Лекция № 9. Основные загрязнители биосферы.

=1=

Загрязнитель — субъект воздействия (физический агент, химическое вещество или биологический вид) на окружаю­щую среду, количество которого выше естественного уров­ня. 

Загрязнители атмосферы. Загрязнители воздуха раз­деляют на механические, химические, физические и био­логические.

Механические загрязнители — пыль, мусор. Они об­разуются при сжигании органического топлива и в процес­се производства строительных материалов.

При таком виде загрязнения наиболее вредными явля­ются частицы диаметром до 0,005 мм. С запыленностью воз­духа связаны многие болезни: туберкулез, аллергические заболевания бронхов и др.; высокая концентрация пыли в воздухе вызывает атрофию слизистых оболочек носа, кро­вотечение.

Зеленые насаждения очищают воздух от пыли и ослаб­ляют действие других вредных примесей. Например, ело­вое насаждение собирает из воздуха 32 т пыли на 1 га, сосновое — 36,4 т, буковое — 68 т на 1 га. Лес, будучи способным отфильтровывать ежегодно до 50—70 т пыли на площади в 1 га, ослабляет опасность заболевания как пере­численными, так и многими другими заболеваниями.

Химические загрязнители — это проникшие в экоси­стему чуждые ей вещества или присутствующие в ней, но в концентрациях, превышающих норму.                   

Наибольшее загрязнение воздуха происходит при сжи­гании топлива для нужд промышленности, отоплении жилищ, при работе транспорта; сжигании и переработке бы­товых и промышленных отходов, образующихся в резуль­тате промышленных выбросов. Вследствие неполного сго­рания образуются зола и вредные газы.

Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются следующие:

Соединения углерода: углекислый газ СО₂, который не вреден в малых концентрациях (но экологи предупрежда­ют, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так на­зываемого парникового эффекта); окись углерода (СО) очень токсична, но быстро диффундирует в атмосфере; не­сгоревшие углеводороды или окисленные вещества (альде­гиды и кислоты).

Соединения серы: сернистый ангидрид (SO,), который может переходить в серный ангидрид (SO.,) и в присутствии воды или ее паров образует серную кислоту (H ₂ SO ₄).

Окислы азота (NO и NO ₂) - - благоприятные условия для их образования создаются при высоких температурах.

Лесонасаждения могут служить как механическим пре­пятствием для газа (и таким образом уменьшать его кон­центрацию), так и быть защитой против химического заг­рязнения атмосферы. Степень защитного влияния зависит от состава и концентрации загрязнителей и от характера самого леса.

Видами, поглощающими SO₂ в больших количествах, считаются тополь бальзамический, ясень зеленый, липа обыкновенная и береза пушистая. Фенолы усваиваются бо­лее всего акацией белой, бузиной красной и шелковицей белой. Поэтому опавшую листву важно не сжигать, а зака­пывать, чтобы вредные вещества разлагались в земле, а не высвобождались в атмосферу.

Значительна роль зеленых насаждений в балансе угле­кислоты. Растения способны поглощать окись углерода и высвобождать кислород в течение всего вегетационного периода, поэтому лес является большим защитным факто­ром в борьбе с избытком СО₂, попадающего в атмосферу в густонаселенных индустриальных районах.

Один гектар лесонасаждений поглощает за 1 час весь углекислый газ, который выделяют за это время 200 чело­век, т. е. 8 кг. Углерод остается в листьях и используется ими для создания органических веществ, кислород выделя­ется в атмосферный воздух.

Одно широколиственное дерево с проекцией кроны 150 м² дает за 10 лет количество кислорода, нужное для 2 лет жизни одного человека. Наиболее активны в этом от­ношении тополя. Средневозрастной тополь поглощает в пе­риод вегетации до 40 кг углекислоты в час.

Физические загрязнители - это избыточные источ­ники энергии, поступающие в биосферу от техногенных причин. Например, тепловые (поступление в атмосферу нагретых газов); световые (ухудшение естественной осве­щенности местности под воздействием искусственных ис­точников света); шумовые (превышение допустимого уровня шумов); электромагнитные (от линий электропередач, ра­дио, телевидения, работы промышленных установок); ра­диоактивные (попадание радиоактивных веществ в атмосферу озоноразрушающие (выделения хладонов в атмос­феру).

Одним из неблагоприятных факторов городской среды является шум, представляющий собой беспорядочные не­периодические колебания звука различной физической при­роды.

Шум автотранспорта, как правило, характеризующийся низкой частотой, распространяется на более дальние рас­стояния, чем шум высокой частоты.

