1. Учение в.И. Вернадского о биосфере

Учение В.И. Вернадского о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина, периодический закон Д.И. Менделеева, теорию единства пространства и времени А. Энштейна, идеи о неразрывной связи живой и неживой природы многих отечественных и зарубежных ученых.

В работах В.И. Вернадского рассматриваются компоненты биосферы, ее границы, функции живого вещества, эволюция биосферы.

Ученый впервые показал, что живая и неживая природа Земли тесно взаимодействуют и составляют единую систему.

Структура биосферы. В биосфере можно выделить следующие основные компоненты: живое вещество, косное (неживое) вещество, неживое биогенное вещество, биокосное вещество.

Живым веществом В.И. Вернадский назвал совокупность живых организмов, населяющих нашу планету. Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы. Во все геологические эпохи живое вещество, преобразуя и аккумулируя солнечную энергию, влияло на химический состав земной коры, было мощной геохимической силой, формирующей лик Земли.

Живое вещество имеет количественные характеристики, его можно изучать, используя математические законы.

Количество живого вещества в биосфере (биомасса) - величина постоянная или мало изменяющаяся с течением времени. Во все геологические эпохи на Земле количество живого вещества было практически одинаковым. Ученый подчеркивал, что современное живое вещество генетически родственно живому веществу прошлых геологических эпох.

Под косным веществом В.И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.

Кроме живого и косного веществ, в состав биосферы входят:

неживое биогенное вещество, которое образовано живым веществом современной и прошлых геологических эпох (ископаемые остатки организмов, нефть, уголь, газы атмосферы, озерный ил - сапропель, осадочные породы, например, известняки);

биокосное вещество, которое создавалось одновременно и живыми организмами и косным веществом (например, почва, вода обитаемых водоемов, глинистые минералы).

Границы биосферы совпадают с границами распространения живых организмов в оболочках Земли, что определяется наличием условий существования жизни (благоприятный температурный режим, уровень радиации, достаточное количество воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа). Биосфера охватывает всю поверхность суши, а также океаны, моря и ту часть недр Земли, где находятся породы, созданные в процессе жизнедеятельности живых организмов. Иначе говоря, биосфера - это часть литосферы, атмосферы, гидросферы, заселенная живым веществом.

Для существования живых организмов необходимы следующие условия: достаточное количество воды, минеральных веществ,  ,  , оптимальный температурный режим, уровень радиации и др.

Верхняя граница биосферы определяется озоновым экраном, представляющим собой тонкий слой (2-4 мм) газа озона ( ). Роль озонового слоя в биосфере велика: он задерживает губительные для живого ультрафиолетовые лучи солнечного света. Этот слой расположен на высотах 16 - 20 км.

Нижняя граница биосферы неровная. К примеру, в литосфере живые организмы или продукты их жизнедеятельности можно встретить на глубине 3,5-7,5 км, а в Мировом океане организмы - на глубине 10 - 11 км.

Нижняя граница на суше связана с областями "былых биосфер" - так В.И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосфер прошлых геологических эпох (накопления осадочных пород, углей, горючих сланцев и др.). "Былые биосферы" служат доказательством длительной эволюции биосферы Земли.

Ученый отмечал, что живое вещество распределено в биосфере неравномерно. Основная его масса сконцентрирована в приповерхностном слое суши толщиной 50-100 м и в приповерхностной толще воды (10-20 м). Здесь находится более 90% биомассы Земли. Но и в приповерхностном слое имеются пространства, густо заселенные живыми организмами (тропики и субтропики, теплые моря), и менее заселенные территории (пустыни, высокогорья, арктические и антарктические области). Для остальных территорий биосферы характерно, по словам В.И. Вернадского, "разрежение живого вещества".

Тем не менее, в пределах биосферы нет абсолютно безжизненных пространств. Даже в самых суровых условиях обитания можно найти бактерии и другие микроорганизмы. В.И. Вернадский высказал идею о "всюдности жизни", живое вещество способно "растекаться" по поверхности планеты; оно с огромной скоростью захватывает все незанятые участки биосферы, что обусловливает "давление жизни" на неживую природу.

Функции живого вещества. Одна из основных заслуг В.И. Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции. Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование. Важнейшими функциями являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.

Энергетическая функция заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца (бактерии-хемоавтотрофы преобразуют энергию химических связей) и передаче ее по пищевым цепям: от продуцентов - к консументам и, далее, - к редуцентам. При этом энергия постепенно рассеивается, но часть ее вместе с остатками организмов переходит в ископаемое состояние, "консервируется" в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

В осуществлении газовой функции ведущая роль принадлежит зеленым растениям, которые в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. В то же время, большинство живых организмов (и растения в том числе) в процессе дыхания используют кислород, выделяя в атмосферу углекислый газ. Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Велико их значение для образования многих полезных ископаемых. Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород как железные руды; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

Концентрационная функция заключается в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод и кальций. В скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Эволюция биосферы. В.И. Вернадский в своих работах подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы - это история возникновения жизни на Земле. Развитие биосферы идет вместе с эволюцией органического мира - изменяется состав ее компонентов, расширяются границы и т. д.

