Антропогенное загрязнение биосферы



страница1/3
Дата23.04.2016
Размер0.8 Mb.
ТипГлава
  1   2   3

Глава 9


АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

биосферы



Загрязнение окружающей природной среды. Привнесение в природную среду, или возникновение в ней новых, обычно не харак-терных, физических, химических, информационных или биологичес-ких агентов, или превышение в рассматриваемое время естествен-ного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колеба-ний) воздействия перечисленных агентов на среду, приводящее к негативным (с позиций человека) последствиям, называют загрязнением. В наиболее общем виде:




загрязнение это всё то, что появляется не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит её системы из равновесия, что отличается от нормы, обычно наблю-даемой и (или) желательной для человека.




Важно, что те или иные агенты воздействуют не просто на воду, атмосферный воздух или почву, а объектом воздействия всегда является экосистема (биогеоценоз). Поскольку в экосистемах эти агенты выступают в роли экологических факторов, то фактически происходит изменение режимов экологических факторов. В результате один или несколько из них выходят за границы своих оптимальных значений и даже могут выйти за пределы толерантнос­ти организмов соответствующего био­це­ноза, т.е. отклониться от требо­ва­ний экологической ниши того или иного организма или даже звена трофической цепи.

Таким образом, загрязняющим агентом может быть любой экологический фактор, например любое вещество, находящееся в сос­та­ве воздуха, воды, почвы. Загрязнение среды - сложный, много­образный процесс. При изучении или описании современных про­цессов в экосистемах и в биосфере в целом принято выделять загрязнение:

-рхимическое (или ингредиентное), заключающееся в изменении химического состава среды (отклонении от нормального уровня концентрации характерных ингредиентов и появлении новых);

-рфизическое (или параметрическое), связанное с откло­нением от нормы физических параметров окружающей среды;

-рбиологическое, включающее микробиологическое (бактериями и вирусами – возбудителями болезней, носящих характер эпидемий) и макробиологическое (животными и растениями, случайно интродуцированными* в новые экосистемы).

По масштабам воздействия выделяют следующие виды загряз­нения биосферы:

-рлокальные – характерны для городов, крупных про­мыш­­ленных и транспортных предприятий, районов добычи полез­­­ных ископаемых, крупных животноводческих комплексов и т.п.;

-ррегиональные – охватывают значительные территории и акватории, как результат влияния крупных промышленных районов;

-рглобальные – распространяются на большие расстояния от места возникновения и оказывают неблагоприятное воздействие на крупные регионы, вплоть до общепланетарного влияния (чаще всего связаны с выбросами в атмосферу).

Антропогенное загрязнение. Загрязнение, возникающее в резуль­тате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямое или косвенное влияние на состав и интенсивность природного (естественного) загрязнения называют антропогенным.

В настоящее время основным загрязнителем окружающей природ­ной среды стал человек. При этом изготовление (производство) абсолютного большинства видов промышленной продукции интере­сует человеческое общество лишь в той мере, в какой она (продукция) удовлетворяет его потребности. Иначе говоря, целью всего, что делается человеком, является удовлетворение его потребностей в продуктах питания, одежде, благоустроенном жилье, медицинской помощи, лекарствах, транспортных услугах, информации, в культур­но-эстетической сфере и т.п.

Удовлетворение потребности общества в предмете, услуге, информации всегда связано с обменом между природной средой и технической средой веществом, энергией, информацией, в процессе которого они образуют сложные геотехнические комплексы и систе­мы. При этом каждое предприятие (горнодобывающее, промышлен­ное, транспортное, энергетическое, сельскохозяйственное, комму­нальное и т.д.) вовлекает в свою производственную сферу сырьё и природные ресурсы, а возвращает в окружающую природную среду лишь отходы производственных процессов.




Всякая хозяйственная деятельность приводит к обра-зованию отходов, которые рассеиваются в окружающей природной среде, меняя диапазон естественных колеба-ний экологических (в первую очередь абиотических) факторов.




Преднамереное и непреднамеренное прямое и косвенное воздействие на природу. Прямым антропогенным воздействием называют непосредственное влияние деятельности человека на природные экосистемы. Прямое воздействие – это любой вид непосредственного вторжения человека в биогеоценозы:

________________

* Интродуцированные - переселённые (широко известен случай завоза кроликов в Австралию).

