Характеристика региона Кемеровская область

Загрязнители окружающей среды

В сбалансированной экосистеме существует почти замкнутый круг, по которому движутся вещества: например, экскременты и продукты распада одних организмов служат пищей другим и т. д. Однако экосистема в силу ряда причин может стать несбалансированной, когда нарушается нормальный круговорот. К примеру, продукты распада накапливаются в окружающей среде и не утилизируются. Наиболее часто в роли дестабилизатора экосистемы выступает человек со своей практической деятельностью, и в биосферу выбрасываются большие количества вредных веществ, а также веществ, казалось бы, безвредных (например, СО2), но в таких количествах, что "забуференности" биогеохимических циклов уже недостаточно.

Таким образом, веществами-загрязнителями можно назвать вещества, характеризующиеся следующей совокупностью данных:

• попадают в биосферу в процессе человеческой деятельности;
• нарушают баланс веществ экосистемы, их цикличность, образуясь с большей скоростью, чем уничтожаясь;
• делают среду обитания менее благоприятной (некомфортной) как для самого человека, так и для многих его "соседей по планете".

Вещества-загрязнители, попав первоначально лишь в один из компонентов окружающей среды, постепенно загрязняют, как правило, остальные компоненты (воздух, воду, почву). Перераспределение загрязнителей, пути миграции их в окружающей среде рано или поздно могут привести к прямому негативному воздействию на человека.

Последствия загрязнения природной среды техногенными веществами настолько серьезны, что задача максимально сократить количество попадающих в биосферу отходов стала сейчас первоочередной и жизненно важной. При этом особый акцент делается на создание безотходных технологий производства и потребления, производство принципиально новых экологически чистых веществ и материалов, разработку и внедрение систем улавливания, утилизацию и обезвреживание газообразных выбросов, сточных вод и твердых отходов.

Синтезируя новые химические вещества для промышленных нужд, создавая новые приборы и машины, проектируя технологические линии и процессы, человек должен обязательно прогнозировать и объективно оценивать возможную степень воздействия всего созданного им на биосферу, на компоненты окружающей среды, на него самого, т. е. проводить предварительную комплексную научно обоснованную, независимую (от мнений отдельных заинтересованных лиц) экологическую экспертизу.

Все присутствующие в биосфере химические вещества, как природные, так и привнесенные в нее человеком, в сумме составляют хемосферу.

Множество природных соединений осуществляют в экосистемах важные функции. В то же время многие организмы вырабатывают токсичные вещества, которые, впрочем, также являются определенными хемомедиаторами, и их обращение в экосистемах находится под контролем природы и не приводит к каким-либо серьезным негативным последствиям.

Сейчас уже синтезировано и выделено из природных источников свыше 6 млн. химических веществ. Эта цифра ежегодно возрастает на 5%. Причем здесь не учтены полимерные и олигомерные соединения, а также композиции и смеси. В США регистрируется около 120 тыс. в год только новых синтетических соединений. Все это говорит о том, что деятельность человека активно увеличивает потенциал хемосферы.

Среди таких веществ антропогенного (от греч. антропос — "человек" и греч. генезис — "происхождение") характера есть мутагенные (порождающие мутации), канцерогенные, тератогенные (вызывающие уродства, от греч тератос — "чудовище") и т. д. Так, потенциальными канцерогенами признано сейчас около 25000 соединений!

Один из важнейших вопросов химической экологии — изучение тех превращений, которые претерпевают антропогенные вещества в экосистемах и механизмов их вредного воздействия на организмы, экосистемы и биосферу в целом. В связи с этим вопросом в экологической литературе встречаются следующие термины.

Ксенобиотики (от греч. ксенос — "чужой" и греч. биос — "жизнь") — химические вещества, чужеродные по отношению к живым организмам и не входящие в естественные биогеохимические циклы. Их появление в биосфере прямо или косвенно связано с хозяйственной деятельностью человека.

Поллютанты (от лат. поллюцио — "марание") — химические вещества, загрязняющие среду обитания. Синоним — загрязнители.

Можно предположить, что загрязнителем всегда является лишь то вещество, которого в природе, в экосистемах очень мало. Однако это не всегда так. Все зависит от степени концентрации того или иного вещества в биосфере или в какой-либо ее части, а также от способности собственных "сил природы" справиться с этим загрязнителем, утилизировать его. Так, например, компонент древесины лигнин образуется в громадных количествах как отход целлюлозно-бумажной промышленности и потому он — серьезный поллютант.

По пространственному распределению (размеру территорий) загрязнители подразделяются на:

• глобальные (фоново-биосферные, как, например, в случае с парниковыми газами — СО2, СН2, хлорфторуглеродами и пр.);
• региональные;
• локальные;
• точечные.

По силе и характеру воздействия на окружающую среду загрязнения бывают:

• фоновые;
• импактные (от англ, импэкт — "удар", "толчок");
• постоянные (перманентные);
• постепенно нарастающие;
• катастрофические (аварийные, например, выброс нефти при аварии танкера в море).

