Загрязнение почвы

3. Экологические и медицинские последствия загрязнения литосферы

 Литосфера - верхняя  твердая оболочка Земли (кора) является кладовой минеральных  веществ, топливно-энергетических  ресурсов, драгоценных и редких  металлов. Для нужд хозяйственно-бытовых,  промышленных, сельскохозяйственных  все это добывается, извлекается  из литосферы, перерабатывается  и используется на 30-50%, все остальное  складируется в отвалы на поверхности  – пустые породы. Под действием  осадков, ветра они вымываются, выветриваются и становятся загрязнителями, контаминантами почвы, воздуха,  воды, жилищ.

 Почва - это поверхностный  слой Земли, земной коры на  которой строятся города, поселки,  промышленные предприятия, выращиваются  сельскохозяйственные культуры. Почва  является естественной биогеохимической  лабораторией, в ней разрушаются  органические и неорганические  вещества, происходят фотохимические реакции.Вопросами биогеохимии почвы и здоровья населения занимались: психолог-физиолог И.М.Сеченов, химик Д.И.Менделеев, почвовед В.В.Докучаев, основоположник космонавтики К.Э.Циалковский, основоположник научного и практического направления биохимии В.И.Вернадский (1864-1945), основа учения о биосфере.

Литосфера и почва оказывает  опосредственное воздействие на здоровье человека по пищевой цепочке. Недостаток или избыток в почве, воде, сельскохозяйственных культурах, в организме птиц, животных эссенциальных (необходимых) для организма человека элементов способствует развитию эндемичных заболеваний. Эссенциальных элементов  девять: железо, йод, медь, хром, кобальт, молибден, марганец, цинк, селен. Условно  эссенциальные - фтор, никель, ванадий, мышьяк, кремний, литий, бор, бром. Группа токсических веществ – алюминий, кадмий, свинец, ртуть, бериллий, барий, висмут, таллий.

Закон лимитирующих факторов (закон Либиха) и толерантности (устойчивости) закон Шелфорда приемлем в экологии, в медицинской экологии, медицине. Закон толерантности, устойчивости вида, популяции в медицинской  экологии относится к населению, его здоровью, численности.

Первичная профилактика –  это главное средство в противостоянии болезням пищевой цепочки. Истинная причина большинства болезней –  антропогенное загрязнение литосферы, почвы, воды, продуктов питания.

В процессе жизнедеятельности  человек становится мощнейшим геологическим  фактором, изменяющим геохимические  компоненты почвы, в ней появляются новые элементы и изотопы. Активно  извлекаются и вовлекаются в  круговорот миллионы тонн кремния, углерода, железа, ртути, меди, золота, натрия, хлора, калия, титана, цинка, алюминия, бора, бериллия, асбеста, никеля, вольфрама, урана. Биосфера переходит не в ноосферу, а в  некросферу. Медицина без экологии, ее законов бессильна.

Дальнейшее увеличение капиталовложений в медицину, на оздоровление не приводит к снижению заболеваемости. Необходима разумная деятельность человека по отношению  к литосфере, почве. Врач любого профиля  должен понимать связь цепочки биогеохимии  почвы – воды, пищевых веществ  и здоровья человека.

3.1 Роль литосферы, почвы в круговороте веществ в природе

 Независимо от производственно-бытовой  и сельскохозяйственной деятельности  человека в естественной среде  происходит круговорот веществ  – процессы самоочищения. В биогеохимическом  круговороте веществ в биоценозе  (трофическая структура) участвуют  3 группы: продуценты, консументы деструкторы.  Продуценты синтезируют с помощью  света из углекислоты и воды, минеральных веществ, органические  соединения (автотрофы). Консументы (гетеротрофы)  преобразуют органические соединения  в специфические формы белков и других ему нужных веществ.

 Деструкторы (разрушители)  или редуценты органические остатки  окисляют до углекислоты и  воды, которые снова вовлекаются  в круговорот веществ.

Образуется пищевая цепь (цепь питания) – перенос энергии  и веществ от автотрофов к потребителям - гетеротрофам-редуцентам.Человек  для своей жизнедеятельности  и удовлетворения своих растущих потребностей создал город как экосистему с промышленной зоной и агроэкосистему - сельскохозяйственную, с целью  получения через литосферу и  почву все необходимое. В.И.Вернадский (1926г.) в книге «Биосфера», представленная как единая динамичная система, организованная оболочка земной коры, сопряженная  с жизнью, миграцией химических элементов, участие их в геологических и  биологических циклах. Главным трансформатором  космической энергии является зеленое  вещество растений, синтезирующие первичные  органические вещества.

