Тема-2.4 Чрезвычайные ситуации экологического характера
Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и с окружающей средой. Все элементы живой и неживой природы влияют на состояние и жизнедеятельность друг друга. Для жизни на Земле очень важно, чтобы между элементами живой и неживой природы сохранялось устойчивое экологическое равновесие.
Экологическая катастрофа – стихийное бедствие, крупная производственная или транспортная авария, которая привела к массовой гибели живых организмов и большому материальному ущербу.
К числу основных глобальных факторов дестабилизации природной среды, которые проявляются как последствия чрезвычайных ситуаций экологического характера относятся:
• рост потребления природных ресурсов при их сокращении;
• рост населения планеты при сокращении пригодных для обитания территорий;
• деградация основных компонентов биосферы и обусловленное этим снижение способности природы к самоподдержанию и обеспечению существования человеческой цивилизации;
• возможные изменение климата и истощение озонового слоя Земли;
• сокращение биологического разнообразия;
• возрастание экологического ущерба от стихийных бедствий и техногенных катастроф.
Чрезвычайные ситуации экологического характера подразделяются на 4 вида.
• ЧС, связанные с изменением состава и свойств воздушной среды
• ЧС, связанные с изменением состояния водной среды
• ЧС, связанные с изменением состояния почвы, недр, ландшафта
• ЧС, связанные с изменением состояния живой оболочки Земли
Чрезвычайные ситуации, связанные с изменением состава и свойств атмосферы — воздушной среды: загрязнение воздуха происходит по природным причинам и в результате хозяйственной деятельности человека.
Природные причины загрязнения воздуха:
• космическая пыль,
• деятельность вулканов,
• действие ветра на почву и горные породы.
Причины, связанные с деятельностью человека:
• выбросы вредных веществ промышленных предприятий;
• электростанций;
• выбросы транспортных средств;
• неосторожное обращение с огнём в лесах;
• значительное превышение предельно-допустимого уровня городского шума;
• резкие изменения погоды или климата в результате антропогенной деятельности;
• превышение ПДК вредных примесей в атмосфере;
• острый “кислородный” голод в городах;
• температурные инверсии над городами;
• образование обширной зоны кислотных осадков;
• разрушение озонного слоя атмосферы;
• значительные изменения прозрачности атмосферы.
Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества. Хлор наносит урон органам зрения и дыхания. Фториды, попадая в организм человека через пищеварительный тракт, вымывают кальций из костей и снижают содержание его в крови. При вдыхании фториды отрицательно воздействуют на дыхательные пути. Гидросулъфид поражает роговицу глаз и органы дыхания, вызывает головные боли. При высоких концентрациях возможен летальный исход. Дисульфид углерода является ядом нервного действия и может вызвать психическое расстройство. Острая форма отравления приводит к наркотической потере сознания. Опасны для вдыхания пары или соединения тяжелых металлов. Вредны для здоровья соединения бериллия. Диоксид серы поражает дыхательные пути. Оксид углерода препятствует переносу кислорода, отчего наступает кислородное голодание организма. Продолжительное вдыхание оксида углерода может оказаться смертельным для человека.
Опасны в малых концентрациях в атмосфере альдегиды и кетоны. Альдегиды оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками, разрушающими нервную систему, нервную систему поражают также фенольные соединения и органические сульфиды.
Наличие пыли в атмосфере, помимо вышеуказанных отрицательных последствий, уменьшает поступление к поверхности Земли ультрафиолетовых лучей. Наиболее сильно влияние загрязнений на здоровье человека проявляется в период смогов. В это время ухудшается самочувствие людей, резко возрастает число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.
Загрязнения атмосферы вредно сказываются и на растениях. Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова. Наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.
Загрязняющие атмосферу вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения как за счет непосредственного отравления зеленой массы, так и интоксикации почвы.
Аналогично действуют и кислотные дожди: снижают плодородие почв, отрицательно воздействуют на флору и фауну, сокращают сроки службы электрохимических покрытий, особенно хромоникелевых красок, снижается надежность работы машин и механизмов, под угрозой находятся более 100 тыс. используемых видов цветного стекла.
Одной из серьезных проблем, связанных с загрязнением атмосферы, является возможное изменение климата от воздействия антропогенных факторов, которые вызывают:
непосредственное воздействие на состояние атмосферы, связанное с повышением или понижением температуры и влажности воздуха;
изменение физических и химических свойств атмосферы, ее радиационных и электрических характеристик, изменение состава тропосферы (увеличение концентрации диоксида углерода, оксидов азота, хлорфторуглеродов, метана, озона, криптона, пылевых аэрозолей);
изменение состояния и свойств верхних слоев атмосферы, озонового экрана под действием фреонов и оксидов азота, а также появление аэрозоля в стратосфере (извержение вулканов);
изменение отражательной способности Земли, влияющее на взаимодействие элементов климатической системы (газообмен между океаном и атмосферой, изменение влажности атмосферы).
Колебания климата влияют на состояние и жизнедеятельность человека. При изменении температуры воздуха и осадков изменяются распределения водных ресурсов, условия развития человеческого организма.
Изменение климата оказывает влияние на сельское хозяйство. При потеплении увеличивается продолжительность вегетационного сезона (на 10 дней на каждый °С повышения температуры). Повышение концентрации диоксида углерода приводит к повышению урожайности.
В результате антропогенной деятельности в верхних слоях атмосферы (ионосфере) появляются зоны с пониженной электронной концентрацией (ионосферные дыры). Это происходит вследствие накопления диффузии различных веществ при запуске мощных ракет, под влиянием электромагнитных излучений мощных передающих устройств. Вред приносят выбросы воды и водосодержащих соединений при запуске ракет. В связи с этим состояние ионосферы может существенно измениться, ухудшится способность передачи радиосигналов на большие расстояния.
Антропогенное воздействие на атмосферу приводит к ионизации воздуха, определяющей электрические свойства атмосферы. Изменение электрических свойств атмосферы более чем на 10% приведет к нежелательным эффектам и усугублению проблем электротравматизма. Загрязнение атмосферы в основном происходит от сжигания природного топлива транспортом, коммунальным хозяйством, промышленностью. В городах на долю транспорта приходится более 60% загрязняющих веществ, на предприятия теплоэнергетики — около 15%, и 25% выбросов приходятся на промышленные и строительные предприятия. Основные загрязнители воздуха — оксиды серы, азота, метан и угарный газ. У растений загрязнение атмосферы ведет к серьезным нарушениям метаболизма и различным заболеваниям. От сернистого газа разрушается хлорофилл и затрудняется развитие пыльцевых зерен, высыхают и опадают листья и хвоя.
Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 100 млн. т оксидов серы, более 70 млн. т оксидов азота, 180 млн. т угарного газа.
Кислотные осадки (дождь, снег, туман) образуются при растворении в воде диоксидов серы и азота (SО2, NО). Кислые осадки вымывают из листьев растений белки, аминокислоты, сахар, калий, повреждают верхний защитный слой. Растворы кислот вносят в почву кислую среду, вызывают вымывание гумуса, снижая количество жизненно важных солей кальция, калия, магния. Кислотные почвы бедны микроорганизмами, в них замедляется скорость деструкции опада, сокращение численности редуцентов нарушает сбалансированность экосистем.
Кислотные дожди уничтожают громадные экосистемы, вызывают гибель растений и лесов, превращают озера и реки в безжизненные водоемы. В США за последние 100 лет кислотные дожди стали в 40 раз более кислыми, около 200 озер остались без рыбы, в Швеции 20% озер находятся в катастрофическом состоянии. Более 70% шведских кислых дождей вызвано выбросами других стран. Около 20% кислых дождей в Европе — следствие выбросов окислов серы в Северной Америке.
Смог. Смог (англ. smog, от smoke — дым и fog — туман), сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах. Смог — токсический (отравляющий) туман.
Смог — это смесь оксида азота и летучих органических соединений, загрязняющих воздух. А в сочетании с солнечным светом, эта смесь участвует в формировании озонового слоя.
Источников для формирования смога большое количество. К ним относятся, выхлопные газы автомобилей, отработанные газы электростанций и заводов, бытовые товары (лак для волос, краска, химические растворители). В больших городах главной причиной смога, являются выхлопные газы автомобилей.
Усугубить смога могут и погодные условия, такие как высокие температуры воздуха и безветрие. В солнечные дни смога становится гуще, опускается ниже к земле и может держаться несколько дней, ветер может переносить загрязненный воздух на большие расстояния.
Смог бывает следующих типов:
• Влажный смог лондонского типа — сочетание тумана с примесью дыма и газовых отходов производства.
• Ледяной смог аляскинского типа — смог, образующийся при низких температурах из пара отопительных систем и бытовых газовых выбросов.
• Радиационный туман — туман, который появляется в результате радиационного охлаждения земной поверхности и массы влажного приземного воздуха до точки росы.
• Сухой смог лос-анджелесского типа — смог, возникающий в результате фото-химических реакций, которые происходят в газовых выбросах под действием солнечной радиации; устойчивая синеватая дымка из едких газов без тумана.
Фотохимический смог или по-другому фотохимический туман – это относительно новый тип атмосферного загрязнения. Фотохимический смог – это многокомпонентная смесь газов и аэрозольных частиц. Основными компонентами смога являются озон, оксиды серы и азота, а также многочисленные органические соединения перекисной природы, которые в совокупности называются 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 безветрие. 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. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются и образуют осколки молекул, и избыток озона. Возникает циклическая реакция, в результате 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. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. Смог снижает видимость, усиливает коррозию металлов и сооружений, оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека. Интенсивный и длительный смог может явиться причиной повышения заболеваемости и смертности.
Фотохимический смог может вызвать поражение дыхательных путей, рвоту, раздражение слизистой оболочки глаз и общую вялость. В ряде случаев в фотохимическом смоге могут присутствовать соединения азота, которые повышают вероятность возникновения раковых заболеваний.
Смог состоит из большого количества загрязнителей, вредных для здоровья человека. Он опасен для животных и растений. У людей смога может вызвать (или усугубить) астму, хронические бронхиты, эмфизему легких, а также раздражение глаз и снижение иммунитета.
От фотохимического смога страдают и люди, и растения, и постройки, и различные материалы. Фотохимический туман вызывает у людей раздражение слизистых оболочек глаз, носа, горла. Он обостряет легочные и различные хронические заболевания, кроме того, помимо раздражающего воздействия может оказать и общетоксическое. Для смога характерен неприятный запах.
