Тема: Проблема забруднення природного середовища та стійкості геосистем до антропогенних навантажень

План: Категорія „забруднення”. Основні антропогенні джерела забруднення навколишнього середовища. Види забруднень та їх вплив на компоненти природи, живі організми.

(С.р.) Стійкість природних компонентів, геосистем до антропогенних забруднень. Форми стійкості геосистем. Стійкість природних і антропогенізованих геосистем.

Мета: знати джерела, види забруднень навколишнього середовища, їх негативний вплив на живі організми та здоров’я людей; розуміти взаємопоєднаність таких категорій як „забруднення середовища” і „стійкість геосистем”; пояснити залежність стійкості геосистем від біорізноманіття, біомаси і біопродуктивності

Категорія „забруднення”. Основні антропогенні джерела забруднення навколишнього середовища.

Забезпечення екологічної безпеки та підтримка екологічної рівноваги на території України, подолання наслідків Чорнобильської катастрофи - катастрофи планетарного масштабу, збереження генофонду українського народу є обов’язком держави (Ст. 16. Конституція України).

Першопричинами екологічних проблем є демографічний вибух та науково-технічна революція.

Не тільки виснаження ресурсів, але й забруднення навколишнього середовища — найближча перспектива люд­ства при збільшенні кількості населення та нестримному зрос­танні виробництва і споживання, особливо в розвинених краї­нах. Головну стурбованість викликає стрімкий ріст населення земної кулі, який загострює протиріччя між виробництвом і споживанням, що пояснюється простою логічною схемою: збільшення чисельності населення -> зростання потреб -> зростання виробництва --> виснаження природних ресурсів та забруднення довкілля -> глобальна екологічна криза.

Поряд із виснаженням природних ресурсів збільшення чисельності населення планети створює небезпеку глобального забруднення середовища мешкання, яке призводить до непередбачуваних катаклізмів: епідемій, погіршення якості води, їжі та життя в цілому.

Природне забруднення атмосфери. У нормі природні джерела забруднення не спричинюють істотних змін повітря. Інтенсивне поширення певного природного джерела забруднення на певній території (викиди попелу і газів вулканами, лісові і степові пожежі) можуть стати серйозною причиною забруднення атмосфери. Так, під час виверження вулкана Кракатау у 1883 р. маса попелу та пилу становила 150 млрд т, і вони поширилися майже по всій земній кулі. Внаслідок виверження вулкана на Алясці в 1912 р. в атмосферу надійшло понад 20 млрд т пилу, який тривалий час утримувався в повітрі. Такі катастрофічні явища зумовлюють іноді утворення світлонепроникного екрана навколо Землі, а також зміну її теплового балансу. Проте природні забруднення атмосфери здебільшого не завдають великої шкоди людині, бо відбуваються за певними біологічними законами і регулюються кругообігом речовин, виявляються періодично.

Штучне (антропогенне) забруднення атмосфери відбувається внаслідок зміни її складу та властивостей під впливом діяльності людини. За будовою та характером впливу на атмосферу штучні джерела забруднення умовно поділяють на технічні (пил цементних заводів, дим і сажа від згоряння вугілля) та хімічні (пило- або газоподібні речовини, які можуть вступати в хімічні реакції).

За агрегатним станом усі забруднювальні речовини поділяють на тверді, рідкі та газоподібні. Саме газоподібні забрудники становлять 90 % загальної маси речовин, що надходять в атмосферу.

Забруднення атмосфери неоднакове по регіонах. В індустріально розвинених районах воно може бути в тисячу разів більшим за середньопланетарні значення. У світі щороку спалюють понад 10 млрд т органічного палива, переробляють близько 2 млрд рудних і нерудних матеріалів. Лише при спалюванні вугілля и атмосферу щороку потрапляє близько 120 млн т попелу, а разом з іншими видами пилу — до 300 мли т. За приблизними підрахунками, в атмосферу за останні 100 років надійшло 1,5 млн т арсену, 1 мли т нікелю, 900 тис. т чадного газу, 600 тис. т цинку, стільки ж міді.