Живое вещество эволюционирует в сторону усложнения уровня организации, уменьшения прямой зависимости от среды обитания, усовершенствования способов ориентации и передвижения в пространстве.

Перенеся идеи физики о неразрывности пространства и времени на явления природы, В.И. Вернадский объяснил направленность эволюции биосферы: она ограничена пространством, что определяется телом планеты, и направлена в сторону прогрессивного развития, так как необходимо приобрести свойства, которые позволят это ограниченное пространство использовать по возможности максимально.

Особое внимание в своих трудах ученый уделял возрастающему влиянию человека на ход эволюции биосферы. Вернадский подчеркивал, что человек разумный - невиданная по своим масштабам геохимическая сила, которая увеличивает свое влияние по мере развития научной мысли. Еще в 20-х годах прошлого века ученый сумел предугадать многие тенденции воздействия человека на природу. Его теоретические положения о биосфере и месте в ней человека - блестящий пример научного обобщения.

2. Загрязнение почв - содержание в почвах химических соединений, радиоактивных элементов, патогенных организмов в количествах, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека, окружающую природную среду, плодородие сельскохозяйственного назначения (закон "О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения").

Охрана почв от загрязнений является важной задачей человека, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.

Во-первых, происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд.

Во-вторых, эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоёмов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека.

В-третьих, многие вредные для человеческого организма соединения имеют способность накапливаться в тканях, и, прежде всего, в костях.

По оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20-30 млрд. т. твёрдых отходов, из них 50-60 % органических соединений, а в виде кислотных аргентов газового или аэрозольного характера - около 1 млрд. т.

Различные почвенные загрязнения, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику их поступления в почву.

1) С атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками выпадают в почву. Это, в основном, газы - оксиды серы, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют химические соединения с водой, имеющие кислотный характер. Таким образом и образуются кислотные дожди.

2) При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной.

3) С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять-таки в почву.

Загрязнения почвы можно классифицировать:

1) Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В группу входят различные по характеру загрязнения смешанного характера, включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

2) Тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других животных организмов, так как тяжёлые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к накоплению в организме. Наиболее распространённое автомобильное топливо - бензин - содержит очень ядовитое соединение - тетраэтилсвинец, содержащее тяжёлый металл свинец, который попадает в почву. Из других тяжёлых металлов, соединения которых загрязняют почву, можно назвать Cd (кадмий), Cu (медь), Cr (хром), Ni (никель), Co (кобальт), Hg (ртуть), As (мышьяк), Mn (марганец).

3) Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к предыдущей группе. Именно по этой причине был запрещён для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-трихлорметилметан), который является не только высокотоксичным соединением, но, также, он обладает значительной химической стойкостью, не разлагается в течение десятков лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде. Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии, антиномицеты, грибы, водоросли.

4) Микотоксинами. Данные явления не являются антропогенными, потому что они выделяются некоторыми грибами, однако, по своей вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными загрязнениями почвы.

5) Радиоактивными веществами. 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 - ⁹⁰ Sr (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 делают его весьма опасным радионуклидом. ¹³⁴Cs (цезий-134), ¹⁴⁰ Ce (церий-140) и ³⁶ Сl (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 путём: в процессе производства и испытаний ядерного оружия, из атомных электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при производстве и использовании приборов, содержащих радиоактивные изотопы и т. д.

Наибольшей способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на растительные и животные организмы обладают почвы с высоким содержанием гумуса, с тяжелым гранулометрическим составом, высокой емкостью поглощения, обогащенные известковыми материалами (карбонатами). К таким почвам относятся наиболее плодородные черноземы, некоторые рендзины, пойменные земли. Это придает почвам естественную устойчивость к воздействию химических загрязняющих веществ и позволяет получать высокие и качественно полноценные урожаи важнейших сельскохозяйственных культур даже в промышленно развитых регионах.

Природная сопротивляемость почв не беспредельна. Согласно Б. Г. Розанову и другим ученым по разным причинам в мире было потеряно около двух миллиардов гектаров сельскохозяйственных почв. Потери земель, вызванные только ирригацией, за последние триста лет составили около ста млн. га, и примерно такая же площадь сейчас занята почвами с пониженной продуктивностью, вследствие засоления. Очень велики потери гумуса, от которого зависят практически все важнейшие свойства почв и их устойчивость к неблагоприятным ситуациям. За период земледельческой культуры почвенный покров утратил до 15% исходного запаса органических веществ. Причем эти негативные явления особенно быстро протекают в последние десятилетия. Так, скорость потерь гумуса за последние пятьдесят лет примерно в два с половиной раза превышала таковую на протяжении последних трехсот лет, а среднеисторическую скорость потерь гумуса - примерно в двадцать четыре раза.

Особенно сильное техногенное давление испытывают почвы в районах расположения крупных промышленных предприятий, больших городов, транспортных артерий. Нередким стало образование техногенных пустынь на территориях, непосредственно примыкающих к промышленным зонам различных предприятий, особенно химической и металлургической промышленности. В ближайшей к предприятию зоне содержание тяжелых металлов часто значительно превышает ПДК; вследствие суммарного воздействия кислотных дождей и выпадений тяжелых металлов гибнет растительность, поверхность почвы обнажается; незащищенная растительным покровом почва подвергается усиленной эрозии и дефляции, почвенный покров разрушается практически необратимо, и его восстановление требует уже очень крупных материальных и трудовых затрат.

При характеристике почв очень трудно использовать широко применяемые при оценке воды, воздуха, продуктов питания и кормов понятия, например, ПДК тех или иных загрязняющих веществ. В числе главных причин - многообразие форм соединений любых элементов и веществ в почвах, от которых зависит доступность этих компонентов растениям и, следовательно, их возможный токсический эффект. Поэтому при разработке принципов и организации почвенно-химического мониторинга приходится учитывать состав почвы, все ее составляющие, обладающие высокой сорбционной способностью, влияние условий на подвижность и доступность химических веществ растениям. Наиболее значительное влияние оказывает кислотность и щелочность почв, окислительно-восстановительный режим, содержание гумуса, легкорастворимые соли.

Сопротивляемость почв химическому загрязнению также зависит от водного режима, водопроницаемости, преобладания нисходящих или восходящих токов влаги и т.п. Эти показатели наряду с уровнем сорбционной способности почв, отражаются на защитных функциях почвы по отношению к гидросфере и атмосфере, влияют на прогрессирующие накопления в почвах химических загрязняющих веществ.

загрязнение почва химический радиоактивный

3. Экологические основы сохранения и воспроизводства плодородия почв.

Современные почвы характеризуются не только колоссальным антропогенным загрязнением, но и значительным снижением естественных природных механизмов, определяющих устойчивость и продуктивность экосистем, а также чистоту окружающей среды. Среди основных причин, приводящих к нарушению этих процессов, выступают дегумификация почвенного покрова, увеличение кислотности почв, нарушение гидрологического режима, переуплотнение почв и др. ухудшение экологического состояния почвенного покрова создает условия для продуцирования микроорганизмами необычайно токсичных веществ - микотоксинов, что может иметь непредсказуемые экологические последствия. В связи с этим следует поддерживать естественное плодородие почв. Основным направлением в решении этого вопроса является систематическое внесение органических удобрений. Для нечерноземных почв доза их составляет 6-7 т/га. Эффективным является и применение сидератов. Хорошие результаты дают применение соломы, 1 т которой эквивалентна 3,5-4 т навоза. Создание повышенного органического фона будет способствовать активизации биологических процессов в почве, что положительно скажется на обеспеченности растений питательными веществами и биологически активными соединениями, на лучшем фитосанитарном состоянии почв. В свою очередь, повышение этих показателей явится основой для экономии энергетических ресурсов

Пути предотвращения и снижения опасности загрязнения почв токсичными тяжелыми металлами.

Тяжелые металлы занимают особое место среди других токсикантов по масштабам загрязнения и воздействия на биологические объекты. ТМ являются микроэлементами, однако значительные концентрации их в настоящее время в почве делают их токсичными для живых организмов. По степени опасности ТМ делят на три класса:

особо токсичные (As, Cd, Hg, Pb, Se, Zn);

токсичные (B, Co, Ni, Mo, Sb, Cr, Cu);

слабо токсичные (Ba, V, W, Mn, Sr).

