Загрязнений между природными средами (Израэль Ю.А., 1984 г.)

 

-----------------------------------------------------------+

Природные среды ¦Возможная форма перехода (миграции) ¦

¦ загрязнения ¦

---------------------+-------------------------------------¦

Атмосфера-атмосфера ¦Перенос в атмосфере,характерный ¦

¦для большинства загрязнителей. ¦

¦Осаждение (вымывание) атмосферных ¦

¦загрязнений на водную поверхность. ¦

Атмосфера-поверхность¦Осаждение (вымывание) ¦

суши ¦атмосферных загрязнений ¦

¦на земную поверхность (сушу). ¦

Атмосфера- биота ¦Осаждение загрязнений на поверхность ¦

¦насаждений с последующей ассимиляцией¦

¦(внекорневое поступление загрязнений ¦

¦в биоту). ¦

Гидросфера-атмосфера ¦Испарение из воды в атмосферу ¦

¦(например, нефтепродуктов, соединений¦

¦ртути). ¦

Гидросфера-гидросфера¦Перенос (распространение) загрязнений¦

¦ в водных системах. ¦

Гидросфера-поверх- ¦Переход из воды в почву (фильтрация, ¦

ность суши (дно рек, ¦"самоочищение", осаждение на дно ¦

озер) ¦водоемов). ¦

Гидросфера-биота ¦Переход из поверхностных вод в биоту ¦

¦(наземные и водные экосистемы, ¦

¦поступление в организм животных и ¦

¦человека с питьевой водой). ¦

Поверхность суши-атмо¦Переход с поверхности суши, почвы в ¦

сфера ¦атмосферу (выветривание, испарение, ¦

¦перенос пыли). ¦

Поверхность суши-гид-¦Смыв загрязнений с суши во время ¦

росфера ¦снеготаяния, с осадками, временными ¦

¦водотоками. ¦

Поверхность суши-по- ¦Миграция в почве, ледниках, в снежном¦

верхность суши ¦покрове (проникновение загрязнений ¦

¦на разные глубины). ¦

Поверхность суши-био-¦Корневые поступления загрязнений в ¦

та ¦растительность. ¦

Биота-атмосфера ¦Испарения из биоты (малозначимы). ¦

Биота-гидросфера ¦Попадание загрязнений из биоты в воду¦

¦после гибели организмов. ¦

Биота-поверхность ¦Попадание загрязнений из биоты в ¦

суши ¦почву, главным образом после гибели ¦

¦организмов. ¦

Биота-биота ¦Миграция по пищевым цепочкам. ¦

-----------------------------------------------------------+

 

К намеренным антропогенным изменениям состояния природной среды можно отнести существенные антропогенные изменения, направленные на удовлетворение потребностей человеческого общества: разработка сельскохозяйственных угодий, мелиорация земель, строительство городов и поселков, строительство искусственных водохранилищ и каналов и др.

К ненамеренным негативным антропогенным изменениям состояния природной среды следует отнести обеднение крупных массивов земель, гибель или существенную трансформацию экосистем некоторых крупных озер, загрязнение Мирового океана нефтепродуктами, существенное закисление поверхностных вод и почв в некоторых регионах, например в Прибалтике, Скандинавии и др.

Огромную роль в изменении состояния природной среды играют различного рода загрязнения окружающей среды вредными веществами и излучениями. Вместе с тем в природных условиях происходит миграция антропогенных загрязнений, возможные формы которой приведены в табл. 11.1.

Миграция антропогенных загрязнений на большие расстояния стала международной проблемой. Например, в Европе окислы серы и продукты их превращений, распространяясь на значительные расстояния, наносят заметный ущерб различным странам. Нередко ущерб наносится источниками, расположенными за пределами данной страны.

