Загрязнение почвы

ИСТОЧНИКИ И МАСШТАБЫ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ

Экологические последствия техногенных эмиссий

Загрязнение биосферы человеком представляет собой одну из самых древних проблем в истории цивилизации. Считается, что химическое загрязнение биосферы, вызванное деятельностью человека, началось с первого зажженного им костра. На этом этапе воздействие человека на окружающую среду было незначительным. Далее по мере развития научно-технического прогресса, роста численности населения и его потребностей антропогенное загрязнение возрастало.

Человек издавна рассматривал окружающую природную среду в основном как источник ресурсов. Однако развитие современной цивилизации приводит к парадоксу. Стремясь достигнуть независимости от природы, улучшить условия жизни, человек наращивает темпы материального производства. При этом большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, что ставит под угрозу существование как биосферы, так и самого человека.

Биосфера существует, многократно используя одни и те же атомы, т.е. в биосфере вещество используется в круговороте (биогеохимические циклы). Причем, в основном используются легкие биогенные элементы, из которых состоит живое вещество: О, N, C, S, P. Человек же использует вещество планеты крайне неэффективно с образованием огромного количества отходов. При этом в среду хозяйственной деятельности включаются практически все элементы таблицы Менделеева, а также синтезированные человеком соединения: пластмассы, пестициды, радионуклиды и др. В результате происходит обогащение биосферы не свойственными ей веществами, т.е. нарушается естественное соотношение химических элементов. Чтобы обеспечить одного человека предметами существования, каждый год из недр Земли извлекается до 40 т первичного сырья, которые в последующем рассеиваются в биосфере, радикально изменяя эволюционно сформировавшиеся биогеохимические циклы. Острота проблемы заключается в том, что при учете всех видов отходов количество полезного общественного продукта составляет около 10% используемых природных ресурсов, а остальные 90% переходят в отходы – газообразные, жидкие, твердые и, часто, весьма токсичные.

Выбрасываемые в окружающую среду загрязнители рассеиваются в биосфере и могут поглощаться живыми организмами. Для ряда загрязнителей наблюдаются очень высокие коэффициенты накопления в пищевых цепях (10³…10⁶ раз). При этом человек сталкивается с эффектом бумеранга: находясь в самом конце большинства пищевых цепей, он становится потребителем наиболее загрязненной пищевой продукции.

Так, современный горожанин получает в день вместе с пищей, питьевой водой, с табачным дымом и из атмосферы в среднем в 40 раз большесвинца, чем человек доиндустриального века.

Главной причиной глобального экологического кризиса является рост народонаселения, инициирующий другие экологические проблемы.

В настоящее время население планеты увеличивается быстрее, чем бьется сердце человека: каждую минуту рождается 250 детей, каждые суткинаселение земного шара увеличивается на 250…300 тыс. человек, за год – на 70…85 млн чел. Согласно последним данным ООН, к 2050 году население Земли достигнет 9 млрд человек, но во многих странах демографические показатели снизятся. В частности, сокращение населения в Болгарии составит 35%, в Украине, России, Молдове, Беларуси, Румынии – 25…35%. При этом прирост населения планеты на 88% будет осуществляться за счет развивающихся стран.

Появление каждого нового жителя Земли требует дополнительных 0,2…0,5га земли для производства продуктов питания, для жилья, работы, отдыха. Между тем, уровень производства сельскохозяйственной продукции достиг своего предела, и дальнейшее его увеличение может быть достигнуто лишь за счет применения минеральных удобрений, а также пестицидов – для сохранения выращенного урожая. И то, и другое напрямую связано с последующим загрязнением почвы и водоемов.

Одновременно нарастает количество крупных городских агломераций. С 1950 по 1983 гг. число жителей в городах увеличилось в 2,6 раза, в то время как сельское население возросло лишь на 53%. Сейчас городское население растет вдвое быстрее, чем население Земли в целом. Среди крупных городов быстрее всего растут города-миллионеры (с населением свыше 1 млн чел.). В 1900г. таких городов было 10, в 1955 – 60, в1980 – 210. В настоящее время в таких городах сосредоточено до 25% всего населения мира, а их число – более 430. В целом городское население планеты составляет более 50%, а в отдельных регионах еще выше: Северная Америка–83%, Австралия-85%, Европа и Латинская Америка-79%, Украина–около 70%. По прогнозам, к 2025 году городское население планеты достигнет 60%.

Неоспоримы экономические и социальные преимущества городской жизни. Однако вовлечение в хозяйственный оборот больших территорий по мере роста численности населения приводит к замене естественных экологических систем искусственными. Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды: атмосферу, растительность, почву, рельеф, подземные воды, и даже климат. Крупные города имеют над собой «шапку» высотой до 3км, состоящую из устойчивых газообразных аэрозолей. Влияние города на недра распространяется на глубину до 4км. Считается, что город с 2-х млн. населением загрязняет атмосферу в зоне до 100км.

