Экология. Курс лекций

2. Загрязнение гидросферы

Загрязнение гидросферы – это снижение её биосферных функций и экономического значения в результате поступления в неё вредных веществ. В начале 20-го века науке было известно всего 17 загрязнителей природных вод, сейчас их насчитывается более 2,5 тысяч. Основные источники загрязнения гидросферы связанны с антропогенной деятельностью. На сегодня главными антропогенными загрязнителями гидросферы являются следующие.

1)Нефть и нефтепродукты в процессе добычи, транспортировки, переработки и использования в качестве топлива и промышленного сырья, попадая в воду, покрывают поверхность тонкой пленкой толщиной 10-4 см, препятствующей нормальному газо- и влаго-обмену между водой и воздухом. Это вызывает гибель планктона, водных и околоводных организмов. В природе существуют нефтеокисляющие микроорганизмы, с помощью которых водные экосистемы могут самоочищаться, если количество нефтяных загрязнителей невелико. Если загрязнителей слишком много, экосистемы не могут с ним справиться и начинаются необратимые последствия.

2)Поверхностно-активные вещества (ПАВ), в том числе,

синтетические моющие средства (СМС), широко применяемые в быту и промышленности. Благодаря способности адсорбироваться на поверхности водоемов они нарушают газо- и водообмен, замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы у гидробионтов.

3)Соли тяжелых металлов (ТМ) – свинца, меди, цинка, никеля, кадмия, кобальта, сурьмы, олова, висмута, ртути и др., попадающие из атмосферы, сточными водами промышленных предприятий и со сбросами водного транспорта, является опасными загрязнителями. Действие ТМ во многом обусловлено их быстрой аккумуляцией, т.е. накоплением в тканях в результате усвоения в ходе питания и медленным выведением. Поскольку объем поедаемой пищи за длительное время значительно превышает массу потребителя, а загрязнители медленно выводятся из организма, на каждом следующем уровне экологической пирамиды биомасс создается многократно более высокая концентрация загрязнителя.

4)Разнообразные органические вещества и микроорганизмы,

попадающие в гидросферу со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, угольной, лесной, целюлозно-бумажной, текстильной и других видов промышленности. Это, например, диоксины, бенз- (а)-пирен, фенолы, альдегиды, спирты и т.д. коммунальные сточные воды, канализационные воды животноводческих хозяйств, отходы предприятий пищевой промышленности, дождевые и талые воды также содержат растворенные органические вещества, пестициды, взвешенные частицы и различные микроорганизмы.

5)Минеральные удобрения, т.е. нитраты, фосфаты, сульфаты, хлориды, которые, попадая в гидросферу, вызывают эвтрофикацию водоемов. Эвтрофикация – это повышение уровня первичной продуктивности водоемов

41

из-за повышения в них концентрации биогенных веществ, в основном, азота и фосфора, поступающих обычно из-за смыва удобрений с полей. Эвтрофикация приводит к «цветению» вод, вызываемому массовым развитием синезеленых и других водорослей; зарастанию прибрежной зоны, к уменьшению прозрачности и содержанию кислорода. Высокая степень эвтрофикации приводит к заморам рыб и других гидробионтов.

6) Радиоактивные вещества и продукты радиоактивного распада

представляют для гидросферы особую опасность. Радиоактивные вещества аккумулируются планктоном и рыбой, затем по цепям питания предаются другим животным и человеку. Например, концентрация радиоактивного фосфора у пресноводных рыб в 20-30 раз, а у водоплавающих птиц в 50 раз выше, чем в водоеме.

3. Загрязнение почвы

Загрязнение почвы – это снижение продуктивности, плодородия и биосферных функций её из-за попадания загрязнителей. Загрязнение почвы происходит и природным путем, однако, наиболее распространено и опасно антропогенное загрязнение. В роли основных загрязнителей выступают следующие:

1)Твердые отходы – отвалы вскрышных пород при горных разработках, особенно при добыче полезных ископаемых открытым способом; свалки промышленного и бытового мусора; зола из дыма промышленных предприятий

итранспорта и др.

2)Пестициды, удобрения, промышленные токсиканты (в том числе ТМ, нефть и нефтепродукты) и болезнетворные бактерии, попадающие в почву со стоками с полей, из навозохранилищ, при нефтедобыче и её транспортировке, со сточными водами промышленных предприятий и отходами транспорта, при выпадении «кислотных» и «радиоактивных» дождей

ит.д. при попадании химических загрязнителей в почве нарушаются сложившиеся соотношения между химическими компонентами, в результате чего экосистемы почвы выходят из равновесия.

3)Антропогенная эрозия, засоление, заболачивание, а также прямое уничтожение и занятие почв под подземные захоронения токсичных и радиоактивных отходов, сооружения, прокладку коммуникаций, постройку дорог, создание водохранилищ и т.д. Уменьшение площади почв идет в настоящее время в тысячи раз быстрее, чем их образование.

4. Миграция загрязнений в биосфере

Миграция загрязнений в биосфере – это перемещение загрязнений в результате массопереноса, диффузии или турбулентных потоков.

По происхождению различают физическую миграцию, обусловленную физическими процессами (например, радиационная, волновая, температурноэнергетическая); химическую миграцию (перемещение химических веществ в

42

биосфере); биогенную миграцию (перемещение загрязнителей при непосредственном участии живых организмов, например, по трофическим цепям).

По масштабам распространения можно выделить дальний перенос загрязнений (распространение на значительные расстояния); трансграничный (распространение с территории одной страны на территорию других государств); глобальный перенос загрязнений (перемещение загрязняющих агентов в результате диффузии, массопереноса или турбулентных потоков в масштабах всей биосферы).

По объектам распространения загрязнения выделяют миграции загрязнений в атмосфере, гидросфере и в почве.

Если рассматривать процесс загрязнения более детально, то, например, для гидросферы миграция загрязнений может происходить следующим образом: 1) поверхностным или ливневым стоком с загрязнённых территорий; 2) со сточными водами предприятий; 3) через канализационные трубы; 4) природным путем – из рек в моря, из морей в океаны; 5) посредством круговорота воды в биосфере – вода с загрязненных почв и источников испаряется и переносится на другие территории вместе с загрязняющими агентами.

Морские и океанские течения быстро выносят загрязнения на большие расстояния от мест их выброса, поэтому охрана чистоты Мирового океана требует совместных усилий всего мирового сообщества.

5. Экологические кризисы и их характеристика

Экологический кризис – это напряженная, но потенциально обратимая ситуация, возникающая в природных экосистемах в результате нарушения экологического равновесия под воздействием неблагоприятных природных или антропогенных факторов.

В результате экологических кризисов происходит смена экосистем – вымирают или угнетаются одни виды, возникают или бурно размножаются другие. В истории развития биосферы на Земле можно выделить несколько глобальных экологических кризисов. Первый экологический кризис – доантропогенный (до появления человека) – кризис аридизации (от лат. – «сухой»), произошел около 300 млн. лет назад и был связан с изменением среды обитания живых организмов – переходом из воды на сушу. Он разрешился возникновением новых организмов, освоивших новую наземновоздушную среду обитания и вызвал появление непосредственных предков человека.

Все последующие экологические кризисы связаны с антропогенными факторами. Они возникают из-за несоответствия между уровнем развития хозяйственной и производственной деятельности человека и ресурснобиологическими возможностями биосферы. В результате экологических кризисов до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией. Наблюдается устойчивое нарушение равновесия между обществом и

43

природой, проявляющееся в деградации окружающей природной среды с одной стороны, и неспособностью общества в течение какого-то периода времени восстановить это равновесие с другой. Экологические кризисы разрешаются в результате экологических революций, являющихся ответной реакцией человечества. Критерием преодоления экологического кризиса является восстановление экологического равновесия между природой и обществом, что выражается в росте численности населения и увеличении продолжительности жизни человека.

Второй экологический кризис – это кризис, связанный с истощением ресурсов присваивающего хозяйствования (собирательство, охота), доступного примитивному человеку. Этот кризис, происходивший 30 – 35 тыс. лет назад, привел к первой экологической революции, которая получила название биотехнической. Она явилась ответной реакцией человечества на нехватку естественных продуктов природы при выходе из фазы чисто биологического состояния и выразилась в применении стихийного биотехнического приёма – выжигания растительности для её лучшего и более раннего роста.

Третий экологический кризис – неолитический – произошедший около 8 тыс. лет назад, был связан с массовым уничтожением (перепромыслом) крупных животных человеком с помощью усовершенствованных каменных орудий. Он называется также «кризисом консументов» и вызвал ответную реакцию человечества в виде второй экологической революции, приведшей к появлению производящего хозяйства (земледелию, скотоводству).

