УчениT о биосфере

1.2. Органические  токсины          

Органические вещества, являющиеся токсичными для микроорганизмов, животных, человека, вырабатываются бактериями, микроводорослями, растениями, насекомыми, рыбами, пресмыкающимися. Различные биологические виды используют эти токсины и для борьбы за экологическую нишу (сине-зеленые водоросли) и как средство защиты или нападения. Среди природных токсинов есть и столь простые вещества, как синильная кислота, аллилтиоцианид, пентаметилендиамин, и соединения группы алкалоидов, и наиболее токсичные вещества белковой природы – ботулинический и дифтерийный токсины. Однако число природных токсинов составляет ничтожную долю токсичных веществ, созданных в лабораториях органического синтеза и нашедших применение не только в криминальных целях, но и в медицине, технике мирной и военной (как боевые отравляющие вещества). От безумия химической войны человечество отказалось, а безумие экотоксикации – выбросов в окружающую среду органических веществ, губительно действующих на здоровье миллиардов людей продолжается. Наиболее опасными среди множества токсичных веществ, образующихся при сжигании ископаемых топлив (нефтепродуктов, угля, дерева и т. д.), в производствах химической, нефтехимической, металлургической, целлюлозно-бумажной промышленности, являются полиароматические углеводороды (ПАУ), и в особенности диоксины. Самой канцерогенной (мутагенной) токсичностью обладают такие вещества этой группы, как: холантрен, перилен, бензапирен, дибензпирен.Токсичные свойства бензапирена изучены на мышах: обнаружено подавление популяции за счет гибели при рождении и уменьшения веса новорожденных животных. Показано, что возникновение раковых заболеваний происходит и при ингаляции, и при введении бензапирена с пищей, а также при контакте с кожей. Однако эти результаты получены при дозах бензапирена в сотни и тысячи раз больших, чем получаемые людьми из окружающей среды. В атмосфере ПАУ довольно устойчивы. Их постепенная трансформация в иные продукты происходит при взаимодействии с озоном (с образованием полиядерных хинонов) и диоксидов азота (продукты -– итробензапирены, отличающиеся высокой мутагенной активностью). Бензапирен, попавший в организм, частично выводится в неизменном виде, а частично окисляется, давая производственные фенольного и хинонного типа. Некоторые из этих продуктов также присуща мутагенная активность.

          Сложность защиты окружающей среды от ПАУ связаны с малостью концентраций этих веществ. Однако эта опасная малость несравнима с малостью концентрации суперэкотоксинов -  веществ группы диоксинов.          

«Грязной дюжиной» называют группу из 12 токсичных хлорорганических веществ. Некоторые из низ используются как биологически активные вещества в сельском хозяйстве, технике, другие попадают в окружающую среду как примесь к другим веществам. Все эти вещества долгожители, они химически устойчивы в условиях окружающей среды. В «грязную дюжину» входят пестициды, известные под торговыми наименованиями линдан, лантрен, ДДТ, а также три группы веществ с обобщенным названием «диоксины» (Д). Именно эта группа Д опасна для всех потребляющих кислород организмов планеты. Объединение химически различных веществ в одну группу Д обусловлено качественным сходством их токсических свойств – политоксичностью. Длительное воздействие Д в ничтожных концентрациях приводит к росту онкологических заболеваний, гибели плода в матке, рождению детей с физическими и психическими уродствами, к снижению и потере иммунитета. Последнее дало основание для броского названия токсикации Д – химический СПИД. Недавние исследования в США выявили еще один вид токсикации Д – потерю фертильности мужской спермы. Сегодня около 20% американских семей не могут иметь детей, а в начале ХХI века по прогнозу это число может возрасти до 50%. Самая легкая форма токсикации Д – потеря способности к длительным физическим  и умственным усилиям. В особом положении находятся дети. Их токсикация диоксинами начинается с первого глотка материнского молока. В молоке кормилиц содержание Д существенно больше, чем в коровьем (у коров лактация – непрерывный процесс). Содержание Д в молоке женщин США и России примерно одинаково и в несколько раз меньше, чем у женщин Южного Вьетнама. Этот факт – память о 130-170 кг диоксинов, содержавшихся как малая примесь в 52 тыс. т «оранжевого реагента» – дефолианта, распыленного самолетами американских ВВС на леса в ходе вьетнамской войны 1962 – 1970 гг. Именно последствия этой войны привели к пониманию грозной опасности диоксинов для человечества.         

