Современное общество и его воздействие на биосферу

Установлено, что пестициды  уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями.

В настоящее время более 5 млн.т. пестицидов поступает на мировой  рынок. Около 1,5 млн.т. этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем золовым и водным путем.

Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители  инсектицидов, фунгецидов и гербицидов.

Синтезированные инсектициды  делятся на три основных группы:

хлороорганические, фосфороорганические  и карбонаты. Хлороорганические

инсектициды получаются  путем хлороирования ароматических  и гетероциклических

жидких углеводородов. К  ним относятся ДДТ и его  производные, в молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиена

(элдрин). Эти вещества  имеют период полураспада до  нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации.

В водной среде часто встречаются  полихлорбифенилы - производные ДДТ  без алифатической части, насчитывающие  210 гомологов и изомеров.  За последние 40 лет использовано более 1,2 млн.т. полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов. Полихлорбифенилы (ПХБ)

попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во все районах Земного шара. Так в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 0,03 - 1,2 кг./л.

     Синтетические поверхностно-активные вещества.

 Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное  натяжение  воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и

промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые  воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия.

В зависимости от природы  и структуры гидрофильной части  молекулы СПАВ делятся на анионактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионактивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с

использованием их в таких  процессах, как флотационное обогащение руд,

разделение продуктов  химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования.

В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

     Соединения с канцерогенными свойствами.

Канцерогенные вещества – это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и

способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов

эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов.

К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках  Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тентонически активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

     Тяжелые металлы.

 Тяжелые металлы (ртуть,  свинец, кадмий, цинк, медь,

мышьяк) относятся к числу  распространенных и весьма токсичных  загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений  поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.

Ртуть переносится в океан  с материковым стоком и через  атмосферу. При

выветривании осадочных  и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается.

При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную  метилртуть.

Заражение морепродуктов  неоднократно приводило  к ртутному отравлению

прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни  Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив

Минамата. Свиней - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех

компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных  водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20-30) т. свинца в год.

     Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг).

 Многие страны, имеющие выход к морю,  производят  морское  захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов,

взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем  захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.

Основанием для дампинга в море служит возможность морской  среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна.

Поэтому дампинг рассматривается  как вынужденная мера, временная  дань общества несовершенству технологии.

В шлаках промышленных производств  присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40% органических веществ; 0,56% азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0,085% свинца; 0,001% ртути; 0,001% кадмия. Во время сброса прохождение материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды.

Наличие органических веществ  часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не редко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода.

Присутствие большого количества органических веществ создает в  грунтах

устойчивую восстановительную  среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробиантов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно

и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к  гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания.

Нередко изменяется видовой  состав данного сообщества.

При организации системы  контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения  морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех  загрязняющих веществ в составе материального сброса.

     Тепловое загрязнение.

 Тепловое загрязнение   поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод

электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс  нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв.км. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и донным слоям. Растворимость кислорода уменьшается, а

потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры  усиливается

активность аэробных бактерий, разлагающих органическое  вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.

На основании обобщения  материала можно сделать вывод, что эффекты

антропогенного воздействия  на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.

5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ  ПОЧВЫ

 

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли.

Именно почвенная оболочка определяет  многие процессы, происходящие в

биосфере.

Важнейшее значение почв состоит  в аккумулировании  органического  вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.

Одним из видов  антропогенного воздействия является загрязнение  пестицидами.

     Пестициды как загрязняющий фактор.

 Открытие пестицидов  – химических средств защиты растений и  животных от различных вредителей и болезней – одно из важнейших достижений современной науки. Сегодня в мире на 1 га. наносится

300 кг. химических средств.  Однако в результате длительного  применения

пестицидов в сельском хозяйстве и медицине (борьба с  переносчиками болезней) почти повсеместно отличается снижение из эффективности вследствие развития резистентных рас  вредителей и распространению "новых" вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были  уничтожены пестицидами. В то же время действие пестицидов стало проявляться в глобальных масштабах. Из громадного количества насекомых вредными  являются лишь 0,3% или 5 тыс. видов.

У 250-ти видов обнаружена резистентность к пестицидам. Это  усугубляется

явлением перекрёстной резистенции, заключающейся в том, что повышенная

устойчивость к действию одного  препарата  сопровождается устойчивостью к соединениям других классов. С общебиологических позиций резистентность можно рассматривать как смену  популяций в результате перехода от чувствительного штамма к устойчивому штамму того же вида  вследствие отбора, вызванного пестицидами. Это явление связано с генетическими, физиологическими и биохимическими перестройками организмов. Неумеренное применение пестицидов (гербицидов, инсектицидов, дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. В

связи с этим усиленно изучается  судьба пестицидов в почвах и возможности  и возможности их обезвреживать химическими  и  биологическими способами. Очень важно создавать и применять только  препараты с небольшой продолжительностью жизни,  измеряемой неделями или месяцами.  В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с большой  скоростью  деструкции, однако проблема в целом ещё не решена.

     Кислые атмосферные выпады на сушу.

 Одна из острейших  глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности

атмосферных осадков и  почвенного покрова. Районы кислых почв не знают  засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво;  они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств оксилов

серы, азота, углерода. Эти  оксилы, поступая в атмосферу переносятся  на большие

расстояния, взаимодействуют  с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и  угольной кислот,  которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу окислов серы, азота, сероводорода и оксида  углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности