Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техносфера и окружающая среда. Учебное пособие.pdf
18. Количество металлов, накопленных в почве планеты
Тяжёлый металл Количество в почве планеты, млн т
Медь 300
Цинк 200
Хром 70
Свинец 20
Никель 3,5
Кадмий 0,6
Ртуть 0,5
Загрязнение почв пестицидами. Пестициды применяются главным
образом на сельскохозяйственных угодьях и в лесах. Возрастающее производство и применение пестицидов во всех регионах планеты неизбежно
сопровождается их рассеиванием и накоплением. В почву пестициды попадают с протравленными семенами при посеве, при обработке растений
пестицидами, переносимыми ветром и стоками и т.д. Пестициды накапливаются в по
чве, воде, донных отложениях водоёмов, включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем
в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.
Основными загрязнителями окружающей среды являются хлорорганические пестициды: ДДТ, дилдрин, алдрин, гексахлорциклогексан,
токсафен, из которых на первом мес
те стоит ДДТ и его метаболиты.
Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем:
уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и
птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека.
Пестициды, содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин, дибензфуран и
др.), отличаются не только выс
окой токсичностью, но и чрезвычайной
биологической активностью и способностью накапливаться в различных
звеньях пищевой цепи. В ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая таким образом его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти примеси оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека.
Загрязнение почв минераль
ными удобрениями. Продуктивность
современного сельского хозяйства в значительной степени зависит от использования минеральных и органических удобрений.
81
Мировое производство минеральных удобрений составляет более
120 млн т в год .
Подсчитано, что только за счёт поверхностного смыва с каждого гектара пашни ежегодно уносится до 10 кг фосфорных удобрений. Наряду
с удобрениями источником фосфорного загрязнения почв и вод являются
фосфорсодержащие пестициды. Кроме фосфорных в современном земледелии используется широкий ассортимент калийных удобрений, п
оставки
которых достигают 12 млн т в год.
В практике земледелия бесполезно теряется до 30…50% всех вносимых минеральных удобрений. Из 23 млн т азотных удобрений, вносимых
в пахотные земли в нашей стране, только 12 млн т выносится с урожаем;
остальное утрачивается, уходя в атмосферу за счёт процессов денитрификации (7…8 млн т), или смывается и поступает в поверх
ностные и подземные природные воды (до 2 млн т). Выделение оксидов азота в атмосферу влечёт за собой не только экономические потери, но и грозит
нарушением озонового экрана планеты. В полевых условиях растениями
усваивается лишь около 40%, в отдельных случаях – 60…70% действующего вещества азотных удобрений; 18…33% азота иммобилизуется
в почве, а 10…30
% его улетучивается в виде различных газообразных
соединений.
Основной причиной загрязнения почвы минеральными удобрениями
являются грубые нарушения научно обоснованной технологии их транспортировки, хранения и внесения в почву. Чаще всего биогенные элементы, содержащиеся в удобрениях, поступают в окружающую среду:
− при транспортировке от завода до поля;
− за счёт см
ыва удобрений с поверхности полей в реки, озёра, моря
и вымывания по профилю почвы до грунтовых вод;
− в процессе водной и ветровой эрозии почвы;
− за счёт аккумуляции избыточного количества удобрений в поч-
венном профиле при передозировке или неравномерном внесении и бесконтрольном использовании в качестве минеральных удобрений отходов
различных от
раслей промышленности.
Необходимость применения минеральных удобрений одновременно
с повышением урожайности вызывает загрязнение почв и поверхностных
вод биогенными элементами и балластными веществами. Например, при
внесении в почву калийного удобрения хлорида калия KС1 вместе с необходимым для растений калием вносится не только бесполезный, но и
вредный хлор; при мелиорации солонцовых почв фос
фогипсом в почву
попадает некоторое количество стронция.
82
Загрязнение почв органическими удобрениями. Наряду с минеральными удобрениями в сельском хозяйстве широко используются органические удобрения, способствующие не только формированию высоких
урожаев возделываемых культур, но и сохранению и повышению почвенного плодородия. Основное место в структуре органических удобрений
принадлежит отходам животноводства. Для содержания животных нередко строятся крупные комплексы по откор
му свиней, крупного рогатого
скота, птицы. Скопление большого числа животных и птицы на сравнительно малых площадях в свою очередь приводит к производству больших масс навоза и птичьего помёта, смешанных с подстилочными материалами или разбавленных водой, использующейся для смыва и удаления
экскрементов.
