3. Химические загрязняющие вещества, их источники и распространение в биосфере

Одним из основных факторов неблагоприятного антропоген­ного воздействия на окружающую среду является ее химическое загрязнение. Этому виду загрязнения подвержены все среды обитания (водная, наземно-воздушная, почва) и сами живые организмы. В природную среду все в больших количествах попа­дают газообразные, жидкие и твердые отходы промышленного, сельскохозяйственного и бытового происхождения, ухудшая ус­ловия существования растений, животных и человека.

По оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из более чем 6 млн известных химических веществ практически используется до 500 тыс. соединений. Из них около 40 тыс. ве­ществ обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными (ядовитыми). Ассортимент химических веществ ежегодно возрастает на 5%.

Как следует из табл. 1, ежегодно в биосферу поступает до 100 тысяч различных химических веществ, из них 60 млн т синтетических материалов, 500 млн т минеральных удобрений, 5 млн т пестицидов, 50 млн т железа и, кроме этого, масса других жидких и газообразных веществ. В результате сжигания топлива в атмосферу ежегодно поступает более 20 млрд т углекислого газа и более 700 млн т паро- и газообразных соединений и твер­дых частиц. При сжигании низких сортов угля и мазута в атмо­сферу за год выделяется 150 млн т сернистого газа.

(Слайд 18)

Химические вещества, загрязняющие среду обитания, назы­ваются поллютанты (от лат. pollutio — марание); синоним — за­грязнители. Веществами-загрязнителями можно назвать такие вещества, которые попадают в биосферу в процессе деятельности человека, нарушают баланс веществ экосистемы, делают среду обитания менее благоприятной.

В экологической химии важно определять источники загряз­няющих веществ и закономерности распределения их в биосфере

Источники химических загрязняющих веществ разнообраз­ны. К основным источникам загрязнения относятся транспорт, тепловая и атомная энергетика, промышленное и сельскохозяй­ственное производство, коммунальное хозяйство городов. При­ведем некоторую информацию по данным источникам загряз­нения. Автотранспорт — основной источник загрязнения атмо­сферы: увеличение численности мирового парка автомашин приводит к загрязнению атмосферы монооксидом углерода СО, оксидами азота NO_х, углеводородами С_хН_у, диоксидом серы SO₂, тяжелыми металлами (преимущественно свинцом), в неболь­ших количествах альдегидами, сажей, бенз[а]пиреном и др. В состав выхлопных газов автотранспорта входит более 200 компонентов.

Возрастание морских перевозок вызывает загрязнение морей и океанов нефтью и нефтепродуктами. В процессе работы тепло­вых электростанций происходит загрязнение воздуха оксидами углерода и серы, образуются также огромные количества твер­дых отходов (шлаков, золы). Атомные электростанции (АЭС) служат источником радиоактивного загрязнения биосферы.

Промышленными источниками химического загрязнения окружающей среды являются горнодобывающая, металлурги­ческая, металлообрабатывающая, химическая, нефтедобываю­щая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная, деревообрабатывающая и пищевая отрасли промышленности. Все они загрязняют биосферу твердыми отходами, газовыми выбросами и сточными водами, содержащими самые разные неорганиче­ские и органические вещества: металлы, неметаллы, оксиды, кислоты, щелочи, соли, углеводороды, альдегиды, карбоновые кислоты, спирты, фенол, бензол, толуол, ацетон и др. Широкое применение в сельском хозяйстве удобрений — минеральных (азотных, фосфорных, калийных) и органических (отходов животноводства) — приводит к загрязнению почвы, водоемов и сельскохозяйственной продукции биогенными элементами (N, Р, К) и патогенными микроорганизмами. Ненормированное приме­нение в земледелии пестицидов (химических средств защиты растений) приводит к появлению ядохимикатов в атмосфере, почве и природных водах. Установлено, например, что в гидро­сферу поступило 25% пестицида ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтана), запрещенного в настоящее время к употреблению. В производстве пестицидов используют более 700 химических веществ. Значительным источником загрязнения являются комму­нально-бытовые сточные воды больших городов, которые очи­щаются не полностью, т. е. сбрасываются в природные воды в загрязненном виде. Объем сточных вод в мире достигает по­рядка 450 км³ в год. В городскую канализацию поступают также сточные воды промышленных предприятий, энергетики, транспорта (промышленные стоки) и поверхностный сток, т. е дож­девые и снеговые воды.