Особенно плохо фотохимический смог влияет на бобы, свеклу, злаки, виноград, а также декоративные растения. Признаком того, что растение подверглось вредному влиянию фотохимического тумана, является набухание листьев, которое затем переходит в появление на верхних листьях пятен и белого налета, а на нижних ведет к появлению бронзового или серебристого оттенка. Затем растение начинает быстро чахнуть.
Кроме всего прочего, фотохимический туман ведет за собой ускоренную коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, и даже порчу одежды.
В больших городах количество солнечного света из-за смога уменьшается на 10-15%, ультрафиолетовых лучей — на 30%.
Озоновые дыры. В атмосфере на высоте 20-25 км расположено большое количество молекул озона (О3), поглощающего жесткую часть солнечного спектра, губительную для живых организмов. С загрязнением атмосферы также связано ухудшение состояния озонового слоя, основная функция которого состоит в охране человека и природной среды Земли от губительного воздействия ультрафиолетового излучения из Космоса. Ученые предполагают, что главной причиной возникновения озоновых дыр является накопление фреонов (хлорфторуглеродов СFСl3, СF2Сl2), используемых при изготовлении аэрозолей и в холодильной промышленности. Эти газы сохраняются в атмосфере десятилетиями. Попадая в стратосферу, они разлагаются солнечной радиацией с образованием атомов хлора, катализирующих превращение озона в кислород.
Под воздействием озоноразрушающих веществ — фреона, хлора, углерода, выделяемого холодильными установками, автомобилями, аэрозольными баллончиками, идет постепенное разрушение этого слоя. Известно, что в северных регионах Европейского континента над густонаселенными территориями его толщина уменьшилась на 3%. Сокращение же озонового слоя на 1% ведет к росту онкологических заболеваний на 6%.
В 1982 г. ученые обнаружили дыру в озоновом слое над Антарктидой, в 1987 г. — над Северным полюсом. Ученые опасаются, не возникнут ли дыры и над обитаемой частью земного шара. Это может привести к всплеску заболеваний раком кожи, катарактой, к нарушениям лесных и морских экосистем.
Окислы серы — основной загрязнитель, источником которого являются тепловые станции, котельные, комбинаты тяжелой промышленности. Сернистый газ и окислы азота при взаимодействии с парами вода (облаками) порождают кислотные дожди, которые уничтожают урожай, растительность, рыбные запасы.
Наряду с сернистым газом отрицательное воздействие на состояние атмосферы оказывают углекислый и угарный газы, получаемые от сжигания углеводородов (угля, нефти и другого органического топлива). Здесь основным источником загрязнения является транспорт. За все предшествующие годы доля углекислого газа в атмосфере увеличилась на 20% и к началу XXI в. может составить 30—40%,
Такое физико-химическое изменение атмосферы может привести к явлению парникового эффекта. Суть его в том, что накопление углекислоты в верхних слоях атмосферы будет препятствовать нормальному процессу теплообмена между Землей и Космосом, сдерживать тепло, накапливаемое Землей в результате хозяйственной деятельности человека, а также при извержении вулканов и от геотермальных вод. Парниковый эффект выражается в повышении температуры, изменении погоды и климата.
Некоторые атмосферные газы хорошо пропускают видимый свет и поглощают тепловое излучение планеты, вызывая общее потепление. Парниковый эффект на 50% обусловлен присутствием углекислого газа, 18% вносит метан и 14% фреоны. Увеличение количества СО2 в атмосфере вызвано в основном сжиганием топлива и сведением лесов под распашку, а также интенсивной минерализацией гумуса обширных пахотных земель.
Метан поступает в атмосферу из болотистых районов, от переувлажненных почв рисовых плантаций, от многочисленных скотоводческих хозяйств, при вскрытии угольных месторождений. Метан — один из основных продуктов метаболизма жвачных, придающий характерный острый запах их выделениям. В ХХ в. количество СО2 в атмосфере выросло на 25%, а метана — на 100%, что повысило среднюю температуру на 0,5°С. При такой тенденции в ближайшие 50 лет температура может подняться на 3-5°С. Расчеты показывают, что таяние полярных льдов приведет к повышению уровня мирового океана на 0,5-1,5 м. Общее количество осадков увеличится, но в центральных частях материков климат может стать более засушливым и пагубным для урожая, прежде всего зерновых и риса (для 60% населения Азии рис — основной продукт).
Уже в наше время, при современных антропогенных нагрузках, каждые 10 лет температура будет повышаться на 0,5°С, что повысит уровень Мирового океана из-за таяния льдов за каждые 10 лет на 1—1,2 м. Известно, что подъем уровня Мирового океана на 6 м приведет к затоплению 1/6 суши Земли. Другим последствием парникового эффекта является рост опустынивания земель из-за интенсивного испарения влаги, содержащейся в почве. Уже сейчас 6 млн га земель ежегодно обращаются в пустыню.
Радиоактивное заражение атмосферы. Радиоактивные частицы в атмосферных потоках быстро распространяются на большие расстояния, заражая почву и водоемы, растения и животных. Через четыре месяца после каждого ядерного взрыва на атоллах Тихого океана радиоактивный стронций обнаруживался в молоке европейских женщин.
