В экологии понятие «загрязнение» имеет более широкое значение, чем в быту. Загрязняющими факторами называют не только твердые, жидкие и газообразные вещества, но и электромагнитное излучение, тепло, шум.
Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу наиболее опасных для жизни человека. В атмосферу попадают сотни веществ, которые отсутствовали в природе. Все загрязняющие вещества по степени опасности разделены на 4 класса. К первому классу относятся самые опасные вещества, например, соединения ртути, ко второму – хлор, к третьему – монооксид азота и оксиды серы, к четвертому – оксид углерода. Ущерб, наносимый веществами первого класса вредности, в тысячи раз больше, чем от веществ четвертого класса.
Наиболее часто атмосферу загрязняют сернистый газ (его выбрасывают городские ТЭЦ, работающие на угле или мазуте, в которых много серы), оксиды азота, оксид углерода (угарный газ), хлор, формальдегид, фенол, сероводород, аммиак и др. В некоторых случаях из двух или нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязняющих атмосферу веществ.
Главные источники загрязнения – тепловые электростанции. Менее опасны станции, работающие на газе, более – на угле. Сильно загрязняют атмосферу также котельные и домашние печи, которые топят углем, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.
Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными водами, нефть и нефтепродукты разливаются также при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом.
Пока количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с ними. Вредные вещества накапливаются в растениях, оседают на дне озер и участков реки с медленным течением, их разлагают микроорганизмы. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3–10 км от источника загрязнения. Если загрязняющих веществ слишком много, экосистемы не могут с ними справиться. Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.
Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые годы. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.
Для уменьшения отрицательного влияния промышленных свалок на экологические условия города мусор сортируют по степени вредности. Наиболее вредные отходы вывозят далеко за пределы города и там хранят в бетонированных мусоросборниках. Многие ядовитые отходы с развитием технологии могут стать сырьем для химической переработки. Бытовой мусор и часть отходов химических предприятий поступают на мусороперерабатывающие заводы.
Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ, работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители.
Загрязнение поверхности почвы отвалами вскрышных пород, шлаков и золы. Это загрязнение связано с горными разработками, особенно при добыче полезных ископаемых не в шахтах, а открытым способом, когда раскапывают огромные территории и создают карьеры. На дне карьеров работают экскаваторы и большегрузные самосвалы. Чтобы добраться до залежей руды и угля, приходится перемещать огромные объемы вывезенной из карьера пустой породы, образующей искусственные горы в десятки и сотни метров высотой. Такие же горы из золы и шлака возникают вокруг металлургических предприятий и тепловых электростанций, работающих на угле. Образование больших отвалов пустой породы часто связано с тем, что из руды извлекают одно вещество (например, медь). Если извлекают большее число полезных веществ, то объем отвалов уменьшается.
Чтобы уменьшить вред отвалов для окружающей среды, проводят их рекультивацию. Горы разравнивают бульдозерами (инженерная рекультивация), покрывают слоем почвы, сеют многолетние травы или сажают лес (биологическая рекультивация). Многие достаточно плодородные отвалы пустой породы зарастают лесом сами (происходит сукцессия растительности). Иногда на землях, занятых отвалами, разбивают сады. Садоводы привозят почву и навоз и затем выращивают на таких участках овощи и фрукты.
Химическое загрязнение грунтовых вод. Токи грунтовых вод перемещают загрязняющие вещества на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают соленую воду, поднятую на поверхность вместе с откачанной нефтью. Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах приобретает горький вкус и оказывается непригодной для питья. Этот тип загрязнения грунтовых вод приобрел опасные масштабы в Татарстане и Башкортостане.
Химическое загрязнение почв. Основными источниками химического загрязнения почв являются промышленность и транспорт. Если автомобили используют бензин, содержащий свинец, то почвы вдоль дорог загрязняются этим токсичным металлом, выбрасываемым с выхлопными газами. Особенно сильно это загрязнение в местах, где дорога идет на подъем: моторы работают напряженно и сгорает больше топлива.
Почвы загрязняются серой при выпадении кислотных дождей. Из-за этих дождей увеличивается кислотность почвы, что ухудшает рост многих растений, особенно древесных. Кислотные дожди снижают и урожаи сельскохозяйственных культур. В районах нефтепромысла (например, на Тюменском Севере) почвы загрязняются нефтепродуктами при их добыче и транспортировке.
