Экологические проблемы суши

Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:

1. Сжигание  горючих ископаемых, которое сопровождается  выбросом 5 млрд. т. углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860 – 1960 гг.) содержание СО₂ увеличилось на 18 %  (с 0,027 до 0,032%). За последние три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.

2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых  углей в результате выделения  сернистого газа и мазута образуются  кислотные дожди.

3. Выхлопы  современных турбореактивных самолетов  с оксидами азота и газообразными  фторуглеводородами из аэрозолей,  которые могут привести к повреждению  озонового слоя атмосферы (озоносферы).

4. Производственная  деятельность.

5. Загрязнение  взвешенными частицами (при измельчении,  фасовке и загрузке, от котельных,  электростанций, шахтных стволов,  карьеров при сжигании мусора).

6. Выбросы  предприятиями различных газов.

7. Сжигание  топлива в факельных печах,  в результате чего образуется  самый массовый загрязнитель  – монооксид углерода.

8. Сжигание  топлива в котлах и двигателях  транспортных средств, сопровождающееся  образованием оксидов азота, которые  вызывают смог.

9. Вентиляционные  выбросы (шахтные стволы).

10. Вентиляционные  выбросы с чрезмерной концентрацией  озона из помещений с установками  высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые  источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м³. В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

Мощным и чрезвычайно опасным  фактором загрязнения атмосферы  являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская  авария) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как  с быстрым разносом радионуклидов  на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории.

Главными  антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных  оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и  микробы. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Твердые взвешенные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым  шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В  снеговой пыли специально разработанными методами обнаружены окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в самородном виде.

В Западной Европе 28 особо опасным химическим элементов. В группу органических веществ  входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид, стирол, толуол, винилхлорид, а неорганических – тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест. Преимущественно токсическое действие оказывают свинец, кадмий. Интенсивный неприятный запах имеют сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан, толуол. Ореол воздействия оксидов серы и азота распространяется на большие расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей воздуха входят в международный реестр потенциально токсичных химических веществ.

 

Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. 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 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серо-содержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 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 85 процентов от общемирового выброса.

в) 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. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ан гидрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с 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.

д) 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.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики. стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь  происходит выброс в атмосферу различных  тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на I т. предельного  чугуна выделяется кроме 2,7 кг сернистого газа и 4,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и  редких металлов, смоляных веществ  и цианистого водорода.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу  от стационарных источников на территории России составляет около 22 – 25 млн. т. в  год.

 

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии  в воздухе. Аэрозоли разделяются  на первичные (выбрасываются из источников загрязнения), вторичные (образуются в  атмосфере), летучие (переносятся на далекие расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовыбросов). Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли - (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию накапливаться  в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах.

Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения.

Основной  аэрозоль атмосферы – сернистый  ангидрид (SO₂), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4 – 5 суток). По современным оценкам, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO₂  на 20%.

К атмосферным  загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими  атмосферными загрязнителями после  возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных  частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие  скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном  слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над  источниками газопылевой эмиссии  существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под  теплым, что препятствует воздушным  массам и задерживает перенос  примесей вверх. В результате вредные  выбросы сосредотачиваются под  слоем инверсии, содержание их у  земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее  неизвестного в природе фотохимического  тумана.

 

Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога  входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой  концентрации оксидов азота, углеводородов  и других загрязнителей; интенсивная  солнечная радиация и безветрие  или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.

 

Озоновый  слой Земли – это слой атмосферы, близко совпадающий со стратосферой, лежащий между 7 – 8 (на полюсах), 17 – 18 (на экваторе) и 50 км над поверхностью планеты и отличающийся повышенной концентрацией молекул озона, отражающих жесткое космическое излучение, гибельное для всего живого на Земле. Его концентрация на высоте 20 – 22 км от поверхности Земли, где она достигает максимума, ничтожно мала. Эта естественная защитная пленка очень тонка: в тропиках ее толщина составляет всего 2 мм, у полюсов она вдвое больше.

Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение  озоновый слой создает оптимальные  световой и термические режимы земной поверхности, благоприятные для  существования живых организмов на Земле. Концентрация озона в стратосфере  непостоянна, увеличиваясь от низких широт  к высоким, и подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.

Своему  существованию озоновый слой обязан деятельности фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород ультрафиолетовых лучей. Он защищает все живое на Земле от губительного действия этих лучей.

Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы  некоторыми веществами (фреонами, оксидами азота и др.) может нарушить функционирование озонового слоя Земли.

Главную опасность для атмосферного озона  составляет группа химических веществ, объединенных термином «хлор-фторуглероды» (ХФУ), называемых также фреонами. Попадая  в верхние слои атмосферы, эти  инертные у поверхности Земли  вещества становятся активными. Под  воздействием ультрафиолетового излучения  химические связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона «вышибает» из нее один атом. Озон перестает быть озоном, превращаясь в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за новой «жертвой». Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.

Активную  роль в образовании и разрушении озона играют также оксиды азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, бром, фтор.

 

В настоящее  время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных  выбросов в окружающую среду, которые  являются главным источником загрязнения  атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что  в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает  в атмосферу (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших  углеводородов – 230 и твердых  веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается  много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

 

Экологические проблемы литосферы

 

Антропогенные воздействия на почвы – это:

- эрозия  почв (земель);

- загрязнение  литосферы и почвы;

- вторичное  засоление и заболачивание почв;

- опустынивание;

- отчуждение  земель.

Почва - верхний  слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов  и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями.

В почве  сложным образом взаимодействуют  следующие основные компоненты:

- минеральные  частицы (песок, глина), вода, воздух;

- детрит - отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений  и животных;

- множество  живых организмов, разлагающих детрит  до гумуса.

Процесс развития почвы заканчивается, когда  достигается равновесие, соответствие почвы с растительным покровом и  климатом.

         В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии.

Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли  без соблюдения правил агротехники  приводит к возникновению эрозии почвы - разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Эрозия в  настоящее время стала всемирным  злом. Подсчитано, что только за последнее  столетие в результате водной и ветровой эрозий на планете потеряно 2 млрд. га плодородных земель активного сельскохозяйственного  пользования.

Одним из последствий усиления производственной деятельности человека является интенсивное  загрязнение почвенного покрова, В  роли основных загрязнителей почв выступают  металлы и их соединения, радиоактивные  элементы, а также удобрения и  ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве.