Тема: «Екологічні аспекти господарської діяльності людини»

План: 1. Еволюція відносин людини і природного середовища. 2. Розвиток глобальної екологічної кризи та її прояви. 3. Світові глобальні екологічні проблеми, як результат порушення саморегуляції екосфери.

Мета. Розкрити основні етапи розвитку взаємовідносин людства і природи, які призвели до формування глобальної еологічної кризи.

1. Еволюція відносин людини і природного середовища. Під час палеоліту вплив людини на природу не відрізнявся від впливу диких тварин. Основний принцип – брати все корисне для себе та для суспільства не переймаючись про наслідки.

З розвитком первісно-суспільного ладу увага неолітичних мисливців премістилась з окремих особин на популяції. Незважаючи на простоту знаряддя, це сприяло скороченню чисельності великих звірів із тривалим дорепродуктивним періодом та низькою плодючістю (мамонт, волохатий носорог, первісний бізон і інші). Формування панантропоморфізму: культи тварин, рослин, виділення заповідних урочищ. Невиправдане хижацьке відношення до природи каралось смертною карою. Поява первісного скотарства та перелогово-підсічного землеробства: обов`язковість сезонних міграцій. Наслідки: розвиток скотарства шляхом одомашнювання диких тварин, поява прогресивних методів господарювання, які враховували місцеві природні умови, але – витіснення диких тварин свійськими, ерозія грунтів.

У рабовласницькому суспільстві – розвиток мистецтва, науки, але деградація набутих раніше принципів через хижацьке використання природних ресурсів загарблених країн. Деградація родючих земель Греції, Месопотамії. Знищення лісів Середземномор`я. Локальні заходи охорони на сході Азії у країнах з пануванням буддизму.

За феодалізму – суворі приватні заходи з охорони природи, що мали локальний характер. Охорона окремих видів тварин. Перші закони про мисливство: ХІІІ ст. – Охорона тура мазовецькими князями, але в 1564 р. їх чисельність – 30 особин, а в 1627 р. – загибель останньої тварини; 1584 р. – охорона альпійських козлів архієпіскопом Зальцбургу. «Боброві гони», як принцип управління ресурсами бобрів. Поява перших заповідників, завдяки яким було збережено зубра, шляхетного оленя, лань, козулю та інш. Поява раціональних методів землеробства – сівозміни. Відсутність значної руйнації пиродних ресурсів.

Під час розвитку капіталізму зі зростанням чисельності населення та розвитком НТП – суттєве посиленя тиску людини на природу. Вивіз капіталу став переважати над вивозом товару. Посилений видобуток корисних копалин та їх переробка та їх наслідки зараз. Створення нависоких щільностей свійських тварин – негативний вплив скотарства та вівчарства на природні біоценози. Неймовірне скорочення популяцій диких тварин. Залучення більшості земель до виробництва сільськогосподарської продукції. Скорочення площі лісів, але: «ялинізація» Карпат, створення осередків вирощування гевеї у Південно-Східній Азії. У період розвитку капіталізму вплив людини на природу суттєво перевищив вплив диких тварин і набув значних масштабів.

За соціалістичного ладу, незважаючи на декларований плановий розвиток економіки, суттєвих успіхів у збереженні природи досягнути не вдалося. У соціалістичних країнах виникли такі ж екологічні проблеми, як і в капіталістичних.

2. Глобальна криза. Господарська діяльність у ХХ ст. призвела до серйозних забруднень Землі різноманітними відходами. Повітря, вода і грунт в районах промислових центрів стали містити токсичні речовини, концентрація яких часто перевищує ГДК. Оскільки це негативно вплинуло на здоров`я людей у всьому світі, нещодавно з`явився термін «екологічна криза». Її поділяють на: а) локальну та на: б) глобальну.

А) Локальна криза виражається у місцевому підвищенні рівня забрудненості довкілля за рахунок одного або кількох хімічних, теплових, шумових, електромагнітних джерел. Як правило, її можна ліквідувати за допомогою адміністративних чи економічних заходів.