строительство поселений, дорог, использование земель в сельскохо­зяй­ственном производстве, ведение лесозаготовок, охотничьего или рыболовецкого промысла, добыча полезных ископаемых, промыш­ленное производство и многое другое. Всё это ведёт к перерож­дению биогеоценозов и сужению разнообразия биологических видов, а также к накоплению загрязнений в природной среде.

Последствия подобной деятельности не ограничиваются только прямым преднамеренным воздействием на природу. Учитывать следует также косвенные и отдалённые последствия хозяй­ство­вания. Так, лесозаготовительные работы в бассейне реки могут привести к целому ряду взаимосвязанных последствий: уменьшению влажности почвы, снижению уровня грунтовых вод, усыханию притоков реки, снижению уровня воды в реке и в озере, куда она впа­дает, изменению водных и почвенных биоценозов. В озере могут создать­ся условия, ведущие к уменьшению численности некоторых ви­дов рыб, развитию цианобактерий (“цветению” водо­ёма). В конечном счёте, эта цепочка событий приведёт к отрицатель­ным последствиям для людей, живущих около водоёма и пользующихся его водой.

Другим характерным примером цепной реакции незапланирован­ных воздействий первичной преднамеренной хозяйственной акции являются последствия использования пестицидов в сельском хозяйстве.



Ресурсный цикл. К концу второго тысячелетия в биосфере наряду с биогеохимическим круговоротом веществ сформировался антропо­ген­ный круговорот веществ или ресурсный цикл.

Ресурсный цикл – обмен веществ между природой и обществом, включающий извлечение естественных ресурсов из при­род­ной среды, вовлечение их в хозяйственный оборот с последую­щей утилизацией, а также возвращение трансформированной природ­ной субстанции в окружающую среду. На рис. 9.1 представ­лена схема ресурсного цикла, включающего основные этапы цепи “сырьё - производство - эксплуатация (потребление) – утилизация (вторичные ресурсы) - отходы”.



Этап 1. Разведка, добыча природного ресурса, представленного i-м видом сырья или материала, топлива или энергии Mi при i = 1,2,3, ..., n.

Этап 2. Изготовление j-го изделия, детали, полупродукта Nj при j = 1,2,3, ..., m.

Этап 3. Производство из Nj изделий, деталей, полупродуктов некоего предмета потребления или объекта (например, транс­порт­ного средства, медицинского центра или космического спутни­ка связи) для оказания в дальнейшем услуги (например, транспортной,

медицинской, информационной или иной, необходимой обществу).



Этап 4. Эксплуатация объекта для удовлетворения потребности об­щества и конкретных людей в предмете (потребление предмета), транс­портной, медицинской, информационной или иной услуге, а так­же в культурно-эстетической сфере, т.е. реализация той цели, для дос­ти­жения которой на предыдущем этапе и был изготовлен предмет или объект.





Рис. 9.1. Ресурсный цикл - схема использования природных ресурсов при удовлетворении потреб-ностей человека (общества) по Н.И. Николайкину







- неуловленное при очистке вещество и низкопотен-циальная энергия, рассеивающиеся в окружающей среде




Этап 5*. Ремонт объекта для восстановления утраченных потребительских свойств (технических характеристик) с целью продления срока службы, если это по каким-либо причинам рациональнее изготовления объекта заново.

Этап 6*. Реновация объекта, т. е. подготовка к эксплуатации его (или

его узлов, агрегатов, комплектующих) по иному назначению или в иной (преимущественно менее ответственной) сфере потребления**.



Этап 7. Утилизация объекта, его узлов и деталей, а также всех отходов и веществ, уловленных при очистке выбросов в атмосферу и сбросов в природные водоёмы на предыдущих этапах, с выделе-нием всего, что может быть использовано повторно в качестве вторичных материальных (ВМР) энергетических ресурсов (ВЭР).

Все вещества и энергия (бывшие природные ресурсы), за исклю­чением возвращённых в ресурсный цикл ВМР и ВЭР, после 7-го этапа поступают в окружающую природную среду, где они уже являются загрязнением.

На каждом этапе превращения природного ресурса в конечный продукт имеются потери используемого вещества. При добыче полез-ных ископаемых в отвалы направляется “пустая порода”. Значительны потери при транспортировке сырья к месту переработки. При выработке энергии, например с использованием органического топлива, оно пол-ностью превращается в иные соединения - золу, шлаки, оксиды углерода и др. Отсутствие технологий, обеспечивающих комплексную переработ-ку сырья (т.е. использующих все его компоненты) на стадии произ-водства изделий приводит к образованию большого количества отходов.

Перемещение с этапа на этап требует дополнительных транспорт-ных затрат, вызывающих в свою очередь загрязнение биосферы отходами транспортных процессов. В среднем в процессе ресурс-ного цикла по целевому назначению используется не более 5 % добытого вещества (а зачастую не более 1 %), остальные же 95 % (99 %) так или иначе попадают обратно в окружающую среду в виде отходов, не удовлетворив никаких потребностей человека. Так, по данным Госкомэкологии РФ, в начале 90-х годов количество извле-каемых природных ресурсов составляло 53 т в год на одного жителя России. Добыча и переработка этой массы сырья ежегодно требовала около 7000 кВт . ч электроэнергии и 800 т воды. В итоге, в расчёте на одного человека в год, получалось 2 ... 3 т конечной продукции, а остальная масса возвращалась в ОПС в виде отходов.

____________________

* Являются подциклами общего ресурсного цикла.

** Диапазон возможностей для реновации очень широк. Он включает и перемонтаж выработавших летный ресурс авиадвигателей воздушных судов на речные и морские суда на подводных крыльях, и перевозку мебели на дачный участок при замене её в современной городской квартире, и сезонные распродажи товаров. Реновация экологически эффективна также при решении задач конверсии военной техники и оборонных предприятий.
Конечная продукция в свою очередь также является отходами только отложенными во времени. Изготовленные изделия (машины, оборудование, предметы потребления), полученные химические соединения, всё произведённое человеком, включая шедевры искусства и памятники истории, рано или поздно изнашиваются, выходят из строя, разрушаются и рассеиваются в окружающей

природной среде. Все вовлекаемые в ресурсный цикл вещества полностью возвращаются в окружающую среду. Однако замкну­тость ресурсного цикла существенно отличается от замкнутости биогеохимического или биотического циклов.

Изъятый ресурс возвращается в биосферу в существенно измененном виде, в том числе с новым для природы сочетанием химических элементов. Такие соединения не могут быть ассимили­рованы в биосфере обычным путём. Кроме того, добытые для переработки природные ресурсы возвращаются не точно на место изъятия, а попадают в другие экологические системы; характерным примером является добыча фосфатов, их использование в качестве минерального удобрения и последующая эвтрофикация водоёмов. Следовательно, ресурсный цикл - главный источник загрязнения окружающей среды.

Основными направлениями совершенствования ресурсного цикла являются:

- уменьшение потерь на этапах добычи и транспортировки ресурсов;

- разработка технологий, позволяющих использовать для производства (потребностей человека) максимально возможное количество компонентов извлекаемого сырья;

- уменьшение материалоёмкости продукции;

- уменьшение энергоёмкости производства и эксплуатации продукции;

- увеличение срока службы изделий.

Совершенствование ресурсного цикла идет по пути создания малоотходных технологий, оптимизации технических решений (в т. ч. оборудования), исходя из принципа минимизации экологического ущерба. Очевидно, что принципиально новые решения вызывают изменения на всех этапах ресурсного цикла. От одного и того же “усовершенствования” на разных этапах ресурсного цикла могут быть получены различные как по величине, так и по знаку экологические эффекты (или ущербы).

Примеров этому к концу ХХ века накоплено много. Так, разработка и широкое внедрение нового хладагента велись 20 ... 30 лет с целью замены в холодильных установках экологически опасного аммиака

на инертное, нетоксичное, пожаробезопасное вещество. Изначально хлорфторуглероды (фреоны) казались идеальным решением пробле­мы и лишь всестороннее изучение ресурсного цикла показало серьёзную ошибочность этого вывода, ибо они оказались смертонос­ны для озонового слоя.