Количество экскрементов, их химический состав, уровень разба
вления зависят от вида, породы, числа животных, режима их кормления, технического состояния оборудования и качества их обслуживания. В среднем из комплекса по выращиваню коров (3 тыс. голов) ежедневно удаляется 210…215 м
откорму крупного рогатого скота (10 тыс. голов) – 450…675 м
ный выход экскрементов и сточных вод из комплекса по откорму свиней
производительностью 150 тыс. голов достигает 2000…4000 м
3
смеси экскрементов и сточной воды, из комплекса по
3
, а суточ-
3
. С учётом
потерь сточных вод в трубах и накопителях эти величины можно считать
на 20…25% выше.
При неграмотном использовании в качестве удобрений отходов
животноводства и птицеводства (органических удобрений) происходит
загрязнение почвы и сельскохозяйственных растений патогенными микроорганизмами и семенами сорных трав, перенасыщение питательными
веществами пахотного слоя удобряемых угодий. С поверхностными стоками биогенн
ые элементы и патогены поступают в водоёмы, стимулируя
развитие сине-зелёных водорослей, снижая содержание кислорода в воде,
вызывая заморы рыбы.
Избыточное внесение экскрементов животных в почву ведёт к увеличению содержания в ней подвижного цинка и железа, иногда меди и
магния, к повышению содержания нитратов.
Применение большого количества навоза на пастбищах также пр
водит к появлению избыточного NO
3–
в почвах и кормовых культурах,
и-
вызывая нарушения обмена веществ у животных. Аналогичное действие
вызывает силос с повышенным содержанием нитратов.
Последствия загрязнения почв. К основным последствиям загряз-
нения почв можно отнести, такие как:
1) терриконизация почв – подразумевает создание огромных площа-
дей отвалов, свалок и полигонов твёрдых и жидких отходов. Отвалы,
83
свалки и полигоны для твёрдых отходов занимают на планете около
1 млн га земли;
2) подкисление почв. Подкисление почв происходит в результате вы-
падения кислотных дождей. Районам кислых почв не страшны засушливые
периоды, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво, они
быстро истощаются и дают низкие урожаи. Кислотные осадки также
способствуют увеличению по
движности и вымыванию почвенных катионов, вытеснению углекислого газа из карбонатов и органики почвы.
Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод;
3) засоление почв. Ирригация, повышая эффективность сельского
хозяйства, способствует при этом размыванию почв и их засолению.
Водные мелиорации (орошение и о
сушение) – один из основных путей
повышения урожайности сельскохозяйственных угодий, занимающих
на планете 10% площади суши. Шестая часть этих земель мелиорирована,
и с них получают от 40 до 50% всех производимых сельскохозяйственных
продуктов;
4) переминерализация почв. При неграмотном использовании удоб-
рений происходит загрязнение почвы и сельскохозяйственных растений
патогенными микроорганизмами и семенами сорных трав, перенасыщение питательными вещес
твами пахотного слоя удобряемых угодий.
Например, при внесении в почву калийного удобрения вместе с необходимым для растений калием вносится не только бесполезный, но и вредный хлор; при мелиорации солонцовых почв фосфогипсом в почву попадает некоторое количество стронция. Избыточное внесение органических
удобрений в почву ведёт к увеличению со
цинка и железа, иногда меди и магния, к повышению содержания нитратов, к появлению избыточного NO
3–
в почвах и кормовых культурах.
держания в ней подвижного
2.7. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
21
Загрязнение околоземного космического пространства космиче-
ским мусором. Различают наблюдаемый и ненаблюдаемый космический
мусор, количество которого неизвестно. Космический мусор появляется
в процессе работы орбитальных станций и космических аппаратов,
21
Данные по: Рыхлова Л. В. Проблемы космического мусора // Земля и все-
ленная. – 1997. – № 6; Сергеев С. Проблемы космонавтики // Авиация и космонавтика. – 1999. – № 5; Урсул А. Д. Экологические перспективы и космонавтика //
Земля и Вселенная. – 1986. – № 2; Гринберг Э. И. Загрязнение космоса и космические полеты // Природа. – 1998. – № 8.