Б) Глобальна криза є наслідком господарської діяльності всієї нашої цивілізації і проявляється у зміні характеристик природного середовища у межах планети. Ліквідувати її значно важче, ніж локальну, оскільки для цього треба задіяти все людство. Її можна вважати вирішеною за мінімізації забруднень до рівня, який біосфера зможе ліквідувати самостійно.

3. Світові глобальні екопроблеми. Зараз глобальна екологічна криза включає 4 основних компоненти:

§ кислоті дощі;

§ парниковий ефект;

§ забруднення планети суперекотоксикантами;

§ озонові діри.

Кислотні дощі. Цей термін ввів англійський інженер Роберт Сміт (кн. “Повітря і дощ: початок хімічної кліматології”, 1812). При спалюванні любого видобувного палива (вугілля, мазуту) в складі газів, які виділяються, є діоксид сірки і азоту. Мільйон тонн їх

викидається в атмосферу, перетворюючи дощі в слабкі розчини сірчаної та азотної кислот.Це приносить значний збиток природі та господарству. В 70-х роках у водоймах скандинавських країн стала гинути риба, сніг набував сірого кольору, з дерев ще до осені опадало листя. Дуже скоро це помітили вСША, Канаді і Західній Європі. У Німеччині постраждало 30%, а місцями – 50% лісів. Все це відбувалося далеко від міст і промислових центрів. Вияснилося, що причина всіх цих бід – кислотні дощі. У 1996 р. на території Росії разом з опадами випало понаде 4 млн. т сірки і 1,25 млн. т нітратного азоту

Для визначення показника кислотності використовують різні рН-метри. Найбільш поширеним індикатором є – фенол-фталеїн та лакмус. Дощова вода, утворюється при конденсації водяного пари, повинна мати нейтральну реакцію рН. Проте і в дуже чистому повітрі завжди є діоксид вуглеводню, і дощова вода, розчиняючи його, має слабку кислотність (рН=5,6-5,7).

У річки, які постраждали від кислотних дощів, нове життя може принести невелика кількість фосфатних добрив; вони допомагають планктону засвоювати нітрати, що веде до зниження кислотних вод.

Парниковий ефект. Парнико́вий ефе́кт — явище в атмосфері Землі, при якому енергія сонячних променів, відбиваючись від поверхні Землі, не може повернутися в космос, оскільки затримується молекулами різних газів (рис. 1). У результаті на її поверхні підвищується температура. Без парникового ефекту температура поверхні Землі була б на 25°-30° нижчою, ніж є насправді. Парниковий ефект суттєвий також на Марсі та, особливо, на Венері. Парниковий ефект відкрив у 1829 Жозеф Фур'є. Основними газами, що забруднюють атмосферу, є двоокис вуглецю, метан і хлорфторвуглеці.

У результаті спалювання викопного палива і лісових пожеж створюється велика кількість двоокису вуглецю, метан є супутнім продуктом сільського господарства (рис, худоба, вівці). Випари води також є також перешкодою для відбитих сонячних променів. Програма ООН з навколишнього середовища прогнозує, що можливе підвищення середньої температури Землі на 1,5 °C до 2025 року, викличе підняття рівня світового океану на 25 см через танення льоду біля полюсів. епло надходить до поверхні Землі від Сонця та із недр планети.

Рис. 1. Прозорість земної атмосфери в інфрачервоній ділянці спектру. Провали на графіку відповідають областям поглинанням, які пов'язані із різними атомосферними газами

Сонце випромінює в основному у видимому діапазоні, й енергія сонячних променів поглинається поверхнею Землі. Рівновага підтримується тим, що Земля втрачає тепло завдяки інфрачервоному випромінюванню з поверхні. Інтенсивність інфрачервоного випромінювання зростає із температурою. Таким чином поверхня Землі нагрівається доти, доки не встановиться баланс між поглинутою й випроміненою енергією. Чим більше в атмосфері «парникових молекул», тим вище піднімається температура.