Повітря забруднюють практично всі види сучасного транспорту, кількість якого постійно збільшується у всьому світі. Викиди автомобільного транспорту істотно залежать від режиму роботи двигуна і якості використовуваного палива. Майже всі складові вихлопних газів автомобілів шкідливі для людського організму, а оксиди азоту до того ж беруть активну участь у створенні фотохімічного смогу. Одна вантажівка або один легковик викидає в повітря відповідно 6м^З і 4м³ чадного газу СО. Забруднюється повітря і пилом гуми з покришок автомобілів і літаків (один автомобіль утворює близько 10 кг гумового пилу). З початку 1930- х років тетраметил- і тетраетил свинець добавляють у якості антидетонатора до переважної більшості бензинів у кількості 80 мг /л. При прямуванні автомобіля від 25 до 75% цього свинцю викидається в атмосферу, осаджується на землю, потрапляє в поверхневі води. Свинець акумулюється в ґрунті і рослинності уздовж автострад (у містах - уздовж вулиць із пожвавленим рухом), помітна кількість сполук свинцю утримується в повітрі великих міст. За даними США і Великобританії, до 90% усього свинцю, що утримується в атмосфері, варто віднести за рахунок вихлопних газів. В даний час у ряді країн (Японії й ін.) використання етилованого бензину заборонено. Виходячи із середніх втрат нафтопродуктів на одну автомашину 10 - 11 л в рік, загальний викид нафтопродуктів світовим автомобільним парком обчислюється 2,1-2,2 млн т у рік, причому велика частина його потрапляє в ґрунти і гідросферу.

Значним джерелом забруднення довкілля є викиди теплових електростанцій та підприємств чорної металургії. Вони викидають в атмосферу багато пилу, кіптяви, сажі, важких металів (свинець, кадмій, ртуть, мідь, нікель, цинк, хром). Ці речовини практично стали постійними компонентами повітря промислових центрів. Особливо гостро стоїть проблема забруднення повітря свинцем.

Серйозної шкоди навколишньому середовищу завдає хімічна промисловість. Особливо небезпечними є сірчисті сполуки, оксиди азоту, хлор та ін. Майже всі забруднювальні речовини можуть вступати між собою в реакції, утворюючи високотоксичні сполуки. У поєднанні з туманом це явище дістало назву фотохімічного смогу.

Найбільшу загрозу для людства становить забруднення атмосфери радіоактивними речовинами. Ця проблема вперше виникла в 1945 р. після вибуху двох атомних бомб, скинутих з американських літаків на японські міста Хіросиму й Нагасакі. Природна радіоактивність існує незалежно від діяльності людини. Живі істоти певною мірою пристосувалися до неї, хоч шкідливість її для них є очевидною.

Також значні забруднення дає целюлозно-паперова промисловість, електронна промисловість, сільськогосподарська діяльність.

Атмосфера має здатність до самоочищення. Концентрація забруднювальних речовин через розпорошення їх у повітрі, осідання твердих часточок під впливом сили гравітації, випадання різних домішок з опадами (дощ інтенсивністю 1 мм/год за 45 хв вимиває з повітря 28 % часточок пилу діаметром 10 мкм). Проте від величезної кількості забруднювальних речовин, що надходять в атмосферу сьогодні, вона не встигає самоочищуватись. Так, при спалюванні за рік 2,1 млрд т кам'яного вугілля і 0,8 млрд т бурого в навколишнє середовище потрапляє 225 тис т арсену, 225 тис т германію, 153 тис т кобальту і, крім того, мільйони тони пилу з металургійних заводів, майже 1/5 частина світового виробництва цементу. За приблизними підрахунками, маса забруднювальних речовин в атмосфері становить 9-10 мли т. Порівняно з масою земної атмосфери це мізерна величина, однак на висоті 50- 100м від Землі, де саме концентруються забруднювальні речовини, частка їх є істотною відносно кількості чистого повітря.

Головними екологічними глобальними наслідками забруднення атмосфери є:

· парниковий ефект; · озонова дірка; · кислотні дощі; · смог.

До токсичних відносять такі компоненти вихлопних газів: оксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні. Крім того, деякі види палива містять сірку; що обумовлює вміст у вихлопних газах діоксиду сірки.

Атмосферні забруднення (в т.ч. і радіоактивні) можуть розповсюджуватися на тисячі кілометрів, враховуючи мобільність повітряних мас. Сажа із промислових центрів Європи поширена на гірських льодовиках. Частина повітряних мігрантів потрапляє у грунт, розчиняється у поверхневих і ґрунтових водах, залучається у харчові ланки, деякі з них поглинаються безпосередньо водами Світового океану, інші переходять у водну ланку кругообігу з атмосферними опадами, вливаються з річковим стоком в океан, де закінчують свою міграцію.

