Загрязнение гидросферы
Одним из самых ценных богатств Земли является гидросфера – океаны, моря, реки, озера, ледники Арктики и Антарктики. На Земле имеется 1385 млн. километров водных запасов и очень мало, всего лишь 25% пресной воды пригодной для жизни человека. И не смотря на это люди, очень безумно относятся к этому богатству и бесследно, беспорядочно его уничтожают, загрязняя воду различными отходами. На свои нужды человечество использует главным образом пресные воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы, причём распределение водных ресурсов по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. Общее же потребление речных вод возрастает из года в год во всех районах мира. Известно, например, что с начала XXI века потребление пресных вод возросло в 6 раз, а в ближайшие несколько десятилетий возрастёт еще, по меньшей мере, в 1,5 раза.
Недостаток воды усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности, сельском хозяйстве и в быту воды поступают обратно в водоёмы в виде плохо очищенных или вообще неочищенных стоков. Таким образом, загрязнение гидросферы происходит, прежде всего, в результате сброса в реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод. Согласно расчетам ученых, вскоре для разбавления этих самых сточных вод может потребоваться 25 тысяч кубических километров пресной воды, или практически все реально доступные ресурсы такого стока. Нетрудно догадаться, что именно в этом, а не в росте непосредственного водозабора главная причина обострения проблемы пресной воды.
Стоит отметить, что сточные воды, содержащие остатки минерального сырья, продукты человеческой жизнедеятельности обогащают водоемы питательными веществами, что в свою очередь приводит к развитию водорослей, а как следствие к заболачиванию водоема. В настоящее время к числу сильно загрязненных относятся многие реки – Рейн, Дунай, Сена, Огайо, Волга, Днепр, Днестр и другие. Городские стоки и крупные свалки часто бывают причиной загрязнения вод тяжелыми металлами и углеводородами. Поскольку тяжелые металлы накапливаются в морских пищевых цепях, их концентрация может достигнуть летальных доз, что и произошло после большого промышленного выброса ртути в прибрежные воды Японии вблизи города Минимата. Повышенная концентрация этого металла в тканях рыбы привела к гибели многих людей и животных, съевших зараженный продукт.
Повышенные дозы тяжелых металлов, пестицидов и продуктов переработки нефти могут заметно ослаблять защитные свойства организмов. Концентрация канцерогенов в Северном море достигает в настоящее время огромных величин. Огромные запасы этих веществ сконцентрировались в тканях дельфинов, являющихся конечным звеном пищевой цепи. Страны, расположенные на побережье Северного моря с недавнего времени проводят комплекс мероприятий, направленных на снижение, а в перспективе и на полное прекращение сброса в море и сжигания токсических отходов. Кроме того, человек осуществляет преобразование вод гидросферы путем строительства гидротехнических сооружений, в частности водохранилищ. Крупные водохранилища и каналы оказывают серьезное отрицательное воздействие на окружающую среду: изменяют режим грунтовых вод в прибрежной полосе, влияют на почвы и растительные сообщества, в конце концов, их акватории занимают большие участки плодородных земель.
В наши дни угрожающими темпами растет загрязнение мирового океана. Причем здесь существенную роль играет не только загрязнение стоками, но и попадание в воды морей и океанов большого количества нефтепродуктов. В целом, наиболее загрязнены внутренние моря: Средиземное, Северное, Балтийское, Японское, Яванское, а также Бискайский, Персидский и Мексиканский заливы. Загрязнение морей и океанов происходит по двум каналам. Во-первых, морские и речные суда загрязняют воду отходами, получаемыми в результате эксплуатационной деятельности, продуктами внутреннего сгорания в двигателях. Во-вторых, загрязнение происходит в результате аварий, когда в море попадают токсичные вещества, чаще всего нефть и нефтепродукты.
