Глобальные проблемы современности.

Глобальная проблема - это проблемы всего человечества, которые можно решить только на общечеловеческом уровне и нельзя решить локально или регионально. Это относится в первую очередь к проблеме загрязнения окружающей среды. Потому что загрязнение в локальном месте, например на Урале, в конечном итоге рано или поздно дойдет до каждого человека на Земле. Поэтому будут мужчины в Западной Европе в среднем жить по 74 года зависит и от вас. Будете вы вести свое производство с применением экологически чистых технологий, грамотно и правильно, то и сами проживете дольше и другим дадите жить. Получите вы троечное образование, будете вести технологический процесс так себе, то и сами хорошо жить не будете и другим не дадите. Но это эмоции. Ну а теперь более подробно рассмотрим эти глобальные проблемы. Выделяют следующие:

Энергетические – Казавшиеся неистощимыми такие источники энергии, как нефть, газ, уголь, тают буквально на глазах. Ископаемое топливо при современных объемах энергопотребления, по разным оценкам, в среднем иссякнет приблизительно через 150 лет, в том числе нефть – через 40 лет, газ – через 50, уголь – через 400 лет. Освоение новых месторождений становится все более трудным: за ним приходится идти все дальше на север и восток. Устремляться все глубже в недра Земли. Понятно, что стоимость их разработки повышается. Грозит ли людям энергетический голод? Анализ показывает, что катастрофы можно избежать, если не повторять ошибок прошлого и искать альтернативные источники энергии.

Демографический взрыв - численность человечества растет экспоненциально и экспоненциально увеличивается нагрузка на природу. (рис.4) Земля уже с трудом выдерживает это бремя. Это заставляет вводить различные механизмы регуляции рождаемости. Но это для нас, откровенно, не очень понятная проблема. Мы самая большая страна в мире, а численность ее населения находится на 4-6 месте (Япония и Бразилия имеют население по некоторым данным больше чем в России). К тому же численность населения сокращается. Но я уже говорил вам, что мы живем на одной планете и что наступит момент, когда придется потесниться.

Продовольственная проблема. Эта проблема неизбежно связана с прогрессирующим ростом населения. Зона, где большинство населения страдает от голода и недоедания, протянулась по обе стороны экватора и включает многие страны Азии, Латинской Америки и особенно Африки. Специалисты ООН считают, что число голодающих около 500 млн.человек. По другим данным это число составляет 1 млрд.человек.

Еще большее число людей недоедают, т.е. испытывают недостаток в рационе питания необходимых питательных веществ (белков, жиров, витаминов, микроэлементов, солей). Эксперты Всемирной организации здравоохранения полагают, что 50% детской смертности (до 5 лет) в Латинской Америке связано с плолхим питанием. Прослеживается четкая связь между смертностью новорожденных и недостатком в рационе питания животных белков. Не лучше продовольственная обстановка в странах СНГ. Голода пока нет, но дефицит важнейших элементов в питании существует во многих районах бывшего СССР.

 

n, млрд.чел

7 х 2020 (расчетн.)

 

6 х 1999

 

5 х 1987

 

4 х 1975

х

3 х 1960

х 1930

2 х

х 1830

1х

1800 1850 1900 1950 2000 2050 Годы

 

Рис. 4. Рост населения на планете за последние два столетия

 

Кислотные дожди. Одним из видов загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ, являются оксиды серы и азота. Во многих страна (вначале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) ученые обнаружили, что дождевая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит большое количество кислоты. Из химии же известно, что при растворении в воде оксидов серы, азота и других образуются соответствующие кислоты. В то же время предотвращение последствий кислотных дождей – это непростая проблема. Поэтому эту проблему легче предотвратить, чем затем с ней бороться. Для этого на предприятиях, выбрасывающих в атмосферу ангидриды, необходимо улучшить системы очистки отходящих газов.

Исчерпаемость ресурсов - ресурсы, в первую очередь энергетические и биологические, исчерпаемы. Многие из них не восстанавливаются. Если потребление ресурсов будет продолжаться современными темпами, то их хватит очень ненадолго. Например, Россия находится на первом месте в мире по запасам черных и бурых углей. Но при современном потреблении их хватит не более чем на 300 лет. Нефти и газа нам хватит на 40-50 лет. Структура природных ресурсов приведена на рис. 5

 

Природные ресурсы

Неисчерпаемые Исчерпаемые

 

 

ВозобновляемыеНевозобновляемые

Солнечная энергия Чистый воздух Ископаемое топливо

 

Ветер, приливы Пресная вода Металлическое мине-

ральное сырье (железо,

Текущая вода Плодородная почва медь и др.)

Неметаллическое мине-

Растения и ральное сырье (глина,

животные песок, фосфаты и др.)

 

Рис. 5. Основные типы природных ресурсов

 

Проблема озонового экрана Суть ее состоит в том, что ряд физических и химических агентов способствуют убыли этого газа, составляющего экран на высотах 17-22 км над поверхностью Земли. Озон защищает планету от жестких ультрафиолетовых лучей. Механизм образования озона разработан Чемпеном (1930 г.) В соответствии с ним озон возникает при воздействии жесткой ультрафиолетовой солнечной радиации с длинами волн менее 290 нм на двухатомный кислород. При этом часть молекул последнего распадается на атомы, которые взаимодействия с О₂, образуют озон.