Коммунальное хозяйство городов дает также большое коли­чество твердых бытовых отходов (ТБО), содержащих макулату­ру, металлы, пластмассу, стекло, текстиль, пищевые отходы и др. Ежегодно в России образуется около 130 млн м³ ТБО.

Таким образом, источников загрязнения много, и большин­ство из них поставляет в биосферу не одно, а несколько десятков загрязняющих веществ. На рис. 1 представлены основные ис­точники загрязнения биосферы.

(Слайд 19)

Рис. 1. Основные источники загрязнения биосферы:

1) металлургическая промышленность: электросталеплавильный цех; 2) атом­ная энергетика: Белоярская АЭС; 3) нефтеперерабатывающая промышлен­ность: Кременчугский НПЗ; 4) сельскохозяйственное производство; 5) хими­ческая промышленность: Белореченский химический завод; 6) горнодобы­вающая промышленность; 7) коммунальное хозяйство: городская свалка; 8) теплоэнергетика: Новосибирскэнерго; 9) автотранспорт

Химические загрязняющие вещества перемещаются в био­сфере. Попав первоначально от источника в одну из природных сред, они постепенно загрязняют и другие среды (воздух, воду, почву). Например, применение избыточных количеств азотных удобрений (нитратов) приводит к загрязнению почвы, потом подземных и поверхностных вод. Из почвы нитраты попадают в растения, далее — в организм животных и, наконец, с продук­тами питания и водой — в организм человека, вызывая заболева­ние — нитратную метгемоглобинемию.

Распределение загрязняющих веществ в биосфере происхо­дит неравномерно. В разных природных средах они распростра­няются с разной скоростью, а, следовательно, и на разные рас­стояния. В наибольшей степени рассеяние загрязняющих ве­ществ происходит в атмосфере.

(Слайд 20)

Загрязнения биосферы подразделяются на локальные, регио­нальные и глобальные и т.д. Классификация представлена на рисунке 2.

(Слайд 21)

Локальное загрязнение — это загрязнение окружающей среды в конкретной местности в ограниченных про­странственно-временных масштабах. Такие загрязнения обычно наблюдаются вокруг промышленных предприятий, городов, рудников, животноводческих комплексов. Химический состав таких загрязнений определяется в основном их источником. На­пример, локальное загрязнение почвы свинцом наблюдается вдоль автотрасс с интенсивным движением. Около крупных жи­вотноводческих комплексов поверхностные воды и почва могут быть загрязнены ионами аммония. Локальное загрязнение бывает техническое, или эксплуатационное, наблюдаемое при нормаль­ной работе предприятия, и аварийное, вызванное резким и не­ожиданным нарушением работы предприятия, связанным с вы­бросом в биосферу большого количества вредных веществ. Техническое загрязнение, как правило, остается локальным. Ава­рийное загрязнение нередко переходит в региональное, а в катаст­рофических случаях — в глобальное. Примером катастрофиче­ского загрязнения окружающей среды явилась авария на Чер­нобыльской АЭС в 1986 г. Повышение уровня радиации было зарегистрировано тогда практически по всему земному шару.

Региональное загрязнение формируется на основе локальных за­грязнений при увеличении их количества или пространственно-временных масштабов. Региональное загрязнение проявляется в пределах значительных территорий (региона), но не охватыва­ет всю планету. Причиной регионального загрязнения является поступление загрязняющих веществ в биосферу в течение дли­тельного времени, и особенно если эти вещества поступают в подвижные компоненты биосферы — в атмосферу и природ­ные воды.

