Биосфера и человек

Азот является элементом, необходимым для существования  животных и растений, он входит в  состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В  составе живых клеток по числу  атомов азота около 2%, по массовой доле - около 2,5 % (четвертое место после  водорода, углерода и кислорода). В  связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых  организмах, «мёртвой органике» и  дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9·1011 т. В результате процессов  гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных  факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.

Оксид азота обладает широким спектром регуляторного  действия (управляет внутриклеточными и межклеточными процессами) и  участвует практически во всех процессах, происходящих в организме человека.  Этим объясняется повышенный интерес  ученых, врачей, фармакологов и других специалистов к роли оксида азота. Сегодня  оксид азота успешно применяют  в кардиологии, гинекологии, онкологии, стоматологии, при реконструктивно - пластических операциях, в военно-полевой  хирургии и других областях медицины.

Свойства углекислого  газа (диоксид углерода):

   * Физические: Плотность при нормальных условиях 1,98 кг/м³. При   атмосферном давлении  диоксид углерода не существует  в жидком состоянии, переходя  непосредственно из твёрдого  состояния в газообразное. Твёрдый  диоксид углерода называют сухим  льдом. При повышенном давлении  и обычных температурах углекислый  газ переходит в жидкость, что  используется для его хранения. Углекислый газ легко пропускает  ультрафиолетовые лучи и лучи  видимой части спектра, которые  поступают на Землю от Солнца  и обогревают её. В то же  время он поглощает испускаемые  Землёй инфракрасные лучи и  является одним из парниковых  газов, вследствие чего принимает  участие в процессе глобального  потепления. Постоянный рост уровня  содержания этого газа в атмосфере  наблюдается с начала индустриальной  эпохи.

   * Химические: По химическим свойствам диоксид  углерода относится к кислотным  оксидам. При растворении в  воде образует угольную кислоту.  Реагирует со щёлочами с образованием  карбонатов и гидрокарбонатов.  Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

   * Биологические:  Диоксид углерода играет одну  из главных ролей в живой  природе, участвуя во многих  процессах метаболизма живой  клетки. Диоксид углерода получается  в результате множества окислительных  реакций у животных, и выделяется  в атмосферу с дыханием. Углекислый  газ атмосферы — основной источник  углерода для растений. Однако, ошибкой  будет утверждение, что животные  только выделяют углекислый газ,  а растения — только поглощают  его. Растения поглощают углекислый  газ в процессе фотосинтеза,  а без освещения они тоже  его выделяют. Диоксид углерода  не токсичен, но не поддерживает  дыхание. Большая концентрация  в воздухе вызывает удушье. Недостаток  углекислого газа тоже опасен. Углекислый газ в организмах  животных имеет и физиологическое  значение, например, участвует в  регуляции сосудистого тонуса. В  качестве одного из компонентов  кислородной или воздушной смеси  углекислый газ служит стимулятором  глубокого дыхания. 

Углекислый газ  играет огромную роль в регуляции  температуры приповерхностных слоев  воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового  излучения планеты. Она является колоссальным экраном, препятствующим охлаждению нашей планеты. Сейчас содержание в атмосфере углекислого газа не превышает 0,03%. Если эта цифра  уменьшится вдвое, то среднегодовые  температуры в средних широтах  снизятся на 4–5˚С, что может привести к началу ледникового периода.

Сейчас уже  все понимают, что стратосферный  озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению  в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В. Особо эффективно озон образуется из молекулярного и атомного кислорода  на высоте 30-70 км. Выше эта реакция  протекает плохо, так как молекул  кислорода там мало, а ниже этого  диапазона плохо проникает ультрафиолетовое излучение, которое нужно для  его образования. Озоновый «экран»  расположен в стратосфере, на высотах  от 7-8 км. на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего  озон в слое 22 – 24 километров над  Землей.

