Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение

Основные  типы загрязняющих веществ  и их характеристики

Любая производственная деятельность связана с появлением отходов. «Безотходность» природных  циклов — это миф, который опровергается  огромными пластами геологических  отложений, возникших в результате деятельности живых организмов. Отходы производства, попадая в природную  среду, практически всегда изменяют её химический состав или физические свойства и, следовательно, являются загрязняющими  веществами. 
Ландшафты и экосистемы наиболее заселённых местностей и весь современный облик биосферы сформировались под антропогенным воздействием. К сожалению, предсказать дурные последствия человеческой деятельности обычно можно, но ни-когда нельзя сказать с уверенностью, что учтены все возможные опасности. Поэтому упомянутые здесь и ниже, в пятой главе, источники загрязнения, опасные вещества и технологии, разрушительные для природных экосистем, — это только наиболее распространённые виды отрицательных антропогенных воздействий на природу. Пытаться строго классифицировать эти воздействия — невыполнимая задача, но по характеру условно их можно разделить по преимуществу на физико-химические, биологические и физико-механические. 
Примеры физико-химического загрязнения — выбросы в атмосферу и водоёмы загрязняющих веществ (в том числе радиоактивных). 
Примеры биологического загрязнения — загрязнение воды и почвы нечистотами, содержащими болезнетворные микроорганизмы, и антропогенная интродукция (внедрение) биологических видов, чужеродных для биоценоза и губительных для его природных обитателей. 
Примеры физико-механического загрязнения — засорение атмосферы частицами пыли из-за неправильной распашки, ведущей к эрозии, то есть разрушению, почв, или шумовое загрязнение городской среды. 
По времени и степени создаваемого ущерба антропогенные воздействия можно разделить на кратковременные аварии и перманентные (постоянные или долговременные) нагрузки на экосистемы, длительность которых превышает или сопоставима со временем сукцессии. При этом аварийные нагрузки могут иметь и весьма долговременные последствия. Хотя последствия катастрофических аварий обычно производят наиболее сильное впечатление, основной экологический ущерб приносит перманентное загрязнение окружающей среды. 
Химическое загрязнение может носить двоякий характер. 
Во-первых, это антропогенное изменение природных циклов имеющихся в природе веществ и сдвиг их биогеохимических циклов и концентраций. Пример: выброс огромных количеств окислов углерода, серы и азота при сжигании ископаемого топлива. 
Во-вторых, это распространение в природных средах синтетических веществ, в том числе особо ядовитых, в принципе в природе не существующих  (ксенобиотики). Примеры: утечки диоксинов и использование ядохимикатов в сельском хозяйстве. Подобные вещества особо опасны тем, что в экосистемах могут отсутствовать механизмы их разложения или консервации, а живые организмы не обладают способностью к их уничтожению при попадании во внутренние органы. 
Для загрязняющих веществ вводят нормативы, называемые предельно допустимыми концентрациями (ПДК). 
ПДК устанавливаются отдельно по каждой среде. Кроме того, для воздуха ПДК устанавливаются в зависимости от времени воздействия. Под разовой ПДК для воздуха обычно понимают концентрацию, допустимую в течение не более 20 минут. Среднесуточная ПДК — это концентрация вредного вещества в воздухе населённых мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Поэтому среднесуточная ПДК есть основной норматив для оценки качества воздуха. В качестве отдельного норматива вводится ПДК рабочей зоны. Эту ПДК определяют, учитывая продолжительность рабочего времени, и за соблюдением этой нормы должны следить органы охраны труда. Особо устанавливаются ПДК для продуктов питания. 
Согласно природоохранному законодательству Российской Федерации «нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в целях государственного регулирования воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду, гарантирующего сохранение благоприятной окружающей среды и обеспечение экологической безопасности. Нормирование в области охраны окружающей среды заключается в установлении нормативов качества окружающей среды,

