Экологические катастрофы и их последствия для окружающего мира

4.3  Биологические ЭОФ

"Для экологического равновесия в мире требуется нечто большее —

установление баланса между нами самими и тем, что мы делаем"

Эл Гор

Источниками биологических ЭОФ служат живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Под биологическим загрязнением понимают как привнесение в результате антропогенной деятельности в природные экосистемы организмов, чуждых данным сообществам, так и распространение биогенов на тех территориях и/или акваториях, где они ранее не наблюдались. В первом случае при появлении в среде необычно большого количества микроорганизмов, связанного с их массовым размножением на антропогенных субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека, а также приобретение сапрофитной или условно безвредной формой бактерий патогенных свойств, принято говорить о микробиологических (бактериологических) загрязнениях. Во втором, когда наблюдается опосредованное действие организмов на экосистемы, т.е. через вещества, синтезируемые в процессе функционирования этих организмов или разложения последних, говорят о биотических (биогенных) загрязнениях.

Микробиологические факторы

Важным компонентом любых экосистем являются микроорганизмы. Качественные и количественные изменения этого компонента весьма существенны для характеристики экосистем и среды в целом. В реальных условиях химического и физического загрязнения различных объектов среды микробиологический контроль позволяет оценивать не только санитарно-эпидемиологическую, но и общую экологическую обстановку, определять степень опасности распространения инфекционных заболеваний, а также прогнозировать интенсивность и направленность влияния на этот процесс экзогенных факторов физической и/или химической природы.

Техногенная деятельность человека, приводящая к изменениям в экосистемах, может вести к перестройке микробных сообществ и искусственной эволюции возбудителей инфекционных болезней, что вызывает повышение активности многих очагов возникновения опасных заболеваний.

Микроорганизмы распространены широко. Образуя биоценозы, представляющие совокупность микробных популяций, они встречаются в воде, воздухе, почве, а также в организмах растений, животных и человека, пищевых продуктах. Разнообразные по своей численности и видовому составу, эти биоценозы сформировались в процессе эволюционных преобразований путем мутаций, рекомбинаций и селекции. Особенности биоценоза определяются как свойствами самих микроорганизмов, так и условиями окружающей среды.

Вследствие загрязнения воды сточными или канализационными водами распространяются такие опасные инфекционные болезни, как азиатская холера и брюшной тиф, дизентерия и вирусный гепатит. Обеззараживание воды хлорированием не дает необходимой гарантии ее безопасности. В 1956 году крупномасштабная эпидемия вирусного гепатита (более 50000 случаев) была описана в Нью-Дели (Индия). Болезнь была вызвана попаданием канализационных стоков в питьевую воду, несмотря на то, что эта вода подвергалась хлорированию.

В воздухе Арктики и Антарктики, а также над лесными и горными массивами, большими водными поверхностями содержание микороорганизмов совсем незначительно. Однако, воздух крупных городов, и особенно промышленных центров, содержит в образующихся аэрозолях довольно существенные количества микроорганизмов.

Если в воздухе закрытых помещений состав микробного аэрозоля достаточно однообразен, то воздушная микрофлора атмосферы довольно разнообразна; в ней находят чаще всего спорообразующие микробы, дрожжи и плесневые грибы. В атмосферном воздухе обнаруживается до 383 видов бактерий и 28 родов микроскопических грибов. Последнее обстоятельство обусловлено многообразием источников воздушного загрязнения, которыми служат человек, дикие и домашние животные, растительные организмы, почвенный покров.

4.4  Комплексные ЭОФ

"Единственной надеждой сегодняшнего человечества является возрождение уверенности

в том, что наши корни уходят в Землю"

В.Гавел

Принято выделять также комплексные, т.е. характеризующиеся многосторонним действием, ЭОФ. В принципе практически все перечисленные ранее факторы являются комплексными: физико-химическими, биохимическими и т.д. Самые типичные примеры: кислотные осадки, сделавшие уже безжизненными тысячи озер и вызывающие гибель лесов, парниковые эффекты, чреватые небывалыми засухами, и истончение озонового слоя, угрожающее всему живому на планете. Все эти процессы происходят в результате антропогенных возмущений и достигают глобальных масштабов, влияя на всю экосистему Земли, на биосферу в целом.