Биологическое загрязнение. Вода, почва и продукты питания могут быть загрязнены бактериями, в том числе болезнетворными. Источниками биологического загрязнения могут быть попавшие в реку плохо очищенные стоки мясокомбината и других предприятий, где в отходах много органических веществ, которые могут быть субстратом для массового развития бактерий. Особенно опасны трупы животных, умерших от заразных болезней. Так, споры возбудителя сибирской язвы в почве сохраняют жизнеспособность до 30 лет и более. Для предотвращения биологического загрязнения проводят очистку стоков. Биологическое загрязнение контролируют специальные санитарно-эпидемиологические службы.
Тепловое загрязнение. В соответствии со вторым законом термодинамики при использовании энергии для нужд промышленности или для бытовых целей часть ее неминуемо рассеивается и превращается в тепловую энергию. Чем больше используется энергии, тем больше ее переходит в тепло, хотя за счет повышения коэффициента полезного действия двигателей внутреннего сгорания и любых других устройств, где сжигается горючее, человек стремится уменьшить долю энергии, которая бесцельно (и часто с вредными последствиями) рассеивается в окружающую среду и нагревает атмосферу и воду. Большой вклад в тепловое загрязнение атмосферы вносят «факелы» химических предприятий, в которых сжигают те фракции горючих веществ, которые не удается использовать. Горят «факелы» и близ нефтяных скважин, на них сжигают попутный газ, который можно использовать. Рассеивание тепла увеличивается из-за плохой изоляции отапливаемых помещений. В результате теплового загрязнения в крупных городах температура атмосферы на 4–5 градусов выше, чем в сельской местности.
Тепловое загрязнение водоемов усиливает их эвтрофикацию.
Радиационное загрязнение. Такое загрязнение возможно в результате аварий или небрежного хранения отходов на АЭС, при взрывах атомных зарядов для создания подземных хранилищ или при производстве ядерного оружия. Радиацией загрязнены огромные территории вокруг мест крупнейших аварий – Чернобыльской и Кыштымской. Радиационное загрязнение возможно при попадании на свалки старых приборов, содержащих радиоактивные изотопы. Такие приборы часто применяют в промышленности, научных лабораториях, медицине. Радиоактивные вещества из отслуживших приборов или приборы целиком должны храниться в специальных хранилищах, где их радиация не приносит вреда окружающей среде и человеку.
Электромагнитное загрязнение. Высоковольтные линии электропередачи, крупные радио- и телевизионные станции, радиолокационные приборы и т.п. формируют электромагнитные поля. Это загрязнение оказывает сильное влияние на живые организмы, причем рост некоторых растений ускоряется (на этом основаны методы стимулирования прорастания семян и роста растений обработкой семян токами высокой частоты). Однако на здоровье человека электромагнитные излучения сказываются отрицательно, и потому долгое пребывание в электромагнитном поле высокой энергии недопустимо. Вблизи высоковольтных линий электропередачи нельзя располагать дачные участки, а туристам – ставить палатки. Электромагнитное загрязнение мешает принимать радиопередачи, может вывести из строя приборы, например, компас.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные виды загрязнения городских и промышленных экосистем.
2. Расскажите о химическом загрязнении среды.
3. Какие типы физического загрязнения среды вы можете назвать?
4. Какие типы загрязнения наиболее опасны в вашем городе (или в городе, ближайшем к вашему селу)?
Справочный материал
Лишь 1% сырья, которое добывает человек, используется, а остальное превращается в отходы, загрязняющие среду.
Если принять загрязненность воздуха над океаном за единицу, то над селами она выше в 10 раз, над небольшими городами – в 35 раз, а над большими городами и промышленными объектами – в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5–2 км.
Вредные вещества, выходящие из дымовой трубы высотой 100 м, рассеиваются в радиусе 20 км, высотой 250 м – до 75 км. Труба-чемпион построена на медно-никелевом комбинате в г. Садбери (Канада) и имеет высоту более 400 м.
Сера, в огромном количестве выбрасываемая тепловыми электростанциями, – это ценнейшее сырье для промышленности. Ее используют в 88% промышленных изделий. На изготовление одного автомобиля требуется 14 кг серы, для получения 1 т целлюлозы – 100 кг и т.д. Таким образом, улавливание серы из промышленных выбросов – это не только сохранение чистоты атмосферы, но еще и получение дополнительного сырья.
Выбросы оксидов серы в странах Европы за последние 20 лет в целом сократились с 65 до 40 млн. т в год, а в остальных странах (включая Россию, Китай, Индию) увеличились с 48 до 59 млн. т. В целом ситуация с загрязнением биосферы оксидами серы практически не улучшилась.