Опасность, вызванную загрязнением почв ТМ, обусловливает еще и слабое выведение их из почвы. В почве ТМ претерпевают ряд химических превращений, в ходе которых их токсичность изменяется в очень широких пределах. Наибольшую опасность представляют подвижные формы ТМ. Подвижность их существенно зависит от почвенно-экологических факторов, среди которых основными являются органическое вещество, кислотность почвы, ОВ-условия, плотность почв и др. Поэтому, регулируя почвенно-экологические факторы, можно снизить опасность поступления ТМ в пищевые цепи. Для ликвидации последствий загрязнения почв ТМ важное значение имеют предупредительные меры, которые базируются на совершенствовании технологий производства, в т.ч. технологий производства агрохимикатов. Хорошо очищенные отходы химической и машиностроительной промышленности после обогащения фосфором представляют большую ценность для с/х. Для очистки сточных вод, достаточно широко применяемых в качестве удобрения, используют различные вещества: известняк, ионообменные смолы, синтетические сорбенты. Эффективными методами являются обратный осмос, вымораживание, электролиз. Некоторые микроорганизмы способны концентрировать некоторые металлы. Эта способность дает возможность получать медь, уран и другие металлы микробиологическим путем и тем самым очищать сточные воды от ТМ. Для ликвидации уже существующего загрязнения применяют материалы, связывающие ТМ в недоступные формы (органические и минеральные удобрения, известь, цеолиты, синтетические смолы и др.). рекомендуется также возделывать культуры, толерантные к загрязнению и не влияющие на здоровье людей или используемые в технических целях. Для сильно загрязненных территорий практикуют удаление загрязненного слоя с последующим извлечением ТМ путем перевода их соединений в подвижную форму и дальнейшего вымывания раствором FeCl₃ в кислой среде. Внесение в почву солей железа способствует улучшению физического состояния: происходит агрегирование почв за счет склеивающего эффекта железогуматных комплексов. При завершении очистки проводят комплексное окультуривание почвы: известкование, внесение органических и минеральных удобрений, компенсирующих потери биогенных элементов при промывке. Менее дорогим приемом рекультивации почв является внесение веществ-инактиваторов, например, меркапто-8-триазин. При этомCd, Pb, Hg и Ni прочно фиксируются в почве в нерастворимом и недоступном растениям виде. Элементы питания - Ca, Mg, K и другие - при этом не закрепляются. Недостатком этого приема является ограниченная емкость и инактивирующая способность веществ-инактиваторов. В основе химической мелиорации также лежит перевод ТМ в недоступное состояние, главным образом путем изменения реакции среды. В гумидных регионах с избыточным увлажнением достигается это с помощью известкования. Защитное действие извести проявляется в результате замены водорода в ППК на кальций. При этом происходит нейтрализация среды и образование коллоидов гидроксидов ТМ, находящихся в почвенном растворе. Важное место в детоксикации ТМ отводится органическим удобрениям, которые также снижают подвижность ТМ вследствие образования органо-минеральных соединений, обладающих низкой растворимостью. Однако при этом необходимо учитывать степень разложения органического вещества. Внесение в почву неразложившейся и слаборазложившейся соломы повышало подвижность ТМ при рН 8. Для снижения фитотоксичности ТМ можно использовать природные цеолиты, которые являются не только хорошими сорбентами, но и источниками элементов питания, а также веществами, улучшающими структуру почвы. В целях снижения опасности загрязнения почв ТМ значительную роль играют агрономические средства защиты, главным образом подбор сельскохозяйственных культур, использование различных частей растений с учетом неодинаковой способности их к накоплению ТМ и др. 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ                                                        ПОСЛЕДСТВИЯ ЭВТРОФИРОВАНИЯ ВОД. 

Проблема биогенного насыщения вод приобретает глобальный характер из-за негативных последствий  его появления. Для всестороннего изучения этого процесса, выявления особенностей его развития в континентальных (поверхностных и подземных), морских и океанических водах по программам Международной комиссии по эвтрофироданию ведутся систематические наблюдения, проводятся регулярные обследования рек, озер, водохранилищ, морских акваторий. Например, в США, Канаде и странах Западной Европы проведена инвентаризация водных объектов по уровню трофности. Установлено, что в контексте повышения биологический продуктивности водоемов эвтрофирование можно рассматривать до определенных пределов как положительный процесс. Важно объективно оценить пределы безопасного присутствия биогенных элементов в водоеме.

  По трофности  различают 5 типов водоемов, которые  можно расположить по возрастанию  этого показателя в следующем порядке:

1)дистрофные (dys — нарушение) — с плохо развитой  растительностью и высоким содержанием  гумусовых кислот;

2)олиготрофные (oligos — мало) — с низкой продуктивностью  (глубокие озера) {рис. 10.11);

3)мезотрофные  (mesos — средний) — с оптимальным состоянием в теплый период гола;

4)эвтрофные (ev —хорошо, усиленно) — с высоким  поступлением биогенов (рис. 10.12);

5)пшертрофные  (gyper — чрезмерное превышение  нормы) — с катастрофически  высоким поступлением биогенов.

Наиболее распространенным проявлением эвтрофирования водоемов является цветение воды. Оно свойственно всем гипертрофным водоемам и обусловлено массовым развитием синезеленых -водорослей. Этот процесс как явное последствие эвтрофирования вод интенсивно изучается гидробиологами, гидрохимиками, токсикологами, альгологами.

  Как последствие  звтрофирования вод вероятна полная утрата водоемом хозяйственного и биогеоценотического значения.

Процессы эвтрофирования стимулируют возникновение ряда специфических заболеваний. Например, у рыбаков после повышенной физической нагрузки и переохлаждения отмечают болезнь, которая характеризуется следующими симптомами: появляется острая мышечная боль; затрудняется дыхание; моча становится бурого цвета из-за распада мышечной ткани и выведения почками гемоглобина; поражаются нервная и кровеносная системы, внутренние органы; в итоге развивается паралич диафрагмы и межреберных мышц, что приводит к летальному исходу.

