Екологічна безпека літосфери

 

Ґрунт – це самостійне природне тіло, яке утворилося з поверхневих шарів гірських порід під сукупним впливом тварин, рослин, мікроорганізмів, клімату, води, рельєфу місцевості, часу, діяльності людини. Товщина ґрунтового покриву становить від 15–20 см до 2–3 м. В. Вернадський називає грунт „біокосним” тілом і „благородною іржею”, оскільки він є результатом дії живої і неживої природи; безліч видів частину або все своє жит­тя проводять у грунті, розпушуючи його та удоб­рюючи. Це мікроорганізми, найпростіші, черві, вищі тварини, зокрема риючі. Грунт не лише жи­вить, а й утримує рослини. Найважливіша особливість грунту – родю­чість, тобто забезпечення рослин усім необхідним для їх росту і розвитку. Важливо зауважити, що уґрунті знаходиться 1/4 всієї біомаси лісів, 3/4 степової рослинності, червів, комах та інших безхребетних – кілька десятків мільйонів на 1 м², найпрості­ших – понад 1 млн в 1 г ґрунту.

Поліпшують структуру ґрунтів, підвищують його пухкість, сприяють насиченню киснем, збагачують органічними та мінераль­ними речовинами, поліпшуючи ро­дючість ґрунту-дощові черві.Біомаса земляних червів у Європі переви­щує біомасу людей, що її населяють.

 

Механічний склад ґрунту

Тверда частина ґрунту складається з часточок різного розміру – уламків гірських порід, мінералів, решток рослин і тварин, нерозчинних органічних та неорганічних сполук. Умовно всі часточки розміром понад 0,01 мм називають фізичним піском, менші за 0,01 мм – фізичною глиною.

Гранулометричний склад ґрунту характеризує:

- родючість;

- водопроникність і вологоємність;

- повітро- і газопроникність.

За вмістом фізичного піску (%), ґрунти поділяють так:

- глина важка ≤ 10%

- глина легка ≤ 30%

- суглинок важкий ≤ 40%

- суглинок середній ~ 50%

- суглинок легкий ≥ 60%

- супісок ≥ 80%

- пісок ≥ 90%

 

У важких ґрунтах (>50% фізичної глини) висока вологоємність і в'язкість, низь­ка водопроникність, вони родючі, але важкі в обробці; легкі ґрунти збагачені велики­ми часточками, легко прогріваються і обробляються, швидко пропускають вологу, але малородючі через низьку концентрацію гумусу (органічної речовини ґрунту, що утворюється при руйнуванні рослинних і тваринних решток і продуктів їх життє­діяльності, забарвленої в темний колір; складається переважно з гумінових і фульвінових кислот та їх солей).

 

Фазовий склад ґрунту

 

- тверда частина;

- рідка частина (ґрунтовий розчин);

- газоподібна частина – ґрунтове повітря, збагачене порівняно з атмосферним вуглекислим газом, метаном, аміаком, гідрогеносульфуром і збіднене киснем; у верхніх 15-30 см грунту склад повітря такий: 78-86% N₂, 11-21% О₂, 0,3-8% СО₂;

- жива частина – сукупність ґрунтових мікроорганізмів і риючих тварин (в 1 га землі перебуває приблизно 10 тонн найрізноманітніших видів живої речовини).

Хімічні процеси в ґрунті

Усі процеси, що відбуваються в грунті, тісно пов'язані між собою. Оптимальною є щільність ґрунту 1 г/см³; вже при ρ = 1,4 г/см³ погіршуються умови для росту коріння, газо і водообміну, існування риючих тварин. Важка техніка, що працює на полях, переущільнює ґрунти, змінюючи не лише їх структурно-механічні властивості, а й хімічні та біологічні процеси, що в них відбуваються. Згідно з кліматичними зонами змінюється швидкість процесів ґрунтоутворення, товщина ґрунтового покриву, його родючість, типи ґрунтів (чорноземи, сірі лісові, каштанові, жовтоземи тощо).

За вмістом гумусу ґрунти поділяють на два типи: чорноземи – 7-10% гумусу та підзолисті ґрунти – до 2-3%. В. Докучаєв називав чорноземи „царем ґрунтів”, у Лівобережному лісостепу України, де він складав карти ґрунтів, вміст гумусу стано­вив 10–11%, тоді як сьогодні він удвічі менший.

Гумус містить воду та біогенні елементи, розкладаючись щороку на 20-50% залежно від умов, підвищує вбирну здатність та буферну ємність ґрунту, регулює рН, створюючи оптимальні умови для росту рослин.

Оксид карбону (IV) утворюється в грунті під час дихання живих організмів та розкладання органічних решток; частина його виділяється в атмосферу, інша погли­нається коренями рослин та використовується в процесі фотосинтезу для створення біомаси; СО₂ збільшує розчинність солей і доступність їх для живлення рослин.

Корені рослин виділяють у ґрунт не лише СО₂, а й численні органічні сполуки, зокрема кислоти, що впливають на рН ґрунтового розчину. Крім того, корені утво­рюють комплекс із ґрунтовими мікроорганізмами – бактеріями, грибами, актиномі­цетами, яких тут 150-300 млн на 1 г ґрунту – ризосферу.

У ґрунті містяться і хвороботворні мікроорганізми – збудники захворювань: сибірки, газової гангрени, правця, ботулізму; тимчасово живуть у ґрунті збудники кишкових захворювань (черевного тифу, холери, дизентерії), чуми, коклюшу, бруцельозу.

Збудники туберкульозу зберігають життєздатність у грунті впродовж 15 міс., дифтерійна паличка – до 2–3 тижнів. Спороутворювальні бактерії у вигляді цист можуть існувати дуже довго, витримуючи висушування, високий тиск і температуру, нестачу поживних речовин.

 

Таблиця 1

Земельний фонд планети

 

Земельний фонд	Площа
млн км^2	% загальної площі
Ліси і лісопосадки	40,3	27,0
Природні луки і пасовища	28,5	19,0
Сільськогосподарські угіддя	19,0	13,0
Сухі пустелі, скелі, прибережні піски	18,2	12,1
Льодовики	16,3	11,0
Тундри і лісотундри	7,0	4,7
Полярні та високогірні пустелі	5,0	3,3
Антропогенний бедленд*	4,5	3,0
Болота (поза тундрами)	4,0	2,7
Озера, річки, водосховища	3,2	2,2
Землі промислового і міського призначення	3,0	2,0

* Бедленд – «погані землі» (англ.) – розчленований рельєф, що робить землю непридатною для землеробства.

 

Причини втрат ґрунтів

Розорювання. На Великих рівнинах США колись жили індіанці, займалися полю­ванням. Наприкінці XVIII ст. „білі” почали розорювати степи, що давали багаті врожаї впродовж 100 років. Посуха наприкінці XIX ст. знищила всі посіви, 90% фермерів залишили ці землі і повторне їх освоєння почалося після Першої світової війни. Однак сильні вітри, що дули два роки поспіль (1934-1935 рр.), знесли родючий шар ґрунту, перетворивши Великі рівнини на пустелю. Те саме сталося і після освоєння цілини в 50-х роках XX ст. у Казахстані.

Перевипасання спричинює знищення трав’яного покриву, подальшу ерозію, неможливість відновлення родючості внаслідок втрати детриту. В Ісландії вівці перетворили місцевість на кам’янисту пустелю.

Важко повірити, що в пустелі Гобі чотири тисячоліття тому вирощували хліб, а Лівійська пустеля була житницею могутнього Риму. Вирубування лісів і зумовлені нею ерозія та спустелювання призвели до загибелі стародавніх центрів землеробства у Сирії та Пакистані. Як говорить народне прислів'я: „Хто рубає ліси, той сушить місця, гонить від полів хмари і готує собі горя купи”.

Найнебезпечніше знищення лісів на рівнинних територіях у вологих тропіках, де понад 90% біогенних елементів рослини отримують з опалого листя, та в районах вічної мерзлоти (порушення температурного режиму, заболочування місцевості).

Зрошення в посушливих місцевостях часто зумовлює вимивання солей з глибин у верхнігоризонти ґрунту і засолення внаслідок швидкого випаровування води. Засо­лення перетворює землі на пустелю (за вмісту в ґрунті 1% солей урожайність більшості сільськогосподарських культур знижується на третину, 2-3%повністю гине). Зрошення забрудненими водами Південно-Кримського каналу земель на півдні України спричинило їх забруднення важкими металами, пестицидами, нафтопродуктами, радіонуклідами. Нераціональний полив у Криму призвів до заболочення значних територій. Нині у світі засолено близько 30% зрошуваних земель.

Ерозія ґрунтів – це процес руйнування ґрунтового покриву і знесення його часточок потоками води (водна ерозія) або вітром (вітрова ерозія), яка посилюється внаслідок господарської діяльності людини.

