Лекции по "Экологии"

 

Кислотные дожди

Основная часть загрязняющих атмосферу  веществ находится в трехкилометровом приземном слое. Из-за высокой турбулентности  воздуха частицы пыли размером 4-10 мкм поднимаются ввысь до 1км и разносятся на сотни км от источника. Более крупные частицы при безветренной  погоде образуют купол на высоте 300-500 м, откуда пыль постепенно оседает обратно на Землю. Подсчитано, ежегодно в Париже и Чикаго на каждый кв. км выпадает 260, в Нью-Йорке-300, Лондоне-390, в Алматы- 125 т. пыли.

По данным Всемирной  организации здравоохранения (ВОЗ) около 20% населения развитых стран  страдает различными формами аллергических  заболеваний (от насморка до бронхиальной астмы), что связано с загрязнением атмосферного воздуха. Высокая запыленность воздуха- тоже одна из причин легочных заболеваний.

В качестве основных загрязнителей  воздушного бассейна были названы окиси  углерода, окислы азота, углеводород, сернистый газ и твердые частицы в виде сажи и золы.

Большую опасность для  среды представляет главный компонент  выхлопных газов двигателей внутреннего  сгорания окиси углерода (СО), так называемый в природе угарный газ. Он, соединяясь  с гемоглобином человека и теплокровных животных, препятствует усвоению организмом кислорода (О₂), что приводит к кислородному голоданию, ослабляет организм и делает его легко поражаемым различными заболеваниями. При усиленной физической работе вдыхание незначительного количества окиси углерода может привести к инфаркту миокарда.

Замечено, что сочетание  ничтожно малых количеств этилена (С₂ Н₄) с окисью углерода затрудняет дыхание растения, опадают листья, бутоны и растение гибнет.

В старых городах с узкими улицами, в туннелях, переходах, у светофоров концентрация окиси углерода очень высокая и достигает 25-125 мг\куб.м при допустимой норме 3мг\куб.м.

К чрезвычайно опасным  загрязнителям относятся углеводороды: насыщенные, как метан (СН₄), этан (С₂Н₆), пропан (С₃Н₈); ненасыщенные, как этилен (С₂Н₄), пропилен (С₃Н₄), бутилен (С₄Н₃). Среди них есть канцерогенные, как 3,4 бенз(а)пирен, устойчивый к действию обычных окислителей, разлагающийся в условиях облучения ультрафиолетовыми излучениями, естественная деградация которого в почве и воде происходит очень медленно. Исследования Национального онкологического  института США показали, что от 80 до 90% заболевания раком связаны с экологическими факторами, в первую очередь с загрязнением воздуха углеводородами.

Исследованиями в ФРГ  установлено, что за 12 лет смертность от рака была в 9 раз выше среди жителей проживающих в близи магистралей, по сравнению с теми, кто живет вдали от них.

Сернистый газ (SO₂), соединяясь с кислородом, переходит в серный ангидрид (SO₃) и, соединяясь с водяными парами, образует серную кислоту (H₂ SO₄). Растворы серной кислоты в виде капелек тумана держатся в воздухе и вместе с дождем выпадают на землю – кислотный дождь. Она разъедает металлы, ткани, бетон, краски, пагубно влияет на здоровье людей (на легкие и бронхи), на состояние флоры и фауны. В результате подкисления почвы снижается урожайность. Сухие ветви и вершины сосен и елей, обесцвечивание листьев, осыпавшаяся хвоя - это верные признаки большого содержания сернистых веществ в воздухе. Повышение кислотности водоемов приводит к гибели их обитателей. По этой причине в 477 озерах Норвегии полностью исчезла форель, 20 тыс. озер Швеции отличаются высокой кислотностью. Водоемы Канады и США страдают от кислотных дождей. Повышенную кислотность имеют водоемы Украины, Беларуси, Прибалтийских государств и северо-запада России. При рН = 5,5 - 6 гибнут креветки, икра всех видов рыб, планктон. При рН= 4,5 – 5,5 развиваются кислотолюбивые грибы, гибнут лягушки, рыбы, выделяется углекислый газ, метан и сероводород.

Кислотный дождь  - одна из самых тяжелых форм загрязнения природной среды. От него страдают люди, животные, растения, здания и архитектурные памятники.

Парадоксально, но факт, что некоторые страны, наиболее повинные в загрязнении сернистым газом, меньше от него страдают, чем их соседи. Так, Италия с помощью ветра «экспортирует» более 200 тыс. т выбросов в Австрию и Швейцарию, 160 тыс. т в бывшую Югославию; Англия свои выбросы – в Скандинавские страны. Кислотные дожди из США стали подлинной трагедией для всего живого в Онтарио, Квебеке, Новой Шотландии и других провинциях Канады.

Из-за того, что в Европейском  континенте преобладают ветры с  запада на восток, Россия, Украина, Беларусь получают от западных соседей в год 1,4 млн. т серы в виде атмосферного загрязнения, а обратный вынос составляет в 10 раз меньше. В 1982 г кислотные дожди, выпавшие в Беларуси, Прибалтике и Карелии имели показатели рН = 4,7-5,5.

В народном хозяйстве  сера применяется очень широко. Например для изготовления 1 автомобиля нужно 14 кг серы, для получения 1 т. целлюлозы – 100 кг, для приготовления 1 т серной кислоты – 300 кг. В 88 странах из 100 применяется сера для производства важнейших промышленных продуктов. Поэтому проблема утилизации серы- важнейшая народнохозяйственная задача и главное условие экономической безопасности.

Смеси, загрязняющие воздух, подчас опаснее самих газов, отдельно взятых, поскольку при их взаимодействии образуются новые вещества, более  агрессивные и токсичные. Примером такого образования является смог (дымный туман).  Для его образования нужны определенные условия,  именно большое содержание в воздухе газов и пыли (сажи),  застой  воздуха над городом, наличие приземной инверсии (возрастание температуры воздуха снизу вверх, что способствует концентрации загрязненного воздуха в нижних слоях атмосферы). Наиболее известен влажный смог над Лондоном. Содержание сернистого газа там достигало  5-10 мг\куб.м. В 1972 г. смог унес 700 человеческих жизней.

Окислы азота также загрязняют воздух. В результате распада двуокиси азота (закись азота) выделяется атомарный кислород (О), который взаимодействуя с молекулярным  кислородом (О₂) образует озон (О₃). Избыток озона приводит к образованию фотохимического смога Лосанджелесского типа. Он образуется в сравнительно сухом загазованном воздухе, в котором под действием интенсивного солнечного облучения формируется синеватая прозрачная дымка, состоящая из новообразований, поражающие дыхательные органы людей и животных, убивающих растения. При этом концентрация озона достигает 2-3 мг\куб.м или в 100-200 выше, чем в чистом воздухе. Такому смогу подвержены города Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Детройт, Токио, Милан, Алматы, Кисловодск, Новокузнецк и т.д.

Опасны для человека соединения азота – нитраты и  нитриты, которые попадают в воздух  в составе выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, из труб промышленных объектов и при внесении в почву азотных удобрений. Нитриты при попадании в организм грудных детей могут вызвать синюшность, затрудненное дыхание, нарушение сна. Вдыхание окислов азота ведет к развитию эмфиземы легких, к нарушению витаминного обмена. Окислами азота приземной слой атмосферы и стратосферу загрязняет авиация. Из стратосферы газы не осаждаются осадками на Землю, могут там находиться от 1 до 3 лет. Это ведет к разрушению озонового слоя окислами азота.

В процессе сжигания топлива  и др. природных и антропогенных  процессов в атмосферу выбрасывается  углекислый газ (СО₂). За последние 100 лет в атмосферу выброшено 360 млрд.т этого газа и содержание его в воздухе увеличилось на 11-13%.

Увеличение скопления  углекислого газа создает на Земле  условия для «парникового эффекта», т.е. такую ситуацию, когда температура тропосферы в приземных слоях повышается в результате способности углекислого газа беспрепятственно пропускать ультрафиолетовые лучи Солнца и  поглощать инфракрасные отражения от Земли. В этом случае ухудшается отдача тепла во внешние слои атмосферы и температура воздуха у Земли повышается. Действительно, за 1900-1945 гг. температура повысилась на 0.6- 0.8 С и это вызвало сокращение площади льдов в Арктике на 10%. Во многих районах земного шара произошел сдвиг ландшафтных зон до 200 км к северу.

Неблагоприятное влияние на организм человека и животных оказывают содержащиеся в воздухе соединения свинца. Основным загрязнителем является автотранспорт. Свинец в виде тетраэтилсвинца входит в состав этиловой жидкости, используемой в качестве антидетонатора. В 1 литре  бензина высших сортов содержится 0,4 г свинца из которого 0.3 г попадают в воздух с выхлопными газами. Ежедневное выделение свинца при максимальном движении составляет 500-750 г/км. Только в США ежедневно с выхлопными газами выбрасывается в атмосферу 200 тыс. т свинца, что составляет 1\6 части его добычи в стране. Свинец, попадая в организм человека через дыхательные пути и кожу, разрушает красные кровяные тельца, негативно действует на высшую нервную систему, ведет к малокровию, потере памяти, слепоте и бесплодию. Допустимое содержание свинца в воздухе должно быть 0.0007мг/куб.м. Однако вблизи автомагистралей его содержание повышается в несколько раз. Так в основных промышленных центрах ФРГ он достигает 0.02 мг/куб.м.

Римляне  вина хранили  в свинцовых сосудах, которые под действием винной кислоты постепенно разрушались и загрязняли вино. Бесплодие, вызванное действием свинца, привело, как считают ученые, к гибели нации и падению Римской империи.

Свинец в организм человека попадает с пищей, выращивание картофеля, овощей и фруктов вдоль трассы автомагистралей очень опасно. Содержание свинца в таких продуктах в 5-10 раз превышает предельно допустимые концентрации. Кроме перечисленных основных загрязнителей атмосферы имеются и много других, также отрицательно влияющих на здоровье человека и др. живых организмов. К ним относятся: берилий, кадмий, кобальт, марганец, мышьяк, ртуть и т.д.

Загрязненный воздух также опасен для  животных и растений. Например, при отравлении фтором у  животных быстро изнашиваются зубы, пчелы гибнут. Мышьяк вызывает у жеребят паралич и опухоли конечностей. Сера, фтор, хлор, окись углерода, двуокись азота, пары соляной кислоты меняют окраску листьев и происходит их преждевременное опадение.

 

ЭКОЛОГИЯ и УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

 

Лекция 7

 

Глобальное загрязнение литосферы. Антропогенное воздействие на литосферу.

 

На основании геофизических  наблюдений и изучения химического  состава Земли выделяют ее твердую  оболочку литосферу - до глубины 1200км. Она доступна непосредственному наблюдателю только на материках, и при том лишь в своей наружной части. Наружную часть литосферы составляет собственно  земная кора, которая достигает глубины примерно 16-20 км. Верхнюю ее часть называют   зоной выветривания, в которой происходят интенсивные процессы разрушения и образования пород и минералов. Самый верхний слой земной коры обособляется в природное тело – почву – глубиной в среднем 1-2м.

В своей хозяйственной  деятельности человек использует верхний (почвенный) слой литосферы и недра, располагающиеся ниже почвенного слоя.

Несмотря на громадный  технический прогресс, человечество до сего времени почти все необходимое  для поддержания своей  жизни  получает из почвы, исключение составляют продукты, добываемые в морях, реках и др. водоемах.

Обработанные земли  дают 88% пищевой энергии для современного человека, 10% ее получают с естественных пастбищ и лесных угодий и лишь около 2%– из ресурсов Мирового океана.

Поверхность планеты  Земля составляет 51 млрд. га или 510,2 млн кв.км.

Из нее: 2\3 части приходится на Мировой океан – 36,6 млрд.га;

1\3 часть- на сушу  – 14.9 млрд.га;

в том числе на ледниковые покровы Антарктиды, Арктики, высокогорий , абсолютные пустыни, скалы, прибрежные пески, тундра, водная поверхность внутренних водоемов, территория городов и промышленных объектов, занятые коммуникациями и разрушенные земли составляют – 6.1 млрд.га (41%);

земли, пригодные для  земледелия – 8,8 млрд.га (59%)

из них леса, преимущественно  горные и заболоченные – 4млрд.га (27%)

луга и пастбища, преимущественно  засушливые в полупустынях, сухих степях и саваннах, высокогорьях – 2,83 млрд.га (19%);

сельскохозяйственные  земли, включая земли сельских поселений, проселочных дорог,  обочин, межей  и пр. – 1,94 млрд.га (13%)

в том числе собственно пахотные земли 1,5 млрд.га, или 10% всей суши.

70% земельных ресурсов  мира представлено малопродуктивными  угодьями (20% - в слишком холодном  климате, 20 – в слишком засушливом, 20 – на слишком крутых склонах, 10% - обладают слишком малой мощностью почвенного покрова), 20% занято пастбищами и сенокосами и только 10% используется для возделывания сельскохозяйственных культур.

В перспективе можно  распахать еще 1-1.2 млрд.га, тогда  общая пахотоспособная земля  может быть в пределах 2,7 млрд га. Но это будет стоить очень дорого, поскольку нераспаханными остались только худшие земли: солончаки, солонцы, засушливые или заболоченные, каменистые, неудобные по рельефу и положению, сильно глинистые или песчаные, требующие тяжелых и дорогостоящих мелиоративных работ. Плодородные земли практически везде и всюду распаханы.

Распахивая новые земли  мы должны помнить о необходимости  сохранения экологической сбалансированности биосферного комплекса планеты, т.е. иметь достаточно большие площади  под лесами (для древесины и  поддержания кислородного баланса  атмосферы), нужны еще земли для городов, фабрик, заводов, аэродромов, отдыха и т.д.

Насущность разработки новых сельскохозяйственных технологий будет примерно пропорциональна  скорости истощения природных ресурсов, и в первую очередь - земельных. (см. табл.)

 

 

Страна	Деградация      в % от площади
	Слабая	Умеренная	Сильная	Всего
Африка	60	23	17	100
Азия	56	28	16	100
Австралия	38	55	7	100
Европа	69	25	6	100
Сев.Америка	70	23	7	100
Южн.Америка	73	17	10	100
Всего	60	30	10	100