Химические загрязнители окружающей среды. Химическое загрязнение окружающей среды: источники, виды, формы

Загрязнение окружающей среды представляет собой глобальную проблему современности, которую регулярно обсуждают в новостях и научных кругах. Создано множество международных организаций, направленных на борьбу с ухудшением природных условий. Учёные давно бьют тревогу о неминуемости экологической катастрофы в самое ближайшее время.

На данный момент о загрязнении окружающей среды известно многое – написано большое количество научных работ и книг, проведены многочисленные исследования. Но в решении проблемы человечество продвинулось совсем незначительно. Загрязнение природы по-прежнему остаётся важным и актуальным вопросом, откладывание которого в долгий ящик может обернуться трагично.

История загрязнения биосферы

В связи с интенсивной индустриализацией общества загрязнение окружающей среды особенно обострилось в последние десятилетия. Однако, несмотря на этот факт, природное загрязнение является одной из самых древних проблем в истории человечества. Ещё в эпоху первобыта люди начали варварски уничтожать леса, истреблять животных и изменять ландшафт земли для расширения территории проживания и получения ценных ресурсов.

Уже тогда это приводило к изменению климата и другим экологическим проблемам . Рост народонаселения планеты и прогресс цивилизаций сопровождался усиленной добычей полезных ископаемых, осушением водоёмов, а также химическим загрязнением биосферы. Промышленная революция ознаменовала не только новую эру в общественном укладе, но и новою волну загрязнения.

С развитием науки и техники учёные получили инструменты, с помощью которых стал возможным точный и подробный анализ экологического состояния планеты. Метеосводки, контроль химического состава воздуха, воды и почвы, спутниковые данные, а также повсеместно дымящие трубы и нефтяные пятна на воде говорят о том, что проблема стремительно усугубляется с расширением техносферы. Недаром появление человека называют главной экологической катастрофой.

Классификация загрязнений природы

Существует несколько классификаций загрязнений природы, основанных на их источнике, направленности, других факторах.

Итак, выделяют следующие виды загрязнения окружающей среды:

• Биологическое – источником загрязнения являются живые организмы, оно может происходить по естественным причинам или в результате антропогенной деятельности.
• Физическое – приводит к изменению соответствующих характеристик окружающей среды. К физическому загрязнению относят тепловое, радиационное, шумовое и другие.
• Химическое – увеличение содержания веществ или их проникновение в окружающую среду. Приводит к изменению нормального химического состава ресурсов.
• Механическое – загрязнение биосферы мусором.

В действительности один вид загрязнения может сопровождаться другим или несколькими сразу.

Газообразная оболочка планеты является неотъемлемым участником природных процессов, определяет тепловой фон и климат Земли, защищает от губительной космической радиации, влияет на рельефообразование.

Состав атмосферы менялся в течение всего исторического развития планеты. Сложившаяся сегодня ситуация такова, что часть объёма газовой оболочки определяется хозяйственной активностью человека. Состав воздуха неоднороден и отличается в зависимости от географического положения – в индустриальных районах и крупных городах высокий уровень вредных примесей.

Основные источники химического загрязнения атмосферы:

• химические заводы;
• предприятия топливно-энергетического комплекса;
• транспорт.

Эти загрязнители являются причиной содержания в атмосфере тяжёлых металлов, таких как свинец, ртуть, хром, медь. Они – постоянные компоненты воздуха в промышленных зонах.

Современные электростанции ежедневно выбрасывают в атмосферу сотни тонн углекислого газа, а также сажу, пыль и золу.

Увеличение числа автомобилей в населённых пунктах привело к повышению концентрации целого ряда вредных газов в воздухе, которые входят в состав машинного выхлопа. Из-за антидетонационных присадок, добавляемых к транспортному топливу, происходит выброс больших количеств свинца. Автомобили вырабатывают пыль и золу, которые загрязняют не только воздух, но и почву, оседая на земле.

Атмосферу также загрязняют очень токсичные газы, которые выбрасываются предприятиями химической промышленности. Отходы химзаводов, например, оксиды азота и серы, являются причиной кислотных дождей и способны вступать в реакции с компонентами биосферы с образованием других опасных производных.

В результате человеческой деятельности регулярно происходят лесные пожары, во время которых происходит выброс колоссальных количеств диоксида углерода.

Почва – это тонкий слой литосферы, образовавшийся в результате природных факторов, в котором протекает большая часть процессов обмена между живыми и неживыми системами.

Из-за добычи природных ископаемых, горнопромышленных работ, сооружения зданий, дорог и аэродромов уничтожаются масштабные площади почв.

