ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.06.2021
Просмотров: 4665
Скачиваний: 1
66
2
Загрязнение окружающей среды. Виды природного и
антропогенного загрязнения
Загрязнение окружающей среды – это любое внесение в ту или иную
экологическую систему не свойственных ей живых или неживых
компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или
нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и
информации с непременными последствиями в форме снижения
продуктивности или разрушения данной экосистемы.
Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы
в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений:
ингредиентное загрязнение, или внесение химических веществ,
которые количественно или качественно чужды естественным био-
геоценозам;
параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с измене-
нием качественных параметров окружающей среды;
биоценотическое
загрязнение,
которое
заключается
в
воздействии на состав и структуру популяций живых организмов,
населяющих биогеоценоз;
стациально-деструкционное загрязнение (стация — место обита-
ния популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе
природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах
человека.
Также выделяют следующие виды загрязнения:
а)
естественные (природные) – извержения вулканов, пыльные
бури, лесные и степные пожары;
б)
искусственные (антропогенные) – теплоэнергетика, транспорт,
химическая промышленность, металлургия и т.д.
С позиций кибернетики загрязнение можно считать комплексом помех
в экосистемах, которые воздействуют на потоки энергии и информации в
пищевых (энергетических) цепях. Однако в отличие от естественных,
антропогенные помехи весьма часто приводят не к отбору наиболее
приспособленных особей, а к массовой элиминации (вымиранию)
организмов. Это обусловлено специфическими особенностями действий
антропогенных факторов, из которых важнейшими являются следующие:
а)
нерегулярность действия, а значит, и непредсказуемость для
организмов, а также высокая интенсивность изменений, которая превышает
адаптационные возможности организмов;
б)
неограниченные возможности действия их на организм (вплоть
до уничтожения последних), что, конечно, присуще и природным факторам и
процессам, но лишь в редких случаях (стихийные бедствия, катаклизмы).
Помимо помех, которые возникают в экосистемах в качестве
косвенных последствий тех или иных мероприятий, человек часто создает
направленные помехи в каналах информации между компонентами
67
экосистем. Примером может служить сознательное загрязнение среды
ядохимикатами специально для уничтожения хозяйственно вредных
насекомых (инсектициды), грибов (фунгициды), сорняков и др. Применение
последних есть воздействие на уровень продуцентов, а, следовательно, и на
все звенья пищевых цепей, которые связаны именно с уничтожаемыми расте-
ниями – сорняками. При этом происходит воздействие на все уровни
организации жизни – от биогеоценоза в целом до популяций и отдельных
индивидуумов. В подобных случаях ученые указывают на возможность
ответных реакций природы и ее компонентов.
3 Атмосфера, ее состав и структура. Антропогенное воздействие на
атмосферу. Стратосферный озон и его роль в защите организмов от
жесткого ультрафиолетового излучения
Атмосфера (от греч.
athmos
– пар,
sphaira
– шар) представляет собой
физическую смесь газов различной природы, воздух имеет для всего
живущего исключительное значение. Он является той материальной средой,
с которой тесно связана жизнедеятельность практически всех организмов. С
позиции экологии воздух это не только газовая оболочка планеты, но и
газовая компонента почвы, растворенные газы природных вод и тканевых
жидкостей организмов. Подобно другим экологическим факторам, воздух,
воздействуя физически и химически на земную кору, обусловливает
важнейшие геологические процессы, которые протекают на поверхности
планеты.
Атмосферный воздух – смесь газов: азота 78,084 %, кислорода 20,95 %,
аргона 0,93 %, другие инертные газы 0,01 %, углекислого газа 0,020 –
0,036 %, водяные пары менее 1 %.
В состав атмосферного воздуха входят:
постоянные примеси: азот, кислород, аргон и другие инертные
газы;
переменные примеси: углекислый газ, водяные пары;
случайные примеси: газообразные примеси, образующиеся в
процессе жизнедеятельности живых организмов, при разложении
органических веществ, при вулканической деятельности и в ходе
производственной деятельности человека (жидкие примеси, образование
которых связано с производственной деятельностью человека; твердые
примеси, образующиеся при выветривании горных пород, почв и при
вулканической деятельности).
Слои атмосферы:
1.
Тропосфера: верхняя граница находится на высоте 8 – 10 км в
полярных, 10 – 12 км в умеренных и 16 – 18 км в тропических широтах;
зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более
80 % всей массы атмосферного воздуха и около 80 % всего имеющегося в
68
атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и
конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.
Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом
0,65°/100 м.
2.
Стратосфера: слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11
до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11 –
25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25 – 40 км от −56,5
до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на
высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остается
постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры
называется стратопаузой и является границей между стратосферой и
мезосферой. В этом слое сосредоточено около 20% атмосферного воздуха.
Максимальная концентрация озона на высоте 25 – 35 км.
3.
Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80 –
90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным
градиентом (0,25 – 0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом
является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с
участием свободных радикалов, колебательно возбужденных молекул и т. д.
обусловливают свечение атмосферы. В этом слое сосредоточено 0,3 %
атмосферного воздуха.
4.
Термосфера: верхний предел – около 800 км. Температура растет
до высот 200 – 300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего
остается почти постоянной до больших высот. Под действием
ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического
излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») – основные
области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км
преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в
значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В
термосфере сосредоточено менее 0,05 % атмосферного воздуха.
