Загрязнение поверхности земли

Дорога цивилизации вымощена консервными банками.

Альберто Моравиа

(Моравиа (Пинкерле), Альберто 1907-1990; Moravia A. – писатель – Италия)

Земельные ресурсы

Земельные ресурсы с точки зрения геоэкологии рассматриваются по следующим направлениям:

1. Размеры территории освоения и эксплуатации:

- площади для размещения объектов;

- техноемкость;

- демографическая емкость.

2. Географическое положение территории:

- природно-климатическая зона;

- географическая провинция;

- тип ландшафта.

3. Качество земли, почвы – с точки зрения производства биопродукции (субстрат и источник), в т.ч. – продукции сельского хозяйства.

4. Покров недр и доступ к их богатствам.

В 80-х годах по аэрокосмическим данным площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью, составила 28% суши (без материковых льдов).

Главную нагрузку по стабилизации окружающей среды несут Мировой Океан и сохранившиеся наземные природные экосистемы. В северном полушарии максимальные площади неразрушенных экосистем – в России и Канаде (леса), в южном полушарии – Бразилия, Экваториальная Африка и Австралия (особенно важная роль – влажные тропические леса Амазонки). Остальная – большая часть суши, представляет собой нарушенные естественные экосистемы (или – освоенные).

Пределы для освоения новых территорий обусловлены малой пригодностью для постоянной жизни людей. По европейским стандартам это среднегодовая температура выше –2 ºС и высота над уровнем моря меньше 1000 м. Лишь небольшие народности приспособились к существованию и ведению хозяйства в условиях субарктики и высокогорья.

Из 149 млн. км² суши под прямым контролем человека (города, техногенные ландшафты, агроценозы, постоянные пастбища) находятся около 50 млн. км². Это, по мнению экологов, уже превышает допустимый предел хозяйственного использования земельных ресурсов. Пашня может быть дальше увеличена лишь за счет пастбищ и лесов, что приведет к эколого-экономическим потерям.

2. Земля – базис продовольственного обеспечения

К середине 20 века продовольственное положение людей резко ухудшилось из-за роста населения и дефицита плодородной земли, и наступление массового голода в 50–70-х годах было задержано комплексом мер «зеленой революции», которая включала:

- внедрение новых сортов с/х растений;

- внедрение новых агротехнических приемов и средств защиты растений;

- обучение сельхозпроизводителей;

- изменение экономической структуры сельского хозяйства.

Несмотря на рост производства зерновых почти в 2,5 раза, молока в 2 раза, мяса в 3 раза (поголовье основных видов скота приблизилось к числу людей на земле и превзошло их по массе), достижения «зеленой революции» оказались временными, в настоящее время из-за экономического неравенства и неравномерности распределения продовольствия более 1 млрд. человек в слаборазвитых странах питается недостаточно, а от 0,5 до 1 млрд. – хронически голодают.

Освоение новых земель под пашни не приводит к увеличению мировой пашни ввиду потерь земельных ресурсов с/х из-за:

а) эрозии почвы (смыв, сдувание гумуса);

б) потери гумуса и снижение плодородия почвы ввиду неправильной агротехники;

в) подтопления и засоления почв при неправильном орошении;

г) машинной деградации почв;

д) химического и радиационного загрязнения.

Техногенное опустынивание – деградация земель, вызванная деятельностью человека и изменениями климата. От деградации почвы сейчас уже пострадала территория по площади в 3 раза больше Европы. Скорость опустынивания в мире составляет 7–10 млн. га/год, а 20 млн. га/год составляет эрозия и наступление песков (общая площадь агроценозов пашни составляет 1,5 млрд. га).

Примерно с такой же скоростью идет процесс сокращения площади лесов (также в пользу опустынивания).

Земля России

Земельный фонд РФ составляет 17,1 млн. км² (1707 млн. га), из него:

- с/х угодья составляют 13,1 %;

- пашня – 7,7 %;

- леса, кустарники –47,2 %;

- нелесная растительность – 22,7 %;

- под водой и болотами – 5,6 %;

- освоено антропогенными объектами – 4,0 %;

- пустыни – 0,1 %;

- прочие – 7,3 %.