Нерациональная хозяйственная деятельность человека стала причиной деградации плодородного слоя земли. Изменяется его естественный химический состав, происходит механическое загрязнение. Интенсивное развитие сельского хозяйства приводит к существенным потерям земель. Частое вспахивание делает их уязвимыми перед затоплениями, засолениями и ветрами, что является причиной эрозии почвы.

Обильное применение удобрений, инсектицидов и химических ядов для уничтожения вредителей и очищения от сорняков приводит к попаданию в почву неестественных для неё токсичных соединений. В результате антропогенной деятельности происходит химическое загрязнение земель тяжёлыми металлами и их производными. Основным вредным элементом является свинец, а также его соединения. При переработке свинцовых руд выбрасывается около 30 килограммов металла с каждой тонны. Автомобильный выхлоп, содержащий большое количество данного металла, оседает в почве, отравляя обитающие в ней организмы. Сливы жидких отходов с рудников заражают землю цинком, медью и другими металлами.

Электростанции, радиоактивные осадки от ядерных взрывов, научно-исследовательские центры по изучению атомной энергии являются причиной попадания в почву радиоактивных изотопов, которые потом поступают в организм человека с продуктами питания.

Сконцентрированные в недрах земли запасы металлов рассеиваются, как следствие производственной активности человека. Потом они концентрируются в верхнем слое почвы. В древности человек использовал 18 элементов, из находящихся в земной коре, а сегодня – все известные.

На сегодняшний день водная оболочка земли загрязнена намного больше, чем можно представить. Нефтяные пятна и плавающие на поверхности бутылки – это лишь то, что можно увидеть. Значительная часть загрязнителей находится в растворённом состоянии.

Порча воды может происходить естественным образом. В результате селей и паводков из материковой почвы вымывается магний, который попадает в водоёмы и наносит вред рыбам. В результате химических превращений в пресные воды проникает алюминий. Но естественное загрязнение составляет пренебрежимо малую долю по сравнению с антропогенным. По вине человека в воду попадают:

• поверхностно-активные соединения;
• пестициды;
• фосфаты, нитраты и другие соли;
• лекарства;
• нефтепродукты;
• радиоактивные изотопы.

Источниками этих загрязнителей являются фермерские хозяйства, рыбный промысел, нефтяные платформы, электростанции, предприятия химической промышленности, канализационные стоки.

Кислотные дожди, которые также являются результатом человеческой деятельности, растворяя грунт, вымывают тяжёлые металлы.

Помимо химического загрязнения воды существует физическое, а именно – тепловое. Больше всего воды применяется в производстве электроэнергии. Тепловые станции используют её для охлаждения турбин, а отработанная нагретая жидкость сливается в водоёмы.

Механическое ухудшение качества воды бытовыми отходами в населённых пунктах приводит к сокращению мест обитания живых существ. Некоторые виды гибнут.

Загрязнённая вода – основная причина большинства заболеваний. В результате отравления жидкости погибает множество живых существ, страдает экосистема океана, нарушается нормальное протекание природных процессов. Загрязнители в конечном счёте попадают в организм человека.

Борьба с загрязнением

Во избежание экологической катастрофы борьба с физическим загрязнением должна быть первостепенной задачей. Проблема должна решатся на международном уровне, потому что у природы нет государственных границ. Для предупреждения загрязнения необходимо вводить санкции предприятиям, выбрасывающим отходы в окружающую среду, налагать крупные штрафы за размещение мусора в неположенном месте. Стимуляция к соблюдению норм экологической безопасности также может быть осуществлена финансовыми методами. Такой подход доказал свою эффективность в некоторых странах.

Перспективным направлением по борьбе с загрязнением является применение альтернативных источников энергии. Использование солнечных батарей, водородного топлива и других сберегающих технологий позволит уменьшить выброс токсичных соединений в атмосферу.

К другим методам борьбы с загрязнением можно отнести:

• строительство очистных сооружений;
• создание национальных парков и заповедников;
• увеличение количества зелёных насаждений;
• контроль численности населения в странах третьего мира;
• привлечение внимания общественности к проблеме.

Загрязнение окружающей среды представляет собой масштабную мировую проблему, решить которую возможно лишь при активном участии каждого, кто называет планету Земля своим домом, иначе экологическая катастрофа будет неминуема.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ – привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня.

Любое химическое загрязнение – это появление химического вещества в непредназначенном для него месте. Загрязнения, возникающие в процессе деятельности человека, являются главным фактором его вредного воздействия на природную среду.