84
и в результате их последующей преднамеренной ликвидации. Он включает в себя также отработавшие отделяемые элементы конструкций космических аппаратов.
Наиболее засорены часто используемые области околоземных орбит:
на высотах 850…1200 км и в зоне геостационарных орбит. Здесь же концентрируется и космический мусор. На высотах 850…1200 км летают метеорологические спутники и спутники дистанцио
нного зондирования
Земли, а также большая часть спутников с ядерными энергетическими
устройствами. Последние на этих высотах могут существовать сотни лет
до полного исчезновения радиационной опасности.
К настоящему времени в околоземном космическом пространстве
накопилось более 3,5 млн обломков космических аппаратов и ракетносителей (из них 49% – это результат аварий спутников и их разрушений
на орби
тах). На орбитах высотой от 200 до 5500 км к 2010 году будет на-
коплено уже более 12 тыс. т мусора.
Столкновение любого фрагмента размером более 1 см с действующим спутником опасно для последнего из-за большой кинетической энергии осколка и может стать причиной прекращения его функциональной
деятельности (это ещё не самое худшее последст
вие, если учесть, что
на спутнике может находиться ядерный реактор).
Химическое загрязнение околоземного космического пространства. После каждого запуска в результате работы двигателей в верхнюю
атмосферу выбрасывается огромное количество химически активных
веществ. Водорода и его соединений, например, может быть выброшено
столько же, сколько его содержится во всей верхней атмосфере. С ак
тивных спутников в атмосферу постоянно истекают различные газы.
Из-за большой скорости аппаратов молекулы газов имеют значительную
кинетическую энергию, что резко увеличивает их химическую активность.
Запуски вызывают также мощные возмущения плотности и темпера-
туры атмосферы, порождая акустические волны.
Наконец, в результате сгорания ракет ежегодно в земное окружение
попадают миллионы частиц и тысячи килогр
аммов алюминиевой пыли.
Частицы аэрозоля, выброшенные двигателями ракет-носителей,
могут существовать в стратосфере до года и более, что может сказаться
на тепловом балансе атмосферы. Кроме того, такие продукты сгорания, как соединения хлора, азота и водорода, являются катализаторами
реакций с участием молекул озона и их роль в ф
отохимическом цикле
озона велика, несмотря на их относительно малые концентрации в стратосфере.
85
Возможность космического града. Отличительная особенность любого града как явления в том, что оно сводится к одновременному действию громадного числа сравнительно мелких частиц при сравнительно
высокой их концентрации. И там, где одна частица могла бы не вызвать
никакого эффекта за счёт малой вероятности попадания в уязвимое место
(подобно не по
лностью разрушившемуся космическому аппарату, сходящему с орбиты вокруг Земли), громадное число частиц воздействие наверняка окажет. В этом и проявляется эффект большого числа частиц для
обычного града – ледяных частиц, образующихся в атмосфере при определённых условиях.
Из-за появления в околоземном космическом пространстве большого
количества космического мусора вероятность выпадения космического
ада увеличилась в десятки раз.
гр
В результате столкновения с большим пылевым облаком Земля мо-
жет лишиться своей атмосферы.
Воздействие ударной волны и потоков излучения на земную поверхность будет заведомо губительно для жизни на Земле и при существенно
меньшей энергии налетающего облака, когда об уносе значительной части
атмосферы можно ещё не г
оворить. Так, если размер облака сравним
с диаметром Земли, то уже при небольших скоростях полёта (например,
со второй космической скоростью 11,2 км/с) ударная волна станет опасной даже для самого разреженного града.
2.8. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ В ТЕХНОСФЕРЕ
Общая характеристика биологического загрязнения природных
ресурсов. Биологические загрязнения подразделяются на биотические и
микробиологические загрязнения.
Под биотическим загрязнением понимается распространение определённых нежелательных для человека биогенных элементов на территории, где они раньше не наблюдались.
Микробиологические загрязнения в свою очередь включают две
составляющие, действующие как вместе, так и по отдельности:
1) появление необычайно бол
ьшого количества микроорганизмов,
связанное с их массовым размножением на антропогенных субстратах
(например, свалках гниющих отходов) или в средах, изменённых в ходе
хозяйственной деятельности человека (например, в почве);
2) приобретение ранее безвредной формой микроорганизмов пато-
генных свойств или способности подавлять другие организмы в сообще-
стве (например, мутации вирусов).