70 % не затронутой хозяйственной деятельностью земли Евразии приходится на Россию.

Эффективная территория России составляет 5,5 млн. км² – менее 1/3 территории и по абсолютной величине и пятое место после Бразилии, США, Австралии и Китая. В ней сосредоточено 95 % населения, 93 % хозяйственной инфраструктуры, в т.ч. все с/х угодья –224 млн. га.

Большая часть пашни в РФ находится в зоне рискованного земледелия, что ведет к ее малой потенциальной продуктивности, которая компенсируется большой площадью.

В России находится 1/3 всех черноземов мира, черноземы дают 80 % сельскохозяйственной продукции, отличаясь качеством (плодородием, мощностью гумусового слоя, сбалансированностью питательных веществ).

За 50 лет Россия потеряла более 1/3 своего чернозема в результате почти полной распашки степей на юге, перевыпаса скота в Калмыкии (участились пыльные бури, повлекшие ветровую эрозию), неправильного орошения на Волге, Дону и др. (приведших к засолению почв).

Значительные потери плодородных пойменных земель связаны с гидростроительством, так некоторые гидроузлы Волги, Дона, Кубани при подсчете баланса между выгодой и ущербом оказываются не только бесполезными, но и вредными.

Загрязнение земли

Количественные характеристики:

- из 128 Гт/год чисто техногенных отходов 82 Гт (64 %) попадают на поверхность земли;

- каждой тонне мусора на стадии потребления соответствует 10 т отходов на стадии производства и около 100 т при получении сырья;

- на каждого жителя земли приходится в год 0,12 т отходов потребления, 1,2 т отходов производства и около 14 т отходов переработки сырья.

Наиболее опасны токсичные вещества, которые геохимически и биохимически достаточно подвижны, могут попасть в питьевую воду, растения, с/х животных, служащих пищей для человека:

- соединения тяжелых металлов;

- некоторые производные нефтепродуктов (ПАУ – полициклические углеводороды и диоксины);

- синтетические яды – биоциды (пестициды);

- боевые отравляющие вещества и радионуклиды.

Основные источники антропогенного загрязнения земли:

- твердые и жидкие отходы различных отраслей промышленности и транспорта;

- отходы потребления (ТБО);

- с/х отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты;

- выпадение токсичных веществ из атмосферы;

- аварийные сбросы и выбросы загрязняющих веществ.

Отходы производства и потребления. Главные поставщики отходов и загрязнителей земли – промышленно-развитые страны, поскольку масса отходов непосредственно связана с объемами производства и потребления сырья.

В связи с этим в США, странах Евросоюза и Японии существует отчетливая тенденция вытеснения «грязных» сырьедобывающих производств, многоотходных технологий в третьи страны. Масштабный экспорт потребительских товаров также способствует распространению бытового мусора. Этот пресс испытывает и Россия, под предлогом внешнеэкономических проектов по вторичному использованию сырья предпринимаются попытки импорта опасных отходов. В период с 1987 по 1993 поступило 96 предложений об экспорте 34 млн. т. отходов из Западной Европы, из которых большая часть отвергнута, но 4000 т транспортированы и размещены в России. Это – радиоактивные отходы, использованные катализаторы, соединения ртути, шлак медеплавильного производства, химикаты, пластик и др. Собственные отходы РФ в качестве вторичных ресурсов используются на 22 % , а полностью обезвреживаются только 3,5 % промышленных отходов.

Отсутствие технологий переработки, мощностей и оборудования, достаточного количества полигонов, хранилищ, промышленные отходы вывозятся в места несанкционированного складирования (несанкционированные свалки), в т.ч. на свалки бытового мусора.

Твердые бытовые отходы (ТБО) – одна из серьезных экологических проблем. В РФ ежегодно образуется почти по 1м³ ТБО на человека, из них на мусоросжигательных заводах перерабатывается 5%. Остальное – захоранивается, причем 70% на несанкционированных свалках (неподготовленных, необорудованных). Количество, состав и способы обращения с ТБО сильно зависят от степени развитости страны (табл. 12).

