2. Влияние природных процессов и деятельности человека на природную среду и климат
Природные или естественные ресурсы Земли это тела, вещества и силы природы, которые могут использоваться в качестве предметов потребления, средств производства и являются сырьевой и энергетической базой экономики.
Естественные ресурсы классифицируются по происхождению на минеральные (полезные ископаемые), водные, земные и биологические (растительного и животного происхождения).
По экологическому признаку ресурсы делятся на:
Неисчерпаемые – космические ресурсы (солнечная радиация, гравитация), климатические (атмосферный воздух, энергия ветра) и водные (вода, осадки);
Исчерпаемые – невозобновляемые (минеральные ресурсы: недра, уникальные памятники природы) и возобновляемые (биологические – растения и животные, почвы, ландшафты и некоторые минеральные ресурсы – соли морей, торф).
Атмосфера и ее состав.
(схема).
Атмосфера – это газовая среда, окружающая Землю, ее воздушный бассейн. Атмосферный воздух состоит из механической смеси газов со взвешенными каплями воды, пыли, кристаллами льда. Атмосферное давление и плотность с высотой убывают. Атмосфера состоит из нескольких слоев, отличающихся своими характеристиками. Нижний слой, прилегающий к земной поверхности называется тропосферой (высота у полюсов 8-10 км., над экватором 16-18 км.). С высотой температура воздуха понижается. В тропосфере содержится до 80% всей массы воздуха и здесь же образуются облака, возникают грозы, дожди и другие физические процессы, формирующие погоду и определяющие климатические условия.
Выше начинается стратосфера, простирающаяся до высоты 50-55 км от уровня океана. Этот слой значительно разряжен, количество кислорода и азота уменьшается, а водорода, гелия и др. легких газов увеличивается. По всей стратосфере распространены молекулы озона (О3), образуя озоновый слой, который ослабляет ультрафиолетовую радиацию и оказывает сильнейшее влияние на тепловые условия поверхности и физические процессы в тропосфере. На высоте ~25 км. в стратосфере воздушные потоки слабые, мало облаков и температура постоянная ~-56 С. Выше температура повышается и на высоте 45-55 км. она около О0 С.
На высоте 55-80 км. находится мезосфера, а далее до 800 км.- термосфера, составе которой преобладают гелий и водород. Температура на высоте 400 км достигает 15000 С. Мезосфера, и термосфера образуют мощный слой, называемый ионосферой, т.к. под воздействием космических излучений среда ионизируется, т.е. образуются заряженные частицы (атомы, молекулы) – ионы.
Наибольшее влияние на жизнедеятельность всей биосферы оказывает приземный слой атмосферы. Химический состав воздуха у поверхности, примерно следующий: азот -78%, кислород -21%, присутствуют углекислый газ, аргон, гелий, водород, озон и др. В течении суток человеку необходимо до 13 мз воздуха и самая важная составная его часть – кислород. Атмосфера, помимо обеспечения организмов кислородом, регулирует перепад суточных температур, является переносчиком влаги на Земле и средой распространения света и звука. Также она защищает людей от опасностей космического происхождения: метеоритов, космических излучений, в том числе жесткого ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Наличие атмосферы определяет саму возможность жизни на Земле и при этом она очень уязвима. Даже незначительные отклонения в физических и химических характеристиках атмосферы могут губительно влиять на состояние и здоровье организмов, в том числе людей.
Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение обуславливается природными процессами, такими как вулканическая деятельность, эрозия (выветривание) горных пород, дым от лесных и степных пожаров. В воздух попадают также частицы морской воды, различные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.
Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе хозяйственной деятельности человека и является достаточно масштабным по сравнению с естественным. Антропогенное загрязнение может быть местным, когда увеличивается концентрация загрязнения веществ на небольшой территории – город, район, региональным, когда загрязняется значительное пространство, и глобальным, когда наступает изменение состояния атмосферы в целом на земле.
Главные загрязнители, образующиеся в процессе производства, - это углеводороды, диоксиды азота, твердые частицы, пары кислот, щелочей, растворов солей, пыль тяжелых металлов и их соединений (свинец, ртуть, кадмий, хром, никель и др.).
Наряду с химическим загрязнением большую опасность представляет радиоактивное загрязнение воздуха, источниками которого являются испытания ядерного оружия, действующие атомные электростанции (АЗС), предприятия по производству и утилизации ядерного топлива и др.
Основными загрязнителями атмосферы являются следующие отрасли промышленности:
теплоэнергетика, ГЭС, АЭС, промышленные и городские котельные (серный и углекислый газ);
предприятия черной и цветной металлургии (оксиды азота, свинца, сероводород, фтор, хлор, соединения фосфора, ртуть, мышьяк);
предприятия угледобычи и углехимии (оксиды углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, сероводород, формальдегид, бензол и др.);
автотранспорт (СО-95%, углеводороды-65%, оксиды азота-30%); из-за неполного сгорания топлива в двигателе часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества;
производство строительных материалов (пыль, взвешенные вещества);
химическая промышленность (пары кислот, щелочей, растворители – толуол, ацетон, бензол и др.).
Некоторые первичные загрязнители, поступающие в атмосферу, могут образовать вторичные соединения и также загрязнять окружающую среду.
Критерием качества атмосферного воздуха является предельно-допустимая концентрация (ПДК) для атмосферного воздуха населенных пунктов, определяемая количеством вещества, находящегося в 1м3 воздуха, которая не оказывает вредного влияния на здоровье людей, постоянно его вдыхающих.
Одной из глобальных экологических проблем современности является разрушение озонового слоя.
Озон (О3) рассеян над землей в стратосфере на высоте от 15 до 50 км. и играет важнейшую роль в сохранении всего живого на Земле. Озоновый слой защищает людей и всю биосферу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений и ультрафиолетовой части солнечного радиации и существенно влияет на распределение температуры в верхних слоях атмосферы, что в свою очередь оказывает прямое влияние на климат.
Истощение озонового слоя ведет к гибели планктона в экваториальной зоне, что в свою очередь нарушает баланс экосистемы океана. На суше происходит угнетение роста растений, резко увеличивается количество раковых и глазных заболеваний, а также болезней, связанных с ослаблением иммунной системы человека и животных, повышению окислительной способности атмосферы, коррозии металлов и др. Считается, что основными разрушителями озона являются инертные в обычных условиях негорючие, неядовитые и несложные в производстве синтетические соединения хлорфторуглероды, которые получили широкое распространение как охлаждающие жидкости в холодильниках и кондиционерах (фреоны), как растворитель (тетрахлорметан и др.). Хлорфторуглероды используются также в качестве сырья для производства пестицидов, средств тушения пожаров, в баллончиках с аэрозолями различного назначения.
Попадая в верхние слои атмосферы, эти вещества под воздействием ультрафиолета химически преобразуются, в результате чего выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона (О3) выбивает из нее один атом. Таким образом озон превращается в кислород (О2 ), а хлор, оказавшись свободным, аналогично разрушает следующую молекулу озона и т.д.
Разрушение озонового слоя происходит также в результате испытаний ядерного оружия, запуска мощных ракет, полетов реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, при лесных пожарах. В настоящее время над некоторыми районами Антарктики концентрация озона снижается на 60%, хотя этот показатель постоянно меняется.
Для защиты озонового слоя от разрушения в рамках Венской конвенции (1985г.) был принят Монреальский протокол (1987г.) по веществам, разрушающим озоновый слой, согласно которому определен порядок и нормы поэтапного снижения производства и потребления озоноразрушающих газов и веществ.
В соответствии с Протоколом в 1996г. в развитых странах было прекращено производство фреонов, тетрахлоридов и др., а в развивающихся странах прогнозируется это на ближайшую перспективу.
Другой глобальной экологической проблемой является изменение климата Земли.
Изменения климата, обусловленные естественными причинами происходили и в прошедшие эпохи, но эти процессы происходят гораздо медленнее, чем в современности, и поэтому различные формы жизни имели достаточно времени для адаптации к изменению климатических условий.
По мере развития сельского хозяйства и промышленности наряду с естественными факторами все возрастающее влияние на климат начала оказывать хозяйственная деятельность человека.
В настоящее время установлено, что влияние хозяйственной деятельности на глобальный климат обусловлено возникновением парникового эффекта, загрязнением атмосферы оксидами углерода (СО, СО2), азота, метана и других газов и паров, а также аэрозолями и возрастанием поступающей в атмосферу тепловой энергии, вырабатываемой в результате производственной деятельности.
Общая тенденция к повышению температуры воздуха в настоящее время усиливается. Если средняя температура воздуха Земли повышается на 1,5-30 С, это приводит к таянию ледников и полярных льдов, поднимет уровень Мирового океана, создаст угрозу для сотен млн. жителей прибрежных стран и затопит часть островов и территорий и приведет к другим негативным процессам (опустынивание земель, климатические стихийные бедствия, ущерб мировому хозяйству).
