Химическое загрязнение – это увеличение количества химических компонентов в определенной среде, а также проникновение в нее химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях, превышающих норму.
Хозяйственная и социальная деятельность человека привела к тому, что воздух, вода, почва, растения, животные и человек подвергаются воздействию химических веществ в масштабах, угрожающих жизни на Земле. В настоящее время в природной среде содержится более 9 миллионов химических веществ, которых раньше в природе не существовало. Как скажутся на жизнедеятельности всего живого воздействия этих химических веществ до конца не изучено, но уже сейчас можно говорить о смертельной опасности для всего живого некоторых химических веществ. Одновременно избыток некоторых давно известных химических соединений также опасен для здоровья человека. Хотя химические загрязнения воздуха, воды и почвы воздействуют на биологический мир комплексно, но с методической точки зрения и с точки зрения защиты целесообразно рассмотреть воздействие этих сред на биологический мир отдельно.
Загрязнение атмосферы
Различают естественные и искусственные источники загрязнения атмосферы. И те, и другие могут вызвать ЧС.
Естественные источники загрязнения: пыльные бури, лесные пожары, вулканизм и др.
Искусственные источники загрязнения: объекты энергетики, промышленность, транспорт, сельское хозяйство, объекты коммунального хозяйства, авиация. Загрязнение атмосферы неравномерное и определяется не только местонахождением источников загрязнения, но и особенностями строения атмосферы.
Атмосфера состоит из нескольких сфер, но 4/5 массы земной атмосферы сосредоточено в тропосфере, т.е. на высотах до 18 км на экваторе и до 1О км над полюсами. Из-за неравномерности нагрева земной поверхности в ней образуются мощные вертикальные токи воздуха, отмечается неустойчивость температуры, влажности, давления и т.д. Таким образом, происходит перемешивание воздуха и по вертикали. Хотя основные загрязнения сосредоточены в тропосфере, но частично загрязнения распространяются и на стратосферу.
Загрязнение воздуха может быть газообразное и аэрозольное. Газообразное загрязнение составляет примерно 90%, аэрозольное – 10%.
Газообразное загрязнение. За счет сжигания в мире 1 млрд. т условного топлива ежегодно выбрасывается около 500 млн. т оксида углерода, 150 млн. т диоксида серы, более 50 млн. т оксида азота, 110 млн т метана, углеводороды не менее 90 млн т и ряд других вредных веществ, но в меньших количествах. Каждый автомобиль выбрасывает более 40 вредных веществ, из них 70% составляет оксид углерода. Опасность выбросов вредных веществ из автомобиля состоит в том, что они воздействуют на уровне органов дыхания. Их больше с высоты одного метра и ниже. Поэтому выбросы автомобиля особенно опасны для детей.
Свой вклад в загрязнение атмосферы вносит и Республика Беларусь, предприятия и транспорт которой ежегодно выбрасывают в атмосферу около 1 млн. 240 тыс. тонн оксида углерода, более 170 тыс. тонн оксидов азота, более 300 тыс. тонн углеводородов и летучих органических соединений. Выше перечисленные газы оказывают отрицательное воздействие на человека, на животный мир, на растительный мир, и на некоторые параметры среды. Рассмотрим некоторые из них подробней.
Оксид углерода (угарный газ) – это бесцветный газ, без запаха, 4 класса опасности, время его «жизни» в атмосфере 2–4 месяца, в дальнейшем он взаимодействуя с кислородом превращается в углекислый газ, который создает «парниковый» эффект. Оксид углерода – это газ общеядовитого действия.
При небольших дозах вызывает: головную боль, снижение умственной активности, стук в висках, сонливость, тошноту, иногда рвоту, ухудшение остроты зрения, нарушения психомоторных функций.
Для оценки степени опасности оксида углерода приняты: предельно допустимые концентрации среднесуточные (ПДКсс = 3 мг/м3) и предельно допустимые концентрации максимальные разовые (ПДКрз = 20 мг/м3).
Постоянное отравление угарным газом в не смертельных дозах вызывает: изменения в составе крови (угарный газ вытесняет кислород из гемоглобина), тахикардию, стенокардию, токсическое поражение сердечной мышцы, инфаркт миокарда, гипертонию, заболевания органов дыхания, почечную недостаточность, ослабление зрения, параличи. При получении смертельной дозы человек погибает.
· Диоксид серы (сернистый газ) – это бесцветный газ, 3 класса опасности, время его «жизни» в атмосфере составляет от нескольких часов до нескольких суток, в зависимости от влажности воздуха. Под воздействием ультра-фиолетовой радиации, в результате взаимодействия с парами воды и диоксидом серы, которые всегда есть в воздухе, образуется серная кислота. Выпадая с дождем, она разрушает деревья, вызывает коррозию металлических конструкций.
Продолжительное воздействие сернистого газа на человека ведет к возникновению: хронического гастрита, гепатопатии, бронхита, ларингита, рака легких, заболевания почек.
Диоксид серы угнетает жизнедеятельность клеток растений, листья которых покрываются бурыми пятнами, а потом засыхают. Для оценки степени опасности диоксида серы приняты: ПДКсс = 0,05 мг/м3 и ПДКрз = 10 мг/м3.
Диоксид серы является главным компонентом сернистого смога, который и является источником загрязнения воздушной среды в городах.
· Оксиды азота – это бесцветные газы, 2 класса опасности, сохраняются в атмосфере до 3-х суток, в дальнейшем вступают в химические реакции с другими химическими веществами и образуются новые, в том числе азотная кислота в виде аэрозолей. Оксиды азота доминируют и в составе фото-химического смога. Под воздействием солнечных лучей смесь оксидов азота и углеводородов образуют пероксилацетилнитраты и смог.
Воздействуя на человека, оксиды азота NO и N02 вызывают: бронхит и пневмонию, увеличивают восприимчивость к вирусным заболеваниям, могут вызвать заболевания легких, в том числе рак, необратимые изменения в сердечно-сосудистой системе, наследственную, генетическую и хромосомную мутации. Аналогичные воздействия оказывают оксиды азота и на животный мир. Они оказывают вредное воздействие и на растительный мир, хотя механизм и последствия изучены недостаточно.
С другими экологическими загрязнителями в газообразном состоянии вы познакомитесь на лабораторной работе.
· Аэрозольное загрязнение. Аэрозоль – это взвешенные в газообразной среде частицы твердых или жидких веществ.
Твердые частицы наблюдаются в виде дыма, пыли или сажи, а жидкие частицы наблюдаются в виде тумана, облаков, осадков. В образовании аэрозоля участвуют солнечная радиация, водяной пар, диоксид азота, продукты горения и гниения.
Ежегодно в мире в атмосферу выбрасывается 250 млн. т пыли, 120 млн. т золы, 50 млн. т различных углеводородов и других вредных соединений. В составе аэрозолей всегда присутствуют: сульфаты, органические соединения, сажа (твердый углерод), тяжелые металлы, вода, диоксины и др. Особую опасность представляют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Индикатором их наличия является бенз(а)пирен. Это крайне токсичное вещество, вызывающее такие заболевания как: рак, ишемическую болезнь сердца, дерматиты, мутации. Больше всего его выбрасывают нефтехимические предприятия и автотранспорт.
Сочетание газообразного и аэрозольного загрязнения при фотохимических реакциях, при инверсии и безветренной погоде приводит у образованию фотохимического тумана (смога), в котором образуются очень высокие концентрации вредных химических веществ, которые не только ухудшают прозрачность атмосферы, но мешают притоку кислорода, а выпадая на поверхность земли наносят вред здоровью человека, животным, растениям и строительным конструкциям.
· Жилая среда человека. В жилых помещениях химическое загрязнение воздуха в 2–4 раза больше, чем на улице, а по отдельным химическим соединениям больше в десятки раз. Основными источниками химического загрязнения воздуха в квартире являются: химические загрязнения с улицы, продукты деструкции полимерных и лакокрасочных материалов при их эмиссии, антропотоксины, продукты сгорания бытового газа и бытовой деятельности, продукты от курения.
С улицы обычно поступают оксид азота, диоксид азота, угарный газ и пыль. Их количество или ниже или столько же, как на улице. Сернистого газа и аэрозолей свинца в квартире, как правило, меньше чем на улице. Концентрации ацетона, ацетальдегида, бензола, этилового спирта, толуола, этилбензола, ксилола, фенола и некоторых других ХОВ в помещениях больше, чем на улице в десятки раз. Источниками являются полимерные и лакокрасочные материалы.
При сгорании бытового газа обычно выделяется угарный газ, формальдегид, бензол, оксиды азота. Во время курения сигареты выделяют 186 химических соединений, в том числе стирол, никотин, формальдегид, бенз(а)пирен. Антропотоксины – это продукты жизнедеятельности человека. Человек выделяет около 400 химических соединений. Больше всего выделяется: диметиламина, сероводорода, диоксида азота, оксида этилена, бензола, фенола, толуола, метилстирола, метанола.
