Введение

В биосфере Земли между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Очевидно, что в основе круговорота веществ в окружающей среде лежат физико-химические процессы и химические реакции между веществами, входящими в состав компонентов различных природных сред, живых организмов. Антропогенное влияние на естественные биогеохимические циклы привело к возникновению глубоких экологических кризисов.

В истории человечества наступил период, когда любую свою деятельность оно должно соизмерять с возможностями природы. Необходимость эффективного контроля за состоянием биосферы очевидна и требует детального изучения протекающих в ней химических и физико-химических процессов.

Количественная оценка вмешательства человека в природу указывает, что оно мало по сравнению с влиянием естественных причин на масштабы изменений в атмосфере, гидросфере и литосфере (за редким исключением – появление в биосфере веществ, имеющих исключительно антропогенное происхождение). Здесь следует отметить, что концентрации газов в атмосфере, имеющие антропогенное происхождение, лежат в области следовых значений, что соответствует миллионным-миллиардным долям (10^-6- 10^-9). Подобная ситуация наблюдается в гидросфере, литосфере.

При учете изменений в природной среде, вызванных как человеческим вмешательством, так и естественными причинами, наиболее показательными являются результаты оценки скорости протекания наблюдаемых изменений в зависимости от источника этих возмущений. Изменения природной среды, вызванные естественными причинами, характеризуются чрезвычайно низкой скоростью и в сравнении с длительностью жизни человека внешне практически незаметны. Так, повышение концентрации кислорода в земной атмосфере с 1 до 21 % длилось приблизительно 1-1,5 миллиарда лет, что соответствует приросту концентрации 0,004 % за 200-300 тысяч лет. Скорость изменений в составе атмосферы, вызванных деятельностью человека, характеризуется более высокими значениями. Что особенно заметно для последних столетий прошлого тысячелетия. Так, в результате антропогенной деятельности содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе увеличилось на те же 0,004 % всего за несколько последних десятилетий. Следует обратить внимание на следующий факт, что скорость естественных изменений позволяет всему живому на Земле генетически приспособиться к изменениям в окружающей природной среде, в то время как антропогенные возмущения в природе практически исключают такую возможность, особенно для высших организмов.

Любой вид человеческой деятельности сопровождается образованием различного вида продуктов и сопутствующих им отходов, зачастую опасных для человека и всего живого. Появление и накопление различных токсичных загрязнений в окружающей среде может определяться как природными элементами и соединениями. Так и образованием новых веществ, опасных для биосферы. В качестве примера можно привести угрожающее загрязнение биосферы соединениями тяжелых металлов, а также появление в природе веществ исключительно антропогенного происхождения – пестицидов, диоксинов и других галогенсодержащих органических веществ.

Основной задачей курса «Физико-химические превращения загрязняющих веществ в окружающей среде» является формирование у будущих специалистов-экологов общих представлений о химических процессах, протекающих в биосфере на уровне биогеоценозов и различных геологических оболочек. Рассматриваются различные аспекты миграции и превращения веществ, попавших в окружающую среду (воздух, поверхностные и грунтовые воды, живые организмы). При этом исследованию подвергаются химические и физико-химические свойства веществ, обусловливающие их поведение в природных условиях. Существенное внимание уделяется процессам межфазного распределения веществ, лежащим в основе миграции загрязняющих веществ в природных средах (растворение и выщелачивание, испарение и адсорбция и др.).

Лекция № 1

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

«Физико-химические превращения

загрязняющих веществ в окружающей среде»

Последние десятилетия убедили нас в том, что вторжение человека в природу – прямое или косвенное – наносит ей не только непоправимый ущерб, но и вызывает ряд новых процессов, влияющих тем или иным путем на всю окружающую среду.

Это приводит к большому числу химических реакций, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, вызванных продуктами антропогенной деятельности. Некоторые из этих процессов характеризуются образованием токсичных продуктов, но в ряде случаев, напротив, происходит распад или обезвреживание загрязняющих природу веществ. Известно, что на ход химических превращений, приводящих к образованию вредных для окружающей среды веществ, оказывают влияние климатические условия, состояние почвы, рельеф местности, уровень и длительность солнечной активности и т.п.

Любой вид человеческой деятельности сопровождается образованием различного рода продуктов и сопутствующих им отходов, зачастую опасных для человека и всего живого. Появление и накопление различных токсичных соединений в окружающей среде может определяться как природными элементами и соединениями, так и образованием новых веществ, опасных для биосферы. В качестве примера можно привести угрожающее загрязнение биосферы соединениями тяжелых металлов, а также появлением в природной среде веществ исключительно антропогенного происхождения – пестицидов, диоксинов и других галогенсодержащих органических веществ.

К настоящему времени сложился целый комплекс научных дисциплин, объектом которого являются химические процессы в окружающей среде. Все они могут быть объединены под общим названием «Химия окружающей среды». В широком понимании химия окружающей среды включает в себя все то, что изучается геохимией, гидрохимией, химией почв и химией природных соединений биологического происхождения. Однако обострение экологической ситуации, принявшее во многих регионах мира характер кризиса, привело к выделению из этого комплекса новой научной дисциплины - экологическая химия. Предметом ее исследований являются химические процессы в окружающей среде в связи с изменениями, вносимыми в них деятельностью человека.

Дисциплина «Физико-химические превращения загрязняющих веществ в окружающей среде» является частью экологической химии и изучает сложные физико-химические процессы миграции, трансформации антропогенных загрязнителей в различных компонентах техносферы.

Предметом дисциплины являются химические процессы, протекающие в атмосфере, гидросфере и почве при антропогенном их загрязнении.

Основная задача – изучение абиотических и биотических процессов, протекающих в техносфере (часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в технические и техногенные объекты) при нарушении в ней экологического равновесия.

Что же понимают под загрязнением? Определение загрязнения, данные Н.Ф. Реймерсом: «Загрязнение – все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия, отличается от обычно наблюдаемой нормы и нежелательно для человека».