7.3 Химические факторы

Человек лишь незначительная часть биосферы. В течение тысячелетий он стремился не столько приспособиться к природной среде, сколько сделать ее пригодной для своего существования. Только в настоящий момент человек понял, что в результате покорения природы, опасно изменяет условия обитания всех живых существ среди которых находится и сам. Разнообразные виды воздействий человека на окружающую среду вредны не только для всей природы, но и для самого человека. В течение своей эволюции биосфера чувствовала на себе не только антропогенное давление, но и природные, к которым можно отнести стихийные явления – землетрясения, извержения вулканов, ураганные ветры, пожары. Они наносили природной среде большой вред, но в течение миллионов лет биосфера приспособилась к таким катаклизмам и они не нарушают ее общего равновесия, что нельзя сказать об антропогенном воздействии.

Антропогенное воздействие на среду разделяется на 3 типа.

1.Эксплуатация природных ресурсов. Для того, чтобы создать необходимую продукцию, получить энергию, сырье, человек разведывает и добывает природные ресурсы, перемещает их к местам переработки, производит из них продукты, которые поступают в потребление. Таким образом, человек включает природные ресурсы в ресурсный цикл. Даже возобновляемые ресурсы не успевают пополняться в результате бурной человеческой деятельности, невозобновляемые же ресурсы, к которым принадлежат, прежде всего, полезные ископаемые, в настоящий момент стоят под угрозой быстрого исчерпания.

2.Косвенное антропогенное воздействие. Для строительства городов, фабрик, заводов необходимы новые земли, которые изымаютя из природных экосистем. При этом погибают изгнанные из привычных мест обитания животные, изменяется среда их обитания. При этом человек не собирался причинить вред этим животным. В этом и заключается косвенное антропогенное воздействие.

Например, известен случай резкого ухудшения состояния и гибели деревьев вблизи линий высоковольтных электропередач. Причиной этого являются электромагнитные поля. Эти энергетические поля не наносят никакого вреда растительности, это было проверено в лабораторных условиях, но гибли муравьи – лесные санитары. Лесные участки, которые остались без защиты от вредителей, начали болеть и погибать.

Еще один пример косвенного антропогенного воздействия – это экосистема Азовского моря. Азовское море – это ценный внутренний водоем. Оно отличается от других водоемов малой глубиной, мелководностью, а отсюда и малой инерционностью и быстрым изменением абиотических характеристик К началу 50-х годов ХХ столетия Азовское море представляло собой полностью сбалансированную экосистему со своеобразными свойствами, которые позволяли добывать до 20-25% рыбы всего улова прежнего Советского Союза. Гидробиологический режим Азовского моря определяется стоком рек, которые в него впадают и водообменом с Черным морем. Раньше ежегодный пресный сток в Азовское море составлял 43км³, в том числе: привносили реки Дон - 28км³, 13км³ – Кубань, остальной 2 км³ – сумма малых рек. При таком стоке среднегодовая соленость моря составляла 10,5%, Таганрогского залива – 6-7%. Существенное уменьшение пресного стока в Азовское море началось с 1948 года, когда была введена в строй первая очередь Невиномысского гидроузла на Кубани. Цимлянский гидроузел, построенный в 1952 году на Дону, уменьшил весенний сток Дона, отрезал все места нереста белуги, 75% мест нереста осетра, рыбца, и 50% мест нереста севрюги, селедки, чухони. Биомасса планктона значительно снизилась ( 160-250 мг/м³ вместо 400мг/м³, необходимая для размножения хамсы). В настоящий момент общий годовой пресный сток составляет 31км³, что соответствует нижнему пределу функционирования экосистемы моря с тенденцией перехода к низкопродуктивному уровню. Уменьшение пресного стока привело к притоку соленой воды из Черного моря, которое значительно повысило соленость Азовского моря, в результате чего начал деградировать пресноводный планктон, а за ним и пресноводные породы рыб. Раньше при благоприятных условиях уловы ценных рыб достигали 160 тыс. т ежегодно. В настоящий момент уловы этих рыб из 35 тыс. т в 1955 году уменьшились до 8 тыс. т. а общие рыбные запасы уменьшились в 35 раз. И это только в результате нарушения водообмена, гидрологического режима, без всевозможного загрязнения и желания принести вред.

Третьим, наиболее опасным типом антропогенного воздействия на окружающую среду является антропогенное загрязнение.

Загрязнение – это привнесение в природную среду отходов производства – как материальных, так и энергетических, которые или совсем не характерные для биосферы, или не характерные их концентрации, которые создают угрозу жизнедеятельности живым организмам.