Способы избавиться от ТБО:

- закопать (полигоны) – требуются новые территории, расходы на земляные работы, изоляцию, рекультивацию;

- затопить (опасность загрязнения гидросферы);

- сжечь (загрязняется атмосфера и гидросфера);

- утилизировать – наиболее предпочтительный вариант, реален для небольшой части отходов – в развитых странах утилизируется около 10 %, в РФ лишь ничтожная часть.

Раздельное собирание ТБО – путь к частичному решению проблемы утилизации ТБО.

Жидкие бытовые отходы на станциях очистки также дают значительную массу экологически опасных осадков.

Таблица 12

Количество, состав и способы переработки ТБО

развитой страны (США) и России

Категории	Соединенные Штаты	Россия
Ежегодное количество ТБО
Всего (млн. т)	162,9	56,0
На душу населения (кг)
Количество по категориям (%)
Бумага и картон	40,0	20–36
Стекло	7,0	5–7
Металлы	8,5	2–3
Пластик	8,0	3–5
Текстиль	2,1	3–6
Резина и кожа	2,5	1,5–2,5
Древесина	3,6	1–4
Пищевые отходы	7,4	20–38
Другое	20,9	10–35,5
Методы утилизации (%)
Вторичная переработка и использование	13,1	1,3
Сжигание	14,2	2,2
Захоронение	72,2	96,5

Тяжелые металлы(ТМ). Живое вещество почти целиком состоит из самых легких химических элементов – неметаллов, сумма легких металлов – Са, Na, K, Mg, составляет не более 1 %. Все остальные элементы содержатся в живых организмах в микро и ультрамикроколичествах, часто входят в состав сложных биомолекул и витаминов (Fe, Mn, Cu, Zn, Co). Но их избыток (и присутствие других металлов доже в ультрамикроколичествах) вредно для организма.

Все ТМ в той или иной степени ядовиты (с атомной массой больше 40 и плотностью больше 4,5 г/см³, хотя токсичным металлом является и Ве).

Наиболее опасные ТМ: Pb Hg, Cd, As, Cu, Zn, Cr, Ni.

Менее опасны: Tl, Bi, Sn, V, Sb, Mn, Co, Mo, Se.

Попадая в организм, ТМ частично выводятся, частично накапливаются в тканях, вступая в соединения с биогенными элементами, для которых характерны длительные периоды полувыведения (месяцы – годы). Накапливаясь, ТМ ведут к различным тяжелым хроническим заболеваниям.

Например, свинец, попадая в тело с водой или пищей, нарушает работу центральной и периферической нервных систем, а у детей может вызвать аномалии в развитии мозга.

Соединения свинца хорошо растворяются в воде, а потому отравляет растения, животных и микроорганизмы.

Более двух десятилетий назад федеральные власти США запретили применение свинцовых красок в бытовых целях. Тем не менее, по некоторым оценкам, 4,4% американских детей в возрасте от 1 года до 6 лет страдают от свинцовой интоксикации: как все малыши, они из любопытства жуют обои, лижут стены и т. д.

Факт, ставший известным благодаря исследованию археологов – оказывается, падение Римской империи отчасти было запрограммировано тем, что в водопроводах применялись трубы из свинца. По мнению некоторых историков, это привело к депрессии и моральному разложению населения Вечного города. Можно полагать, что Нерон и Калигула не родились столь необузданными и злонамеренными: они были просто очень больны.

К концу 20 века в мире в виде изделий и отходов накоплено (млн. т) – Cu – 300; Zn – 200; Cr – 70; Pb – 20; Ni – 3,5; Cd – 0,6; Hg – 0,5.

Сопоставляя ПДД ТМ, (от 0,1 мкг для Hg – до 5 мкг для Zn) с массой ТМ, находящихся в окружающей среде, можно сделать вывод, что человечество накопило потенциал ТМ для своего многократного отравления.

Пестициды.Химизация сельского хозяйства – существенный фактор загрязнения среды, даже минеральные удобрения при неграмотном применении наносят экологический ущерб при сомнительном экономическом эффекте. Например, высокие дозы азотных удобрений являются причиной накопления в растениях нитратов, в организме под действием микрофлоры восстанавливающихся в нитриты и нитрозамины – во много раз более токсичные.