Четвертый экологический кризис произошел около 2 тыс. лет назад и был связан с засолением почв и деградацией примитивного поливного земледелия, которое оказалось недостаточным для растущего народонаселения Земли. Он привел к третьей экологической революции – широкому освоению неполивных земель.

Пятый экологический кризис – это «кризис продуцентов», начавшийся примерно 200 лет назад, был вызван вырубкой лесов и общим истощением ресурсов растительного мира в связи с бурным развитием производительных сил общества. Он привел к широкому применению минеральных ресурсов (в первую очередь каменного угля) и к промышленной революции 1760 – 1830 г.г., переросшей затем в научно-техническую революцию.

Современный экологический кризис характеризуется глобальным загрязнением биосферы. Редуценты не успевают очищать биосферу, потому этот кризис также называют «кризисом редуцентов».

44

Лекция 6. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1. Мониторинг окружающей среды. 2. Основные методы снижения загрязнения. 3. Экологическая экспертиза и регулирование природопользования. 4. Концепция устойчивого развития и перспективы её реализации.

1. Мониторинг окружающей среды

Мониторинг (от лат. – «надзирающий») – это комплексная информационная система регулярных и целенаправленных наблюдений за интересующими человека параметрами окружающей среды. Мониторинг состоит из трех ступеней: наблюдения, оценки состояния и прогноза возможных изменений. Понятие «мониторинг» было предложено еще в 20-х годах прошлого века.

Система контроля за состоянием окружающей среды на территории всей нашей планеты развивается чрезвычайно интенсивно. Например, в США функционируют 5290 станций местного контроля и 490 общенациональных станций мониторинга. В Японии – 1532 наземные станции, во Франции на 120 станциях работают 2000 приборов.

В нашей стране наблюдение за состоянием окружающей природной среды обеспечивается органами гидрометеорологической, геологической и санитарно-эпидемиологической служб, соответствующими организациями в области управления водными, лесным и рыбным хозяйствами, недрами, а также службы наблюдений отраслевых министерств. Например, наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха в РФ проводятся в 334 городах; наблюдения за загрязнением морской воды по гидрохимическим показателям проводят 623 морские станции; система контроля загрязнения снежного покрова осуществляется на 645 метеостанциях.

Экологический мониторинг – это мониторинг окружающей природной среды, комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или её отдельных компонентов под влиянием антропогенных воздействий, основанная на аналитическом контроле загрязнений на всем обследуемом пространстве. Основные задачи экологического мониторинга – обнаружение в экосистемах изменений антропогенного характера, оценка и прогноз этих изменений. Поскольку окружающая среда содержит абиотические и биотические компоненты, которые по-разному реагируют на антропогенное воздействие, экологическии мониторинг является комплексным и включает в себя геофизический и биологический мониторинг. Основные цели экологического мониторинга состоят в том, чтобы на основании полученной информации:

1) оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистемы и среды обитания человека;

45

2)выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры, если это необходимо;

3)создать предпосылки для исправления негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на разных уровнях, например, на уровне промышленного объекта, на уровне города, района, области, региона. Характер и механизм обобщения информации об экологической обстановке при её движении по иерархическим уровням системы экологического мониторинга определяется с помощью понятия информационного портрета экологической обстановки. Информационный портрет экологической обстановки – это совокупность графически представленных данных, характеризующих экологическую обстановку на определенной территории, нанесенных на соответствующую картооснову территории.

Организация экологического мониторинга требует значительных затрат. Только после того, как нормы природо- и ресурсопользования будут приведены

всоответствие с требуемыми затратами на восстановление и поддержание экологического равновесия в природных экосистемах, в том числе и на полномасштабный экологический мониторинг, его реализация в полном объеме станет реальной.

2. Основные методы снижения загрязнений

Для защиты атмосферы на практике используют аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов. К ним относятся

пылеуловители (сухие, мокрые, фильтры электрические); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные, термические нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (очищаемые газы последовательно проходят несколько аппаратов).

При выборе методов и технологического оборудования для очистки сточных вод необходимо учитывать, что требуемые эффективность и надежность очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне концентрации примесей и расходов сточных вод. В соответствии с видами процессов, происходящих при очистке, принято все существующие методы делить на три группы: механические, физико-химические и биологические.