86
Биологическому загрязнению подвержены атмосфера, вода, водноболотные угодья и почвы, причём почвы в большей степени в связи с тем,
что именно на них устраивают свалки и захоронения различных отходов и
гниющих отбросов. С почв патогенные организмы смываются в водоёмы,
где часто ещё больше размножаются. В атмосфере обитают, как правило,
мутировавшие вирусы.
Очень боль
шое количество болезнетворных микроорганизмов и вирусов содержатся в плохо обработанных или совсем не обработанных канализационных стоках населённых пунктов и животноводческих ферм.
Попадая в питьевую воду, патогенные микробы и вирусы вызывают различные эпидемии, такие как вспышки сальмонеллеза, гастроэнтерита,
гепатита и др.
Могут быть заражены пищевые продукты, например овощи, вы
ращиваемые на полях, которые удобряются шламами после очистки бытовых сточных вод. Водные беспозвоночные, например устрицы или другие
моллюски, из заражённых водоёмов часто служили причиной вспышек
брюшного тифа.
Последствия биологического загрязнения природных ресурсов.
Большинство микроорганизмов, обитающих в окружающей среде, не
приносят вреда животным организмам. Вместе с тем постоянно или временно в окру
жающей среде обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний. Некоторые из них
(главным образом постоянные обитатели почвы) образуют спору – плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ.
Группу спорообразных бактерий принято называть клостридиями.
В по
следние годы накопилось достаточно данных о том, что клостридии
обладают способностью не только многие десятилетия сохраняться в почве в виде спор, но и размножаться в ней. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм.
Заражение человека через загрязнённую по
чву может наступить при
самых различных обстоятельствах: непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т.п.
К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится
сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы – сибиреязвенная палочка,
которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву,
образует вокруг себя спору и в таком состо
янии может сохраняться года-
ми, особенно в каштановых и чернозёмных почвах. Животные, поедая
87
корм, загрязнённый этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек
заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или
павшими животными, через продукты и сырьё, полученные от больных
животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой.
Опасность для человека представляет и столбнячная палочка, которая обнаруживается в почве разн
ых географических районов. Заражение
человека происходит через повреждённую кожу или слизистую при контакте с заражённой почвой.
Спороносная палочка, возбудитель ботулизма – тяжёлого пищевого
отравления, обнаружена в среднем в 9% проб, взятых из почвы в районах
Кавказа, Азовского и Каспийского морей, в Приморском крае, на Дальнем
Востоке и в Санкт-Петербурге. Попадая на ово
щи, ягоды, фрукты, рыбу,
грибы и другие продукты, при благоприятных анаэробных условиях она
из споры превращается в вегетативную форму, продуцирующую токсин
(яд). По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды.
Вместе с загрязнённой почвой в повреждённые ткани человека могу
т
проникнуть споры гангренозной палочки. Газовая гангрена протекает
в виде быстро распространяющегося отёка тканей и их омертвления.
Вызывать её могут несколько видов клостридий. Чаще в почве встречаются клостридий Перфрингенс типа А. Эти микробы, встречающиеся в каждом образце почвы, попадая в рану, продуцируют токсин, который и вызывает омертвление.
Из числа вр
еменных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного
тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллёза, туляремии, чумы,
коклюша. Они попадают в почву только при определённых условиях
(с выделениями больных, с нечистотами и др.). Некоторые из них, особенно в загрязнённой почве, сохраняются продолжительное время: возбудители брюшного тифа, пар
атифов и холеры могут оставаться жизнеспособными до трёх месяцев; бруцеллеза – до пяти месяцев, туляремии –
до двух месяцев. Энтеровирусы – возбудители полиомиелита и некоторых
кишечных заболеваний вирусного происхождения – сохраняются в почве
до 170 дней. Актиномиценты, вызывающие поверхностные и глубокие
микозы, а также микобактерии – возбудители туберкулёза, проказы и
дифтерии – при попадании в по
чву также несут ощутимую угрозу: палочки туберкулёза остаются жизнеспособными до 15 месяцев, дифтерийные
палочки – до двух-трёх недель.