Факты интенсивного загрязнения городов общеизвестны. В среднем городской воздух содержит в 150 раз больше пыли и вредных веществ, чем загородный, а соединений свинца в нем в 2000раз больше, чем над океаном. Например, смертность от рака легких среди жителей городов в 4-5 раз выше, чем у жителей деревень. Городских детей от легочных заболеваний умирает в 30 раз больше, чем деревенских. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает, что 70-90% всех раковых заболеваний в городах связано с присутствием в городском воздухе различных химических веществ канцерогенной природы, наиболее распространенными из которых являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе самый опасный из них 3,4–бензпирен (БП). За последние 25 лет количество заболеваний раком на планете возросло в 4 раза. Каждый житель большого промышленного города вдыхает в течение жизни (за 70 лет) почти 16 мг БП (при допускаемой концентрации 0,1 мкг/м ³). Среднегодовая концентрация БП в атмосфере 37-ми городов Украины превышает норму в 2,5…5,8 раза, а максимальная среднемесячная – в 8 …23,5раза.

С ростом численности населения Земли темпы эксплуатации ресурсов недр постоянно возрастают. За минувший ХХ век годовое потребление угля, железа, марганца и никеля увеличилось в 50-60 раз; алюминия, вольфрама, молибдена и калия – в 200…1000 раз. Полагают, что при современной сырьевой базе и сохранении нынешних темпов потребления запасов алюминия хватит на 100 лет; железа – на 150 лет; запасов полиметаллических руд – на 30…60 лет; нефти – на 80…100 лет, природного газа – на 100…140 лет, каменного угля – на 400 лет.

Особую категорию с точки зрения исчерпаемости и возобновимости представляют земельные, водные и лесные ресурсы. В настоящее время человек эксплуатирует более 60% суши, использует безвозвратно более 13% годового стока рек, скорость сведения лесов составляет 17 млн га в год. Сейчас площадь тропических лесов сократилась примерно наполовину. Если темпы уничтожения тропических лесов сохранятся, то через 20…30 лет они как экосистемы исчезнут с лица Земли.

При строительных и горных работах перемещается более 4 км³ грунтов в год, извлекается из недр Земли ежегодно около 250 млрд т различныхископаемых, сжигается 11 млрд т топлива, выплавляется около1 млрд т различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн т минеральныхудобрений и 5 млн т пестицидов.

Только 50% внесенных удобрений усваивается растениями, потери урожая от сорняков и вредителей часто достигают 30…35%, а 90% пестицидов расходуется впустую, загрязняя почву, воду и атмосферу.

В биосферу поступает до 50% извлеченных из недр металлов, 30% химического сырья, 67% теплоты, вырабатываемой ТЭС. Номенклатура продукции химической промышленности составляет 500 тыс химических соединений и ежегодно к ним прибавляется 1…2 тыс новых. Из этого числа 40 тыс обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс являются токсичными, особенно с точки зрения генетики.

Подсчитано, что за всю историю человеческого общества выплавлено 20 млрд т железа. Его количество в сооружениях, машинах, транспорте и т.д. сейчас составляет около 6 млрд т, остальное рассеяно в окружающей среде. В течение года рассеивается более 25% годовой продукции железа. Другие вещества рассеиваются еще в большей степени. Так, рассеивание ртути и свинца достигает 80…90% их годового производства.

Рост промышленного производства сопровождается лавинообразным нарастанием объема твердых отходов, ежегодное количество которых превышает 2 млрд т. Каждые 8…10 лет количество таких отходов увеличивается в два раза.

На каждую тонну добытого угля приходится 20…24 т шахтной воды. Ежегодно из угольных шахт на поверхность откачивается около 2,5 млрд. м³ загрязненных шахтных вод, сброс которых в природные или искусственные водоемы без предварительной очистки наносит природе большой вред. В некоторых шахтах Кривбасса содержание солей в шахтных водах достигает 10…100 г/л.

Растут объемы водопотребления, особенно в промышленных странах. Для сносного существования человеку достаточно 15 л воды в сутки. Однако в крупных городах развитых стран потребляют 250…500 л (Москва – 700, Киев – 515, Днепропетровск – 450 л). Расход воды на одного сельского жителя составляет в среднем 60 л/сутки. В мире в среднем – 220…300 л/сутки.

В сельском хозяйстве на орошение расходуется 69…70% всей воды, используемой человеком на Земле, 22…23% – в промышленности, а на бытовые нужды идет лишь 8…9%.

Одна из причин нехватки воды – расточительность. Так, много воды, накопленной за высокими плотинами водохранилищ, испаряется или просачивается в почву.

Воду загрязняют промышленные и бытовые отходы, нитраты из удобрений, смытых с полей, кислотные дожди и вещества, просачивающиеся из свалок токсичных отходов.