Для ослабления угрозы глобального потепления, снижения антропогенного воздействия на климат Земли мировое сообщество подписало Конвенцию ООН об изменении климата, цель которой – добиться стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере. Для этого необходима дальнейшая разработка и внедрение энергосберегающих технологий, более широкое использование возобновляемых и альтернативных источников энергии.
Регламентация качества воздушного бассейна в РБ осуществляется на основе международных договоров конвенций и протоколов. Для оценки состояния атмосферного воздуха на территории РБ действуют единые нормативы ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и уровней вредных физических и иных воздействий на него.
Качество воздуха регулируется также нормативами:
предельных объемов образования загрязняющих веществ на производстве;
потребления атмосферного воздуха;
содержания загрязняющих веществ в отработанных газах;
удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.
Наблюдение и контроль за состоянием воздушного бассейна страны осуществляются в рамках Национальной системы мониторинга РБ. Органы гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологической служб наблюдают за состоянием атмосферного воздуха по химическим, физическим, биологическим и другим показателям, используя широкую сеть секций, постов наблюдения, лабораторий.
Государственный контроль за исполнением нормативов по охране атмосферного воздуха возложен на органы гос.управления – отраслевые министерства и ведомства.
В стране действует (Конвенция 1979г.) система наблюдений за источниками загрязнения, созданы методики его измерения, разрабатываются мероприятия, направленные на сокращение объема выбросов.
Гидросфера.
Для человека и биосферы в целом исключительное значение имеют водные ресурсы. Гидросфера – важнейший элемент биосферы, объединяющий все воды земного шара, включая океаны, моря и поверхностные воды суши. В широком смысле к гидросфере относят также подземные воды, льды и снега Арктики и Антарктиды, атмосферную воду, горные ледники. ¾ поверхности Земли покрыты водой, но при этом в составе 98% воды соленой и лишь 2% пресной. Пресная вода содержит до 1гр. солей на литр.
Водные пространства благодаря их большой теплоемкости накапливают солнечное тепло и формируют климат и погоду на Земле.
Вода является значительной частью живых организмов. Она входит в состав клеток и тканей всех животных и растений.
Вода является важным сельскохозяйственным и промышленным сырьем. Она создает условия для выращивания кормовой базы животноводства, высоких урожаев всех сельскохозяйственных культур, рыболовства. Вода – это разветвленная и экономичная транспортная сеть, а также важнейший элемент энергетики. Морская вода является кладовой многих ценных веществ.
Пресная вода является возобновляемым ресурсом, но имеющиеся ее запасы ограничены. Во многих регионах Земли вода добывается из подземных водоносных формаций темпами, значительно превышающими естественные темпы их пополнения.
Нехватка воды связана главным образом с проблемами ее качества, так как объем хозяйственно-бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и городских сточных вод так велик, что превышает способность водоемов разлагать поддающиеся биохимическому распаду отходы и разбавлять те из них, которые этому процессу не поддаются.
Основными источниками загрязнения гидросферы являются предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной и легкой промышленности, тепловые электростанции, коммунально-бытовое хозяйство, ливневые стоки с сельскохозяйственных полей, городских и производственных территорий, аварии судов и танкеров.
Сточные воды сельского хозяйства и промышленности городского происхождения, не поддающиеся обработке, представляют собой возрастающую опасность для качества не только воды рек и озер, но и грунтовых вод.
Загрязнение водоемов может быть химическим, физическим и биологическим.
Химическое загрязнение заключается в увеличении в воде неорганических и органических примесей (р-ры минеральных солей, кислот, щелочей, минеральные масла, нефть, пестициды и различные ядохимикаты).
Химическое загрязнение может быть органическим (фенолы, нефтепродукты, пестициды) и неорганическим (соли, кислоты, щёлочи, соединения металлов). Большинство из них является токсичными (мышьяк, соединения ртути, свинца, калия и др.).
Физические загрязнение обусловливается тепловыми (ТЭС, теплоцентрали), механическими (продукты разрушения почв, мусор, взвеси) и радиоактивными примесями, что приводит к изменению физических свойств воды (прозрачность, цветность, запах, вкус и т.п.).
Биологическое загрязнение заключается в изменении баланса микроорганизмов (вид и количество бактерий, появление болезнетворных бактерий), растений и животных (грибов, червей и т.п.).
Основными неорганическими загрязнителями воды являются тяжелые металлы, например соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди и др., которые угнетают микрофлору (обеспечивающую самоочищение водоемов), приводит к гибели рыбы и др. водных организмов. Кроме того, тяжелые металлы, поглощая фитопланктон, передаются по пищевым цепям другим высшим организмам.