На современном этапе развития общества масштабы воздействия на наибольшую экосистему - биосферу - настолько большие, что изменения, которые в ней осуществляются, можно сопоставить с изменениями, которые осуществляются в течение геологических периодов. Человек в настоящее врея выступает как геологическая сила. Ярким примером является океан, явлющийся легкими планеты, он составляет около 70% кислородного баланса планеты, но за некоторыми прогнозами за 50 лет может превратиться в мертвую среду, в основном из-за нефтяного загрязнения поверхности. Среди крупномасштабных примеров воздействия человека на биосферу следует отметить разрушение озонового слоя, что способствует не только нарушению климата, но и усилению фона ультрафиолетовой радиации, которая имеет мутагенное действие. Ответственными за разрушение озонового слоя считаются фреоны – вещества антропогенного происхождения – галоидные производные углеводородов. Они очень легкие, поднимаются в верхние слои атмосферы, где вступают в химическое взаимодействие с озоном, превращая его в кислород.

Постоянно растет загрязнение атмосферы пылью(аэрозолями), резко снижающих ее проницательность для солнечного излучения – источника всего живого. Огромные массы частиц могут подниматься потоками газов в воздух на высоту до 20 километров и находиться в атмосфере годами. Запыленность атмосферы за последние годы выросла в десятки раз. Оставаясь длительное время в атмосфере аэрозоли образуют плотный экран, который снижает поступление солнечной радиации и вызывает изменения теплового баланса планеты и перераспределение энергии, которая в первую очередь приведет к изменению климата как в отдельных регионах, так и на всей планете. Многие ученые считают, что при современном аэрозольном загрязнении атмосферы температура на планете может снизиться в большей степени, чем повыситься в результате парникового| эффекта, то есть, осуществится похолодание.

При этом следует отметить, что потоки материальных и энергетических поступлений в окружающую среду не всегда могут быть загрязнениями. Дело в том, что в природе существует природный фон вещества и энергии, который различный и не всегда оптимальный. Следовательно, поступление в окружающую среду одних и тех же количеств веществ в районах, где их уровень ниже по сравнению с природным фоном, может улучшить условия и не будет квалифицироваться как загрязнение. Загрязнение – это понятие условно: одни и те же вещества в одних случаях выступают как загрязнение, а в других – как питательная среда. Недостаток фтора, иода, некоторых тяжелых металлов в природной среде некоторых регионов страны вызывает тяжелые заболевания, потому поступление этих веществ в окружающую среду в оптимальных количествах является благоприятным фактором. Следовательно, судить о загрязнениях можно лишь относительно определенного объекта – биологического, материального или социального.

Количество вещества, которое ежегодно вовлекается человеком в производственную и хозяйственную деятельность, составляет 100 млрд т, что приравняется производительности биосферы в целом. Но главным в этом факторе является то, что 95% этого количества выбрасывается в окружающую среду в виде отходов.

Источник антропогенного загрязнения биосферы – неутилизируемые отходы разных производств, образуются в результате обмена вещества и энергии современных промышленных предприятий с окружающей средой. Существует несколько типов классификации загрязнений. Однако, главным разделением загрязнений, с точки зрения их уменьшения, является такое:

1.Стойкие неразлагающиеся загрязнения. К ним относятся - полимерные упаковки, средства борьбы с вредителями растений и животных, фенолы. Для этих веществ не существует природных процессов, которые могли их разлагать с такой же скоростью, с которой они поступают в экосистему. Единственный путь избавиться них – это изъять из природной среды. Единственное решение – запретить выбрасывать их в природную среду или прекратить их производство.

2.Загрязнения, которые разлагаются биологическим путем. Это - бытовые сточные воды, древесина, металлические отходы, бумага. Для них в природе существуют механизмы разложения. Проблемы с такими отходами возникают лишь тогда, когда поступление таких веществ очень большое и природа не может успеть переработать такое количество. Решить проблемы с такими загрязнениями намного проще, чем с предыдущими, нужно просто при их утилизации моделировать природные механизмы.

Другой тип классификации – это разделение на энергетические и материальные загрязнения:

1.Энергетические загрязнения – это тепловые выбросы, ионизирующее излучение, шум, вибрация.

2.Материальные загрязнения разделяются на:

а) механические загрязнения – неутилизируются инертные отходы

( золошлаки, древесина, металлические отходы);

б) химические загрязнения – это химически активные соединения, которые поступают в биосферу и вступают во взаимодействие с ее элементами (серный ангидрид, окислы азота, цементная пыль);

в) биологические загрязнения – рост количества микроорганизмов, какие оказывают вредное воздействие на окружающую среду (патогенные микробы).

Энергетические загрязнения считаются менее опасными по сравнению с материальными. Они оказують вредное воздействие только в момент их выделения и область действия этих загрязнений невелика и находится только вблизи от источника загрязнения.