Уровни содержания нитратов в реках Европы, на которых ведется мониторинг, в среднем в 45 раз выше, чем в чистых реках.

Аральское море – классический и печальный пример неправильного хозяйствования. Забор воды на орошение из рек, питающих море, снизил его уровень более чем на 12м, а соленость увеличилась в 10 раз. Кстати, Азовское море в настоящее время недополучает около 23% воды.

Качество воды водных объектов Украины находится на чрезвычайно низком уровне. В частности, качество воды Днепра, Северского Донца, речек Приазовья, притоков Днестра и Западного Буга классифицируется как очень грязная (VI класс). К основным загрязнителям рек Украины относятся нефтепродукты, фенолы, азот (аммонийный и нитратный), тяжелые металлы и галогенуглеводороды.

Серьезные опасения вызывает состояние почвы. Наибольшей трансформации подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы в пределах суши. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100…1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии общие потери земельных угодий за всю историю человечества составили 2 млрд га, т.е. превышают ныне обрабатываемую площадь – около 1,5 млрд га (по другим данным – 1,2 млрд га).

В ряде регионов Украины заметно ухудшилось состояние земельных угодий в связи с проведением оросительной мелиорации, которая отрицательно влияет на черноземные почвы: уменьшается гумусный горизонт, увеличивается рН до 8…8, 5, происходит вторичное засоление корневого слоя.

Ежегодно в почву страны вносится 1,75 млн центнеров пестицидов, что приводит к повышенной концентрации вредных веществ в сельскохозяйственных продуктах.

Основной глобальной проблемой является сохранение тропических лесов. Обычных лесов сохранилось в мире еще достаточно много: 20% территории Земли покрыто лесами. Но тропические леса – это самые богатые жизнью участки планеты. К настоящему времени влажно-тропические леса в Латинской Америке сведены на 37% от первоначальной площади, в Азии – на 42%, в Африке – на 52%. В отдельных странах положение ещё хуже: в Малазии сохранились 8% лесов, в Таиланде – 7%, в Пакистане – 4%.

Если уничтожение лесов будет продолжаться с прежней интенсивностью, то через 50…60 лет тропические леса исчезнут везде, кроме Заира в Африке и Западной Амазонки в Южной Америке. Эти леса – дождевые, занимают всего 6% территории Земли, но в них обитает столько же видов, как и во всех других экосистемах планеты вместе взятых. Каждую минуту дождевой лес исчезает на площади равной футбольному полю. Каждый год он исчезает на территории, равной Австралии (~7,7 млн. км²). Тропические леса Бразилии ежегодно вырубают на площади свыше 23 тыс км².

Важнейшей проблемой здесь является кислотная интоксикация биосферы, т.е. выбросы SO₂. Кроме серы на леса воздействуют оксиды азота выхлопных газов. В отдельных местах кислотность почв возросла в 5…10 раз.

Так, на территории Германии кислотными дождями повреждено 35…50% площади лесных массивов страны. В Голландии и Великобритании около 30% деревьев оказались засохшими, в Чехии и Швейцарии погибли 16% деревьев.

В Украине осталось 14% лесов от того количества, которое было 200 лет тому назад.

Таким образом, человеческая деятельность меняет характер окружающей среды, причем в большинстве случаев эти изменения оказывают негативное влияние на самого же человека.

Последствия техногенного влияния на окружающую среду настолько серьезны, что привели к заметному ухудшению экологического состояния атмосферы, гидросферы, литосферы.

Загрязнение атмосферы

Общий современный уровень техногенного загрязнения атмосферы достигает порядка 4 млрд т аэрозолей и газовых выбросов (без СО₂) и 300-500 млн т пыли. Хотя эти количества составляют очень малую часть всей массы атмосферы, их концентрация в районах скопления промышленности и транспорта приводит к тому, что содержание загрязнителей в атмосфере над городом примерно в 150 раз выше, чем в сельской местности.

Источниками антропогенных выбросов в атмосферу загрязнителей являются теплоэнергетика, промышленность, нефте- и газопереработка, транспорт. Каждый из этих источников связан с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ. Однако наиболее распространенные загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу в большом количестве и называемые поэтому многотоннажными, сравнительно немногочисленны. Количественная характеристика природных и промышленных выбросов приведена в табл.1.1.

Таблица 1.1 – Глобальные эмиссии из природных источников и

в результате человеческой деятельности

Загрязнители	Природные источники млн т/год	Антропогенная деятельность
млн т/год	% общей эмиссии
Двуокись углерода			3,7
Оксид углерода			16,7
Аэрозоли			15,6
Углеводороды ^1)			9,4
Аммиак			0,7
Соединения серы	360^2)	275^3)	43,3
Оксиды азота			11,1

¹⁾ В том числе метан; ²⁾ В том числе 20 млн тонн SO₂

³⁾ Только SO₂

Основным химическим загрязнителем в настоящее время является диоксид серы, образующийся при сжигании всех видов топлива, выплавке стали, меди и других цветных металлов, при производстве серной кислоты и др.

