Тема 16. Воздействие на литосферу

16.1. Общие сведения. Литосфера (от греч. литос − камень, сфера − шар) − верхняя “твёрдая” (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли.

Площадь суши составляет 149 млн. км2, включая ледниковые покровы, практически безжизненные пустыни, водоемы, пустоши со слаборазвитой или разрушенной почвой. Из них ледниковые покровы занимают около 16 млн. кв. км, и свободная ото льда суша – 133 млн. кв. км. Часть суши, относительно пригодная для какого-либо использования, не превышает 95 млн. км , или 64% от общей площади суши. Это тот ограниченный резерв, которым располагает человечество. С очень большим округлением можно сказать, что пашня занимает 10% всей суши, пастбища – 20%, леса – 30%, и неудобные земли разного типа – 40%.

16.2. Загрязнение почвы. Верхняя часть твердой оболочки Земли −плодородный слой литосферы – почва. Благодаря почве человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания. При нормальных природных условиях 1 см толщины плодородной почвы образуется за 125 ... 400 лет. Основным условием формирования высоких урожаев является наличие в почве питательных элементов в доступных формах и в должном соотношении. Основными биогенными элементами являются: углерод, азот, фосфор, калий и т.д. Естественные биоценозы − это устойчивые саморегулирующиеся системы, тогда, как агробиоценозы − это системы с разрушенными обратными связями, которые могут существовать только в результате целенаправленной деятельности человека.

Плодородие. почв главный, но не единственный компонент, определяющий урожайность растений. В странах СНГ, США, Индии, Китае, Канаде и Бразилии размещается около 750 млн. га пашни, то есть более половины всех обрабатываемых земель мира. Наиболее благоприятные условия для развития земледелия находятся в Европе, однако, здесь очень высока плотность населения и обеспеченность пашней не превышает 0,3 га/чел. В Азии, где сосредоточен 31 % мировой пашни, этот показатель составляет 0,15 га.

Африка и Южная Америка − материки, где население не может обеспечить себя продовольствием, но и размеры обрабатываемых земель в этих регионах составляют соответственно 6 % и 8 %. Помимо широкого распространения пустынь, полупустынь и трудностей освоения влажных тропических лесов этому препятствует низкий экономический и социальный уровень развития государств, расположенных в данных регионах.

По оценке, проведенной по заданию ФАО, первоклассные земли, способные давать высокие урожаи по 2 − 3 раза в год, занимают всего 400 млн. га. Земли второго класса, урожайность культур на которых составляет 40-60 % от урожайности первоклассных, занимают 500 млн. га, а земли третьего класса с урожайностью, не превышающей 20-40 % от урожайности культур на первоклассных землях, занимают 1500 млн. га. Продукция, полученная на землях третьего класса, не конкурентно способна на мировом рынке и используется только местным населением. Подсчитано, что из-за нерационального использования человечеством уже потеряно около 1500 млн. га земель. Ежегодно выбывает из сельскохозяйственного использования:

• 8 млн. га − за счёт застройки населенными пунктами, транспортными магистралями, горными разработками и пр.;

• 3 млн. га − за счёт ускоренной эрозии;

• 2 млн. га − за счёт опустынивания и ускоренного иссушения;

• 2 млн. га − за счёт вторичного засоления или аккумуляции токсичных соединений.

В большинстве стран мира плодородный слой почвы постепенно переходит из категории потенциально возобновимого в категорию невозобновимого ресурса, который быстро истощается. Почва незаменимая основа сельского хозяйства, источник топлива и других материалов. Проблема расширения площади мировой пашни упирается в необходимость вложения значительных средств для проведения мелиорации, а меры, направленные на получение дополнительного продовольствия, становятся серьезной социально−экономической проблемой.

Урожаи. Прирост урожайности зерновых в течение второй половины ХХ века остается примерно на одном уровне или даже немного увеличивается. Если за период с 1950 по 1985 гг. она поднялась с немногим более 1 т/га до 2,3 т/га, то в 1993 г. гг. урожайность зерновых достигла 2,7 т/га, а в 1994 г. − 2,8 т/га. Не подтвердились сделанные в 1980−х гг. предсказания экспертов об исчерпании возможностей “зеленой революции”, которая стала возможной благодаря увеличению применения минеральных удобрений и ядохимикатов, а также внедрению высокоурожайных сортов растений.

Если говорить о рекордных урожаях в отдельных хозяйствах, то надо отметить, что в 1982 г. в Англии получено 15,65 т/га озимой пшеницы. Мировые рекорды по кукурузе достигали 22,2 т/га, по рису 14,5 т/га.

Удобрения. Внесение органических удобрений − эффективный прием повышения урожайности сельскохозяйственных культур. ХХ век был временем широкого применения минеральных удобрений. Для получения урожая зерна пшеницы в 3 т/га вносят 110 кг N, 40 кг Р2О5 и 70 кг К2О. С урожаем картофеля 30 т/га выносится с 1 га 150 кг N, 60 кг Р2О5 и 270 кг К2О.

