Глобальные экологические проблемы современности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Кислотные атмосферные осадки.

 

Нельзя обойти стороной и такое  явление, как выпадение кислотных  дождей, также вызываемое химическим загрязнением атмосферы.

Кислотными дождями называют все  виды метеорологических осадков  (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), показатель рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, равное 5,6. Впервые термин “кислотный дождь” был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом при изучении викторианского смога в Манчестере.

Показатель кислотности воды рН = – lg[CH+], где [CH+] – концентрация ионов водорода. Значение рН нейтрального раствора равняется 7. При растворении кислот в воде концентрация ионов Н+ возрастает, а показатель рН снижается. Для кислых растворов рН< 7, для щелочных pH> 7.

Вода “нормального” дождя тоже представляет собой слабокислый  раствор. Это происходит вследствие того, что двуокись углерода вступает в реакцию с дождевой водой. При  этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2OH2CO3). Теоретическое значение рН дождевой воды равняется 5,6 – 5,7. В реальной жизни показатель ее кислотности в разных местах может сильно различаться, что, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности (оксид серы, оксиды азота).

Кислотный дождь образуется в результате химического взаимодействия оксидов  серы (SO2 и SO3) и азота (NOх) с водой в атмосфере. Эти вещества выбрасываются автомобильным транспортом, образуются в результате деятельности металлургических и химических предприятий, а также при сжигании ископаемого топлива на электростанциях (при высокой температуре азот горит в кислороде воздуха). Вступая в реакцию с водой, оксиды превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем вместе со снегом или дождем они выпадают на землю.

В настоящее время последствия  выпадения кислотных дождей наблюдаются  практически во всех странах Земного  шара. Он оказывает отрицательное  воздействие на водоемы – озера, реки, заливы, пруды, повышая их кислотность  до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН =7 – 9,2. С увеличением кислотности  водяные растения гибнут, лишая других животных водоема пищи. При рН = 6 погибают пресноводные креветки, а  при повышении рН до 5,5 – донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон, он составляет основу пищевой цепи водоемов и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда  рН достигает 4,5,погибает вся рыба, большинство  лягушек и насекомых.

По мере повышения кислотности  воды становится возможным растворение  из донных отложений и почв токсичных  тяжелых и легких металлов: кадмия, ртути, свинца, алюминия и др. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу, перенасыщенную ртутью, могут приобрести серьезные заболевания. Возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг/л летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся недоступными для усвоения.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне, но также  уничтожает растительность на суше. Хотя до сегодняшнего дня механизм этого  процесса до конца не изучен, ученые считают, что “сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности приводят к деградации лесов”. Особенно чувствительны к кислотным дождям хвойные леса – с них опадает хвоя. Воздействие кислотных дождей также снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженному их ухудшению как природных экосистем.

Они разрушают здания и памятники  культуры, трубопроводы, приводят в  негодность автомобили, снижают плодородие почв и т.п. Так, ежегодно экономические  потери от кислотных дождей в США  составляют лишь на восточном побережье 13 млн. долл. К 2005 г. убытки достигнут 1750 млрд. долл. от потери лесов; 8300 млрд. долл. от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо), а в одном штате  Минессота 40 млн. долларов на медицинские расходы.

Единственный способ изменить ситуацию к лучшему – это снизить  количество кислотообразующих выбросов в атмосферу. В теплоэнергетике  это может быть достигнуто за счет перехода с угля на газовое топливо, поскольку содержание серы в газе существенно меньше, чем в углях. Для устранения образования оксидов  азота следует понизить температуру  горения газа или мазута до 500 – 600ОС, этого можно достичь, применяя  так называемые каталитические генераторы тепла, в которых сжигание топлива происходит не в факеле (форсунке), а в слое катализатора путем окисления.

Для снижения выбросов оксидов азота (и оксида углерода СО – угарного газа) автомобильного транспорта следует применять каталитические дожигатели, которые монтируются на выхлопную трубу автомобиля. Проходя через слой катализатора в дожигателе (это платиновые металлы, нанесенные на инертный носитель), выхлопные газы очищаются: СО превращается в СО2 – углекислый газ, а оксиды азота – в азот.

 

 

 

 

2. Загрязнение мирового океана.