Дизельные двигатели судов выбрасывают вредные вещества в атмосферу, которые впоследствии оседают на поверхности воды. На танкерах перед каждой очередной загрузкой промываются емкости для удаления остатков ранее перевозимых грузов, при этом промывочная вода, а вместе с ней и остатки грузов чаще всего сбрасываются за борт. Кроме того, после доставки груза танкеры отправляются к пункту новой загрузки порожними, в этом случае для надлежащего плавания танкеры наполняются балластной водой, которая в процессе плавания загрязняется нефтяными остатками. Перед загрузкой эта вода также выливается за борт. Что же касается законодательных мер по контролю над нефтяным загрязнением при работе нефтяных терминалов и слива балластной воды из нефтеналивных судов, то они были приняты гораздо раньше, после того как стала очевидной опасность больших разливов нефти из танкеров.
Так, при авариях танкера «Торри Каньон» у берегов Великобритании в 1967 году и танкера «Престиж» у берегов Испании в 2002 году, последствия для окружающей среды были настолько ужасающими, что целый ряд государств внес большое число поправок для нефтеперевозящих судов и ужесточил наказание за подобные катастрофы. Результаты исследований показали, однако, что малоизвестные небольшие по объему, но постоянно повторяющиеся разливы и утечки нефти наносят экосистемам даже больший ущерб, чем нашумевшие катастрофы. Детергенты, применяемые для уничтожения нефтяных пятен с поверхности моря, часто оказываются более опасными для среды, чем сама нефть.
Настоятельно необходимо дальнейшее изучение проблемы и дальнейшее совершенствование мониторинга нефтяного загрязнения моря. На пути юридического контроля загрязнения морской, а особенно открытой океанической среды возникают большие трудности, поскольку проблема уничтожения отходов стала сейчас для многих государств весьма острой, а незаконный сброс их в море чрезвычайно привлекателен. Вредные химические соединения и радиоактивные отходы, попавшие в море, постепенно разносятся течениями и волнами, но если они попадают в мелководные приконтинентальные моря, то немедленно наносят вред экосистеме, еще до того, как удается принять эффективные меры борьбы с этим воздействием. В этом отношении малые моря особенно уязвимы. Воды Ирландского моря имеют более высокую радиоактивность, чем в других приконтинентальных морях, а объясняется это утечками на атомной электростанции станции в Селлафилде.
Загрязнение литосферы
Литосферой называют твердую оболочку Земли. Литосфера загрязняется жидкими и твердыми загрязняющими веществами и отходами. Установлено, что ежегодно на одного жителя Земли образуется одна тонна отходов, в том числе более 50 килограмм полимерных, трудноразлагаемых отходов, таких как резина или пластик. Верхние слои литосферы называется почвой.
Почвенный покров является важнейшим природным образованием и компонентом биосфера Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Плодородием почвы и климатическими условиями определяются возможность существования и развития экологических систем на Земле. И каждый год плодородных почв становится все меньше, и это происходит, в том числе и потому, что почвы загрязняются отходами. Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия являются одними из основных загрязнителей почвы. В составе загрязняющих веществ этой категории источников преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, пришедшие в негодность предметы домашнего хозяйства. Все это собирается и вывозится на свалки.
Для крупных городов сбор и уничтожение бытового мусора на свалках превратился в трудноразрешимую проблему. Простое сжигание мусора на городских свалках сопровождается выделением ядовитых веществ. При сжигании таких предметов, например, хлорсодержащих полимеров, образуются сильно токсичные вещества - диоксиды. Иногда коммунально-бытовые отходы стремятся закапывать в землю, однако этот способ не менее опасен для окружающей среды, так как он, в конечном счете, приводит к загрязнению подземных вод. Несмотря на это, в последние годы разрабатываются способы уничтожения бытового мусора путем сжигания. Перспективным способом считается сжигание такого мусора над горячими расплавами металлов.
Еще более опасными загрязнителями почвы являются промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и растения. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выбрасывает в окружающую природную среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы, содержащие фенол, бензол, стирол, крайне ядовитых веществ.
При производстве синтетических каучуков в почву попадают отходы катализаторов, некондиционные полимерные сгустки. При производстве резиновых изделий в окружающую среду поступают пылевидные ингредиенты, сажа, которые оседают на почву и растения, при попадании в дыхательную систему человека они могут вызывать обострение хронических заболеваний органов дыхания. При эксплуатации шин в окружающую среду попадают изношенные и вышедшие из строя покрышки, автокамеры и ободные ленты. Хранение и утилизация изношенных шин в настоящее время являются еще нерешенными проблемами, так как при этом часто происходят сильные пожары, которые очень трудно тушить.