Кислотные осадки

Впервые выражение "кислотный дождь" использовал в 1872 г. британский исследователь Р.А.Смит, а в 50-х годах нашего столетия скандинавские ученые отметили их потенциальную опасность для окружающей среды. Таким образом, эта проблема отнюдь не нова.

Кислотными называют осадки, рН которых ниже 5,6. Их источник в атмосфере — газы, содержащие соединения серы и азота. Эти соединения могут попадать в атмосферу, как в результате естественных природных процессов, так и деятельности человека.

К естественным источникам эмиссии двуокиси серы, окиси и двуокиси азота, т.е. основных "поставщиков" кислотных осадков, относятся:

1) процессы разрушения органических веществ с помощью анаэробных бактерий, в результате чего образуются газообразные соединения серы. Установлено, что выделение серы подобным путем составляет 30—40 млн. тонн в год;

2) извержения вулканов, что приводит к ежегодному попаданию в атмосферу около 2 млн. тонн серосодержащих соединений;

3) испарение воды с поверхности морей и океанов, в результате чего с частицами морской соли, содержащей сульфаты, в воздух поступает примерно 50—200 млн. тонн.

Однако с точки зрения образования кислотных дождей этот источник не имеет существенного значения, так как из-за больших размеров частицы соли не попадают в верхние слои атмосферы, а из сульфатов морского происхождения серная кислота не образуется. Вместе с тем этот источник важен как регулятор образования облаков и осадков;

4) почвенная эмиссия оксидов азота. Эти соединения образуются из нитритов в результате деятельности денитрифицирующих микроорганизмов (8 млн. тонн ежегодно в пересчете на азот);

5) грозовые разряды, сопровождающиеся высокой температурой и переходом молекулярных кислорода и азота в плазменное состояние также приводит к образованию оксидов азота

6) лесные пожары, в результате которых в воздух поступает 12 млн. тонн год оксидов азота;

7) прочие источники естественных выбросов соединений азота (окисление аммиака в атмосфере, разложение закиси азота) с трудом поддаются оценке.

Среди антропогенных источников образования атмосферных соединений серы основное место занимает сжигание угля, которое дает 70% выбросов двуокиси серы, а также сгорание нефтепродуктов и переработка нефти, металлургическая промышленность, предприятия по производству серной кислоты.

Таким образом, в результате деятельности человека в атмосферу поступает 60—70 млн. тонн двуокиси серы, т.е. в два раза больше, чем это происходит естественным путем. Почти 40% из 56 млн. тонн ежегодных выбросов оксидов азота образуются из антропогенных источников. Главные из них: сжигание ископаемого топлива (угля, нефти, газа) — 12 млн. тонн в год, и транспорт — от двигателей внутреннего сгорания поступает в атмосферу 8 млн. тонн. С различными видами промышленности выбрасывается в воздух около 1 млн. тонн оксидов азота. В целом количество естественных и искусственных выбросов соединений, принимающих участие в образовании кислотных осадков, приблизительно одинаково, однако антропогенные выбросы двуокиси серы и оксидов азота сосредоточены на ограниченных территориях с развитой промышленностью и, таким образом именно в этих местах создаются высокие концентрации кислотных микроэлементов в атмосфере. Вымывание кислотных веществ из атмосферы происходит во время образования облаков и осадков. Если бы в воздухе не было микроэлементов, то рН атмосферных осадков составляло бы 5,6 благодаря наличию углекислого газа. Загрязнение окружающей среды, как последствие антропогенного вмешательства в природные процессы резко увеличивает кислотность

В Венгрии, например, за последние 10 лет среднее значение рН = 4,5. Максимальная для Венгрии кислотность осадков (рН = 3) уже означает примерно 400-кратное увеличение концентрации водородных ионов по сравнению с точкой нейтрализации.

Наибольшее в мире значение кислотности (рН = 2,25) установили в Китае в 1981 г. в районе с сильным загрязнением воздуха. Эта атмосферная вода, фактически являющаяся кислотой, представляет непосредственную опасность для окружающей среды и человека. В каждом ее литре содержалось около 0,3 г серной или азотной кислоты, в то время как даже используемый в хозяйстве уксус имеет рН = 2,8.

Каково же влияние кислотных дождей на окружающую среду? Кислотные осадки оказывают вредное воздействие на все объекты, т.е. процессы и предметы, на которое влияет изменение рН. Эти воздействия могут быть прямыми и/или косвенными.

