Процессы деградации почв. Дефляция

Хлорорганические инсектициды получают путем хлорирования ароматических и жидких гетероциклических 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.

Пестициды легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, т.е. веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди микроорганизмов своих "потребителей" и поэтому почти не разлагаются в природных условиях, а только накапливаются в Мировом океане. Вместе с тем они остротоксичны, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментативную активность, сильно влияют на наследственность.

Синтетические поверхностно-активные вещества. ПАВ - жиры, масла, смазочные материалы образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом.

Детергенты (ПАВ) 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 ПАВ, 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, ПАВ, делятся на анионактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди ПАВ, являются анионактивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире ПАВ.

Типичные ПАВ - органические соединения дифильного строения, т.е. содержащие в молекуле атомные группы, сильно различающиеся по интенсивности  взаимодействия с окружающей средой (в наиболее практически важном случае - водой). Так, в молекулах ПАВ имеются один или несколько углеводородных радикалов, составляющих олео-, или липофильную, часть (она же - гидрофобная часть молекулы), и одна или несколько полярных групп - гидрофильная часть. Слабо взаимодействующие с водой олеофильные (гидрофобные) группы определяют стремление молекулы к переходу из водной (полярной) среды в углеводородную (неполярную). Гидрофильные группы, наоборот, удерживают молекулу в полярной среде или, если молекула ПАВ находится в углеводородной жидкости, определяют ее стремление к переходу в полярную среду. Таким образом, поверхностная активность ПАВ, растворенных в неполярных жидкостях, обусловлена гидрофильными группами, а растворенных в воде - гидрофобными радикалами.

В мировом производстве ПАВ большую  часть составляют анионные вещества. Среди них можно выделить следующие основные группы: карбоновые кислоты, а также их соли, алкилсульфаты (сульфоэфиры), алкилсульфонаты и алкил-арилсульфонаты, прочие продукты. Наиболее распространены натриевые и калиевые мыла жирных и смоляных кислот; нейтрализованные продукты сульфирования высших жирных кислот, олефинов, алкилбензолов. Второе место по объему промышленного производства занимают неионные ПАВ - эфиры полиэтиленгликолей. Большинство неионных ПАВ получают присоединением окиси этилена к алифатическим спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам и другим соединениям с реакционноспособным атомом водорода.

Присутствие, ПАВ 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, ПАВ, применяется в составе пестицидов.

На фосфатной основе производятся стиральные порошки, которые отрицательно влияют не только непосредственно на здоровье человека, но и наносят огромный ущерб окружающей среде. Фосфат натрия имеет способность проходить через самые современные очистительные сооружения и попадать в открытые водоемы. Оседая на дно, он становится удобрением для сине-зеленых водорослей, которые начинают активно размножаться и вода начинает цвести. Всего 1 грамм фосфата натрия стимулирует образование 5-10 кг водорослей. Сине-зеленые водоросли безобидны лишь на первый взгляд. Активное размножение сине-зеленых приводит к ухудшению вкусовых качеств воды и возникновению неприятного запаха. Повышение критической массы водорослей активизируют процессы саморазложения которые приводят к использованию кислорода содержащегося у воде и выделению место этого в воду метану, сероводорода, аммиака м других токсичных веществ. В результате гибнут не только рыбы, известны случаи массового отравления домашних животных, которые пили воду из водоемов, где наблюдалось цветение сине-зеленых водорослей.

Единственный путь спасения от губительного влияния от синтетических  поверхностно-активных веществ - уменьшения количества фосфатов в структуре  веществ, содержащих их. Для борьбы с загрязнением водоемов ПАВ Водный кодекс России определяет нормативы ПДК этих веществ.

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 121тыс. т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. т. в 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 метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения.

Оценка неблагоприятных  последствий загрязнения окружающей среды свинцом важна для случаев геофагии у детей при играх на загрязненных почвах. При систематическом нахождении свинца в почве игровых площадок в пределах 300 мг/кг можно ожидать изменение психоневрологического статуса у детей. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу.

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.

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 прохождении  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.

Загрязнение водного  бассейна в городах рассматривается в двух аспектах - загрязнение воды в зоне водопотребления и загрязнение водного бассейна в черте города за счет его стоков.

Загрязнение воды в зоне водопотребления является серьезным фактором, ухудшающим экологическое состояние городов. Оно производится как за счет сброса части неочищенных стоков городов и предприятий, расположенных выше зоны водозабора данного города и загрязнения воды речным транспортом, так и за счет попадания в водоемы части удобрений и ядохимикатов, вносимых на поля. Причем, если с первыми видами загрязнения можно путем строительства очистных сооружений бороться эффективно, то предотвратить загрязнение водного бассейна, производимое сельскохозяйственными мероприятиями, очень сложно. В зонах повышенного увлажнения около 20% удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, попадает в водотоки. Это, в свою очередь, может приводить к загрязнению водоемов, которая еще больше ухудшает качество воды.