5.
Экзосфера – зона рассеяния, внешняя часть термосферы,
расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет
утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация). Экзосфера
заполнена сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным
образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть
межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы
кометного и метеорного происхождения.
Наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются
антропогенные. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу
более 15 млрд т СО
2
, 200 млн т СО, более 500 млн т углеводородов, 120 млн т
золы, более 160 млн т оксидов серы и 110 млн т оксидов азота и др. Общий
объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляет, по
некоторым данным, более 19 млрд т. Из всей массы загрязняющих веществ
90 % составляют газообразные вещества (оксиды серы, азота, углерода,
69
тяжелых и радиоактивных металлов и др.), 10 % – твердые и жидкие
вещества.
Источники загрязнения атмосферы по выбросам могут быть
классифицированы:
а)
по назначению:
технологические (содержащие хвостовые газы после установок
улавливания);
вентиляционные (местные отсосы);
б)
по геометрической форме:
точечные (например, труба);
линейные (например, автотранспорт);
площадные (например, наложение границ санитарно-защитных
зон предприятий);
в)
по режиму работы:
непрерывного действия;
периодического действия;
мгновенные;
залповые.
Классификация загрязняющих веществ (контаминантов):
а)
по агрегатному состоянию:
твердые (пыли и дымы);
жидкие (туманы);
газообразные (газы и пары);
комбинированные;
б)
по степени потенциальной опасности:
основные загрязняющие вещества (диоксид серы, диоксид азота,
окись углерода, пылевой аэрозоль);
полициклические ароматические углеводороды (канцерогенные
вещества, действующие на организм человека на генном уровне:
бенз(а)пирен);
следы «элементов» (тяжелые металлы – концентрация мкг/м
3
);
постоянные газы (фенолы, метан).
в)
по механизму образования:
первичные
(образующееся
непосредственно
в
ходе
технологического процесса);
вторичные (результат химических превращений):
SO
2
h
SO
2
*
(активизация молекул до радикалов)
SO
2
*
+ O
2
SO
4
*
SO
4
*
+ O
2
SO
3
+ O
3
SO
3
+ H
2
O H
2
SO
4
Озон – природный газ, присутствующий в атмосфере Земли. Молекула
озона состоит из трех атомов кислорода O
3
. Озон образуется, когда
ультрафиолетовые лучи расщепляют молекулу кислорода O
2
, высвобождая
70
два атома кислорода O. Каждый из свободных атомов кислорода соединяется
с молекулой кислорода, в результате чего получается озон: O + O
2
= O
3
.
Возникновение озона уравновешивается его уничтожением атмосферными
газами, такими как хлор и бром.
10 % озона находится в тропосфере, между земной поверхностью и
высотой от 10 до 16 километров, 90 % – находится в стратосфере, начиная с
верхних слоев тропосферы и до высоты 50 километров.
Стратосферный озон – то, что ученые называют озоновым слоем –
имеет неодинаковую толщину над Землей. Озоновый слой над Антарктидой
наиболее тонок из-за уникальных атмосферных условий, которые
способствуют концентрации химических веществ, уничтожающих озон.
В зависимости от местонахождения в атмосфере озон может и
помогать жизни на Земле, и наносить ей ущерб. В тропосфере озон
выступает главным образом в качестве загрязнителя, входя в состав смога,
который вредит дыхательной системе животных и замедляет рост растений.
(Количество естественно возникающего озона в тропосфере слишком
невелико, чтобы угрожать здоровью человека или окружающей среде.
Большая часть вредного озона, входящего в состав смога, образуется при
воздействии солнечных лучей на углеводороды и окислы азота – побочные
продукты работы автомобилей и электростанций на ископаемом топливе).
В стратосфере озон поглощает часть биологически вредного
ультрафиолетового излучения Солнца (излучения УФ-Б), защищая растения
и животных от целого ряда негативных последствий, таких как рак кожи и
катаракта у людей.
Если взять все молекулы озона в атмосфере, опустить их на земную
поверхность и равномерно распределить по ней, озоновый слой будет иметь
толщину меньше чем в полсантиметра. Тем не менее ученые считают, что
жизнь на Земле, вероятно, не могла бы возникнуть и существовать, не будь
защитного озонового слоя в стратосфере. Его истощение антропогенными
газами вызывало особую тревогу у ученых, принимая во внимание
критическое значение озона для жизни на Земле.
Наибольший ущерб стратосферному озону наносят хлор- и
бромсодержащие газы. В 1974 году Марио Молина и Шервуд Роуленд
обнаружили, что одними из самых разрушительных хлорных газов являются
хлорфторуглероды (ХФУ) – синтетические вещества, используемые в
качестве пропеллентов в аэрозолях и хладагентов в холодильниках и
кондиционерах. В 1985 году Джозеф Фарман и его коллеги обнаружили
резкое истощение озонового слоя над Антарктикой – озоновую дыру,
возникшую в результате реакции озона с хлором и бромом, содержащимися в
ХФУ и других антропогенных газах.
ХФУ были разработаны в 1930-х годах и использовались в
промышленных, коммерческих и бытовых целях, поскольку они нетоксичны,
негорючи и не вступают в реакцию с другими химическими соединениями
вблизи земной поверхности.