Косвенные воздействия кислотных осадков на растения происходят через почву и могут проявляться по-разному. Например, осадки, содержащие азотные соединения, первое время оказывают даже позитивный рост стимулирующий эффект на растения. В дальнейшем же происходит перенасыщение азотом и увеличивается вымывание нитритов, что ведет к закислению почвы. Кислотные осадки приводят к выщелачиванию кальция, магния и калия из почвы, повышению мобильности тяжелых металлов. Поскольку растворимость последних также зависит от рН, то эти металлы, будучи ядами для растений, способны привести к их гибели. Соотношение алюминий/ кальций в почвенных водах в случае выпадения кислотных осадков настолько возрастает, что тормозится рост корневой системы, а сам алюминий оказывает токсическое действие на почвенные микроорганизмы. Изменение состава микроорганизмов явно влияет на процессы разложения, минерализации и связывания азота. Показателен следующий пример косвенного воздействия: известно, что грибы, являясь симбионтами, живут на корневой системе дубов и значительно увеличивают способность этой системы к всасыванию питательных веществ. Но эти грибы чрезвычайно чувствительны к повышению кислотности и, погибая сами, являются причиной омертвения дубов.

   Закисление пресных вод — это потеря ими способности к нейтрализации. Особо интенсивное закисление озер наблюдается в Скандинавии и Канаде. Дело в том, что большинство этих озер имеет бедное известняками (гранитное) ложе и потому не обладает достаточной способностью к нейтрализации. Исследования, проводимые в Швеции , показали, что почти 18000 озер имеют рН ниже 5,5, что неблагоприятно влияет на здоровье рыбных сообществ и уже привело к исчезновению некоторых популяций рыб. Уменьшение рН также влияет и на земноводных, фито- и зоопланктон. Это особенно заметно, если сравнить видовой состав флоры и фауны в озерах с близким набором питательных веществ и ионов, но различной кислотностью. Когда среда водных экосистем имеет кислую реакцию, то, практически все организмы, особенно на ранних стадиях развития. Могут прерываться многие пищевые цепи, что в свою очередь приводит к снижению разнообразия организмов.

Прямые или непосредственные воздействия кислотных осадков в наибольшей степени ощущается вблизи мест выбросов в атмосферу загрязнений (обычно не более нескольких десятков километров). Например, двуокись серы, проникая в организм растения, вмешивается в окислительные реакции, что приводит к образованию свободных радикалов. Последние окисляют жирные кислоты мембран, изменяя их проницаемость, что оказывает негативное действие на дыхание и фотосинтез. Наиболее чувствительными к действию кислотных осадков являются некоторые виды лишайников и хвойных деревьев. Можно считать доказанной роль двуокиси серы и оксидов азота в гибели лесов. Важно отметить, что косвенные и прямые воздействия происходят обычно одновременно, дополняя и усиливая друг друга.

5. Разбор трагедии Чернобыля

Причины

                            Авария подобного типа, какая произошла на Чернобыльской АЭС, так же маловероятна, как и гипотетические аварии. Причиной случившейся трагедии явилось непредсказуемое сочетание нарушений регламента и режима эксплуатации энергоблока, допущенных обслуживавшим его персоналом. В результате этих нарушений возникла ситуация, в которой проявились некоторые существовавшие до аварии и устранённые в настоящее время недостатки РБМК. Конструкторы и руководители атомной энергетики, осуществлявшие проектирование и эксплуатацию РБМК-1000, не допускали, а, следовательно, и не учитывали возможность такого количества различных отступлений от установленных и обязательных для исполнения правил, особенно со стороны тех лиц, которым непосредственно поручалось следить за безопасностью ядерного реактора.

              День 25 апреля 1986 года на 4-ом энергоблоке Чернобыльской атомной электростанции планировался как не совсем обычный. Предполагалось остановить реактор на планово-предупредительный ремонт. Но перед заглушением ядерной установки необходимо было провести ещё и некоторые эксперименты, которые наметило руководство ЧАЭС.

              Перед остановкой были запланированы испытания одного из турбогенераторов в режиме выбега с нагрузкой собственных нужд блока. Суть эксперимента заключается в моделировании ситуации, когда турбогенератор может остаться без своей движущей силы, то есть без подачи пара. Для этого был разработан специальный режим, в соответствии с которым при отключении пара за счёт инерционного вращения ротора генератор какое-то время продолжал вырабатывать электроэнергию, необходимую для собственных нужд, в частности для питания главных циркуляционных насосов.