Химические загрязнители могут вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Например, тяжелые металлы способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсическое действие. Кроме тяжелых металлов, особо опасными загрязнителями являются хлордиоксины, которые образуются из хлорпроизводных ароматических углеводородов, используемых при производстве гербицидов. Источниками загрязнения окружающей среды диоксинами являются и побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, отходы металлургической промышленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Эти вещества очень токсичны для человека и животных даже при низких концентрациях и вызывают поражение печени, почек, иммунной системы.

Наряду с загрязнением окружающей среды новыми для нее синтетическими веществами, большой ущерб природе и здоровью людей может нанести вмешательство в природные круговороты веществ за счет активной производственной и сельскохозяйственной деятельности, а также образования бытовых отходов.

Вначале деятельность людей затрагивала лишь живое вещество суши и почву. В 19 в., когда начала бурно развиваться индустрия, в сферу промышленного производства начали вовлекаться значительные массы химических элементов, извлекаемых из земных недр. При этом воздействию стала подвергаться не только наружная часть земной коры, но также природные воды и атмосфера.

В середине 20 в. некоторые элементы стали использоваться в таком количестве, которое сопоставимо с массами, вовлеченными в природные круговороты. Низкая экономичность большей части современной индустриальной технологии привела к образованию огромного количества отходов, которые не утилизируются в смежных производствах, а выбрасываются в окружающую среду. Массы загрязняющих отходов столь велики, что создают опасность для живых организмов, включая человека.

Хотя химическая промышленность не является главным поставщиком загрязнений (рис. 1), для нее характерны выбросы, наиболее опасные для природной среды, человека, животных и растений (рис. 2). Термин «опасные отходы» применяют к любого рода отходам, которые могут нанести вред здоровью или окружающей среде при их хранении, транспортировке, переработке или сбросе. К ним относятся токсичные вещества, воспламеняющиеся отходы, отходы, вызывающие коррозию и другие химически активные вещества.

В зависимости от особенностей циклов массообмена загрязняющий компонент может распространяться на всю поверхность планеты, на более или менее значительную территорию или иметь локальный характер. Таким образом, экологические кризисы, являющиеся результатом загрязнения окружающей среды, могут быть трех сортов – глобальные, региональные и локальные

Одной из проблем, имеющих глобальный характер, является возрастание содержания в атмосфере углекислого газа в результате техногенных выбросов. Наиболее опасным последствием этого явления может стать повышение температуры воздуха благодаря «парниковому эффекту». Проблема нарушения глобального цикла массобмена углерода уже переходит из области экологии в экономические, социальные и, в конце-концов, политические сферы.

В декабре 1997 в г. Киото (Япония) был принят Протокол к рамочной конвенции Организации объединенных наций об изменении климата (датированной маем 1992) (). Главное в Протоколе – количественные обязательства развитых стран и стран с переходной экономикой, включая Россию, по ограничению и снижению выбросов парниковых газов, прежде всего СО 2 , в атмосферу в 2008–2012. У России разрешенный уровень выбросов парниковых газов на эти годы – 100% от уровня 1990. Для стран ЕС в целом он составляет 92%, для Японии – 94%. У США предполагалось 93%, однако эта страна отказалась участвовать в Протоколе, поскольку снижение выбросов углекислого газа означает понижение уровня выработки электроэнергии и, следовательно, стагнацию промышленности. 23 октября 2004 Государственная Дума России приняла решение о ратификации Киотского Протокола .

К загрязнениям регионального масштаба относятся многие отходы промышленных предприятий и транспорта. В первую очередь, это касается диоксида серы. Он вызывает образование кислотных дождей, поражающих организмы растений и животных и вызывающих заболевания населения. Техногенные оксиды серы распределяются неравномерно и наносят ущерб отдельным районам. За счет переноса воздушных масс они зачастую пересекают границы государств и оказываются на территориях, удаленных от индустриальных центров.

В крупных городах и промышленных центрах воздух, наряду с оксидами углерода и серы, часто загрязнен оксидами азота и твердыми частицами, выбрасываемыми автомобильными двигателями и дымовыми трубами. Нередко наблюдается образование смога. Хотя эти загрязнения носят локальных характер, они затрагивают многих людей, компактно поживающих на таких территориях. Кроме того, наносится ущерб окружающей природе.

