Биогеохимические круговороты

Источником энергии, необходимой для поддержания жизни на Земле, является Солнце. Оно освещает и обогревает Землю, постав­ляя энергию, которую зеленые растения используют для синтеза со­единений, обеспечивающих их жизнедеятельность, и потребляемых в пищу практически всеми остальными организмами. Кроме того, солнечная энергия поддерживает круговорот важнейшее химических ве­ществ и является движущей силой климатических и метеорологичес­ких систем, перераспределяющих тепло и влагу на земной поверх­ности.

Любыеэлементы или их соединения, необходимые для жизнедеятельности организмов, их роста и размножения, называются питательными веществами. Они включают как органические вещества, например сахар и протеины, так и неорганические, такие, как во­да, углекислый газ, кислород, ионы нитратов, фосфатов, железа, меди.

Около 40 элементов и их соединений являются наиболее важны­ми для живых организмов. Эти элементы, необходимые в больших количествах, называются питательными макроэлементами. К ним относятся углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий. Они составляют 97% массы человеческого тела и бо­лее 95% массы всех живых организмов. Около 30 других элементов, необходимых дляжизни в небольших или незначительных количествах, называют микроэлементами.Это железо, медь, цинк, йод и прочие.

Большинство элементов на Земле находится в состоянии, не пригодном для прямого использования живыми организмами. К счастью, элементы и их соединения, необходимые в качестве пита­тельных веществ для поддержания жизни, пребывают в постоянном круговороте в экосфере и способны преобразовываться в необходи­мые для поглощения формы в результате целого комплекса биологи­ческих, геологических и химических процессов. Такой переход пи­тательных элементов от неживой природы (из запасов атмосферы, гидросферы и земной коры) к живым организмам и обратно в неживую среду происходит в биогеохимических круговоротах (био означает "жизнь", гео - "земля", а слово химический подразумевает переход материи из одной формы в другую).

Существуют два основных типа биогеохимических круговоротов: круговороты газообразных веществ и осадочные циклы. Круговороты газообразных веществ - это перемещение питательных элементов от атмосферы и гидросферы к живым организмам и обратно. Как прави­ло, циклы этих круговоротов быстротечны и длятся всего несколько дней или даже часов. Основными газообразными циклами являются круговороты углерода, кислорода, водорода и азота.

Осадочные циклы включают движение питательных элементов между земной корой (почвами и горными породами), гидросферой и живыми организмами. Скорость перемещения элементов в этих циклах намного медленнее, чем в газообразных круговоротах, сос­тавляющие элементы горных пород могут находиться в них в течение тысяч и миллионов лет. Существует более 36 питательных элемен­тов, участвующих в осадочных циклах. Главными их них являются круговороты фосфора и серы.

Вмешательство человека в эти круговороты непрерывно возрас­тает в результате промышленной деятельности - наиболее важного элемента экономического развития. Систематизирующим стержнем всей промышленности является химическая и сопряженные с ней от­расли (черная и цветная металлургия, алюминиевая, нефтехимичес­кая промышленность и т.д.), связанные с использованием химических процессов. К сожалению, промышленность вносит и основной вклад в истощение природных ресурсов, загрязнение и накопление вредных отходов и т.д. Например, в химической промышленности России еже­годно образуется около 20 млн. т твердых отходов, из которых ути­лизируется менее одной трети. Особо опасные хлорорганические от­ходы составляют более 80 тыс. т в год. В 1991 г. химическими предприятиями России выброшено в атмосферу 530 тыс. т вредных ве­ществ и сброшено в открытые водоемы 1,4 млрд. м³ загрязненных сточных вод. Это ведет к деградации окружающей среды, заключаю­щейся в превышении способности природы к растворению и разложе­нию загрязнений и ведет, согласно первому закону экологии к

непредсказуемым последствиям. Примером могут служить наводне­ния в Западной Европе вследствие изменения климатических усло­вий, появление озоновых дыр, мутантов, сокращение средней про­должительности жизни и т.д.

