10.2. Забруднення біосфери та екосистем

Основна ідея. Аналіз основних забруднювачів атмосфери, ґрунту та гідросфери, а також джерел і шляхів забруднень. Аналіз ступеня шкідливості забруднювачів та їх впливу на компоненти біосфери та людину.

Смислові зв’язки. Джерела забруднень (сфера людської діяльності) — компонент біосфери (атмосфера, гідросфера чи педосфера) — вплив забруднювача на біосферу.

Ключові терміни. Забрудники, джерела забруднення, атмосфера, гідросфера, педосфера, пил, сажа, оксид Карбону, оксиди Нітрогену, діоксид Сульфуру, вуглеводні, сполуки Плюмбуму, механіка забруднення, хімічне забруднення, бактеріальне забруднення, радіоактивне забруднення, теплове забруднення, стічні води, евтрофікація, мінеральні добрива, пестициди, важкі метали, нафтопродукти, нафта, радіонукліди.

Мета — охарактеризувати природу забруднень компонентів біосфери (атмосфери, гідросфери, педосфери), якими видами людської діяльності створюються ці забруднення, основні види забруднювачів, чим вони небезпечні для компонентів навколишнього середовища та самої людини.

10.2.1. Забруднення атмосфери

Щорічно в навколишнє середовище планети надходить до 2·10²⁰ дж тепла, що супроводжується викидами в атмосферу 18·10⁹ т СО₂. Основні джерела теплових викидів — процеси згорання органічного палива та об’єкти ядерної енергетики (АЕС). Теплові викиди призводять до зростання середньорічної температури атмосфери на Землі, зниження снігово-льодового покриття та, як наслідок, до зменшення відбиваючої здатності планети. Все це стимулює подальше підвищення середньої температури земної поверхні. За даними Національної академії наук США, у середині ХХІ ст. температура атмосфери Землі зросте приблизно на 5,5 °С. За рахунок танення льодовиків і полярних льодів у найближчі 25 років очікується підвищення рівня Світового океану на 10 см.

Основна маса забруднень повітря припадає на спалювання органічних енергоносіїв (вугілля, нафти, газу, торфу, сланців, деревини). За останні декілька років у світі спалюється в середньому 10 млрд т палива на рік, у результаті чого в атмосферу виділяється 22 млрд т вуглекислого газу, 150 млн т сірчистого ангідриду, приблизно 300 млн т діоксиду Карбону, 50 млн т оксиду Нітрогену, 200—700 млн т пилу й диму та багато інших речовин, з якими надходять шкідливі, хвороботворні, у тому числі канцерогенні та мутагенні речовини.

Сьогодні в містах забруднення повітря в 15 разів вище, ніж у сільській місцевості, і в 150 разів вище, ніж над океаном. У промислових районах за добу випадає понад 1 т/км² пилу, у забруднених містах — понад 1 кг/м² за рік пилу та сажі. Перевищення концентрацій токсичних речовин у забрудненому атмосферному повітрі міста над фоновими в середньому складають: за оксидом Карбону 80—1250 і більше, за діоксидом Сульфуру — 50—300, за діоксидом Нітрогену — до 25, за озоном — до 7 разів.

Утворення кислотних дощів пов’язане з надходженням у вологу атмосферу оксидів Сульфуру та Нітрогену. Особливу небезпеку становлять стаціонарні джерела (ТЕС та інші). Кислотні дощі знижують родючість ґрунту, погіршують здоров’я населення, негативно впливають на флору та фауну, руйнують металоконструкції тощо. Вони стали поширеним явищем, причому такі дощі можуть випадати на відстані сотень і тисяч кілометрів від джерела первісного викидання речовини.

Серед різноманіття хімічних речовин і фізичних факторів, які діють у навколишньому середовищі, найнебезпечнішими виявляються канцерогени — речовини або фактори, які здатні викликати у живих організмах розвиток злоякісних утворень. Багато з канцерогенів майже не виводяться з організму. До фізичних канцерогенних факторів відносять рентгенівське опромінення, радіоактивні ізотопи та інші види радіоактивного забруднення середовища, а також ультрафіолетове опромінення у великих дозах. Високі рівні фізичних канцерогенних факторів можуть зазвичай проявлятися в зонах, що примикають до аварійних об’єктів ядерної енергетики. Малі дози опромінення можуть призвести до ракових захворювань, які зазвичай проявляються через багато років після опромінення. Пошкодження, що викликаються великими дозами опромінення, проявляються через декілька годин або діб.