В гигиенических и клинических исследованиях выявлено, что даже кратковременное воздействие шума способно вредно отразиться практически на всех функциональ­ных системах организма. Наиболее ранимы сердечно-сосу­дистая и нервная система. 

Защиту от источников шума могут обеспечить зеленые насаждения. От внутригородского шума хорошо защищают вьющиеся растения. Например, виноград пятилисточковый, покрывающий стену жилого дома, почти наполовину сни­жает уровень шума в квартирах.

Шумозащитные свойства зеленых насаждений зависят от ширины, густоты и дендрологического состава, а также высоты деревьев и конструкции полосы: свободное разме­щение деревьев в шахматном порядке более эффективно, чем размещение рядами. 

Конец первой половины XX в. принес миру новую опас­ность — загрязнение воздуха, а также почвы и воды про­дуктами радиоактивного деления. Особенно опасными ра­диоактивными изотопами являются стронций-90, цезий-135, цезий-137 и некоторые другие изотопы.

Лесные экосистемы играют значительную роль в ослаб­лении последствий ядерных взрывов и в виде радиоактив­ных загрязнений атмосферы. Лесной биогеоценоз способен задерживать, перераспределять и аккумулировать радио­активную пыль: часть радионуклидов задерживается поло­гом и используется листвой и хвоей, часть их смывается и сдувается, определенное количество проникает под полог вместе с опадом или через свободные промежутки в пологе Поступает в подстилку и почву, где происходят дальнейшие превращения и перемещения. Листья и хвоя деревьев могут собирать до 50% радиоактивного йода. Активность радиоактивных осадков в незащищенных лесом местах ока­зывается в 32 раза выше. В этом проявляется прямое за­щитное влияние лесных экосистем на человека.

Биологические загрязнители - чуждые экосистеме виды организмов. Загрязнение микроорганизмами называют также бактериологическим.

Особенно опасным является специальное или случай­ное загрязнение атмосферы штаммами болезнетворных микроорганизмов, создаваемых в лабораториях вооружен­ных сил некоторых стран. В атмосфере, особенно во время эпидемий, находится неисчислимое количество вирусов и бактерий.

Растения экосистемы способны бороться с чуждыми ей видами с помощью выделяемых ими специфических веществ, которые называют фитонцидами. Они играют важную роль во взаимотношениях различных биоценозов. Хотя некото­рые фитонциды оказывают сильное воздействие на много­клеточные организмы и способны даже убивать насекомых, самое большое влияние они оказывают на "бактериальную и грибковую флору.

Фитонциды дубовой листвы убивают на расстоянии воз­будителей дизентерии и паратифа. От фитонцидов, выде­ляемых листьями эвкалиптов, погибает золотистый стреп­тококк, пихтовой хвои - возбудитель дифтерии, сосновой хвои — возбудитель туберкулеза. Для возбудителей дизен­терии губительны также фитонциды, выделяемые топо­лем, и т. д.

Например, в 1 м³ воздуха соснового леса содержится лишь 200—300 бактерий, т. е. в 2 раза меньше, чем в смешанном лесу. Сосновый лес почти лишен вредных микроор­ганизмов, а воздух в нем практически стерилен даже в не­посредственной близи от городов.

Загрязнители воды. Ситуация с питьевой водой в Рос­сии характеризуется как критическая — это прямая угро­за здоровью населения. Вода может быть причиной различ­ных изменений в организме и способствовать возникнове­нию инфекционных и неинфекционных заболеваний челове­ка. Примеси, от которых зависит безопасность ресурсов пи­тьевой воды, подразделяются на следующие категории.

Неорганические химические вещества, к числу ко­торых относятся ртуть, кадмий, нитраты, свинец и их со­единения, а также соединения хрома, меди. Содержатся они в сточных водах предприятий металлургической, ма­шиностроительной и горнодобывающей промышленности. Та­кие загрязнения содержат песок, глинистые и рудные вклю­чения, шлак, растворы минеральных солей, кислот, щело­чей и др.

Ядовитые вещества сточных вод оказываются токсич­ными для гидробионтое и нередко вызывают их гибель. В небольших дозах они изменяют обмен веществ, приводят к бесплодию и мутагенным явлениям.

Разные гидробионты обладают неодинаковой устойчи­востью по отношению к отдельным токсикантам. Например, мышьяк для планктонных рачков, дафний и циклопов смер­телен в концентрациях 0,25—2,5мг/л, а для рыб — 10— 20 мл/л.

Органические загрязнители могут быть растительно­го, животного и химического происхождения. К раститель­ным относятся остатки бумаги, плодов и овощей, расти­тельные масла и др. Основным химическим веществом это­го рода загрязнений является углерод. Загрязнители жи­вотного происхождения — физиологические выделения людей, животных, остатки жировых и мускульных тканей, Клеевые вещества и пр. Они характеризуются значитель-^нъ,1м содержанием азота. К органическим химическим загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты, пестици­ды, полихлорбифенилы; сточные воды; отходы кожевен­ных, бумажно-целлюлозных, пивоваренных производств.

Наибольшую угрозу чистоте водоемов представляют нефтяные масла. Эти очень стойкие загрязняющие веще­ства могут распространяться на расстояние более 300 км от источника. Легкие фракции нефти, плавая по поверхно­сти воды, образуют пленку, изолирующую и затрудняю­щую газообмен. При этом одна капля нефтяного масла, ра­стекаясь по поверхности, образует пятно диаметром 30— 150 см, а 1 т — 12 км² нефтяной пленки. Пленка нефти обла­дает большой подвижностью, стойка к окислению, а тяже­лые масла (мазут) оседают на дно водоемов, вызывая ток­сическое поражение придонной фауны.

Сильно загрязняет и засоряет реки молевой сплав леса. Усиливает засорение рек сброс отходов лесозаводов (опил­ки, кора и др.). Часть бревен тонет, их количество увели­чивается из года в год, образуя иногда слой в 3 м толщиной. Гниющие древесина и кора отравляют воду, она становится "мертвой".

Бактериальными и биологическими загрязнителя­ми являются различные микроорганизмы дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе возбудители тифа, паратифа, дизентерии, а также яйца гельминтов, поступающие с выделениями людей и животных. Бактериальную загрязненность сточных вод ха­рактеризуют величиной колититра, т. е. наименьшим объе­мом воды в миллиметрах, в котором содержится одна ки­шечная палочка (бактерия "коли"). Так, если колититр равен 10, это значит, что в 10 мл найдена 1 кишечная палочка. Этот вид загрязнителей свойственен бытовым во­дам, а также сточным водам боен, кожевенных заводов, шерстомоек, больниц и др. Общий объем бактериальной массы достаточно велик: на каждые 1000 M^:i сточных вод -до 400 л.

Загрязнения большей частью содержат около 42% минеральных веществ и до 58% органических.

Водная экосистема обладает чрезвычайно ценным свой­ством непрерывного самовозобновления под влиянием сол­нечной радиации и самоочищения. Оно заключается в пере-лешивании загрязненной воды со всей ее массой, последу­ющей минерализации органических веществ и отмирании внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются бак­терии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бакте­риального самоочищения через 24 часа остается не более 50% бактерий, через 96 часов - - 0,5 %. Процесс бактери­ального самоочищения сильно замедляется зимой.

Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, не­обходимо их многократное разбавление чистой водой. Если же загрязнения настолько велики, что самоочищения воды не происходит, существуют специальные методы и сред­ства для ликвидации загрязнений, поступающих со сточ­ными водами.

Радиоактивные загрязнители представляют большую угрозу жизни водоемов как экосистем и здоровью людей. Их источники — испытания термоядерного оружия под водой, заводы по очистке урановой руды и по переработке ядер­ного горючего для реакторов, атомные электростанции, ме­ста нахождения радиоактивных отходов.

Загрязнители почвы. Основными загрязнителями по­чвы являются:

Ê пестициды, применяемые для борьбы с сорняками, насекомыми и грызунами — вредителями сельскохозяйствен­ных культур (см. разд. 1.3.8 "Значение и экологическая роль Удобрений и пестицидов").

Ежегодное применение пестицидов в сельском хозяй­стве в России с 1980 по 1991 г. находилось на одном уровне и составляло примерно 150 тыс. т, а в 1992 г. снизилось до 100 тыс. т;

Ê удобрения (см. разд. 1.3.8 "Значение и экологическая роль удобрений и пестицидов");

Ê нефть и продукты нефтепереработки (канцерогенные вещества от автотранспорта). Загрязнение почв нефтью в местах ее добычи, переработки, транспортиров­ки и распределения превышает фоновое в десятки раз.

