Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая токсикология. Учебник для студентов высших учебных заведений
.pdf
ГЛАВА 1. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ
21
ного производства появляются новые химические соединения, в том
числе токсичные.
Основными загрязнителями атмосферы техногенного проис-
хождения являются следующие:
1. Оксид углерода, который попадает в атмосферу в результа те сжи-
гания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно в атмосферу поступает до 7 миллиардов
тонн оксида углерода, выделяющегося при
сгорании углеводородного
топлива для автомобилей, заводов и т. п.
2. Сернистый ангидрид, который выделяется в процессе сго рания
серосодержащего топлива или переработки сернистых руд. Ежегодно
в атмосферу выбрасывается до 70 миллионов тонн серни стого ангидрида. При окислении сернистого ангидрида в атмосфере образуется серный ангидрид, а затем аэрозоль или раствор серной кислоты
в дождевой
воде. Выпадение кислотных атмосферных осад ков способствует вымыванию кальция, гумуса и микроэлементов из почв, нарушению процессов фотосинтеза, приводящих к замедле нию роста и гибели растений,
исчезновению лесов. Кислотные ат мосферные осадки способствуют
интенсивному выветриванию горных пород и ухудшению качества несущих грунтов, а также хи мическому разрушению техногенных объек
тов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих
экономически разви тых странах в настоящее время реализуются программы по реше нию проблемы кислотных атмосферных осадков.
3. Сероводород и сероуглерод, которые поступают в атмос феру раз-
дельно или вместе с другими соединениями серы. Основ ными источниками выброса этих соединений являются коксохимичес
кие и нефтеперерабатывающие предприятия, предприятия по изготовлению искусственного волокна, а также нефтепромыслы.
4. Оксиды азота, которые присутствуют в выбросах предпри ятий, про-
изводящих азотные удобрения, азотную кислоту и нитра ты, анилиновые
красители, нитросоединения, вискозный шелк и целлулоид. Ежегодное
поступление оксидов азота в атмосферу со ставляет 20 миллионов тонн.
5. Соединения фтора, которые
превалируют в выбросах предприятий по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, ста ли,
фосфорных удобрений.
6. Соединения хлора, поступающие в атмосферу с выброса ми химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду.
7. Пыль и сажа.
8. Техногенные радионуклиды.
9. Тяжелые металлы.
10. Полициклические ароматические углеводороды.
-
22
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
Наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосфе ры
происходит в мегаполисах и крупных городах ввиду широкого распро-
странения в них автотранспортных средств, котельных и дру гих энер-
гетических установок, работающих на угле, мазуте, дизель ном топливе,
природном газе и бензине. «Вклад» автотранспорта в общее загрязнение
атмосферного воздуха достигает здесь 40–50 %.
Мощным и чрезвычайно опасным
фактором загрязнения ат мосферы
являются катастрофы на АЭС и испытания ядерного ору жия в атмосфе-
ре. Это связано как с быстрым разносом радионукли дов на большие рас-
стояния, так и с долговременным характером заг рязнения территории.
К антропогенным источникам загрязнения атмосферного возду ха
относятся химические и биохимические производства. Они несут в себе
опасность
аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных
веществ, а также микробов и вирусов, кото рые могут вызвать эпидемии
среди населения и животных.
Антропогенное воздействие на атмосферу может быть прямым
и косвенным. Косвенное воздействие — результат нарушения чело веком
экологического равновесия в других компонентах биосферы, отража-
ющегося в конечном итоге на состоянии атмосферы. К
нему могут быть
отнесены сведения лесов на больших площадях, мелио ративные работы, добыча полезных ископаемых открытым спосо бом. Это, в свою
очередь, негативно влияет
– на обменные процессы в энергетической системе «Земля — ат-
мосфера»;
– на поверхностное альбедо;
– на термические характеристики земной поверхности и со-
ответственно отдачу тепла в атмосферу
;
– на влагосодержание поверхности, изменение которого вызывает
перераспределение влагообмена между поверхностью пла неты
и атмосферой в пространстве и времени.
