Загрязнение биосферы

     10.Биогеохимическая  деятельность человека - превращение  и перемещение веществ биосферы  в результате человеческой деятельности  для хозяйственных и бытовых  нужд человека. Например, использование  концентраторов углерода - нефти,  угля, газа и др.  
 
 
 
 
 
 

Биологический круговорот веществ: круговорот углерода и серы 

     Круговорот  углерода. Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.

     Миграция  углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далекие геологические эпохи сотни миллионов лет назад значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах миллионы лет, этот детрит под действием высоких температур и давления (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь, во что именно - зависело от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах. Теперь мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определенном смысле завершаем круговорот углерода. Если бы ни этот процесс в истории планеты, вероятно, человечество имело бы сейчас совсем другие источники энергии, а может быть и совсем другое направление развития цивилизации. По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.

     В пределах суши, где имеется растительность, углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

     Круговорот  серы. Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых организмах находится в виде органических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организме и активизирующих некоторые ферменты.

     Сера  представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях в зависимости от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов. В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита, пирронита , халькопирита , в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, в ископаемых углях - в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические соединения.

     В связи с окислением сульфидных минералов  в процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан. Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные. 
 

Антропогенное влияние на атмосферу  и связанные с  ним последствия 

     В начале ХХ века во взаимодействии природы  и общества наступила новая эра. Воздействие общества на географическую среду, антропогенное воздействие, резко возросло. Это привело к  превращению природных ландшафтов в антропогенные, а также к  возникновению глобальных проблем  экологии, т.е. проблем не знающих границ. Чернобыльская трагедия поставила под угрозу всю Восточную и Северную Европу. Выбросы отходов влияют на глобальное потепление, озоновые дыры угрожают жизни, происходит миграция и мутация животных.

     Антропогенные факторы, т.е. результаты деятельности человека, приводящие к изменению  среды обитания можно рассматривать  на уровне региона, страны или глобальном уровне.

       Антропогенное загрязнение атмосферы приводит к глобальному изменению. Загрязнения атмосферы поступают в виде аэрозолей и газообразных веществ. Наибольшую опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится около 80% всех выбросов. Прежде всего — это соединения серы, углерода, азота. Углекислый газ сам по себе не ядовит, но с его накоплением связана опасность такого глобального процесса как «парниковый эффект». Последствие мы видим по потеплению климата на Земле.

     С попаданием в атмосферу соединений серы и азота связано выпадение  кислотных дождей. Двуокись серы и  окислы азота в воздухе соединяются  с парами воды, затем вместе с  дождями выпадают на землю фактически в виде разбавленных серной и азотной  кислот. Такие осадки резко нарушают кислотность почвы, способствуют гибели растений и высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера угнетающе действуют на флору и фауну, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни — от рыб до микроорганизмов. Расстояние между местом образования кислотных осадков и местом их выпадения может составлять тысячи километров.

     Эти отрицательные воздействия глобального  масштаба усугубляются процессами опустынивания  и вырубки лесов. Главный фактор опустынивания — это деятельность самого человека. Среди антропогенных  причин — это избыточный выпас  скота, вырубка лесов, чрезмерная и  неправильная эксплуатация земель. Ученые подсчитали, что общая площадь  антропогенных пустынь превысила  площадь естественных. Вот почему опустынивание относят к числу  глобальных процессов.

     Теперь  рассмотрим примеры антропогенного воздействия на уровне нашей страны. Россия занимает одно из первых мест в  мире по запасам пресной воды. И  учитывая, что общие ресурсы пресной  воды составляют от общего объема гидросферы Земли всего 2-2,5%, становится ясно каким богатством мы обладаем. Главною опасность для этих ресурсов представляет загрязнение гидросферы. Основные запасы пресной воды сосредоточены в озерах, площадь которых в нашей стране больше территории Великобритании. В одном только Байкале находится примерно 20% мировых запасов пресной воды.

     Существует  три вида загрязнения водной среды: физическое (прежде всего тепловое), химическое и биологическое. Химические загрязнения возникают в результате попадания различных химических веществ и соединений. К биологическим  загрязнениям относятся прежде всего микроорганизмы. В водную среду они попадают вместе со стоками химической и целлюлозно-бумажной промышленности. От таких загрязнений пострадал и Байкал, и Волга, и многие большие и малые реки России. Отравление рек и морей отходами промышленности, сельского хозяйства приводят еще к одной беде — уменьшению поступления в морскую воду кислорода и как следствие отравление морской воды сероводородом. Примером может служить Черное море. В Черном море существует установившийся режим обмена поверхности и глубинных вод, который препятствует проникновению в глубину кислорода. В результате на глубине накапливается сероводород. В последнее время ситуация в Черном море резко ухудшилась и не только из-за постепенного нарушения равновесия между сероводородными и кислородными водами, идет нарушение гидрологического режима после строительства плотин на реках, впадающих в Черное море, так и из-за загрязнения прибрежных вод отходами промышленности и сточными водами.