Внесение минеральной подкормки для растений в почву неизбежно сопровождается загрязнением поверхностных и подземных вод. Легко растворимые в воде азотные удобрения в виде нитратов содержатся в речных и подземных водах ряда стран Западной и Центральной Европы в концентрациях, достигающих, а иногда и превышающих ПДК.

Аналогичное явление характерно для некоторых районов Северной Америки. Например, в бассейне р.Платт в пределах штата Небраска по сведениям для конца 1970−х годов содержание нитратов в подземных водах колебалось от 0 до 200 мг/л. Часто повышение содержания аммонийного азота в небольших водоемах фиксируется там, где они располагаются по соседству с животноводческими фермами и пастбищами.

16.3. Ядохимикаты. Современное сельское хозяйство немыслимо без химических средств защиты растений от вредителей и болезней. В мире применяется в среднем 300 г таких препаратов на гектар пашни, в том числе в Западной Европе и США 2−3 кг, в России − менее 1 кг, в странах Азии (за исключением Японии), Африки и Латинской Америки − около 200 г .

Азот и N−нитрозосоединения. Интенсификация сельскохозяйственной деятельности человека и, прежде всего, химизация вызывают изменения в устоявшихся процессах превращения веществ и энергии в природе. Значительные потери веществ, например, азота, происходят в результате их улетучивания из почвы и вымывания. К началу следующего тысячелетия ожидаемые на планете потери азота, входящего в состав удобрений, составляют более 40 млн. т в год. Обогащение биосферы азотом за счет удобрений опасно, так как. это ведёт к накоплению токсичных азотосодержащих органических соединений.

К канцерогенным соединениям, появление которых обусловлено химизацией сельского хозяйства, относятся N−нитрозосоединения. Как правило, они вызывают образование злокачественных опухолей печени, желудка, легких и других органов, обладают мутагенным и эмбриотоксическим действием. N−нитрозосоединения (R₁R₂N−NO₂) могут образовываться в содержимом желудка человека, если в него одновременно попадают нитрит (NО₂) и вторичный амин (R₁R₂NH). Образование этих соединений происходит при участии различных микроорганизмов.

Фосфор. Для земледелия особенно важен баланс фосфора в экологических системах. Фосфор – важнейший биогенный элемент и его дефицит резко снижает продуктивность растений. Фосфор не имеет естественных источников пополнения запаса в почве. Восполнение потерь возможно только путём внесения фосфорных и органических удобрений. В круговорот фосфора в биосфере вовлечены почва, вода и растения. Потери фосфора в экосистемах происходят в результате изъятия его с урожаем и за счёт эрозии почвы. Подкисление почв, вызываемое выпадением кислотных осадков, переводит фосфор в формы, недоступные для растений.

Калий. Высокое естественное содержание калия в почвах обычно не лимитирует урожаи, однако, в ряде природных зон повышенные дозы азота и фосфора на сельскохозяйственных угодьях приводят к отрицательному балансу калия.

Сегодня человечество уже не может использовать экстенсивный путь развития сельского хозяйства, в то же время интенсивный путь, основанный на поддержании и повышении плодородия почв, связан с обязательным применением удобрений. Однако при нарушении технологии использования удобрений их неблагоприятное воздействие на окружающую природную среду многосторонне сказывается на различных компонентах биосферы. При этом может происходить:

− нарушение круговорота и баланса питательных веществ, снижение плодородия почв;

− снижение урожаев сельскохозяйственных культур и качества продуктов;

− развитие грибковых и других заболеваний растений, рост сорняков из−за нарушения соотношения макро− и микроэлементов в почве;

− попадание питательных элементов удобрений и почвы со стоками в грунтовые воды, а далее в поверхностные водоёмы, вызывающее их эвтрофизацию;

− проникновение в стратосферу окислов азота, образующихся при денитрификации азотных соединений почвы и удобрений, способствует разрушению озонового слоя.

16.4. Тяжелые металлы. К тяжелым металлам обычно относят элементы, которые имеют атомную массу более 50. Они поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец − с выхлопными газами автомобилей. Если почвы загрязнены тяжелыми металлами и радионуклидами, то очистить их практически невозможно. Тяжелые металлы, поступая из почвы в растения, передаваясь по цепям питания, оказывают токсическое действие на растения, животных и человека.

Свинец обладает способностью передаваться по цепям питания, накапливаясь в тканях растений, животных и человека. Доза свинца, равная 100 мг/кг сухого веса корма, считается летальной для животных. Содержание в почве свинца обычно колеблется от 0,1 до 20 мг/кг. Свинец отрицательно влияет на биологическую деятельность в почве, ингибирует активность ферментов уменьшением интенсивности выделения двуокиси углерода и численности микроорганизмов. Свинцовая пыль оседает на поверхности почв, адсорбируется органическими веществами, передвигается по профилю с почвенными растворами, но выносится за пределы почвенного профиля в небольших количествах. Благодаря процессам миграции в условиях кислой среды образуются техногенные аномалии свинца в почвах протяженностью 100 м. Свинец из почв поступает в растения и накапливается в них. В зерне пшеницы и ячменя количество его в 5−8 раз превышает фоновое содержание, в ботве, картофеле – более чем в 20 раз, в клубнях – более чем в 26 раз. Свинец при определенном уровне накопления способен поражать систему кроветворения, нервную систему, печень, почки. Хронические отравления свинцом известны с глубокой древности в форме «сатурнизма» − слабости малокровии, кишечных колик, нервных растройств. Широкое распростронение свинца в современной техносфере и невозможность вторично использовать его значительные части создает многочисленные свинцовые аномалии на плотно заселенных территориях. Поступая в организм свинец образует соединения с органическими веществами. Многие из них нейротропны, и способны вызвать энцефало− и нейропатии.