Одним из основных загрязнителей окружающей среды является сельскохозяйственное производство. В систему круговорота химических элементов искусственно вводятся значительные массы азота, калия, фосфора в виде минеральных удобрений. Их избыток, не усвоенный растениями, активно вовлекается в водную миграцию. Накопление соединений азота и фосфора в природных водоемах вызывает усиленный рост водной растительности, зарастание водоемов и загрязнение их мертвыми растительными остатками и продуктами разложения. Кроме того, аномально высокое содержание растворимых соединений азота в почве влечет за собой повышение концентрации этого элемента в сельскохозяйственных продуктах питания и питьевой воде. Это может вызвать серьезные заболевания людей.

В качестве примера, показывающего изменения структуры биологического круговорота в результате деятельности человека, можно рассмотреть данные для лесной зоны европейской части России (таблица). В доисторические времена вся эта территория была покрыта лесами, сейчас их площадь уменьшилась почти вдвое. Их место заняли поля, луга, пастбища, а также города, поселки, транспортные магистрали. Уменьшение общей массы некоторых элементов за счет общего уменьшения массы зеленых растений компенсируется внесением удобрений, которое вовлекает в биологическую миграцию значительно больше азота, фосфора и калия, чем естественная растительность. Вырубка леса и распашка почв способствуют усилению водной миграции. Таким образом, существенно увеличивается содержание соединений некоторых элементов (азота, калия, кальция) в природных водах.

Загрязнителями воды являются и органические отходы. На их окисление расходуется дополнительное количество кислорода. При слишком низком содержании кислорода нормальная жизнь большинства водных организмов становится невозможной. Аэробные бактерии, которым необходим кислород, также погибают, вместо них развиваются бактерии, использующие для своей жизнедеятельности соединения серы. Признаком появления таких бактерий является запах сероводорода – одного из продуктов их жизнедеятельности.

Среди многих последствий хозяйственной деятельности человеческого общества особое значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в окружающей среде. К наиболее опасным загрязнителям относят ртуть, свиней и кадмий. Существенное воздействие на живые организмы и их сообщества оказывают также техногенные поступления марганца, олова, меди, молибдена, хрома, никеля и кобальта (рис. 3).

Природные воды могут загрязняться пестицидами и диоксинами, а также нефтью. Продукты разложения нефти токсичны, а нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приводит к гибели живых организмов (в первую очередь, планктона) в воде.

Помимо накопления в почве токсичных и вредных веществ в результате деятельности человека, ущерб землям наносится за счет захоронения и свалок промышленных и бытовых отходов.

Основными мерами борьбы с загрязнением атмосферы являются: строгий контроль выбросов вредных веществ. Нужно заменять токсичные исходные продукты на нетоксичные, переходить на замкнутые циклы, совершенствовать методы газоочистки и пылеулавливания. Большое значение имеет оптимизация размещения предприятий для уменьшения выбросов транспорта, а также грамотное применение экономических санкций.

Большую роль в защите окружающей среды от химических загрязнений начинает играть международное сотрудничество. В 1970-е в озоновом слое, защищающем нашу планету от опасного действия ультрафиолетового излучения Солнца, было обнаружено снижение концентрации О 3 . В 1974 установили, что озон разрушается под действием атомарного хлора. Одним из основных источников хлора, попадающего в атмосферу, являются хлорфторпроизводные углеводородов (фреоны, хладоны), используемые в аэрозольных баллонах, холодильниках и кондиционерах. Разрушение озонового слоя происходит, возможно, не только под действием этих веществ. Тем не менее, были предприняты меры по уменьшению их производства и использования. В 1985 многие страны договорились о защите озонового слоя. Обмен информацией и совместные исследования изменений концентрации атмосферного озона продолжаются.

Проведение мероприятий, предупреждающих попадание загрязняющих веществ в водоемы, включает установление прибрежных защитных полос и водоохранных зон, отказ от ядовитых хлорсодержащих пестицидов, уменьшение сбросов промышленных предприятий за счет применения замкнутых циклов. Снижение опасности загрязнения нефтью возможно путем повышения надежности танкеров.

Для предотвращения загрязнения поверхности Земли нужны предупредительные меры – не допускать засорения почв промышленными и бытовыми сточными водами, твердыми бытовыми и промышленными отходами, нужна санитарная очистка почвы и территории населенных мест, где такие нарушения были выявлены.

Наилучшим решением проблемы загрязнения окружающей среды были бы безотходные производства, не имеющие сточных вод, газовых выбросов и твердых отходов. Однако безотходное производство сегодня и в обозримом будущем принципиально невозможно, для его реализации нужно создать единую для всей планеты циклическую систему потоков вещества и энергии. Если потери вещества, хотя бы теоретически, все же можно предотвратить, то экологические проблемы энергетики все равно останутся. Теплового загрязнения нельзя избежать в принципе, а так называемые экологически чистые источники энергии, например ветряные электростанции, все равно наносят ущерб окружающей среде.