Одним из примеров косвенного влияния транспортных и индустриальных выбросов на атмосферу является подъем тропосферы над
землёй на сотни метров по сравнению с 1979 годом. Техноген ные выбросы
способствовали разрушению озонового слоя, вслед
ствие чего стратосфера,
расположенная над тропосферой, стала охлаждаться и сжиматься. В ре-
зультате сжатия стратосферы произо шел подъем границы тропосферы.
Источниками прямого воздействия на атмосферу являются теплоэнергетика, транспорт, промышленность, нефтепереработка и др. Наиболее негативное воздействие на атмосферный воздух ока зывают авто-
мобильный транспорт и автомобильные дороги.
В настоящее время
во всем мире на 1000 человек приходится 15 ав-
томобилей. Специалисты предполагают, что к 2020 году этот показатель
ГЛАВА 1. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ
23
увеличится до 50. Наиболее интенсивными темпами уве личивалось
количество автомобилей в России.
Воздействие автомобилей и автомобильных дорог на окружающую
среду чрезвычайно разнообразно. К основным видам такого воздействия
следует отнести:
– нарушение экосистем и территорий (изменение ландшаф тов, из-
менение гидрогеологического режима территорий, наруше ние
почв, изменение естественных ареалов распространения растительности и обитания
диких животных, уничтожение биоты);
– загрязнение окружающей среды во всех средах обитания (атмо-
сфере, гидросфере, литосфере).
Величина ежегодного экологического ущерба от функциони рования
автотранспортного комплекса Российской Федерации дос тигает
110 млрд рублей. Наибольшая доля этого ущерба (до 60 %) связана с пе-
ревозкой пассажиров легковыми автомобилями. На пе ревозки грузов
автотранспортом приходится 26,5 % экологического ущерба, на
авто-
бусные перевозки — 13,5 %.
При эксплуатации автомобилей и автомобильных дорог в воз дух по-
ступают продукты горения топлива (диоксид азота, оксид и диоксид угле-
рода, диоксид серы, углеводороды, бенз(а)пирен), зна чительные количества
минеральной пыли, нефтепродуктов и солей тяжелых металлов, которые
оседают на прилегающие земли. Площадь земель, отравленных автотранспортом, в
России превышает площадь такой страны, как Франция.
Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха вно сят
автомобильные шины (особенно шипованные). Износ асфальта и автомобильных шин во много раз больше, когда дорожное покрытие мокрое.
Пылевые частицы из воздуха оседают на различных поверхностях, придавая им неприглядный вид и вызывая коррозию. Имеются данные
о том,
что каждая шина выбрасывает в воздух более 1 кг пыли в год, из кото-
рых 60 % пылевых частиц глубоко проникают в легкие.
Установле но, что из общего количества загрязнений, поступающих
в воздух при эксплуатации автомобильного транспорта, на долю шин
прихо дится до 50 % бенз(а)пирена, до 100 % нитрозаминов и до 70 %
обще го количества
канцерогенов. С этим обстоятельством многие ученые связывают увеличение роста случаев заболеваний астмой и аллергическими заболеваниями.
Еще один источник опасности — пыль тормозных колодок, которая
содержит соединения меди, ванадия, цинка, молибдена, хрома.
По санитарным нормам среднесуточная предельно допустимая кон-
центрация нетоксичной пыли в атмосферном воздухе населенных мест
3
должна составлять 0,15 мг/м
. Однако с каждым годом количество проб
с превышением ПДК по пыли увеличивается.
24
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
Основная масса крупных пылевых частиц осаждается в верхних
дыхательных путях, а мелкие задерживаются в бронхах и бронхиолах,
вызывая хронический кашель. Имеется тесная зависимость между запыленностью, загрязненностью атмосферного воздуха и аллергией.
