1.4. Природная среда и ее загрязнения

1.4.1. Понятие о биосфере. Термин «биосфера» введен биологию Ж-Б. Ламарком, в геологию – Э. Зюссом. В России учение о биосфере развивал В.И. Вернадский. Биосфера – «живая» оболочка Земли, область распространения живого вещества. В биосферу входит нижняя часть атмосферы, состоящая из тропосферы и нижней части стратосферы (высотой 1-25км), гидросфера, включая жизнь ниже глубины Мирового океана на 1-2 км, и литосфера – верхняя часть оболочки Земли глубиной до 4,5 км, где в нефтеносных водах ограничены анаэробные микроорганизмы.

Наука, изучающая взаимоотношения живых организмов, а также их естественных и искусственных групп со средой обитания называется экологией. Впервые название этой науке дал Э. Геккель (1869). Система взаимодействия живой (биоценоз) и неживой природы получило название биогеоценозов или экосистем. Термин биогеоценоз ввел в науку В.Н. Сукачев, а экологическая система – А. Тенсли.

В состав биосферы входит и человек, являющийся ее главной преобразующей силой. Часть биосферы, занятую человеком, В.И. Вернадский назвал сферой разума, или ноосферой.

1.4.2. Атмосфера, ее загрязнения и последствия. Атмосфера – воздушная оболочка земли, участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности (при отсутствии атмосферы колебания температуры были бы в пределах 200⁰ С). Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов, верхний ее слой защищает все живое от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей (озоновый слой – 2,1%). Атмосфера является средой, где распространяется звук и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение.

Основной по массе компонент атмосферы – азот, его содержание составляет 78,09%. Содержание кислорода в атмосфере около 20,94%, он поступает в атмосферу в результате фотосинтеза – процесса синтеза растениями органических веществ (глюкозы) из углекислого газа и воды под действием солнечного света. Содержание углекислого газа около 0,03%, этот газ оказывает основное влияние на погоду и климат на Земле. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах. Остальное содержание газов атмосфере (около 1%) приходится на инертные газы (аргон, гелий, криптон, ксенон, а также угарный газ). Помимо газов в атмосфере имеется вода и аэрозоли.

Загрязнителями атмосферы являются механические, физические, химические и биологические агенты. К механическим загрязнениям относят пыль, фосфаты, свинец, ртуть. К физическим загрязнениям относят тепловые, световые, шумовые, электромагнитные, радиоактивные. Биологические загрязнения являются следствием размножения микроорганизмов.

Самым массовым загрязнителем атмосферы является углекислый газ. Он вызывает повышение температуры вследствие парникового эффекта, т.к. ультрафиолетовое излучение достаточно свободно проходит через атмосферу с повышенным содержанием СО₂ и СН₄, а отражающиеся от поверхности инфракрасные лучи задерживаются. К 2050г. предполагается дальнейший рост температуры на 2-4⁰ С. Это приведет к таянию ледников.

1.4.3. Гидросфера и ее загрязнения. Вода занимает до 71% от поверхности планеты, более 98% от всех вод приходится на воды с повышенной минерализацией. Пресные воды составляют около 0,3% от всей гидросферы.

Качество воды определяется совокупностью физико-географических факторов (климат, рельеф местности, почвенный покров и пр.), а также зависит от биологических процессов, протекающих в водоеме и антропогенной деятельности.

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых  осуществляется  сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов. Меры предупреждения вредного воздействия на водные объекты определяются водным законодательством Российской Федерации.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС. В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

Нефть и нефтепродукты, попадая в водоемы, создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде, нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются  вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и  представляет угрозу не только для человека. 12г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме – беспозвоночных – неблагоприятно отражаются  молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

1.4.4. Литосфера и ее загрязнения. Литосфера – твердая оболочка Земли, толщина которой колеблется в пределах 50-200 км. Верхняя часть литосферы образует земную кору, толщина которой доходит до 50-75 км на континентах и 5-10 км под дном океанов, нижнюю часть литосферы представляет верхняя часть мантии Земли.

