Загрязнение литосферы. Схема возникновения твердых отходов. Источники загрязнения литосферы и основные токсичные вещества.

Промышленное и бытовое загрязнение литосферы вызвано, прежде всего, складированием на больших площадях огромного количества твердых промышленных и бытовых отходов: это различные шламы, пластмассовые отходы, осадки промышленных стоков, отходы обогащения и переработки материалов, тара, древесина и т.д. При работе тепловых электростанций на твердом топливе большие площади занимают отвалы золы и шлаков.

Все это является следствием нерационального использования минеральных ресурсов: до сих пор в хозяйственный оборот вовлекается лишь около трети всего минерального сырья, а на производство готовой

 

продукции расходуется менее 7% добытых полезных ископаемых при больших объемах образующихся отходов.

Под термином «отходы производства» понимают разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки, характеризующиеся потенциальной потребительской ценностью (пригодностью для полезного использования), и являющиеся по своей природе вторичными материальными ресурсами.

Процесс возникновения твердых отходов в материальном производстве можно проиллюстрировать следующей схемой (рис. 10):

 

ДОБЫЧА ОБОГАЩЕНИЕ

(месторождение) сырье (месторождение, сырьевой концентрат

предприятие)

 

ПЕРЕРАБОТКА

ТВЕРДЫЕ (предприятие)

ОТХОДЫ

ПРИМЕНЕНИЕ

(промышленность, продукт

строительство и т.д.)

 

Рис.10. Схема возникновения твердых отходов

Помимо загрязнения больших площадей плодородных земель полигоны твердых (в особенности бытовых) отходов являются источниками поступления в атмосферу больших объемов метана (СН₄) - второго после СО₂ парникового газа. Образование метана на полигонах начинается через несколько лет после их закрытия и продолжается на протяжении 20...30 лет.

В России полигонами твердых бытовых отходов занято около 70 тыс. га земельной площади и ежегодно отчуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель.

В связи с тем, что почва - это основа биологического круговорота, она становится источником миграции загрязняющих веществ в смежные сферы - атмосферу и гидросферу, а также через растения в продукты питания.

При сельскохозяйственном производстве происходит загрязнение почв агрохимикатами, пестицидами, микробами и т.п.

К началу XXI века прогнозируется применение удобрений до 300 кг/га, что приведет к избытку в почве нитратного азота. Кроме нитратов, почву загрязняют и аммиачные соединения азота.

Нитраты и нитриты (соли азотной кислоты), попадая в организм человека, вступают во взаимодействие с гемоглобином крови. Гемоглобин содержит двухвалентное железо, нитраты и нитриты это железо переводят в трехвалентное. В результате красные кровяные тельца лишаются способности переносить кислород. При блокировании 20% гемоглобина наступает кислородная недостаточность, 80% - смерть.

В связи с низкой растворимостью почвенных соединений фосфора происходит увеличение содержания в почве фосфора.

Суперфосфатные заводы загрязняют почву фтором, мышьяком, железом, цинком, медью. Содержание этих элементов на расстоянии до 5 км от завода превышает фоновое в 20...45 раз.

Применение калийных удобрений, особенно хлорида калия KCl, приводит к накоплению в почве ионов хлора.

В промышленных регионах в почвы с осадками поступает сера (в форме диоксида) массой до 30 кг/га, в то время как в относительно чистых регионах содержание серы в почве не превышает 3...6 кг/га.

В результате неполного сгорания угля и нефти почвы загрязняются бенз(a)пиреном, который передвигается по трофическим цепям и, попадая в организм человека, вызывает онкологические заболевания.

При сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, горючих сланцев) и применения удобрений и пестицидов происходит загрязнение почв тяжелыми металлами. Наиболее опасны из них свинец и кадмий.

Атомные электростанции, урановые и обогатительные шахты, хранилища радиоактивных отходов вызывают радиоактивное загрязнение почв. К антропогенным долгоживущим радионуклидам, загрязняющим почвы, относятся 129I, 226Ra, 137Cs, 239Pu.

Интенсивное загрязнение почвы происходит в процессе строительства различных объектов и при производстве строительных материалов.

Строительство промышленных, жилых и гражданских зданий связано с выполнением больших объемов

 

земляных работ. Это работы нулевого цикла, а также прокладка дорог, водопроводов, канализации, теплосети, газопроводов, кабелей и т.д. При этом относительно чистые земли на окраинах городов засоряются привозным грунтом.

При производстве кровельных, изоляционных, отделочных работ может происходить загрязнение почвы песком, каменноугольной смолой, битумной мастикой, стекло- и шлаковатой, органическими растворителями.

К загрязнению почвы приводит транспортирование и хранение строительных материалов без соблюдения технических требований к таре, погрузочно-разгрузочным работам и местам складирования.

Эксплуатация и ремонт строительных машин на строительных площадках приводят к попаданию в почву горючесмазочных материалов.

Предприятия промышленности строительных материалов имеют значительное количество отходов, которые могут являться источниками загрязнения почвы. Так, вокруг цементных заводов в почве, помимо цементной пыли, накапливаются ртуть, цинк, стронций.