Пока единственным путем существенного уменьшения загрязнения окружающей среды являются малоотходные технологии. В настоящее время создаются малоотходные производства, в которых выбросы вредных веществ не превышают предельно допустимых концентраций (ПДК), а отходы не приводят к необратимым изменениям природы. Используется комплексная переработка сырья, совмещение нескольких производств, применение твердых отходов для изготовления строительных материалов.

Создаются новые технологии и материалы, экологически чистые виды топлива, новые источники энергии, снижающие загрязнение окружающей среды.

Елена Савинкина

Наша планета состоит из химических элементов. Это в основном железо, кислород, кремний, магний, сера, никель, кальций и алюминий. Живые организмы, существующие на Земле, также состоят из химических элементов, органических и неорганических. В основном это вода, то есть кислород и водород. Еще в составе живых существ есть сера, азот, фосфор, углерод и так далее. Из химических веществ и соединений состоят выделения живых существ, а также их останки. Все сферы планеты – вода, воздух, почва, — это комплексы химических веществ. Вся живая и неживая природа взаимодействует между собой, результатом чего является, в том числе и загрязнение. Но если все состоит из химических элементов, то обмениваться и загрязнять друг друга они могут также химическими элементами. Значит, химическое загрязнение окружающей среды является единственным видом загрязнения? До недавнего времени это было так. Существовала только химия окружающей среды и живых организмов. Но достижения науки и внедрение их в производство, создали иные, кроме химических формы и виды загрязнений. Теперь мы уже говорим об энергетическом, радиационном, шумовом и так далее. Кроме того, в настоящее время химия окружающей среды стала дополняться веществами и соединениями, которые ранее в природе не встречались и созданы человеком в процессе производства, то есть искусственным путем. Эти вещества получили название ксенобиотики. Природа неспособна их переработать. Они не попадают в пищевые цепи и накапливаются в окружающей среде и организмах.

Химическое загрязнение по-прежнему остается и является основным.

А возможно ли загрязнение, если состав вещества и его загрязнителя однотипен? Возможно, потому что загрязнение возникает тогда, когда увеличивается концентрация тех или иных элементов в определенном месте или среде.

Таким образом, химическое загрязнение окружающей среды, это дополнительное привнесение в природу, включая ее растительный и животный мир, химических элементов природного и искусственного происхождения. Источниками загрязнения являются все процессы, происходящие на Земле как природные, так и производимые человеком. Основной характеристикой загрязнений можно считать степень их воздействия на живую и неживую природу. Последствия загрязнений могут быть: устраняемые и нет, локальные и глобальные, разовые и систематические и так далее.

Наука

Все более усиливающееся антропогенное влияния на природу и нарастающие масштабы ее загрязнения, дали толчок созданию раздела химии, получившего название «Химия окружающей среды». Здесь изучаются процессы и превращения, происходящие в почве, гидро- и атмосфере, исследуются природные соединения, их происхождение. То есть сферой этого раздела научной деятельности являются химические процессы в биосфере, миграция элементов и соединений по природным цепям.

В свою очередь, химия окружающей среды имеет свои подразделы. Один изучает процессы, происходящие в литосфере, другой – в атмосфере, третий – в гидросфере. Кроме того, есть отделы, изучающие загрязняющие вещества, природного и антропогенного происхождения, их источники, преобразования, движение и так далее. В настоящее время создано еще отделение – экологическое, сфера исследований которого, очень близка и иногда отождествляется с общим направлением.

Химия окружающей среды разрабатывает методы и средства защиты природы и ищет способы совершенствования существующих систем очистки и утилизации. Эта отрасль химии тесно связана с таким областями научных исследований, как экология, геология и так далее.

Можно предположить, что самым крупным источником загрязнения природы является химическая промышленность. Но это не совсем так. По сравнению с другими отраслями промышленного производства, или транспортом, предприятия этой отрасли выбрасывают существенно меньшее по количеству загрязняющих веществ. Однако состав этих веществ содержит значительно больше различных химических элементов и соединений. Это органические растворители, амины, альдегиды, хлор, оксиды и многое другое. Именно на химических предприятиях синтезировали ксенобиотики. То есть эта промышленность и своим производством загрязняет природу и выпускает продукцию, которая является самостоятельным источником загрязнения. То есть для окружающей среды источники химического загрязнения и производство, и продукция, и результаты ее использования.