Більшість молекул в атмосфері Землі не поглинають в інфрачервоній ділянці спектру. Ці молекули (O₂ і N₂) не мають дипольних моментів через свою симетрію, тож не взаємодіють із електромагнітним випромінюванням. Найбільший внесок у парниковий ефект створюють молекули води, яка має дипольний момент і відповідні коливальні й обертальні моди в інфрачервоній ділянці спектру. Молекули CO₂ не мають власного дипольного моменту, але в них можуть збуджуватися нормальні коливання із дипольним моментом, тож вуглекислий газ належить до парникових. Інші парникові гази несуть озон і метан, яких у атмосфері ще менше, ніж вуглекислого газу, але їхня здатність до поглинання інфрачервоного проміння велика.

В атмосфері є молекули, які поглинають інфрачервоні промені й знову випромінюють їх. Це випромінювання відбувається з однаковою імовірністю вгору і вниз. Тобто завдяки цим газам, частина теплового випромінювання поверхні повертається. У такому випадку для підтримки балансу поверхня планети має нагрітися більше, щоб компенсувати затримане атмосферою теплове випромінювання.

Але не все так однозначно: 12 лютого 2012 р. метеорологи зафіксували в Північній півкулі порушення традиційного розподілу вітрів і співвідношень зон високого і низького тиску. Через це в Арктиці, Ісландії та в деяких північних районах Канади і США упродовж 3-тижнів спостерігалось різке потепління. Натомість, Центральну і Східну Європу, Середземномор'є і Північну Африку скувало морозами. Сніг випав навіть у Сахарі. Жертвами аномальних холодів у Європі стали понад 500 чоловік. Кліматична ситуація особливо загострилася в Італії та Хорватії. На Апеннінах через сильні снігопади, які неодноразово спостерігалися взимку 2011/12 рр., десятки італійських селищ виявились ізольованими від зовнішнього світу.

Забруднення токсичними речовинами. Древній Рим – водопровідні труби, сплави для посуду, свинцеві елементи вікон – вікторіанська епоха в Англії. Внаслідок враження головного мозку – порушення функцій нервової системи: а) погіршення розумових здібностей; б) послаблення здатності до навчання у дітей та пацюків. У дітей – темні смуги на трубчастих кістках від свинцю – металургія з повітря. Відомі випадки зростання концентрації свинцю у крові у 10 разів вище ПДК у аборигенів на півночі Канади при харчуванні китами, тюленями та рибою. Загибель качок та інших водних тварин. Свинцевий шрот (в США – тільки стальний), але дорого та не ефективно. Консерви – в запаяних бляшанках в 10000 разів більше свинцю, аніж у свіжій рибі.

Продовольчі ресурси світу потребують захисту, без якого втрати складають ~ 30%. Для цього використовують різноманітні токсиканти, головні з них – пестициди, через властивість до отруєння всіляких шкідників. Вони розповсюджуються далеко за межі свого початкового місцезнаходження та мають приховану дію на організми:

• негативно впливають на врожайність;
• погіршують якість їжі та негативно впливають на здоров`я.

Загальні особливості пестицидів:

1. неможливість їх повного вилучення після застосування, що обумовлює подальшу циркуляцію у біосфері.

2. вони не мають суттєвої вибірковості у знищенні живого;

3. з метою їх високої ефективності, використовуються значні концентрації, які є небезпечними для живої природи та здоров'я людей;

4. наявність залишків пестицидів у харчових продуктах та їх постійна циркуляція у біосфері обумовлює тісні контакти з ними значної кількості людей.

Відкриття DDT. Німеччина, 1874 р. – хімік Цейдлер. В 1937 р. швейцарець Пауль Герман Мюллер – керівник програми "Гейгі" (Базель, Швейцарія) відкрив напередодні війни вражаючі інсектицидні властивості ДДТ. Нобелевська премія в області фізіології та медицини. Успішна боротьба з носіями малярії та висипного тифу. Популярність ДДТ у 1945-1946 рр.

