Химия и экология
Лекция №17
Глобальные процессы в окружающей среде
Глобальное потепление климата и диоксид углерода
Глобальное потепление — долгосрочное повышение средней
температуры климатической системы Земли, наблюдающееся на протяжении последних |
||
более чем ста лет, основной причиной чего является человеческая деятельность |
||
(антропогенный фактор). |
В пользу данной теории свидетельствуют и те |
|
|
||
Выбросы диоксида углерода. |
факты, что наблюдаемое потепление более значимо |
|
зимой, чем летом, ночью — чем днем, в высоких |
||
Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, |
||
широтах — чем в средних и низких, а также тот |
||
заводские трубы и другие созданные человечеством |
||
факт, что быстрое нагревание слоев тропосферы |
||
источники загрязнения вместе выбрасывают в |
||
происходит на фоне не очень быстрого охлаждения |
||
атмосферу около 22 млрд т углекислого газа и других |
||
слоев стратосферы. |
||
парниковых газов в год. Животноводство, применение |
||
Другие теории: |
||
удобрений, сжигание угля и другие источники дают |
||
• наблюдаемое потепление находится в пределах |
||
около 250 млн т метана в год. Около половины всех |
||
естественной изменчивости климата и не |
||
парниковых газов, выброшенных человечеством, |
||
нуждается в отдельном объяснении; |
||
осталось в атмосфере. С доиндустриального периода |
||
• потепление явилось результатом выхода из |
||
середины XVIII века концентрации углекислого газа и |
||
холодного малого ледникового периода; |
||
метана увеличились на 34 %. Около 3/4 всех |
||
• потепление наблюдается слишком |
||
антропогенных выбросов парниковых газов за |
||
непродолжительное время, поэтому нельзя |
||
последние 20 лет вызваны использованием нефти, |
||
достаточно уверенно сказать, происходит ли оно |
||
природного газа и угля. Бóльшая часть остального |
||
вообще. |
||
вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь |
||
|
||
вырубкой лесов. |
2 |
|
Глобальные процессы в окружающей среде
Глобальное потепление климата и диоксид углерода
По современной классификации условно выделяют четыре группы циклов:
Сверхдлинные по 150–300 млн лет связаны с самыми значительными изменениями экологической обстановки на Земле. Их связывают с ритмами тектоники и вулканизма.
Длинные циклы, также связанные с ритмами вулканической деятельности, тянутся десятки миллионов лет.
Короткие — сотни и тысячи лет — обусловлены изменениями параметров земной орбиты. Последняя категория условно называется ультракороткие. Они связаны с ритмами Солнца. Среди них есть цикл 2400 лет, 200, 90, 11 лет. Не исключено, что именно данные ритмы являются определяющими в наблюдаемом потеплении на планете. Человек пока что не в состоянии как-то модифицировать и влиять на эти процессы.
В настоящее время ни одна из этих альтернативных теорий не имеет заметного числа сторонников среди ученых-климатологов.
3
Глобальные процессы в окружающей среде
Глобальное потепление климата и диоксид углерода
Экологические и экономические последствия.
Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы, повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна.
Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9,2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи.
При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность понижается до рН 5,5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне.
Затем гибнет планктон. Когда кислотность достигает рН 4,5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых. По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.
Таким образом, на планете существуют колебательные процессы, в которых оледенение (ледниковый период) порождается потеплением климата, а дегляциация (выход из ледникового периода) — похолоданием.
4
Глобальные процессы в окружающей среде
Деградация почв
Особенностью почв является уязвимость почв по сравнению с гидросферой и атмосферой. Это связано со следующими причинами:
1)Почвенный покров, в конечном итоге, принимает на себя все давление потока промышленных и коммунальных выбросов и отходов, играя роль буфера и детоксиканта;
2)Почва аккумулирует тяжелые металлы, пестициды, углеводороды, детергенты, другие химические загрязняющие вещества, предупреждая тем самым их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух;
3)В почве многие химические загрязняющие вещества претерпевают глубокие изменения. Углеводороды, пестициды, детергенты и другие соединения, с одной стороны, могут быть минерализованы и трансформированы в вещества, не оказывающие токсичного воздействия на микроорганизмы и растения, животных и человека.