Продукты сгорания газа влияют на органы дыхания и центральную нервную систему. Самая большая эмиссия продуктов деструкции или в новых зданиях или после ремонта в течение шести месяцев. Есть постоянно «больные здания», в которых повышенная смертность, заболеваемость. Это обычно участки местности, где мало отрицательных аэронов, территория бывших свалок и кладбищ, территории с повышенным радиационным фоном, где имеются геопатогенные зоны.
Загрязнение гидросферы
Для человечества загрязнение гидросферы представляет особую опасность. В мировом масштабе в гидросферу сбрасывается ежегодно около 60 млрд т промышленных и бытовых стоков, около 10 млн т нефти и нефтепродуктов, много других вредных веществ. Основными источниками загрязнения природных вод являются:
- атмосферные воды, несущие вымываемые из воздуха загрязнители промышленного происхождения; при стекании эти воды увлекают с собой мусор, фенолы, кислоты и т.д. (примерно 1%);
- городские сточные воды, преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, микроорганизмы, в том числе патогенные (примерно 74%);
- промышленные сточные воды (примерно 25%).
Каждый водоем это сложная экологическая система существования биоценоза (сообщество животных и растений) где устанавливается экологическое равновесие. Загрязнение вод нарушает экологическое равновесие. Вообще водоемы способны самоочищаться за счет процессов осаждения, отложения, окисления примесей, нейтрализации кислот, гидролиза ионов тяжелых металлов и др. Однако, если сбросы сточных вод и концентрации в них вредных веществ превышают некоторые пределы, то водоемы становятся "мертвыми”. В такой воде не может существовать жизнь, такая вода не пригодна и для питья.
Наиболее распространенными загрязнителями водоемов являются: нефть и нефтепродукты, фенолы, формальдегид, нитраты, соединения фтора, соли серной кислоты, аммиак, марганец, тяжелые металлы, радионуклиды.
· Нефтепродукты образуют на воде пленку, которая препятствует газовому обмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом. Это является причиной гибели фитопланктона – источника корма рыб и птиц (пленка разлагается при температуре +100С и выше).
· Кислоты и щелочи изменяют показатель рН, а это отражается на флоре и фауне. В Республике Беларусь наиболее загрязненными оказались некоторые участки на реках и значительная часть подземных вод, как по санитарно-химическим показателям, так и по микробиологическим показателям.
Особую опасность представляют загрязнения подземных вод за счет поступления отходов от животноводческих комплексов. Это вызвано тем, что в подземных водах отсутствует процессы самоочищения многие десятки лет из-за слабого водообмена с поверхностными водами. Это связано со спецификой почв в республике.
Большинство рек Республики Беларусь загрязнены больше органическими и биогенными веществами, соединениями металлов, нитратами. На ряде участков рек предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязнителей превышают нормы в 3–14 раз, а количество нитратов в большинстве колодцев превышает норму в 3–4 раза. На различных участках рек загрязнители также различны. Загрязнения свыше ПДК создают чрезвычайные ситуации, которые представляют опасность для жизни и здоровья человека, для флоры и фауны.
Загрязнения литосферы
Литосфера загрязняется человеком как непосредственно, так и в результате выпадения атмосферных осадков.
В результате хозяйственной деятельности человека почва загрязнена: пестицидами, тяжелыми металлами, канцерогенными веществами, нитратами, диоксинами и их соединениями.
· Загрязнение пестицидами. По подсчетам специалистов от 30 до 50% мировых запасов продовольствия пожирают и повреждают насекомые, грибки, птицы, грызуны и другие вредители. Если эти потери исключить, то можно прокормить еще 1 миллиард человек.
В 1938 голу в Швейцарии Мюллер Пауль открыл ДДТ (дихлортрифенилтрихлорэтан). Применив ДДТ против комаров и вшей, он добился снижения смертности от тифа и малярии, сохранив миллионы человеческих жизней. С тех пор появились и другие пестициды, которые дают эффект. Пестициды используются для защиты растений, сельскохозяйственных продуктов, древесины, изделий из шерсти, хлопка, кожи, для уничтожения эктопаразитов животных, для борьбы с переносчиками опасных заболеваний, для регуляции роста и развития растений, удаления листьев, отпугивания животных, привлечения их к стерилизации.
Разновидностью пестицидов являются гербициды, которые используются для подавления сорной растительности. Применяют пестициды в виде порошков, эмульсий, дустов, аэрозолей, растворов, гранул. Сохраняются пестициды в почвах достаточно долго. Период полужизни ДДТ в почве составляют от 15 недель до 20 лет.
Воздействие на человека. Пестициды токсичны для человека. Ежегодно в мире происходит около 2 миллионов отравлений людей, из них погибает до 200 тысяч человек.