Ртуть из почвенных аномалий проходит по трофическим цепям и попадает в организм человека с пищей или другим путем. Она сильнее всего накапливается в печени и почках, приводя к нарушениям обмена веществ и выделительной функции. Ртуть легко метилируется и связывается с сульфгидрильными группами белков. Эти соединения также нейротропны.

Кадмий, подобно ванадию и цинку, аккумулируется гумусовой толще почв. Характер его распределения в почвенном профиле и ландшафте, видимо, имеет много общего с другими металлами, в частности с характером распределения свинца. Однако, кадмий закрепляется в почвенном профиле менее прочно, чем свинец. Максимальная адсорбция кадмия свойственна нейтральным и щелочным почвам с высоким содержанием гумуса и высокой емкостью поглощения. Содержание его в подзолистых почвах может составлять от сотых долей до 1 мг/кг, в черноземах – до 15−30, а в красноземах – до 60 мг/кг. Многие почвенные беспозвоночные концентрируют кадмий в своих организмах. Кадмий усваивается дождевыми червями, мокрицами и улитками в 10−15 раз активнее, чем свинец и цинк. Кадмий токсичен для сельскохозяйственных растений, и даже, если высокие концентрации кадмия не оказывают заметного влияния на урожай сельскохозяйственных культур, токсичность его сказывается на изменении качества продукции, так как в растениях происходит повышения содержания кадмия. Кадмий по механизму внедрения в организм сходен с ртутью, но задерживается в органах намного дольше. Он вытесняет кальций и заменяет цинк в составе биомолекул, что приводит к нарушению важных энзиматических реакций. Накапливаясь в печени и почках, кадмий вызывает почечную недостаточность и другие нарушения. У детей хроническое отравление кадмием вызывает у детей нейропатии и энцефалопатии, сопровождающиеся в частности нарушением речи.

Мышьяк является сильным ингибитором ряда ферментов в организме и способен вызывать острые отравления. Хроническое действие малых доз соединений мышьяка способствует возникновению рака легких и кожи, так как мышьяк сильно повышает чувствительность слизистых к другим канцкрогенам, а кожных покровов − к ультрафиолетовым лучам. Тератогенные эффекты мышьяка проявляются в расщеплении неба («волчья пасть»), микроофтальмии, недоразвитии мочеполовой системы.

Таллий, как и мышьяк, поражает дистальные отделы периферической нервной системы, что проявляется в нарушении нервной тофики, мышечной слабости и изменения кожной чувствительности. Симптомы хронического отравления таллием выражаются в повышенной нервозности, нарушениях сна, быстрой утомляемости, суставных болях, выпадению волос.

Цинк и медь менее токсичны, чем названные тяжелые металлы, но избыточное их количество в отходах металлургической промышленности загрязняет почву и угнетающе действует на рост микроорганизмов, понижает ферментативную активность почв, снижает урожай растений. Содержание цинка в почве колеблется от 10 до 800 мг/кг, хотя чаще всего оно составляет 30−50 мг/кг. Накопление избыточного количества цинка отрицательно влияет на большинство почвенных процессов: вызывает изменение физических и физико−химических свойств почвы, снижает биологическую деятельность. Цинк подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, вследствие чего нарушаются процессы образования органического вещества в почвах. Избыток цинка в почвенном покрове затрудняет ферментацию разложения целлюлозы, дыхания, действия уреазы.

Следует отметить усиление токсичности тяжелых металлов при их совместном воздействии на живые организмы в почве. Совместное воздействие цинка и кадмия оказывает в несколько раз более сильное ингибирующее действие на микроорганизмы, чем при такой же концентрации каждого элемента в отдельности. Тяжелые металлы − это в основном политропные яды, которые с относительно небольшой изберательностью накапливаются в разных органах и тканях дающие широкий спектр патологических симптонов. Их варианты обусловлены с сочетанием и с действиями других патогенных агентов.

16.5. Эрозия. Одним из видов антропогенного воздействия на почву является усиление (ускорение) процессов водной и ветровой эрозии. Эрозия – процесс разрушения и переотложения почвенных частиц воздушными или водными потоками. Эрозия почвы происходит и в естественных условиях, однако, она значительно ускоряется вследствие антропогенного воздействия на экосистемы, выражающегося в чрезмерной и неправильной распашке земли, в том числе без учета рельефа, сведения лесов, не проведения противоэрозионных агрохимических мероприятий. В зависимости от причин возникновения этого процесса различают ветровую, водную и техногенную эрозию. Водная эрозия может быть плоскостной, при которой разрушается поверхностный слой почвы, и линейной, вызывающей процесс разрушения вглубь почвенного профиля и почвообразующих пород. Ущерб плодородию почв наносят нерегулируемые ливневые осадки и паводки, ненормированный выпас скота, распашка целинных и залежных земель, проводимая без учета возможной эрозии землями Казахстана.