В России основными отраслями промышленности, загрязняющими атмосферу, являются электроэнергетика (29,1%), цветная металлургия (22), черная металлургия (14,6), нефтедобыча (9,3), нефтепереработка (5,1%), а загрязняющими воды – электроэнергетика (21,1%), химическая промышленность (18,1), деревообработка (17,8), черная металлургия (9,9), машиностроение (8), угольная промышленность (6,4), цветная металлургия (5,5%).
В 1999 г. в 31 городе России с населением 17,5 млн. человек уровень загрязнения в 10 превысил норму. Наиболее опасными загрязняющими веществами являются бенз(а)пирен, диоксид азота, формальдегид, пыль. В Европейской части России и на Урале в среднем в течение года на 1 км2 выпадает из атмосферы свыше 450 кг загрязняющих веществ.
В ближайшие годы Газпром планирует перевести с природного газа на уголь и мазут 38 ГРЭС и ТЭС, которые обеспечивают электроэнергией наиболее густо населенные районы европейской части России. Эта экономическая мера существенно ухудшит экологическую ситуацию в стране. Поскольку продукты сгорания мазута в 3 раза токсичнее, чем природного газа, а угля – в 10–50 раз, произойдет значительное повышения уровня загрязнения атмосферы. В 2.6 раза возрастут выбросы диоксида серы, в 1,2 – оксидов азота, в 1,3 – золы, в 2,5 – свинца, в 3 раза – кадмия. Это не только отрицательно скажется на здоровье населения, но и вызовет подкисление и снижение плодородия почв в Нечерноземье.
Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу трубами промышленные предприятий, могут распространяться в направлении господствующих ветров на 50 км, хотя их основная масса оседает на почвы в пределах 8-10 км. Эта зона вокруг заводов нефтехимического комплекса и ТЭЦ опасно загрязнена и в большинстве случаев не может использоваться для сельскохозяйственных нужд или пригородного садоводства. На расстоянии до 3 км загрязнение почвы вызывается оседанием паров углеводородов вокруг прудов-отстойников нефтехимических предприятий. Загрязнение почвы вызывается также процессом добычи и обогащения руд цветных металлов. Наиболее устойчивым является загрязнение почвы тяжелыми металлами.
При разливе нефть обволакивает почвенные частицы, из за чего почва не смачивается водой, гибнут бактерии и грибы, растения не получают необходимого питания. При низких уровнях нефтяного загрязнения почв преодолеть его последствия помогает внесение удобрений, стимулирующих развитие микроорганизмов и растений. При больших дозах и длительных сроках загрязнения в почве происходят необратимые изменения – она превращается в асфальтоподобную массу. Тогда наиболее загрязненные слои приходится удалять.
20 лет назад в США утилизация и захоронение 1 кг промышленных отходов стоили 2 доллара, а теперь – 100, например, захоронение 1 л органического растворителя стоит больше, чем его производство.
В связи с окончанием «холодной» войны большие проблемы возникли с хранением и переработкой взрывчатых и отравляющих веществ. В 1945—1947 гг. «лишние» боеприпасы в контейнерах были затоплены странами антигитлеровской коалиции в Балтийском море (в том числе много отравляющих веществ). Если эти контейнеры разрушатся, произойдет экологическая катастрофа и экосистема моря практически погибнет. В настоящее время взрывчатые и отравляющие вещества перерабатывают на специальных предприятиях, из большинства таких веществ получают мирный продукт – азотное удобрение.
На большинстве предприятий России токсичные отходы производства или сбрасывают в водоемы, отравляя их, или накапливают, не перерабатывая, нередко в огромных количествах. Эти скопления смертоносных отходов можно назвать «экологическими минами», при прорыве дамб они могут оказаться в водоемах. Пример такой «экологической мины» – Череповецкий химический комбинат «Аммофос». Его отстойник занимает площадь 200 га и содержит 15 млн. т отходов. Дамбу, которая огораживает отстойник, ежегодно поднимают на 4 м. К сожалению, «череповецкая мина» – не единственная.
Радиоволны низких и средних частот (длиной до 100 м) практически не влияют на здоровье человека, радиоволны высоких и ультравысоких частот (УВЧ) (длина волн от 100 м до 10 см) от мощных радио- и телевизионных станций опасны в радиусе до 300 м. Радиоволны сверхвысоких (длина волны 10 см – 1 мм) и гипервысоких частот (1–0,1 мм), которые используются в радарах, действуют только на биологические объекты, в том числе и на человека, оказавшиеся в зоне сфокусированного луча. Таким образом, теле- и радиостанции не причиняют нам большого вреда. Тем не менее, по санитарно-гигиеническим нормам современного градостроительства их размещают за городом. Из этих же соображений не монтируют в городах и системы радиорелейной связи.