Практически все виды топлива содержат серу: уголь – 3…7%, нефть – 1…2,5%, природный газ – 0,05%. В некоторых полиметаллических рудах содержится до 42…45% серы.

При сжигании каменного угля выброс в атмосферу на 1т топлива составляет: 16…20кг SO₂, 20кг СО, ~10кг N_xO_y, 50…60кг взвешенных веществ.

Антропогенный вклад серы в атмосферу в северном полушарии достигает 93%, в южном полушарии – 50%. Есть несколько районов мира, где выделение диоксида серы в атмосферу особенно интенсивно: Рурский промышленный комплекс, центр Великобритании, северо-восток США, Донбасс. Удельная эмиссия SO₂ на территории этих районов весьма высока и достигает 100 т/км². Средняя эмиссия SO₂ в этих странах составляет: Великобритания – 23, Германия – 16, Украина – 6 т/км².

Оксиды серы и азота могут задерживаться в атмосфере до 15 дней. За это время они переносятся ветром на расстояние более 1000км, и одни страны становятся объектом постоянного загрязнения со стороны других.

Каждый НПЗ выделяет в сутки 100…300т диоксида серы. Такое количество способно загрязнить воздушную зону на высоте 100м в радиусе 40км от завода. Вокруг коксохимического завода создается геохимическая аномалия в радиусе 15км, вокруг ТЭС – в радиусе 8км.

Большое количество загрязняющих веществ поступает в атмосферу городов с автомобильными выхлопами. В настоящее время в мире насчитывается более 1 млрд автомашин, выхлопные газы которых содержат более 500 органических токсичных соединений, в том числе более 40 ПАУ, обладающих канцерогенным и мутагенным действием.

Каждая машина с бензиновым двигателем за пройденные 15 тыс. км в год потребляет 4350кг кислорода, а выбрасывает 3250кг СО₂, около 600кг СО, 100…200кг углеводородов, 30…40кг окислов азота, 0,5кг тетраэтилсвинца, 0,2г бензпирена.

Доля автомобильных выбросов в общем загрязнении атмосферы городов составляет, %: Великобритания – 40…45, США – 50…60, Москва – 95, Ростов – 88, Киев – 85, Одесса – 60, Харьков – 60, Львов – 80, Ужгород, Ялта – 90%, Днепропетровск – более 30%

В результате использования тетраэтилсвинца в качестве антидетонационной добавки к бензину с выхлопными газами выбрасываются оксиды, хлориды, фториды, нитраты и сульфаты свинца. Твердые частицы этих соединений образуют аэрозоли, которые оседают в непосредственной близости от автомобильных дорог.

В одном из крупнейших городов США Лос-Анджелесе более 4млн автомобилей, которые ежедневно выделяют в атмосферу города 50 т пыли только от износа автопокрышек, свыше 15 т свинца, около 1 тыс т оксидов азота, инициирующих фотохимический смог. В других крупных городах положение не лучше: в Мехико – 3 млн автомашин, Токио – 4,2 млн, в Киеве – около 1,5 млн, в Днепропетровске – более 250 тыс. В воздушное пространство над территорией США с выхлопными газами ежегодно поступает около 200 тыс т свинца: это 1/6 часть ежегодной добычи этого металла в стране.

Насыщение биосферы тяжелыми металлами – одно из наиболее опасных глобальных последствий научно-технической революции.

Масштабы выбросов кадмия, цинка и меди всеми вулканами мира далеко уступают объему этих металлов, поступающему от мусоросжигательных печей.

При сжигании 3 млрд т угля с отходящими газами в атмосферу поступает более 120 млн т золы, в которой содержится некоторых элементов больше, чем добывается из земных недр.

Так, ТЭС мощностью 1 млн. кВт, сжигающая ~1000 т угля в сутки, выбрасывает в атмосферу до 1кг ртути и 0,1кг мышьяка. Эти соединения обнаруживаются в районе крупных ТЭС в окружности до 30 км.

Рассеянные элементы концентрируются в биосфере, а затем поступают в организм человека с продуктами питания, питьевой водой и воздухом.

Загрязнение водных систем

Загрязняющие вещества рано или поздно попадают из атмосферы на поверхность Земли и в водные системы. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды в реки иногда даже без предварительной очистки. Стоки сельскохозяйственных угодий практически никто и не ставит целью очищать, поскольку технически это неразрешимая задача. По той же причине нигде не очищаются ливневые стоки (в том числе, крупных городов). Загрязняются подземные воды – важнейший резервуар пресных вод. Загрязнения пресных вод и земель возвращаются человеку с продуктами питания и питьевой водой.