Усилению эрозии почвы, обмелению рек и озер способствует вырубка лесов. Средняя скорость сведения лесов в Юго−Восточной Азии составляет 7,1 млн. га за год, в США − 2,8 млн. га за год.

16.6. Засоление. Значительно снижает плодородие почв их засоление − повышение содержания легкорастворимых солей. Оно может быть вызвано, например, привнесением солей грунтовыми и поверхност−ными водами. Наиболее часто засоление вызывается нерациональ−ной системой орошения земель. Почвы считаются засоленными при содержании в них более 0,1 % по массе солей, токсичных для растений. Высок процент засоления почв районов древнего орошаемого земледелия: в долине Нила засолено более 80 % земель, в долине реки Инд – около 67 %. Засолению почвы на больших площадях способствует строительство водохранилищ, вызывающее повышение уровня грунтовых вод.

16.7. Урбанизация. В VI веке нашей эры начался быстрый рост поселений. С этого времени человек планомерно отторгает у дикой природы участки лесов, лугов и других естественных экосистем для возведения городов и поселков, строительства дорог, промышленных предприятий, свалок и т.д. Происходящее в развитых странах сокращение удельного количества пашни, приходящегося на душу населения, обусловлено также изъятием земель для промышленных нужд. Ежегодно в США более 1 миллиона га сельскохозяйственных угодий используется на строительство новых районов городов, поселков, автострад и другие виды хозяйственной деятельности. В Японии, расположенной на островах и обладающей земельными ресурсами, весьма ограниченно пригодными для сельскохозяйственного использования, в период с 1968 по 1974 год ежегодно терялось по 40 ... 60 тыс. га угодий за счет отторжения земель под жилищное и промышленное строительство, прокладки коммуникаций, разбивки парков и искусственных насаждений.

16.8. Опустынивание. Естественные пустыни и полупустыни занимают более 1/3 земной поверхности. В результате деятельности человека к концу ХХ века появилось ещё свыше 9 млн.кв. км пустынь, и всего они охватили уже 43% общей площади суши. Около 1/6 части населения мира страдает от этого процесса. Как считают эксперты ООН, современные потери продуктивных земель приведут к тому, что мир может лишиться почти 1/3 своих пахотных земель. Такая потеря в период беспрецедентного роста населения и увеличения потребности в продовольствии может стать поистине гибельной. Весь мир был потрясен жестокой засухой и голодом в Африке в 70−е и 80−е гг. 20−го века.

В результате парникового потепления климата площадь пустынь увеличилась на 7%. Ожидается, что в 21−ом веке в связи с потеплением и таянием полярных льдов возрастет сухость экваториальной зоны. В настоящее время аномально теплы океанические воды Эль−Ниньо – вызывают засухи в тропиках, они носят периодический характер. Исследователи считают, что пересыхание внутренних морей – часть общего процесса опустынивания. Примером может служить Аральское море. Сейчас процесс опустынивания, зарождаясь локально, принял глобальные масштабы.

Со времени возникновения технической цивилизации на Земле сведено около 1/3 площади лесов, пустыни резко ускорили свое наступление на зеленые зоны. Так, пустыня Сахара продвигается к югу со скоростью около 50 км в год. По климатическим данным, пустыни и полупустыни занимают более трети поверхности суши и на этой территории проживают свыше 15% населения мира. Только в результате хозяйственной деятельности людей за последние 25 лет появилось свыше 9 миллионов квадратных километров пустынь.

16.9. Обезлесивание. С ростом численности людей леса постоянно сокращались и часто исчезали. Этот процесс называется обезлесиванием. По подсчетам ученых, леса могут расширяться на 5 и более процентов в год. Но люди, которые используют деревья для своих повседневных нужд, вырубают их в таком темпе, что деревья просто не успевают вырасти снова. Потеря лесов по всему миру является серьезной проблемой, потому что приводит к изменению количества осадков, резкому перепаду температур, изменению скорости ветров. Это также может вызвать нарушения в жизни и людей и животных. Сжигание леса загрязняет атмосферу окисью углерода. Обезлесивание приводит к увеличению экологических беженцев − миллионы людей были вынуждены оставить свои дома в Северной Америке, Карибах, Африке и Азии, включая миллион людей только с одного острова Ява. Леса обеспечивают нас древесиной для производства бумаги, фанерой, смолой, резиной, маслами, лечебными растениями, а также другими менее необходимыми материалами. Леса являются домом для миллионов живых существ. И если исчезают леса, исчезают и их жители. Леса предохраняют почву от эрозии. Когда деревья вырубаются, потоки воды не задерживаются и приводят к наводнениям.

Только Азия теряет более 2.2 миллионов гектар лесов в год. Латинская Америка и Карибы – 1.9 миллионов гектар, Африка – более 1.9 миллионов га.