По источникам возникновения загрязнители разделяются на:

• промышленные (например SО2);
• транспортные (например, альдегиды выхлопов автомобилей);
• сельскохозяйственные (например, пестициды);
• коммунально-бытовые (например, детергенты синтетических моющих средств).

Одна из проблем, связанных с появлением в экосистемах веществ антропогенного происхождения, — нарушение поллютантами химической коммуникации между организмами. Так, появление в водной среде фенола с концентрацией 5 мг/л искажает реакцию карповых рыб (например, горчака) на собственный феромон тревоги. При концентрации фенола 20 – 30 мг/л наступает полная потеря чувствительности к феромону. Таким образом, загрязнители способны нарушать экологическое равновесие в экосистемах, разрывая "химические контакты" между организмами.

Экзогенные вещества (от греч. экзо — "снаружи" и греч. генезис — "происхождение") — вещества, появление которых связано с деятельностью человека (термин подчеркивает неприродное происхождение соединения).

Экотоксиканты (от греч. ойкос — "дом" и греч. токсикон — "яд") — .ядовитые химические вещества антропогенного происхождения, вызывающие серьезные нарушения в структурах экосистем.

Суперэкотоксиканты (от греч. супер — "сверху", "над") — вещества, обладающие в малых дозах мощным токсичным действием полуфункционального характера. Для суперэкотоксикантов (СЭТ) фактически теряет смысл понятие предельно допустимой концентрации (ПДК). Кроме того, они резко повышают чувствительность живых организмов к другим, менее сильным (менее токсичным) ксенобиотикам. К суперэкотоксикантам относятся диоксины, дибензофураны, бензантрацены, микотоксины, нитрозамины, нафтиламины.

Все химические вещества, составляющие хемосферу, можно условно разделить на четыре группы:

1. Безвредные для человека.
2. Действуют на человека опосредованно, делая менее благоприятной среду его обитания,
3. Могут прямо действовать на человека как на живой объект, отравляя его (токсиканты) или поражая каким-либо другим способом (например, радиоактивные вещества — излучением).
4. Вещества неопределенного характера действия. О многих из них нет достаточно полных сведений (токсичность, поведение в биосфере).

Токсичность — свойство химических веществ, способность вызывать отравление (интоксикацию) организма. Она характеризуется дозой вещества, вызывающей определенную степень отравления.

При ингаляционных отравлениях доза равна произведению сt, где с — концентрация паров или аэрозоля (мг/м3); t — время вдыхания (мин).

При поражении другими путями (внутривенно, внутримышечно, через желудочно-кишечный тракт, кожу и пр.) доза оценивается количеством вещества в мг на 1 кг живой массы.

Различают:

1. среднесмертельные (летальные) дозы:

• Lctso — при ингаляционном отравлении;
• LD 50 (ЛД 50) — при других видах воздействия;

2. пороговые дозы:

• PctjQ — при ингаляционном отравлении;
• РВ10 (ПД 10) — при других видах воздействия.

Цифра в индексе показывает вероятность (в %) гибели организмов для смертельных доз или появление признаков отравления для пороговых. Токсичность определяют, проводя опыты на животных с применением статистических методов.

Качество окружающей среды, его соответствие требованиям нормальной жизнедеятельности человека характеризуется экологическими стандартами. Точнее, стандарты подразделяют на собственно экологические и производственно хозяйственные.

К стандартам первого типа относятся предельно допустимые нормы антропогенного воздействия на окружающую среду, превышение которых ведет к угрозе здоровью человека, отрицательно влияет на растения и животных. Среди таких характеристик часто используют:

• ПДК — предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ, т. е. максимальное количество поллютанта в единице объема воздуха или воды, которое при ежедневном воздействии на организм человека, в течение длительного времени не вызывает патологических изменений или заболеваний, а также не нарушает нормальной жизнедеятельности;
• ПДУ — предельно допустимый уровень вредного физического воздействия (шум, электромагнитные излучения и пр.).
• Производственно-хозяйственными стандартами качества среды служат:
• ПДВ — предельно допустимый выброс загрязняющих веществ каким-либо производством в окружающую среду (например, из одной заводской трубы в единицу времени);
• ПДС — предельно допустимый сброс (то же для жидкого поллютанта);
• ПДП — предельно допустимое поступление;
• ПГП — предельно годовое поступление и т. д.

Теперь рассмотрим некоторые вредные вещества, а также их воздействие.

Оксид углерода

Бесцветный и не имеющий запаха газ. Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление головной боли) возникают у человека через 2 – 3 часа его пребывания в атмосфере содержащей 200 – 220 мг/м3 СО; при более высоких концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. Токсичность СО возрастает при наличии в воздухе азота, в этом случае концентрацию СО в воздухе необходимо снижать в 1,5 раза.

Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид

Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.

Серный ангидрид

Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Сероводород и сероуглерод

Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота

Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.

В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO2 — бесцветный, не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов, где образуют фотохимический туман — смог. Отравленный оксидами азота воздух начинает действовать с легкого кашля. При повышении концентрации NO, возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO3 и HNO2, которые приводят к отеку легких.