Химическая наука и промышленность, ключевые отрасли человеческой деятельности. В них исследуются, разрабатываются, а затем производятся и применяются вещества и соединения, служащие основой строения всего на Земле, в том числе и ее самой. Результаты этих видов деятельности имеют реальную возможность повлиять на структуру живого и неживого вещества, на стабильность существования биосферы, на существование жизни на планете.

Виды загрязнений и их источники

Химическое загрязнение окружающей среды, также как и соответствующее отделение науки, условно разделяется на три вида. Каждый вид соответствует слою в биосфере Земли. Это химические загрязнения: литосферы, атмосферы и гидросферы.

Атмосфера. Основными источниками загрязнения воздуха являются: промышленность, транспорт и тепловые станции, в том числе бытовые котельные. В промышленном производстве по выбросам в атмосферу загрязняющих веществ лидируют металлургические комбинаты, предприятия химии и заводы по производству цемента. Вещества загрязняют воздух как при первичном попадании в него, так и производными соединениями, образующиеся в самой атмосфере.

Гидросфера. Основными источниками загрязнения водного бассейна Земли являются сбросы промышленных предприятий, коммунально-бытовой сферы, аварии и сбросы судов, стоки с сельскохозяйственных земель и так далее. Загрязнителями являются как органические, так и неорганические вещества. К основным относятся: соединения мышьяка, свинца, ртути, неорганические кислоты и углеводороды в разных видах и формах. Токсичные тяжелые металлы не разлагаются и накапливаются в организмах, живущих в воде. Нефть и нефтепродукты загрязняют воду и механически и химически. Разливаясь тонкой пленкой по поверхности воды, они уменьшают количество света и кислорода в воде. В результате чего замедляется процесс фотосинтеза, а ускоряется гниения.

Литосфера. Основные источники загрязнения почвы – это бытовой сектор, промышленные предприятия, транспорт, теплоэнергетика и сельское хозяйство. В результате их деятельности в землю попадают тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты, кислотные соединения и тому подобное. Изменение химического и физического состава почв, а также их структуры ведет к потере ими продуктивности, эрозии, разрушению и выветриванию.

Химия окружающей среды имеет сведения более чем о 5 млн. видах соединений, а их число постоянно растет, которые тем или иным способом «путешествуют» по биосфере. В производственной деятельности участвует более 60 тысяч таких соединений.

Основные загрязняющие вещества и элементы

Химия окружающей среды рассматривает следующие элементы и соединения в качестве основных загрязнителей природы.

Оксид углерода – это газ без цвета и запаха. Активное соединение, вступающее в реакцию с веществами, входящими в состав атмосферы. Оно лежит в основе образования «парникового эффекта». Токсично и это свойство вырастает при наличии в воздухе азота.

Сернистый и серный ангидрид увеличивают кислотность почвы. Что приводит к потере ее плодородности.

Сероводород. Газ без цвета. Различим по яркому запаху тухлых яиц. Он восстановитель и на воздухе окисляется. Воспламеняется при температуре 225 0 С. Это сопутствующий газ на месторождениях углеводородов. Он присутствует в вулканических газах, в минеральных источниках, залегает на глубинах более 200 метров в Черном море. В природе источник его появления – разложение белковых веществ. В промышленном производстве он появляется при очистке нефти и газа. применяется для получения серы и серной кислоты, различных серных соединений, тяжелой воды, в медицине. Сероводород токсичен. Он воздействует на слизистые оболочки и органы дыхания. Если для большинства живых организмов, он является отравляющим веществом, то для некоторых микроорганизмов и бактерий – среда обитания.

Оксиды азота. Это ядовитый газ, не имеющий цвета и запаха. Их опасность вырастает в городах, где они смешиваются с углеродом и образуют фотохимических смог. Это газ негативно действует на дыхательные пути человека и может привести к отеку легких. Он же, вместе с оксидом серы, источник кислотных дождей.

Двуокись серы. Газ с острым запахом, не имеющий цвета. Воздействует на слизистую оболочку глаз и органы дыхания.

Негативное влияние на природу вызывает повышенное содержание соединений фтора, свинца и хлора, углеводороды и их пары, альдегиды и многое другое.

Вещества призванные и созданные для увеличения плодородия земель и продуктивности сельскохозяйственных культур, в конечном итоге приводят к деградации почв. Низкая степень их усвоения в местах применения, дает им возможность распространяться на значительные расстояния и «кормить» совсем не те растения, для которых предназначены. Основной средой их перемещения является вода. Соответственно в ней же и наблюдается значительный рост зеленой массы. Водные объекты зарастают и исчезают.

Такой комплексный негативный эффект имеют практически все «химические» загрязнители природной среды.