Более 6.1 миллионов га лиственных лесов исчезает ежегодно. Печальный список возглавляет Латинская Америка и Карибы, которые теряют более 3.2 миллионов га ежегодно.

Более 1.8 миллионов га сухих лиственных лесов исчезают ежегодно, 40% этих потерь приходится на Судан, Парагвай, Бразилию и Индию.

Леса, растущие в пустынных районах, теряют более 82.000 га, 60% которых приходится на Мексику и Пакистан.

Ежегодно исчезает 2.5 миллионов га лесов, которые растут в горах, 640.000 га из них теряет Бразилия, 370.000 га Мексика и 150.000 га Индонезия.

16.10. Пестициды (от лат. пестис − зараза и цидо − убивать) – это химические и биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящейся сельскохозяйственной продукции, бытовыми вредителями и внешними паразитами животных, а также для регулирования роста, предуборочного удаления листьев, предуборочного подсушивания растений. Действующее вещество пестицида – биологически активная его часть, использования которой приводит к воздействию на тот или иной вид вредного организма или на рост и развитие растений. В зависимости от объекта воздействия различают:

− гербициды − для уничтожения сорной растительности;

− инсектициды − против насекомых;

− зооциды − для борьбы с грызунами;

− фунгициды − уничтожать возбудителей грибковых заболеваний растений;

− дефолианты − для удаления листьев;

− реппеленты − для отпугивания насекомых, грызунов и других животных;

Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе для людей. Поэтому все они – биоциды, т.е. вещества угрожающие различным формам живого организма. Даже сравнительно малотоксичные пестициды не подвергаются ферментативному разложению. Ни какие организмы не располагают соответствующими механизмами детоксикации. Все пестициды являются ксенобиотиками.

Пестициды настолько широко распространены в экосфере, что их следы постоянно присутствуют в среде и пище людей, но, как правило, не оказывают видимого негативного воздействия. Гербициды и инсектициды, в структуру которых входят эпоксидные, фосфатные и диазорадикалы, вызывают многочисленные случаи эмбриотоксического действия – гибель эмбрионов на ранних стадиях, выкидыши, преждевременные роды, высокую смертность новорожденных детей до 1 года, уродства. По данным экспериментов, установлена мутагенность ряда пестицидов – линдана, хлортена, купрозана и др. Некоторые пестициды в организме участвуют в организовани или способствуют организованию канцерогенных N−нитрозаминов, что ведет к росту раковых заболеваний.

Применение пестицидов вызывает ряд проблем: приспособляемость и развитие устойчивости вредителей к применяемым препаратам; восстановление и вторичные вспышки численности вредителей, повышение их агрессивности; рост затрат на применение в возрастающих дозах все новых и более дорогих пестицидов; отрицательное воздействие на человека. В конечном итоге люди не смогли надежно защитить растения, не смогли полностью уничтожить ни одного вида вредоносных организмов, зато существенно увеличили загрязнение почв и биосферы.

Защита растений от вредителей и болезней с помощью пестицидов позволяет получать высокие урожаи, вместе с тем большинство пестицидов является синтетическими производными химических веществ, не свойственных живой природе. Пестицидами первого поколения были химические соединения тяжёлых металлов (свинца, мышьяка, ртути), которые, убивая насекомых−«вредителей», вызывали цепную реакцию последствий, оказавшихся губительными и для многих других природных процессов. Пестициды накапливались в почве и делали её бесплодной. Далее происходило их накопление в растениях и увеличение концентрации по трофическим цепям в телах животных. В результате отмечены многочисленные случаи отравления животных и людей.

Пестициды второго поколения, например ДДТ, были созданы на основе синтетических органических соединений и оказались весьма эффективными (недорогими и губительными для многих видов) не только против насекомых – вредителей посевов, но и насекомых – переносчиков болезней (вшей, комаров и др.). В 1948 г. за открытие пестицида ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтана) швейцарец Пауль Мюллер получил Нобелевскую премию. Этот ядохимикат долгое время широко применялся на полях при выращивании продовольственных и кормовых культур, считаясь совершенно безвредным для теплокровных животных. В качестве препарата для борьбы с майским жуком ДДТ распылялся с самолетов и при этом попадал не только на растения и почву, но и в водоёмы, а также разносился воздушными потоками на значительные расстояния.

Позже выяснилось, что у «вредителей» со временем развивается устойчивость и к этим пестицидам, в результате чего через некоторое время после обработки посевов возникают вторичные вспышки численности «вредителей» на полях. Исследование биологических последствий применения ДДТ показало, что зачастую более чувствительны к яду оказываются природные враги «вредителей». Это ведёт к вторичным вспышкам численности тех видов, с которыми была запланирована борьба. В 1953 году было замечено, что ДДТ опасен для домашнего скота.

В 1972 году немецкие учёные установили, что производные продукты ДДТ и такие пестициды, как каптан и дибромметан, обладают мутагенным действием, нарушающим наследственность. Особенностью многих пестицидов, в том числе и ДДТ, является способность накапливаться в жировых тканях животных и организме человека, употребляющего содержащую пестициды пищу (правило «биотического усиления»).