В почве всегда присутствуют канцерогенные (химичес­кие, физические, биологические) вещества, вызывающие опухолевые заболевания у живых организмов, в том числе и раковые;

выбросы промышленных предприятий. Почвы вок­руг больших городов и крупных предприятий цветной и чер­ной металлургии, химической и нефтехимической промыш­ленности, машиностроения, ТЭС на расстоянии в несколь­ко десятков километров загрязнены тяжелыми металлами, соединениями свинца, серы и другими токсичными веще­ствами. Среднее содержание свинца в почвах 5-километро­вой зоны вокруг ряда обследованных городов России нахо­дится в пределах 0,4—80 ПДК. Среднее содержание мар­ганца вокруг предприятий черной металлургии колеблется в пределах 0,05—б ПДК;

Ê свалки бытовых и промышленных отходов. Осо­бую проблему в городской среде, связанную исключитель­но с высокой численностью населения, составляет ликви­дация бытовых отходов, в особенности неорганических. Ко­личество отходов возрастает с повышением уровня жизни в городе, а эффективных способов их переработки и ликви­дации разработано на сегодня ничтожно мало. Немногочис­ленные виды, паразитирующие на отбросах, — крысы, во­роны, воробьи, а в последнее время и чайки — становятся разносчиками возбудителей заболеваний животных и чело­века.

Вывоз промышленных и бытовых отходов на свалки ве­дет к загрязнению и нерациональному использованию зе­мельный угодий, загрязнению атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, росту транспортных расходов и безвоз­вратной потере ценных материалов и веществ.

3. Основные пути миграции и накопления в биосфере токсичных и радиоактивных веществ.

Загрязнение среды - сложный процесс накопления вредных веществ, связанный с деятельностью человека. Био­сфера едина — реки пересекают границы государств с раз­личными социальными системами, леса оказывают влияние на территории, выходящие за пределы государственных границ, атмосфера их не знает совсем, поэтому вредные вещества распространяются по всей планете.

Пищевые цепи представляют собой одну из форм взаи­мосвязи между различными организмами, каждый из кото­рых питается другим видом. В биосфере происходит непре­рывный процесс превращения веществ в последовательно­сти "жертва — хищник". 

В случае потребления чужеродных веществ, которые не усваиваются или не выводятся из организма, происхо­дит их накопление по ходу пищевой цепи. Именно таким образом происходит накопление токсичных веществ, при котором первичные звенья пищевой цепи получают лишь незначительные количества токсиканта, а конечные звенья уже отравляются.

Для построения своего тела особи используют только часть потребляемой пищи, а остальное расходуется в энер­гетическом обмене. Однако неразлагающиеся ядовитые вещества не используются в энергетическом обмене и большей частью накапливаются в организме, особенно в том случае, если данное вещество имеет длительный период биологического полураспада. Коэффициент накопления не-разлагающихся ядов, особенно биоцидов, в большинстве случаев составляет около 10 на каждую ступень пищевой цепи.

Пестициды, поступившие в стоячий водоем, включа­ясь в пищевую цепь, совершают круговорот, отравляя экосистему водоема.

К загрязняющим атмосферу веществам относятся ра­диоактивные вещества.   Ра­диоактивные продукты в стратосфере могут находиться от 3 до 9 лет, а в нижележащих слоях атмосферы - до трех месяцев. Основное количество радиоактивных веществ по­ступает из атмосферы на землю с атмосферными осадками. Далее радиоактивные вещества транспортируются водны­ми течениями, подвижными организмами, особенно рыба­ми и птицами, которые способны поглощать из среды ра­диоизотопы и избирательно концентрировать их в своих органах, тканях, клетках, что приводит к внутреннему об­лучению (рис. 19.)

 

Распространение атмосферных токсикантов опреде­ляется горизонтальным и вертикальным движением воздуш­ных течений и потоков. Концентрация атмосферных токси­кантов в значительной мере зависит от температуры воз­духа, наличия облачности, тумана, осадков и других фак­торов, влияющих на скорость перемещения слоев воздуха. Дальность распространения зависит от времени существо­вания того или другого загрязнителя в воздухе и метеоро­логических условий, скорости и направления потоков в ат­мосфере.

Радиоактивность тоже может стать компонентом пи­щевых цепей: атмосфера — ветер — дождь — почва — растение — животное — человек. Важнейшими по степени опасности для человека являются следующие изотопы: иридий-131 - для щитовидной железы; стронций-89 и строн-ций-90 — для костей; цезий-137 — для мышц.

Радиационный фон в средней полосе России с учетом ес­тественной радиации составляет 10—20 мкР/ч (микрорентген в час), (мощность излучения цветного телевизора — 30— 40 мкР/ч, в салоне самолета на высоте 10 км — 400 мкР/ч).

 

Лекция № 10.