Установлено, что пыль и пыльца деревьев, растущих вблизи автодорог
или улиц с интенсивным движением автотранспорта, обладает большей
агрессивностью и вызывает
большее число аллергических заболеваний,
чем каждый из этих факторов в отдельности.
Исследование, проведенное Национальным институтом гигиены окру-
жающей среды США, показало, что воздействие мелких твердых частиц
в загрязненном воздухе увеличивает риск госпитализации в связи с респираторными и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Мелкие пылевые ча-
стицы вызывают раздражение верхних дыхательных путей
и легких (стес-
нение в груди и кашель), слизистой оболочки глаз (жжение в глазах, слезотечение). Пыль усугубляет течение респираторных заболеваний и астмы,
а также снижает способность организма сопротивляться инфекциям орга-
нов дыхания. Кроме того, люди, страдающие сердечными заболеваниями,
как правило, очень чувствительны к загрязнению воздуха.
Пыль является прекрасным адсорбентом, хранителем
и переносчиком микроорганизмов. В различные сезоны года в атмосфере городов
наблюдаются достаточно высокие концентрации микроорганизмов.
Причем весной и осенью их количество значительно увеличивается
и соответствует увеличению концентрации пыли. Летом количество
микроорганизмов, как и концентрация пыли, снижается, что связано
с влиянием зеленых насаждений в городе (рис. 2).
В сельской местности среднее
содержание микроорганизмов в воз-
духе значительно ниже (рис. 3).
Большое количество токсичных веществ содержится в выхлопных
газах автомобилей (табл. 1). Одним из основных загрязнителей атмосферы является озон, который частично образуется при работе автомобильного двигателя, но в основном — при формировании смога из выхлопных
газов под влиянием солнечных лучей. При вдыхании озона наблюдается
снижение жизненной емкости легких, удушье и кашель.
Основные токсичные вещества,
содержащиеся в выхлопных газах автомобиля
Вещество Интенсивность выбросов, г/км Годовое количество, кг
Углеводороды 1,75 35,0
Оксид углерода 13,06 261,0
Оксиды азота 0,87 17,3
Диоксид углерода 258,0 5190,0
Таблица 1
ГЛАВА 1. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ
1500
2000
2500
3000
3500
4000
лето ос ень зима вес на
КОЕ/м3
кокки бактерии и бациллы плес невые грибы
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
лето осень зима весна
КОЕ/м3
Город Село
25
Рис. 2. Содержание микроорганизмов в городской атмосфере
в различные сезоны года
Рис. 3. Динамика микробного загрязнения атмосферы в городе
и сельской местности в различные сезоны года
26
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
Интенсивное влияние на атмосферу оказывает воздушный транспорт. Во время воздушного рейса в атмосферу выбрасывается столько же
углекислого и других парниковых газов, сколько выдели лось бы, если б
каждый пассажир отправился к месту назначения на своём автомобиле.
Если умножить этот показатель на количество рейсов, ежедневно осуществляемых по всему миру, то
получится, что ежегодно авиация выбрасывает в атмосферу более 600 тонн уг лекислого газа, что составляет 3,5 % от всех сфер человеческой дея тельности, вызывающих глобаль-
ное потепление. Через 50 лет этот показатель может увеличиться до 15 %.
На уровень загрязнения атмосферного воздуха значительное влияние оказывает трансграничное загрязнение. Только на Европейской
территории России за год выпадает
около 2,5 млн тонн окисленных серы
и азота, в том числе около 1,4 млн тонн в результате трансграничного
переноса. Основной вклад в трансграничное загрязнение территории
России вносят Украина, Польша, Беларусь, Румыния и Германия.
Практически две трети населения России проживает на терри ториях,
где уровень загрязнения атмосферного воздуха не соответ ствует гиги-
еническим нормативам.
