2. Тема занятия: Вещества – загрязнители окружающей среды

В ходе развития цивилизации значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает возрастать.

Можно выделить четыре главных фактора воздействия человека на окружающую среду:

1. Изменение структуры земной поверхности (около 10% суши преобразовано в связи со строительством городов), созданием искусственных водоёмов и т. д.

2. Изменения, вносимые в живую природу путём истребления отдельных видов организмов; перемещения организмов в новые места обитания.

3. Изменения энергетического (теплового) баланса отдельных регионов и планеты в целом, оказывающие серьёзное влияние на климат.

4. Изменение химического состава окружающей среды, влияние на круговорот веществ в биосфере. Иногда всю совокупность химических веществ в биосфере (как природных, так и полученных человеком) называют хемосферой. Человеком синтезировано и выделено из природных источников свыше 18 млн. веществ. Эта цифра ежегодно возрастает на 5%. Изменения в хемосфере происходят за счёт выброса различных веществ в атмосферу, добычи ископаемых, химизации сельского хозяйства и др. Ежегодные извлечения из биосферы и выбросы в окружающую среду рассмотрены в табл. 1.

Таблица 1. Масштабы антропогенных воздействий на биосферу

Извлечения из биосферы, в год		Поступления в биосферу, в год
Ископаемые	100 млрд. т	Химические вещества	100 тыс. наименований
		Синтетические материалы	60 млн. т
		Минеральные удобрения	500 млн. т
		Пестициды	5 млн. т
		Железо	50 млн. т
Металлы	800 млн. т	Жидкий сток	500 млрд. м3
		Твёрдый сток	17,4 млрд. т
		Углекислый газ	20 млрд. т
		Сернистый газ	150 млн. т

Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в природную среду любых веществ (газ, жидкость, твёрдое вещество), микроорганизмов или энергий (тепловая, звуковая, электромагнитная, радиационная) в количествах, вызывающих изменение состава и свойств компонентов природы и оказывающих вредное воздействие на человека, флору, фауну.

Остановимся подробнее на загрязнении окружающей среды химическими веществами. Химические вещества – загрязнители характеризуются следующими особенностями:

1) попадают в биосферу в процессе человеческой деятельности (антропогенное происхождение),

2) нарушают баланс веществ в экосистеме (образуются с большей скоростью, чем уничтожаются),

3) делают среду обитания для человека и живых организмов благоприятной,

4) попав первоначально в один из компонентов окружающей среды, загрязняют и остальные компоненты за счёт перемещений (миграции) (рис. 2).

Рис. 2. Пути миграции веществ-загрязнителей в биосфере (наиболее мощные и значимые потоки выделены жирными стрелками)

При изучении химии вы познакомились с различными веществами, которые подвергаются классификации по различным признакам. Вспомните известные вам критерии классификации веществ в химии. В экологии вещества классифицируют по их воздействию на человека и другие живые объекты. Все вещества, составляющие хемосферу, можно условно разделить на четыре группы.

1. Безвредные для человека.

2. Действующие на человека опосредованно, делая менее благоприятной среду его обитания.

3. Действуют на человека и живые организмы, отравляя их (токсиканты) или поражая каким-либо другим способом (например, радиоактивные вещества посредством излучения).

4. Вещества неопределённого характера действия. Для многих из них нет достаточно полных сведений о токсичности, поведении в биосфере.

Из веществ 2-й и 3-й групп особенно следует выделить канцерогенные (вызывающие рак), мутагенные (влияющие на генный аппарат и порождающие мутации), тератогенные (вызывающие уродства). Так, потенциальными канцерогенами признано сейчас около 25000 соединений.

Для обозначения веществ-загрязнителей в экологической литературе используют такие термины, как полютанты (от лат. полюции – марание) – химические вещества, загрязняющие среду обитания (синоним – загрязнители), ксенобиотики (от греч. ксенос – чужой, биос – жизнь) – вещества, чужеродные по отношению к живым организмам и не входящие в естественные биогеохимические циклы, экотоксиканты (греч. ойкос – дом, токсион - яд) – ядовитые вещества, появление которых вызывает серьёзные нарушения в структурах экосистем.

Вещества-загрязнители (полютанты), а также ксенобиотики и экотоксиканты, попадая в экосистемы, претерпевают изменения (трансформируются) под действием абиотических факторов (температура, радиация, вода (гидролиз) или биотических (превращение внутри живых организмов под действием ферментов). В результате трансформации полютантов их токсичность может как понизиться, так и усилиться. Например, при попадании пентахлорфенола С₆С1₅ОН (гербицид, инсектицид) в растение происходит взаимодействие его с глюкозой (С₆Н₁₂0₆) и получаемое вещество (С₁₂Н₁₁О₆Cl₅) почти безвредно. Пентахлорфенол (ПДК = 0,1 мг/м³) вызывает дерматиты, раздражает дыхательные пути. Тетрахлорметан (СС1₄), обладающий канцерогенным действием, в организмах млекопитающих превращается в радикал – СС1₃· (трихлорметил), который инициирует (начинает) реакции, поражающие печень.

По размеру охватываемые территории загрязнения подразделяют на глобальные (фоново-биосферные, так называемые газы – СО₂, СН₄, хлорфторуглеводороды, разрушающие озоновый слой); региональные (SО₂) – в районах с развитой металлургической промышленностью); локальные (стоки животноводческих ферм, в которых содержится избыток аммиака).

По источникам возникновения загрязнители разделяют на промышленные (SО₂ и др.), транспортные (СО и др.), сельскохозяйственные (пестициды), коммунально-бытовые (СМС).

Конкретные примеры воздействия полютантов на состояние атмосферы, гидросферы, а также источников веществ-загрязнителей и способы их обезвреживания можно рассмотреть на отдельном занятии.

Вопросы и задания:

1. Назовите основные химические вещества, входящие в окружающую нас хемосферу, и приведите их химическую и экологическую классификацию.

2. В чём отличие полютантов от ксенобиотиков? Приведите примеры веществ, относящихся к каждой из этих групп.

3. При содержании оксида углерода (IV) в воздухе более 4% (объёмные доли) происходит раздражение дыхательных путей, наблюдается шум в ушах. Произойдёт ли ухудшение самочувствия при лабораторной работе в химическом кабинете вместимостью 288 м³, если на каждом из 18 столов сгорает 2,3 г этанола (в спиртовках)?

4. В печени человека этанол сначала окисляется (в присутствии фермента алкогольдегидрогеназы) в этаналь, вызывающий поражение печени, а затем в уксусную кислоту. Напишите уравнения этих реакций.

5. Каким образом нефть и продукты сжигания нефти и угля загрязняют окружающую среду? Дайте развёрнутый ответ.