Негативные факторы в системе «Человек – среда обитания»

2. Формы взаимодействия общества и природы.

 Окружающая  природная среда служит условием и средством жизни человека, территории, на которой он проживает, пространственным пределом осуществляемой государственной власти, местом для размещения объектов промышленности, сельского хозяйства и других объектов культурно-бытового назначения. Таким образом, окружающая природная среда образует сложное понятие, в рамках которого исторически получили развитие две формы взаимодействия общества и природы. Первая — потребление природы человеком, использование природы для удовлетворения человеком своих материальных и духовных потребностей. Эта форма может быть назван а экономической формой взаимодействия. Второй формой взаимодействия стала охрана окружающей природной среды с целью сохранения человека как биологического и социального организма и его естественной среды обитания. Эта форма получила название экологической формы. 

3. Кислотные дожди. 

Общее понятие «кислотного  дождя»: 

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом, внимание которого привлек смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня это очевидный факт, что кислотные дожди являются одной из причин гибели живых организмов, лесов, урожаев, и других видов растительности. Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники архитектуры, приводят в негодность металлоконструкции, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы. 

Термином "кислотные  дожди" называют все виды метеорологических  осадков - дождь, снег, град, туман, дождь  со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, которое приблизительно равняется 5,6. «Чистый» дождь обычно всегда имеет слегка кислую реакцию, поскольку содержащийся в воздухе диоксид углерода (СО2) вступает в химическую реакцию с дождевой водой, образуя слабую угольную кислоту. Теоретически такой «чистый», слабо-кислотный дождь должен иметь рН = 5,6, что соответствует равновесию между СО2 воды и СО2 атмосферы. Однако из-за постоянного присутствия в атмосфере различных веществ дождь никогда не бывает абсолютно «чистым», и его рН варьирует от 4,9 до 6,5, со средним значением около 5,0 для зоны умеренных лесов. Помимо СО2 в атмосферу Земли попадают естесственным путем также различные соединения серы и азота, которые сообщают дождевым осадкам кислотную реакцию. Таким образом «кислотные дожди» могут возникать и по естественным причинам. Однако помимо естественного попадания в атмомсферу Земли различных оксидов с кислотной реакцией существуют также и антропогенные источники, эмиссия из которых во много раз превышает естественную. Загрязнение атмосферы большим количеством оксидов серы и азота может увеличить кислотность осадков до    pН = 4,0, что выходит за пределы значений, переносимых большинством живых организмов. 

Причины кислотных дождей: 

Главной причиной кислотных дождей является присутствие  в составе атмосферы Земли  двуокиси серы SO2 и двуокиси азота NO2, которые в результате происходящих в атмосфере химичеких реакций, превращаются в соответственно серную и азотную кислоты, выпадение которых на поверхность земли оказывает влияния на живые организмы и экотоп в целом.

Виды соединений серы: 

К наиболее важным соединениям  серы находящимся  в составе  атмосферы  Земли относятся: 

1.    Двуокись  серы – SO2

2.    Оксисульфид углерода – COS

3.    Сероуглерод  – CS2

4.    Сероводород  – H2S

5.    Диметилсульфид – (CH3)2S

6.    Сульфат-ион  – SO42 

Вместе с частичками морской соли ежегодно в атмосферу  Земли попадает от 50 до 200 млн. т. серы, что гораздо больше, чем эмиссия  серы в атмосферу естественным путём. В тоже время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы попадает в  верхние слои и распыляется над  сушей. Однако следует учитывать  тот факт, что из сульфатов морского происхождения не может образовываться серная кислота, поэтому с точки  зрения образования кислотных дождей они не имеют существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании  образования облаков и осадков. 

К наиболее важным соединениям  азота находящимся  в составе  атмосферы  Земли относятся: 

1.    Закись  азота – NO2

2.    Окись  азота – NO

3.    Азотистый  ангидрид – N2O3

4.    Двуокись  азота – NO2

5.    Оксид  азота – N2O5 

Естественные  источники эмиссии  соединений азота  в атмосферу: 

I. Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно данным на 1990 г. ежегодно во всем мире образуется этим путем около 8 млн. т. оксидов азота (в пересчете на азот). 

II. Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. Образовавшееся таким способом количество оксида азота составляет около 8 млн. т. 

III. Горение биомассы. Данный вид источника может иметь как искусственное так и естественное происхождение. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате процесса выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн. т.оксидов азота (в пересчете на азот) в течении года. 

IV. Прочие источники.  Прочие источники естественных  выбросов оксидов азота менее  значительны и с трудом поддаются  оценке. К ним относятся: окисление  аммиака в атмосфере, разложение  находящейся в стратосфере закиси  азота, вследствие чего происходит  попадание смеси образовавшихся  оксидов NO и NO2 в тропосферу  и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах. Эти источники совместно вырабатывают в течении года от 2-ух до 12 млн.т.оксидов азота (в пересчете на азот). 

Воздействие кислотных дождей на окружающую среду: 

Результатом кислотной  седиминтации является то, что кислотные атмосферные микроэлементы, соединения серы и азота попадают на поверхность Земли, что приводит к сильным изменениям кислотности водоемов и почв. В первую очередь повышение кислотности сказывается на состоянии пресноводных водоемов и лесов. Кислотные дожди оказывают различное влияние. Изначально осадки имеющие повышенное содержание азота первое время способствуют росту деревьев в лесу, так как происходит снабжение деревьев питательными веществами. Однако в результате постоянного их потребления лес ими перенасыщается, что приводит к закислению почвы. В результате изменения кислотности почв изменяется растворимость в них тяжелых и токсичных металлов, которые могут попасть в организм животных и человека передаваясь по трофической цепочке, в которой будет происходить их накопление. Под действием кислотности изменяется биохимическая структура почвы, что приводит к гибели почвенной биоты и некоторых растений. 