Озоновый слой в стратосфере важен тем, что  он поглощает определённый диапазон солнечного излучения. Наиболее сильно длину волн менее 285 нм (при таком излучении происходит повреждение ДНК ядер клеток человека) и значительно ослабляя излучение в диапазоне 285-315 нм. Этот диапазон приходится на ультрафиолетовое излучение Солнца. Таким самым защищая планету от опасного воздействия радиации

Воздействие человека на живые  организмы раньше относили к биотическим  факторам, однако в настоящее время  выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком, это антропогенные факторы (это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни). Деятельность человека на планете следует выделять в особую силу, оказывающую на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К прямому воздействию относят потребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений, так и создание целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, состояния земель и др. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных экологических факторов неуклонно возрастает. На ранних стадиях развития цивилизации воздействие человека на биосферу было практически незаметным. Но в процессе роста цивилизации, получив неограниченную власть над природой, люди варварски используют ее. Сегодня угроза выживанию пришла со стороны окружающей природной среды, быстро деградирующей под натиском человеческой деятельности. Ресурсы планеты иссякают. Катастрофически быстро загрязняются воздух и вода. Превращаются в пески плодородные земли. На глазах сокращаются площади лесов. На планету буквально "вываливаются" горы отбросов; человек провоцирует природные катастрофы. Возможное потепление, истощение озонового слоя, кислотные дожди, "цветение" водоемов, накопление токсичных и радиоактивных отходов представляют угрозу для выживания. Конечно, есть страны, для которых эти проблемы не столь остры. Но, в целом, все человечество озабочено ими, и поэтому они являются глобальными.

Объекты нефтедобычи  по степени воздействия на окружающую природную среду находятся среди  лидеров во многих регионах Российской Федерации. При извлечении и подготовке нефти к подаче ее в магистральный  нефтепровод в окружающую среду  попадают (кроме нефти) высокоактивные пластовые воды, попутный нефтяной газ, многие химические реагенты, которые  используются в бурении скважин  и при интенсификации извлечения углеводородов. Нефть, углеводороды нефти, нефтяной и буровой шламы, сточные воды, содержащие различные химические соединения, способны опасно воздействовать на воздух, воду, почву, растительный, животный мир и человека. Опасное для здоровья человека влияние происходит например из за соприкосновение с жидкой нефтью кожи человека, вследствие чего могут возникать дерматиты или экземы. Также отравление бензиновыми парами которое может вызывать острые и хронические отравления, иногда тяжелые со смертельным исходом. Присутствие сероводорода и повышенная температура усиливают токсичность предельных углеводородов, а постоянный контакт с предельными углеводородами вызывает покраснение, зуд, пигментацию кожи. Сернистые соединения являются наиболее токсичными ингредиентами газовыделений из сернистой нефти, природного газа и конденсата. При термическом воздействии на нефть сера, дегидрируя углеводороды, образует сероводород. Опасность его заключается в том, что при очень больших концентрациях ощущение запаха ослабевает вследствие паралича нервных окончаний. Также влияние оказывает сернистый ангидрид  - бесцветный газ с острым запахом. Раздражает дыхательные пути, нарушает углеводный и белковый обмен, вызывает одышку, кашель, насморк, слезотечение, чувство сухости в горле, осиплость, боль в груди.

Углеводороды являются основными компонентами нефти (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины - (30 - 60% от общего состава) - насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические  углеводороды - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).

г) Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Соединения серы поступают в воздух в основном при сжигании богатых серой видов  горючего, таких, как уголь и мазут. Образующиеся окислы серы загрязняют воздух во многих районах. Будучи рассеянными в атмосфере посредством высоких дымовых труб, эти окислы становятся основной причиной кислотных дождей. Тем не менее топливо, при сгорании которого образуются окислы серы, необходимо для получения тепла, электричества и энергии для приведения в действие различных машин

Под влиянием солнечного излучения (особенно сильно это выражено в годы с максимальной солнечной активностью) в мезосфере  увеличивается содержание оксидов азота. Оксиды опускаются на высоту 20 - 30 км и вступают в реакцию с озоном. Оксиды азота попадают в атмосферу разными путями. Во-первых, естественным путем, при котором оксиды образуются на определенных стадиях природного азотного цикла. Во-вторых, при антропогенном загрязнении воздуха. В этом случае оксиды выбрасываются автомобильным и авиационным транспортом, а также космическими ракетами при запусках. Металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, также являются источником выбросов в воздух оксидов азота. За последние 20-25 лет в связи с увеличением выбросов фреонов, а также окислов азота, защитный озоновый экран уменьшился приблизительно на 2%, а по другим данным до 5%.