Удельный вес проб атмосферного воздуха с со-
держанием вредных веществ, значительно превышаю щим средний
показатель по Российской Федерации (6,28 %), отме чен в республиках
Алтай (29,01 %) и Бурятия (24,57 %), Красноярском крае (26,6 %), Ива-
новской (19,90 %), Кемеровской (18,02 %), Ульянов ской (16,5 %) и Ка-
лужской (15,12 %) областях.
Техногенное загрязнение атмосферы сопровождается прямым или
косвенным воздействием на здоровье человека, растительность, почву,
воду, строительные конструкции.
Реакция организма челове ка на загряз-
нение атмосферы может иметь острую или хроническую форму, а воз-
действие загрязняющих веществ может быть локальным или общим.
По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно около
2 миллионов случаев преждевременной смерти связаны с загрязнением воздуха в городах по всему миру. Обследование городского населения, проведенное учеными
в Университете Бирмингема, показало выраженную корре-
ляцию случаев смерти от пневмонии с загрязнением атмосферы города.
Исследования, проведенные во многих городах мира, показали, что
при длительном воздействии загрязненного воздуха у детей снижается
общее развитие и нарушается функция легких. Женщины, проживаю-
щие в районах с выраженным загрязнением атмосферного воздуха, ро-
жают детей
с низким весом и с дефектами развития.
Медицинский журнал «Ланцет» в 2012 году опубликовал данные
о 1,2 миллионах случаев преждевременных родов в Китае в результате
загрязнения городской атмосферы выхлопными газами автомобилей.
В Индии в том же году на свет появилось 620 000 недоношенных детей.
ГЛАВА 1. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ
27
В Шотландии до 3000 человек ежегодно умирают от загрязнения воздуха выхлопными газами автомобилей, в то время как в автокатастро-
фах в год погибает 190 человек.
Данные, приведенные в журнале «Ланцет», свидетельствуют о выраженном влиянии загрязненной атмосферы на нейроны, участвующие
в обучении и формировании памяти, о стимулировании процессов преждевременного старения. Кроме
того, активное использование автомо-
биля является одной из основных причин эпидемии ожирения.
В зонах с наибольшими уровнями загрязнения атмосферного воздуха общая смертность населения возрастает на 200–600 допол нительных
случаев на 1 млн жителей. Результаты специальных ис следований, вы-
полненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством
атмосферного воздуха на блюдается тесная положительная связь. Загрязненная приземная ат мосфера вызывает рак легких,
горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические,
респираторные забо левания и многие другие болезни человека.
Ученым давно известно о связи между качеством воздуха и заболеваемостью детей. Маленькие дети за сутки поглощают коли чество воздуха, которое
в три раза превышает их вес. Они дышат часто и поверхностно, находясь при этом в гораздо худших услови ях, чем взрослые.
Концентрация вредных веществ на уровне дыха ния пятилетнего ребенка в 30–50 раз выше, чем на уровне дыхания взрослого человека. Загрязнение атмосферы значительно повышает вероятность рождения
детей с пороками
развития.
Загрязненная атмосфера негативно влияет на здоровье астма тиков и по-
жилых людей, способствует возникновению инфарктов миокарда, сердечно-
сосудистой недостаточности. При поступлении в атмосферу продуктов
сжигания различных отходов в крови накапливаются вещества, способству-
ющие образованию микротромбов, затрудняющих работу сердца.
Более десятка исследований, проведенных в США, Бразилии, Мек-
сике, Южной Корее, Европе,
демонстрируют связь между повы шенным
содержанием вредных веществ в атмосфере с преждевре менными ро-
дами, малым весом новорожденного, мертворождением и младенческой
смертностью. У женщин, дышащих воздухом с по вышенным уровнем
озона и окиси углерода, в 3 раза чаще рождают ся дети с такими поро-
ками развития, как заячья губа, волчья пасть, дефекты сердечного кла
пана. Выводы были сделаны на основании наблюдений американскими
врачами за тысячами беременных жен щин в районе Лос-Анджелеса
с 1987 по 1993 год и сравнений дан ных по районам с загрязненным
и более чистым воздухом. Как показало исследование, наиболее «критичным» является второй ме сяц беременности, когда развивается большинство органов плода и формируются
черты лица.