 По данным за 1996 г., суммарный выброс Д, выраженный в ЭТ (эквивалент токсичности), в США составляет около 10 кг/год. Половина этого количества приходится на мусоросжигательные заводы и сжигатели медицинских отходов. Вклады в суммарный выброс Д из этих источников практически одинаковы, хотя массы сжигаемых материалов различны. Твердых бытовых отходов (картон, бумага, пищевые отходы, пластиковые изделия, резина) на мусоросжигательных заводах сжигается около 20 млн. т в год, а медицинских отходов – в 6 – раз меньше. Но в медицинских отходах намного больше пластиковых изделий, преимущественно из поливинилхлорида. Почти 57% (масс) этого материала приходится на хлор. Повышенная температура, наличие органических веществ, особенно ароматических веществ и хлора – условия, в которых происходит образование диоксинов. При принятой на мусоросжигательных заводах температуре 850 С диоксины сгорают, но частично образуются вновь при понижении температуры отходящих газов.         

 В США, как и в  странах Западной Европы, опасность  диоксиновой токсикации осознана. Принято решение о ликвидации более тысячи из 6700 функционирующих сжигателей медицинских отходов. Ведется компания за сортировку     бытовых отходов с отделением пластмассовых изделий на стадии сбора мусора. В Швеции – мировом лидере в деле охраны окружающей среды – бытовая сортировка мусора практикуется уже многие годы. Поразительны результаты борьбы с выбросами Д в Нидерландах, где мусоросжигательные заводы также были основным источником выбросов Д. В 1990 г. эти выбросы составляли (в ЭТ) 412 г/год. Стоившая миллиарды долларов реконструкция заводов – оснащение их очистительными сооружениями (адсорбция Д на пирофорных углях) – привела к снижению выбросов в 1996 г. до 4,1 г/год. Еще один способ снижения образования Д при уничтожении мусора – его газификация и сжигание образующихся горючих газов с утилизацией твердых и жидких отходов. В России основным источником образования Д являются, по-видимому, предприятия химической промышленности и целлюлозно-бумажные комбинаты, на которых применяют хлорную отбелку целлюлозы. Сточные воды этих комбинатов содержат полихлордибензофураны. Заметную добавку к выбросам Д в атмосферу привносят работающие на угле ТЭС, а также лесные пожары. Общее количество выбросов Д в России не установлено, но, вероятно, измеряется десятками килограммов в год. Осуществление программы строительства мусоросжигательных заводов в Москве и других крупных городов приведет к быстрому росту загрязнения диоксинами этих городов и окрестностей. С последующим ростом числа таких заводов произойдет заметное увеличение выбросов Д в окружающую среду в России. О сложной диаксиновой ситуации и ее ужасных последствиях для России было сказано в докладе Государственной комиссии в 1990г. За прошедшее с 1990 г. время ситуация вряд ли улучшилась. В конце 1995 г. было принято постановление правительства № 1102 «Защита окружающей среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов на 1996/97 годы». О результатах реализации этой программы говорилось преждевременно.          

 В заключение разговора  о диоксинах хотелось бы немного сказать об их выведении из организма. Выведение неизменного Д из организма происходит в основном в результате почечной фильтрации. Медленность такого самоочищения связана с тем, что подавляющая часть Д сконцентрирована в жировых тканях организма. Это более лабильная форма удержания, чем, например свинца в костном скелете. Для диоксинов не существует таких норм, как ПДК, - эти вещества токсичны при любых концентрациях, меняются лишь формы проявления Д-токсикации организма. Содержание Д в пищевых продуктах определяется главным образом их жирностью. Больше всего содержание Д в жирных сортах рыбы и мяса, масле, сырах.  Об этом не следует забывать, т.к. основное количество Д в организм попадает не с водой и воздухом, а с пищей.

