Промышленные аварии и катастрофы и их влияние на окружающую среду

4.3 Биологические ЭОФ

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.

4.3. 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.

Остановка реактора 4-го энергоблока планировалась днём 25 апреля, следовательно, к испытаниям готовился другой, не ночной персонал. Именно днём на станции на станции  находятся руководители, основные специалисты, и, значит, есть возможность осуществить  более надёжный контроль за ходом экспериментов.

 Однако здесь  случилась “неувязка”. Диспетчер  “Киевэнерго” не разрешил останавливать реактор в намеченное на ЧАЭС время, так как в единой энергосистеме не хватало электроэнергии из-за того, что на другой электростанции неожиданно вышел из строя энергоблок.