До настоящего времени ксенобиотики или искусственно синтезированные вещества относят к отдельной категории загрязняющих веществ. Они не попадают в привычный для пищевых цепей кругооборот. Нет и эффективных способов их переработки искусственным способом. Ксенобиотики накапливаются в почве, воде, воздухе, живых организмах. Они мигрируют из организма в организм. Чем закончится это накопление и какова его критическая масса?

Итогом воздействия человека на окружающую среду, а именно его деятельность породила, казалось бы, невозможное, загрязнение природы тем, из чего она состоит, является изменение ее коренного, глубинного состава и структуры. Концентрация одних химических элементов и уменьшение объемов других, порождает неизученные и непредсказуемые, с точки зрения последствий, эффекты в биосфере.

Видео — Как загрязнение воздуха влияет на здоровье

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объем этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности.

Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и её повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

Развитие промышленности и транспорта, увеличение населения, проникновение человека в космос, интенсификация сельского хозяйства (применение удобрений и средств защиты растений), развитие нефтеперерабатывающей промышленности, захоронение опасных химических веществ на дне морей и океанов, а также отходов атомных электростанций, испытания ядерного оружия - все это источники глобального и увеличивающегося загрязнения природной среды - земли, воды, воздуха.

Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности. Отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних.

Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки.

Основными вредными примесями являются следующие:

• а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В Воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
• б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд. Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.
• в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конченым продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений произрастающих на расстоянии менее 1 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
• г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара; коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
• д) Окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту, нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу составляет 20 млн т/год.
• е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида кальция и натрия. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
• ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примеси молекул хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на одну тонну чугуна выделяется кроме 2,7 кг сернистого газа и 4,5кг пылевых частиц определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1 - 5мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Производственный процесс выброса пыли, млн.т./год

Сжигание каменного угля 93,60

Выплавка чугуна 20,21

Выплавка меди (без очистки) 6,23

Выплавка цинка 0,18

Выплавка олова (без очистки) 0,004

Выплавка свинца 0,13

Производство цемента 53,37

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные заводы. Аэрозольные частицы от этих источников загрязнения отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250 - 300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2тыс. куб.м. условного оксида углерода и более 150 тонн пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации. Взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы и часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположение слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются подслоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман (смог) - представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения называемые в совокупности фотооксидантами.

Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии.

Смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анжелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Появление в окружающей среде продуктов производства химической промышленности – ксенобиотиков, отсутствующих в ней ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму, называют химическим загрязнением. Химическое загрязнение обусловлено токсическим воздействием химических веществ.

В основе жизни, как и в основе изменения химического состава биосферы, лежат химические и биохимические процессы, поэтому для моделирования и управления динамическим равновесием в биосфере необходимо знание химических механизмов взаимодействия между отдельными подсистемами. Есть и другой аспект взаимоотношений химии и экологии: речь идет о качественном и количественном составе химических антропогенных загрязнений биосферы в результате производственной и сельскохозяйственной деятельности человека. Здоровье человека и состояние окружающей среды тесно взаимосвязаны; поэтому особую опасность для здоровья представляют химические загрязнители.

Токсичностью называется способность различных химических элементов или их соединений оказывать вредное воздействие на микроорганизмы, растения, животных, человека. Понятие токсичность относится не к определенным элементам, а к любым химическим загрязняющим веществам, поступающим в биосферу в высоких концентрациях. Справедливым является утверждение, что нет токсичных веществ, есть токсичные концентрации.

Накопление загрязняющих веществ в пищевых цепях

Организм человека, как и любого биологического вида, в процессе жизнедеятельности непрерывно извлекает разнообразные химические вещества из окружающей среды, преобразует их и снова возвращает в окружающую среду. Этот круговорот веществ регулируется процессами питания и дыхания; при этом пища является главным источником биологически активных веществ, содержащих биогенные химические элементы.

В.И. Вернадский открыл закон биогенной миграции атомов – это миграция химических элементов в биосфере в целом при непосредственном участии живого вещества; она подразделяется на три рода:

– биогенная миграция атомов 1-го рода осуществляется микроорганизмами; она характеризуется огромной интенсивностью, связанной с их малым объемом и весом;

– биогенная миграция 2-го рода осуществляется многоклеточными организмами;

– биохимическая миграция атомов 3-го рода, связанная с жизнедеятельностью данного вида. Например, воздействие на почву грызунов – землероев, дождевых червей, термитов. До экспансии человека этот вид геохимической миграции атомов играл подчиненную роль.