Степень токсичности различных пестицидов неодинакова. Так, для рыб их летальная концентрация в воде характеризуется следующими цифрами (мг/л): аминотриазон > 1000; делапон и меназон > 100−1000; диметоат и эндотал > 10− 100; севин и диметонметил > 1−10; каптан и соли меди 0,1−1; азинофосметил > 0,01− 0,1; алдрин > 0,001−0,01; ДДТ > 0,0001−0,001; эндосульфан > 0,000001−0,00001.

Токсичность пестицидов становится выше в непроточной воде (пруд, озеро). У большинства пестицидов наблюдается увеличение токсического действия при повышении температуры водной среды. Пестициды видоизменяются и распадаются в основном в результате физико−химических и биологических процессов. Некоторые нерастворимые в воде пестициды растворяются в загрязняющих ее нефтепродуктах и остаются на поверхности длительное время.

В водоемах пестициды, помимо прямого токсического действия на гидробионтов, включаются в пищевые цепи, улетучиваются от 30 до 90% их количества с поверхности воды или накапливаются в донных отложениях.

Наблюдения показывают, что коэффициент накопления ДДТ для планктона может достигать 8000 (соотношение концентраций пестицида в планктоне и в воде), для планктоноядных рыб − 40 100, для хищных рыб − 134 500, для чаек 2 510 000. В переводе на фактические концентрации это означает, что при содержании ДДТ в воде 0,02 мг/л в тканях хищных рыб его было 2,7 г на 1 кг сырого веса. Для некоторых пестицидов, в частности для ДДТ, обнаружена тенденция к увеличению коэффициента накопления (сверхкумуляция) при снижении концентрации в воде.

Длительное применение пестицидов привело к появлению резистентных рас вредителей и распространению «новых» вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были уничтожены пестицидами.

Неумеренное применение пестицидов ведет не только к загрязнению воды, но и негативно влияет на качество почвы. В связи с этим установлены предельно допустимые содержания (ПДС) некоторых ядохимикатов в почве, например, для ДДТ 0,5 мг/кг, гексахлорана 1,0 мг/кг и т.д.

16.11. Твердые бытовые и промышленные отходы (ТБО). Значительное загрязнение плодородного слоя почвы и отчуждение сельскохозяйственных земель вызывает складирование и (или) захоронение промышленных и бытовых твердых отходов. Основная масса твердых отходов образуется на предприятиях следующих отраслей:

− горной и горно−химической промышленности (отвалы, шлаки, “хвосты”);

− чёрной и цветной металлургии (шлаки, шламы, пыль и т.д.);

− металлообрабатывающих отраслей (отходы, стружка, бракован−ные изделия);

− олесной и деревообрабатывающей промышленности (отходы лесозаготовки, опилки, стружка);

− энергетической − тепловые электростанции (зола, шлаки);

− охимической и смежных отраслей промышленности (шламы, фосфогипс, шлаки, стеклобой, пластмассы, резина и т.п.);

− пищевой промышленности (кости, шерсть и т.п.);

− легкой и текстильной промышленности.

По данным ООН каждый год образуется около 720 миллиардов тонн мусора, из которых 440 миллиардов − больше половины − приходится на развитые страны. По данным Центра человеческих поселений ООН только от 25% до 55% всех производимых отходов в крупных городах собираются и вывозятся муниципальными властями. Около 95% отходов просто сбрасывается в открытую груду хлама, что делает земли непригодными для использования и порождает различные заболевания. Более 5 миллионов людей умирают каждый год от болезней связанных с неправильной системой обращения отходов.

Большая часть всех производимых мировых отходов приходится на развитые страны. Так, например, в США (по заявлению Американского Агентства по охране окружающей среды) средний американец производит около 0.75 тонн мусора каждый год. Расчеты ученых показывают, что каждая тонна отходов потребления влечет за собой 5 тонн отходов на стадии производства и 20 тонн отходов на стадии добычи (имеются в виду промышленные отходы). Отходы можно классифицировать как по происхождению: бытовые, промышленные, сельскохозяйственные и т.д., так и по свойствам. Самое известное разделение по свойствам, принятое в законодательствах большинства стран – это деление на «опасные» (т.е. токсичные, едкие, воспламеняющиеся и проч.) и «неопасные» отходы.

ОПАСНЫЕ ОТХОДЫ. К опасным отходам относятся отходы, которые наносят вред здоровью человека и окружающей среде и поэтому требуют специального обращения и размещения. Это ядерные, радиоактивные, а также токсические отходы. Индустриально развитые страны производят более 90% всех мировых отходов и около 325−375 тонн токсических и опасных отходов, большинство из которых выбрасываются химической и нефтяной промышленностью. В соответствии с Worldwatch Institute более 80,000 тонн иррадиированного топлива и сотни тысяч тонн других радиоактивных отходов накоплены далеко за пределами станций, вырабатывающих атомную электроэнергию. Иррадиированное топливо разлагается до безвредных соединений сотни тысяч лет. До этого оно очень опасно и должно быть сохранено подальше от возможного поселения людей.