Органические и неорганические взвеси сточных вод образуют в водоемах быстро загрязняющие осадки, представляющие угрозу в эпидемиологическом отношении (холера, дизентерия, тиф и др.).
Моющие средства, жиры, масла, нефть и смазочные материалы образуют на поверхности воды пену и пленку, что приводит к нарушению кислородного режима и процессов самоочищения водоемов.
Особую угрозу жизни водоемов и здоровью людей представляют радиоактивные загрязнения, источником которых являются захоронения жидких и твердых р/а отходов в морях и океанах страны, имеющими атомный флот и атомную промышленность.
Экологические проблемы питания человека возникают чаще всего как следствие химического, физического, биологического загрязнения воздушной, водной среды, почвы. Выращивание сельскохозяйственной продукции при ненадлежащем контроле за содержанием вредных веществ в продукции растениеводства, животноводства, рыболовства и др. может привести к попаданию в организм человека, потребляющего эту продукцию соединений тяжелых металлов, солей, щелочей, радионуклидов. Все эти химические элементы попадая в организм человека с водой и пищей, через желудочно-кишечный тракт попадают в систему кровообращения и разносятся по всему организму, нарушая работу клеток систем жизнеобеспечения. Вредные вещества сложно вывести из организма естественным путем, поэтому они накапливаясь, увеличивают свое давление, что может привести к возникновению заболеваний щитовидной железы, печени, почек, онкологическим заболеваниям.
Следует заметить, что с/х продукция, попадающая в торговую сеть проходит достаточно жесткий санитарный контроль. Поэтому большая вероятность использовать продукты с повышенным содержанием вредных веществ, остается для хозяев личных подворий, не знающих или не учитывающих, что данная территория неблагополучна.
Потенциальную угрозу представляет собой употребление в пищу трофеев охоты и рыбалки. Например, кабан, как правило, обитает на ограниченной территории и по характеристикам местности на радионуклиды можно спрогнозировать уровень зараженности его мяса по стронцию 90 и цезию 137. Лось же, мигрирует на большие расстояния и неизвестно откуда он доставил в своем организме и сколько р/а элементов. Опаснее с этой точки зрения хищная рыба – карась за 2 года роста накопил, например, условную 1ед. радиации, а судак или щука за эти же 2 года поймали по 2 сотни карасей.
В большей мере накапливают радионуклиды бобовые культуры, свекла, капуста, дары леса – грибы, ягоды.
В молочных продуктах содержание радионуклидов выше в конечных продуктах: в сливках и сметане их меньше чем в молоке или сыворотке.
Большую опасность при неграмотном или халатном использовании могут представлять собой азотистые, фосфорные, калийные удобрения, а также пестициды (ядохимикаты). Пестициды– это химические препараты для борьбы:
- с сорняками (гербициды);
- вредителями (инсектициды, зооциды);
- болезнями (бактерициды)
с/х растений, деревьев и кустарников, зерна и т.п.
При систематическом применении стойких высокотоксичных пестицидов, особенно в завышенных дозах, наблюдается загрязнение ими окружающей среды, что приводит к уничтожению полезных насекомых, птиц, рыб, животных, а также отравлению людей непосредственно пестицидами или продуктами, в которых они способны накапливаться.
К чрезвычайной ситуации экологического характера может привести биологическое заражение воды. Чаще всего это явление сезонное и приходится на жаркое время года, когда население по причине нехватки чистой питьевой воды, несоблюдения санитарных и гигиенических правил, подвергается угрозе массового заболевания кишечными инфекциями – дизентерией, тифом, холерой.
Одним из самых опасных заболеваний человека является холера. В 20-х годах прошлого столетия в результате эпидемии холеры на юге России и в Поволжье погибло несколько миллионов человек. Холера – карантинное заболевание, вызываемое холерным вибрионом (патогенный род бактерий, обитающий в водоемах, почве, содержимом кишечника) и заражение происходит от больного через воду, пищу, грязные руки. Массовое заболевание людей объясняется не только антисанитарией, отсутствием профилактических прививок, нехваткой чистой воды и средств гигиены, но и наличием инкубационного периода развития бактерий. От момента заражения организма от носителя, до времени внешнего проявления болезни (понос, рвота, обезвоживание организма, судороги) проходит время, во время которого человек не получая лечения, в свою очередь является распространителем заболевания и в результате контакта заражает десятки людей. Распространяясь в геометрической прогрессии, заболевание приобретает характер эпидемии или пандемии.