Степень утилизации изношенных шин не превышает 30% от общего их объема. В то же самое время в Европе высоко развит процесс переработки резиновых и пластмассовых отходов, из которых производят вторичное сырье. Как и в случае с загрязнением атмосферы серьезный урон почве наносит транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды, оксид углерода, сажа и другие вещества, оседающие на поверхность земли или поглощаемые растениями. В последнем случае эти вещества также попадают в почву и вовлекаются в круговорот, связанный с пищевыми цепями. Загрязнение почвы в сельском хозяйстве происходит вследствие внесения огромных количеств минеральных удобрений и ядохимикатов, использующихся для повышения плодородия почвы и большей стойкости урожая. Однако чрезмерное удобрение почвы приводит к тому, что выращенные овощи и фрукты попросту опасны для здоровья человека. Известно также, что в составе некоторых ядохимикатов содержится ртуть.
Рассмотрим более подробно загрязнение почвы тяжелыми металлами и ядохимикатами. Тяжелыми металлами называют цветные металлы, плотность которых больше плотности железа. К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, ртуть, кадмий, хром. Особенностью тяжелых металлов является то, что в небольших количествах почти все они необходимы для растений и живых организмов. В организме человека тяжелые металлы участвуют в жизненно важных биохимических процессах. Однако превышение допустимого их количества приводит к серьезным заболеваниям. Тяжелые металлы накапливаются в почве и способствуют постепенному изменению ее химического состава, нарушению жизнедеятельности растений и живых организмов. Из почвы тяжелые металлы могут попасть в организм животных и людей и вызывать тяжелые для здоровья последствия.
Установлено, что ртуть в почву поступает с некоторыми пестицидами, бытовыми отходами и вышедшими из строя измерительными приборами. Так, одна люминесцентная лампа содержит 80 миллиграмм ртути, поэтому их категорически запрещается бить. При постоянном поступлении ртути в организм в малых количествах происходит поражение нервной системы, приводящей к возбудимости и ослаблению памяти. Весьма токсичным для живых организмов является свинец. Огромное количество свинца выделяется в атмосферу вместе с выхлопными газами автомобилей при сжигании бензина, так как 1 литр бензина содержит до 0,5 грамм тетраэтилсвинца.
Загрязнение почвы и растений свинцом вдоль автомобильных дорог распространяется на расстояние до 200 метров. Предельно допустимая концентрация свинца в почве равна 32 миллиграмма в одном килограмме почвы. Превышение этого показателя увеличивает вероятность попадания свинца в организм человека через сельскохозяйственные продукты, что может привести к поражению центральной нервной системы, печени, почек и головного мозга. Загрязнение почвы медью и цинком приводит к замедлению роста растений и снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Большую опасность для здоровья человека представляет накопление в почве кадмия. В природе кадмий находится в почве и в воде, а также в тканях растений. Потребление пищи, содержащей повышенные дозы кадмия, приводит к деформации скелета, снижению роста и сильным болевым ощущениям в пояснице, ослаблению костей.
Крайне опасным является загрязнение почвы пестицидами (ядохимикатами), используемыми в сельском хозяйстве Известно, что нормальный рост растений определяется различными физическими, химическими и биологическими процессами, которые протекают в почве. При попадании в почву пестициды могут быть включены в эти процессы с их накоплением в растениях. Кроме того, они сохраняют устойчивость в почве длительное время, что также обуславливает их накопление в пищевых цепях. Пестициды по назначению подразделяются на следующие группы:
· инсектициды, представляющие собой химикаты для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур (тиофос, метафос, карбофос, хлорофос, карбаматы);
· гербициды, предназначенные для борьбы с сорными травами;
· фунгициды – химикаты для борьбы с грибковыми болезнями растений – регуляторы роста растений;
· дефолианты, вызывающие преждевременное старение листьев растений. Они широко применяются при механизированной сборке хлопка для ускорения опадения листьев у хлопчатника.