нормативов допустимого  воздействия на окружающую среду  при осуществлении хозяйственной  и иной деятельности, иных нормативов в области охраны окружающей среды, а также государственных стандартов и иных нормативных документов в  области охраны окружающей среды. Нормативы  и нормативные документы в  области охраны окружающей среды  разрабатываются, утверждаются и вводятся в действие на основе современных  достижений науки и техники с  учётом международных правил и стандартов в области охраны окружающей среды». Под воздействием здесь подразумевается  любая деятельность, вносящая физические, химические или биологические изменения  в природную среду. 
Первоначально ПДК устанавливались исходя из «отсутствия практического влияния на здоровье человека». Однако этот критерий оказался слишком неопределённым и недостоверным, так как он не учитывал генетических и долгосрочных последствий воздействия загрязнения. Например, стало ясно, что многие канцерогены, то есть вещества, вызывающие рак, опасны при любых концентрациях, а их действие проявляется спустя много лет. В других случаях накопление вещества в пищевых цепях превращает его вполне безопасные для человека концентрации в природной среде в смертельно опасные в пищевых продуктах. Кроме того, многие вещества, практически безвредные для человека при наблюдаемых концентрациях, наносят громадный ущерб природной среде. Поэтому нормы ПДК постоянно пересматриваются в сторону их уменьшения. 
Гипотеза, на которой основывается установление ПДК, состоит в том, что существует порог вредного действия как некая доза получаемого организмом вещества, начиная с которой в нём (организме) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология. Таким образом, пороговая доза вещества (или пороговое действие вообще) — это граница, переход которой вызывает в биологическом объекте негативные изменения, которые не могут быть компенсированы механизмами гомеостаза (механизмами поддержания внутреннего равновесия организма). 
Для факторов, с которыми биота сталкивалась на протяжении миллионов лет эволюции, эта гипотеза существования порога вредного действия вполне справедлива. Фактически она основана на понятии диапазона толерантности и законе Шелфорда. Однако, для многих ксенобиотиков пороговой концентрации, по-видимому, не существует. Они опасны в любой концентрации и в этом смысле ничем не лучше, чем возбудители чумы или чёрной оспы. Такие вещества мы обычно называем ядовитыми, и для их характеристики используется понятие токсичности. Токсичность есть способность вещества нарушать жизненно важные физиологические функции организма, то есть мера несовместимости вещества с жизнью. 
Количественно токсичность определяется токсической дозой вещества (отнесенной, как правило, к массе тела животного или человека), вызывающей определённый токсический эффект (интоксикацию или отравление). Чем токсическая доза вещества меньше, тем выше его токсичность. Обычно токсичность характеризуют абсолютно летальной (смертельной) дозой DL100 или средне-смертельной дозой DL50. Здесь цифры в индексе указывают вероятность (в %) гибели подопытного животного. Значения токсических доз зависят от путей поступления вещества в организм. 
Можно видеть, что ПДК для веществ, существующих, пусть в незначительных количествах, в незагрязнённых средах, в сотни и тысячи раз выше, чем ПДК для ксенобиотиков, таких как диоксины, бериллий или «тяжёлые металлы» и их соединения — ртуть, ванадий, кадмий, свинец и т. д. 
Как правило, и люди, и природные объекты одновременно подвергаются действию нескольких загрязняющих веществ. Чтобы учесть совместное действие нескольких загрязняющих веществ. Этот подход предполагает, что загрязняющие вещества действуют независимо друг от друга. Проблема в том, что при одновременном воздействии нескольких веществ возможен синергетический эффект, состоящий в том, что совместное действие нескольких веществ больше суммы их воздействий по отдельности. Это означает, что при одновременном присутствии нескольких загрязнителей ПДК по каждому из них должна быть снижена. Однако вопрос о синергетическом действии загрязняющих веществ исследован пока недостаточно, и применяется простая норма. 
Опасность, исходящая от загрязняющего вещества, зависит не только от характера его воздействия, величины эмиссии (то есть выброса в окружающую среду) и ПДК, но и от параметров его распространения. 
Пространственный масштаб распространения загрязнения зависит от того, в какую среду оно попало и от времени жизни загрязняющего вещества в этой среде. В атмосфере загрязняющие вещества разносятся ветрами со скоростями от 1 до 20 м/с (приблизительно 4—70 км/час), в проточных водах они распространяются со скоростью течений, в стоячих водах и почвах их распространение зависит от скоростей диффузии — это доли см/с в воде и сантиметры в год — в почвах. 
Время жизни загрязняющего вещества в природной среде — это среднее время существования в этой среде молекул или атомов вещества до их распада, трансформации или выведения за пределы среды. Если распад вещества носит абсолютно случайный характер, то это время, за которое количество молекул вещества уменьшается примерно в 2,71... раз. Используется также понятие времени жизни в некоторой среде (например, в атмосфере) относительно конкретного процесса, например, физико-химического распада или вымывания дождями. 
Под временем пребывания вещества в данной среде (атмосфера, вода или почва) будем понимать другую величину, а именно время, за которое концентрация вещества становится меньше предельно допустимой концентрации или просто ниже порога обнаружения. Существенно, что время жизни не зависит от исходного количества вещества, то есть от величины его выброса или эмиссии, тогда как время пребывания зависит и от времени жизни, и от эмиссии. 
Время жизни вещества в данной среде зависит от двух факторов: скорости его химической (или физической в случае радиоактивного распада) трансформации или разложения в природной среде и скорости его механического выведения. Например, выброшенное в атмосферу из заводской трубы опасное органическое химическое соединение под действием кислорода воздуха может окисляться, превращаясь в углекислый газ и воду, и одновременно осаждаться на почву (время жизни в атмосфере), где подвергается иному набору воздействий (время жизни в почве). 
 

ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ  БИОСФЕРЫ И ЕЁ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

ПЛАН

Введение…………………………………….

1. О биосфере  в общем……………………. 
2. Виды загрязнении биосферы…………..

1. Загрязнение  атмосферы….……………...

2. Загрязнение  почвы…………………………

3. Загрязнение  природных вод………………

4. Радиация в  биосфере….………………….. 
3. Химическое загрязнение биосферы…...

3.1. Аэрозольное  загрязнение……………………

3.2 Фотохимичекий туман (смог)…………….. 
4. Приоритетные загрязнители..………..

1. Тяжелые металлы………………………...

2. Свинцовая  интоксикация…………………

3. Кислотные  дожди…………………………

4. Пестициды  - как загрязняющий фактор. 
5. Экологические проблемы биосферы………………..……………….. 
Заключение………………………………… 
Список использованной литературы…...

3 
3 
5 
9 
12 
14 
17 
18 
19 
20 
22 
25 
27

30

30 
34 
35

Введение

Человек всегда использовал окружающую среду в  основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного  времени его деятельность не оказывала  заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения  биосферы под влиянием хозяйственной  деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего  века эти изменения нарастали  и в настоящее время лавиной  обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий  своей жизни, человек постоянно  наращивает темпы материального  производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая  часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто  ядовитых или непригодных для  утилизации. Это создает угрозу и  существованию биосферы, и самого человека. Изучив эту главу, вы узнаете:

1. Общее понятие  - биосферы.

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу  жизни и в таком смысле он впервые  был введен в науку в 1875 г. австрийским  геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", 
"живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами  подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей  планете, хотя иногда и указывалась  их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при  этом скорее обращалось внимание на зависимость  живой природы от сил и веществ  неорганической природы. Даже автор  самого термина 
"биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитаюшую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании  земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного  шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения  о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и  других преимущественно биологических  наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали  необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с  возникновением экологии, науки, которая  изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а  ее существование в первую очередь  выражается в круговороте энергии  и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для  понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов: автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы; гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений; миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно- гетеротрофный).

Биосфера (в современном  понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в  непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. 
Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. 
Атмосфера имеет несколько слоев: тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). 
В нем состредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар; стратосфера; ноносфера – там “живое вещество” отсутствует. Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%). 
Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ. 
Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, 
Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана. 
Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы 
Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус 
(плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет  кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими  элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении  земная кора – это “царство”  кислорода, химически связанного в  ходе геологического развития земной коры.

Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой  и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и  их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы  все настойчивее проникала в  сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому  способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей  к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов  природы с позиций отдельных  научных дисциплин оказывается  неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

Результаты такого подхода незамедлительно сказались  при исследовании общих проблем  воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что  состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все  они свидетельствуют о наличии  обратной связи между живой и  неживой природой, в результате которой  живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким  образом, биосферу нельзя рассматривать  в отрыве от неживой природы, от которой  она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно  исследовать, каким образом и  в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические  процессы, происходящие на поверхности  Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное  и глубокое представление о концепции  биосферы. Такую задачу как раз  и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир 
Иванович Вернадский (1863 – 1945).

2. Виды загрязнений  биосферы

Различают два  основных вида загрязнений: природное  и антропогенное загрязнения. Природное  загрязнение возникает в результате естественных причин - извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение - результат деятельности человека.