В 40^х годах для уничтожения вредных (с точки зрения человека) для сельского хозяйства насекомых, сорняков и других организмов начали применять синтетические органические соединения – пестициды; инсектициды – против насекомых, гербициды – против сорняков, фунгициды – против грибков и др.

Ни одно из этих веществ не обладает абсолютной избирательностью, все они:

- биоциды – угрожают различным формам живого;

- ксенобиотики – не подвергаются ферментативному разложению, у организмов нет механизмов их детоксикации.

ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) – первый пестицид, создан в 1938 г, «чудо-оружие», с достоинствами столь выдающимися (относительная безвредность для человека, губительность для насекомых) что его создатель – швейцарский химик П. Мюллер получил за него Нобелевскую премию. В Италии во время второй мировой войны им боролись со вшами (против тифа) – проводили санобработку людей и одежды. Но оказалось, что ДДТ очень устойчив в окружающей среде, биологически не разлагается, и на сегодняшний день, несмотря на запрет его производства и использования, в биосфере циркулируют миллионы тонн ДДТ. Его обнаруживают в тканях пингвинов, в Антарктиде, в молоке кормящих женщин, и др.

В настоящее время мировая коллекция пестицидов достигла 6000 наименований, их производство достигло 1,2 млн. т /год.

Проблемы связанные с применением пестицидов:

- приспособляемость и развитие устойчивости вредителей к применяемым препаратам;

- восстановление и вторичные вспышки численности вредителей, повышение их агрессивности;

- экономические затраты на применение в возрастающих дозах все более дорогих пестицидов;

- отрицательное воздействие на природную среду и здоровье человека.

По данным ВОЗ отравление пестицидами ежегодно поражает около 2 млн. человек. Из них до 40 тысяч – со смертельным исходом.

В СССР применение пестицидов интенсивно росло с 1960 гг., в 1980–90 гг находилось на одном уровне, к 1993 году уменьшилось больше чем втрое. Загрязнение почв остаточными количествами пестицидов в России неравномерно, максимально загрязнены Северный Кавказ, Приморье, Центрально-черноземные области. Основная часть РФ средне-слабозагрязненная по пестицидам, но достоверность исследований невысока, обследованию подвергнуты площади менее 0,01% сельскохозяйственных угодий.

Особо опасные токсические вещества. Диоксины – группа крайне ядовитых веществ (около 150), появилась в окружающей среде в результате побочной примеси при синтезе некоторых гербицидов (например дефолианта – средства для уничтожения листвы). «Оранж» – дефолиант, использовался американцами во время войны во Вьетнаме для обработки джунглей (для уничтожения листвы) при борьбе с партизанами. После массового отравления американских солдат и началось активное исследование диоксиновой проблемы. Массовое отравление диоксинами произошло при аварии на заводе по производству пестицидов в Бхопале (Индия). Один из диоксинов – 2,3,7,8–тетрахлорбензопарадиоксин (ТХДД) занимает 5 место в ряду самых сильных известных ядов (ПДД для человека 10^-6 мкг/кг). Диоксины очень стойки – период полувыведения у человека составляет больше года. В небольших, но опасных для здоровья человека количествах диоксины образуются при горении, особенно при сгорании мусора, содержащего хлорсодержащие пластики (полихлорвинил и т. д.)

Опасные отходы различных промышленных производств обладают эффектом кумуляции. Возможно возникновение новых, неизвестных ранее токсикантов, непредсказуемых по своему воздействию на человека и экосистемы.

ВПК – склады ОВ, элементы ракетного топлива. По состоянию на 1994 г. существовало 12 мощных предприятий по производству ОВ и 7 крупных арсеналов хранения, на которых были многочисленные случаи утечек, отравления и гибели людей, загрязнения земли и водоемов. Ни одна из этих баз никогда не проходила экологической экспертизы, не имела и не имеет сейчас экологического паспорта, санитарно-защитной зоны. Все базы располагаются в непосредственной близости (0,5–1,5 км) от жилых поселков, весь комплекс представляет собой колоссальный потенциал отсроченной катастрофы.

Лекция 10