Проблемы загрязнения биосферы и её экологическое значения

В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус ввел в обращение  два термина - кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н⁺). Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН^-). Термин рН используют в качестве показателя кислотности воды. "Термин рН значит в переводе с английского "показатель степени концентрации ионов водорода". [5, с. 428]

Значение рН измеряется на шкале от 0 до 14. В воде и водных растворах присутствуют как ионы водорода(Н⁺), так и гидроксид-ионы (ОН^-). Когда концентрация ионов водорода (Н⁺) в воде или растворе равна концентрации гидроксид-ионов (ОН^-) в том же растворе, то такой раствор является нейтральным. Значение рН нейтрального раствора равняются 7 (на шкале от 0 до 14). Как вы уже знаете, при растворении кислот в воде повышается концентрация свободных ионов водорода (Н⁺). Они то и повышают кислотность воды или, иными словами, рН воды. При этом, с повышением концентрации ионов водорода (Н⁺) понижается концентрация гидроксид-ионов (ОН^-). Те растворы, значение рН которых на приведенной шкале находится в пределах от 0 до <7, называются кислыми. Когда в воду попадают щелочи, то в воде повышается концентрация гидроксид-ионов    (ОН^-). При этом в растворе понижается концентрация ионов водорода (Н⁺). Растворы, значение рН которых находится в пределах от >7 до 14, называются щелочными.

Следует обратить внимание еще на одну особенность шкалы  рН. Каждая последующая ступенька на шкале рН говорит о десятикратном уменьшении концентрации ионов водорода (Н⁺) (и, соответственно, кислотности) в растворе и увеличении концентрации гидроксид-ионов (ОН^-). Например, кислотность вещества со значением рН4 в десять раз выше кислотности вещества со значением рН5, в сто раз выше, чем кислотность вещества со значением рН6 и в сто тысяч раз выше, чем кислотность вещества со значением рН9.

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой  и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO₂) и различными оксидами азота (NO_х). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Последствия выпадения  кислотных дождей наблюдаются в  США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках  бывшей Югославии и еще во многих странах земного шара.

Кислотный дождь 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 между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон - крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них  начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

Эти токсичные металлы  представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким  содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания.

Кислотный дождь наносит  вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца еще не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности приводят к деградации лесов.

Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам  одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Минессота 40 миллионов долларов на медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов, - это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

4.4 ПЕСТИЦИДЫ - КАК ЗАГРЯЗНЯЮЩИЙ  ФАКТОР

   Открытие пестицидов - химических средств защиты растений и животных от  различных  вредителей  и болезней - одно из важнейших достижений современной науки. Однако в результате длительного применения пестицидов в сельском хозяйстве, медицине почти повсеместно отличается снижение из эффективности вследствие развития резистентных рас  вредителей и распространению "новых" вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были  уничтожены пестицидами.  Неумеренное применение пестицидов (гербицидов,  инсектицидов, дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. Очень  важно создавать и применять только препараты с небольшой  продолжительностью  жизни,  измеряемой неделями или месяцами.  В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с большой  скоростью  деструкции, однако проблема в целом ещё не решена.

5. Экологические проблемы биосферы

Хозяйственная деятельность человека, приобретая все более глобальный характер, начинает оказывать весьма ощутимое влияние на процессы, происходящие в биосфере. Вы уже узнали о некоторых результатах деятельности человека и их влиянии на биосферу. К счастью, до определенного уровня биосфера способна к саморегуляции, что позволяет свести к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддерживать равновесие. Начинаются необратимые процессы, приводящие к экологическим катастрофам. С ними человечество уже столкнулось в ряде регионов планеты.

Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов  в биосфере, в том числе биохимического круговорота и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возник ряд сложнейших экологических проблем биосферы, которые необходимо разрешить в ближайшее время.

“Парниковый эффект”. По новейшим данным ученых, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5-0,6 "С. По прогнозам, к началу 2000 г. средняя температура на планете может повыситься на 1,2 "С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Ученые связывают такое повышение температуры в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере. Это приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли. Очевидно, определенную роль в создании так называемого “парникового эффекта” играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ и АЭС.

Потепление климата  может привести .к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Изменения, которые могут произойти вследствие этого, просто трудно предсказать.

Решить данную проблему было бы можно, сократив выбросы углекислого  газа в атмосферу и установив  равновесие в цикле круговорота  углерода.

Истощение озонового слоя. В последние  годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов.

Основной причиной истощения  озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве хла дореагентов, пенообразователей, растворителей. аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50-200 лет. В 1990 г. в мире производилось более 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ.

Под действием ультрафиолетового  излучения молекулы кислорода (О2) распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие.

Однако загрязнители типа фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения озона, нарушая  равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона.

Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению  этой проблемы. Подписано международное  соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 г. должно сократиться  примерно на 50% .

Массовое сведение лесов - одна из наиболее важных глобальных экологических проблем современности.

Вы уже знаете, что  лесные сообщества играют важнейшую  роль в нормальном функционировании природных экосистем. Они поглощают  атмосферные загрязнения антропогенного происхождения, защищают почву от эрозии, регулируют нормальный сток поверхностных вод, препятствуют снижению уровня грунтовых вод и заиливанию рек, каналов и водохранилищ.

Уменьшение площади  лесов нарушает процесс круговорота  кислорода и углерода в биосфере.

Несмотря на то что катастрофические последствия сведения лесов уже широко известны, уничтожение их продолжается. В настоящее время общая площадь лесов на планете составляет около 42 млн км2, но она ежегодно уменьшается на 2%. Особенно интенсивно уничтожаются влажные тропические леса в Азии, Африке, Америке и некоторых других регионах мира. Так, в Африке леса занимали раньше около 60% ее территории, а сейчас - всего около 17%. Значительно сократились площади лесов и в нашей стране.

Сведение лесов влечет за собой гибель их богатейших флоры и фауны. Человек обедняет облик своей планеты.

Однако, кажется, человечество уже осознает, что его существование  на планете неразрывно связано с  жизнью и благополучием лесных экосистем. Серьезные предупреждения ученых, прозвучавшие в декларациях Организации Объединенных Наций, других международных организаций, начали находить отклик. В последние годы во многих странах мира стали успешно проводиться работы по искусственному лесоразведению и организации высокопродуктивных лесных плантаций.

Отходы производства. Серьезнейшей экологической проблемой  стали отходы промышленного и  сельскохозяйственного производств. Вы уже знаете, какой вред они  наносят окружающей среде. В настоящее  время делаются попытки уменьшить  количество отходов, загрязняющих окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются сложнейшие фильтры, строятся дорогостоящие очистные сооружения и отстойники. Но практика показывает, что они хоть и снижают опасность загрязнения, все-таки не решают проблему. Известно, что даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные минеральные вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Воды такого качества могут стать пригодными для потребления только после многократного разбавления чистой водой.

Подсчеты показывают, что на все  виды водопользования тратится 2200 км3 воды в год. На разбавление сто  ков уходит почти 20% ресурсов пресных  вод мира. Расчеты на 2000 год показывают, что если даже очистка охватит все сточные воды, все равно на их разбавление потребуется 30-35 тыс. км3 пресной воды. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию. А ведь во многих районах такие ресурсы уже находятся в остром дефиците,

Очевидно, решение проблемы возможно при разработке и внедрении в производство совершенно новых, замкнутых, безотходных технологий. При их применении вода не будет сбрасываться, а будет многократно использоваться в замкнутом цикле. Все побочные продукты будут не выбрасываться в виде отходов, а подвергаться глубокой переработке. Это создаст условия для получения дополнительной нужной человеку продукции и обезопасит окружающую среду.

Сельское хозяйство. В  сельскохозяйственном производстве важно  строго соблюдать правила агротехники и следить за нормами внесения удобрений. Так как химические средства борьбы с вредителями и сорняками приводят к существенным нарушениям экологического равновесия, ведутся поиски путей преодоления этого кризиса в нескольких направлениях.

Ведутся работы по выведению сортов растений, устойчивых к сельскохозяйственным вредителям и болезням: создаются бактериальные и вирусные препараты избирательного действия, поражающие, например, только насекомых -вредителей . Изыскиваются пути и способы биологической борьбы, то есть ведется поиск Гидроэлектростанция и размножение естественных врагов, уничтожающих вредных насекомых. Разрабатываются высокоизбирательные препараты из числа гормонов, антигормонов и других веществ, способных действовать на биохимические системы определенных видов насекомых и не оказывать ощутимого действия на другие виды насекомых или иные организмы.

Производство энергии. Очень сложные экологические  проблемы связаны с получением энергии  на теплоэлектро-энергетических предприятиях. Потребность в энергии - одна из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна не только для нормальной деятельности современного сложно организованного человеческого общества, но и для простого .физического существования каждого человеческого организма. В настоящее время в основном электроэнергию получают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных станциях.

Гидроэлектростанции на первый взгляд являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. Так считали многие десятилетия. В нашей стране построили много крупнейших ГЭС на великих реках. Теперь стало ясно, что этим строительством нанесен большой урон и природе, и людям.