Деградацией почв называется постепенное ухудшение качества почвы в результате изменений, разрушающих ее структуру, ведущих к появлению негативных химических свойств и утрате ее плодородия. Деградация почвы может происходить в результате стихийных природных явлений (извержений вулканов, ураганов) и нерегулируемой хозяйственной деятельности человека. Часто сопровождается потерей способности выполнять ресурсо- и средовоспроизводящие функции.
5
Глобальные процессы в окружающей среде
Деградация почв
Явления деградации почв можно разделить на следующие семь групп, связанные с различными направлениями нарушений почвенного покрова и процессов, происходящих в почвах.
1.Нарушение биоэнергетического режима почв и экосистем:
- девегетация почв; - дегумификация почв;
- почвоутомление и истощение почв.
2.Патологическое состояние почвенных горизонтов и профиля почв:
- отчуждение и выключение почв из действующих экосистем; - эрозия и дефляция почв;
- образование бесструктурной коры и переуплотненных горизонтов.
3.Нарушение водного и химического режима почв:
- сухость и опустынивание почв; - селевые разливы и оползни; - вторичное засоление почв;
- природная и вторичная кислотность почв;
- переосушение почв.
4. Затопление, разрушение и засоление почв водами водохранилищ:
-затопление пойменных и первых надпойменных террас;
-подъем уровня грунтовых вод и подтопление почв;
-абразия берегов и засорение дельт;
-размыв и уничтожение почв приморских дельт;
-загрязнение и содовое (щелочное) засоление вод и почв.
5.Загрязнение и химическое отравление почв.
6.Переохлаждение и вторичная мерзлотность почв:
-деградация ландшафтов и почв районов с распространением многолетней мерзлоты;
-разрушение и исчезновение «ледяных земель».
7. Разрушение почв военными действиями, атомной радиацией:
-обычные войны;
-ядерные войны и атомная радиация;
-аварии на АЭС и утечки радиоактивных материалов.
6
Глобальные процессы в окружающей среде
Деградация почв
Показателями химического состояния почв называются характеристики химических свойств почвы, отражающие ее состояние на момент исследования, и характеристики почвенных процессов, дающие представление о направлении и скорости природного или антропогенного почвообразования.
Показатели почвенных процессов могут служить для прогноза изменения свойств почв при техногенезе или сельскохозяйственном использовании.
В число показателей химических свойств входят:
•элементный состав,
•запасы химических элементов,
•содержание водорастворимых солей, гипса, карбонатов,
•содержание органических веществ,
•групповой состав элементов и соединений, их подвижность,
•кислотноосновные и ионообменные свойства.
Химические показатели почвенных процессов делятся на две группы:
1)показатели направления процессов: профильное распределение соединений или элементов, элювиально-аккумулятивные коэффициенты, показатели накопления тяжелых металлов, коэффициент токсичности гербицидов и т. д.;
2) показатели скорости процессов: скорости засоления; осолонцевания; потери гумуса; загрязнения |
|
почв токсичными веществами. Показатели загрязнения почв представляют собой перечень |
|
почвенных свойств, количественные уровни которых позволяют выявить отрицательные изменения |
|
почв под влиянием антропогенных факторов. |
7 |
Глобальные процессы в окружающей среде
Глобальное загрязнение Мирового океана
Основные причины загрязнения вод морей и океанов следующие:
•захоронение на морском дне загрязняющих веществ (радиоактивные отходы, ядохимикаты и т. п.);
•разнообразные утечки с судов морского транспорта, например нефти (ежегодные сбросы нефтепродуктов составляют 2,5 млн т);
•аварийные выбросы и сбросы из подводных трубопроводов;
•добыча полезных ископаемых на морском дне;
•выпадение загрязняющих веществ с осадками из атмосферы;
•сброс промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод в моря или реки, в них впадающие;
•поступление с суши стоков, содержащих вещества, применяемые в сельском и лесном хозяйствах.
