Деградация почвенных ресурсов

   Так, избыточное количество удобрений, вносимых в почву, приводит загрязнению водоемов, а применение ядохимикатов на полях, направленное против вредителей и сорняков, способствует гибели многих других живых  организмов. Поскольку процесс разложения многих из этих веществ длителен и составляет десятки лет, в результате они накапливаются в почве в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации. Мигрируя с внутрипочвенными и природными водами, стойкие ядохимикаты способны распространяться на большие расстояния. Так, широко известны последствия воздействия инсектицида ДДТ3, применяемого против комаров, саранчи, вредителей хлопка, соевых бобов, арахиса, за создание которого швейцарский химик Поль Мюллер в 1948 году получил Нобелевскую премию. После того, как наличие этого стойкого органического загрязнителя стали фиксировать даже в материнском молоке и в крови пингвинов Антарктиды, его производство запретили.

   Другими распространенными загрязнителями почв являются тяжелые металлы и  другие токсичные микроэлементы, образующиеся в аномальных концентрациях около  промышленных центров, городов и  вдоль крупных транспортных магистралей. Техногенные аномалии имеют радиус от нескольких километров до нескольких десятков километров. Как и многие другие загрязнители, тяжелые металлы  обладают способностью накапливаться, формируя техногенные геохимические  аномалии. Опасность возникших аномалий заключается в том, что в результате загрязнения почв и растительности происходит загрязнение продуктов  питания, питьевой воды.

   Наиболее  опасным загрязнителем почв являются радионуклиды. Радиоактивное загрязнение  почв происходит в результате ядерных  взрывов, аварийных выбросов на предприятиях атомной промышленности, захоронения  ядерных отходов.

1. Кислотные дожди

   Термином "кислотные дожди" называют все  виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5,6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO₂ ) и окислы азота (NО_x ) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

   Вода  обычного дождя тоже представляет собой  слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО₂ ), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO₂ + H₂O → H₂CO₃). Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.

   Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются  в США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках  бывшей Югославии и еще во многих странах земного шара.

   Кислотный дождь оказывает отрицательное  воздействие на водоемы - озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность  до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон - крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

   По  мере накопления органических веществ  на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости  таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

   Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием  свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания.

   Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше.

   Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу  века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в  бассейне реки Огайо) и только в штате  Минессота 40 миллионов долларов на медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов, - это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

2. Тяжелые металлы

   Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

   Термин  тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение.

   В работах, посвященных проблемам  загрязнения окружающей природной  среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым  металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных  единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 . Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg .

   Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами  служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы  вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий.

   Повышение концентрации тяжелых металлов в  природных водах часто связано  с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.

   Прежде  всего представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец , ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель , медь , олово, сурьму, ванадий, марганец , хром, молибден и мышьяк.

   Ванадий.

   Ванадий находится преимущественно в  рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях  и др. Одним из главных источников загрязнения природных вод ванадием являются нефть и продукты ее переработки.

   Повышенные  концентрации ванадия вредны для  здоровья человека. ПДК в ванадия составляет 0.1 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДК вр - 0.001 мг/дм³.

   Висмут 

   Естественными источниками поступления висмута  в природные воды являются процессы выщелачивания висмутсодержащих минералов. Источником поступления в природные воды могут быть также сточные воды фармацевтических и парфюмерных производств, некоторых предприятий стекольной промышленности.

   Железо 

   Главными  источниками соединений железа в  поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением  и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных  водах минеральными и органическими  веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

   Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона  и качественный состав микрофлоры в  водоеме.

   Концентрация  железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях. ПДК в железа составляет 0.3 мг Fe/дм³ (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДК вр для железа - 0.1 мг/дм³.

    Кадмий 

    В природные воды поступает при  выщелачивании почв, полиметаллических  и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его  накапливать. Соединения кадмия выносятся  в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами.

    Соединения  кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами.

    ПДК в составляет 0.001 мг/дм³, ПДК_вр — 0.0005 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — токсикологический).

    Кобальт

    В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов  выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении организмов и растений, а также со сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов. Некоторые количества кобальта поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов.

    Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в организме животных и в растениях. С недостаточным содержанием  его в почвах связано недостаточное  содержание кобальта в растениях, что  способствует развитию малокровия у  животных (таежно-лесная нечерноземная  зона). Входя в состав витамина В12 , кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.  

    В речных незагрязненных и слабозагрязненных  водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 дм³ , среднее содержание в морской воде 0.5 мкг/дм³. ПДК в составляет 0.1 мг/дм³ , ПДК_вр 0.01 мг/дм³.

    Молибден 

    Соединения  молибдена попадают в поверхностные  воды в результате выщелачивания  их из экзогенных минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы  также со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии. Понижение концентраций соединений молибдена происходит в результате выпадения в осадок труднорастворимых соединений, процессов адсорбции минеральными взвесями и потребления растительными водными организмами.

    В малых количествах молибден необходим  для нормального развития растительных и животных организмов. Молибден входит в состав фермента ксантиноксидазы. При дефиците молибдена фермент образуется в недостаточном количестве, что вызывает отрицательные реакции организма. В повышенных концентрациях молибден вреден. При избытке молибдена нарушается обмен веществ.