К изъятию и нарушению значительных площадей земной поверхности приводит и развитие горнодобывающей промышленности. Наиболее сильное нарушение земной поверхности происходит при открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых (при добыче 1 млн. т. железной руды нарушается до 640 га земель).

Воздействие процессов добычи полезных ископаемых на землю можно разделить на прямое и косвенное.

Прямое воздействие приводит к нарушению почвенного покрова, изменению облика территории, сокращению площадей сельскохозяйственных и лесных угодий.

Косвенные воздействия приводят к ухудшению состояния и плодородия земель, условий произрастания растений и обитания животных. Они чаще всего связаны с нарушением режима и состояния грунтовых вод.

Источники загрязнение литосферы

Литосфера загрязняется жидкими и твердыми загрязняющими веществами и отходами. Установлено, что ежегодно на одного жителя Земли образуется одна тонна отходов, в том числе более 50 кг полимерных, трудноразлагаемых.

Источники загрязнение почвы могут быть классифицированы следующим образом.

Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия. В составе загрязняющих веществ этой категории источников преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода и т.п. Все это собирается и вывозится на свалки. Для крупных городов сбор и уничтожение бытового мусора на свалках превратили в трудноразрешимую проблему. Простое сжигание мусора на городских свалках сопровождается выделением ядовитых веществ. При сжигании таких предметов, например, хлорсодержащих полимеров, образуются сильно токсичные вещества - диоксиды. Несмотря на это, в последние годы разрабатываются способы уничтожения бытового мусора сжигания. Перспективным способом считается сжигание такого мусора над горячими расплавами металлов.

Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и растения. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных тяжелых металлов.

Машиностроительная промышленность выбрасывает в окружающую природную среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия; при производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы,

содержащие фенол, бензол, стирол; при производстве синтетических каучуков в почву попадают отходы катализаторов, некондиционные полимерные сгустки; при производстве резиновых изделий в окружающую среду поступают пылевидные ингредиенты, сажа, которые оседают на почву и растения, отходы резинотекстильных и резиновых деталей, а при эксплуатации шин – изношенные и вышедшие из строя покрышки, автокамеры и ободные ленты. Хранение и утилизация изношенных шин в настоящее время являются еще нерешенными проблемами, так как при этом часто происходит сильные пожары, которые очень трудно тушить. Степень утилизации изношенных шин не превышает 30% от общего их объема.

Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды, оксид углерода, сажа и другие вещества, оседающие на поверхность земли или поглощаемые растениями. В последнем случае эти вещества также попадают в почву и вовлекаются в круговорот, связанный с пищевыми цепями.

Сельское хозяйство. Загрязнение почвы в сельском хозяйстве происходит вследствие внесения огромных количеств минеральных удобрений и ядохимикатов. Известно, что в составе некоторых ядохимикатов

 

содержится ртуть.

Рассмотрим более подробно загрязнение почвы тяжелыми металлами и ядохимикатами.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами. Тяжелыми металлами называют цветные металлы, плотность

которых больше плотности железа. К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть.

Особенностью тяжелых металлов является то, что в небольших количествах почти все они необходимы для растений и живых организмов. В организме человека тяжелые металлы участвуют в жизненно важных биохимических процессах. Однако превышение допустимого их количества приводит к серьезным заболеваниям.

Тяжелые металлы накапливаются в почве и способствуют постепенному изменению ее химического состава, нарушению жизнедеятельности растений и живых организмов. Из почвы тяжелые металлы могут попасть в организм животных и людей и вызывать нежелательные последствия.

Установлено, что ртуть в почву поступает с некоторыми пестицидами, бытовыми отходами и вышедшими из строя измерительными приборами. Например, одна люминесцентная лампа содержит 80 мг ртути. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют 4-5 тыс. т/год. Предельно допустимая концентрация ртути в почве составляет 2,1 мг/кг. При постоянном поступлении ртути в организм в малых количествах происходит поражение нервной системы, приводящей к легкой возбудимости и ослаблению памяти.

Весьма токсичным для живых организмов является свинец. Из каждой тонны добываемого свинца до 25 кг его поступает в окружающую среду. Огромное количество свинца выделяется в атмосферу вместе с выхлопными газами автомобилей при сжигании этилированного бензина, так как 1 л бензина содержит до 0,5 г тетраэтилсвинца. Загрязнение почвы и растений свинцом вдоль автомобильных дорог распространяется на расстояние до 200 метров. Предельно допустимая концентрация свинца в почве =32 мг/кг. Превышение этого показателя увеличивает вероятность попадания свинца в организм человека через сельскохозяйственные продукты, что может привести к поражению центральной нервной системы, печени, почек и мозга. В промышленных районах содержание свинца в почве в 25-27 раз больше, чем в сельскохозяйственных.

Загрязнение почвы медью и цинком ежегодно составляет 35 и 27 кг/км соответственно. Повышение концентраций этих металлов в почве приводит к замедлению роста растений и снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Большую опасность для человека представляет накопление в почве кадмия. В природе кадмий находится в почве и в воде, а также в тканях растений. Всемирная организация здравоохранения рекомендовала ограничение дозы кадмия, поступающего с пищей в организм человека, до 70 мкг в сутки. Потребляя пищу, содержащую повышенные дозы кадмия, приводит к деформации скелета, снижению роста и сильным болевым ощущениям в пояснице.