Современная экологическая экспертиза любых принимаемых решений обязательно должна быть всесторонней, учитывающей все возможные последствия для окружающей природной среды, человека, растительного и животного мира, биосферы в целом.


9.1. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

НА БИОСФЕРУ
Человек, как и любой другой организм, с момента возникновения на Земле влиял на биосферу. Выделяют следующие основные этапы воздействия человека на окружающую среду:

- влияние на биосферу как биологического вида;

- сверхинтенсивная охота без изменения экологических систем в целом (в период становления человечества);

- изменение экосистем через естественно идущие процессы: пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т. п.;

- усиление влияния путем распашки земель и вырубки лесов;

-I глобальное изменение структурных компонентов наиболее круп­ных экосистем, биомов и биосферы в целом.

Последний этап начался примерно 250 лет назад. Источниками антропогенного воздействия на биосферу, а следовательно и загря­зне­ния, являются промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, сфера потребления и быта - любая деятельность совре­мен­ного человека.

Воздействие на биосферу современного человека происходит по следующим основным направлениям:

- изменение структуры земной поверхности (распашка земель, горнодобыча, вырубка лесов, осушение болот, создание искус­ственных водоёмов и водотоков и т.п.);

- изменение химического состава природной среды, круговорота и баланса веществ (изъятие и переработка полезных ископаемых, размещение отходов производства в отвалах, на полигонах, в атмосферном воздухе, водных объектах);

- изменение энергетического (в частности, теплового) баланса в пределах как отдельных регионов земного шара, так и на планетар­ном уровне;

- изменения в составе биоты (совокупности живых организмов) в результате истребления одних видов животных и растений, создания других видов (пород), перемещения их на новые места обитания (интродукция, акклиматизация).

По состоянию на конец ХХ века среди существующих источ­ников воздействия выделяют следующие.
Главными источниками антропогенного загрязнения воздуха признаны энергетика, транспорт, чёрная и цветная металлургия, химия и нефтехимия.

Основными загрязнителями гидросферы являются предприятия целлюлозно-бумажной промышленности, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой и легкой отраслей промышленности. В последнее время значительно увеличилась доля загрязнений, поступающих в водоемы от индустриального сельского хозяйства.

Все твердые отходы, поступающие в окружающую cреду, подразделяют на сельскохозяйственные, промышленные и бытовые. Основная масса промышленных твёрдых и жидких отходов образуется на предприятиях горнодобычи и горнопереработки, энергетики, металлургической и химической отраслей промышленности. Утилизация твёрдых бытовых отходов повсеместно затруднена.


9.1.1. Воздействие на атмосферу
Воздух как природный ресурс представляет собой общечелове­ческое достояние. Постоянство его состава (чистота) - важнейшее условие существования человечества. Поэтому любые изменения состава рассматриваются как загрязнение атмосферы.

Основными ингредиентами загрязнения атмосферы являются оксиды углерода (СО), азота (NOX) и серы (SO2), углеводороды (СnHm) и взвешенные частицы (пыль).

Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов или аэрозолей, могут:

- оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные пыли и аэрозоли);

- физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в лито- и гидросферу;

- включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и прочие);

-bизменять свое агрегатное состояние (конденсироваться, испа­ряться, кристаллизоваться и т.п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха, после чего пойти одним из вышеуказанных путей;

-о находиться в атмосфере относительно длительное время, пере­носясь циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в разные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их физической или химической трансформации (например, фреоны).

В результате антропогенного воздействия на атмосферу возникают:

- локальная или региональная загазованность приземного слоя;

- трансграничный перенос загрязнений на значительные расстояния;

-оразличные глобальные (общепланетарные) эффекты, описан­ные в разд. 9.1.1.1 и 9.1.1.2;

-озагрязнение лито- и гидросферы как результат процессов естест­венного самоочищения атмосферы (разд. 9.1.1.3).
9.1.1.1. Загрязнение парниковыми газами

В настоящее время деятельность человека оказывает влияние на состав воздуха планеты в целом. Наиболее известный газ, содер­жание которого в атмосфере заметно изменялось за последние 150 лет – это диоксид углерода, рис. 9.2 а.







а




б







Рис. 9.2. Изменение концентрации диоксида углерода в атмо-сфере (а) и метана в пузырьках газа в полярных ледниках (б)



Диоксид углерода относится к "парниковым газам", т.е. газам, проз­­рачным для коротковолновых солнечных лучей и плохо пропус­каю­щим длинноволновые излучения, в результате чего нагреваются нижний слой атмосферы и поверх­ность Земли (см. также разд. 7.2.2.8.). На протяжение всей истории Земли СО2 поступал в атмосферу в результате вулканической деятельности и составлял часть естест­вен­ного круговорота углерода в природе; его концент­ра­ция в атмосфере колебалась значительно (см. рис. 3.3).

Другим примесным (следовым) газом в составе атмосферы, влияю­щим на парниковый эффект на нашей планете, является метан. Рост его концентрации в воздухе подтверждён экспериментально путём анализа проб газов, растворённых в полярных льдах, рис. 9.2 б. Основ­ной природ­ной причиной образования метана является деятельность особых бакте­рий, разлагающих в анаэробных условиях (без доступа кислорода) угле­во­ды на метан. Это происходит прежде всего на болотах и в пищева­ри­тельном тракте животных. Образование метана происходит в ком­посте, на свалках, рисо­вых полях (везде, где вода и грязь изолируют останки растений от доступа воздуха), а также при добыче ископаемого топлива.

Помимо диоксида углерода и метана к парниковым газам отно­сятся хлорфторуглероды (фреоны), гемооксид азота и озон (см. разд. 7.2.2.8.). Все они в незначительном количестве присутствовали в атмосфере почти весь период её существования. Количество диоксида углерода в атмосфере при современных темпах потребления ископаемого топлива удваивается каждые 23 года, что может привести к потеплению клима­та на 1 ОС к 2025 году и на 3 ОС к концу XXI столетия.

На основании расчётов, проведённых с использованием климати­ческих моделей, сделан вывод, что если не принять меры по прекра­щению выбросов парниковых газов, то уровень моря поднимется примерно на 200 мм к 2030 году и на 600 ... 1000 мм к концу следующего столетия, что произойдёт в результате увеличения объёма воды из-за нагрева и таяния снегов. Повышение уровня моря на 300 ... 500 мм приведет к серьёзным проблемам для стран, расположенных в низменных районах, и для ряда крупных городов: таких как Амстердам, Венеция, Рио-де-Жанейро, Санкт-Петербург. Дальнейший подъём уровня моря (на 1 м выше современного) затронет человеческое сообщество значительно сильнее: море зато­пит арабские страны, зальёт 15 % площади Египта, 14 % урожайной земли Бангладеш, засолит пресноводные прибрежные акватории и загрязнит воду в системах водоснабжения у берегов.

Всё это привело к разработке и принятию мировым сообществом Рамочной Конвенции ООН по изменению климата. В декабре 1997 г. в Киото (Япония) на конференции сторон этой конвенции был подписан Протокол к Конвенции, установивший для государств – участников количественные обязательства по сокра­ще­нию выбросов диоксида углерода. Так, члены Европейского союза и Швейцария должны к 2008 ... 2012 годам снизить выбросы на 8 %, США – на 7 %, Япония – на 6 % относительно базового 1990 г.

В России выбросы парниковых газов за этот период не превыша­ли допустимого уровня и снижение не требовалось. В конце 1998 г. общий выброс в атмосферу составил около 70 % от уровня базового 1990 г. Прогноз, выполненный по инициативе Всемирного банка, показал, что к 2010 г. выброс этих газов составит 96 % от базового, а при внедрении энергосберегающих технологий – всего 92 %. Экономический кризис и спад производства в России в конце ХХ в. позволяет ей иметь неиспользованные квоты* на выброс диоксида углерода, примерно, в количестве 250 млн. т в год.

___________________

* Квота – от лат. квота – часть, приходящаяся на каждого.
9.1.1.2. Разрушение озонового слоя

В зависимости от времени года и удалённости от экватора содержание озона в верхних слоях атмосферы меняется, однако значительные отклонения от средних величин концентрации озона впервые были отмечены лишь в начале 1980-х годов. Тогда над южным полюсом планеты резко увеличилась* так называемая “озоновая дыра”, то есть область с пониженным содержанием озона. Осенью 1985 г. его содержание снизилось относительно среднего на 40 %. Уменьшение содержания озона наблюдалось и на других широтах, в частности на широте Москвы оно составило около 3 %.

С увеличением доли ультрафиолетовой составляющей в излучении, доходящем до поверхности планеты, связывают рост числа раковых заболеваний кожи у людей и животных. У человека это три вида быстротекущих раковых заболеваний: меланома и две карценомы.

Среди катализаторов разложения озона наиболее важная роль принадлежит оксидам азота, а также атомам хлора:

По расчетам одна молекула хлора способна разрушить до 1 млн. моле­кул озона в стратосфере, а одна молекула оксида азота – до 10 молекул О3. Феномен антарктической “озоновой дыры” по одной из теорий объясняется воздействием хлорфторуглеродов (фреонов) антропогенного происхождения. Так натурные измерения показали почти 2-х кратное превышение фоновых концентраций хлор­со­дер­жа­щих частиц в зоне антарктической “дыры”.

Одни из наиболее подходящих условий для образования оксидов азота имеются в современных двигателях, в том числе у воздушных судов давно освоивших как тропосферу, так и стратосферу.

Кроме того зона, стратосферы, где находится озоновый слой, подвергается воздействию ракетной техники. Принципиально новые проблемы возникают при использовании ракетоносителей, в первую очередь на твёрдом топливе, так как оно содержит много соединений хлора и азота. При подъёме на высоту 50 км при общей массе полез-ного груза 29,5 т для ускорителей американского “Спейс шатл” коли-чество отходов, наиболее опасных для озонного слоя, составляет:

хлор и его соединения

– 187 т

оксиды азота (NОХ)

– 7 т

оксиды алюминия (в виде аэрозолей)

– 177 т

Атомарный хлор образуется в стратосфере в результате фотохи­мического разрушения хлорфторуглеродов (ХФУ), или фреонов, или хладонов CF2Cl2 и CFCl3. Эти вещества летучи и устойчивы в -

__________________

* По современным данным "озоновая дыра" существовала практически всегда, то появляясь время от времени, то исчезая в соответствии с сезонными изменениями в состоянии атмосферы. В начале 1980-х гг. было установлено, что произошли серьёзные изменения в динамике этого явления – "дыра" перестала восстанавливаться до исходного состояния. Таким образом природные колебания концентрации озона в стратосфере усложнились из-за антропогенного воздействия.

тропосфере. Однако в условиях стратосферы они начинают распадаться с образованием свободных атомов галогенов. ХФУ долгое время широко применялись в аэрозольных баллончиках, холодильных и иных установках.

Хлорфторуглероды являются очень стабильными веществами. Время их существования в атмосфере очень велико: много десяти­летий и даже столетия. ХФУ “Хладон 12” (ССl2F2) был специально подобран для замены токсичного и обладающего резким запахом аммиака, применявшегося до того времени в холодильных агрегатах.

ХФУ “Хладон 12”, так же как и “Хладон 11” (ССl3F) относится к классу хлорфторуглеродов - веществ, состоящих из хлора, фтора и угле­рода. Этот класс включает в себя несколько соединений с раз­личной температурой кипения, что позволяет легко подобрать конк­рет­ное вещество для решения разно­образ­ных задач: создания холодиль­ного агрегата или автомо­бильного кондиционера; очистки поверхности печатных плат для изделий микроэлектроники; аэрозольного распы­ления косме­тических или иных средств из “аэрозольных баллончиков”; вспе­ни­вания сырья при изготовлении изделий из пластмасс; пожаро­тушения и прочего. К ХФУ также относятся метилхлороформ (СН3ССl3), четырёх­хло­рис­тый углерод (ССl4) и “галоны*”.

После того как выяснилось, что ХФУ столь губительны для стра­то­­сфер­ного озона, было предложено использовать заменители – хлор­фторуглеводороды (ХФУВ) и фторуглеводороды (ФУВ), имеющие в сос­та­ве своих молекул атом водорода, химическая связь с кото­рым менее прочная. Эта особенность снижает стойкость соеди­не­­ния, и оно может разрушаться уже в тропосфере, а не только, ког­да попадает в стратосферу.