Всего ~2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Большая часть пресных вод – 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10…12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человека имеют пресные воды рек. Именно эти водные ресурсы подвергаются в настоящее время интенсивному антропогенному истощению: за счет непрерывного увеличения водозабора для растущих нужд промышленности, сельского хозяйства и бытового потребления (количественное истощение) и загрязнения вод (качественное истощение).

В настоящее время человечество потребляет на хозяйственно-бытовые нужды 12…13% речного стока, следовательно, потенциальные запасы пресной воды пока еще достаточны, однако в любом районе мира они могут быть истощены из-за нерационального водопользования или загрязнения. Темпы роста водопотребления составляют 5…6% за 5 лет.

Основные потребители воды – промышленность и сельское хозяйство (~90%).

К числу отраслей промышленности, потребляющих большое количество воды, относится энергетика, где вода используется в системах охлаждения. По некоторым оценкам, использование воды для охлаждения составляет сейчас на планете 30% общего водопотребления, а в промышленно развитых странах – до 60%.

Главный же потребитель пресной воды – сельское хозяйство.

Наблюдаемый в настоящее время дефицит пресной воды усугубляется не только непрерывным ростом водопотребления, но и деградацией качества воды природных водоисточников в результате поступления в них неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленного, коммунального и сельскохозяйственного происхождения. Подсчитано, например, что если город потребляет в день 600 тыс м³ воды, то он дает около 500 тыс м³ сточных вод.

Строительство очистных сооружений и реконструкция действующих еще существенно отстает от роста потребления воды.

Казалось бы, задача решается просто. Достаточно построить необходимое количество очистных сооружений и проблема качественного истощения пресных вод будет решена. На самом деле, проблема оказывается намного сложнее. Даже при самой современной очистке, включая биологическую, из воды извлекаются не более 90% органических и 10…40% неорганических веществ. Такая «очищенная» вода может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой водой. В среднем для нормальной жизнедеятельности реки или водоема промышленные или городские стоки после очистки на биологических сооружениях должны быть разбавлены в 15…30 раз. Только после этого вода, загрязненная стоками, восстанавливает свои первоначальные свойства. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования расходуется 4200 км³ воды в год. На разбавление стоков уходит около 20…30% ресурсов пресных вод мира. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока вскоре будут близки к качественному и количественному исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км³ «очищенной» сточной воды «портит» 10…15 км³ речной воды, а неочищенной – в 3…5 раз больше.

Следует добавить, что некоторые особенно токсичные сточные воды химических производств вообще невозможно очистить существующими методами. Их приходится закачивать в подземные хранилища на постоянное хранение. Таким образом, создаются опасные объекты, так как всегда существует угроза либо прорыва, либо медленной миграции (фильтрации) таких вод в подземные водоносные горизонты. Так, на территории Украины функционируют около 3 тыс фильтровальных накопителей сточных вод, которые существенно ухудшают состояние подземных вод, в частности, в Кривбассе и Донбассе.

Особенно опасным является загрязнение природных вод (в том числе, и питьевой воды) полихлорированными дибензодиоксинами (ПХДД) и дибензофуранами (ПХДФ). Специально ПХДД и ПХДФ не производятся, они образуются в качестве примеси при всех химических процессах галоидирования ароматических соединений в присутствии кислорода, в частности при производстве хлорфенолов и гербицидов. Однако, даже обычная примесь диоксинов в товарном продукте 3 ^. 10^-4% является чрезвычайно опасной. В момент аварий или залповых выбросов предприятий хлорной химии концентрация диоксинов превышает санитарную норму в 20…100 тыс раз!

В мировом масштабе основным загрязнителем поверхностных вод суши является нефть и нефтепродукты, которые поступают в результате естественных выходов нефти в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья. Ежегодные поступления нефти в Мировой океан достигают в настоящее время 25…30 млн т в год. После поступления нефти в водный объект первоначально образуются нефтяные слитки-пятна, растекающиеся по водной поверхности: 1т нефти загрязняет акваторию площадью 12 км². Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушается газообмен между атмосферой и гидросферой. А ведь основная доля общего запаса органического углерода и общей валовой продукции фотосинтеза приходится на зеленые растения океана, в первую очередь фитопланктон.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и гидробионты занимают детергенты – синтетические вещества, очень токсичные к процессам биологического разложения. Ежегодно производится около 4 млн т детергентов. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5…15мг/л (при нормативном требовании для рыбохозяйственного использования водных объектов – 0,1 мг/л).

Из других ингредиентов, загрязняющих воду, необходимо назвать тяжелые металлы – ртуть, свинец, цинк, кадмий, медь, олово, хром, марганец, никель, радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм.