Изучение причин возникновения и развития этого  заболевания показало, что оно  связано с массовым развитием в водоемах сине-зеленых водорослей. Дело в том, что эти водоросли, особенно М. aeruginosa, обладают активной ти-амнназоп, которую они выделяют в среду обитания. При нахождении в воде большого количества волорослей (0,6..5мг/л) активность тнамнназы в организме рыб повышается. Разложение тиамина приводит к гиповитаминозу, а затем и авитаминозу В.. Использование в пишу такой рыбы вызывает от-раатение и ведет к хроническому гиповитаминозу. При высокой мышечной нагрузке и переохлаждении возрастает потребность в тиамине и кислороде, что обусловливает развитие острого авитаминоза В,. Сильный авитаминоз приводит к летальному исходу, слабый — к нарушению функций желудочно-кишечного тракта и к аллергии. Токсины спнезеленых водорослей отнесены к высокотоксичным природным соединениям, которые действуют на центральную нервную систему, а также нарушают углеводный и белковый обмен.

  Токсичное  действие вод эвтрофированного  водоема может быть также обусловлено  накоплением нитратов и нитритов. В период активной жизнедеятельности и после отмирания водоросли пополняют водоем значительным количеством азотсодержащих веществ, в том числе и биологически активных аминов,которые. взаимодействуя с нитратами и нитритами, могут . образовывать высококанцерогенные нитрозоамины. В летние месяцы биопродуктивность фитопланктона в прибрежных зонах некоторых водохранилищ может достигать 5 кг/м3. На участках сгона водорослевой массы создаются анаэробные условия, при которых в волу экстрагируется значительное количество различных аминов. Этот процесс усугубляется нарушением самоочищения из-за возникновения резкого дефицита кислорода, связанного с оседанием отмирающих колоний водорослей. При усилении анаэробного обмена в глубинной зоне водоема образуются метан, аммиак, сероводород.

  Ведущую роль в процессе образования нитрозоаминов (играют бактерии и их ферменты, и чем выше ферментативная активность микрофлоры, тем с большей   скоростью осуществляется этот процесс.

  В целом  нитрозоамины считаются устойчивыми  соединениями, поэтому при водопользовании и водопотреблении контролируют их концентрацию в соответствии с утвержденными ПДК.Величины допустимой антропогенной нагрузки  водоемов биогенными веществами в существенной степени зависят от естественных условий, в которых находится данный водный объект.Так, результаты исследования фотохимического разложения нитрозоаминов при искусственном и солнечном освежении показали,  что на этот процесс могут влиять присутствие кислорода и рН воды. При оптимальных условиях полупериод разложения этих соединений в некоторых водоемах может сократиться до одного дня, в то время как полупериод их гидролитического разложения составляет 3... 11 лет, а биологического — от 15 мес до 7 лет.

Вследствие высокой  динамичности процессов э атрофирован  л я усложняется процесс установления эвтрофного статуса водного объекта. Одним из простых способов оценки этого показателя является соответствие фактической концентрации биогенных веществ предельно допустимым.

  Согласно  единым критериям качества воды, в странах Восточной Европы для поверхностных вод первого класса, используемых для водоснабжения пищевой промышленности, коммунального хозяйства, разведения ценных пород рыб, предельно допустимое содержание аммонийного азота составляет 0.1 мг/л. нитратного— 1. общих фосфатов — 0,005 мг/л. Регламентирование биогенного насыщения вод в зависимости от развития процессов эвтрофнро-вания является сложно» задачей, поскольку существенную роль играет воздействие дополнительных факторов, таких, как проточность воды, условия ее аэрирования и т. д. Экологические нормативы по неорганическому азоту, используемые исследователями США, составляют от 0,03 до 0,1 мг/л; в Германии ПДК для нитратов в питьевой воде — 50 мг/л. а в воде для грудных детей — не более 10 мг/л. Во избежание усиленного роста водорослей концентрация азота и фосфора в водоемах Англии ограничена значениями от 0,3 до 0,01 мг/л. В проточных водах допускаются несколько более высокие ПДК.

Роль процессов  биологического самоочищения учитывают  при обосновании экологических  критериев. Так, по результатам многолетних исследований водохранилищ Днепровского каскада для сохранения экосистем предложены следующие предельные концентрации: азота —0,4...1,8 мг/л, фосфора — 0,03... 0,1 мг/л.

Следующим фактором риска при использовании эвтрофированных водоемов является изменение природных условий обитания возбудителей и переносчиков некоторых заболеваний (шис-тосоматоз, описторхоз, трипаносомоз), а также создание благоприятных условий для развития промежуточных форм возбудителей и переносчиков паразитарных болезнен. Общеизвестно, что вода может являться фактором передачи возбудителей многих бактериальных и вирусных болезней. При эвтрофирова-шш пресноводных и морских водоемов значение данного фактора возрастает, поскольку при этом меняются микробные ценозы и генетические свойства возбудителей инфекционных болезней лгодеИ Среди различных заболевании, передающихся водным путем, особое значение имеет группа кишечных инфекций бактериальной и вирусной этиологии. Для этой группы инфекций отмечено опасное увеличение фактора риска заболеваемости при эвтрофиро-ваннн поверхностных вод.