При механической очистке сточных вод от взвешенных веществ используют процеживание (в решетках и волокноуловителях), отстаивание (в песколовках, отстойниках и жироуловителях), обработку в поле действия центробежных сил (в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах) и фильтрование (зернистыми фильтрами и фильтрами-сепараторами). В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается роль физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются: фильтрация, экстракция, нейтрализация,

46

сорбция, ионообменная очистка, электрохимическая очистка. Биологическая очистка сточных вод применяется для выделения из них тонкодисперсных и растворенных органических веществ и основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества. Биологическую очистку осуществляют в естественных условиях (на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах) и искусственных сооружениях (аэротэнки и биофильтры).

Для защиты почв, лесных угодий, поверхностных и грунтовых вод от твердых и жидких отходов в настоящее время широко используют сбор и складирование промышленных и бытовых отходов на свалках и полигонах. Переработка отходов на полигонах предусматривает использование физикохимических методов, термическое обезжиривание с утилизацией теплоты, демеркуризацию ламп с утилизацией ртути и других ценных металлов, прокаливание песка и формовочной земли, подрыв баллонов в специальной камере, затаривание отходов в герметичные контейнеры и их захоронение. Полигоны должны иметь санитарно-защитные зоны. Наиболее эффективным методом решения проблемы защиты литосферы от промышленных отходов является применение безотходных и малоотходных технологий и производств.

3. Экологическая экспертиза и регулирование природопользования

Важное значение для предупреждения загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы имеет экологическая экспертиза.

Экологическая экспертиза – установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации объекта экологической экспертизы.

Цель экологической экспертизы – провести оценку влияния использования природного ресурса (сброса или выброса продуктов отхода) на состояние окружающей природной среды или других природных ресурсов.

Экологическая экспертиза является предупредительной мерой, позволяющей предотвратить вредоносную деятельность со стороны пользователя природных ресурсов. Суть ее предупредительного назначения выражается в том, что она проводится в виде предварительной проверки

соответствия хозяйственных решений, деятельности и ее результатов требованиям охраны окружающей природной среды, рационального пользования природными ресурсами, а также требованиям экологической безопасности общества.

Однако не всякая профилактическая работа по вышеуказанному соответствию требований может считаться экологической экспертизой. Предварительная проверка может принять форму экологической экспертизы,

47

если она выполнялась специальной комиссией, назначаемой уполномоченным на то органом.

Государственная экологическая экспертиза назначается уполномоченным органом государства назначается в области экологической безопасности (Ростехнадзор). Ее выводы имеют силу надведомстеенного документа, обязательного к исполнению.

Ведомственная экологическая экспертиза может проводиться по приказу соответствующего ведомства. Ее результаты сохраняют силу внутри соответствующей ведомственной структуры, если они не противоречат выводам государственной экологической экспертизы.

Общественная экологическая экспертиза организуется по инициативе общественных объединений и проводится негосударственными структурами. Ее заключение может иметь форму рекомендации.

Научная экологическая экспертиза проводится по инициативе научных учреждений или высших учебных заведений. Она может быть проведена по инициативе отдельных ученых или научных коллективов. Ее заключение носит

информационный характер.

Экологическая экспертиза включает сбор и обобщение информации, рассмотрение материалов на комиссии, оценку материалов экспертизы и составление заключения.

Основные принципы экологической экспертизы сформулированы в законе РФ «Об охране окружающей среды» № 7-ФЗ от 10.01.02 г. Несмотря на то, что они относятся к государственной экспертизе, их необходимо использовать в любой эколого-экспертной деятельности. Государственная экологическая экспертиза должна строиться на принципах обязательности, научной обоснованности, независимости и в неведомственности при широкой гласности и участии общественности.

Одним из направлении охраны природы является регулирование природопользования. Регуляторами природопользования служат лимиты. Лимитирование – это система эколого-экономических ограничений по территориям, срокам и объектам предельных показателей использования (изъятия) природных ресурсов, выбросов и сбросов в окружающую природную среду загрязняющих веществ и размещения отходов.

Природопользование осуществляется путем изъятия природного вещества из природы и внесения в нее загрязняющих веществ. В соответствии с этим лимитирование производится путем установления предельных норм изъятия ресурсов, а также норм выбросов и сбросов в среду и размещения

отходов.