На основе данных по потреблению различных видов топлива и выпуску промышленной продукции оценивается поступление техногенного SО₂ в атмосферу в глобальном масштабе, а также по отдельным странам и регионам. Отмечается, что на долю Северного полушария приходится около 96 % мирового выброса SO₂, а Южного - всего 4 %. В связи с ростом потребления топлива количество техногенной серы, поступающей ежегодно в атмосферу, в будущем увеличится и к 2000 году достигнет, по различным прогнозам, от 275 до 400 млн т/год.

Кроме прямых эффектов воздействий соединений серы на животных и растительность необходимо подчеркнуть серьезные негативные эффекты воздействия соединений серы на почвы (закисление) и воды пресных водоемов, ускорение коррозионных процессов металлоконструкций, разрушение конструкций из известняка. Закисление почв и воды водоемов также отрицательно влияет на растительный и животный мир. Так, в результате дальнего переноса соединений серы некоторые реки и озера Норвегии и Швеции потеряли рыбопромысловое значение. Плодородие почв при закислении резко снижается. Особенно сильно эффект закисления проявляется в зонах кислых почв (например, в северо-западной и центральной зонах территории России и в Прибалтике).

Особую опасность представляет миграция ртути в водные объекты из атмосферы.

Ртуть попадает в атмосферный воздух при сжигании твердого топлива, при работе предприятий цветной металлургии в виде паров металлов или неорганических соединений. Из атмосферы она вымывается на поверхность суши, а затем с поверхностным стоком в водоемы. В водоемах под влиянием микроорганизмов соединения ртути трансформируются в высокотоксичные органические формы (метилртуть) и после этого представляют существенную опасность, наносят большой вред при попадании в организм животных и человека.

Благодаря хозяйственной деятельности человека, миграция свинца в окружающей среде, в частности в системе почва - вода - атмосфера - живое вещество, приобрела гигантские масштабы. До 90 % от общего количества выброса свинца принадлежат к продуктам сгорания бензина с примесью свинцовых соединений. Несмотря на запрет применения такого бензина на автотранспорте, в последнее время в результате появления значительных количеств рассеянного свинца в геосфере привели к повышению накопления этого металла в организмах животных, человека и в растениях.

В результате процессов самоочищения атмосферы значительная часть свинца либо осаждается вблизи источников загрязнения, либо возвращается на поверхность суши и океанов с осадками. По некоторым расчетам показано, что с атмосферными осадками в Мировой океан возвращается примерно 250 тысяч т/год свинца, а 100 тысяч т/год рассеивается над континентами, частично попадая в речные воды и озера.

Важнейший источник повышенного содержания свинца в гидросфере - выпадение его из атмосферы. Городская пыль может содержать до 1 % свинца. Содержание свинца в дожде и снеге колеблется от 1,6 мкг/л в районах, удаленных от промышленных центров, до 250-350 мкг/л в крупных городах.

Поступление свинца в водоемы со сточными водами промышленности является также немаловажным источником этого металла в гидросфере. Биогеохимический круговорот свинца в природе отражает не столько циклические, сколько поступательные процессы обмена веществом между организмами и средой их обитания. Влияние свинца на компоненты трофической цепи можно продемонстрировать величинами возрастания концентраций этого металла в воде и морских организмах. В донных водорослях концентрации возрастают в 700 раз, в фитопланктоне - в 4 000 раз, в зоопланктоне - в 3 000 раз и моллюсках - в 4 000 раз.

Человек, представляющий высшее звено пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия тяжелых металлов вследствие возрастания биологической аккумуляции вдоль пищевой цепи. Органические соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки, с пищей и водой, неорганические (например, содержащиеся в выхлопных газах) - через дыхательные пути и пищеварительный тракт. Ежедневно житель города, вдыхающий 20 куб. м воздуха с содержанием свинца 2 мкг/м³, поглощает с пищей до 45 мкг, в том числе 16 мкг безвозвратно, что составляет 40 % всего количества свинца, поступающего в организм человека за день. Поглощенный свинец проникает в кровь, распределяется в костных (до 90 %) и мягких тканях (печени, почках). В организме человека содержится от 100 до 400 мкг свинца, который совершает там кругооборот.