 

 

          1.3. Кислотные дожди           

Дождевая вода часто содержит различные природные и антропогенные  химические вещества, в том числе  кислотного характера. Наиболее естественной является вода с рН =5,6.  Дождевая вода считается кислой, если ее рН < 5. Кислотные дожди (рН <5) характерны для высокоурба-низированных областей Западной Европы, США и Японии, но отмечены также и в удаленных океанических районах. В дождевой воде обнаружены в основном серная, азотная, муравьиная и уксусная кислоты. Их предшественниками являются диоксид серы, диоксид азота и органические соединения.         

 Образующиеся в атмосфере  кислоты входят в состав туманов,  облачных и дождевых капель. Причем, концентрация примесей у поверхности  земли наибольшая и поэтому  в туманах наибольшая концентрация  примесей кислот. Таким образом,  для сельского хозяйства и  огородов более пагубны туманы. На высоте нескольких километров, где существуют облачные капли,  концентрация примесей в атмосфере  значительно меньше, чем у поверхности.  При образовании дождя происходит  разбавление облачных капель и, соответственно, концентрация примесей и кислот еще сильнее понижается. Образовавшиеся кислоты выводятся из атмосферы дождями примерно 7 суток. При этом кислоты попадают в водоемы, на растительность, почву и различные объекты человеческой деятельности (здания, памятники и т. д.).          

Кислотные дожди и озера. Величина рН пресноводных водоемов лежит в интервале 6-8. Закисление внутренних водоемов стало носить массовый характер в США и странах Западной Европы особенно во второй половине ХХ столетия. Последствия закисления хорошо известны. Для рыб наиболее благоприятными являются условия при рН в интервале от 6,5 до 8,5. Снижение рН воды особенно пагубно для таких пород рыб, как форель, плотва: при рН 5,6-4,6 наблюдается массовая гибель рыбы. Особенно сильно закисление воды влияет на развитие икры и мальков. Способность рыб к размножению начинается резко снижаться при рН = 5,5, а при рН < 4,5 размножение рыб прекращается.           

Кислотные дожди и растения. Низшие растения сильнее подвержены действию кислотных дождей, чем высшие, что проявляется в сокращении видового разнообразия. Влияние газообразного диоксида серы на высшие растения не всегда носит негативный характер. В малых концентрациях (100 ppt) диоксид серы служит в качестве питания для растений и предотвращает образование грибковых заболеваний. При концентрациях, которые в настоящее время характерны для большинства районов земного шара (10ppb и менее), диоксид серы не должен оказывать заметного влияния на растения. Урожайность зерновых культур не снижается при воздействии диоксида серы в концентрации 100ppb и выше. Негативное влияние оксидов серы и азота существенно проявляется в сочетании с озоном.          

Кислотные дожди и почва. Для наиболее эффективного произрастания растений почва должна иметь рН в интервале 5 – 7. Кислотные дожди с рН = 4 и менее, могут существенно ухудшить плодородие почвы. Если величина рН почвы равна 3, то на таких землях уже практически ничего не может произрастать. Так, например, крупные предприятия цветной металлургии (Братск, Норильск) оказывают негативное влияние на состояние лесов в радиусе до 150 км.

          Возвращение закисленных почв в нормальное состояние – длительный и дорогостоящий процесс.          

Меры  борьбы с кислотными осадками. Существенным фактором образования кислотных дождей является - антропогенные воздействия. Образование кислотных осадков вызвано накоплением в атмосфере оксидов серы и азота и летучих органических веществ, вследствие переработки топливно-энергетического сырья, производство и очистка цветных металлов, производство серной кислоты и бумаги, сжигание топлива и биомассы.          