88
Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит
через загрязнённые овощи. Однако не меньшую опасность представляет
вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Атмосферные
осадки, проходя через загрязнённую почву, переносят микрофлору (в том
числе и возбудителей заразных болезней) из поверхностных слоёв
в нижележащие грунтовые воды, откуда возбудители болезней могут
попасть в водоёмы.
Почва служит мест
ом развития, а при определённых условиях и инфицирования мух. Обычно самка мухи откладывает яички в местах гнилостных отбросов и нечистот. Цикл развития до окрылённой мухи происходит в земле и сухих отбросах; в них же многие мухи сохраняются в зимний период – и взрослые, и в стадии личинок. Мухи – эт
о активные распространители кишечных и других инфекций. Многие возбудители инфекционных заболеваний сохраняются в жизнеспособном состоянии на
поверхности тела мухи до двух суток, а в кишечнике ещё дольше.
Огромна роль загрязнения окружающей среды в распространении
гельминтозов – болезней, вызываемых внедрением в организм человека
глистов-паразитов – гельминтов. Одна из стадий развития (до
зревание
яиц) гельминтов (аскарид, власоглав и др.) проходит в почве. Зрелые яйца
могут попасть в организм человека через загрязнённые руки, при употреблении загрязнённых овощей и ягод, воды. Яйца таких гельминтов, как
свиной и бычий цепни (солитёры), из почвы попадают в корм крупного
рогатого скота, свиней. В кишечнике этих животных они превра
щаются
в личинки, которые с током крови разносятся по всему телу и поселяются
главным образом в мышечных тканях. Человек может заразиться, употребляя без достаточной термической обработки мясо больных коров и
свиней.
2.9. ФИЗИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ В ТЕХНОСФЕРЕ
Общая характеристика физического загрязнения природных ре-
сурсов. Физическое загрязнение окружающей среды вызывается большой
группой разнородных физических явлений и воздействий, которые имеют
колебательную, волновую и радиационную природу и исходят от технических источников. Причём воздействию подвергаются одновременно
атмосфера, гидросфера и почва.
В общеэкологическом отношении физическое загрязнение играет
меньшую роль, чем химическое (кроме, разве чт
не менее становится довольно заметным фактором деградации природных
ресурсов.
К физическим загрязнениям относятся вибрация, акустические воздействия (шум, инфразвук) и электромагнитное воздействие.
о радиационного), но тем
89
Вибрационное загрязнение в техносфере. Под вибрацией понимаются малые механические колебания низкой частоты, возникающие
в телах под воздействием переменного физического (вибрационного)
поля. Основными источниками вибрации в окружающей среде являются:
− городской и железнодорожный рельсовый транспорт;
− движущиеся механизмы зданий (лифты, компрессоры, холодиль-
ные установки и т.д.);
− тяжёлые грузовые автомобили;
− строительные машины;
− тяжёлые во
енные машины (танки, БТР и т.д.);
− технологическое оборудование (станки, прессы, молоты и т.д.).
Люди и другие живые организмы страдают в основном от общих
вибраций, передающихся через опорные поверхности и распространяющихся от сильных внешних источников. Реже, в специфических случаях,
проявляется действие локальной вибр
ации, передающейся через руки
у людей, лапы у животных.
Акустическое загрязнение в техносфере. К основным акустическим
воздействиям относят шум и инфразвук. Область звукового восприятия человека с нормальным слухом лежит в диапазоне частот от 16 до 20
000 Гц.
Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуком,
выше 20
000 Гц – ультразвуком.
Шум представляет собой неупорядоченное сочетание звуков различ-
ной частоты и интенсивности. Для человека наиболее неприятен шум частотой 1000…4000 Гц.
Основными источниками шума в окружающей среде являются:
− автомобильный, авиационный и железнодорожный транспорт;
− газотурбинные установки;
− компрессорные станции;
− промышленные предприятия.
В условиях повышенного шума проживает более 30% населения
22
России
.
Инфразвук может распространяться на большие расстояния. Источ-
никами инфразвука являются:
− тихоходные крупногабаритные машины и механизмы;
− виброплощадки;
− ракетные двигатели;
22
Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Россий-
ской Федерации в 2002 году. – М. : МПР РФ, 2003.
90