1.3. Типи реакцій хімічних речовин у їх природному та техногенному кругообігу
В основі життя лежить обмін речовинами між організмом і навколишнім середовищем. Підхід до пізнання екосистем полягає в дослідженні біогеохімічних циклів (кругообігів), різні фази яких проходять усередині різних екосистем. Будь-яка екосистема, як складова біосфери, є джерелом необхідних окремому організму матеріальних ресурсів, являє собою хімічне середовище буття. Від відповідності хімічного складу біосфери вимогам живих організмів залежить життєдіяльність цих організмів. На рівні екосистеми і біосфери в цілому відбуваються безупинні фізико-хімічні процеси, що є біогеохімічними циклами.
Діяльність людського суспільства нині радикально трансформує хімію біосфери. Антропогенний вплив на біогеохімічні цикли проявився не тільки на локальному екосистемному, а й на біосферному, а також планетарному і навколоземному космічному рівні.
Існує важливе поняття біогеохімічного циклу. Усі речовини на нашій планеті перебувають у процесі біогеохімічного кругообігу.
Виділяють два основні кругообіги: великий (геологічний) і малий (біотичний).
Великий кругообіг відбувається протягом сотень чи тисяч мільйонів років. Він полягає в тому, що гірські породи піддаються руйнуванню, вивітрюванню, а продукти вивітрювання, у тому числі і розчинені у воді речовини, зносяться потоками води у Світовий океан. Тут вони утворюють опади, морські нашарування. Великі повільні геотектонічні зміни, опускання материків і підняття морського дна, переміщення морів і океанів протягом тривалого часу приводять до того, що накопичені на дні морів і океанів речовини знову повертаються на суходіл (у літосферу).
Малий кругообіг є частиною великого, полягає в тому, що поживні речовини ґрунту (такі як вода, вуглець) акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тканин рослин, входять до складу органічних речовин, забезпечують життєдіяльність самих рослин, а також організмів – консументів. Продукти розпаду речовини після загибелі рослин надходять у розпорядження ґрунтової мікрофлори і мезофауни (хробаків, молюсків, бактерій, грибів, найпростіших і ін.), тобто знову втягуються у потік речовин та їх енергії.
Повернення хімічних елементів (чи речовин) з неорганічного середовища через рослинні і тваринні організми назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії чи енергії хімічних реакцій зветься біогеохімічним циклом.
До головних циклів відносять біогеохімічні цикли вуглецю, води, азоту, фосфору, сірки, біогенних катіонів. Цикли вуглецю, азоту, фосфору наведені у відповідних розділах цієї книги у вигляді схем.
Хімічні та фізичні методи моніторингу хімічного забруднення навколишнього середовища
Згідно з ДСТУ 17.2.1.04-77, забрудненням атмосфери називається зміна складу атмосфери в результаті наявності у ній домішок. Забруднення, обумовлене діяльністю людини, називається антропогенним забрудненням. Під домішкою ДСТУ розуміє розсіяну в атмосфері речовину, якої не містить її постійний склад. Отже, до домішок можуть відноситися не тільки токсичні, а й нетоксичні речовини.
Для кожної речовини, що забруднює атмосферне повітря, встановлені два нормативи:
1) максимальна разова гранично допустима концентрація за 20 хвилин виміру (осереднення) – ГДКм.р. , мг/м3;
2) середньодобова гранично допустима концентрація, осереднена за тривалий проміжок часу (до року) – ГДКс.д. , у мг/м3.
ГДК шкідливої речовини в атмосфері – це максимальна концентрація того чи іншого забруднювача, яка ще не здійснює прямого чи опосередкованого шкідливого впливу на організм людини та її нащадків і не погіршує санітарних умов життя.
У разі дії на організм одночасно кількох шкідливих речовин, що характеризується сумарною дією, сума відносних фактичних концентрацій кожної речовини (С1, С2,... Сn) у повітрі і її гранично допустимої концентрації (ГДК1, ГДК2,... ГДКn) не повинна перевищувати одиниці: С1 / ГДК1 + С2 / ГДК2 +... + Сn / ГДКn £ 1.
Гігієнічне нормування стикається з істотними проблемами організаційного, технічного і фізіологічного характеру.
Екологічна ніша людини незмінна, тому умова така: концентрація забруднювальної речовини повинна бути меншою або дорівнювати ГДК і має дотримуватися у будь-яких місцях перебування людини.
Це означає, що для кожної шкідливої речовини встановлюється кілька максимальних разових гранично допустимих концентрацій у повітряному середовищі, класифікація яких наведена на рис.1.1.
Рис. 1.1. Класифікація гранично допустимих концентрацій
забруднювальних речовин в атмосферному повітрі
Поряд із гранично допустимими концентраціями існують тимчасово допустимі концентрації (ТДК), інакше названі орієнтовно безпечними рівнями впливу (ОБРВ). Гранично допустимі концентрації встановлюються на основі експериментів із піддослідними тваринами, що потребує досить тривалого часу. На першому етапі встановлення ГДК визначаються основні токсикометричні характеристики досліджуваних речовин, і фактично встановлені в результаті експериментів нормативи вважаються тимчасово допустимими концентраціями.
На другому етапі ці дослідження тривають і мають перевірочний характер, а на третьому – проводяться клініко-статистичні дослідження, що здійснюються протягом трьох років для перевірки правильності значень, отриманих в експериментах на тваринах. Тільки після другого етапу отримані нормативи можуть бути затверджені як ГДК.
Для регулювання якості навколишнього середовища введений і суворо контролюється гранично допустимий викид (ГДВ), що є на-уково обґрунтованою технічною нормою викиду шкідливих речовин із промислових джерел в атмосферу, визначений на основі різних параметрів джерел, властивостей речовин, що викидаються, й атмосферних умов.