По данным Международной организации здравоохранения, нормальный уровень содержания свинца в крови колеблется от 15 до 40 мкг на 100 мл. Исследования показали, что только 2 % населения земного шара имеют значения выше 50 мкг/100 мл. В то же время, по сведениям Американской педиатрической академии, около 5 % городских детей в США имеют клинически выраженные симптомы поражения центральной нервной системы солями свинца, а в Шотландии 17% детей имеют в крови от 50 до 80 мкг/100 мл свинца. Предельно допустимая концентрация металла в крови человека составляет 50-100 мкг/100 мл. Возрастание степени вовлеченности свинца в биологический круговорот наглядно демонстрируется тем фактом, что минимальная концентрация его в крови современного человека (0,2 мкг/100 мл) превышает в 100 раз содержание свинца в крови первобытного человека.

Значительную опасность для здоровья человека представляет кадмий, антропогенное загрязнение которым окружающей среды значительно превышает его поступление через систему природных процессов (выветривание, вулканические извержения и т. д.).

Кадмий в окружающую среду поступает через воздух и воду при добыче и промышленной переработке сырья, при сгорании некоторых видов топлива, при сжигании городских отходов, со сточными водами, при изнашивании предметов, содержащих кадмий, и т. д.

С речным стоком в море поступает незначительное количество кадмия, который аккумулируется планктоном, морскими растениями и рыбами. Скорость накопления пропорциональна концентрации кадмия в воде. Удобрения, производимые из морских фосфоритов, часто повышают содержание кадмия в почвах.

Металлургические предприятия, выбрасывающие основное количество кадмия, оказывают большое влияние на содержание кадмия в почвах вокруг источника выброса.

Из почв кадмий может выноситься водами и абсорбироваться растениями. Поступление кадмия в растения происходит двумя путями: воздушным, с оседающей пылью и при адсорбции из почв. Увеличение содержания кадмия в сельскохозяйственных растениях определяет повышенное содержание кадмия в пищевых продуктах.

Кадмий обладает способностью накапливаться в живых организмах при длительном воздействии пыли и угля, а также продуктов, содержащих повышенное содержание кадмия. Установлено, что в организм взрослого жителя США в сутки поступает 50-60 мкг, в Швеции - 15-20 и в Японии - 80 мкг кадмия, причем большая часть поглощается человеком с пищей и из воздуха. Однако в человеческом организме абсорбируется лишь незначительная часть кадмия (около 2 мкг/сутки), остальное быстро выводится из организма. Хроническое воздействие даже незначительных концентраций может привести к серьезным заболеваниям нервной системы и костных тканей.

Тяжелое костное заболевание "итаи-итаи", вызванное хроническим отравлением кадмием, впервые отмечено в Японии в 1956 г. Источником отравления являлся рис, содержащий отходы горно-добывающей промышленности. Ежедневное потребление кадмия в регионах распространения заболевания составляло около 600 мкг.

Чрезвычайно опасны для здоровья человека пестициды, антропогенная миграция которых связана с широким использованием их в сельском хозяйстве. До последнего времени ежегодно во всем мире на полях рассеивалось более 4 млн т пестицидов. Физические и химические свойства многих пестицидов обусловливают их способность к концентрированному накоплению в растительных и животных продуктах, что приводит к созданию "биологических насосов" и поступлению токсических веществ в организм человека.

Некоторые ядохимикаты не ведут к острому отравлению, но влияют кумулятивно или суммарно. Домашний скот охотно поедает, например, траву, обработанную гербицидом аминотриазолом. Острое отравление требует очень высокой дозы и практически невозможно, но длительное потребление такой травы ведет к торможению синтеза гормона щитовидной железы. В ответ гипофиз стимулирует специфические клетки железы, реагируя на недостаток гормона. Это ведет к быстрому разрастанию клеток железы и образованию зоба.