     Остро стоят проблемы химического загрязнения  водоемов, рек и озер в Мордовии. Одним из наиболее ярких примеров — сброс в водостоки и водоемы  тяжелых металлов, среди которых  особенно опасен свинец (антропогенные  его поступления в 17 раз превышают  естественные) и ртуть. Источниками  этих загрязнений явились вредные  производства светотехнической промышленности. В недавнем прошлом тяжелыми металлами  был отравлен водоем на севере Саранска под названием Саранское море.

     Не  обошла стороной Мордовию и общая  беда — чернобыльская авария. В  результате многие районы пострадали от радиоизотопного загрязнения  земель. И результаты этого антропогенного воздействия будут сказываться  еще сотни лет.

     Человеческая  деятельность приводит к тому, что  загрязнения поступают в атмосферу  в основном в двух видах — в  виде аэрозолей (взвешенных частиц) и газообразных веществ.

     Главные источники аэрозолей — промышленность строительных материалов, производство цемента, открытая добыча угля и руд, черная металлургия и другие отрасли. Общее количество аэрозолей антропогенного происхождения, поступающих в атмосферу в течение года составляет 60 млн. тонн. Это в несколько раз меньше объема загрязнений естественного происхождения (пыльные бури, вулканы).

     Гораздо большую опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится 80-90% всех антропогенных выбросов. Это соединения углерода, серы и азота. Соединения углерода, прежде всего углекислый газ сам по себе не ядовит, но с накоплением его связана опасность такого глобального процесса как «парниковый эффект». Кроме того выбрасывается угарный газ, в основном двигателями внутреннего сгорания.

     Соединения  азота представлены ядовитыми газами — окисью и перекисью азота. Они  так же образуются при работе двигателей внутреннего сгорания, при работе теплоэлектростанций, при сжигании твердых отходов.

     Наибольшую  опасность представляет собой загрязнение  атмосферы соединениями серы, и прежде всего сернистым газом. Соединения серы выбрасываются в атмосферу  при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также  при выплавке цветных металлов и  производстве серной кислоты. Антропогенное  загрязнение серой в два раза превосходит природное. Наибольших концентраций сернистый газ достигает  в северном полушарии, особенно над  территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном полушарии оно ниже.

     С попаданием в атмосферу соединений серы и азота непосредственно  связано выпадение кислотных  дождей. Механизм их образования очень  прост. Двуокись серы и окислы азота  в воздухе соединяются с парами воды. Затем вместе с дождями, туманами они выпадают на землю в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие  осадки резко нарушают нормы кислотности  почвы, ухудшают водообмен растений, способствуют высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера, они угнетают их флору и фауну, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни — от рыб до микроорганизмов. Большой вред кислотные дожди наносят и различным конструкциям (мостам, памятникам и т.д.).

     Главные регионы распространения кислотных  осадков в мире — США, зарубежная Европа, Россия и страны СНГ. Но в  последнее время они отмечены в промышленных районах Японии, Китая, Бразилии.

     Расстояние  между районами образования и  районами выпадения кислотных осадков  может достигать даже тысячи километров. Например, главные виновники кислотных осадков в Скандинавии — промышленные районы Великобритании, Бельгии и ФРГ.

     Ученые  и инженеры пришли к выводу: главный  путь предупреждения загрязнения атмосферы  должен заключаться в постепенном  сокращении вредных выбросов, ликвидации их источников. Поэтому необходим  запрет на использование высокосернистых угля, нефти и топлива.

     В наше время последствия антропогенного воздействия на географическую среду  многообразны и не все они контролируются человеком, многие из них проявляются  позже. Разберем основные из них. Изменение климата (геофизики) Земли на основе усиления тепличного эффекта, выбросов метана и других газов, аэрозолей, радиоактивных газов, изменения концентрации озона. Ослабление озонового экрана, образование большой «озоновой дыры» над Антарктидой и «малых дыр» в других регионах. Загрязнение ближайшего космического пространства и его замусоривание. Загрязнение атмосферы ядовитыми и вредными веществами с последующим выпадением кислотных дождей и разрушением озонового слоя, в котором участвуют фреоны, NO2, водяные пары и другие газовые примеси. Загрязнение океана, захоронение в нем ядовитых и радиоактивных веществ, насыщение его вод углекислым газом из атмосферы, загрязнение нефтепродуктами, тяжелыми металлами, сложноорганическими соединениями, разрыв нормальной экологической связи между океаном и водами суши из-за строительства плотин и других гидросооружений. Истощение и загрязнение поверхностных вод суши и подземных вод, нарушение баланса между поверхностными и подземными водами. Радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов, в связи с чернобыльской аварией, эксплуатацией атомных устройств и атомными испытаниями. Продолжающееся накопление на поверхности суши ядовитых и радиоактивных веществ, бытового мусора и промышленных отходов (особенно неразлагающихся пластмасс), возникновение в них вторичных химических реакций с образованием токсичных веществ. Опустынивание планеты, расширение уже существующих пустынь и углубление самого процесса опустынивания.