Рост химизации сельского  хозяйства неизбежно будет приводить  к увеличению количества удобрений  и ядохимикатов, вносимых в почву, и соответственно с этим их концентрация в воде будет увеличиваться. Борьба с таким видом загрязнений требует использования удобрений и ядохимикатов в зонах водосбора исключительно в гранулированной форме, разработки и внедрения быстроразлагающихся ядохимикатов, а также биологических методов защиты растений.

Сегодня водоочистные сооружения водопроводов не в состоянии очистить питьевую воду от растворов указанных веществ, поэтому питьевая вода может содержать в себе их повышенные концентрации и отрицательно влиять на здоровье человека. Например: Хлор - разрушает нервные ткани, убивает флору кишечника. Свинец - разрушает гормоны, ферменты, кровь. Алюминий - парализует нервную систему. Мышьяк - убивает нейроны головного мозга. Медь - поражает почки и печень. Железо - снижает иммунитет, стимулирует развитие онкологических клеток. Кадмий - вызывает рак, разрушает почки. Стронций - разрушает иммунитет.

В крупных городах  в расчете на одного жителя (с  учетом загрязненных поверхностных  стоков) ежесуточно сбрасывается в водоемы около 1м³ загрязненных стоков. Поэтому города нуждаются в более мощных очистных сооружениях, эксплуатация которых вызывает немалые трудности. Так, при работе станции биологической очистки сточных вод городов образуется около 1,5-2 т отработанного ила в год в расчете на одного жителя. Использование этого ила в качестве удобрения для столовых сельскохозяйственных культур недопустимо, так как он содержит в себе большое количество токсических веществ, не подлежащих разложению. В настоящее время такой ил складируется на суше, занимая значительные территории, и вызывает загрязнение почвенных вод. Причем из ила прежде всего вымываются наиболее токсические элементы, содержащие соединения тяжелых металлов.

3 Процессы деградации почв. Дефляция

3.1 Процессы деградации почв

Деградация почв – это процессы, ухудшающие плодородие почв., т.е. процессы разрушения структуры, потери гумуса и обменных оснований, иногда  и вымывание ила в черноземах. Деградация – (от лат. Gradus – ступень; фр. Dégrader – ухудшаться, вырождаться). Постепенное ухудшение, упадок, утрата ранее накопленных свойств.

Деградации почв до настоящего времени не имеет четкого определения, но можно выделить следующие базовые элементы:

- понятие деградации почв преимущественно раскрывается через совокупность процессов почвообразования, приводящих к изменениям в почвах и почвенном покрове по сравнению с эталонными (как природными эталонами, так и эталонами по продуктивности);

- деградация почв ведет к снижению плодородия почв, продуктивности или качества продукции;

- деградация почв ведет к повышению затрат на восстановление средств и уровня производства;

- деградация почв приводит к изменениям функций почв как элемента экологической системы, отклонениям от экологических норм и ухудшению параметров, важных для функционирования биоты и человека.

Последний аспект усиливает антропоцентрические позиции в трактовке термина деградация почв современным почвоведением в дополнение к доминировавшим ранее экономическим аспектам, связанным со снижением биологической продуктивности на деградированных почвах. Такое понимание деградации почв с позиций "удобства" и "благополучия" для человека и окружающей его среды является в настоящее время наиболее распространенным, хотя и относительно упрощенным по сравнению с общесистемным подходом к деградации почв, в рамках которого деградацию почв как сложных биокосных систем следует рассматривать как процесс постепенной утраты элементов и упрощения структуры этих систем.

Системное понятие деградации отвечает понятию деградации почв, в случае таких разрушающих почву воздействий и процессов как эрозия и дефляция, но не вполне соотносится с ним в случае, например, формирования солонцеватых черноземов при орошении.

В последние десятилетия, стало ясно, что антропогенные воздействия на природу Земли приводят к изменениям факторов почвообразования в глобальном и геологическом масштабах (например, глобальные изменения климата, изменения состава поверхностных пород и изменения рельефа на больших территориях). Все чаще можно встретить в публикациях почвоведов термины «антропогенная эволюция» или «деградация почв под влиянием природных факторов», хотя в целом на текущий момент антропогенной деградации почв обычно называют их вторичные изменения, обусловленные именно деятельностью человека, которые сопровождаются частичной или полной утратой плодородия почвенного покрова или оказываются причиной их уничтожения.

Почва представляет собой восстанавливаемый ресурс, который при эксплуатации не убавляется, а сохраняется и улучшается (в антропоцентрическом понимании). Частичная утрата плодородия может быть восстановлена, тогда как полное исчезновение почв оказывается необратимым явлением, приводящим, в конечном итоге, к утрате устойчивости или к гибели или глубокой деградации ландшафта, что особенно актуально для индустриальных и агроландшафтов.

Важнейшей причиной реальных деградационных изменений почв является несоответствие антропогенных мероприятий их генетическим особенностям, свойствам и режимам, условиям естественного формирования ландшафтов.