О₂ + hn (l £ 290 нм) = О^о + О^о,

 

О^о + О₂ = О_3.

 

Молекула озона, взаимодействуя с квантом ультрафиолетового излучения, поглощает его, образуя двухатомный и атомарный кислород

 

О₃ + hn = О^о + О₂

Атомарный кислород вновь взаимодействует с двухатомным кислородом и возмещает озон. Но этот механизм в последнее время, возможно, находится под угрозой, так как начиная с 1985 года появляются данные, что в атмосфере есть пространства с заметно пониженным содержанием озона. Полагают, что основной причиной утончения озонового слоя, помимо различных физико-географических факторов, служит наличие в атмосфере значительных количеств галогеноуглеродов, которые использовались в производстве и быту в качестве хладагентов, пенообразователей, растворителей и т.д. Их выбросы в атмосферу в 1985 году превысили 1,4 млн.т. Галогеноуглероды под действием света активно разрушаются в верхних слоях атмосферы с образованием атомарного хлора:

CF₂Cl₂ + hn = Cl + CF₂Cl

 

Наличие атомарного хлора обуславливает возникновение каталитической реакции разрушения озона:

О₃ + Cl = ClO + О₂

О^о + ClO = Cl + О₂

Уничтожение озона в цепных реакциях с участием ХФУ (фреонов) весьма опасно, так как длина цепей велика – одна молекула любого из них разрушает тысячи молекул озона, а в озоновой дыре над Антарктидой уровни ClO в 20-50 раз выше, чем в любом другом месте планеты.

Международное сообщество, обеспокоенное сложившимся положением, приняло в 1985 году Венскую конвенцию, по которой обязало к 1986 году в два раза производство фреонов, а к 2010 году – ликвидировать полностью.

Следует отметить, что не все специалисты разделяют тревогу по поводу проблемы озоновых дыр. Президент международного фонда «Экология человека» академик А.Капица утверждает, что фреоны не разрушали и не разрушают озоновый слой. В подтверждении приводится факт, что 80% выбросов фреонов происходит в Северном полушарии Земли, а основная озоновая дыра располагается над Антарктидой.

Изменение глобальных характеристик биосферы, в том числе глобальное загрязнение окружающей среды - Об этом мы и поговорим сегодня. Выделяют три вида антропогенных нагрузок на природу:

эксплуатация ресурсов,

механические нарушения - прямые отчуждения территории под свалки, хранилища, инженерные сооружения, техногенные катастрофы,

загрязнение - привнесение дополнительного вещества или энергии. О видах загрязнения мы уже говорили в начале лекции, когда записывали план лекции.

Загрязнение – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физико-химических и биологических веществ, агентов, оказывающих вредные воздействия на природные экосистемы и человека.

Выделяют. Естественное загрязнение, возникшее в результате мощных природных процессов без какого-либо влияния человека. К естественным источникам загрязнения относятся вулканы, выбрасывающие сернистый ангидрид, фтор, тяжелые металлы; просачивание нефти из земной коры в гидросферу; продуцирование биотой определенного вида загрязнителей, например, на болотах продуцируется так называемый диоксин, действие которого может вызывать онкологические заболевания.

Антропогенное загрязнение – являющееся результатом деятельности человека, иногда по масштабам воздействия превосходящее естественное. К антропогенным источникам относятся: промышленные предприятия, выбрасывающие огромное число загрязнителей; транспорт, выбрасывающий свинец, оксиды азота и углерода; сельское хозяйство, загрязняющее в первую очередь воду ядохимикатами и удобрениями; техногенные аварии, выбрасывающие залпом огромные количества промышленных отходов, нефти и газа; население, сбрасывающее в свалки и водоемы бытовые отходы.

Различные типы загрязнения подразделяются на три основных: физическое, химическое, биологическое (см. рис. 8).

 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ

ФизическоеХимическоеБиологическое

Тепловое Аэрозоли Биотическое (биогенное)

 

Шумовое Химические вещества Микробиологическое

 

Электромагнитное Тяжелые металлы Генная инженерия

Световое Пестициды

 

Радиоактивное Пластмассы

СПАВ

Рис. 8. Основные типы загрязнения окружающей среды

Физическое загрязнение связано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды. Так тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности (термокарст, солифлюкция, наледи и др) и условий жизни людей. Источниками теплового загрязнения в пределах городской территории служат: подземные газопроводы промышленных предприятий (140-160^оС), теплотрассы (50-150^оС), сбросные коллекторы и коммуникации (35-45^оС), плохая термоизоляция домов и т.д. Сюда относятся воздействие шума и электромагнитное излучение, причем источником последнего служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио и телепередающих станций, а в последнее время текже микроволновые печи, компьютеры и радиотелефоны. Установлено, что при длительном воздействии электромагнитных полей у здоровых людей повышается утомляемость, головные боли, чувство апатии и др.