 

Водные пространства занимают большую  часть поверхности Земного шара: акватория Мирового океана составляет 70,8 %, а на долю суши приходится лишь 29,2% поверхности Земли. Если бы Земля  представляла собой идеально ровный шар без впадин и гор, ее покрыл бы океан глубиной в 4000 метров.

Океан – колыбель жизни на Земле  и обитель половины существующих ныне типов организмов. Чтобы уравновесить чаши весов, на одной из которых лежала бы вся океаническая рыба, на другую следовало бы положить гирю в 1 млрд. тонн. А это  лишь 1/36 часть всей живой массы океана!

Океан – поистине неисчерпаемый  источник полезных ископаемых. Нефть, благородные металлы, редкоземельные элементы и т.п. хранят океанские  недра и океанские воды. Например, запас только железо-марганцевых конкреций, устилающих дно Тихого океана, достигает 1,5 млрд. тонн. В них сосредоточено около 71 млрд. тонн марганца (это в 300 раз больше, чем во всех вместе взятых месторождениях суши). При разумной эксплуатации, кроме марганца и железа, из них можно извлечь более 2 млрд. тонн никеля, 1 млрд. тонн кобальта, 1,2 млрд. тонн меди.

Значительный энергетический потенциал  сосредоточен в океанических волнах, приливах, термальных градиентах, морских  течениях. Дно океана дает около  четверти суммарной мировой добычи нефти. Предполагается, что к 2005 г. морская  добыча нефти повысится еще на 50%. По оценкам специалистов, морские  ресурсы магнетита, ильменита, рутила, олова, золота, платины и других элементов  несопоставимы с их запасами на суше. Океан обеспечивает 90% мировой добычи брома, 60% – магния, 30% – поваренной соли. Океан служит одним из важнейших  источников пищевых ресурсов для  человечества, поставляя 25% белков животного  происхождения.

Велико его транспортное значение: более 75% мирового грузооборота приходится на его долю. Океан в значительной мере влияет на процесс климатообразования, на поддержание в состоянии равновесия основных частей атмосферы. Он является основным буфером, определяющим содержание СО2 в атмосфере и регулирующим тем самым интенсивность парникового эффекта.

В начале 60-х гг., когда “неисчерпаемые” запасы сырья на суше стали быстро таять, взоры людей стали обращаться к Мировому океану. Делая упор прежде всего на его огромные размеры, заговорили об “океане возможностей”, подразумевая биологические, минеральные, энергетические и другие ресурсы, его гигантскую емкость как резервуара для сброса отходов производства. Однако вскоре убедились, что океан под действием мощного антропогенного пресса оказался весьма уязвимым. И уже сейчас видно, что не с “океаном возможностей”, а скорее с “океаном проблем” будут иметь дело наши потомки в XXI в., причем проблем в основном экологических.

Человечество наносит два удара  по природе: во-первых, истощает ресурсы, во-вторых, загрязняет ее. Поражается не только суша, но и океан. Все большая  эксплуатация Мирового океана уже сама по себе оказывает сильное воздействие  на его экосистему. Однако имеются  и мощные внешние источники загрязнения  – атмосферные потоки и материковый  сток. В результате на сегодняшний  день можно констатировать наличие  загрязняющих веществ не только в  зонах, прилегающих к материкам, и в районах интенсивного судоходства, но и в открытых частях океанов, включая  высокие широты Арктики и Антарктики. Рассмотрим основные источники загрязнения  Мирового океана.

Нефть и нефтепродукты. Основной загрязнитель океана – нефть. С начала 80-х гг. в океан ежегодно поступает около 16 млн. тонн нефти, что составляет ~10 % ее мировой добычи. Как правило, это связано с транспортировкой нефти из районов ее добычи и с утечками из скважин (каждый год так теряется 10,1 млн. тонн нефти). Большая масса нефти поступает в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 12 млн. тонн в год.

Попадая в морскую среду, нефть  сначала, образуя слои различной  мощности, растекается в виде пленки, которая изменяет состав спектра  солнечного света, проникающего в воду, и количество поглощенного водой  света. Так, пленка толщиной 40 мкм полностью  поглощает инфракрасное излучение  Солнца, нарушая тем самым экологическое  равновесие и вызывая гибель морских  организмов. Нефть “склеивает”  перья птиц, вызывая в итоге  их гибель.