Наиболее интенсивное техногенное воздействие на литосферу происходит в двух направлениях: изменение и гибель ландшафтов, а также загрязнение и деградация почв.

Ландшафт – природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (рельеф, климат, вода, растительность, животные) взаимосвязаны. Природный ландшафт не преобразован человеческой деятельностью, он подвержен естественному саморазвитию, которое может происходить медленно в геологическом темпе, или быстро под воздействием природных катастрофических явлений. Но несравненно активнее свойства ландшафтов меняются под воздействием деятельности человека. Различают следующие природно-антропогенные ландшафты:

- уникальные (заказники, национальные парки, биосферные заповедники),

- рекреационные (садово-парковые образования, курортные зоны, территории охотничьих угодий),

- сельскохозяйственные и лесные,

- содержащие в недрах месторождения полезных ископаемых,

- территориально-производственные.

Почва является важнейшим элементом наземной экосистемы и литосферы, продукт взаимодействия биоты и залегающих пород. Она постоянно развивается и изменяется. В почве обитаем множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы, простейшие одноклеточные, черви и членистоногие. Особое значение в почвах имеет верхний гумунизированный слой, определяющий плодородие почв. Именно почва в наибольшей степени подвергается загрязнению, что вызывает нарушение физических, химических и биологических процессов, протекающих в ней. Основными загрязняющими веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.

Источниками загрязнения почв являются:

- теплоэнергетика (угольная пыль, зола, дым, аэрозоли тяжелых металлов - ртути, мышьяка, свинца, ванадия, газы SO₂, SO₃, NO_х, бенз(а)пирен, фтористые и мышьяковистые соединения, радионуклиды);

- черная металлургия (рудная и железистая пыль, оксиды железа, марганца, мышьяка, зола, сажа, SO₂, SO₃, NO_х, NH₃ , HCl);

- цветная металлургия (пыль, пары и оксиды свинца, цинка, кадмия, меди, мышьяка, ртути, фтора, SO₂ и т.д.);

- промышленность строительных материалов (цементная пыль, фтор и т.д.);

химическая промышленность (SO₂, SO₃, HF, H₂S, HCl, HNO₃, NH₃, фтористые соединения, углеводороды, растворители, эфиры, фенолы и др.);

- транспорт (углеводороды, свинец, угольная пыль, зола, СО, SO₂, H₂S, бенз(а)пирен, непредельные углеводороды);

- сельское хозяйство (удобрения, пестициды, ядохимикаты и т.д.);

нефтеперерабатывающая и нефтедобывающая промышленность (нефть, нефтепродукты, бенз(а)пирен, серосодержащие соединения и др.);

- атомные электростанции (радионуклиды, йод-131, стронций-90, цезий-137, плутоний-239, калий-42 и др.).

Накопление загрязняющих веществ в почве происходит в результате:

- непосредственного внесения в почву или на нее (удобрения, пестициды), поступления атмосферных загрязнений в почву (аэрозолей тяжелых металлов, радионуклидов летучей золы, газов и т.п.);

- поступления загрязнителей в почву с поверхностными стоками;

- выпадения загрязнителей в почву с атмосферными осадками.

Применение минеральных удобрений приводит к аномально высоким содержаниям в почве азота в нитратных и аммиачных соединениях, ионов хлора, фосфора. При поливах сточными водами в почву попадают патогенные микроорганизмы, личинки гельминтов, канцерогенные вещества.

Основные источники загрязнения почвы канцерогенными веществами – выхлопные газы самолетов, автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций, котельных. В почву канцерогены поступают с частицами пыли при утечке нефти или продуктов ее переработки. Основной источник поступления в почву свинца - выхлопные газы автомобилей: ежегодно в почву поступает 250 тыс. т свинца).