Под воздействием кислотных дождей происходит вымывание  из растений неорганических соединений, к которым относятся все основные микро– и макроэлементы. Так, например, в наибольших количествах обычно вымываются калий, кальций, магний и марганец. Также подвергаются вымыванию из растений и различных органических соединения, такие как: сахара, аминокислоты, органические кислоты, гормоны, витамины, пектиновые и фенольные вещества и т.п. В результате этих процессов возрастают потери необходимых для растений биогенных элементов, что в результате приводит к их повреждениям. 

Поступающие в  почву с кислотным дождем ионы водорода могут замещаться находящимися в почве катионами, в результате чего происходит либо выщелачивание  кальция, магния и калия, либо их седиментация в обезвоженной форме. Возрастает мобильность  токсичных тяжелых металлов, таких  как марганец, медь, кадмий. Растворимость  тяжелых металлов сильно зависит  от рН. Раствореные и вследствие этого легко поглощаемые растениями тяжелые металлы являются ядами для растений и могут привести их к гибели. Одним из наиболее опасных элементов, для живых организмов живущих в почве, является алюминий растворенный в сильнокислой среде. Во многих почвах, например, в северных умеренных и бореальных лесных зонах, наблюдается поглощение более высоких концентраций алюминия по сравнению с концентрациями щелочных катионов. Хотя многие виды растений в состоянии выдержать это соотношение, однако при выпадении значительных количеств кислотных осадков соотношение алюминий-кальций в почвенных водах настолько изменяется, что ослабляется рост корней и создается опасность для существования деревьев. 

Происходящие  в составе почвы изменения  могут преобразовывать состав микроорганизмов  в почве, воздействовать на их активность и тем самым влиять на процессы разложения и минерализации, а также  на связывание азота и внутреннее закисление. 

Несмотря на выпадающие кислотные осадки почва обладает способностью к выравниванию кислотности среды т.е. до определенной степени она может сопротивляться усилению кислотности. Сопротивляемость почвы определяет как правило наличие известниковых и песчаниковых пород (в состав которых входит карбонат кальция CaCO3), которые в результате гидролиза имеет щелочную реакцию. 

Непосредственное  воздействие кислотных  осадков на окружающую среду: 

1.    Гибель  растений. Непосредственная гибель  растений в наибольшей степени  наблюдается вблизи от непосредственного  источника выбросов, а также в  радиусе нескольких десятков  километров от этого источника.  Главной причиной является высокая  концентрация двуокиси серы. Это  соединение адсорбируется на  поверхности растения, главным образом  на его листьях, и проникая  в организм растения принимает  участие в различных окислительно восстановительных реакциях. Под их воздействием происходит окисление ненасышенных жирных кислот мембран, тем самым изменяется их проницаемость, что в дальнейшем оказывает влияние на такие жизнено-важные процессы как дыхание и фотосинтез. В первую очередь происходит гибель лишайников, которые могут существовать только при очень чистом состоянии окружающей среде. Лишайники являются чувствительными индикаторами различных видов воздушного загрязнения. Недавние исследования, произведённые в университете Ноттингема, показали, что образующие подушки виды рода Cladonia могут служить чувствительными индикаторами кислотных дождей. 

2.    Прямое  воздействие на человека. Особую  опасность для здоровья человека  представляют аэрозольные частицы  кислотного характера. Степень  их опасности зависит в первую  очередь от их размеров. Крупные  аэрозольные частицы задерживаются  в верхних дыхательных путях,  тогда как мелкие (менее 1 мкм.) капли состоящие из смеси серной  и азотной кислот могут проникать  в самые отдаленные участки  легких и наносить там существенные  повреждения. Кроме того такие  металлы как алюминий (и др. тяжелые  металлы) могут попасть в ту  пищевую цепочку на вершине  которой стоит человек, что  может привести к его отравлению. 

3.    Коррозия  металлов, зданий и памятников. Причиной  коррозии является увеличение  концентрации иона водорода на поверхности металлов, от которой в большой степени и зависит их окисление. В загородных районах степень коррозии металлоконструкции составляет несколько микрометров в год, в то время как в загрязненных городских районах она может достигнуть 100 мкм. в год. Кислотный дождь может причинять ущерб не только металлам, но и зданиям, памятникам и прочим сооружениям. Памятники построенные из известняка и песчанника подвергаясь воздействию кислотного дождя разрушаются очень быстро. Содержащийся в песчанниках и известняках СаСО3 превращаясь в сульфат кальция легко вымывается дождевой водой. 

Пути  решения проблеммы: 

Для разрешения проблеммы кислотных дождей необходимо уменьшить выбросы двуокиси серы и окиси азота в атмосферу. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения энергии получаемой человеком при сжигании ископаемого топлива и увеличения количества электростанций использующих альтернативные источника энергии (энергия солнечного света, ветра, энергию приливов и отливов).  

Другие  возможности для  уменьшения выбросов загрязняющих веществ  в атмосферу это: 

1.Снижение содержания серы в различных видах топлива. Наиболее приемлемым решением было бы использование только тех видов топлива, которые содержат минимальные количества соединений серы. Однако таких видов топлива очень мало. Только 20% из всех мировых запасов нефти имеют содержание серы менее 0,5%. И в будующем, к сожалению, содержание серы в используемом топливе будет увеличиваться, так как нефть с низкими содержаниями серы добывается ускоренными темпами. Также дело обстоит и с ископаемыми углями. Удаление серы из состава топлива оказалось очень дорогим процессом в финансовом плане, к тому же удается вывести из состава топлива не более 50% соединений серы, что является недостаточным количеством.