Смешиваясь с водой, она образует эмульсии (“нефть в воде” и “вода  в нефти”), которые могут храниться  на поверхности океана, переноситься течением, выбрасываться на берег  и оседать на дно.

Другим загрязнителем океана являются пестициды – вещества, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми,фунгициды и бактерициды – для лечения бактериальных болезней растений, гербициды – вещества, используемые для уничтожения сорных растений. Около 11,5 млн. тонн этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем. Печально известен хлорорганический инсектицид – ДДТ. За открытие его “цидных” (от греч. “убивать”) свойств ученым была присуждена Нобелевская премия. Но вскоре выяснилось, что многие истребляемые организмы способны приспосабливаться к нему, а сам ДДТ аккумулируется в биосфере и очень устойчив к биодеградации: его период полураспада (время, за которое исходное количество уменьшиться в два раза) составляет десятки лет. Было принято решение запретить производство и применение ДДТ (в России применялся вплоть до 1993 года, так как заменить было нечем), но он уже успел накопиться в биосфере. Так, заметные дозы ДДТ были обнаружены даже в организмах пингвинов. К счастью, они  не входят в пищевой рацион человека. Но накопившийся в рыбе, съедобных моллюсках и водорослях, ДДТ (или другие пестициды), попадая в человеческий организм, могут привести к очень серьезным, порой трагическим последствиям.

Синтетические поверхностно-активные вещества или детергенты – вещества, понижающие поверхностное натяжение воды и входящие в состав синтетических моющих средств, широко применяемых в промышленности и в быту. Вместе со сточными водами синтетические поверхностно-активные вещества попадают в материковые воды и далее в морскую среду. Синтетические моющие средства содержат также и другие ингредиенты, токсичные для водных организмов: полифосфаты натрия, ароматизирующие и отбеливающие (персульфаты, пербораты) вещества, кальцинированную соду, карбоксиметилцеллюлозу, силикаты натрия и т.д.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и т.п.) широко применяются в промышленном производстве. Они со сточными водами попадают в океан.

Для морских биоценозов наибольшею опасность представляют ртуть, свинец и кадмий. Ионы этих металлов способны аккумулироваться в океанических пищевых  цепочках, вызывая болезни, мутации  и гибель морских организмов, а  также болезни людей, потребляющих “дары моря” в пищу. Наибольшую известность получила болезнь Миномата в Японии. Причиной заболевания послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, где в качестве катализатора используется хлорид ртути. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Миномата, ртуть концентрировалась в телах рыбы и моллюсков, употребляемых местным населением в пищу. Достигнув определенного содержания в организме человека, она вызывала его заболевание. Симптомы этой неизлечимой болезни – расстройство речи, зрения, паралич; итог – несколько сот прикованных к больничной койке людей и почти 70 погибших.

Еще один источник загрязнения (и значительный) – дампинг – сброс отходов  в океан с целью захоронения. Многие страны, имеющие выход к  морю, производят морские захоронения  различных материалов и веществ: грунта, вынутого при дноуглубительных работах, отходов промышленности, строительного  мусора, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных изотопов (радионуклидов) и т.п. Объем захоронений составляет около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой  океан.

Формальным основанием для дампинга служит естественное свойство морской  среды к самоочищению – переработке  органических и неорганических веществ, поступающих в воду. Однако эта  способность небеспредельна, поэтому дампинг следует рассматривать лишь как вынужденную меру, временную дань общества несовершенству технологий.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Во многих случаях оно способствует повышению температуры воды на ~160С. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 130 км2. Устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену между поверхностным и донным слоями. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с увеличением температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Расширяется видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей, все это приводит к нарушению экологического равновесия в биосфере океана.

Загрязнение Мирового океана – одна из глобальных экологических проблем, стоящих перед человечеством  и требующих решения. Океан гибнет. Известный норвежский путешественник Тур Хейердал в книге с символическим  названием “Уязвимое море” написал: “В 1947 г. плот “Кон-Тики” за 101 сутки  прошел около 8 тыс. км в Тихом океане; экипаж на всем пути не видел никаких  следов человеческой деятельности. Океан  был чист и прозрачен. И для  нас было настоящим ударом, когда  мы в 1969 году, дрейфуя на папирусной лодке “Ра”, увидели, до какой степени  загрязнен Атлантический океан... “.