Загрязнение почвы пестицидами. Почва загрязняется также при использовании в сельском хозяйстве пестицидов. Известно, что нормальный рост растений определяется различными физическими, химическими и биологическими процессами, которые протекают в почве. При попадании в почву пестициды могут быть включены в эти процессы с их накоплением в растениях. Кроме того, они сохраняют устойчивость в почве длительное время, что также обуславливает их накопление в пищевых цепях.

Пестициды, или ядохимикаты, по назначению подразделяются на следующие группы:

-инсектициды, представляющие собой химикаты для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур (тиофос, метафос, карбофос, хлорофос, карбаматы);

- гербициды, предназначенные для борьбы с сорными травами (амины, карбаматы, триазины);

- фунгициды, или химикаты для борьбы с грибковыми болезнями растений (бензимидазолы, морфолины, дитиокарбаматы, тетраметилтиурамдисульфид);

- регуляторы роста растений;

- дефолианты, вызывающие преждевременное старение листьев растений. Они широко применяются при механизированной сборке хлопка для ускорения опадения листьев у хлопчатника.

Дефолианты применялись во время войны во Вьетнаме для оголения джунглей. Это позволяло американской авиации обнаружить военные базы вьетнамских партизан.

Одним из первых пестицидов был печально известный ДДТ – дифенилдихлортрихлорэтан. Впервые он был синтезирован немецким химиком П.Мюллером. Этот препарат обладал высокоэффективными инсектицидными свойствами и поэтому долгое время успешно применялся против малярийных комаров, клещей, вшей. В 1944-1946 годах с помощью ДДТ успешно подавляли очаги сыпного тифа в Неаполе и малярии в некоторых провинциях Италии. В СССР с помощью ДДТ был уничтожен клещ, переносящий таежный энцефалит. Все это в свое время послужило причиной присуждения П. Мюллеру Нобелевской премии. Однако

 

много позже обнаружилось, что ДДТ обладая высокой устойчивостью в природной среде, способен накапливаться в пищевых цепях и наносить существенный вред животному миру. Попадая в организм человека, ДДТ аккумулируется в мозге и действует как нервный яд. При этом нормальное функционирование мозга может

быть нарушено.

Применение ДДТ в настоящее время запрещено, но предполагают, что в биохимическом круговороте количество ДДТ в настоящее время составляет около 1 млн.т.

Необходимость применения пестицидов в сельском хозяйстве обусловлена тем, что без них урожайность сельскохозяйственных культур резко падает и составляет лишь 20-40% от возможной при их применении. Трудно себе представить уничтожение колорадского жука на картофельных плантациях без применения пестицидов.

Загрязнение литосферы при захоронении радиоактивных отходов.

В процессе ядерной реакции на атомных электростанциях лишь 0,5-1,5% ядерного топлива превращается в тепловую энергию, а остальная часть(98,5-99,5%) выгружается из атомных реакторов в виде отходов. Эти отходы представляют собой радиоактивные продукты расщепления урана - плутоний, цезий, стронций и другие. Если учитывать, что загрузка ядерного топлива в реакторе составляет 180 т, то утилизация и захоронение отработанного ядерного представляют собой труднорешимую проблему.

Ежегодно в мире при производстве электроэнергии на атомных электростанциях образуется около 200000 куб.м. радиоактивных отходов с низкой и промежуточной активностью и 10000 куб.м. высокоактивных отходов и отработанного ядерного топлива.

Радиоактивные отходы бывают жидкими и твердыми. В зависимости от агрегатного состояния изменяются условия их захоронения.

Высокоактивные жидкие радиоактивные отходы, способные к взрыву, в виде азотнокислых водных растворов хранят в аппаратах объемом до нескольких кубометров с двойными стенками из нержавеющей стали и с мешалкой.

Жидкие высокоактивные радиоактивные отходы, не способные к взрыву хранятся в могильниках, которые состоят из шахт и помещений для хранения.

В настоящее время одним из безопасных способов устранения опасности радиоактивного излучения твердых ядерных отходов является их захоронение. Твердые радиоактивные отходы хоронят в специальных контейнерах в подземных штольнях, тоннелях. К ним предъявляются особые требования при транспортировке к месту захоронения.

Проблема транспортировки радиоактивных отходов особенно актуальна для России. Дело в том, что построенные еще при СССР нашими специалистами и по нашей технологии атомные электростанции в других странах на нашем ядерном топливе, и мы должны увозить отработанные отходы. Получается весьма удручающая для России картина: электроэнергия остается для нужд страны-потребителя, а радиоактивные отходы возвращаются к нам. Такое сотрудничество с другими странами ведет в перспективе к весьма неприятным последствиям. Ведь захоронение радиоактивных отходов – это, прежде всего временное их удаление, а что с ними произойдет через 50,100 лет?

Таким образом, мы оставляем будущему поколению тяжелое наследие.