Вчені стверджують, що в результаті збільшення кількості діоксиду вуглецю за останнє десятиліття на 13% стимулюється процес фотосинтезу. Збільшується концентрація СО₂ у поверхневих водах. Основний глобальний ефект збільшення концентрації в атмосфері – це її вплив на тепловий баланс Землі. Сірчаний ангідрид шкідливо впливає на дерева (з ним пов’язують масову загибель піхти в деяких районах Західної Європи). Шкідливий вплив сірчаний ангідрид має на ґрунтові мікроорганізми. На частинках диму сірчаний ангідрид каталітично окислюється до сірчаного ангідриду , який розчиняється у воді, перетворюється у сірчану кислоту, яка випадає з опадами (“кислотні дощі”).

Ефект атмосферних забруднень найбільш інтенсивно проявляється навколо джерел забруднення у великих містах, промислових центрах. Смог, який утворюється над містами, містить сотні різних сполук, шкідливих для здоров’я (в тому числі і канцерогенних). Смог затримує сонячну радіацію (ультрафіолетове проміння) на 30-40%, а підвищена кількість ядер конденсації і сублімації у повітрі сприяє локальному збільшенню хмарності, опадів (на 5-10%), особливо туманів.

Техногенні енергетичні фактори, які призводять до зміни теплового балансу можна поділити на:

1. Зміна підстилаючої поверхні (вирубка лісів, створення оазисів, осушення боліт, створення водосховищ, тверді покриття у лісах, утворення нафтової плівки у світовому океані). Ці фактори впливають на радіаційний та тепловий баланс через зміну випромінювальних властивостей і випаровування.

2. Викиди тепла в атмосферу в наслідок виробництва енергії. Вся вироблена енергія в кінцевому рахунку перетворюється у тепло і розсіюється у просторі, в атмосфері. Глобальний ефект всього техногенного тепла може бути виражений підвищенням середньої температури повітря біля земної поверхні приблизно на 0,010С.

3. Збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері.

4. Збільшення вмісту аерозолей в атмосфері.

Величина і характер зміни ландшафту природи знаходяться в прямій залежності від ступеня освоєння території. Для кардинальної зміни ландшафту зовсім не обов’язкова зміна всіх його компонентів. Достатньо різко змінити один з них – і рівновага взаємозв’язків у природній системі буде порушена, виникне новий тип ландшафту.

Порушення біологічної рівноваги і біологічного кругообігу.

Біота є найбільш чуттєвою до зовнішнього впливу. Особливе значення надається лісам – вони є стабілізуючим фактором для розчленованого рельєфу, слабких ґрунтів, багаторічної мерзлоти, екстремального клімату (недостатком або надлишком тепла і вологи).

Зменшення площі лісів призводить до зменшення водного балансу; порушення рослинного покрову призводить до зміни геохімічних функцій геосистеми. Заміна природних біологічних угруповань культурними призводить до зменшення загальної біологічної продуктивності. З врожаєм культурних рослин щорічно з ґрунтів забираються сотні, мільйони тонн різних елементів. Так з врожаєм пшениці забираються (в кг на ) азоту – 70, фосфору – 30, калію – 50, кальцію – 30; з врожаєм картоплі – відповідно 90, 40, 160, 76. Біологічний метаболізм відіграє важливу роль у кругообігу вуглецю, кисню, азоту, фосфору та ряду інших елементів.

За деякими підрахунками грунт із середнім вмістом мінеральних речовин може повністю бути виснаженим в результаті забирання врожаю протягом 15-150 років. Найбільш нестійким є баланс мінеральних речовин ґрунтів, які формуються в умовах вологого клімату, тобто у ґрунтах вологих тропічних і екваторіальних лісів. У природних умовах цей баланс підтримується лісовою рослинністю, яка має здатність нагромаджувати велику кількість фітомаси і здійснювати інтенсивний кругообіг речовин. Вирубка лісів, корчування пнів, знищення підстилаючої поверхні призводить до виведення з локального кругообігу великої кількості азоту, кальцію, фосфору та інших елементів і до виснаження ґрунтів. Для покращення якості ґрунтів застосовуються хімічні добрива, але в деяких еродованих районах із полів змивається в 100 разів більше азоту, фосфору, ніж вноситься в грунт із добривами, добрива не завжди повністю засвоюються рослинами і до 40-50% внесених в грунт добрив вимивається з полів у навколишнє середовище.

Багато рослин мають особливу здатність до поглинення тих чи інших технологічних впливів, у тому числі і радіоактивних (лишайники, наприклад, мають властивість поглинати радіоактивні елементи безпосередньо з повітря) і тим самим сприяють подальшому розповсюдженню їх по харчових ланках або нагромадженню в геосистемах.

Багато промислових викидів потрапляє у водний цикл міграції, багато їх потрапляє безпосередньо у ріки, водойми через каналізацію. Забруднені стічні води різними кислотами, фенолами, сірководнем, аміаком, ртуттю, свинцем, фтором, миш’яком, кадмієм та іншими токсичними речовинами, відпрацьованими технічними маслами, нафтопродуктами. Велика кількість забруднених вод потрапляє у внутрішні озера, моря, річки. У річкових басейнах відбувається часткове самоочищення: частина органічних домішок розчиняється і мінералізується в результаті життєдіяльності організмів, водоростей. Кінцевою ланкою водної міграції техногенних викидів є світовий океан. Процес забруднення океану в основному є незворотнім. Глобальне значення цього процесу визначається особливим місцем Світового океану у формуванні структури всієї епігеосфери, її теплового балансу, кругообігу води, газообміну.

Поведінка елементів, які призводять до змін в геосистемі, залежить від характеру геосистеми:

- замкнуті котловани (внутрішньогірські) сприяють формуванню стійких центрів атмосферного забруднення;

- температурні інверсії, штилі, тумани – сприяють концентрації техногенних викидів в атмосферу;

- невеликі дощі сприяють ефективному осіданню атмосферних домішок;

- клімат впливає на утворення різних типів смогу.

Негативний вплив атмосферних забруднень на рослинний покрив посилюється при сильному освітленні, підвищеній вологості повітря і помірній температурі, оскільки при таких умовах відкриваються продихи на листках. Кислі ґрунти інтенсивніше окислюють різні шкідливі сполуки ніж нейтральні. Високий вміст кальцію в ґрунті сприяє зменшенню виносу різних елементів (в тому числі ті, які містяться у мінеральних добривах).

У наш час захист навколишнього середовища висувається на перший план. Наслідки недостатньої уваги до проблеми можуть бути катастрофічними. Мова йде не тільки про добробут людства, а про його виживання. Особливо тривожно те, що деградація природного середовища може виявитися необоротною. Забруднення вод завдає шкоди здоров'ю людини і рибних запасів. Деградація сільськогосподарських угідь призвела до посухи й ерозії грунтів у багатьох районах. Звідси недоїдання, голод, хвороби. Забруднення повітря завдає вусі більш суттєвий збиток здоров'ю людей. Масове знищення лісів негативно позначається на кліматі і скорочує біологічне розмаіття,

генофонд. Серйозною загрозою здоров'ю є виснаження озонового протоці, що захищає від шкідливих випромінювань Сонця. До катастрофічних змін у кліматі Землі веде "парниковий ефект", тобто глобальне потеплення в результаті викидів вуглекислого газу, що зростає, в атмосферу. Нераціональне використання мінеральних і живих ресурсів веде до їхнього виснаження, що

знову ставити проблему виживання людства. Нарешті, аварії на підприємствах, пов'язані із радіоактивними й отруйними речовинами, не говорячи вже про іспит ядерної зброї, заподіюють величезну шкоду здоров'ю людей і природі. Достатньо пригадати про аварію на Чорнобильській АЕС і на американському хімічному заводі в Індії. Великий збиток навколишньому середовищу приносять

збройні конфлікти, про що свідчить досвід війн у В'єтнамі, Кампучії, Перській затоці, у Югославії й ін.

Враховуючи високі енергоємність та ресурсоємність промислового виробництва в Україні, низький рівень культури виробництва та нехтування екологічним законодавством, необхідно більше привертати уваги до екологічного права в Україні, державної політики в галузі екології, прийняття невідкладних заходів економічного, технічного, політичного, соціального та організаційного характеру, серед яких першочергове значення в екологічній політиці держави має створення національної екологічно- правової системи.