Наибольший вклад в уровень загрязнения окружающей среды вносят промышленные предприятия и энергетическое оборудование. Так, при сжигании топлива в энергетических установках в атмосферу выбрасывается большой спектр загрязняющих веществ, а при работе промышленных предприятий осуществляется загрязнение как атмосферы, так воды и почвы.

Еще один огромный источник загрязнения окружающей среды – автомобильный транспорт. Выбросы от автомобильного транспорта составляют до 80% общего загрязнения атмосферы.

Последствия химического загрязнения биосферы для человека могут быть различными, в зависимости от природы, концентраций и времени действия. Реакция организма на загрязнения зависит от возраста, пола, состояния здоровья. Наиболее уязвимы дети, пожилые и больные люди. При систематическом поступлении в организм даже небольших количеств токсичных веществ могут наступать хронические отравления, признаками которых являются, нейропсихические отклонения, утомление, сонливость или бессонница, апатия, ослабление внимания, забывчивость, колебания настроения и др. Сходные признаки наблюдаются и при радиоактивном загрязнении среды, превышающем нормы. Высокотоксичные соединения часто приводят к хроническим заболеваниям различных органов и нервной системы; действуют на внутриутробное развитие плода, вызывая различные отклонения у новорожденных. Медики устанавливают прямую связь между ростом числа больных аллергией, бронхиальной астмой, раком и ухудшением экологической обстановки в регионе.

Канцерогены вызывают особую озабоченность людей. Установлено, что многие вещества (хром, никель, бериллий, бенз(а)пирен, асбест, табак и др.) являются канцерогенными. Еще в прошлом веке рак был почти неизвестен у детей, сейчас он встречается среди них довольно часто. В США основное число заболеваний раком легких приписывается курению, а меньшее - работе в некоторых отраслях промышленности. Пища, воздух и вода также могут содержать токсичные и канцерогенные вещества, представляющие опасность для человека. Примерная доля заболеваний раком от разных причин (по данным П. Ревелль и Ч.Ревелль) приведена в табл. 7.1.

Таблица 7.1- Заболевания раком от разных причин

Причина заболевания	Доля от числа заболевших,%
Курение	30
Пища	35
Условия работы	5
Спиртные напитки	3
Ультрафиолетовые, природные рентгеновские и космические лучи	3
Загрязнение воздуха и воды	2
Лекарства, рентген	1
Пищевые добавки	1
Пенопласт, асбест, трихлорэтилен (аэрозоли), некоторые красители для волос и другие потребительские товары	1
Причины, не связанные с окружающей средой (травмы, инфекции, беременость, роды)	17

Интересно, что процент заболеваний той или иной формой рака различен в разных регионах и разных группах населения. Например, на северо-востоке США высока доля раковых заболеваний ротовой полости, горла, пищевода, гортани и мочевого пузыря, но преимуществено у мужчин. Очевидно, это связано с высокой концентрацией химических производств, на которых работают в основном мужчины. В районе Линьсянь в Китае встречается рак пищевода, в Японии обычен рак желудка, рак печени - проблема в Африке и юго-восточной Азии (но редко встречается в других частях мира). Поэтому можно предполагать, что рак вызывается сочетанием каких-то условий окружающей среды в разных районах.

Многие канцерогены могут вызывать необратимые изменения в генах, называемые мутацией (лат. mutatio - изменение, перемена).

Фактически сегодня отсутствуют надежные способы для испытания 9000 синтетических веществ, производимых в настоящее время (к тому же число их ежегодно увеличивается на 500 - 1000). В США, например, по данным Национального института профессиональной безопасности и здоровья, каждый четвертый рабочий, т. е. почти 22 млн человек, может подвергаться действию токсичных веществ: ртути, свинца, пестицидов, асбеста, хрома, мышьяка, хлороформа и др. Не составляют исключения и служащие, которые подвергаются воздействию вредных веществ в воздухе, так же как и семьи рабочих, контактирующих с этими веществами через рабочую одежду.

Диоксины - группа органических веществ, которую в последние годы считают наиболее экологически опасной. В группу диоксиноподобных соединений входят суперэкотоксиканты - универсальные клеточные яды, поражающие все живое. Пик выброса диоксинов пришелся на 60 - 70-е гг. Диоксины не производятся промышленно, они образуются при производстве других химических веществ: при синтезе гексахлорфенолов, гербицидов и др. Источниками диоксинов являются также сточные воды предприятий целлюлозно- бумажной, металлообрабатывающей, электронной, радиопромышленности и др., использующих для обезжиривания хлорорганические растворители. Кроме того, диоксины попадают в атмосферу с выхлопными газами автомобилей, при хлорировании питьевой воды, горении «техногенной» древесины, сжигании галогенсодержащих и бытовых отходов и т. д. Загрязнения среды возникают и при промышленных авариях. Наиболее известна авария в городе Севезово (Италия) в 1976 г. с большим выбросом диоксинов в результате нарушения правил захоронения отходов. Исследователи Миланского университета наблюдали 37000 жителей этого города - среди них был зарегистрирован 891 случай рака.