Окись углерода (угарный газ, СО), встречается везде, где существуют условия для неполного сгорания веществ, содержащих углерод. Применяется как одно из исходных соединений, лежащих в основе современной промышленности органического, синтеза  Бесцветный газ без запаха и вкуса. В основе биологического действия окиси углерода лежит образование карбоксигемоглобина (HbCO), при этом окись углерода занимает место кислорода. В результате синтезируется HbCO вместо оксигемоглобина (HbO₂). Сродство гемоглобина (Hb) человека к CO приблизительно в 240 раз выше, чем к О₂. HbCO затрудняет подачу кислорода к тканям и высвобождение кислорода, доставленного молекулами Hb в ткани. Поэтому при вдыхании человеком окисла углерода, как правило возникает удушье, в зависимости от его концентрации.

Частицы, взвешенные в воздухе, - еще  одно серьезное загрязнение атмосферы. Частицы очень разнородны по своему химическому составу. В воздухе  находятся в виде взвеси многие твердые  и жидкие компоненты, весьма различные  по происхождению. Движение транспорта, сжигание топлива, промышленные процессы и выбросы твердых отходов - все  эти источники дают вклад в  загрязнение атмосферы твердыми частицами. Состав выбрасываемых твердых частиц включает: SiO₂ - 30 - 60 %, Al₂O₃ - 15 - 28 %, Fe₂O₃ - 2 - 10 %, СаО, MgO, K₂O, Na₂O, TiO₂, MnO₂, P₂O₅, сажу, углеводороды.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ  – это максимальная концентрация вредного вещества, которая за определенное время воздействия не влияет на здоровье человека и его потомство, а также  на компоненты экосистемы и природное  сообщество в целом.

В атмосферу поступает  множество примесей от различных  промышленных производств и автотранспорта. Для контроля их содержания в воздухе  нужны вполне определенные стандартизированные  экологические нормативы, поэтому  и было введено понятие о предельно  допустимой концентрации. Величины ПДК  для воздуха измеряются в мг/м3. Разработаны ПДК не только для  воздуха, но и для пищевых продуктов, воды (питьевая вода, вода водоемов, сточные  воды), почвы.

Предельные концентрации для атмосферного воздуха измеряются в населенных пунктах и относятся  к определенному периоду времени. Для воздуха различают максимальную разовую дозу и среднесуточную.

В зависимости  от значения ПДК химические вещества в воздухе классифицируют по степени  опасности. Для чрезвычайно опасных  веществ (пары ртути, сероводород, хлор) ПДК в воздухе рабочей зоны не должна превышать 0,1 мг/м3. Если ПДК  составляет более 10 мг/м3, то вещество считается  малоопасным. К таким веществам  относят, например, аммиак.

Для воздушной  среды ПДК:

ПДКрз - это предельно допустимая концентрация вещества в воздухе рабочей зоны (мг/м3). Эта концентрация при ежедневной (кроме выходных дней) работе в пределах 8 часов или при другой продолжительности рабочего дня (но не более 41 часа в неделю) в течение всего рабочего стажа не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки настоящего и будущего поколений. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

ПДКмр - предельно допустимая максимальная разовая концентрация вещества в воздухе населенных мест (мг/м3). Эта концентрация при вдыхании в течение 20 минут не должна вызывать рефлекторных (ощущение запаха, световой чувствительности и т.д.) реакций в организме человека.