Вода эвтрофированных  водоемов становится опасной не только для человека и животных при прямом использовании @ необработанном виде (купание, водопой животных, рыбоводство и  др.), но и для водопроводных сетей. Во время нормальной работы водопроводных станций масса водорослей в очищенной воде составляет не более 0,08 мг/л. В период интенсивного развития водорослей в водоеме их масса в водопроводной воде может превышать 2 мг/л. Синезе-леные водоросли обладают низкой способностью к коагуляции, в результате образуются мельчайшие, плохо оседающие хлопья. Для удаления большей части водорослей используют микрофильт-ры, что позволяет удержать до SO % клеток синезеленых водорослей, но при гораздо меньшей скорости фильтрования, т.е. снижается производительность во-лоподготовки. Однако применяемые методы не позволяют избавиться от биологически активных вешесгв, обладающих токсичностью- Для снижения содержания в питьевой воде токсичных продуктов обмена фитопланктона применяют очистку активированным углем, озонирование, коагуляцию повышенными дозами коагулянтов.

  Установлено,  что фитопланктон эвтрофированных  водоемов опасен не только  в период развития и активной  жизнедеятельности, но также при  старении и после гибели. По литературным данным, максимальная токсичность воды достигается после разрушения клеток водорослей. Этот факт имеет большое практическое значение с гигиенической и экологической точек зрения. Если токсичность воды обусловлена попаданием в нее токсинов из разрушенных клеток и не связана с водорослевым детритом и клетками, то это обстоятельство следует учитывать при разработке мероприятий, препятствовавших потреблению токсикантов человеком, а также при проведении во-лоподготопптельных мероприятии. Наиболее важно установить период максимального поступления токсинов а волу. Однако если процесс цветения можно наблюдать визуально и оценивать, используя несложную пнетр^меп-гальную базу, то определение токсичности этого процесса требует применения достаточно сложных методов анализа. При этом следует учитывать, что проявление максимальной токсичности зависит от конкретных условий, сложившихся в водоеме.

   Токсины,  образующиеся в результате жизнедеятельности  и постлетального разложения  биомассы синезеленых водорослей, относятся к полнпептидам, обладающим высокой биологической активностью по отношению как к теплокровным организмам, так и к отдельным гилробионтам. включая микроорганизмы. Наличие в питьевой воде даже небольшого количества токсинов этих волорослей приводит к возникновению патологических изменений в организме человека и животных. Ачьготоксины оказывают влияние на многие органы и системы; степень его проявления зависит от индивидуальной чувствительности: обычно наиболее выражены изменения, происходящие в нервной системе. 

5. Главные факторы воздействия промышленных предприятий различных отраслей промышленности на окружающую среду

 

Современная промышленность выпускает десятки тысяч наименований разнообразной продукции. В сферу материального производства вовлекается во много раз больше исходного сырья, чем выпускается готовой продукции. Современные производства зачастую характеризуются весьма сложной технологией, большим количеством операций, сопровождающихся возникновением целого ряда отходов, часть из которых используется или складируются, либо теряется с отходящими газами, сточными водами и твердыми продуктами.

Под отходами производства следует понимать остатки материалов или полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утративших полностью или частично свои потребительские свойства, а также продукты физико-химической или механической переработки сырья, получение которых не являлось целью производственного процесса и которые могут быть использованы в народном хозяйстве как готовая продукция после соответствующей обработки или как сырье для переработки.

Непрерывный стремительный рост промышленного производства, если своевременно не принять необходимые меры, неизбежно приведет к увеличению объемов образующихся отходов и затрат на их складирование, концентрирование, захоронение, утилизацию, улавливание или обезвреживание. К числу отраслей, в которых образуется наибольшее количество крупнотоннажных отходов, следует отнести черную и цветную металлургию, химическую и угольную промышленность, энергетику, т.е. отрасли, имеющие горнотехнологический передел.

Характер технологии указанных отраслей обуславливает не только выпуск основной продукцией, но и получение большого количества отходов производства и побочных продуктов, имеющих определенную ценность при условии использования в других отраслях.

Однако в настоящее время ни один из видов крупнотоннажных отходов не отнесен к категории товарной продукции той отрасли, в которой он образуется, и отсутствуют требования к нему как к сырью для других отраслей, где возможно его использование.

Как следствие, предприятия не отвечают за состав, влажность и другие параметры отходов, от стабильности которых зависит технологический режим других предприятий, на которых эти отходы могли бы перерабатываться. Зачастую и те и другие предприятия не располагают необходимыми сведениями по технологии подготовки отходов для дальнейшего передела и не имеют для этой цели нужного оборудования.

Определенный практический интерес представляет создание справочников-классификаторов по отдельным отраслям промышленности, по республикам, областям, экономическим районам или промышленным центрам.

Кроме технических параметров в справочных материалах должно содержаться и описание экологического воздействия отходов. Разная промышленность – одна дает тепло, другие шумят, третьи покрывают окружающее пространство туманами и т.д.

Следственно каждое промышленное предприятие в зависимость от направления деятельности оказывает особое влияние на окружающую среду. И как следствие задача человека сократить это влияние до минимума.

За последние годы выбросы в загрязняющих веществ в атмосферный воздух достигли 40-43 млн.т.

