Глобальные проблемы человечества

Фотохимический  туман (смог). 

  Фотохимический  туман представляет собой   многокомпонентную смесь газов  и аэрозольных частиц первичного  и вторичного происхождения. В  состав основных компонентов  смога входят: озон, оксиды азота и серы,  многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических  реакций при определенных условиях:  наличии в атмосфере высокой концентрации  оксидов азота,  углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации  и  безветрия  или очень слабого  обмена воздуха в приземном слое при мощной и, в  течение не менее суток, повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации  реагирующих  веществ.  Такие условия  создаются  чаще  в июне, сентябре и реже зимой.  При продолжительной ясной погоде солнечная радиация  вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода.  Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон.  Казалось бы,  последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в  молекулярный  кислород,  а оксид азота - в диоксид.  Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов,  которые  при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида  азота расщепляются и дают дополнительные количества озона.  Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами.  В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для  фотохимического тумана  оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. 

Химическое  загрязнение природных вод.

  Всякий  водоем  или водный источник  связан с окружающей его   внешней средой.  На него оказывают  влияние условия формирования  поверхностного или подземного  водного стока,  разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт,  хозяйственная  и  бытовая деятельность человека.  Последствием этих влияний является внесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в  водную среду,  классифицируют  по-разному,  в зависимости от  подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения.  Химическое загрязнение представляет  собой  изменение  естественных   химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей, как неорганической (минеральные соли,  кислоты, щелочи, глинистые частицы),  так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические  остатки,  поверхностно-активные  вещества, пестициды).

Неорганическое  загрязнение. 

  Основными  неорганическими (минеральными) загрязнителями  пресных и  морских вод являются  разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной  среды.  Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном,  а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический  эффект  некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице: 

Степень токсичности (примечание):

-        - отсутствует.

+       - очень слабая.

++     - слабая.

+++   - сильная.

++++ - очень  сильная. 

  Кроме  перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН⁵ промышленных  стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять pН водной среды до значений 5,0 или выше 18,0,  тогда как рыба в пресной  и  морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников  загрязнения  гидросферы  минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн. т.  солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 млн. т./год. Отходы, содержащие ртуть,  свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем,  подавляя  развитие фитопланктона. Отходы,  содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек.  Дальнейшая ее миграция сопровождается  накоплением  метиловой  ртути  и  ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность  приобрела болезнь Минамата,  впервые обнаруженную японскими учеными у людей,  употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата,  в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

Органическое  загрязнение.

  Среди  вносимых в океан с суши  растворимых веществ, большое   значение для обитателей водной  среды имеют  не  только  минеральные, биогенные элементы,  но и органические остатки. Вынос в океан  органического  вещества  оценивается  в 300  -  380  млн. т./год. Сточные воды,  содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество,  пагубно влияют на состояние водоемов.  Осаждаясь, суспензии заливают  дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться  вредные соединения и отравляющие вещества,  такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке.  Наличие суспензий  затрудняют также проникновение света в глубь воды, и замедляет процессы фотосинтеза.  Одним из основных санитарных требований,  предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества  кислорода.  Вредное действие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно-активные вещества - жиры,  масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между  водой и атмосферой,  что снижает степень насыщенности воды кислородом.  Значительный объем  органических  веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже: 

     ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА           КОЛИЧЕСТВО В МИРОВОМ СТОКЕ

                                                                                       МЛН.Т./ГОД

  1. Нефтепродукты.                                                           26,563

  2. Фенолы.                                                                        0,460

  3. Отходы  производств

      синтетических волокон.                                               5,500

  4. Растительные  органические остатки.                          0,170

  5. Всего.                                                                           33,273

  В  связи с быстрыми темпами урбанизации⁶ и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва  загрязняются бытовыми отходами.  Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера).  Разлагаясь в  водной  среде,  органические отходы могут стать средой для патогенных организмов⁷. Вода, загрязненная органическими отходами,   становится  практически  непригодной  для питья и других надобностей.  Бытовые отходы опасны не  только тем, что  являются  источником  некоторых  болезней  человека (брюшной тиф,  дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов. 

Загрязнение почвы.

  Почвенный  покров Земли представляет собой  важнейший компонент биосферы  Земли. Именно почвенная оболочка  определяет многие процессы, происходящие  в биосфере.

  Важнейшее  значение почв состоит в аккумулировании   органического вещества,  различных  химических  элементов,  а также энергии. Почвенный покров  выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова,  его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами.

Пестициды как загрязняющий фактор. 

  Открытие  пестицидов - химических средств  защиты растений и животных  от  различных  вредителей  и болезней - одно из важнейших  достижений современной науки.  Сегодня  в  мире  на  1 га. наносится 300 кг. химических средств. Однако в результате длительного применения пестицидов в сельском хозяйстве, медицине (борьба  с переносчиками болезней), почти повсеместно происходит снижение эффективности, вследствие развития резистентных  вредителей и распространению “новых” вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были  уничтожены пестицидами.  В  то же время действие пестицидов стало проявляться в глобальных масштабах.  Из громадного количества насекомых вредными  являются лишь 0,3%  или 5 тыс. видов. У 1250-ти видов обнаружена резистентность к пестицидам. Это усугубляется явлением перекрёстной резистенции,  заключающейся в том, что повышенная устойчивость к действию одного  препарата сопровождается устойчивостью к соединениям других классов.  С общебиологических позиций резистентность можно  рассматривать как смену  популяций в результате перехода от чувствительного штамма к устойчивому штамму того же вида  вследствие  отбора, вызванного пестицидами.  Это явление связано с генетическими, физиологическими и биохимическими перестройками  организмов.

  Неумеренное  применение пестицидов (гербицидов, инсектицидов, дефолиантов) негативно  влияет на качество почвы.  В  связи  с  этим усиленно  изучается судьба пестицидов  в почвах и возможности их  обезвреживать химическими  и  биологическими способами. Очень  важно создавать и применять только препараты с небольшой  продолжительностью  жизни,  измеряемой неделями или месяцами.  В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с большой  скоростью  деструкции, однако проблема в целом ещё не решена. 

Кислые  атмосферные выпады на сушу.

  Одна  из острейших глобальных проблем  современности и обозримого будущего  -  это проблема возрастающей  кислотности атмосферных осадков  и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают  засух,  но их естественное плодородие понижено и неустойчиво;  они быстро истощаются и урожаи на них низкие.  Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды  распространяется  на  весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод.  Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств  оксидов  серы, азота, углерода. Эти оксиды, поступая в атмосферу, переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в  растворы  смеси сернистой,  серной,  азотистой,  азотной и угольной кислот,  которые выпадают в виде “кислых дождей” на сушу,  взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев⁸, нефти, углей,  газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу оксидов серы,  азота,  сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков,  наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём  систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.