 Человечество является потребителем этой биогеохимической энергии. Разнообразие и богатство живой природы – есть биоиндикация баланса человек-среда обитания, обеспечивает эффективный круговорот веществ и стабильности популяций, видов. Важнейшую роль в пищевой цепи играют биогеохимические круговороты углерода, кислорода, азота, фосфора, серы.

Углерод распределен в  довольно тонком слое земной коры. Основные запасы углерода в минералах и  горных породах (известняки, доломиты, ракушечники). Круговорот углерода осуществляется благодаря растениям, через фотосинтез они превращают его в углеводы протеиды. Восполнение ресурсов CO2 идет за счет растворения известняков, вулканической  деятельности, использования энергии  ископаемого углерода – нефти, газа, сланцев, угля. Идет образование гумуса, минерализация почвы, равновесие атмосфера-почва-вода-известняки, коралловые рифы (H2CO3). С углеродом  связан процесс возникновения и  развития жизни на Земле. Основной запас  углерода в форме карбонатов CaCO3 и гидрокарбонатов Ca(HCO3)2. Деятельность человека способствует повышению CO2 в  атмосфере, метана и оксида углерода, оксидов азота и серы. Связывают  углерод атмосферы зеленые массивы, растения гидросферы, морские организмы  – затем отложения известняков. Судьба углерода непосредственно связана  с кислородом.

Кислород вовлечен в циклы  органического и неорганического  мира. Главным производителем животворного кислорода является зеленое вещество растений, а главный потребитель  – человек. Огромная масса кислорода  используется для получения тепла  при сжигании топлива. Кризис человек-среда  обитания заключается в увеличении добычи энергетических ресурсов с одной  стороны и уменьшением площади  зеленых насаждений. Минимальный гигиенический норматив озеленения – 20% от общей площади. Взрослое дерево за сутки производит 180л O2, а человек потребляет в сутки 360л, а при работе – 700-900л. Легковой автомобиль за 1000км пробега поглощает годовую норму кислорода человека, а реактивный самолет за 3-5 часов сжигает 35-55т O2. Расход кислорода превышает его образование. Ультрафиолетовое излучение образует озоновый экран O2-O3, защитный слой для Земли и жизни на ней. Азот – особый биогенный элемент, важный строительный материал для белков, нуклеиновых кислот и других соединений. В больших количествах азот находится в биогенных ископаемых (уголь, нефть, битум, торф). В почвах же растворимого азота мало, для роста и развития растений. Эти соединения азота в почве образуются благодаря жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Азот атмосферы – 78%, миллионы тонн инертен, он активен только в химических соединениях – азотнокислых и аммиачных солях. В почву азот из атмосферы попадает при грозовых разрядах вместе с осадками, при вулканической деятельности, и биологической фиксацией газообразного азота клубеньковыми (азотфиксирующими) бактериями и цианкобактериями (арахис, соя, чечевица, горох, фасоль, бобы, люцерна, клевер, люпин и др.). При процессах минерализации и нитрификации азот почвы переходит в азот гумуса (санитарное число Хлебникова). Восполнение почвы азотом для выращивания сельскохозяйственных культур, производит человек – органическими и минеральными удобрениями – до 40-60 млн.т. Азот усваивается растениями в виде нитритов и нитратов и по пищевым цепям поступает в организм человека. В атмосферу азот из почвы поступает благодаря процессам денитрификации почвенными и водными бактериями.

    Фосфор участвует в синтезе белка, скелета, тканей мозга. Его круговорот происходит совместно с углеродом, O2, азотом. Основные запасы фосфора в горных породах, в донных отложениях. В почве его мало, поэтому в агроэкосистемах используются фосфорные удобрения для получения высоких урожаев его необходимо до 60-70кг на гектар. Живое вещество биосферы и суши удерживает огромное количество фосфора – лесные массивы – до 100 кг/га. Добываются фосфорные удобрения из литосферы, апатиты. Круговорот происходит благодаря минерализации органического фосфора.

Сера участвует в биохимических  процессах живой клетки. Основную роль в круговороте серы играют специализированные микроорганизмы окисления или восстановления этого элемента. В почве сера находится  в виде сульфатов, в воде – в  виде ионов. Минерал сера в природе  встречается в виде сульфидов, в  извержениях вулканов представлен  довольно широко. Морские организмы  поглощают серу, круговорот совершается  благодаря деятельности сульфатредуцирующих  бактерий.