16.12. Ионизирующее (радиационное) загрязнение биосферы связано с превышением естественного уровня ионизирующих излучений. Оно началось в 1933 г. после того, как приступили к планомерным работам по изучению радиоактивности. Ионизирующее загрязнение также включает и радиоактивное загрязнение среды из-за превышения природного уровня содержания радиоактивных веществ.

Радиоактивные соединения стоят несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому, что по своим химическим свойствам они практически не отличаются от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера один наиболее опасный – 90Sr (стронций−90). Данный радиоактивный изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2−8%), большой период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием, а значит, способность откладываться в костных тканях животных и человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность вышеназванных качеств делает его весьма опасным радионуклидом. 137Cs (цезий−137), 144Ce (церий−144), 36Cl (хлор−36) также являются опасными радиоактивными изотопами.

Хотя существуют природные источники загрязнений радиоактивными соединениями, но основная масса наиболее активных изотопов с небольшим периодом полураспада попадает в окружающую среду антропогенным путем: в процессе производства ядерного оружия, из атомных электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при производстве и испытании приборов, содержащих радиоактивные изотопы и т.д. Источниками радиоактивных веществ антропогенного происхождения являются предприятия атомной промышленности и энергетики, медицинские, биологические и другие учреждения, использующие радиоактивные препараты и изотопы, приборы технической диагностики, а также ядерные взрывы. Искусственное ионизирующее излучение (электроны, позитроны, протоны, нейтронные и другие атомные ядра и элементарные частицы, а также электромагнитное излучение гамма−, рентгеновского и оптического диапазона) возникает преимущественно на созданных человеком ускорителях заряженных частиц.

С развитием телевидения и особенно с широким внедрением компьютерной техники (в том числе с появлением её в быту) обострилась проблема воздействия ионизирующих (в том числе рентгеновского) излучений непосредственно на человека, потому что электроннолучевые трубки телевизионных приёмников и видеомониторов являются источниками этих излучений.

Количество радиоактивных изотопов, включающихся в пищевые цепи, определяется не только тем, сколько их выпало из воздуха или слито в водоём, но также структурой экосистемы и особенностями её биохимических циклов. В малокормных местообитаниях в пищевые цепи включается большая доля изотопов. В богатой среде высокая скорость обмена и большая сорбирующая ёмкость почвы или донных отложений обеспечивают значительное разбавление загрязнений и в растения они попадают в относительно небольшом количестве. По пищевым цепям радиоактивные изотопы доходят и до человека.

Мощными источниками радиоактивных отходов являются исследовательские технологические и энергетические ядерные реакторы, заводы по переработке ядерных материалов, атомные электростанции (АЭС). К началу 90−х годов в мире действовало более 350 энергетических реакторов общей мощностью более 250 млн. кВт. Доля ядерной энергетики к концу ХХ века приближалась к 20 % общей мировой выработки электроэнергии. В некоторых странах АЭС превалируют среди прочих источников электроэнергии. В 1986 г. в Швейцарии на них вырабатывалось 39 % электроэнергии, в Бельгии – 50 %, а во Франции – до 80 %. Причина заключается в значительных экологических преимуществах АЭС перед иными традиционными источниками энергии и особенно перед тепловыми электростанциями, работающими на угле. Известно, что активность радионуклидов, содержащихся в 1 кг угля в среднем составляет урана – до 50 Бк, тория − около 300 Бк, калия−40 – 70 Бк. В угольных шлаках концентрация радиоактивных веществ может быть ещё больше, в связи с чем их использование как наполнителей в бетонных конструкциях нежелательно. Повышенный радиационный фон – характерное явление для территорий, прилегающих к крупным угольным теплоэлектростанциям.

Тем не менее “мирный” атом таит в себе большие проблемы, главными из которых являются утилизация отработанного ядерного топлива и аварии с утечкой в окружающую природную среду радиоактивных веществ, включая долгоживущие радионуклиды. Так, у радиоизотопов цезия и стронция период полураспада около 30 лет, у изотопа плутония – 24 тыс. лет, а у одного из изотопов йода –16 млн. лет. Возникшие в атомных реакторах, они будут вечно отравлять существование человека и живой природы.

Радиоактивность окружающей среды определяется содержанием в ней естественных и искусственных радионуклидов. Еще в середине 40−х годов радиоактивность любого тела или вещества биосферы обусловливалась радионуклидами исключительно природного происхождения, т. е. изотопами, возникновение которых в основном было связано с особенностями формирования нашей планеты. В результате испытаний ядерного оружия и интенсивного развития атомной промышленности за последние десятилетия появился новый компонент радиоактивности биосферы « радиоактивные вещества искусственного происхождения.» Постоянное распространение искусственных радионуклидов, выбрасываемых в биосферу при ядерных взрывах, привело к тому, что практически все вещества, ее составляющие и принимающие участие в круговороте химических элементов, в настоящее время оказались в той или иной мере загрязнены продуктами деления тяжелых ядер. Известно, что интенсивность радиоактивного излучения отдельных элементов биосферы убывает по мере удаления от первичного очага загрязнения, поэтому в местах, находящихся на достаточно больших расстояниях от этих районов, величины удельной радиоактивности различных компонентов биосферы остаются на уровне естественного фона. В целом степень загрязнения биосферы продуктами глобальных выпадений невелика. В результате этого искусственные радионуклиды как бы маскируются изотопами естественного происхождения, что вызывает определенные трудности в их обнаружении. В связи с этим проведение любого радиационно-гигиенического обследования или составление заключения о радиационной обстановке в зонах с невысоким уровнем загрязнения должно осуществляться с учетом характера вклада естественных радиоизотопов в суммарную радиоактивность исследуемого объекта. Оценку степени биологической опасности загрязнения, т. е. определения интенсивности и интегральной дозы воздействия внутреннего или внешнего облучения организма за счет искусственных источников, целесообразно производить с учетом тканевой дозы, формируемой природными факторами ионизирующей радиации.