Радиоактивные изотопы особенно опасны тем, что способны замещать в организмах другие элементы. Стронций-90 по свойствам близок к кальцию и накапливается в костях, цезий-137 сходен с калием и концентрируется в мышцах. Особенно много радиоактивных элементов накапливается в организмах консументов, потреблявших зараженные растения и животных. Так, в организмах эскимосов Аляски, питавшихся мясом оленей, было обнаружено чрезвычайно много цезия-137. Олени питаются лишайниками, накапливающими за свою продолжительную жизнь значительные количества радиоактивных изотопов. Их содержание в лишайниках в тысячи раз превышает почвенное. В тканях оленей это количество возрастает еще втрое, а в организмах эскимосов радиоактивного цезия оказывается вдвое больше, чем у оленей. Смертность населения некоторых арктических районов от злокачественных образований заметно выше средней.
Изучение биосферных процессов помогает понять важность каждой частички сотворенного мира и осознать болезненное состояние разума современного человека. Что же такое Америка глазами эколога? Это 5,5% населения планеты, 40% потребления природных ресурсов и 70% вредных выбросов! Такова цена роскошной жизни за счет других народов и будущего планеты.
Чрезвычайные ситуации, связанные с изменением состояния гидросферы — водной среды: Изменение водной среды происходит в двух направлениях: истощение водных ресурсов и загрязнение воды. Загрязнение воды происходит по природным причинам и в результате деятельности человека.
Природные причины загрязнения воды:
• паводки,
• сель,
• размыв берегов,
• загрязнения осадками.
• истощение водных ресурсов,
Причины, связанные с деятельностью человека:
• промышленные сточные воды,
• отходы и сбросы,
• сельское хозяйство.
• резкая нехватка питьевой воды вследствие истощения вод или их загрязнения;
• необходимые для организации хозяйственно-бытового водоснабжения и обеспечения технологических процессов;
• нарушение хозяйственной деятельности и экологического равновесия вследствие загрязнения зон внутренних морей и мирового океана.
Истощение водных ресурсов – это обмеление водоёмов, исчезновение рек, высыхание озёр.
Причины истощения водных ресурсов:
• вырубка лесов,
• распашка степей,
• осушение болот,
• неконтролируемый выпас скота,
• рост потребления воды.
Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медъ, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота.
Другими не менее важными объектами загрязнения являются водоемы, реки, озера, Мировой океан. В Мировой океан ежегодно сливаются миллиарды тонн жидких и твердых отходов. Среди них первенствует нефть, которая попадает в океан с судов, в результате добычи нефти в морской среде, а также вследствие многочисленных аварий танкеров и разрывов нефтепроводов и резервуаров. Разлив нефти ведет к образованию на поверхности открытых водоемов тонкой пленки, препятствующей естественному газообмену между водами Мирового океана и атмосферой. Это ведет к гибели живых ресурсов моря, в том числе водорослей, планктона, вырабатывающих кислород.
Кислород в атмосфере пополняется за счет двух источников — растительности (40%) и Мирового океана (60%). По мнению известного исследователя Мирового океана Жака Ива Кусто, именно моря и океаны являются основными легкими планеты Земля.
В результате нефтяного и другого загрязнения Мирового океана наблюдаются и такие негативные явления, как размножение одноклеточной золотистой водоросли, которая в процессе развития поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Она очень плодовита и развивается молниеносными темпами. Обычно ее пояс достигает ширины в 10 км и толщины в 35 м; скорость движения такого пояса — 25 км в день. В процессе движения эта масса водорослей уничтожает все живое в океане. Такие явления наблюдаются в Северном море и на юге Скандинавии.
Загрязнение Мирового океана ведет не только к сокращению продовольственных запасов и продуктов моря, но и заражению их вредными для человека веществами. Обнаружено, что балтийская треска имеет на 1 кг массы до 800 мг ртути, т. е. больше, чем в медицинском термометре.
Хищнический забор воды на орошение, на нужды промышленного производства (на выплавку 1 т никеля уходит 4000 м3 воды, на производство 1 т бумаги — 100 м3, 1 т синтетического волокна — до 5000 м3), уничтожение водоохранных лесов и осушение болот привели к массовому исчезновению рек. Экосистемы рек очень чувствительны и уязвимы. Огромное количество удобрений, смываемых с полей, отходов животноводства и канализационных вод вызывает рост концентрации в водоемах соединений азота и фосфора. В водных экосистемах начинается бурное развитие синезеленых водорослей, вытесняющих необходимые зоопланктону диатомовые водоросли. Рыбы гибнут от голода. Синезеленые накапливаются на дне и гниют (разлагаются бактериями), отравляя воду и истощая запасы кислорода. Живописные водоемы превращаются в дурно пахнущие, покрытые тиной и пеной сточные канавы. Если вода не отравлена, то на каждом квадратном метре насчитывается до 15 моллюсков, каждый из которых за сутки тщательно фильтрует до 50 л воды. Эти существа гибнут с поступлением в водоемы посторонних химических веществ. Самыми устойчивыми к загрязнению воды являются пиявки, асцидии и личинки стрекоз.
Вследствие неразумной хозяйственной деятельности человека природные водоемы оказались отравленными солями тяжелых металлов — ртути, свинца, а также меди и цинка. Эти соединения накапливаются в иле, в тканях рыб, а через пищевые цепи попадают в организм человека, вызывая тяжелейшие отравления.
По наблюдениям со спутников, загрязнено около 10-15% поверхности мирового океана. Нефть с поверхности постепенно испаряется и разлагается бактериями, но это происходит медленно. Гибнет множество водных птиц, уничтожается планктон, а вслед за ним и его основные потребители — обитатели морских глубин. «Бентическая пустыня» в Балтийском море охватывает более 20% поверхности дна. Нефть препятствует обогащению вод кислородом. В результате нарушается газовый баланс гидросферы с атмосферой и смещается экологическое равновесие.