Тепловое загрязнение. К тепловому загрязнению относится микроклимат города - в нем всегда теплее чем за городом. Это приводит к нарушению биологических циклов, повышенной влажности, тянет к себе жителей лесов и полей. А так ли это хорошо. Вот пример с дикими утками, которые плавают возле моста по Белинского. Но они же не выведут потомства, а в конце концов их просто уничтожат жадные голодные жители. А нашествие мышей? А бешенные лисы? Я уж не говорю о том, что в этих условиях вирусы живут гораздо дольше. В литературе приводится пример города, построенного на вечной мерзлоте. Мерзлота тает. Город начинает разрушаться. Но тает не только под городом, но и рядом. А оттаявшая мерзлота - это каша, на которой ничего не растет, т.е. идет опустынивание. В данном случае приводится пример с городом Норильском.

Кроме этого сброс теплых вод вызывает понижение концентрации кислорода и углекислоты. Это изменяет структуру экосистем, что может вызвать исчезновение многих видов рыб, растений и животных.

Но тепловое загрязнение может привести к глобальному потеплению. А это таяние льдов и повышение уровня мирового океана. Но этот процесс идет не только за счет теплового загрязнения, но и за счет, так называемого парникового эффекта. Есть и другое направление движения нашей средней температуры. В сторону похолодания. А происходит это за счет того, что идет помутнение нашей атмосферы, лучи солнца хуже проникают на Землю. А это ведет к похолоданию. То есть срабатывает принцип Ле-Шателье. Всякая система борется с внешним воздействием в сторону его уменьшения.

Химическое загрязнение – увеличение количества химических компонентов определенной среды, а также проникновение в нее химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях превышающих норму. По расчетам специалистов, в настоящее время в природной среде содержится от 7 до 8,6 млн. химических веществ, причем их арсенал ежегодно пополняется еще 250 тыс. новых соединений. По оценке Всемирной организации здравоохранения, в мире около 600 млн. человек подвержены воздействию атмосферы с повышенной концентрацией диоксида серы и более 1 млрд. – с вредной для здоровья концентрацией взвешенных веществ.

Действующий фактор - химическое взаимодействие веществ с живыми организмами. Выбрасываемые при производстве химические вещества называются полютантами. Их так же могут называть загрязнителями и загрязняющими веществами. Так же применимо выражение токсикант - вещество, оказывающее токсичное действие. Источники загрязнения делятся на антропогенные и естественные.

Основные виды загрязняющих химических веществ:

газообразные: углекислый газ, угарный газ, органические соединения (бензопирены, формальдегиды и т.д.), сернистый ангидрид, сероводород, оксиды азота (например, веселящий газ), аммиак и другие;

твердые: тяжелые металлы, кальций, органические соединения (пестициды, хлор и фторорганические и др.), классические яды (например, цианиды, которые используются не только для отравления людей, но и при добыче золота);

жидкие: к ним относятся все перечисленные мною вещества в растворенной форме, а также нефть, фенолы диоксины.

К химическому относится также и р адиоактивное загрязнение. Его специфика заключается в том, что очень низкие концентрации химических веществ оказывают сильное биологическое действие из-за излучения. Различают естественные радионуклиды (например углерод 14, калий 40 и др.) и искусственные (стронций 90, цезий 137, иод 131, плутоний 239 и др.), а также альфа, бетта и гамма излучатели.

Источники радиоактивного загрязнения: продукты испытаний ядерного оружия, выбросы радиоактивных веществ во время аварий (Чернобыль, ВУРС и т.д.), плановые и аварийные выбросы предприятий атомной энергетики, выбросы в атмосферу и водные объекты радиоактивных веществ с предприятий атомной промышленности во время нормальной эксплуатации, привнесенная радиоактивность - завезенная к нам с урановыми концентратами и радиоактивными отходами. По поводу добычи и производства радиоактивных веществ я могу прочитать не одну лекцию, потому что бывал на этих предприятиях, в этих урановых городах, и участвовал в испытаниях различных методов добычи урана. Если у кого-то есть вопросы, то задавайте их в конце лекции.

Остановимся еще на основных механизмах действия излучения:

прямое поражение клетки - разрыв ее мембраны, гибель клетки - лучевая болезнь;

встраивание в ДНК, повреждение ее и последующая мутация - образование раковых опухолей; появление мутантов грибов, животных и т.д.

образование свободных радикалов химически активных соединений, которые вызывают повреждение клеток.

Различные группы организмов по различному реагируют на радиоактивность: наиболее устойчивы бактерии, менее - членистоногие, далее идут птицы; самые чувствительные - млекопитающие, в том числе человек.

 

Биологическое загрязнение – случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов; часто оказывает негативное влияние при массовом размножении пришлых видов. Особенно загрязняют среду предприятия, производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок и др., т.е. предприятия промышленного биосинтеза, в выбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов. К биологическому загрязнению можно отнести преднамеренную и случайную интродукцию, чрезмерную экспансию живых организмов. Так, в городах наличие свалок, несвоевременная уборка бытовых отходов приводит к численному росту синантропных животных: крыс, насекомых, голубей, ворон и др.