Глобальные радиоактивные выпадения. Особенно сильное загрязнение атмосферы Земли продуктами ядерного деления происходило до подписания в 1963 г. договора о запрещении ядерных испытаний в атмосфере, в космосе и под водой. В результате выполнения требований этого документа радиоактивность атмосферы прогрессивно снижалась и к настоящему времени понизилась в сотни раз. Кратковременное увеличение радиоактивного загрязнения атмосферы Земли за последнее десятилетие было отмечено в 1986 г. в результате аварии на Чернобыльской АЭС. При этом в атмосферу поступило большое количество искусственных радионуклидов, в том числе цезия−137 и стронция−90.

16.13. Диоксины − обиходное название высоко токсичных веществ канцерогенного, тератогенного и мутагенного действия, относящихся к классу полихлорированных дибензодиоксинов, например тетрахлордибензо-парадиоксина. Хорошо растворяются в жирах и накапливаются в пищевых цепях. Могут образовываться в качестве побочных продуктов при производстве, обработке и сжигании любых хлорированных углеводородов.

16.14. Металлическая ртуть. Ртуть – один из наиболее хорошо изученных в настоящее время токсикантов. В виде аэрозоля она попадает в организм вместе с воздухом и затем длительное время воздействует на человека. При концентрациях выше 0,25 мг/м ртуть полностью задерживается лёгкими, а при наличие в воздухе закрытых помещений (а таковыми являются и подъезд дома, и школьный подвал, и многие другие) ртутных паров в концентрации 0,1-0,8 мг/м у людей наблюдаются острые отравления.

Наиболее распространённым источником ртутного загрязнения в городских условиях являются вышедшие из эксплуатации лампы дневного света (люминесцентные лампы*) и ртутьсодержащие приборы, наиболее известными из которых являются термометры и тонометры (приборы для измерения артериального давления). Каждая люминесцентная лампа кроме стекла и алюминия содержит до 100 мг ртути, следовательно, в одном миллионе отработавших ламп находится около 100 кг этого металла. Если лампа разбивается, то металлическая ртуть испаряется и попадает в воздух. В большинстве случаев отработавшие свой срок ртутьсодержащие приборы выбрасывают вместе с бытовыми отходами в контейнеры для мусора. При вывозе ТБО на свалки лампы и приборы чаще всего разбиваются, и ртуть может свободно поступать в почву, грунтовые воды и испаряться в атмосферу.

16.15. Потеря биоразнообразия. Биологическое разнообразие – это разнообразие форм и процессов в органическом мире, проявляющееся на молекулярно−генетическом, популяционном, таксономическом и ценотическом уровнях организации живого. На сегодняшний день определены и получили свои имена 1.7 миллионов видов растений, животных и микроорганизмов. Точное же количество видов, проживающих на Земле до сих пор неизвестно. Их число колеблется от 5 до 100 миллионов. Большая часть Земли покрыта водой, где также живут различные формы жизни. На дне моря проживает более 10 миллионов видов, большинство из которых до сих пор не описаны. Для получения такого богатого, полного и сбалансированного разнообразия потребовались миллионы лет. А сейчас это все находится под угрозой из-за деятельности человека. Подобно другим глобальным экологическим проблемам, исчезновение видов идет с ужасающей скоростью. Преобладающими причинами потери биоразнообразия и деградации биологических ресурсов являются широкомасштабная вырубка и сжигание лесов, разрушение коралловых рифов, неконтролируемое рыболовство, чрезмерное уничтожение растений и животных, незаконная торговля видами дикой фауны и флоры, использование пестицидов, осушение болот, загрязнение воздуха, использование уголков нетронутой природы под сельскохозяйственные нужды и строительство городов. Ученые подсчитали, что от 150 до 200 видов становятся вымирающими каждые 24 часа! Около 12 процентов всех млекопитающих и 11% птиц в 1990 году были отнесены к видам, находящимся под угрозой вымирания. Было также установлено, что если вырубка леса будет продолжаться такими же темпами, за следующие 25 лет с лица Земли исчезнет от 2 до 8% всех существующих видов. Это самая большая потеря биоразнообразия за последние 65 миллионов лет, т.е. с конца мезозойской эры, когда вымерли динозавры.