Понимая всю остроту и сложность этой неожиданно возникшей перед Человечеством глобальной экологической проблемы, участни­ки международных переговоров в Вене в марте 1985 г. подписывают “Венскую конвенцию по охране озонового слоя”, призывающую страны к проведению дополнительных исследований и обмену информацией по сокращению озонового слоя.

В 1987 г. на международной встрече в Монреале 98 стран заклю­чили соглашение (Монреальский протокол) о постепенном прекра­щении производства ХФУ и запрещении выбросов их в атмосферу

В нашей стране в мае 1995 г. принято постановление Правитель­ства РФ № 526 “О первоочередных мерах по выполнению Венской конвенции об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой”, а в мае 1996 г. – поста­новление Правительства РФ № 563 “О регулировании ввоза в Рос­сийскую Федерацию и вывоза из Российской Федерации озоно­разрушающих веществ и содержащей их продукции”.

К сожалению, расчёты показывают, что даже при успешном

_____­­­­­_____________

* Галоны - бромфторуглероды (СF3Br; CF2BrCl; C2F4Br2), использую­щие­ся в огнетушителях, а также в некоторых видах военной техники (из-за чего информация крайне ограничена). Отличаются в несколько раз боль­шей озоноразрушающей способностью, хотя используются в малых количествах.

выполнении принятого графика реализации достигнутых соглашений содержание хлора в атмосфере вернётся к уровню 1986 г. (когда впервые было выявлено явление антропогенного воздействия на озоновый слой) только лишь в 2030 г.


9.1.1.3. Кислотные осадки

При нормальном природном составе воздуха обычная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН = 5,5 ... 5,6), что связано с хорошей растворимостью в ней углекислого газа и образованием слабой угольной кислоты по реакции

СО2 + Н2О Н2СО3 НСО3 + Н+ ,

а также с присутствием в атмосфере оксидов серы и азота природ­ного происхождения.

Однако физический захват (прилипание с возможным последую­щим растворением, абсорбция или адсорбция) оседающими части­цами воды (осадками) различных химических веществ, присут­ствующих в атмосферном воздухе в избыточном количестве (преимущественно вследствие антропогенного происхождения), часто приводит к увеличению кислотности (уменьшению значения водородного показателя рН ниже, чем 5,5), то есть к образованию так называемых “кислотных” (или “кислых”) осадков - дождя, тумана, росы, града, снега, рис. 9.3. Известен также “синдром





Рис. 9.3. Ориентировочная кислотность дождевой воды, воды и различных веществ, выраженная в единицах рН




кис­лотных частиц”, при котором наблюдается оседание твёрдых частиц сульфатов (МехSO4, Ме(НSО4)y) или нитратов (МеNO3) в отсутствие влаги с дальнейшим их растворением в воде на непос­редственно подстилающей поверхности с образованием кислот.

Основной причиной образования и выпадения кислотных осадков (зачастую неточно называемых “кислотными дождями”) является наличие в атмосфере оксидов серы и азота, хлористого водорода и иных кислотообразующих соединений. Считается, что преиму­щественно снижение величины рН вызвано выбросом в атмосферу серосодержащих загрязнений ( 2/3) и соединений, содержащих азот ( 1/3). Присутствие в воздухе заметного количества, например, аммиака или ионов кальция (Са2+) приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков. Однако их также принято называть кислот­ными, ибо они имеют “нестандартную” кислотность и при попада­нии на почву или в водоём соответственно меняют кислотность последних.

Считается, что среди кислотных осадков наиболее сильной кис­лой реакцией отличаются кислотные туманы. Так, в Гамбурге была зафиксирована кислотность тумана (рН 2) более высокая, чем у лимонного сока (рН = 2,3).

Антропогенные выбросы соединений серы и азота характерны практически для любого вида индустриальной деятельности, а их абсолютные потоки в конце ХХ века стали сопоставимы с соответ­ствующими геохимическими потоками, иногда даже (на региональ­ном уровне) превышая их.

Основным источником оксидов серы является современная энергетика (теплоэлектростанции, работающие, прежде всего, на угле), а для оксидов азота – также и транспорт. По существующим оценкам около половины всей серы, поступающей в атмосферу с выбросами типичной электростанции, удаляется из атмосферы с осадками.