Лимиты устанавливаются на размеры отвода земельных участков для строительства автомобильных дорог, аэропортов, трубопроводов, мелиоративных каналов. Применяются лимиты потребления воды для орошаемого земледелия, для промышленных и сельскохозяйственных объектов. Лимитами для использования лесных ресурсов являются показатели расчетной лесосеки по территориям, т.е. предельная ежегодная норма вырубки. Существуют квоты для вылова рыбы и охоты.

48

Лимитами для выбросов и сбросов загрязняющих веществ служат

нормативы качества природной среды. Эти нормативы носят названия:

ПДВ – предельно допустимые выбросы в атмосферу; ПДС – предельно допустимые сбросы в водные источники; ПДК – предельно допустимые концентрации; ПДУ – предельно допустимые уровни шума, вибрации, электромагнитных полей; ПДН – предельно допустимые нагрузки на природную среду (например, количество посетителей на экскурсию в заповеднике; нагрузка скота на единицу пастбищных угодий).

Виды, лимиты хозяйственной деятельности, экологические требования при использовании природных ресурсов фиксируются в лицензиях (разрешениях) на природопользование, выдаваемых органами управления.

4. Концепция устойчивого развития и перспективы её реализации

Попытка выработки новой модели развития человеческой цивилизации была предпринята на состоявшейся в 1992 г. в Рио-де-Жанейро конференции по окружающей среде и развитию на уровне глав государств и правительств.

Конференция констатировала невозможность движения развивающихся

стран по пути, которым пришли к своему благополучию развитые страны, поскольку характер производства и потребления в промышленно развитой части мира подрывает системы, поддерживающие жизнь на Земле.

Господствующая экономическая система рассматривает неограниченный рост как прогресс, не учитывая экологические ценности и ущерб. Эта модель цивилизации признана ведущей к катастрофе и в связи с этим провозглашена необходимость перехода мирового сообщества на новую концепцию.

Конференция приняла Декларацию об окружающей среде и развитию,

стержнем которой является концепция устойчивого развития: обеспечение

баланса между решением социально-экономических проблем и сохранением окружающей среды, удовлетворение основных жизненных потребностей нынешнего поколения с сохранением таких возможностей для будущих поколений. Но совершить переход к новому типу взаимоотношений в мире, к новому характеру производства и потребления человечество сможет только в том случае, если все слои общества во всех странах осознают безусловную необходимость такого перехода и будут ему всемерно содействовать. Но именно эта задача выработки нового общепланетарного сознания является самой сложной. Прежде всего она требует общего экологического образования населения планеты.

Еще одна проблема – это все возрастающий разрыв в уровне жизни человеческого общества, который становится экологической проблемой. Социальная и техническая отсталость развивающихся стран будет все больше угрожать не только им самим, но и развитым странам. Нарушение глобальных законов функционирования биосферы в какой-либо её части неминуемо приведет к нарушению её устойчивости в целом. В настоящее время важнейшие для нормального функционирования биосферы Земли

49

компоненты – практически 100% тропических лесов, 70% всех биологических видов живых организмов – находятся на территории и в прибрежных водах развивающихся стран. На них же приходится и большая часть беднейшего населения планеты, которое для своего существования нещадно истребляет природные ресурсы. Поэтому, уменьшение разрыва в уровне жизни народов мира является в равной мере острейшей необходимостью как для бедных, так и для богатых, если человечество хочет сохранить себя на Земле.

Что же на сегодня дает экологическая наука, на каких принципах можно принимать долгосрочные решения, чтобы обеспечить устойчивое развитие?

Один из главных выводов: системы, противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попытки сохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случае обречены на неудачу.

Для долгосрочных решений, определяющих устойчивое развитие, предлагаются следующие принципы: 1) Стабилизация численности населения; 2) Переход к более энерго- и ресурсосберегающему образу жизни; 3) Развитие экологически чистых источников энергии; 4) Создание малоотходных промышленных технологий. Создание цикличного производства, когда отходы одного являются сырьем для другого производства; 5) Создание сбалансированного сельскохозяйственного производства, не истощающего и не загрязняющего почвенные и водные ресурсы и не загрязняющего землю и продукты питания; 6) Сохранение биологического разнообразия на планете.

50