а) тропічні хвороби та боротьба зі шкідливими комахами. – 1948 р. Індія від малярії померло ~ 3 млн. осіб; в 1965 р. – жодного. – 1938 р. Греція – хворіло малярією ~ 1 млн. осіб; – 1959 р. – 1200 осіб. Результат – ДДТ. Тенденція: У 1948 р. – поява адаптованих до ДДТ комах. ×10 ×50 ×5 ×2 ×25 1 2 3 4 5 6 1 – залишки інсектицидів у воді; 2 – фітопланктон; 3 – зоопланктон;4 – рослиноїдні риби; 5 – хижі риби; 6 – рибоїдні птахи. Про тривалість життя. Висновок: пестициди акумулюються у вищих ланках екосистеми.

Виключно хімічна стійкість та незначна токсичність для теплокровних. Пізніше з`ясувалось, що ці властивості виявилися найбільш підступними:

а) внаслідок широкої дії знищувалися і корисні тварини;

б) стійкість приводила до накопичення в харчових ланцюгах: загибель комахоїдних, зайців, пінгвінів, отруєння людей через забруднене молоко, фрукти тощо.

Наслідки:

1.загибель хижих птахів – потоншення шкаралупи яєць.

2.концентрація ДДТ в молоці матерів-годувальниць у чотири рази вища ПДК (США).

1. Вплив на репродукцію теплокровних.
2. Поява ПХД (поліхлорованих дифенілів) – продукт розкладення ДДТ під ультрафіолетом (40-60% хлору) – найстрашніша отрута. Є в лаках, фарбах, меблі, пластмасі тощо. Канцероген.

Заборона ДДТ в 1970 р. Нова Зеландія, СРСР, Угорщина, Швеція, Данія, Фінляндія та інші. Але не завжди виконувалося: в СРСР продовжували використовувати для боротьби з кліщами – в осередку тайгового кліща (енцефаліт).Але з-понад стійкості навіть зараз може споживатися рибами. ДДТ застосовується в деяких країнах для боротьби із малярією ще й досі, тому, що у 10 разів дешевше.

Дихлофос – отрута від усього (обробіток ланів з літаків) – руйнує алюмінієві конструкції, порушення спадковості.

Гербіциди. Використання призвело до: збіднення рослинності, отруєння бджіл та меду, загального зниження чисельності комах.

§ Дефоліант «adant opang» для бавовника (В`єтнам, Колумбія – загибель риб, ссавців, діти з порушеннями розвитку, загибель ембріонів.

Зараз середньостатистичний мешканець споживає ~ у 10 разів більше м`яса, аніж необхідно для покриття потреби у білку. У якості корму для худоби в промислових країнах використовується ~ 371 млн. т. зерна. Це більш, аніж споживають розвинуті країни, окрім Китаю. То ж виникає питання про доцільність використання традиційних технологій, оскільки з їжею до організму надходить значна кількість токсикантів антропічного походження. Адже можливості для збереження врожаю іншими засобами не вичерпані.

В США (північ) вибух на заводі з виробництва пестициду трахполфенолу в повітря потрапило 1-5 кг діоксину – на 30 кв. км загинула 81 тис. свійських тварин. Разом із їхніми трупами довелося поховати на значну глибину 200 тис т. орної землі. Після цього діоксин став відомим як токсикант. Зараз це найнебезпечніша отрута в світі – 100 г достатньо для отруєння 8 млн. чоловік. Саркома.

Лікарські речовини в харчових ланцюгах: антибіотики в тваринництві:

а) зменшують ризик інфекції;

б) сприяють засвоєнню кормів;

в) подовжують термін зберігання м’ясопродуктів.

Але: алергія, непридатність молока для виготовлення сиру та ін.

Добавки для харчових продуктів: барвники, підбілювачі, консерванти, антиоксиданти, засоби для очищення води, солодкі речовини, антибіотики і гормони в м`ясі тощо.

Отто Варбург – лауреат Нобелевської премії, директор інституту біохімії Планка в західному Берліні: «Від висіву зерна до випікання хлібу в нього потрапляє ~ 60 хімічних добавок». Став закупати зерно у приватної особи, молотив його та випікав хліб власноруч. Має сумнівни щодо величини ПДК.