Сульфаты морской воды восстанавливаются до сероводорода. На суше сера, после отмирания растений, переходит в почву, микроорганизмы восстанавливают ее до минеральной  – сульфаты, которые поглощаются  растениями. Добыча топливно-энергетических ресурсов, их сжигание нарушают естественный круговорот серы.

Поступление в атмосферу  оксидов серы оценивается 280 млн.т. в  год и более, что загрязняет не только атмосферу, но и в виде кислых осадков изменяет pH почвы.

3.2 Источники биогеохимических изменений литосферы, почвы

На почвенный покров Беларуси, ее геохимический состав оказывает  деятельность человека. В почвах накапливаются  и создаются искусственные геохимические  провинции разного рода технофильных элементов, чрезмерная увлеченность минеральными удобрениями и ядохимикатами. Ядохимикаты  подавляют биологическую активность почв, уничтожают микроорганизмы, червей, уменьшают естественное плодородие почв, гибнет множество опылителей. Но лучше урожай с химией, чем  без урожая вообще. Выпас скота, вырубка  лесов разрушает почву, приводят к ее эрозии. Неправильная мелиорация приводит к засолению почв. Антропогенное  засоление происходит и за счет бытовых  и промышленных сточных вод. Агроэкосистемы с крупными животноводческими, птицеводческими  комплексами не имеют эффективных  очистных сооружений. В сотни раз  увеличилось производство и потребление  азотных, фосфорных, калийных удобрений. Нитратное загрязнение почвы  и подземных вод выводит из эксплуатации колодцы в сельской местности. Естественные экосистемы заменяются искусственными – агроэкосистемами, садами, огородами, полями.

В сельскохозяйственном производстве без пестицидов не обойтись. Пестициды (средства борьбы с вредителями) делятся  на:

- гербициды – уничтожение  сорной растительности;

- инсектициды – уничтожение  насекомых;

- зооциды – уничтожение  грызунов;

- фунгициды – уничтожение  возбудителей грибковых заболеваний;

- дефолианты – удаление  листьев;

- дефлоранты – удаление  цветков;

- репелленты – отпугивание  насекомых.

Опосредственно, по пищевой  цепочке, их остаточные количества попадают в организм человека.

Почва, литосфера – элемент  природной среды освоена человеком  под: селитебную (жилую) территорию; сельскохозяйственные угодья; зоны отдыха; рекреации (восстановления); под отвалы пустых горных пород; карьерные  разработки и т.д.

В почве проявляется единство живого и мертвого (косного), кругооборота веществ атмосферы, гидросферы, литосферы – атмосферы.

Биоценоз почвы – динамичный фактор, превращения органического  вещества в минералы, соли, воду, углекислоту. В последнее время биоценоз как  естественный фактор самоочищения почвы, подвергается чрезмерной антропогенной  нагрузке.

Изменяется гидрологическая  ситуация в результате мелиорации, осушения болот, создания водохранилищ. Горнодобывающая промышленность добывая  и используя одни элементы, засоряют почву отвалами пустой породы, шламмом, золой, шлаком. Интенсификация сельского хозяйства, механизация работ и химизация полей обогащают почву чужеродными веществами. Естественный ход минерализации и гумификации нарушается, уровень содержания химических, биологических, физических факторов становится опасным для растений, животных, здоровья человека.

Все загрязнения делятся  на 3 группы: химические, физические, биологические.

Химические загрязнения  – органические и неорганические, агрохимикаты (удобрения, кормовые добавки, пестициды) с биологической активностью  разной направленности.

Минеральные макроудобрения (азот, фосфор, калий) и микроудобрения (бор, кобальт, марганец, медь, молибден, сера) вносят попутно в почву ионы хлора (засоление почвы), фтор, свинец. Животноводческие и птицеводческие комплексы, городское хозяйство, промышленные отходы (стекло, пластик – не подвергаются распаду), пастообразные, порошковые, жидкие отходы содержат токсические вещества, мутагенные, канцерогенные. Это шламмы коксохимических заводов, гальванических производств, цветной металлургии, производства полимерных материалов. Все виды транспорта, теплоцентрали  загрязняют почву продуктами неполного  сгорания моторного топлива, сажей, оксидами серы, углерода, азота, истирания  резиновых и металлокордовых  шин - свинец, хром, бензапирен, бифенилы. Опасность этих веществ определяется их токсичностью, стабильностью в  почве. Употребление пищевых продуктов, выращенных на таких землях приводит к хроническим отравлениям, накоплению (кумуляции) этих веществ в организме  человека, птиц, животных.