Под влиянием жизненных форм значительная часть атомов, составляющих земную поверхность, находится в непрерывном интенсивном движении. Возрастает сила влияния живого вещества на планету, увеличивается ее воздействие на косное (неживое) вещество биосферы. Ученый констатировал, что в ХХ веке началось преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.

С появлением человеческого общества на планете, эта сила смещает пути и направления геохимических планетарных процессов. Сила действует стихийно, в своих эффектах проявляется вне сознания творящего ее человечества. Скорость социальной эволюции вместе со всеми деструктивными воздействиями на биосферу в настоящее время на 3 – 5 порядков выше скорости биологической эволюции , и в результате биосфера не может приспособиться к техногенным изменениям. Отсюда следует, что адаптация в системе «природа – общество» может осуществляться только в одностороннем порядке: человек – зависим от законов биосферы, которые обязательны для любого живого существа на нашей планете. Необходимо направить усилия людей на изучение и поддержание естественных механизмов саморегуляции и самоорганизации на планетарном уровне.

Таким образом, коадаптационная стратегия в отношении биосферы должна включать сокращение населения Земли, ограничение потребления, становление биоцентрического мышления, что может привести к снижению антропогенной нагрузки на биосферу.

Химическое загрязнение представлено разнообразными неорганическими, органическими, органо-минеральными соединениями. Разнообразие устойчивых химических соединений бесконечно велико. В настоящее время установлена химическая структура более шести миллионов химических соединений, причем около двухсот тысяч новых соединений в год синтезируется человеком, либо экстрагируются в огромных концентрациях.

Химия способствовала значительному развитию и подъему благосостоянию общества благодаря разнообразному применению огромного числа природных и синтетических веществ (топливо, масла, красители, полимеры, минеральные удобрения, пестициды, пищевые добавки, косметика, лекарства, растворители).

Токсические свойства придают химическому веществу так называемые токсофорные группы : нитрит–, цианид–, сульфид–, галогенид– ионы и другие. Использование токсичных веществ привело к биодеградации природных экосистем, ухудшению здоровья человека. В качестве примеров можно привести углеводородное топливо, которое при сжигании выделяет канцерогенный бенз(а)пирен. Многие красители обладают канцерогенным эффектом; в том числе термостойкие добавки к маслам – полихлорированные бифенилы (ПХБ). Сжигание высокомолекулярного поливинилхлорида (ПВХ) приводит к появлению самых токсичных антропогенных веществ – диоксинов.

Применение минеральных нитратных удобрений, пестицидов приводит к накоплению в организме токсичных веществ, обладающих канцерогенным эффектом. Широкое применение в различных областях производства фреонов, в том числе в качестве хладоагентов при производстве холодильников, способствовало разрушению озонового слоя Земли

Огромную опасность для здоровья представляют многие ингредиенты косметических средств, например, родамин «В» в губной помаде, триокрезилфосфат в лаке для ногтей, гормоны в шампунях, креме. В последние годы запрещен ряд косметических компонентов, включая используемую в косметике токсичную трихлоруксусную кислоту. Например, запрещены:

– гексахлорофен – антибактериальный препарат, соли тяжелых металлов, входящие в состав мыла, дезодорантов и кремов для кожи, который приводил к повреждению ткани мозга;

– лак для волос, в составе которого входит хлористый винил; его использование в аэрозольных баллончиках вызывал врожденные уродства и приводил к раку печени;

– отбеливающие кожу кремы, содержащие соли высокотоксичной ртути.

Ниже приведены «приоритетные» загрязнители:

– диоксид серы, образующий сернистую, серную кислоту в кислотных дождях, попадающих на растительность, почву и водоемы;

– полициклические ароматические углеводороды, в частности, бенз(а)пирен, обладающие канцерогенным эффектом;

– диоксины из класса хлорированных углеводородов;

– нефтепродукты, обладающие множественным токсическим эффектом;

– пестициды;

– оксид углерода (II) и оксида азота;

– радиоактивные элементы (стронций-90, цезий-137, йод-131, углерод-14);

– тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.), способные накапливаться в трофических цепях и оказывать высокотоксичное действие на живые организмы;

Для характеристики вреда химического вещества используют такие понятия как предел токсичности и длительность воздействия . В исследованиях на живых организмах, строят ряды токсичности веществ. При этом устанавливают максимально разовое и среднесуточное предельно допустимое содержание.

Предельно допустимую концентрацию (ПДК) вещества устанавливают с целью ограждения человека от практически постоянных отрицательных воздействий вредных веществ. Вредные вещества в концентрациях, не превышающих ПДК, не вызывают у человека отравления и не нарушают его нормальной деятельности.