Озонові діри. В 1985 р. Джозеф Фарман з Британської антарктичної служби вперше повідомив, що з кінця 70- років над Антарктидою відбувалося значне потоншення озонового шару. Виміри супутника «Німбус-7», зроблені Арліном Крюгером з Годдардовського центру космічних польотів НАСА, показали, що з роками дефіцит озону зростав від однієї південної весни до іншої. У вересні та жовтні втрачається біля 70% озону над Антарктидою, що дорівнює приблизно 3% всього озону атмосфери. Виміри у лабораторії Д. Хофмана (Університет шт. Вайомінг, США) показали, щонайбільші втрати озону відбуваються на висоті від 12 до 30 км. Було висунуто ряд гіпотез щодо пояснення виникнення озонової діри та відправлено кілька експедицій для їх перевірки.

Гіпотеза 1. Атмосферна циркуляція. Циркуляція могла поступово змінитись так, що над Антарктидою потоки повітря спрямовані вверх. У результаті цього стратосферне повітря, збагачене озоном, заміщується повітрям з тропосфери – нижнього 10-км шару, де його мало. Вчені з Еймського дослідницького центру НАСА та з Національного центру атмосферних дослідженнь (США) показали, що у такому випадку на висоті озонової діри мають бути присутні газоподібні мікроелементи з поверхні Землі. Але їх концентрація виявилась занизькою, отже насправді повітря, що заповнює озонову діру поступає з більших висот, де озону зазвичай багато.

Гіпотеза 2. Хімічні реакції. Раніше вважали, що навколо озонової діри повинні спостерігатися високі концентрації сполук азоту, які є найважнішими агентами в руйнуванні озону. Це приписувалось сонячній активності та атмосферній циркуляції у нижніх шарах атмосфери.. Теоретично було розраховано, що підвищена сонячна активність створює на великих висотах над Південним полюсом сполуки азоту з високою реакційною здатністю. Повітря, що рухається вниз переносить цей активний азот в нижні шари атмосфери, де дослідники дійсно спостерігали втрату азоту. Але співробітники лабораторії реактивного руху НАСА та лабораторії аерономії Національного управління дослідів океану та атмосфери віднайшли, що активні форми азоту зменшувались і у озоновій дірці. Для поясненя цього була припущено, що за утворення озонової діри відповідають інертні сполуки хлору, які надходять в атмосферу переважно у складі антропогеного хлорфторвуглецю (ХФВ). Їх використовують як хладагенти для кондиціонерів та холодильників, а також як хімічні агенти для виробництва пенопластів. Зазначені сполуки можуть зберігатися в атмосфері від 50 до 100 років. За кілька тисячолітть вони досягають середини стратосфери, розташованої на висоті біля 30 км, або піднімаються вище. Там ультрафіолетове випромінювання розриває їх, що призводить до вивільнення хлору з молекул ХФВ. Через певний час вільний хлор або реагує з озоном, утворюючи закис хлору ClO. Обидві форми вступають в подальші реакції, утворюючи стійкі сполук - резервуари хлору. Вони складаються з різноманітних форм хлористооводневої кислоти HCl, що утворюється під час реакції вільного хлору з такими компонентами, як метан та нітрат хлору Cl ONO₂, що виникає в реакції між ClO та двуокисом азоту NO₂.

 

Література

Основна [3, 6, 8,18]; додаткова [26, 27, 42, 33, 47]

Контрольні питання

1. Розкажіть про еволюція відносин людини і природного середовища?
2. Що Вам відомо про розвиток глобальної екологічної кризи та її прояви?
3. Сформулюйте причини сучасного потепління та розкажіть про його можливі наслідки?
4. Що призвело до появи кислотних дощів і чи можна запобігти їх утворенню?
5. Назвіть вірогідні причини формування озонової діри і екологічні наслідки її зростання?

 

 

Лекція № 14