Альтернативні шляхи охорони атмосфери

Промислові викиди негативно впливають на здоров’я людей, руйнують матеріали і обладнання, знижують продуктивність лісового і сільського господарства.

Серед альтернативних шляхів охорони повітря від локального забруднення основним є перехід на безвідходні і маловідходні технології. Вони включають у себе комплекс заходів по зниженню втрат при виробництві сировини, палива й енергії; повторне використання відходів у даному чи іншому технічному процесі або безпечне повернення їх в навколишнє середовище. Створення таких технологій пов’язане з розробкою принципово нових засобів виробництва, повною перебудовою традиційної технології і т.п.

Одним з основних напрямів у розвитку безвідходної і маловідходної технологій є утилізація викидів, комплексне використання сировини і матеріалів, створення виробництва із замкненим циклом, без викидів в атмосферу та скидання зі стічними водами особливо шкідливих речовин.

До ефективних заходів оздоровлення повітряного басейну належать винесення виробництв із найбільш шкідливими викидами за межі міст, ліквідація дрібних котелень і створення централізованих котелень із високими трубами, широке використання газового, низькосірчистого і малозольного видів палива.

У містобудівництві планування проводять із використанням моделювання атмосферної дифузії, забруднень повітря і повітряних течій в аеродинамічних трубах, що дозволить оптимально розмістити житлові будинки від джерел забруднення.

Для зменшення впливу вихлопних газів від автомобілів вживається багато заходів. У 1960-ті роки в США на автомобілях установили пристрої, які знижують викид шкідливих речовин. Щоб відфільтрувати шкідливі речовини, сьогодні широко використовують газові нейтралізатори, при яких двигун не повинен працювати на етилованому бензині. Але зростання кількості автомашин в усьому світі та обмежене використання нейтралізаторів у країнах, що розвиваються, гальмують вирішення цієї проблеми. Мережа державної екологічної служби повинна відстежувати і приводити кількість викидів шкідливих речовин із вихлопними газами у відповідність з нормами.

Повільна їзда − один із способів скоротити викиди вихлопних газів. У деяких країнах, коли рівень забруднення стає дуже високим, від водіїв вимагається знизити швидкість або навіть взагалі забороняється їздити. Багато міст, у тому числі Афіни й Рим, вжили заходів, що обмежують рух за певних умов.

У деяких містах, щоб скоротити вуличний рух, знижені ціни на проїзд в автобусі. В інших водіям, які за символічну плату залишають машину на стоянці, їздити на автобусі дозволяється безплатно. Є міста, де цілі дорожні смуги відведені тільки для автобусів і таксі, щоб не дати цим видам транспорту більшу свободу руху.

У Нідерландах активно пропагується зручний вид транспорту − велосипед. У кількох німецьких містах велосипедистам дозволяється їхати вулицею з одностороннім рухом у протилежному напрямі.

Перспективним напрямом є розробка екологічно чистих видів автомобільного транспорту. Запропоновано електромобілі, автомобілі на сонячних батареях, на водневому паливі та ін. Більшість із них ще недосконалі та досить дорогі. Дослідження тривають, і очікується подальший прогрес.

Ефективним заходом природного очищення повітря в місцях його забруднення є зелені насадження. Наведемо кілька переконливих фактів. Один гектар міських зелених насаджень поглинає за 1 год. 8 кг вуглекислого газу, тобто стільки, скільки його виділяє за той самий час 200 чоловік. За підрахунками, 1 га 20-річних соснових насаджень (при щорічному прирості деревини 5 м³) поглинає за рік 9,35 т вуглекислого газу і виділяє 7,25 т кисню. Ще ефективніші дубові насадження: у них за рік на 1 га поглинається 18 т вуглекислого газу і виділяється 13,98 т кисню.

Листя багатьох дерев і кущів поглинає різні шкідливі гази, на них осідає 70% пилу й аерозолів.

При забрудненні повітря випарами бензину, гасу та інших легкозаймистих речовин краще висаджувати березу карельську, вербу плакучу, клен гостролистий, дуб зимовий - вони зменшують окислюваність повітря. А такі рослини, як тополя пірамідальна, слива декоративна, айва, навпаки, підвищують окислюваність повітря. Айва є досить ефективною в районах із задимленим повітрям. Там же будуть корисними насадження білої акації, тополі канадської, шовковиці білої та ін.

 

Питання для самоконтролю

1. Яка будова і газовий склад атмосфери?

2. Які екологічні функції виконує атмосфера?

3. Назвіть головні забруднювачі атмосферного повітря.

4. Дайте оцінку ролі різних галузей промисловості в забрудненні атмосфери.

5. Які токсичні речовини викидаються в атмосферне повітря автотранспортом?

6. Як називається отруйна суміш диму, туману і пилу? До яких екологічних наслідків вона призводить?

7. Що спричинює появу кислотних дощів і як вони впливають на навколишнє середовище?

8. Поясніть механізм парникового ефекту і проаналізуйте його екологічні наслідки.

9. Чому виснаження озонового шару Землі є однією з найважливіших екологічних проблем сучасності?

10. У чому виявляється антропогенний вплив на навколоземний космічний простір?

11. Чому охорона атмосферного повітря являється ключовою проблемою оздоровлення навколишнього природного середовища?

12. Наведіть приклади негативного впливу високотоксичних забруднювачів на живі організмі.

13. Які найважливіші екологічні наслідки глобального забруднення атмосфери?

14. Чим викликані кислотні дощі?

15. Чому виснаження озонового шару Землі відноситься до числа найважливіших екологічних проблем?

 

V. ЗЕМЕЛЬНІ РЕСУРСИ. ОХОРОНА НАДР ТА ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГЕТИКИ

 

Роль ґрунтів у біосфері

Засновником учення про ґрунт як біокосне тіло вважається російський вчений В.В.Докучаєв, яким було вивчено і названо різні типи ґрунтів.Ще у 80-х роках XIX століття він визначив ґрунт як природно-історичне тіло, що утворюється під впливом клімату та живих організмів із геологічних порід. Найголовніше в його визначенні ґрунту − це наголос на тому, що без живих організмів ґрунту бути не може.

Сьогодні ґрунтом називають видозмінені під впливом живих організмів, перш за все – зелених рослин, поверхневі шари земної кори (суходолу), котрі відрізняються від гірських порід складом мінеральної маси, значним вмістом специфічних органічних речовин (гумусу) і мають важливу відмінність – родючість, тобто здатність постачати рослинам необхідні для їх росту поживні речовини, воду і повітря.

В екології ґрунтовий покрив розглядається як особлива підсистема біосфери − педосфера. Для утворення ґрунту необхідні п’ять головних факторів:

1) наявність материнської гірської породи, яка виступає як матеріальне джерело формування ґрунту;

2) наявність живих організмів;

3) рельєф місцевості, який впливає на характер трансформації гірської породи живими організмами і тип ґрунту, що формується;

4) клімат;

5) час, оскільки ґрунтоутворення є досить повільним процесом.

Але центральним фактором ґрунтоутворення все ж таки є живі організми. Саме вони в сукупній дії з іншими чотирма факторами утворюють зовсім нове біокосне природне тіло − ґрунт.

Екосистемні функції ґрунту різноманітні. Перш за все ґрунт забезпечує рослини поживними речовинами та водою. Тільки на ґрунті автотрофні зелені рослини повністю розкривають свій потенціал синтезу органічних речовин. Тому Л.О.Карпачевський(1989) правильно визначає родючість ґрунтів як властивість, що полягає в здатності забезпечувати рослини живленням та водою однак, екосистемні функції ґрунтів набагато ширші.

Ґрунти впливають на рослини та тварин тим, що трансформують усі інші кліматичні фактори. Ґрунт може підсилювати дію окремих абіотичних факторів, видозмінювати цю дію, або узагалі гасити її. Так, наприклад, чорноземи України здатні знижувати вплив атмосферної посухи за рахунок великої здатності гумусу до водоутримання. Для функціонування екосистем велике значення має нейтралізуюча роль ґрунту. Вона полягає в здатності ґрунтів руйнувати біологічно шкідливі, токсичні речовини.

Можна говорити й про консервуючу роль ґрунтів. У ґрунті протягом багатьох десятків, а то й сотень років добре зберігає свою життєздатність насіння. Ґрунт є оптимальним середовищем життя багатьох груп комах.

Структура ґрунту досить складна. Але в більшості типів виділяється невелика кількість основних горизонтів:

А − гумусний горизонт, у якому зосереджена основна маса органічної речовини ґрунту. У його межах часто виділяють підстилку (А₀) та власне перегнійні горизонти (А_2,3);

В − горизонт, який утримує переважно вже мінералізовані речовини, перемішані з перетвореною гірською породою;

С − слабо змінена підстилаюча гірська порода.

Головним у ґрунті є гумусний горизонт. Степові ґрунти вміщують до 12 тисяч тонн гумусу на 1 га, а лісові − до 100 тонн.

Гумусний горизонт ґрунту першим сприймає опад, що надходить на поверхню ґрунту. Саме в ньому починається переробка опаду рослин та залишків тіл тварин. Цю переробку називають гуміфікацією, бо вона завершується утворенням гумусу.

У процесі гуміфікації мертва органічна використовується в їжу детритофагами та редуцентами, тобто комахами, бактеріями та грибами. Після переробки органічна речовина перетворюється на гумус − темну аморфну речовину досить складного хімічного складу. Гумус завдяки своїй структурі здатний запобігати вимиванню поживних речовин у більш глибокі горизонти ґрунту. Він поліпшує структуру ґрунту, надає їй грудкуватості, зв’язаності та забезпечує здатність утримувати у своїй товщі багато вологи.

Паралельно з гуміфікацією під впливом редуцентів у ґрунті відбувається процес мінералізації. Він полягає у вивільненні з органічних речовин іонів мінеральних елементів: фосфору, азоту, калію та інших іонів мінеральних елементів, що утворюються в процесі мінералізації та складають головне джерело поживних речовин для автотрофних зелених рослин. Мінеральні речовини, що є поживою для рослин, називаються біогенними елементами. Ряд біогенних елементів використовується автотрофними рослинами у великих кількостях. Це макроелементи − азот, фосфор, калій та деякі інші. Але частина біогенних елементів потрібна рослинам тільки в дуже малих кількостях, їх називають мікроелементами. До них належать потрібні під час фотосинтезу марганець та залізо, для азотного обміну − молібден, бор, кобальт і залізо, для загального ефективного метаболізму − марганець, кобальт та мідь.

Ґрунт є складною системою, усередині якої відбуваються різноманітні складні процеси. Для того, щоб підтримувати ґрунт у доброму стані, необхідно знати природу обмінних процесів усіх його складових.

Рослини вбирають із ґрунту необхідні мінеральні речовини, але після відмирання рослинних організмів спожиті елементи повертаються у ґрунт. Ґрунтові організми поступово перероблюють усі органічні рештки. Таким чином, у природних умовах відбувається постійний кругообіг речовин у ґрунті.

 

Причини деградації ґрунтів

В нас час розвитку людської цивілізації площі ґрунтів, придатних для землеробства, безперервно скорочуються. Це відбувається в результаті відведення земель під міське та сільське будівництво, транспортні комунікації, ложа водосховищ та на інші потреби. Забруднення ґрунтів полягає в тому, що до них надходять нові, нехарактерні для них речовини, або поселяються та розмножуються в них нові мікроорганізми.

У другій половині XX століття внаслідок забруднення стала характерною масова деградація ґрунтів із втратою їх основної властивості − родючості. Факторів деградації ґрунтів дуже багато. Головні з них такі:

а) неправильне землекористування, що призводить до втрати родючого шару ґрунту при ерозії;

б) знищення екосистем, у межах яких формувався даний тип ґрунту;

в) забруднення промисловими, сільськогосподарськими та побутовими відходами;

г) зміни кліматичних факторів і, в першу чергу, гідрологічних умов.

Залежно від регіону та умов господарювання на перший план у деградації ґрунтового покриву може висуватися будь-який із цих факторів.

Деякі антропогенні фактори, які спричиняють зменшення площ ґрунтів та їх забруднення, в узагальненому вигляді наведені в таблиці 5.1.

Для ґрунтів є небезпечним накопичення в них металів. За своїм походженням важкі метали в ґрунті підрозділяються на три групи:

а) літогенні, що є в складі гірських порід;

б) педогенні, що пов’язані з ґрунтом;

в) антропогенні, які вносяться в ґрунт у результаті діяльності людини. Найбільшу небезпеку становить остання група.

 

Таблиця 5.1

Екологічні наслідки впливу антропогенних факторів на ґрунти

Основні фактори	Найважливіші зміни ґрунтів
Щорічна глибока оранка ґрунтів з перевертанням пластів	Порушуються оптимальні фізичні властивості ґрунтів (структура, водно-повітряний режим та ін.), збільшується інтенсивність площинної ерозії, знижується вміст гумусу
Розорювання цілинних земель	Різка зміна процесів ґрунтоутворення, виникнення ерозій
Застосування важкоколісної сільськогосподарської техніки	Ущільнення ґрунту і різке зниження його родючості, часті пилові бурі та знесення родючого шару, забруднення ґрунту пальним і мастилами
Знімання врожаю культурних рослин; сінокосіння і заготовляння силосу	Без добрив − зменшення поживних речовин і через кілька років зниження родючості, посилення випаровування вологи після видалення вегетативної маси рослин
Випасання худоби	Ущільнення ґрунту тваринами, при перевипасанні − знищення скріплючої ґрунт рослинності і виникнення ерозії, збіднення хімічного складу ґрунту, осушення
Випалювання сінокосів і пасовищ	Загибель великої кількості ґрунтових організмів у поверхневому шарі, посилення випаровування
Осушення	Порушення гідрологічного режиму, на торф’яних ґрунтах − виникнення вітрової ерозії
Зрошення	Зволоження, а при неправильному поливі - заболочування, за відсутності достатнього дренажу − засолення
Хімічне і радіоактивне забруднення	Загибель багатьох видів ґрунтових організмів, зміна процесу ґрунтоутворення, біокумуляція хімічних забруднювачів та радіонуклідів у живих організмах
Створення звалищ промислових і побутових відходів	Знищення ґрунтів під відвалами, отруєння ґрунтових організмів на прилеглих ділянках
Будівництво приміщень та різних споруд (аеродромів, водосховищ, автошляхів, ангарів та ін.)	Знищення ґрунтів, накопичення відходів, вплив на ґрунти засобів транспорту, докорінні зміни процесів ґрунтоутворення під спорудами
Добування корисних копалин відкритим способом	Знищення ґрунту на місці кар’єру і під відвалами породи, різке зниження рівня ґрунтових вод і часткове осушення ґрунту
Наземний транспорт	Ущільнення ґрунту, забруднення пальним, мастилами і солями важких металів
Викиди промислових відходів в атмосферу	З опадами та при осіданні забруднюють ґрунт, змінюють його хімізм, кислотність
Знищення лісів (вирубування, лісові пожежі та ін.)	Підсилення вітрової і водної ерозії, випаровування вологи з ґрунту

 

Найбільш токсичними для ґрунту (1 клас небезпечності) є свинець, ртуть, уран, торій, кадмій, берилій, хром, нікель та кобальт. Токсичні також германій, олово, вольфрам, молібден, літій, вісмут, марганець, мідь, миш’як, селен, алюміній. Більшість цих речовин концентрується в трофічних ланцюгах. Хоча самі по собі важкі метали не є ксенобіотиками, але в підвищених концентраціях вони приводять до біологічної шкоди всім живим організмам. Наприклад, при концентраціях алюмінію, основними джерелами яких є посуд, чай та аспірин, більше ніж 10 мкг/л, розвивається хвороба Альцгеймера. Чотиривалентний хром, що утворюється як відходи гальванічних виробництв, дуже шкідливо впливає на нирки та легені. Кадмій вражає печінку, веде до розвитку гіпертонії, а в підвищеній концентрації має канцерогенну дію. Антропогенна трансформація ґрунтів набула такого поширення, що Л.В.Єтеревська (1989) вважала доцільним виділяти особливу категорію ґрунтів − техноземи.

Сильно забруднюють ґрунти пестициди та залишкова кількість мінеральних добрив. Аварії на АЕС та випробування ядерної зброї супроводжуються забрудненням ґрунту радіонуклідами. Видобування, переробка та використання нафтопродуктів веде до забруднення ґрунту залишковою кількістю сирої нафти, бензинів, мастильних матеріалів.

В останні десятиліття серед різних видів хімічного забруднення на перше місце вийшло надходження до навколишнього середовища діоксинів. Під назвою “діоксин” виступає більше 15 поліхлорованих похідних дибензодіоксину та фуранів, що утворюються при відбілюванні целюлози і спалюванні побутових відходів та характеризуються високою токсичністю. Діоксин отруйний для усіх аеробних організмів. Він важко розкладається в природних умовах. Діоксин входив до складу так званого “оранжевого агенту”, який США використовували як дефоліант в період війни у В’єтнамі. В результаті у місцевого населення та у солдатів США − ветеранів цієї війни до сьогодні реєструється підвищена частота ракових захворювань.

У сільськогосподарських районах велика кількість ґрунтів втрачається внаслідок активних ерозійних процесів. Відомий канадський зерновий пояс до нашого часу втратив 50% органіки, яка початково вміщувалася в його ґрунтах. У Великобританії середні втрати ґрунтів від ерозії оцінюються від 2,2 до 12,2 тонн/га у рік.

Великої шкоди землям завдають зумовлені діяльністю людини (підрізка схилів, копання кар’єрів, підтоплення через аварії й неправильно проведена меліорація: ґрунт або висушується (при осушенні боліт), або перезволожується (в районах дії зрошувальних систем), яке нерідко веде до вторинного засолення ґрунтів, будівництво водосховищ тощо) зсуви, селі та осипи в горбкуватих та гірських регіонах. Ерозія й засолення ґрунтів призводять до запустелювання земель.

Стан “здоров’я” ґрунтів контролюється в наш час погано. Серед величезної кількості ксенобіотиків, що надходять до ґрунту, реєструються тільки декілька десятків. Продукти їх перетворення, часто більш токсичні, ніж сама початкова речовина, взагалі ніяк не враховуються. Темпи втрат ґрунтової родючості та самих ґрунтів стали такими високими, що Г.В.Добровольський, Л.О.Нарпачевський та ін. відомі ґрунтознавці ставлять питання про підготовку “Червоної книги ґрунтів”, до якої повинні бути занесені типи ґрунтів, яким загрожує повне знищення. Червона книга ґрунтів може бути основою для ведення моніторингу стану ґрунтів та для збереження еталонів природних типів ґрунтів.