Массовую гибель рыб вызвало строительство плотин электростанций. Перегораживаются реки — исчезает рыба. Вода заиливается, загнивает, в ней быстро размножаются паразиты, уничтожающие ослабленную рыбу.
Чрезвычайные ситуации, связанные с изменением состояния суши — ЧС, связанные с изменением состояния почвы, недр, ландшафта: Изменение состояния почвы также происходит по природным причинам и в результате деятельности человека.
Природные причины разрушения почвы:
размыв почвы,
выветривание,
засоление,
оползни, обвалы, образование оврагов.
Причины, связанные с деятельностью человека:
загрязнение тяжёлыми металлами, радиоактивными элементами, химическими и органическими веществами,
катастрофические просадки, обвалы земной поверхности из-за выработки недр при добыче полезных ископаемых;
интенсивная деградация почв, опустынивание на обширных территориях из-за эрозии, засоления, заболачивания;
кризисные ситуации, связанные с истощением невозобновляемых природных ископаемых;
критические ситуации, связанные с переполнением мест хранения (свалок) промышленными и бытовыми отходами и загрязнением ими окружающей среды.
Основные причины деградации почвы:
Неправильное применение удобрений и пестицидов. Внесение высоких доз азотных удобрений иногда отрицательно влияет на почвенную структуру и снижает противоэрозионную устойчивость почв. Применение повышенных доз пестицидов, содержащих соли тяжелых металлов, также может снижать плодородие почв, т. к. при обработке в ней уничтожаются полезные микроорганизмы и черви, а также изменяется кислотность.
Мелиоративные работы. При неправильной технологии таких работ снижается гумусовый слой почвы, плодородный слой почвы засыпается почвообразующей породой.
Лесозаготовки. Повреждаются и уничтожаются подлесок, травянистый покров, подстилка и верхний гумусовый слой почвы. Особенно большой вред почве наносят тракторные волоки и транспортировка леса по временным дорогам.
Раскорчевка леса. Вместе с корнями деревьев из почвы выносится большое количество гумуса.
Лесные пожары. Вместе с лесом уничтожается лесная подстилка и трава. Действие огня распространяется на гумусовый слой почвы, происходит деградация лесных почв.
Пожары на осушенных торфяных почвах. На пастбищах и пахотных массивах выгорает полностью органический слой почвы.
Деградация почвы включает процессы эрозии, сопровождается изменениями почвенной флоры и фауны, снижением плодородия, неблагоприятными изменениями в напочвенном растительном покрове, формированием бесплодных, пустынных земель. Различают также, ветровую (дефляционную), ледниковую, оползневую, речную, биологическую и другие виды эрозии.
К эрозии почв нередко относят и всевозможные явления, снижающие плодородие почв и разрушающие почвенный покров, вызываемые антропогенными факторами:
Химическая эрозия (накопление в почве ядохимикатов);
Механическая эрозия (перемещение почвы со склонов различными машинами и агрегатами);
Засоление почв при орошении (накопление растворимых солей в почве);
Переувлажнение и заболачивание (совокупность явлений, возникающих в почве при постоянном увлажнении).
Для воссоздания сантиметрового слоя почвы природе требуется 100-300 лет! В настоящее время около 1/3 обрабатываемых угодий утратили 50% плодородного слоя из-за различных видов эрозии. Ежегодно из-за эрозии теряется около 3 млн. га, по причине опустынивания — 2 млн. га, вследствие отравления химическими веществами — 2 млн. га.
Почвы многих сельскохозяйственных районов оказались засоленными. В Приаралье это произошло в результате пыльных соляных бурь, в других районах — от неправильной организации стока оросительных вод. Избыток воды вызывает подъем к поверхности богатых солями грунтовых вод. Интенсивное испарение производит засоление верхних горизонтов почвы, и через несколько лет на таких землях становится невозможным выращивать сельскохозяйственные культуры. Засоление почвы еще 4000 лет назад привело к упадку сельского хозяйства в Месопотамии. Ирригационные воды сначала обеспечивали там хорошие урожаи, но вследствие интенсивного испарения вызвали химическую деградацию почвы.
Большая проблема связана и с физической деградацией обрабатываемых земель — сильным уплотнением тяжелыми сельскохозяйственными машинами.
Утрата природного разнообразия видов. Значительная часть животных и растений обитает в лесных биоценозах. Если 1500 лет назад леса занимали 7 млрд. га планеты, то сегодня — не более 4 млрд. га. Особенно варварски идет вырубка тропических лесов, в которых сосредоточено около 80% всех видов растений планеты. Тропические леса расположены в основном в слаборазвитых странах, для которых продажа древесины — один из основных источников дохода. Леса в тропиках сократились до 7% территории суши, и если темпы их уничтожения сохранятся, то к 2030 г. от них останется лишь четверть. С уничтожением лесов нарушается климат, деградируют почвы, умирают реки, исчезают животные и растения.
Исчезновение видов — это невосполнимая потеря для биосферы и реальная опасность для выживания человечества.