Пилові бурі переносять повітряними потоками мільйони тонн родючого ґрунту на сотні і навіть тисячі кілометрів.

Площа еродованих земель внаслідок неправильного ведення землеробства і будівельних робіт у світі досягла 700 млрд га.

Основними причинами ерозії є руйнування гумусового шару внаслідок розорювання цілинних земель; вирубування лісів; витоптування трав’янистого покриву. Особливо небезпечне знищення рослинного покриву і посилення ерозійних процесів у гористих місцевостях, натериторіях, де є схили, яри. Дощі й талі води зносять великі маси ґрунту, а також кар'єрний спосіб видобутку корисних копалин, будівництво споруд, транспортних магістралей, комунікацій тощо.

Підкислення ґрунтів – це зниження їх рН, спричинене забрудненням хімічними сполуками, що мають кислотний характер. Кислі ґрунти більш характерні для низинних місцевостей з холодним кліматом і частим затопленням. Основними причинами підкислення ґрунтів, несприятливими для більшості видів сільськогос­подарських культур, є:

- винесення з глибоких шарів сульфідів під час видобутку корисних копалин відкритим способом та окиснення їх на поверхні до сульфатів і сульфатної кислоти;

- випадання кислот (Н₂SO₃, Н₂SO₄, НNO₃, та ін.) з атмосферними опадами;

- вимивання речовин, що мають кислотний характер, із звалищ відходів, шламонакопичувачів.

Заболочування і втрата земель для потреб землеробства також зумовлені господарською діяльністю людини:

- нераціональний полив угідь;

- інфільтрація вод з великих водосховищ;

- затоплення великих територій при будівництві ГЕС.

Санітарний стан ґрунтів контролюють за певною схемою і регламентом. Комплексну гігієнічну діагностику ґрунтів здійснюють на основі експериментально встановле­них показників, наведених у таблиці 5.2.

 

Таблиця 2

Санітарний стан ґрунтів

№ з/п	Характеристикаґрунтів	Число личинок і лялечок на 25 м^2	Число яєць гельмінтів в 1кг ґрунту	Титр E. Coli	Титр E.Perfrin-gens	Санітарне число Хлєбнікова
	Чисті			1,0 і більше	0,1 і більше	0,98 – 1,0
	Слабкозабруднені	1 - 10	до 10	1,0 – 0,01	0,1 – 0,001	0,85 – 0,98
	Забруднені	10 - 100	11 - 100	0,01 – 0,001	0,001 і менше	0,70 – 0,85
	Сильнозабруднені	100 і більше	Понад 100	0,001і менше	0,0001 і менше	0,001 і менше

 

Фізико-хімічні дослідження полягають у визначенні відношення вміс­ту загального азоту до органічного, кислотності, біохімічного споживан­ня кисню, окислюваності, сухого залишку, сульфатів і хлоридів та ін. Ці дослідження стосуються переважно ґрунтових витяжок. Санітарно-енто­мологічні дослідження включають підрахунок чисельності синантропних мух у всіх фазах їхнього розвитку (лялечки, личинки, дорослі) в примі­щеннях, на відкритому повітрі, в ґрунтах і відходах. Санітарно-гельмінтологічні дослідження мають на меті виявлення яєць гельмінтів, що пара­зитують в органах людини, у місцях масових скупчень людей. Санітарно-бактеріологічні дослідження передбачають повний, короткий і спеціаль­ний аналізи. При цьому визначають наявність бактерій кишкової групи (колі-титр). Спеціальні аналізи проводять з метою виявлення представ­ників дизентерійної й тифозної груп і збудників деяких інших хвороб.

Проблема санітарної охорони ґрунтів від забруднення відходами гос­подарювання набула надзвичайної гостроти, проте ефективних засобів для її радикального вирішення поки що не знайдено, оскільки до остан­нього часу утилізації та знищенню відходів приділялося недостатньо ува­ги. З метою запобігання забрудненню літосфери доцільно здійснювати раціональну переробку природних ресурсів із використанням безвідход­них та маловідходних технологій, які повністю виключали б утворення відходів господарської діяльності. Проте сучасний стан розвитку техніки поки що не дає змоги здійснювати це повною мірою.

Забруднення біосфери, що утворилися природним шляхом або внаслідок антропогенної діяль­ності, потрапивши в атмосферу, гідросферу чи літосферу, також перебува­ють у постійній взаємодії: відбуваються певні хімічні перетворення речовин в атмосферній та ґрунтовій воді, окисно-відновні реакції, гідроліз і комплексоутворення, хімічне та бактеріальне вилуговування, сорбція, іонний обмін і багато інших. При взаємодії із земною поверхнею газуваті забрудники можуть виводитися з атмосфери. В ґрунт з атмосфери щороку надходить до 3 млн т оксиду сульфуру (IV), 3,1 млн т оксидів нітрогену, 8,2 млн т оксиду карбону (II), 1,75 млн т органічних сполук, 7 тис. т цинку, 6,5 тис. т свинцю, 80 т кадмію та близько 600 інших забруднювальних речовин. Це призводить до істотних змін середовища існування живих організмів.

Рослинний світ літосфери може поглинати атмосферні гази, як і неор­ганічні речовини, без подальшої переробки або активно включати їх у процеси метаболізму, створюючи сприятливий градієнт концентрацій для подальшого поглинання. За винятком вуглекислого газу, всі основні гази, що забруднюють повітря, значною мірою беруть участь у метаболізмі рослин. Проте для багатьох рослин спостерігаються порушення процесів життєдіяльності за дуже малих концентрацій забрудників. Взагалі росли­ни зазнають шкідливої дії газуватих забрудників у менших концентра­ціях, ніж тварини (особливо у разі наявності оксидів нітрогену й сульфуру). Винятком є лише оксид карбону (II), який завдає шкоди рослинам у значно більших концентраціях, ніж при дії на тварин.

У результаті хімічної взаємодії забруднювальних речовин відбуваєть­ся їх трансформація з утворенням нових хімічних сполук – ксенобіотиків, які нерідко бувають набагато токсичнішими, ніж вихідні забрудники. Яскравим прикладом таких штучно створених у природі сполук є нітрозаміни – продукти трансформації в ґрунті азотних добрив. Забруднювальні сполуки (зокрема, діоксани) можуть бути канцерогенними, тобто спри­чинювати ракові захворювання. Ці речовини потрапляють в атмосферне повітря, поверхневі й ґрунтові води та ґрунти, з яких переходять у рослини, а далі через ланцюги живлення – в організми тварин і людей. Нако­пичуючись в організмах у надмірній кількості, вони спричинюють різні захворювання і навіть смерть.

Характерною особливістю літосфери є те, що забруднення переміщу­ються в ній природним шляхом значно повільніше, ніж у гідросфері й атмосфері. Тому відбувається концентрування токсичних речовин і подальша міграція їх у різні середовища в процесі біологічного та геохімічного кругообігів речовин. Внаслідок інтенсивного надходження ксенобіотиків порушується динамічна рівновага цих природних циклів, які складалися впродовж багатьох мільйонів років. А це врешті може призвести і вже частково призводить до незворотних катастрофічних змін у біосфері Землі.

Для зменшення втрат корисних копалин і охорони надр потрібно про­водити повне розвідування родовищ з тим, щоб території, в надрах яких знаходяться родовища корисних копалин, не були забудовані або в їх зоні не були створені водосховища. Після завершення експлуатації родовищ слід обов'язково виконувати рекультиваційні роботи.

Заощадити мінеральні ресурси можна за рахунок істотного вдоскона­лення технології видобутку корисних копалин: свердловинне гідродобу­вання й вилуговування, підземні виплавляння сірки та газифікація вугілля тощо. Потрібно застосовувати технології комплексної переробки сиро­вини, вилучаючи всі корисні інгреді­єнти, а порожню породу використовува­ти як будівельний або закладний матеріал. Порожні породи з вугільних та інших шахт використовують для будівництва шляхів, гідротехнічних дамб, виробництва будівельних блоків, заповнення відпрацьованих штолень, штреків і кар’єрів. З порід, які раніше складувалися, почали виготовляти щебінь, цемент, скло, силікатну цеглу, вогнетриви й формувальні мате­ріали. На підприємствах кольорової металургії з руд поряд з основними металами почали додатково вилучати сполуки ще 60 елементів (селен, ін­дій, телур, бісмут, кобальт та ін.).

Суттєво зменшити споживання руд можна за рахунок вилучення ко­рисних речовин із викидних газів, пилу та стічних вод. З цих відходів до­бувають сірку, ванадій, цинк, свинець, молібден та рідкісні метали.

У 1992 р. Верховна Рада України прийняла нові закони про охорону природного середовища та ресурси країни. Ними передбачено конкретні заходи охорони надр та земної поверхні, а також жорсткі покарання за шкоду, заподіяну природі.