществ для производства
электрической энергии, применение радиоактивных
элементов в промышленности и в научных
исследованиях, систематическое и нередко
излишнее употребление их в медицинской
практике, длительное пребывание у экранов
телевизоров ощутимо увеличивает количество
источников радиации, которой подвергается
современный человек.
Прежде, чем рассматривать экологические
последствия радиоактивного загрязнения,
уточним некоторые понятия радиобиологии.
Некоторые изотопы радиоактивны. Изотопы
– элементы с одинаковым порядковым номером,
но с разной атомной массой. Так как изотопы
имеют одинаковое число электронов, химические
свойства их одни и те же.
Явление радиоактивности заключается
в самопроизвольном распаде одного химического
элемента и превращении его в элемент
с другим порядковым номером. Это превращение
сопровождается излучением, зависящим
от свойств элемента.
Наименее чувствительны к облучению
бактерии, более всего подвержены облучению
теплокровные позвоночные. Чувствительность
к облучению зависит от возраста облучаемой
особи. Молодые животные и особенно эмбрионы
более уязвимы, чем взрослые особи.
Возможно, что со снижением иммунитетных
реакций связана большая подверженность
облучения млекопитающих раковым заболеваниям.
^ Экологические последствия
радиоактивного загрязнения
К 1963 г., когда был подписан Договор о
запрещении испытаний ядерного оружия
в атмосфере, космическом пространстве
и под водой, в атмосфере Земли уже находились
продукты взрыва бомб общей мощностью
свыше 170 мегатонн, это эквивалентно примерно
8500 бомбам, подобным той, что была взорвана
и Хиросиме,
В период ядерных испытаний (в 1954-1962 гг.)
в атмосферу поступило 9Мки стронция-90
и 14М&и цезия-137. Опыт показал, что радиоактивные
примеси при вовлечении их в глобальную
циркуляцию атмосферы заражают даже самые
удаленные от места испытания районы.
Осаждающиеся на землю радиоактивные
примеси, первоначально рассеяные в атмосфере,
попадают в почву и воду, а затем оказываются
влеченными в биомассу.
Как показали многочисленные исследования,
существуют благоприятные условия для
накопления в почве двух важных радиоактивных
элементов - стронция-90 и цезия-137. Часть
радиоактивных осадков попадает в растения
через корневую систему, часть - через
поверхность листа. Большая часть осевшего
на листьях растений стронция или цезия
очень скоро попадает в их плоды и зерна.
Испытания атомных или водородных бомб
сопровождались очень быстрым заражением
пищевых цепей континентальных и океанических
экосистем.
Пища человека загрязнена в различной
степени; наиболее сильно заражены продукты
животноводства, поскольку стронций-90
и иод-131 содержатся в молоке, а цезий-137
- в молочных продуктах и мясе. Пищевая
цепь почва - травы - рогатый скотмолоко
(мясо) - человек сильно подвержен загрязнению
радиоактивными веществами. Радиоактивный
йод, образовавшийся при атомных испытаниях
- очень опасное загрязнение, так как он
концентрируется главным образом в щитовидной
железе и поражает её.
Радиоактивные осадки вызывают также
заражение вод океана, а, следовательно,
и его обитателей. Так, после испытания
первой американской водородной бомбы
на атолле Эниветок в 1953 г. японская рыболовная
служба заметила, что тунцы, пойманные
на расстоянии многих тысяч километров
от этого атолла, были заражены до такой
степени, что стали непригодны для употребления
в пищу.
Атомная промышленность может быть источником
радиоактивного загрязнения на трех этапах:
1) при добыче и обогащении ископаемого
сырья; 2) при использовании его в реакторах;
3) при переработке ядерного горючего в
установках.
Быстрый рост атомной энергетики, потенциальное
загрязнение, обусловленное применением
ядерных взрывов в мирном строительстве,
служат основанием для предположения
о резком увеличении количества радиоактивных
отходов, от которых будет необходимо
себя охранять. Современные методы разбавления
и удаления отходов не гарантируют защиты
окружающей среды и человека. Такое положение
не может не сопровождаться значительным
возрастанием радиоактивности окружающей
среды. |