Загрязнение земель происходит в результате проникновения в почвы нехарактерных для нее веществ. Источниками загрязнения являются: промышленность (органические и неорганические отходы, тяжелые металлы); транспорт (нефтепродукты, бенз(а)пирен, тяжелые металлы); коммунально-бытовое хозяйство (твердые и жидкие отходы); сельское хозяйство (пестициды, минеральные удобрения в избыточных количествах, животноводческие стоки).
Наиболее опасным загрязнителем земель являются тяжелые металлы. Их поступление в почву происходит через атмосферу вместе с атмосферными осадками, из почвообразующих пород, в результате техногенного переноса. Накопление тяжелых металлов в черноземах происходит, в основном, в верхней части их профиля в связи с наличием здесь геохимического барьера. На нем за счет биогенной аккумуляции накапливаются: Mg, Na, Sr, Mn, Cu, Zn, Mo, Co, As, Нg, Ba, Pb и другие микроэлементы . Основное поступление тяжелых металлов происходит с выбросами автотранспорта и промышленности, а также с удобрениями и ядохимикатами. В последнее десятилетие ведущее место в этом принадлежит автотранспорту, так как промышленное производство в нашей стране находится в кризисном состоянии, а применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве значительно снизилось.
Значительное негативное воздействие на почвы оказывает их загрязнение органическими и металлоорганическими соединениями связанное, с техногенными выбросами, а также с широким применением пестицидов. Многие из них длительно сохраняются в почвах (от нескольких месяцев до десятков лет), оставаясь токсичными и даже образуя более токсичные метаболиты.
Чрезвычайно опасны и некоторые органические компоненты техногенных выбросов, относящиеся к канцерогенным соединениям.
Необходимо иметь в виду, что почва, загрязненная токсикантами и их метаболитами, становится источником загрязнения растительных и животных продуктов, атмосферы и природных вод.
Загрязнение почв радиоактивными веществами обусловлено главным образом испытанием в атмосфере атомного и ядерного оружия, которое не прекращено отдельными государствами и на сегодня. Выпадая с радиоактивными осадками, 90Сr, 137 Cs и другие нуклиды, поступая в растения, а затем в продукты питания и организм человека, вызывают радиоактивное заражение, обусловленное внутренним облучением.
Локальное радиоактивное загрязнение почв может возникнуть при аварийных ситуациях на атомных станциях. Путем подбора культур, применения минеральных удобрений, запахивания верхнего слоя почвы на глубину 40-50 см и других агротехнических приемов возможно устранение неблагоприятных последствий поступления в почву радиоактивных продуктов.
Разнообразие растительности расширяет возможности для поддержания здоровья. Огромное количество лекарств сегодня производится из дикорастущих растений. Мы еще не знаем всех полезных качеств растений, не можем предположить, какие из них нам понадобятся. В 1960 г. выживали только 20% детей, больных лейкемией, сегодня — 80%, т.к. в одном из лесных тропических растений Мадагаскара ученым удалось найти активные вещества для борьбы с этой болезнью. Теряя видовое разнообразие, мы теряем свое будущее.
Почва и здоровье человека
Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, — сапрофаги, которые не приносят вреда животным организмам. Вместе с тем постоянно или временно в почве обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний. Некоторые из них (главным образом постоянные обитатели почвы) образуют спору — плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ. Группу спорообразных бактерий принято называть клостридиями. В последние годы накопилось достаточно данных о том, что клостридии обладают способностью не только многие десятилетия сохраняться в почве в виде спор, но и размножаться в ней. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм. Заражение человека через загрязненную почву может наступить при самых различных обстоятельствах: непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т.п. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы — сибиреязвенная палочка, которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой.
Опасность для человека представляет и столбнячная палочка, которая обнаруживается в почве разных географических районов. Заражение человека происходит через поврежденную кожу или слизистую при контакте с зараженной почвой. Спороносная палочка, возбудитель ботулизма — тяжелого пищевого отравления, обнаружена в среднем в 9% проб, взятых из почвы в районах кавказа, азовского и каспийского морей, в приморском крае, на дальнем востоке и в санкт-петербурге. Попадая на овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты, при благоприятных анаэробных условиях она из споры превращается в вегетативную форму, продуцирующую токсин (яд). По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды. Известные случаи заражения ботулизмом на территории нашей страны связаны с продуктами домашнего приготовления: рыбы соленой и вяленой, консервированных грибов, овощей и фруктов.
Вместе с загрязненной почвой в поврежденные ткани человека могут проникнуть споры гангренозной палочки. Газовая гангрена протекает в виде быстро распространяющегося отека тканей и их омертвления. Вызывать ее могут несколько видов клостридии. Чаще в почве встречаются клостридии перфрингенс типа а. Эти микробы, встречающиеся в каждом образце почвы, попадая в рану, продуцируют токсин, который и вызывает омертвление. Из числа временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша. Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и др.). Нельзя сказать, что почва является благоприятной средой для их обитания. В их гибели большую роль наряду с недостатком питательных веществ, не всегда оптимальными влажностью и температурой почвы играет антагонизм между различного рода почвенными микроорганизмами. Не находя подходящих условий, патогенные для человека и животных неспороносные бактерии погибают обычно относительно быстро. Однако некоторые из них, особенно в загрязненной почве, сохраняются продолжительное время: возбудители брюшного тифа, паратифов и холеры могут оставаться жизнеспособными до трех месяцев; бруцеллеза — до пяти месяцев, туляремии — до двух месяцев. Энтеровирусы — возбудители полиомиелита и некоторых кишечных заболеваний вирусного происхождения — сохраняются в почве до 170 дней.