 Влияние энергетики на окружающую среду

Энергетика — один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. Она влияет на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), гидросферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение ландшафта, выбросы токсичных веществ).

Глобальное потребление топлива возросло в 30 раз почти за 200 лет, прошедших со времени начала индустриальной эпохи, и достигло в 1994 г. 13,07 Гт у. т/год.

Подобный рост потребления энергии происходил спонтанно, независимо от воли человека. Это не только не вызывало тревоги у широкой общественности, но и рассматривалось как благоприятный фактор развития человечества.

Общепринятая классификация подразделяет источники первичной энергии на коммерческие и некоммерческие.

Коммерческие источники энергии включают в себя твердые (каменный и бурый уголь, торф, горючие сланцы, битуминозные пески), жидкие (нефть и газовый конденсат), газообразные (природный газ) виды топлива и электроэнергию, произведенную на ядерных, гидравлических, ветровых, геотермальных, солнечных и приливных электростанциях).

К некоммерческим относят все остальные источники энергии (дрова, сельскохозяйственные и промышленные отходы, мускульная сила рабочего скота и собственно человека).

Мировая энергетика в целом основана преимущественно на коммерческих энергоресурсах (свыше 90 % общего потребления энергии в 1995 г.).

Подобный акцент характерен для длительной индустриальной фазы развития общества в прошлом и, вне всякого сомнения, сохранится и в ближайшие десятилетия.

Однако в последующую четверть XX в. произошли значительные изменения в мировой энергетике, связанные прежде всего с переходом от экстенсивных путей ее развития, от энергетической эйфории к энергетической политике, основанной на повышении эффективности использования энергии и всемерной ее экономии. Поводом для этих изменений стали энергетические кризисы 1973 и 1979 гг., стабилизация запасов ископаемого топлива и удорожание его добычи, желание уменьшить обусловленную экспортом энергоресурсов зависимость экономики от политической нестабильности в мире. К этому стоит добавить всевозрастающее осознание правительствами цивилизованных стран потенциальной опасности крупномасштабных последствий развития энергетики и озабоченность по поводу растущей деградации условий жизни в связи с экологическим прессом на локальном уровне (кислотные дожди, загрязнение воздуха и воды, тепловое загрязнение

В течение первой половины прошедшего столетия уголь с явным преимуществом держал первенство среди источников коммерческой энергий (более 60 % до 1950 г.). Однако резко увеличивается добыча нефти, что связано с открытием новых месторождений и с колоссальными потребительскими достоинствами этого вида ископаемого топлива. 6. Понятие мониторинга

Мониторинг (от лат. мonitor - предостерегающий) - в широком смысле - специально организованное, систематическое наблюдение за состоянием объектов, явлений, процессов с целью их оценки, контроля или прогноза.

Мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг) - информационная система постоянного наблюдения и регулярного контроля, проводимых по определенной программе для оценки текущего состояния окружающей природной среды, анализа всех происходящих в ней в данный период процессов, а также заблаговременного выявления возможных тенденций ее изменения

Организационные основы его проведения

Эффективность любой системы (вида) мониторинга определяется организацией, что представляет собой сложную, многоплановую задачу.

Прежде всего сложность организации мониторинга зависит от его уровня. Мониторинг окружающей среды может охватывать локальные территории (район, область) – локальный уровень, отдельные регионы (округа) – региональный уровень, а земной шар в целом – глобальный уровень. При этом с учетом уровня мониторинга должна быть создана значительная сеть станций, пунктов, постов наблюдений, оснащенных самым современным оборудованием, использующих новейшие технологии.

Так, например, система гидрометеорологического мониторинга до недавнего времени насчитывала более 1800 гидрометеостанций, около 3,5 тысячи наблюдательных постов, 42 гидрометеорологические обсерватории, более 190 авиаметеорологических и около 150 аэрозольных станций. В системе используются для получения необходимой информации как национальные («Метеор», «Океан», «Прогноз» и др.) так и международные космические комплексы и аппараты.

Важным вопросом организации и функционирования системы мониторинга является ее финансовое обеспечение.

В России наряду с бюджетным финансированием различных служб и ведомств, осуществляющих мониторинг окружающей среды, функционирует Федеральный экологический фонд Российской Федерации (ФЭФРФ).

ФЭФРФ осуществляет финансирование по направлениям природоохранной деятельности и федеральным целевым экологическим программам, в т.ч. развитие системы экологического мониторинга и его обеспечение.

Вместе с тем эффективность мониторинга окружающей природной среды во многом зависит от научного обоснования его теоретических и методологических основ, критериев оценки различных факторов и показателей антропогенных изменений и нарушений в биосфере. Решение этих вопросов существенно повысит уровень практической значимости результатов, полученных в процессе реализации программ мониторинга окружающей природной среды.

Научные основы

Научно обоснованный мониторинг окружающей среды осуществляется в соответствии с Программой. Программа должна включать в себя общие цели организации, конкретные стратегии его проведения и механизмы реализации.