Переход локальных загрязнений в региональные может быть связан с расширением территорий городов, которые постепенно превращаются в гигантские мегаполисы с многомиллионным населением. Так, в США на Атлантическом побережье странысформировался огромный урбанизированный район площадью около 150 тыс. км2 и населением более 40 млн человек (слив­шиеся агломерации городов Бостона, Нью-Йорка, Филадель­фии, Балтимора и Вашингтона). Атмосферные выбросы пред­приятий большого города переносятся на большие территории, создавая региональное загрязнение.

Примером регионального загрязнения может служить загряз­нение природных вод нефтью и нефтепродуктами на обширных акваториях Мексиканского или Персидского заливов. Площади нефтяных пятен после аварий достигают нескольких тысяч квадратных километров. В Узбекистане и Молдавии отмечались региональные загрязнения почвенного покрова пестицидами.

Глобальное загрязнение — это загрязнение, которое нарушает ес­тественные физико-химические, биологические показатели биосферы в целом и обнаруживается практически в любой точке нашей плане­ты. Как правило, глобальные загрязнения переносятся атмосфер­ными потоками на большие расстояния от места своего возникно­вения. Основными загрязняющими веществами атмосферы явля­ются оксиды углерода, серы и азота (СО, SO2, NOJ, углеводороды (СД,,) и взвешенные частицы (пыль, дым). К глобальным загрязне­ниям биосферы следует отнести и радиоактивные выпадения.

Космическое загрязнение характерно для космического пространства (например, отработанные ступени летательных аппаратов и пр.)

Точечное загрязнение характерно для хозяйственного или природного объекта, выбрасывающего загрязняющее вещество.

(Слайд 22)

Физическое загрязнение – превышение естественных норм различных физических факторов, характеризующих данную среду: тепловых, шумовых, электромагнитных, радиационных и др. Непосредственно влияет на физические характеристики окружающей среды.

Химическое загрязнение изменяет химический состав окружающей среды – атмосферы, гидросферы, литосферы, т.е. проникновение в окружающую среду или образование в ней веществ, не свойственных ей, или в концентрациях, превышающих норму. Химические загрязнения подразделяются на естественные химические загрязнения и антропогенные химические загрязнения.

Радиоактивное загрязнение – превышение естественного радиационного фона и уровня содержания в среде радиоактивных веществ (радионуклидов). Разновидность физического и химического загрязнения.

Биологическое загрязнение – случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в экосистемы или технологические устройства чуждых им животных и растений; оказывает угнетающее или деструктивное действие, особенно заметно при массовом размножении пришлых видов.

(Слайд 23)

Естественное (природное) загрязнение – загрязнение окружающей среды в результате мощных, превышающих обычные параметры природных процессов без какого-либо влияния человека (например, извержения вулканов, самопроизвольный выход токсичных веществ, образовавшихся в результате гниения и т.д.).

Антропогенное загрязнение – загрязнение, возникающее в результате деятельности людей, в том числе их прямого или косвенного влияния на интенсивность естественного загрязнения.

Механическое загрязнение – засорение среды агентами, оказывающими неблагоприятное механическое воздействие без физико-химических последствий (например, мусором).

Первичное загрязнение – поступление в окружающую среду загрязнителей, непосредственно образующихся в ходе естественных, природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов.

Вторичное загрязнение происходит тогда, когда вещество, поступающее в окружающую среду, не вызывает отрицательных последствий, но в ходе физико-химических процессов, идущих непосредственного в среде, становится опасным.

Схема форм загрязнения (загрязнителей) представлена на рисунке 2.

(Слайд 24)

Фото сессия огромных масштабов загрязнения нашей планеты

Рисунок 2. Схема форм загрязнения (загрязнителей).

(Слайд 25)