Актиномиценты, вызывающие поверхностные и глубокие микозы, а также микобактерии — возбудители туберкулеза, проказы и дифтерии — при попадании в почву также несут ощутимую угрозу: палочки туберкулеза остаются жизнеспособными до 15 месяцев, дифтерийные палочки — до двух-трех недель. Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит через загрязненные овощи. Однако не меньшую опасность представляет вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Атмосферные осадки, проходя через загрязненную почву, переносят микрофлору (в том числе и возбудителей заразных болезней) из поверхностных слоев в нижележащие грунтовые воды, откуда возбудители болезней могут попасть в водоемы. Почва служит местом развития, а при определенных условиях и инфицирования мух. Обычно самка мухи откладывает яички в местах гнилостных отбросов и нечистот. Цикл развития до окрыленной мухи происходит в земле и сухих отбросах; в них же многие мухи сохраняются в зимний период — и взрослые, и в стадии личинок. Убедительно доказано, что мухи — активные распространители кишечных и других инфекций. Многие возбудители инфекционных заболеваний сохраняются в жизнеспособном состоянии на поверхности тела мухи до двух суток, а в кишечнике еще дольше.
Гельминтозы. Велика роль почв в распространении гельминтозов — болезней, вызываемых внедрением в организм человека глистов-паразитов — гельминтов. Одна из стадий развития (дозревание яиц) гельминтов (аскарид, власоглав и др.) проходит в почве. Зрелые яйца могут попасть в организм человека через загрязненные руки, при употреблении загрязненных овощей и ягод, воды. Яйца таких гельминтов, как свиной и бычий цепни (солитеры), из почвы попадают в корм крупного рогатого скота, свиней. В кишечнике этих животных они превращаются в личинки, которые с током крови разносятся по всему телу и поселяются главным образом в мышечных тканях. Человек может заразиться, употребляя без достаточной термической обработки мясо больных коров и свиней. Микроэлементы. Определенное влияние на здоровье человека может оказать химический состав почвы. Впервые это отметил еще академик в.и. Вернадский. Теперь исследователи твердо установили, что многие микроэлементы влияют на рост и развитие растений, состояние и функции организма животных, в том числе и человека.
Биохимические процессы, происходящие в земной коре, и процессы образования и обмена химических элементов в организме взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота веществ в природе, как процессы взаимного обмена, обусловливающие жизнь. К достаточно изученным из 47 химических элементов, постоянно присутствующих в составе организмов, относятся медь, кобальт, цинк, марганец, йод, молибден, солен, фтор, стронций, бор, кадмий, ванадий. На них приходится от 0,4 до 0,6% живой массы. Микроэлементы — биогенные химические элементы, играющие роль катализаторов в развитии растений, особенно в процессе фотосинтеза и усвоения азота. Установлено, что при добавлении к кормам животных необходимых микроэлементов у них отмечается усиление роста. Отсутствие того или иного микроэлемента сопровождается специфическими признаками его недостаточности. В состав крови человека входят 24 элемента, женского молока — около 30 (в частности, медь, цинк, кобальт, кремний, мышьяк). При этом число биогенных элементов в различных средах человеческого организма нельзя считать окончательно установленным. Микроэлементы играют важную роль в работе желез внутренней секреции — щитовидной, поджелудочной, половых и др. Есть основания полагать, что микроэлементы оказывают существенное влияние на функцию эндокринных желез. Микроэлементы входят в состав многих химических комплексов организма, таких, как соединение металлов с белками, различные ферменты, дыхательные пигменты, гормоны и некоторые витамины. Они участвуют в промежуточных процессах обмена веществ.
Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой по схеме: почва — растение — организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их прежде всего в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека. Это влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процесса промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических (от греч. Endemos — местный). Районы, в которых обнаруживаются отклонения в развитии растений и животных, а также регистрируются эндемические заболевания, связанные с местными геохимическими особенностями, называют биогеохимическими провинциями. Так, бедны йодом западные области украины, кобальтом и медью — ярославская область и т.п. Низкий уровень йода в почве ведет к низкому содержанию его в растениях и подземных водах, а следовательно, и в пищевом рационе населения. Недостаток йода может вызвать заболевания эндокринной системы, критинизм. Недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания является, как полагают, причиной некоторых эпидемических заболеваний. Низкое содержание кобальта в почве — причина возникновения дисфункции обменных процессов у рогатого скота и овец. Недостаток содержания в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу. При содержании фтора в питьевой воде выше 1,5 мг/л у человека и животных зубы поражаются «пятнистой эмалью». При этом заболевании нередко поражается и опорно-двигательный аппарат.
В настоящее время существует международная программа по сохранению редких и исчезающих видов флоры и фауны.
ЧС, связанные с изменением состояния живой оболочки Земли — состояния биосферы: исчезновение видов (животных, растений), чувствительных к изменению условий Среды обитания; гибель растительности на обширной территории; резкое изменение способности биосферы к воспроизводству возобновляемых ресурсов; массовая гибель животных.
Массовым источником загрязнения окружающей среды стали химикаты, применяемые в сельском хозяйстве, строительстве и в быту: минеральные удобрения, ядохимикаты, растворители, аэрозоли, лаки и краски. На планете выпускается или используется 5 млн различного рода химических веществ и соединений. Токсичность действия изучена только у 40 тыс. веществ.