Ключевым элементом любой Программы мониторинга окружающей среды является:

перечень объектов, находящихся под контролем, их территориальная привязка (хорологическая организация мониторинга);

перечень показателей контроля и допустимых областей их изменения (параметрическая организация мониторинга);

временные масштабы - периодичность отбора проб, частота и время представления данных )хронологическая организация мониторинга).

Кроме того, в приложении в Программе мониторинга должны присутствовать таблицы с указанием места, даты и метода отбора проб и представления данных.

Системы наземного дистанционного наблюдения. В настоящее время в программах мониторинга помимо традиционного «ручного» пробоотбора сделан упор на сбор данных с использованием электронных измерительных устройств дистанционного наблюдения в режиме реального времени.

Использование электронных измерительных устройств дистанционного наблюдения проводят используя подключения к базовой станции либо через телеметрической сети, либо через наземные линии, сотовые телефонные сети или другие телеметрические системы.

Преимущество дистанционного наблюдения является то, что в одной базовой станции для хранения и анализа могут использоваться многие каналы данных. Это резко повышает оперативность мониторинга при достижении пороговых уровней контролируемых показателей, например, на отдельных участках контроля. Такой подход позволяет по данным мониторинга предпринять немедленные действия, если пороговый уровень превышен.

Использование систем дистанционного наблюдения требует установки специального оборудования (датчиков мониторинга), которые обычно маскируются для снижения вандализма и воровства, когда мониторинг проводится в легко доступных местах.

Системы дистанционного зондирования. В программах мониторинга широко задействовано дистанционное зондирование окружающей среды с использованием самолетов или спутников, снабженных многоканальными датчиками. Различают два вида дистанционного зондирования.

А) Пассивное обнаружение земного излучения, испускаемого или отраженного от объекта или в окрестностях наблюдения. Наиболее распространенным источником излучения является отраженный солнечный свет, интенсивность которого измеряется пассивными датчиками. Датчики дистанционного зондирования окружающей среды настроены на конкретные длины волн - от далекого инфракрасного, до далекого ультрафиолета, включая и частоты видимого света.

Громадные объемы данных, которые собираются при дистанционном зондировании окружающей среды требуют мощной вычислительной поддержки. Это позволяет проводить анализ слабоотличающихся различий в радиационных характеристиках среды в данных дистанционного зондирования, успешно исключать шумы и «ложные цветовые изображения». При нескольких спектральных каналах удается усилить контрасты, которые незаметны для человеческого глаза. В частности, при задачах мониторинга биоресурсов можно различать тонкие отличия изменения концентрации в растениях хлорофилла, обнаружив области с различием питательных режимов.

Б) При активном дистанционном зондировании со спутника или самолета излучается поток энергии и используется пассивный датчик для обнаружения и измерения излучения, отраженного или рассеянного объектом изучения. Для получения информации о топографических характеристиках исследуемой области часто используется ЛИДАР, что особенно эффективно, когда территория велика и ручная съемка будет дорогостояща.

Дистанционное зондирование позволяет собирать данные об опасных или труднодоступных районах. Применение дистанционного зондирования включают мониторинг лесов, последствия действия изменения климата на ледники Арктики и Антарктики, исследованиях прибрежных и океанских глубин.

Данные с орбитальных платформ, полученные из различных частей электромагнитного спектра в сочетании с наземными данными, представляет информацию для контроля тенденций проявления долгосрочных и краткосрочных явлений, природных и антропогенных. Другие области применения включают управление природными ресурсами , планирование использования земли, а также различные области наук о Земле.

Эффективность экологического мониторинга окружающей природной среды зависит во многом от научного обоснования его методологических и теоретических основ, показателей антропогенных нарушений и изменений в биосфере, критериев оценки разных факторов. Решение этих вопросов может существенно повысить уровень значимости результатов, полученных в ходе реализации программы экологического мониторинга окружающей среды.

Сложность организации мониторинга окружающей среды зависит от его уровня. С учетом уровня экологического мониторинга для его эффективного осуществления должны быть созданы сети станций, пункты, посты наблюдений, оснащенных современным специальным оборудованием. Не менее важным вопросом организации полноценного функционирования системы экологического мониторинга окружающей природной среды является ее финансовое и технологическое обеспечение.

Негативные последствия хозяйственной деятельности и техногенного воздействия человека на окружающую среду для биосферы сегодня уже объективная реальность. Однако негативные результаты антропогенного воздействия в современных условиях развития человеческой цивилизации не являются неизбежными.

Во многом ухудшение состояния окружающей среды связаны с нерациональным использованием природных ресурсов, низким уровнем разработки и дальнейшего внедрения современных безотходных технологий, ошибками в экологической и технической политике, малой изученностью возможных последствий антропогенного воздействия на экосистему.

Таким образом, постоянный мониторинг окружающей среды текущего состояния и грамотное определение тенденций изменения окружающей природной среды являются чрезвычайно важным для долгосрочного прогнозирования качества экологической системы и практических действий по ее улучшению.