-
28
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
Исследования, проведенные канадскими учеными, свидетель ствуют
о том, что техногенное загрязнение атмосферы вызывает мутации на ген-
ном уровне. Например, у мышей, обитавших в непос редственной бли-
зости от сталеплавильного завода, частота генных мутаций оказалась
в два раза выше, чем у их собратьев, живущих в сельской местности.
Частота мутаций ДНК у чаек, живущих
в не посредственной близости
от металлургических заводов в регионе Великих Озер, была выше обыч-
ной. Канадским ученым впервые в науке удалось продемонстрировать
эффект передачи по наследству мутаций, возникших под воздействием
загрязненной атмосферы.
Неблагоприятное воздействие загрязненной атмосферы на растительность проявляется в ограничении процессов фотосинтеза, снижении содержания хлорофилла и изменении минерального
состава
зеленой массы. Более 1 300 000 гектаров лесов России нахо дятся под
значительным воздействием загрязняющих веществ в результате даль-
него атмосферного переноса, причем на 98 % этой площади отмечается
повреждение древостоев.
Атмосферные осадки с техногенными загрязнениями нейтра лизуют
щелочные компоненты в почве, что ведет к резкому ухудше нию плодородия. Токсичные вещества даже в малых концентрациях
ведут к интоксикации почвы, изменению ее состава, повреждению корневой системы растительного покрова. Загрязненная атмосфера существенно
усиливает эффекты кор розии металлических конструкций, сокращает
срок службы органи ческих материалов.
1.3. Техногенное загрязнение гидросферы
1.3.1. Особенности водопотребления в техногенных системах
Существование биосферы и человека всегда было основано на ис-
пользовании воды. Вода как один из основных компонентов природной
среды играет главенствующую роль в обеспечении жиз ни на Земле. Она,
как важнейший элемент природных ресурсов, име ет значительную социальную и экономическую ценность.
Человечество постоянно оказывало на гидросферу огромное и мно-
гообразное влияние
. Но на нынешнем этапе развития технос феры, ког-
да воздействие человека на биосферу приобрело глобаль ные масштабы,
природные системы в значительной степени утратили свои защитные
свойства. В этих условиях проблемы ре сурсов и качества вод, их определяющая роль для экономики и фун кционирования экосистем приоб-
ретают особую значимость.
ГЛАВА 1. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ
29
Несмотря на то что запасы пресной воды потенциально велики, они
постепенно истощаются из-за нерационального водопользования и загрязнения. Объем потребляемой воды зависит от географического расположения региона и его экономического развития.
Например, в Канаде промышленность потребляет 84 % всего водозабора, а в Индии — около 1 %. К числу наиболее водоемких потребителей относятся
черная и цветная металлургия, теплоэнерге тика, машиностроение, целлюлозно-бумажная, топливная, химичес кая и нефтехимическая, пищевая промышленность, а также жилищ но-коммунальное
хозяйство. Они потребляют почти 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности, или примерно 20 % всей потреб ляемой воды. Наиболее
значительные объемы потребления пресной воды (70–80 %) приходят-
ся на сельское хозяйство. На выращивание 1
тонны пшеницы расходу-
ется 2 тонны воды, а на выращивание 1 тонны риса — до 25 тонн воды.
Одним из крупнейших водопотребителей является текстиль ная про-
мышленность. На производство 1 тонны хлопчатобумажной ткани рас-
3
ходуется около 250 м
волокна требуется от 2500 до 3000 м
необходимо затратить около 60 тонн воды. Около 1000 м
зуется при производстве 1 тонны аммиака и 2000 м
воды, а для получения 1 тонны син тетического
3
. Для переработки 1 тонны нефти
3
3
воды исполь-
— для производства
1 тонны синтетического каучука.