Наиболее опасна концентрация пестицидов в цепях питания. Хорошо известен случай со странствующими американскими дроздами. При массовом опылении вязов в США препаратом ДДТ для защиты их от заболеваний частицы ДДТ попадали на землю и поглощались дождевыми червями, которые почти не восприимчивы к этому веществу, но способны концентрировать его в своих тканях. Дрозды, поедая червей, поглощали вместе с ними ДДТ и гибли - смертность популяции достигла 85 %.

В каждом последующем звене пищевой цепи концентрация ядов возрастает, что представляет опасность для организмов высших трофических связей. Так, в тканях дождевых червей дильдрин (хлорорганический инсектицид) накапливается в 2-10 раз большем количестве, чем в соответствующем объеме почвы. Концентрация ДДТ в организме хищных птиц в 10-100 раз выше, чем в организме рыб, составляющих их пищу, и в 1 млн раз выше, чем в воде.

Биологическая цепь питания значительно повышает эффект загрязнения среды. Так, дильдрин в фитопланктоне имеет концентрацию 10^-3 г/кг, в зоопланктоне - 10^-2, в рыбах - 0,2, в рыбоядных птицах - 1,6 г/кг.

Особую опасность представляют пищевые цепи, связанные с водной средой, так как накопление пестицидов в фитопланктоне Мирового океана в значительной степени препятствует процессу фотосинтеза.

Пестициды не только накапливаются в объектах природной среды в больших количествах, но сохраняются в ней очень долгое время - неделями, месяцами и даже годами.

Значительное влияние на поведение пестицидов в природной среде оказывают климатические факторы, например, такие, как особенности термического режима, характер переноса воздушных масс в различных природных зонах, интенсивность и сезонность выпадения осадков. Например, в Швеции была выявлена закономерность увеличения содержания хлорорганических инсектицидов с географической широтой в направлении с юга на север, хотя основной источник (район применения) пестицидов находится в южной Швеции. Такое явление объясняется более продолжительной зимой и ослаблением процессов разложения пестицидов в северных районах.

Установлено также, что в странах Центральной Европы с более теплым климатом, чем в Швеции, имеет место более низкое содержание хлорорганических пестицидов в почвах. Известно также, что высокие температуры и интенсивные осадки в районах влажных тропиков способствуют интенсивному вымыванию токсических элементов, обусловливают высокую скорость разложения.

Переносимые воздушными потоками, почвенными водами, растительными и животными пищевыми продуктами, пестициды распространяются на все большие территории земного шара. В наибольшей степени заражена пестицидами территория умеренного пояса Северного полушария. В экваториальных районах, и в целом в Южном полушарии, заражение значительно меньше, хотя характер загрязнения пестицидами среды в отдельных районах Новой Зеландии и Австралии сходен с наблюдающимися загрязнениями в Северном полушарии. Остаточные количества пестицидов найдены в тканях пингвинов, тюленей и рыб в Антарктиде.

По масштабам рассеяния пестициды можно классифицировать на препараты, загрязняющие окружающую среду локально. Глобальное рассеяние характерно для некоторых хлорорганических соединений. Органические соединения фосфора и карбаматы, вследствие значительно меньшей устойчивости, загрязняют окружающую среду локально, хотя возможность их глобального рассеяния, в принципе, не исключена. Они могут переноситься на сравнительно большие расстояния с воздухом и обычно содержаться в воздухе в более высоких концентрациях, чем хлорорганические соединения, если пробы отбираются вблизи мест обработки.

Глобальная циркуляция пестицидов, приводящая, например, к появлению следов ДДТ в жировой ткани морских животных, обитающих у берегов Антарктиды, определяется сложным взаимодействием атмосферы, воды, водных взвесей и донных осадков. Пыль, отфильтрованная из воздуха в районе Барбадосса, отделенного от сельскохозяйственных районов водным пространством океана, содержала 0,01 мг/кг остатков хлорорганических препаратов. Остатки пестицидов найдены также в воде атмосферных осадков независимо от удаленности района применения пестицидов.