Человечество осознало необходимость перехода к новой модели развития - модели устойчивого развития, которая бы должным обра­зом учитывала баланс экономических и экологических интересов и была основана, в частности, на основополагающем третьем законе экологии: любое производимое нами вещество не должно нарушать ни один природный биогеохимический цикл.

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА

Углерод является основным "строительным материалом" молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых белков и других важных для жизни органических соединений. Большинство наземных растений по­лучают необходимый им углерод, поглощая через поры в своих листьях углекислый газ из атмосферы, концентрация которого там составляет 0,04%. Фитопланктон получает углерод из атмосферного углекислого газа, растворенного в воде. Зеленая масса планеты за год использует для фотосинтеза 69 млрд. т углерода их углекислого газа. В океане находится в растворенном виде 24 млрд. т углерода. За 350-400 лет весь углерод атмосферы и гидросферы совершает полный оборот.

Антропогенное вмешательство значительно не повышает содер­жания СО₂ в атмосфере из-за его высокой растворимости в воде и последующего образования нерастворимых карбонатов:

СО₂+ Н₂О = Н₂СО₃ и Са²⁺ + СОз^2- = СаСОз.

Особенно опасным для климата Земли является оксид углерода СО, который выделяют природные источники (вулканы, лесные пожары и т.д.), транспортные средства и промышленность. Из 102 млн. т С0, ежегодно выбрасываемого в атмосферу, 62,7% составляют выхло­пы автомобилей, 2,5% авиации и 11,9% - промышленности. В резуль­тате концентрация СО за последние 100 лет увеличилась в 1,2 ра­за, что привело к повышению средней температуры планеты за счет увеличения "парникового эффекта^».

Атмосфера в течение длительного времени способна компенси­ровать увеличение концентрации газов, влияющих на парниковый эф­фект, путем внутренних взаимодействий. Однако, если эта концент­рация превышает некоторое пороговое значение,то такая компенса­ция становится невозможной, система неустойчивой и дает сбои.Есть признаки - быстрые колебания холодных и теплых годов, рез­кое окончание последнего ледникового периода (данные изотопного состава кислорода и измерение электропроводности внутри ледников Гренландии показали, что средняя температура выросла за 50 лет на 7 °С).

В соответствии с распоряжением Правительства Росийской Фе­дерации от 12 июня 2003 г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» (с изменениями от 1 июля 2005 г.)установлены нормативы платежей за выбросы (сбросы, размещение) загрязняющих веществ, порядок их применения и установлена для всех природопользователей плата за загрязнение окружающей среды. Плата рас­считывается по установленным нормативам платежей с учетом соот­ветствующего коэффициента экологической ситуации и экологической значимости состояния окружающей среды.

Таблица 2.1 Коэффициенты экологической ситуации и экологической значимости состояния окружающей среды на территории Краснодарского края

Экономический район, бассейны морей и рек	Коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния окружающей среды
атмосферного воздуха	почвы	водного объекта
Северо-Кавказский экономи­ческий район Бассейн р. Кубань Бассейн Черного моря Бассейн Азовского моря	1,6	1,9	2,0 1,2 2,2

Расчет ущерба, нанесенного окружающей среде от выбросов загрязняющих веществ, производится по формуле:

У = к • m • С,

где У - величина платежей за нанесенный ущерб окружающей среде, р.;

к - коэффициент, учитывающий аварийные и залповые выбросы по вине природопользователей; устанавливается десятикратный тариф к нормативным платежам за допустимые загрязнения; при использовании для обезвреживания отработавших газов двигателя передвижных источников нейтрализаторов к нор­мативам платежей применяется коэффициент 0,75;

m - масса сгоревшего топлива, т;

С - платежи за выброс, образующийся при сжигании 1т топлива.

Штраф предприятия равен экологическому ущербу, умноженному на коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния окружающей среды (табл. 2.1).

В связи с изменением уровня цен на природоохранное строительство и по другим направлениям природоохранной деятельности к нормативам платы за загрязнение окружающей среды применяются коэффициенты индексации платы.