Россия обладает одним из самых высоких водных потенциа лов
3
в мире. На каждого жителя России приходится свыше 30 000 м
/год
воды. В нашей стране насчитывается свыше 120 тысяч рек общей длиной более 2,3 миллиона километров, более 2 миллионов озер, сотни
тысяч болот. Водные ресурсы России в 2012 году составили 4691 км
3
Большая часть этого объема (4538 км
3
России, а 153,2 км
поступило с территории сопредельных государств.
) сформировалась в пределах
Особенностью водопотребления в России является незначительный забор воды из природных водных объектов, не более 3 % речного стока. В то же время в ряде регионов наблюдается острый дефицит в водных ресурсах, обусловленный их неравномерным распределением по территории. На Европейскую часть России, где со-
средоточено
около 80 % населения и промышленного потенциала,
приходится 8 % водных ресурсов.
Структура водопотребления в нашей стране характеризуется следующим об разом:
– производственные нужды — 58,9 %;
– хозяйственно-питьевые нужды — 21,0 %;
– орошение — 13,0 %
– сельскохозяйственное водоснабжение — 1,6 %;
– прочие нужды — 5,5 %.
3
.
30
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
Анализ мирового водохозяйственного баланса свидетельствует, что
3
на все виды водопользования тратится 2200 км
воды в год. Ежегод но
на разбавление сточных вод расходуется почти 20 % полного миро вого
речного стока. После разбавления 1 м
3
ство 10 м
речной воды резко ухудшается, а после разбавления неочи-
3
очищенной сточной воды каче-
щенной сточной воды количество непригодной для потребления речной
воды увеличивается в 5 раз. При этом общее количество пресной воды
не уменьшается, но ее качество резко падает.
По степени использования водных ресурсов многие страны Европы
перешли 50-процентный рубеж. Бельгия использует почти 100 % водных
ресурсов, Болгария — 65 %,
Германия — 50 %, Украина — 56 %. Только Швейцария, Швеция и Норвегия приближаются к Рос сии по сохранности поверхностных водных ресурсов. Вместе с тем в странах Европы
от 80 до 100 % населения снабжается водой из цен трализованных источ-
ников водоснабжения, тогда как в России толь ко две трети населения
получают такую воду.
В водный фонд России входят
тенциал подземных вод в 2012 году составил 905 млн м
и подземные воды. Ресурсный по-
3
/сут. Доля под-
земных вод в балансе хозяйственно-питьевого водоснабже ния (из по-
верхностных и подземных источников) составляет 45 %. Более 60 %
городов и поселков городского типа удовлетворяют по требности
в питьевой воде, используя подземные воды, а около 20 % из них имеют
смешанные источники водоснабжения. В сельской местности на подземные воды в хозяйственно-питьевом
водоснаб жении приходится
80–85 % общего водопотребления.
Состояние большинства водных объектов, являющихся источ никами
питьевого водоснабжения на территории Российской Феде рации, не обе-
спечивает их экологически безопасное использование. Более 40 % го-
родских водопроводов не имеют необходимого комп лекса сооружений
подготовки воды, износ водопроводных сетей со ставляет около 50 %
и продолжает нарастать. В связи с этим в 45 субъектах
Российской Фе-
дерации около 6,6 млн человек использует подземные воды без водо-
подготовки с содержанием железа и мар ганца, превышающим предельно допустимые концентрации.
1.3.2. Антропогенное и техногенное воздействие
на поверхностные воды
Многочисленные и разнообразные процессы загрязнения поверхностных вод разделяются на природные и антропогенные (табл. 2, 3).
В некоторых случаях в природные процессы вовлекают ся продукты
антропогенной деятельности.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]