Дисгармония в биосфере отражается как на растительном и животном мире, так и на здоровье людей. Эти и другие последствия загрязнения окружающей природной среды отрицательно сказываются на физическом здоровье человека, его нервном, психическом состоянии, на здоровье будущих поколений. Множество загрязняющих веществ, попадая в почву, атмосферу и водоемы, накапливаются в тканях растений и животных и через пищевые цепи заражают организм человека. Токсичные соединения способны заметно увеличивать количество мутаций, приводящих к врожденным и наследственным отклонениям. Сопоставление данных по различным регионам планеты привело ученых к выводу, что не менее 80% раковых заболеваний вызваны химическим загрязнением среды.
Некоторые данные: 20% населения постоянно болеет аллергией, а 35% населения промышленных городов — болезнями в результате вредного воздействия загрязненной окружающей среды; каждый день на планете умирает 25 тыс. человек из-за некачественной воды (содержащей высокую концентрацию вредных веществ).
Это подтверждается и данными о нервных заболеваниях, возрастании процента рождаемости дефективных детей (с 4 до 11%).
Из-за интенсивной хозяйственной деятельности происходит постепенное истощение и разрушение природной среды, т. е. потеря тех природных невосполнимых ресурсов, которые служат для человека источником его экономической деятельности. При нынешних темпах потребления разведанных запасов угля, нефти, природного газа и других полезных ископаемых, по мнению ученых, хватит для промышленного использования на 50—500 лет. Причем меньший показатель касаемся жидких углеводородов, т. е. нефти.
Правда, общество располагает перспективой использования иных видов энергии, в частности атомной, энергии ветра, Солнца, морских приливов, геотермальных вод, энергии водорода, запасы которых пока считаются неистощимыми. Однако использование атомной энергии в крупномасштабном производстве тормозится нерешенностью проблемы захоронения отходов атомной промышленности. Освоение водорода как источника энергии пока возможно лишь теоретически, так как технологически эта задача еще не решена.
Большую опасность для жизни на Земле представляет загрязнение радиоактивными отходами Мирового океана. Сброс в море твердых отходов низкого уровня активности осуществлялся практически во всех странах с начала развития атомной энергетики и промышленности. До 1971 г. сбросы радиоактивных отходов велись без контроля со стороны международных организаций. Кислотные дожди довершают плачевную картину массовой гибели лесов. Они высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность алюминия в почвах, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Не происходит естественное возобновление хвойных и лиственных лесов. Эти симптомы сопровождаются вторичными поражениями от насекомых и болезней деревьев. Поражение лесов все в большей степени захватывает и молодые деревья.
Около 10-15% поверхности суши распахано, 25% представляют собой полностью или частично окультуренные пастбища. Если к этому добавить 3-5% поверхности, занятой транспортной сетью, промышленностью, зданиями и сооружениями, и около 1-2% территории Земли, поврежденной разработками полезных ископаемых, то окажется, что почти половина поверхности суши видоизменена деятельностью человека.
С развитием цивилизации ее негативный вклад в биосферные круговороты увеличивается. На каждую тонну промышленной продукции приходится 20-50 т отходов. На каждого человека в крупных городах приходится более 1 т пищевого и бытового мусора в год.
Продолжается уменьшение сельскохозяйственных угодий, особенно пашни. За 50 лет из сельскохозяйственного оборота вышло свыше 1 млн га пахотных земель. Основные причины: ветровая и водная эрозия почв, наступление городов и поселков на лучшие пахотные земли, истощение биопотенциала почв за счет неправильного использования минеральных удобрений, фунгицидов, массовое засоление почв за счет поливного земледелия. Опасные размеры приобрели пр’оцессы заболачивания, зарастания угодий кустарником и мелколесьем. В России таких земель около 13%, много нарушенных земель получено в результате добычи полезных ископаемых, при строительстве дорожных магистралей, речных плотин В настоящее время в срочной рекультивации, т. е. восстановлении, нуждается 1,5 млн га земель.
Сложившаяся экологически нездоровая обстановка во всем мире сегодня требует особого внимания со стороны как самих представителей инновационных разработок и технологий производства, так и специалистов экологического мониторинга.
ЧС экологического характера сложны по своей специфике, так как они непоправимы и в совокупности создают понятие экологического кризиса.
По своей структуре экологический кризис принято делить на две части: естественную и социальную. Естественная часть свидетельствует о наступлении деградации, разрушении окружающей природной среды. Социальная сторона экологического кризиса заключается в неспособности государственных и общественных структур остановить деградацию окружающей среды и оздоровить ее. Обе стороны экологического кризиса тесно взаимосвязаны.
Наступление экологического кризиса может быть остановлено только при рациональной государственной структуре, развитой экономике и в результате экстренных мер по экологической защите. Наступление экологического кризиса может быть остановлено только при рациональной государственной структуре, развитой экономике и в результате экстренных мер по экологической защите.
Необходимость соблюдения экологических мер безопасности в настоящее время требует серьезного рассмотрения и решения как на национальном уровне внутри каждого отдельного государства, так и на международном, так как экологические катастрофы бывают широкомасштабными и затрагивают огромные территории, причиняя при этом колоссальный ущерб как экономике, так и унося с собой жизни тысяч и миллионов человек.