В поверхностные водоемы Днепропетровской области ежегодно сбрасывается более 2 млрд. м³ сточных вод, в том числе без очистки более 740 млн. м³. Большая часть такой воды приходится на долю крупнейших промышленных предприятий металлургической, химической, машиностроительной промышленности. В районе Днепропетровска днепровская вода содержит такие загрязняющие вещества, как нефтепродукты, нитраты, нитриты, сульфаты, соли аммония, хлориды, ионы тяжелых металлов: железа, свинца, никеля, хрома, меди, цинка, марганца, ртути.

Загрязнение почвы

Одним из последствий усиливающейся техногенной нагрузки является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и пестициды.

Значительными нарушениями земной поверхности и ее интенсивным загрязнением сопровождаются все процессы добычи полезных ископаемых. Подсчитано, что при добыче 1 млн т железной руды нарушается до 640га земли, марганцевой – 600га, угля – 100га.

В результате неполного использования сырья, прямых его потерь, отходов производства к середине XXI века концентрация некоторых металлов в почве может увеличиться в 10…100 раз и более.

Одним из результатов техногенной миграции элементов является постепенное «ожелезнение» земной поверхности. Ежегодно выплавляется около 700 млн. т железа, причем необратимые потери железа в результате коррозии и истирания достигают 25%. Установлено, что техногенное поступление железа на порядок выше биогенного.

Как уже отмечалось, горное производство негативно воздействует на поверхностные водостоки и подземные воды, которые сильно загрязняются механическими примесями и минеральными солями.

Одним из эффективных методов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является применение минеральных удобрений, которые обеспечивают в настоящее время около 50% общей прибавки урожая. Мировое производство минеральных удобрений достигло объема 500 млн т в год, потребление удобрений на душу населения в среднем составляет 27 кг/год. К сожалению, при современной технологии растения усваивают только 50% вносимых удобрений, остальная половина уносится водным стоком в ближайший водоем и существенно нарушает равновесие экологических систем и условия развития водных организмов. Загрязнение окружающей среды нитратами вследствие чрезмерного применения азотных удобрений в последнее время становится глобальной экологической проблемой.

Неблагоприятные последствия для биосферы и изменения почвенного покрова связаны также с применением в сельском хозяйстве пестицидов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями культурных растений, сорняками, для регулирования роста и развития

сельскохозяйственных культур. Мировое производство пестицидов превысило 5 млн т в год, ассортимент их насчитывает 100 тыс препаратов и продолжает увеличиваться.

Пестициды позволяют не только сохранить и увеличить урожай, но и сократить затраты на выращивание сельскохозяйственных культур и, тем самым, повысить производительность труда на 20…30%. Так, в экономически слаборазвитых странах от болезней и вредителей сельскохозяйственных культур погибает около 50% возможного урожая, а в передовых промышленных странах, где применяются прогрессивные средства борьбы с вредителями, гибнет лишь 15…20% урожая.

Сегодня в мире в среднем наносится 0,3 кг пестицидов на 1га, в США – 1,6 кг/га, в Западной Европе – 3 кг/га, в Украине ~ 2 кг/га.

Пестициды являются единственными загрязнителями, которые сознательно вносятся человеком в окружающую среду Подсчитано, что 98% инсектицидов (вредные насекомые) и фунгицидов (грибковые заболевания), 60…95% гербицидов (сорняки) не достигают объектов подавления, а попадают в воздух и воду.

Развитие производства бытовых товаров и повышение уровня их потребления ведет к значительному росту количества бытовых отходов. Проблема твердых бытовых отходов в настоящее время весьма остро стоит во многих странах мира. На одного жителя в городах развитых стран Европы и США в среднем приходится по одной тонне твердых бытовых отходов, причем этот показатель ежегодно увеличивается. В Украине на каждого жителя приходится 250…300 кг отходов в год. Ежегодно в городах мира образуется около 500 млн т твердых бытовых отходов, при этом их основная масса (около 65%) вывозится на свалки и полигоны, которые загрязняют окружающую среду различными токсинами, в том числе, тяжелыми металлами.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные экологические проблемы современности и их причины.

2. Какова величина коэффициента полезного ресурсоиспользования?

3. Чем объясняется значительное количество отходов, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной деятельности?

4. Каковы темпы прироста населения Земли и городского населения Земли?

5. Каков уровень рассеивания промышленного производства металлов, химических продуктов, теплоты?

6. С чем связана ускоренная эрозия почв и ее масштабы?

7. Как влияют тропические леса на газовый баланс атмосферы Земли?

8. Дайте сравнительную характеристику масштабов естественного и антропогенного загрязнения биосферы.

9. Назовите основные источники и загрязнители атмосферы.

10. Приведите качественную и количественную характеристику выхлопных газов автомашин.

11. Какими факторами определяется загрязнение биосферы тяжелыми металлами?

12. Какова структура потребления пресной воды?

13. Укажите основные причины дефицита пресной воды.

14. Какие загрязнители природных вод являются наиболее опасными?

15. Насколько опасно загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами и почему?