В 1968 г. в Японии, а в 1979 г. на Тайване были отмечены массовые пищевые отравления рисовым маслом, загрязненным диоксинами. Пострадало более 4000 человек; в печени было выявлено высокое содержание диоксинов (болезнь Юшо-Ю-Ченг).

Диоксины способны влиять на репродуктивную систему. У рабочих, занятых в производстве хлорфенолоксигербицидов, отмечается импотенция, а у их жен - повышенная частота выкидышей.

Продукты питания и лекарственные препараты могут содержать вещества, оказывающие вредное воздействие на здоровье людей. До 40 /о смертей от рака можно связать с питанием или приготовлением пищи. Даже обжаривание мяса может приводить к образованию канцерогенных веществ. Излишний жир иногда стимулирует выработку гормонов, способствующих возникновению рака молочной железы. Избыточное потребление соли может приводить к появлению гипертонии, избыток сахара - к порче зубов и т. д. Добавки и загрязнения, присутствующие в продуктах, медикаментах и косметических товарах, способны также вызывать различные заболевания. Американцы, например, потребляют около 68 кг пищевых добавок в год на душу населения, большую часть из которых составляют соль, сахар и его заменители. Приблизительно 4 кг приходится на горчицу, перец, пекарный порошок, дрожжи, казеин, карамель и 0,5 кг - на 2000 других добавок, используемых для окрашивания, консервации и улучшения вкуса продуктов.

В медикаменты тоже вводят примеси для маскировки горечи или иного неприятного вкуса. Красители и ароматизаторы используются также для замены дорогих натуральных компонентов. Например, вместо натурального сока в ароматизированные безалкогольные напитки часто добавляется заменитель. Фактически целые группы продуктов, в том числе и диетических, вероятно, не могли бы существовать без добавок, которые придают им приятный вкус, цвет и способность долго сохраняться. Но как бы аргументированно не обосновывалось применение добавок, необходима уверенность в том, что они безвредны. В США было испытано около 450 химических добавок, 80 % из которых были объявлены безвредными, 14 % - вероятно безвредными и около 5 % - сомнительными. В 1978 г. центр «Наука в интересах общества» (США) опубликовал перечень пищевых добавок с оценкой их безопасности.

Споры вызывают и синтетические заменители сладких веществ. В США в 1976 г. было продано 2,27 млн кг сахарина. Но сахарин, как и другие заменители сахара, может вызывать рак мочевого пузыря у крыс. Подозрения на канцерогенность сахарина привели, с одной стороны, к запрету его использования в некоторых продуктах, а с другой - к многочисленным протестам против его запрета. Люди считали, что если и имеется какой-то риск, то они хотели бы об этом знать, а затем сами решать, как поступать. В США уступили давлению и разрешили продавать сахарин, но с предупреждением о его «умеренной» канцерогенности, а в Канаде с 1977 г. он запрещен в пищевых продуктах.

Использование пищевых красителей также возможно только в соответствии с утвержденными списками. В качестве консервантов мяса и рыбы обычно применяют нитраты NО₃ и нитриты NО₂. Они предотвращают рост бактерий, вызывающих пищевые отравления (например, ботулизм); придают мясу характерную розовую окраску и особый вкус, к которому люди привыкли. Много нитратов поступает в организм с овощами. Нитраты и нитриты не безвредные соединения. Нитриты, например, реагируя с гемоглобином, превращают его в метгемоглобин, не способный переносить

кислород. При инактивации 70 % гемоглобина в крови наступает смерть. Поэтому устанавливается предельное содержание нитритов в пищевых продуктах.

Но даже некоторые витамины (особенно А и Д) при передозировках могут накапливаться в организме до токсических уровней. Съедобные природные продукты (грибы, некоторые растения; плесневые грибки, появляющиеся в крупах, орехах, кукурузе, пшенице и др.) могут синтезировать для своей защиты токсические вещества, многие из которых обладают канцерогенным, тератогенным (гр. teras - уродство, genos – происхождение) и мутагенным двйствием.

В 1982 г. Комитет по питанию и раку США дал следующие рекомендации по питанию: 1) уменьшение количества жиров в среднем рационе на 30 %; 2) включение в рацион овощей, фруктов, крупяных продуктов, особенно богатых витамином С (цитрусовые) и Р-каротином (желто-оранжевых листовых овощей и капусты); 3) употребление консервированных продуктов, солений, овощей свести к минимуму; 4) спиртное употреблять только в «меру» (особенно курильщикам) из-за угрозы рака, цирроза печени, гипертонии и тяжелых последствий для новорожденных детей.