Кислотные осадки ускоряют процессы коррозии металлов, разру­шения зданий, сооружений. Установлено, что в промышлен­ных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельских районах. Многочисленны примеры начав­шегося с середины ХХ века разрушения памятников истории и культуры, изготовленных из природных минералов (мрамора, извест­няка и других, имеющих в своём составе СаСО3 и MgCО3).

Кислотные осадки представляют для человека опасность как при косвенном воздействии (путём изменения объектов окружающей природной среды), так и при непосредственном контакте. В середи­не ХХ века произошла одна из первых масштабных экологических трагедий, истинная причина которой была достоверно зафиксиро­вана в Лондоне около 4-х тыс. человек погибло от смеси тумана с дымом смога (от англ. смоук - дым и фог - туман). Эта наибо­лее крупная из известных до сих пор катастроф, связанных с загряз­нением воздуха, унесла столько же жизней, сколько и последняя эпидемия холеры в 1866 г.

5 декабря 1952 г. почти над всей Англией возникла и сохранялась несколько дней подряд зона высокого давления и безветрия, сопровождавшаяся столь известным для этих мест густым туманом. В результате в воздухе возникла температурная инверсия, нарушив­шая нормальную вертикальную циркуляцию в атмосфере.

Лондонский (влажный*) смог - это сочетание газо­образных и твёрдых примесей с туманом - результат сжигания боль­шого количества угля (или мазута) при высокой влажности атмосферы. Впоследствии в нём практически не образуется каких-либо новых веществ, таким образом токсичность целиком определяется исходными загрязнителями.

В регионах, где почва и вода содержат значительные количества щелочных веществ (известняка), кислотные осадки не наносят боль­шого вреда, поскольку нейтрализуются в почве или водоёмах, например в соответствии с уравнением реакции

Са СО3 + 2 Н + Са 2+ + СО 2 + Н2О.

При этом известняк (карбонат кальция - Са СО3) расходуется, выступая в качестве природного “буфера”.

В других регионах, характеризующихся наличием преиму­щественно гранитов или иных силикатных пород, неспособных нейтрализовать доминирующие кислотные дожди, величина рН воды в озёрах, реках, а также в лесных и сельскохозяйственных почвах понижается. Такие геологические условия характерны для маломощных ледниковых почв Скандинавии, южных районов Канады, северных районов Великобритании, северо-восточных областей США.

Кислотные осадки вызывают летальные последствия для жизни в реках и водоёмах. Многие озёра Скандинавии и восточной части Северной Америки оказались настолько закислены, что рыба не может не только нереститься в них, но и просто выжить. В 70-е годы в половине озёр указанных регионов рыба полностью исчезла. Наиболее опасно подкисление океанических мелководий, ведущее к невозможности размножения многих морских беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых сетей и глубоко нарушить экологическое равновесие в Мировом океане.

Наибольший ущерб от кислотных осадков наблюдается в лесах с глинистой и алюмосиликатными почвами, из которых кислые воды вымывают ионы алюминия. Последние уничтожают полезные почвен­ные бактерии, через корневую систему поступают в древесину и далее действуют как клеточные яды. В нормальных (не кислых) естествен­ных условиях соединения алюминия практически нерастворимы и потому безвредны. По такой же схеме при подкислении среды

начинается действие и других токсичных элементов, в том числе ртути и свинца.

Установлено, что кислотные осадки повреждают растительность. В 70-е и в начале 80-х гг., когда в Европе было зафиксировано значительное увеличение кислотности осадков, вызванное сжиганием высокосернистых углей леса получили значительные повреждения. В наибольшей степени пострадали леса ФРГ, Чехословакии, Польши; деградация лесов отмечена в Австрии, Швейцарии, Швеции, Голландии, Румынии, Великобритании, Югославии. Аналогичные проблемы возникли и с лесами США.
9.1.1.4. Загрязнение иными химическими веществами

Помимо перечисленных газов, имеющих антропогенное происхождение, от промышленных и транспортных предприятий, предприятий бытового и коммунального обслуживания, предприя­тий современного высокомеханизированного сельского хозяйства, в атмосферу поступают и другие загрязняющие вещества.




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал