Исследование взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой

При процессах сгорания топлива  наиболее интенсивное загрязнение  приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине. Вклад  автотранспорта в общее загрязнение  атмосферного воздуха достигает  здесь 40-50 %. Мощным и чрезвычайно  опасным фактором загрязнения атмосферы  являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская  авария) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как  с быстрым разносом радионуклидов  на большие расстояния, так и с  долговременным характером загрязнения  территории.

Высокая опасность химических и биохимических производств  заключается в потенциальной  возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных  веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среди населения и животных.

В настоящее время в  приземной атмосфере находятся  многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста  промышленного и сельскохозяйственного  производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных  оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Твердые взвешенные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В снеговой пыли специально разработанными методами обнаружены окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в самородном виде.

В Западной Европе приоритет  отдается 28 особо опасным химическим элементам, соединениям и их группам. В группу органических веществ входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид, стирол, толуол, винилхлорид, а неорганических – тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест. Преимущественно токсическое  действие оказывают свинец, кадмий. Интенсивный неприятный запах имеют  сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан, толуол. Ореол воздействия оксидов  серы и азота распространяется на большие расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей воздуха входят в международный реестр потенциально токсичных химических веществ.

Основные загрязнители воздуха  жилых помещений – пыль и табачный дым, угарный и углекислый газы, двуокись азота, радон и тяжелые металлы, инсектициды, дезодоранты, синтетические  моющие вещества, аэрозоли лекарств, микробы  и бактерии. Японские исследователи  показали, что бронхиальная астма  может быть связана с наличием в воздухе жилищ домашних клещей.

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном  и вертикальном направлениях, так  и высокими скоростями, разнообразием  протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается  сейчас как огромный «химический  котел», который находится под  воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в  атмосферу, характеризуются высокой  реакционной способностью. Пыль и  сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые  металлы и радионуклиды и при  осаждении на поверхность могут  загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания.

Выявлена тенденция совместного  накопления в твердых взвешенных частицах приземной атмосферы Европейской  России свинца и олова; хрома, кобальта и никеля; стронция, фосфора, скандия, редких земель и кальция; бериллия, олова, ниобия, вольфрама и молибдена; лития, бериллия и галлия; бария, цинка, марганца и меди. Высокие концентрации в снеговой пыли тяжелых металлов обусловлены как присутствием их минеральных фаз, образовавшихся при сжигании угля, мазута и других видов топлива, так и сорбцией сажей, глинистыми частицами газообразных соединений типа галогенидов олова.

Время «жизни» газов и  аэрозолей в атмосфере колеблется в очень широком диапазоне (от 1 – 3 минут до нескольких месяцев) и  зависит в основном от их химической устойчивости размера (для аэрозолей) и присутствия реакционно-способных  компонентов (озон, пероксид водорода и др.).

Оценка и тем более  прогноз состояния приземной  атмосферы являются очень сложной  проблемой. В настоящее время  ее состояние оценивается главным  образом по нормативному подходу. Величины ПДК токсических химических веществ  и другие нормативные показатели качества воздуха приведены во многих справочниках и руководствах. В таком  руководстве для Европы кроме  токсичности загрязняющих веществ (канцерогенное, мутагенное, аллергенное  и другие воздействия) учитываются  их распространенность и способность  к аккумуляции в организме  человека и пищевой цепи. Недостатки нормативного подхода – ненадежность принятых значений ПДК и других показателей  из-за слабой разработанности их эмпирической наблюдательной базы, отсутствие учета  совместного воздействия загрязнителей  и резких изменений состояния  приземного слоя атмосферы во времени  и пространстве. Стационарных постов наблюдения за воздушным бассейном  мало, и они не позволяют адекватно  оценить его состояние в крупных  промышленно – урбанизированных центрах. В качестве индикаторов  химического состава приземной  атмосферы можно использовать хвою, лишайники, мхи. На начальном этапе  выявления очагов радиоактивного загрязнения, связанных с чернобыльской аварией, изучалась хвоя сосны, обладающая способностью накапливать радионуклиды, находящиеся  в воздухе. Широко известно покраснение  игл хвойных деревьев в периоды  смогов в городах.

Наиболее чутким и надежным индикатором состояния приземной  атмосферы является снеговой покров, депонирующий загрязняющие вещества за сравнительно длительный период времени  и позволяющий установить местоположение источников пылегазовыбросов по комплексу  показателей. В снеговых выпадениях фиксируются загрязнители, которые  не улавливаются прямыми измерениями  или расчетными данными по пылегазовыбросам.

К перспективным направлениям оценки состояния приземной атмосферы  крупных промышленно – урбанизированных территорий относится многоканальное дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в способности  быстро, неоднократно и в «одном ключе» охарактеризовать большие площади. К настоящему времени разработаны способы оценки содержания в атмосфере аэрозолей. Развитие научно-технического прогресса позволяет надеяться на выработку таких способов и в отношении других загрязняющих веществ.

Прогноз состояния приземной  атмосферы осуществляется по комплексным  данным. К ним прежде всего относятся  результаты мониторинговых наблюдений, закономерности миграции и трансформации  загрязняющих веществ в атмосфере, особенности антропогенных и  природных процессов загрязнения  воздушного бассейна изучаемой территории, влияние метеопараметров, рельефа  и других факторов на распределение  загрязнителей в окружающей среде. Для этого в отношении конкретного  региона разрабатываются эвристичные  модели изменения приземной атмосферы  во времени и пространстве. Наибольшие успехи в решении этой сложной  проблемы достигнуты для районов  расположения АЭС. Конечный результат  применения таких моделей – количественная оценка риска загрязнения воздуха  и оценка его приемлемости с социально-экономической  точки зрения.

5. Основные виды загрязнения почв

Почва – особое природное  образование, обладающие рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного  преобразования поверхностных слоев  литосферы под совместным взаимообусловленным  взаимодействием гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов.

Почвенный покров – важнейшее  природное образование. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой  источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для  населения планеты.

Особое свойство почвенного покрова – его плодородие, под  которым понимается совокупность свойств  почвы, обеспечивающих урожай сельскохозяйственных культур. Естественное плодородие почвы  связано с запасом питательных  веществ в ней и ее водным, воздушным  и тепловым режимами. Почва обеспечивает потребность растений в водном и  азотном питании, являясь важнейшим  агентом их фотосинтезирующей деятельности. Плодородие почвы зависит также  от величины аккумулированной в ней  солнечной энергии. Растительность аккумулирует ежегодно большое количество солнечной энергии в ходе фотосинтеза  и создания биомассы, трансформируясь  в n*1010 т органического вещества. Большая часть синтезированного органического вещества вследствие его разложения возвращается в почву  и воду. Потребление фитомассы  человеком оценивается величиной  порядка 3,6*1018 т.

Почвенный покров принадлежит  к саморегулирующейся биологической  системе, являющейся важнейшей частью биосферы в целом. Живые организмы, растения и животные, населяющие Землю, фиксируют солнечную энергию  в форме фито- и зоомассы.

Продуктивность наземных экосистем зависит от теплового  и водного балансов земной поверхности, которые определяют многообразие форм обмена энергией и веществом в  пределах географической оболочки планеты.

Площади земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км2, или 86,5% площади  суши. Под пашней и многолетними насаждениями в составе сельскохозяйственных угодий занято около 15 млн. км2 (10% суши), под сенокосами и пастбищами – 37,4 млн. км2 (25%). Общая площадь пахотнопригодных земель оценивается различными исследователями  по-разному: от 25 до 32 млн. км2.

Земельные ресурсы планеты  позволяют обеспечивать продуктами питания больше населения, чем имеется  в настоящее время. Вместе с тем, в связи с ростом населения, особенно в развивающихся странах, деградацией  почвенного покрова, загрязнения, эрозии  и т.д.; а также вследствие отвода земель  под застройку городов, поселков и промышленных предприятий  количество пашни на душу населения  резко сокращается.

Воздействие человека на почву  – составная часть общего влияния  человеческого общества на земную кору и ее верхний слой, на природу  в целом, особенно возросшее в  век научно-технической революции. При этом не только усиливается взаимодействие человека с землей, но и меняются основные черты взаимодействия. Проблема «почва – человек» осложняется урбанизацией,  все большим использованием земель, их ресурсов для индустриального  и жилищного строительства, ростом потребностей в продуктах питания. По воле человека изменяется характер почвы, меняются факторы почвообразования – рельеф, микроклимат, появляются новые реки и т.д.  Под влиянием промышленных и сельскохозяйственных загрязнений изменяются свойства почвы  и почвообразовательные процессы, потенциальное  плодородие, снижается технологическая  и питательная ценность сельскохозяйственной продукции и т.д.

Загрязнение природной среды  – сложный процесс, связанный  с деятельностью человека. Автор  фундаментальной сводки по экологии Ю. Одум (1975) указывает, что «загрязнение – это природные ресурсы, оказавшиеся  не на своем месте», ибо они чужды  природным экосистемам и, накапливаясь в них, нарушают процессы круговорота  вещества и энергии, снижают их продуктивность, влияют на здоровье людей.

В книге Франсуа Рамада (1981) «Основы прикладной экологии»  приводится такое определение загрязнения: «Загрязнение есть неблагоприятное  изменение окружающей среды; которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственные ресурсы, через воду или другие биологические продукты (вещества). Они также могут воздействовать на человека, ухудшая физические свойства предметов, находящихся в его собственности, условия отдыха на природе и обезображивая ее саму»

Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие  в ней в количествах, выходящих  в рамки своей обычной концентрации, предельных количествах, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

Основным показателем, характеризующим  воздействие загрязняющих веществ  на окружающую природную среду, являются предельно допустимая концентрация (ПДК). С позиции экологии предельно  допустимые концентрации конкретного  вещества представляют собой верхние  пределы лимитирующих факторов среды (в частности, химических соединений), при которых их содержание не выходит  за допустимые границы экологической  ниши человека.

В соответствии со степенью устойчивости против загрязняющих веществ  выделяются почвы:

1.     очень устойчивые;

2.     устойчивые;

3.     среднеустойчивые;

4.     малоустойчивые;

5.     очень мало  устойчивые.

По степени чувствительности к загрязняющим веществам почвы  можно разделить следующим образом:

1.     очень чувствительные;

2.     чувствительные;

3.     среднечувствительные;

4.     малочувствительные;

5.     устойчивые.

Чувствительность, или устойчивость почв по отношению к загрязняющим веществам, целесообразно определять в соответствии с:

1) содержанием гумуса;

2) его качеством; 

3) биологической активностью; 

4) глубиной гумусового  горизонта; 

5) содержанием фракции  < 0,01 мм и учетом содержания  фракции <0,001 мм (механический состав  почвы);

6) глинистых минералов; 

7) глубиной почвенного  профиля.

Почвы загрязняются различными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного  производства и коммунально-бытовых  предприятий.

Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают  численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.

Загрязнение почв и нарушение  нормального круговорота веществ  происходит в результате недозированного  применения минеральных удобрений  и пестицидов. В ряде отраслей сельского  хозяйства пестициды применяют  в больших количествах для  защиты растений и борьбы с сорняками. Ежегодное их применение, часто по несколько раз в сезон, приводит к их накоплению в почве и ее отравлению.