Оксиди Карбону, Сульфуру, Нітрогену, вуглеводні, сполуки Плюмбуму, пил тощо, які надходять в атмосферу, мають різну токсичну дію на організм людини. Наведемо властивості деяких домішок.

Оксид Карбону СО (чадний газ) міститься у викидах виробництв нафтохімічних, сульфатцелюлозних, лінолеуму, толю, пінопласту, мінеральних плит, вуглехімічних, алюмінієвих, асфальтобетону, цементу, коксохімічних, аміачної селітри, аміаку, метилового спирту, металургійних, металообробних, органічного синтезу, синтетичного бензину. Чадний газ сполучається не лише з гемоглобіном, а й з гемумісними білками (цитохроми, цитохромоксидаза, міоглобін), з відновлювальною формою пероксидази, утворюючи сполуку, що нагадує карбоксигемоглобін, і з каталазою. У ряді гострих отруєнь чадним газом смерть наставала при відносно невисокому вмісті карбоксигемоглобіну (45—55 %).

Оксиди Нітрогену NO_x (NO, NO₂, N₂O₃, N₂O₅, N₂O₄). В атмосферу викидається в основному діоксид Нітрогену NO₂, який подразнює органи дихання. Особливо небезпечні оксиди Нітрогену в містах, де вони взаємодіють із вуглеводнями викидних газів, утворюючи фотохімічний туман — смог. При контакті з вологою поверхнею слизової оболонки оксиди утворюють кислоти HNO₃ та HNO₂, які призводять до захворювання легенів.

Діоксид Сульфуру SO₂ міститься у викидах виробництв сульфатної кислоти, сульфату амонію, що переробляють тверде паливо, металургійних, керамічних, теплових електростанцій, капролактаму, лінолеуму, толю, пінопласту, мінераловолокнистих плит, цукровобурякових, харчових, текстильних, паперу. Загальна дія полягає у порушенні вуглеводневого та білкового обміну; пригніченні окиснювальних процесів у головному мозку, печінці, селезінці, м’язах; гальмуванні окиснювального дезамінування амінокислот і окиснення піровиноградної кислоти; зниженні вмісту вітамінів B₁ і C і т. п. Діоксид Сульфуру подразнює кровотворні органи, сприяє утворенню метгемоглобіну, викликає зміни в ендокринних органах, кістковій тканині, порушує регенеративну функцію. Є вказівки на ембріотоксичну дію.

Вуглеводні (пари бензину, пентан, гексан тощо) володіють наркотичною дією, у малих концентраціях викликають головний біль.

Сполуки Плюмбуму. В організм людини через органи дихання надходить близько 50 % сполук Pb. Під дією Плюмбуму порушується синтез гемоглобіну, виникає захворювання дихальних шляхів, сечостатевих органів, нервової системи. Особливо небезпечні сполуки Плюмбуму для дітей дошкільного віку.

Атмосферний пил. В атмосфері постійно присутній пил різного походження та хімічного складу. При неповному згоранні палива утворюється сажа, яка являє собою високодисперсний нетоксичний порошок, що на 90—95 % складається з частинок вуглецю. Сажа має високі адсорбційні властивості відносно важких вуглеводнів, у тому числі бенз(а)пірену, що робить сажу досить небезпечною для людини. Джерело атмосферного пилу — зола, яка утворюється при згоранні палива. Дисперсний склад пилу та туманів визначає їх проникаючу здатність для організму людини. Особливу небезпеку являє собою токсичний тонкодисперсний пил із розміром часток 0,5—10 мкм, який легко проникає в органи дихання.

Інтегральна оцінка впливу токсичних домішок атмосферного повітря на здоров’я людей досить складна.

2