Биосфера. Воздействие человека на биосферу

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это чаще всего соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепочке более высокоорганизованным организмам.

Кроме перечисленных веществ, к опасным заразитлям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков и способных изменять рН водной среды до значений 15,0 или выше 18,0, тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 16 млн. т. солей. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.  
Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн. т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества (жиры, масла, смазочные материалы) образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.  
В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

Тепловое загрязнение исходит от тепловых электростанций. Сброс нагретых вод в природные водоемы вызывает повышение температуры воды, замену обычной флоры сине-зелеными водорослями, выделяющими при разложении токсические вещества. Такая вода непригодна для питья, рыбного хозяйства, часто и для промышленности, так как возможны нарушение технологических процессов и коррозия металлических конструкций. Токсические вещества, содержащиеся в водах, весьма опасны для человека, так как активно накапливаются в пищевых цепях. Так, углеводороды, ароматические амины, нитро соединения, попадая в организм человека, могут вызвать раковые заболевания. Бывают случаи отравления рыбой, содержащей соединения ртути.

4. Загрязнение Мирового океана:

Нефть и нефтепродукты

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно - коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти  углеводороды 1(до 98%)  0подразделяются на 4 класса:  3а) Парафины (алкены). . 0 1(до 90% от общего состава)  0устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.  3б) Цикло парафины. . 1 ( 30   60% от общего состава) 0насыщенные циклические соединения с 56 атомами углерода в кольце. Кроме цикло пентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.  3в) Ароматические углеводороды. . 1 (20  40% от общего состава) 0 ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, со держащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем цикло парафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца ( 1бензол, толуол, ксилол) 0, затем бициклические ( 1нафталин) 0, полу циклические ( 1пирен).  3г) Олефины (алкены). . 1 (до 10% от общего состава) 0 ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь. Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу годовых в океан ежегодно поступало около 16 млн.т. 0нефти, что составляло 10,23% 0мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод,  все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. В период за 1196279 годы 0в результате аварий в морскую среду поступило около 12 млн. т. 0нефти. За    16   последние 130 0лет, начиная с 11964 0года, пробурено около 12000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 11000 и 1350 0промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 10,1 млн.т. 0нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 12,0 1млн.т./год 0. Со стоками промышленности ежегодно попадает 10,5 1млн.т. 0нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности.  Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленка ми сырой нефти составляет 1110% (280 нм), 6070% (400нм). Пленка толщиной 13040 мкм 0полностью полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую 1"нефть в воде" 0и обратную 1"вода в 1нефти" 0. Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 10,5 мкм, 0менее устойчивы и характерны для нефти, содержащих поверхностно активные вещества. При удалении лету чих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. 

Пестициды.

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы: 1инсектициды  для борьбы с вредными насекомыми, 1фунгициды и бактерициды     17   для борьбы с бактериальными болезнями растений, 1гербициды  против сорных растений. Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителя ми. В настоящее время более 15 млн.т. 0пестицидов поступает на мировой рынок. Около 11,5 млн.т. 0этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем золотым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы:

1хлороорганические, 

2фосфороорганические

3карбонаты.

Хлороорганические инсектициды  получают путем хлорирования ароматических и гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся 1ДДТ 0и его производные, в молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиенаэлдрин. 0Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются 1полихлорбифенилы  0производные 1ДДТ 0без алифатической части, насчитывающие 1210 0гомологов и изомеров 1. 0За последние 140 0лет использовано более 11,2 млн.т. 0полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов. Поли хлор дифенилы ( 1ПХБ) 0попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во все районах Земного шара. Так в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 1 0,03  1,2 кг./л.

Синтетические поверхностно активные вещества.

Детергенты (СПАВ) 0относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств ( 1СМС) 0, широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат 1полифосфаты     18  1натрия 0, в которых растворы детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: 1ароматизи 1рующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, перебора 1ты), кальцинированная сода, карбо к сметил целлюлоза, силикаты 1натрия. 0В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на 1анионоактивные, катионное активные, амотерные и неионогенные. 0Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются аниона активные вещества. На их долю приходится более 150% 0всех про изводимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов. 

Соединения с канцерогенными свойствами.

Канцерогенные вещества  это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать 1канцерогенные, терагенные (нарушение процессов 1эмбрионального развития) или мутагенные 0изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся 1хло 1рированные алифатические углеводороды, винилхлорид, 0и особенно,  1полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана 1(более 100 мкг/км массы сухого вещества) 0обнаружено в тектонических активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде  это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива. 

Тяжелые металлы.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышь як,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 13,5 1тыс.т. 0ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 112 1тыс.т. 0ртути, причем значительная часть   антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла ( 1910 тыс.т./год) 0различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную 1ме 1тилртуть 0. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 11977 году 0насчи тыкалось 12800 0жертв болезни Миномета, причиной которой послу жили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве 1катализатора использовалась хлористая ртуть. 0Недостаточно очищенные сточные воды предприятия поступали в залив Минамата. Свиней  типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает ( 12030)*10^3 т. свинца в год.

Сброс отходов в море с целю захоронения  (дампинг).

Многие страны, имеющие  выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов.    20   Объем захоронений составил около 110% 0от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в сред нем содержит ( 1на массу сухого вещества) 3240% 0органических веществ; 10,56% 0азота; 10,44% 0фосфора; 10,155% 0цинка; 10,085% свинца; 10 0, 1001% 0ртути; 10,001% 0кадмия. Во время сброса прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не едко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух  вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и дли тельная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.