Помимо перечисленного, в |
|
Химическое загрязнение |
|
Мировой океан поступает |
|
представляет собой изменение |
|
большое количество все |
|
естественных химических свойств |
|
новых загрязняющих |
|
воды за счет увеличения |
|
веществ антропогенного |
|
содержания в ней вредных |
|
происхождения. |
|
примесей как неорганической |
|
Загрязнения, поступающие |
|
(минеральные соли, кислоты, |
|
в водную среду, |
|
щелочи, глинистые частицы), так и |
|
классифицируют по- |
|
органической природы (нефть и |
|
разному в зависимости от |
|
нефтепродукты, органические |
|
подходов, критериев и |
|
остатки, поверхностно активные |
8 |
задач. |
|
вещества, пестициды). |
|
|
|
|
|
|
Глобальные процессы в |
|
|
|
окружающей среде |
|
Глобальное загрязнение Мирового океана |
||
|
|
|
|
Неорганическое |
|
|
Органическое загрязнение. |
загрязнение. |
|
|
Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ большое значение для |
Основными |
|
|
обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные |
неорганическими |
|
|
элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества |
(минеральными) |
|
|
оценивается в 380 млн т/год. Сточные воды, содержащие суспензии |
загрязнителями пресных и |
|
|
органического происхождения или растворенное органическое вещество, |
морских вод являются |
|
|
пагубно влияют на состояние водоемов. Вредное воздействие оказывают все |
разнообразные химические |
|
|
загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания |
соединения, токсичные для |
|
|
кислорода в воде. Поверхностно активные вещества (ПАВ), жиры, масла, |
обитателей водной среды. |
|
|
смазочные материалы образуют на поверхности воды пленку, которая |
Это соединения мышьяка, |
|
|
препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень |
свинца, кадмия, ртути, |
|
|
насыщенности воды кислородом. |
хрома, меди, фтора. |
|
|
|
|
|
|
|
Большинство из них |
|
|
|
попадает в воду в результате |
|
|
|
человеческой деятельности. |
|
|
|
Тяжелые металлы |
|
|
|
поглощаются |
|
|
|
фитопланктоном, а затем |
|
|
|
передаются по пищевой |
|
|
|
цепи более |
|
|
|
высокоорганизованным |
|
9 |
|
организмам. |
|
|
|
Глобальные процессы в
окружающей среде |
||
Глобальное загрязнение Мирового океана |
||
|
|
|
Нефть и нефтепродукты. Нефть и |
|
Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг). |
нефтепродукты являются наиболее |
|
Многие страны, имеющие выход к морю, производят |
распространенными загрязняющими |
|
морское захоронение различных материалов и веществ, в |
веществами в Мировом океане. |
|
частности грунта, вынутого при дноуглубительных |
К началу80-х годов XX века в океан ежегодно |
|
работах, бурового шлака, отходов промышленности, |
поступало около 16 млн т нефти, что составляло |
|
строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и |
10,23 % мировой добычи. Наибольшие потери |
|
химических веществ, радиоактивных отходов. Во время |
нефти связаны с ее транспортировкой из |
|
сброса и прохождения материала сквозь столб воды часть |
районов добычи. Аварийные ситуации, слив за |
|
загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя |
борт танкерами промывочных и балластных вод |
|
качество воды, другая — сорбируется частицами взвеси и |
— все это обусловливает присутствие |
|
переходит в донные отложения. Одновременно |
постоянных полей загрязнения на трассах |
|
повышается мутность воды. Наличие органических |
морских путей. |
|
веществ часто приводит к быстрому расходованию |
Нефтяная пленка изменяет состав спектра и |
|
кислорода в воде и нередко к его полному исчезновению, |
интенсивность проникновения в воду света. |
|
растворению взвесей, накоплению металлов в |
Пропускание света тонкими пленками сырой |
|
растворенной форме, появлению сероводорода. |
нефти составляет от 1–10 % (280 нм) до 60–70 % |
|
|
|
|
|
(400 нм). Пленка толщиной 13–40 мкм |
|
|
полностью поглощает инфракрасное излучение. |
|
|
Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию |
|
|
двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную |
|
|
«вода в нефти». |
10 |
|