Одним из первых пестицидов был печально известный ДДТ – дифенилдихлортрихлорэтан. Этот препарат обладал высокоэффективными инсектицидными свойствами и поэтому долгое время успешно применялся против малярийных комаров, клещей, вшей. В годы войны с помощью ДДТ успешно подавляли очаги сыпного тифа и малярии. В Советском Союзе с помощью ДДТ был уничтожен клещ, переносящий таежный энцефалит. Однако много позже обнаружилось, что ДДТ обладая высокой устойчивостью в природной среде, способен накапливаться в пищевых цепях и наносить существенный вред животному миру.
Попадая в организм человека, ДДТ аккумулируется в мозге и действует как нервный яд. При этом нормальное функционирование мозга нарушается. Применение ДДТ в настоящее время запрещено, но предполагают, что в биохимическом круговороте количество ДДТ в настоящее время составляет около 1 миллиона тонн. Необходимость применения пестицидов в сельском хозяйстве обусловлена тем, что без них урожайность сельскохозяйственных культур резко падает и составляет лишь 20-40% от возможной при их применении. Трудно себе представить уничтожение колорадского жука на картофельных плантациях без применения пестицидов.
Как и в случае с атмосферой, к наиболее тяжелым последствиям приводят радиоактивное загрязнение почвы. В процессе ядерной реакции на атомных электростанциях лишь 1% ядерного топлива превращается в тепловую энергию, а остальные 99% выгружаются из атомных реакторов в виде отходов. Эти отходы представляют собой радиоактивные продукты расщепления урана – плутоний, цезий, стронций и другие. Утилизация и захоронение отработанного ядерного топлива представляют собой трудноразрешимую проблему. Ежегодно в мире при производстве электроэнергии на атомных электростанциях образуется около 200 000 кубометров радиоактивных отходов с низкой активностью и 10 000 кубометров высокоактивных отходов.
Радиоактивные отходы бывают жидкими и твердыми. В зависимости от агрегатного состояния изменяются условия их захоронения. Высокоактивные жидкие радиоактивные отходы, способные к взрыву, в виде азотнокислых водных растворов хранят в аппаратах объемом до нескольких кубометров с двойными стенками из нержавеющей стали и с мешалкой. Жидкие высокоактивные радиоактивные отходы, не способные к взрыву хранятся в могильниках, которые состоят из шахт и специальных помещений для хранения. В настоящее время одним из безопасных способов устранения опасности радиоактивного излучения твердых ядерных отходов является их захоронение. Твердые радиоактивные отходы хоронят в специальных контейнерах в подземных штольнях, тоннелях. К ним предъявляются особые требования при транспортировке к месту захоронения.
Еще в 1973 году ЮНЕСКО опубликовала список десяти самых опасных загрязнителей биосферы. Их перечень и краткая характеристика приведены в следующей таблице:
1. Диоксид углерода. Образуется при сгорании всех видов топлива. Увеличение его содержания в атмосфере приводит к повышению её температуры, что чревато пагубными геохимическими и экологическими последствиями.
2. Оксид углерода. Образуется при не полном сгорании топлива. Может нарушить тепловой баланс верхней атмосферы.
3. Сернистый газ. Содержится в дымах промышленных предприятий. Вызывает обострение респираторных заболеваний, наносит вред растениям. Разъедает известняк и некоторые камни.
4. Оксиды азота. Создают смог и вызывают респираторные заболевания и бронхит у новорождённых. Способствует чрезмерному разрастанию водной растительности.
5. Фосфаты. Содержатся в удобрениях. Главный загрязнитель вод в реках и озёрах.
6. Ртуть. Один из опасных загрязнителей пищевых продуктов, особенно морского происхождения. Накапливается в организме и вредно действует на нервную систему.
7. Свинец. Добавляется в бензин. Действует на ферментные системы и обмен веществ в живых клетках.
8. Нефть. Приводит к пагубным экологическим последствиям, вызывает гибель планктоновых организмов, рыбы, морских птиц и млекопитающих.
9. ДДТ и другие пестициды. Очень токсичны для ракообразных. Убивают рыбу и организмы, служащие кормом для рыб. Многие являются канцерогенами.
10. Радиация. В превышенно допустимых дозах приводит к злокачественным новообразованиям и генетическим мутациям.