 Из разведанных к  настоящему времени и пригодных  к эксплуатации месторождений угля, нефти и газа во всем мире основная доля приходится на уголь. Соотношение этих ресурсов (в энергетической шкале) 83 : 14 : 3, в то время как структура потребления иная, а именно 33 : 44 : 23. Потребление газа в России составляет существенно большую долю, чем в среднем по всему миру. С точки зрения окружающей среды это безусловно имеет громадное положительное значение, т.к. газовое топливо экологически самое чистое, но есть опасение, что его запасы могут исчерпаться. Не исключена возможность, что природный газ будет заменен метаном, добываемым из газогидратов, но пока это технология будущего.          

Для защиты окружающей среды от вредных антропогенных  веществ (продуктов сгорания) в принципе возможны два пути: очистка исходного  топлива и очистка отходящих  газов.

          Количество оксидов азота, образующихся при сгорании топлива за счет азота воздуха, снижается, если применяют режимы горения при более низкой температуре. Для очистки отходящих газов от оксидов азота используют методы каталитического восстановления оксидов до свободного азота. Например, в Германии широко применяется процесс каталитического восстановления оксидов азота с участием аммиака. Это метод позволяет очистить отходящие газы от оксидов азота на 95%. Что касается охраны природы от антропогенного диоксида серы, то решать эту проблему нужно двояким образом: путем очистки топлива от серосодержащих веществ и путем очистки отходящих газов, выделяемых при горении. Для восстановления утраченных экологических условий на озерах и почвах применяется известкование.

 

 

 

 

 

 

 

         Заключение          

В заключение хочется добавить к вышесказанному, что выбросы  в окружающую среду  токсичных веществ могут также привести к еще одной экологической проблеме – как  усиление парникового эффекта, следствием которого будет таяние ледников, тепловое расширение вод Мирового океана, изменение уровня осадков и увеличение контрастности климата, наконец, разрушение вечной мерзлоты в приполярных районах. Последнее очень важно для России и Канады, т.к. значительные территории этих стран лежат в зоне, где какая-либо хозяйственная деятельность возможна только лишь при условии сохранения вечной мерзлоты (ее оттаивание означает заболачивание).         

 Еще одна из наиболее  острых химических проблем глобальной  экологии связана с опасностью  антропогенного воздействия на  химические процессы в атмосфере,  чреватые уменьшением в ней  общего содержания озона, следствием  чего является  образование «озоновых дыр». Общеизвестна защитная роль стратосферного озона от опасной для многих живых организмов части радиации Солнца. Уменьшение его содержания приведет к усилению притока этой радиации к земной поверхности и увеличению частоты заболеваемости не злокачественными формами рака кожи.         

 Многие развитые страны (прежде всего в Голландии,  США, Германии и Японии) уже  осознали угрозу токсических  веществ на окружающую среду  и человечество. В этих странах  на федеральном уровне приняты  обширные и стабильно финансируемые  Программы исследований и практических  мероприятий, направленные на  выявление уровней загрязнения  различных объектов окружающей  среды диоксинами и фуранами и предотвращение дальнейших выбросов и сбросов этих экотоксикантов при различных видах хозяйственной деятельности. Выполнение этих Программ привело  к уже существенным положительным результатам. В России Федеральная Программа «Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов на 1996 – 1997 года» явилась лишь первым шагом на пути решения этой важнейшей государственной проблемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Список используемой литературы:

1. Алексеенко В.А. Жизнедеятельность и биосфера: учебное пособие для 

   вузов / В.А. Алексеенко.- М.: Логос, 2005. - 232 с.

2. Вернадский В.И. Биосфера (избранные труды по биогеохимии). М.:         

   Мысль, 2005.-  374 с.

3. Воробьеа А.Е. Человек и биосфера: глобальные изменения клима-та:

   учебник для студ.вузов, обуч. по напр. «Геоэкология»: в 2 ч.. Ч 1 / А.Е.

   Воробьев, Л.А. Пучков. М.: РУДН, 2006. -  442 с.