16. Охарактеризуйте источники и масштабы загрязнения почвы твердыми промышленными отходами.

17. Каковы экологические последствия применения минеральных удобрений и пестицидов?

18. Какие последствия для биосферы приносят кислотные дожди?

19. На какие виды подразделяют отходы антропогенной деятельности?

20. Какие источники энергии использует человечество?

21. Перечислите основные виды загрязнения Мирового океана.

22. К каким последствиям ведет нерациональное природопользование?

23. Чем обусловлено истощение поверхностных и подземных вод?

2. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Взаимодействие человеческого общества и природы является совокупностью процессов управления, причем приоритетная роль принадлежит именно человеку.

Для того чтобы избежать необратимых негативных последствий природопользования, общество стало создавать систему мероприятий, именуемых ныне охраной окружающей среды, которая представляет собой совокупность мероприятий по управлению природопользованием.

Любое предприятие предназначено для выпуска той или другой необходимой продукции. Этой задаче и подчинена его деятельность. Однако завод или ферма существуют в окружении конкретной среды – экологических систем, которые неизбежно подвергаются воздействию со стороны производства. Так, в результате загрязнения воздуха и воды может страдать население, разрушение рекреационных экосистем приводит к неблагоприятным социальным последствиям, погоня за дешевым сырьем может вызвать его дефицит. Следствием окажется больший ущерб предприятию, который мог бы быть значительно меньше, если бы своевременно принимался комплекс природоохранных мер.

Решение подобных проблем неразрывно связано с определением допустимой антропогенной нагрузки на биосферу, соизмерением природных и производственных потенциалов территории, нормированием техногенных воздействий, т.е. экологической регламентацией хозяйственной деятельности человека. Не менее важным является обеспечение всестороннего и объективного контроля за выполнением экологических регламентов на глобальном, региональном и локальном уровнях.

Наиболее полно эти требования могут быть реализованы в пределах такого природно-хозяйственного комплекса, который образует равновесную эколого-экономическую систему (ЭЭС).

В настоящее время существует два уровня интерпретации понятия ЭЭС–глобальный и территориальный. Согласно первому ЭЭС трактуется как тип экологически ориентированной социально-экономической формации. Но в глобальном смысле пока что это отдаленная и довольно абстрактная перспектива. Для практической реализации принципа сбалансированного природопользования важно иметь представление об ЭЭС на территориальном уровне, т.е. в отдельных регионах и комплексах.

В такой трактовке эколого-экономическая система – это ограниченная определенной территорией часть техносферы, в которой природные, социальные и производственные структуры и процессы связаны взаимоподдерживающими потоками вещества, энергии и информации. В литературе по инженерной экологии довольно широко употребляется понятие природно-технической системы. Под природно-технической системой (ПТС) понимают совокупность природных и искусственных объектов, сформировавшуюся на какой-то территории в результате строительства и эксплуатации промышленных комплексов, инженерных сооружений и технических средств, взаимодействующих с компонентами природной и социальной среды.

К сожалению, реальные ПТС никто никогда не рассматривал с позиций эколого-экономического баланса. Индустриальное развитие никогда не ставило своей целью создание сбалансированных ЭЭС. А механизмы экологической регламентации хозяйственной деятельности, такие, как оценка предполагаемых воздействий на окружающую среду и экологическая экспертиза программ и проектов, сами по себе не в состоянии обеспечить практическую реализацию требований сбалансированности. Но это не означает, что такие системы невозможны.

Региональные ЭЭС обычно представляются в виде блочных моделей, в которых анализируются связи, но нет подходов к количественной экологической регламентации.

ЭЭС представляет собой сочетание совместно функционирующих экологической и экономической систем. Напомним, что экосистема – это сообщество живых организмов, взаимодействующих между собой и со средой обитания таким образом, что поток энергии создаёт устойчивую структуру и круговорот веществ между живой и неживой частями системы. В свою очередь экономическая система является организованной совокупностью производительных сил, которая преобразует входные материально-энергетические потоки природных и производственных ресурсов в выходные потоки предметов потребления и отходов производства. Таким образом, часть материальных элементов экологической системы, в том числе и элементов среды обитания человека, используется как ресурс экономической системы.

Принципиальная схема такой экосистемы приведена на рис.2.1 Производство воздействует на природные системы (+ обратная связь). Эти воздействия (знак (+)), т.е. фактически управление, могут проявляться в извлечении природных ресурсов, размещении производственных отходов (загрязнении) и т.п. В свою очередь, окружающая среда также может влиять на предприятие.

Подобные воздействия, так или иначе, могут привести к разрушению управляемой подсистемы, а, следовательно, и всей эколого-экономической системы. Чтобы этого не происходило, необходимы компенсационные ответы со стороны управляемой через каналы отрицательной связи (знак –). В принципе эти процессы аналогичны рассматриваемым выше при объяснении поддержания гомеостаза экологической системы через подсистему «жертва-хищник».

