Загрязнение водоемов – это снижения их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Основными загрязнителями гидросферы является: нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате природных выбросов ее в районах залегания. Есть источники, которые связаны с деятельностью людей: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти, в качестве топлива и промышленного сырья. Нефть на воде образует тонкую пленку, которая препятствует газообмену между водой и воздухом. Когда нефть оседает на дно, она попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов. Кроме нефти, значительно выросли выбросы в океан бытовых и промышленных сточных вод, которые содержат, в частности, такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, мышьяк, которые имеют сильное токсичное действие. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему негативному влиянию на водную среду и живые организмы занимают токсические синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, в транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-10 мг/л при ПДК- 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоемах слои пены, особенно хорошо заметные на порогах, перекрестках, шлюзах. Возможность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2мг/л. Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, что поступают из сельскохозяйственных полей, и стоков животноводческих ферм.

Расширено производство (без очистительных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при прорабатывании водоемов для борьбы с вредителями; поступление в водоемы воды, которая стекает из поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий; при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при их транспортировке, хранении, и частично с атмосферными осадками. Рядом с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), внесенных на поля. Кроме того, большое количество органических соединений азота и фосфора попадает со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в воде приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

Сначала в таких водоемах резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы растет количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Потом происходит отмирание огромного количества организмов. Это приводит к затрате всех запасов кислорода, который содержится в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме изменяется настолько, что он становится негожим для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».

 

Загрязнение литосферы

В нормальных природных условиях все процессы, которые происходят в почве, находятся в равновесии. Но нередко в нарушении равновесного состояния почвы виноват человек. В результате развития хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение. В настоящее время на каждого жителя нашей планеты приходится меньше одного гектара пахотной земли. И эти незначительные площади продолжают сокращаться через хозяйственную деятельность человека. Огромные площади плодородных земель погибают при горнопромышленных работах, при строительстве предприятий и городов. Уничтожение лесов и природного травянистого покрова, многократная пашня земли без соблюдения правил агротехники приводит к возникновению эрозии почвы - разрушения и смыва плодородного слоя водой и ветром. Эрозия в настоящее время стала всемирным злом. Подсчитано, что только за последний век в результате водной и ветровой эрозий на планете потеряно 2млрд. гектар плодородных земель активного сельскохозяйственного пользования.

В роли основных загрязнителей почвы выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения, и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве. К наиболее опасным загрязнителям почвы относят ртуть и ее соединения. Ртуть поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных предприятий, которые содержат металлическую ртуть и разнообразные ее соединения. Еще более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве добавок к бензину, потому автотранспорт является серьезным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль значительных автострад.

Вблизи центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами. Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.

Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских работах, связанных с изучением и использованием атомной энергии. Радиоактивные вещества из почвы попадают в растения, потом в организмы животных и человека, накапливаются в них.

Значительное влияние на химический состав почвы делает современное сельское хозяйство, которое широко использует удобрения и разнообразные химические вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В настоящее время количество веществ, которые втягиваются в кругооборот в процессе сельскохозяйственной деятельности, приблизительно такое же, что и в процессе промышленного производства. При этом с каждым годом производство и применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве растет. Небрежность и бесконтрольное использование их приводит к нарушению кругооборота веществ в биосфере. Особенную опасность представляет применение ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных отложениях водоемов. Но главное - они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, потом в животныхх, а в итоге попадают с едой в организм человека.

 

Радиация в биосфере

 

Радиационные загрязнения имеют существенное отличие от других. Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, которые излучают заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные волны. Эти частицы и волны, попадая в организм человека, разрушают клетки, в результате чего могут возникнуть разнообразные болезни, в том числе и лучевые.

В биосфере везде есть природные источники радиоактивности, и человек, как и все живые организмы, всегда поддавался природному облучению.

Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, которые находятся в окружающей среде.

Внутреннее облучение создается радиоактивными элементами, которые попадают в организм человека с воздухом, водой и едой. Для количественной характеристики влияния излучения на человека используют единицы -биологический эквивалент рентгена (бэр). Так как радиоактивное излучение может вызывать серьезные изменения в организме, каждый человек должен знать допустимые его дозы. В результате внутреннего и внешнего облучения человек на протяжении года в среднем получает дозу 0,1 бэр и, следовательно, за всю свою жизнь около 7 бэр. В этих дозах облучение не приносит вреда человеку.

Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в результате деятельности человека. В настоящее время радиоактивные элементы достаточно широко используются в разнообразных областях. Халатное отношение к сохранению и транспортировке этих элементов приводит к серьезным радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное заражение биосферы связано, например, с испытанием атомного оружия.

Во второй половине ХХ-го века начали вводить в эксплуатацию атомные электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При нормальной эксплуатации объектов атомной энергии и промышленности загрязнения окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет мизерно малую частицу от природного фона. Другая ситуация заключается при авариях на атомных объектах. Так, при взрыве на Чернобыльской атомной станции в окружающую среду было выброшено лишь около 5% ядерного топлива, но это привело к облучению многих людей, большие территории были загрязнены настолько, что стали опасными для обитания. Это потребовало переселение тысяч жителей из зараженных районов. Повышение радиации в результате выпадения радиоактивных осадков было отмечено за сотни и тысячи километров от места аварии.

В настоящее время все острее появляется проблема складирования и сохранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С каждым годом они создают все большую опасность для окружающей среды. Таким образом, использование ядерной энергии поставило перед человечеством новые серьезные проблемы.

 

Глобальные проблемы

Хозяйственная деятельность человека, приобретая все более глобальный характер, начинает оказывать очень существенное влияние на процессы, которые происходят в биосфере. К счастью, до определенного уровня загрязнения, биосфера в состоянии к саморегуляции, что позволяет сводить к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддерживать равновесие. Начинаются необратимые процессы, которые приводят к экологическим катастрофам. С ними человечество уже столкнулось в ряде регионов планеты.

Человечество существенно изменило ход целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимического кругооборота и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возникли ряд сложных экологических проблем биосферы, которые необходимо решать в ближайшее время.

Парниковый эффект

 

По данным ученых, средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX ст. на 0,5-0,6 ⁰С. Ученые связывают такое повышение температуры в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа (СО₂) и аэрозолей в атмосфере. В земной атмосфере СО₂ действует как стекло в парнике: пропускает солнечный свет, но задерживает тепловое излучение Земли. Это приводит к повышению температуры атмосферы Земли. Такое явление получило название «парниковый эффект».

Как свидетельствуют расчеты ученых, повышение среднегодовой температуры на 2,5 ^оС, приведет к значительным изменениям на Земле, большинство из которых будут иметь для людей негативные последствия. Парниковый эффект изменит такие жизненно важные величины как: осадки, облачность, океанские течения, ветер, размеры полярных ледяных шапок. Внутренние районы континентов станут суше, а прибрежные – более влажными, зимы будут теплыми и короткими; лето – длинное и жаркое.

Наиболее неприятными для человечества являются два последствия парникового эффекта. Первый – значительное увеличение засухи в средних широтах, то есть в основном в зерновых районах. Климат здесь станет полупустынный, и урожаи зерна резко сократятся. Второй - потепление климата может привести к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Это вызовет затопление многих прибрежных районов, где живут миллионы людей. Например, такое густонаселенное государство как Банглодеж (150млн. человек) может быть полностью затоплено, исчезнет под водой Венеция. Изменения, которые могут состояться вследствие этого, просто трудно предсказывать. Решить, данную проблему было бы возможно, сократив, выбросы углекислого газа в атмосферу и установив равновесие в цикле кругооборота углерода.

 

Кислотные дожди

 

Кислотные дожди появляются с появлением окиси серы и азота, которые поступают в атмосферу в результате работы ТЭС, автомобильных двигателей. Соединяясь с атмосферной влагой, они создают мелкие капельки серной и азотной кислот, которые переносятся ветрами в виде кислотного туманна, и выпадают на землю кислотными дождями.

Негативное влияние кислотных дождей на факторы внешней среды:

- урожайность многих сельскохозяйственных культур снижается на 3-8% вследствие повреждения листьев кислотами;

- кислотные осадки вызывают вымывание из почвы кальция, калия и магния, который вызывает деградацию фауны и флоры;

- деградируют и погибают леса (особенно восприимчивыми к действию кислотных дождей являются кедр, бук, вяз);

- отравляется вода в озерах, прудах, в них погибает рыба (в первую очередь, ценные виды - лосось, форель) и много видов насекомых;

- уничтожение лесов в горных районах Карпат обусловливает увеличение количества горных оползней и обвалов;

- вдыхание людьми воздуха, загрязненного кислотным туманом, приводит к заболеваниям дыхательных путей, раздражению глаз.

Значительной угрозой является «интернациональный» характер этого загрязнения, потому что воздушные массы разносят кислотные туманы на тысячи километров от мест их возникновения.

Истощение озонового слоя

 

Вся жизнь на Земле зависит от энергии Солнца. Эта энергия поступает в виде различного вида излучений - это видимые, инфракрасные и ультрафиолетовые волны.

Ультрафиолетовые лучи негативно действуют на живую материю. Они могут вызывать физические изменения в организме, приводить к разрыву молекул белков, мутаций.

На высоте 20 – 50 км воздух удерживает увеличенное количество озона (О₃). Слой озона тонкий (2-3 мм), но он надежно защищает все живое от действия ультрафиолетовых лучей. В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощения озонового слоя атмосферы. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые “озоновые дыры”. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение пагубно влияет на живые организмы.

Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве холодореагентов, пенообразователей, растворителей, аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50-200 лет.

Под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода (О₂) распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О₃). Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, создавая две молекулы кислорода.

Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие. Однако загрязнители типа фреонов убыстряют процесс разложения озона, в нарушении равновесия между ними кислородом в сторону уменьшения концентрации озона.

Учитывая опасность, которая нависла над планетой, международное содружество предприняло первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение о сокращении производства фреонов приблизительно на 50 %.

Массовая вырубка лесов

 

Наиболее важной глобальной экологической проблемой современности является - массовая вырубка лесов. Одним из самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса, их самочувствие.

Кислотные дожди, которые вызываются, главным образом, диоксидом серы и окислами азота, наносят огромный вред лесному биоценозу. Установлено, что хвойные породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чем широколиственные. Только на территории нашей страны общая площадь лесов, пораженных промышленными выбросами, достигла 1 млн. гектаров. Значительным фактором деградации лесов в последние годы является загрязнение окружающей среды радионуклидами. Так, в результате аварии на Чернобыльской АЭС пораженно 2,1 млн. гектар лесных массивов.

Особенно сильно страдают зеленые насаждения в промышленных городах, атмосфера которых содержит большое количество загрязняющих веществ. Известно, что лесные содружества играют важную роль в нормальном функционировании природных экосистем. Они поглощают атмосферные загрязнения антропогенного происхождения, защищают почву от эрозии, регулируют нормальный сток поверхностных вод, препятствуют снижению уровня грунтовых вод и заилению вод, каналов и водоемов.

Уменьшение площади лесов нарушает процесс кругооборота кислорода и углерода в биосфере. Невзирая на то, что катастрофические последствия вырубки лесов уже широко известны, уничтожение их продолжается. В настоящее время общая площадь лесов на планете составляет около 42 млн. км², но она ежегодно уменьшается на 2%. Особенно интенсивно уничтожаются влажные тропические леса в Азии, Африке, Америке и некоторых других регионах мира. Так, в Африке леса занимали раньше около 60% ее территории, а теперь - всего около 17%. Значительно сократились площади лесов и в нашей стране.

Вырубка лесов влечет за собой гибель их богатейшей флоры и фауны. Человек обедняет образ своей планеты.

Однако, кажется, человечество уже осознает, что его существование на планете неразрывно связано с жизнью и благосостоянием лесных экосистем. Серьезные предупреждения ученых, которые прозвучали в декларациях Организации Объединенных Наций, других международных организаций, начали находить отзыв. В последние годы во многих странах мира стали успешно проводиться работы по искусственному лесоразведению.

Отходы производства

 

Важной экологической проблемой являются: отходы промышленного и сельскохозяйственного производств.

Они наносят большой вред окружающей среде. В настоящее время делаются попытки уменьшить количество отходов, которые загрязняют окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются самые сложные фильтры, строятся дорогие очистительные сооружения и отстойники.

Подсчеты показывают, что на все виды водопользования тратится 2200 км³ воды в год. На разведение стоков идет почти 20% ресурсов пресных вод мира.

Решение этой проблемы возможно при разработке и внедрении в производство полностью новых, замкнутых, безотходных технологий. При их использовании вода не будет стекать, а будет многоразово использоваться в замкнутом цикле. Все побочные продукты будут не выбрасываться в виде отходов, а поддаваться глубокой переработке.

Сельское хозяйство

 

Одной из экологических проблем современности является сельскохозяйственное производство, в котором вносятся удобрения в почву. В сельскохозяйственном производстве важно строго придерживаться правил агротехники и следить за нормами внесения удобрений. Так как химические средства борьбы с вредителями и сорняками приводят к существенным нарушениям экологического равновесия, ведутся поиски путей преодоления этого кризиса в нескольких направлениях.

Ведутся работы по выведению сортов растений, стойких к сельскохозяйственным вредителям и болезням; создаются бактериальные и вирусные препараты избирательного действия, которые будут поражать, например, только насекомых – вредителей. Ведутся поиски путей и средств биологической борьбы с вредителями. Разрабатываются препараты из числа гормонов, антигормонов и других веществ, способных действовать на биохимические системы определенных видов насекомых и не давать существенного влияния на другие виды или другие организмы.