Рис. 2.1 – Схема эколого-экономической системы

Принципиальное отличие в рассматриваемой ситуации состоит в том, что природные системы не располагают достаточным запасом информации для того, чтобы компенсировать влияние на них производства. Поэтому соответствующие функции управления должен брать на себя человек.

Это означает, что в эколого-экономической системе должен присутствовать особый блок управления. Он воспринимает информацию от природной системы (окружающей среды) о происходящих в них изменениях, оценивает возможные негативные последствия и передает соответствующую команду управляющей системе, т.е. предприятию.

В качестве блока управления могут выступать органы власти или специальные уполномоченные или службы (например, службы охраны окружающей среды, например управление по экологической безопасности Днепропетровской области). Они получают информацию о состоянии природной системы на основании контроля и мониторинга и предписывают предприятию, например, сокращение сбросов (или выбросов), включают экологические рычаги управления, в частности корректируют плату за загрязнение и т.п. Что касается конкретных мер и способов выполнения таких предписаний, то их выбирает само предприятие, решая соответствующую эколого-экономическую задачу. Это могут быть новые очистные сооружения, изменение технологий, замена сырья и топлива, а в ряде случаев и приостановка наиболее устаревших вредных производств.

Круговороты обеих подсистем ЭЭС образуют вместе своего рода технобиогеохимический круговорот, а всю ЭЭС можно обозначить как технобиогеоценоз. Потокам вещества в ЭЭС могут быть приписаны константы равновесия и скорости, что позволяет осуществить кинетический анализ системы и выявить условия её равновесия и стабильности. В сбалансированной эколого-экономической системе совокупная антропогенная нагрузка не должна превышать самовостановительного потенциала природных систем.

Соизмерение производственных и природных потенциалов территории – одна из актуальных задач промышленной экологии, без решения которой невозможна выработка научно обоснованной системы экологических регламентаций. Сбалансированность нужна не только природным комплексам и среде обитания людей, но и самому хозяйству. Она имеет не только природоохранное и гигиеническое значение, но и прямое экономическое: равновесное сопряжение производственных и экологических процессов не столько принуждает к ограничению входных мощностей, сколько предлагает дополнительный экономический инструмент контроля эффективности производства. Экономический рост, превышающий порог допустимых нагрузок, выступает как основной дестабилизирующий фактор для окружающей среды.

Таким образом, эколого-экономические системы должны обеспечивать два принципиальных подхода в управлении окружающей средой.

Первый заключается в предотвращении разрушения природных систем путем рационализации природопользования (т.е. по сути своей ориентирован на охрану природы).

Второй подход является более узким по содержанию, но в то же время общим для разных отраслей и предприятий. В данном случае имеется в виду защита окружающей среды от ингредиентного и параметрического загрязнения. Это означает обеспечение высокого качества среды, когда антропогенные факторы не выходят за пределы толерантности человеческого организма.

Управление качеством окружающей среды в той части, в которой оно прямо или косвенно связано с природозащитной деятельностью предприятий, включает следующую систему мероприятий.

1. Регламентация (т.е. установление нормативов) содержания вредных веществ в окружающей среде (в воздухе, воде, почве, растительном субстрате, продуктах питания и предметах бытового назначения).

2. Регламентация поступления вредных веществ в окружающую среду, т.е. установление нормативов на сбросы и выбросы для промышленных предприятий по конкретным веществам и их источникам.

3. Прогнозирование переноса и рассеивания вредных веществ в природных средах, процессов превращения этих веществ под влиянием факторов внешней среды (вторичное загрязнение или встречный синтез), т.е. в более широком смысле – прогнозирование качества окружающей среды. Прогнозирование в настоящее время осуществляется преимущественно на основе математического моделирования.

4. Соблюдение технологических регламентов работы оборудования и производственных инструкций с целью обеспечения требуемых параметров процессов, влияющих на образование выбросов и сбросов.

5. Контроль содержания вредных веществ в окружающей среде, а также в сырье, топливе, материалах, полуфабрикатах, продуктах питания.

6. Контроль поступления и содержания вредных веществ в природных средах для принятия мер в случае превращения установленных органами здравоохранения нормативов.

7. Мониторинг состояния окружающей среды.

В конечном счете, необходимо решить первую важнейшую из перечисленных выше задач: найти пределы толерантности человеческого организма к загрязняющим веществам, содержащимся в выбросах, сбросах и твердых отходах предприятий. Эти пределы и будут лежать в основе нормативов, которые не должны превышать в окружающей среде (включая воздух, почву, воду, растительность, пищевые продукты). Понятно, что это необходимо, т.к. полностью изолировать человека от присутствия таких веществ невозможно. Предприятие обязано проводить соответствующие мероприятия, чтобы такие нормативы обеспечить.

Дата добавления: 2015-10-24