4.1 Источники загрязнения атмосферы

Сейчас существует три основных химических источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт . Доля каждого из этих источников в загрязнении воздуха сильно различается. Наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; метал­лургические предприятия, особенно цветной металлургии, кото­рые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попа­дают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промыш­ленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и пе­реработки бытовых и промышленных отходов. Основным источником пирогенного загрязнения на пла­нете являются тепловые электростанции, металлургические и хи­мические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода . Получается при неполном сгорании угле­родистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не ме­нее 250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует по­вышению температуры на планете, и созданию парникового эффек­та.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серу содержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн.т.в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Вы­падение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влаж­ности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты.

г) Сероводород и сероуглерод. Основными ис­точниками выброса являются предприятия по изготовлению ис­кусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперераба­тывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодейс­твии с другими загрязнителями подвергаются медленному окисле­нию до серного ангидрида.

д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в ат­мосферу, составляет 20 млн.т. в год.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керами­ки, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества пос­тупают в атмосферу в виде газообразных соединений - фторово­дорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характе­ризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической про­мышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых метал­лов и ядовитых газов.

4.2 Источники загрязнения водоёмов

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 привнесе­ние 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 ядовитые химические сое­динения. 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:

Табл. 4.2.1 – Токсический эффект вещществ

ВЕЩЕСТВО ПЛАНКТОН РАКООБРАЗНЫЕ МОЛЛЮСКИ РЫБЫ

1. Медь +++ +++ +++ +++

2. Цинк + ++ ++ ++

3. Свинец - + + +++

4. Ртуть ++++ +++ +++ +++

5. Кадмий - ++ ++ ++++

6. Хлор - +++ ++ +++

7. Роданид - ++ + ++++

8. Цианид - +++ ++ ++++

9. Фтор - - + ++

10. Сульфид - ++ + +++

Степень токсичности (примечание):

Сре­ди основных источников загрязнения гидросферы ядовитыми химическими отходами следует упомянуть предпри­ятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2005 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 и органические остатки (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.

Нефть и нефтепродукты

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод - все это обусловливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Большие массы неф­ти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т. нефти.

Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифотических и гидроароматических углеводородов. Основные компо­ненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены). - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества. Легкие парафины обладают макси­мальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины. - (30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения. Кроме циклопентана и циклогексана, в нефти встречаются бицик­лические и полициклические соединения этой группы. Эти соеди­нения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды. - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, со­держащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопара­фины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бицик­лические (нафталин), полуциклические (пирен).

г) Олефины (алкены). - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения.

Человек тесно связан с живой природой происхождением, материальными и духовными потребностями. Масштабы и формы этих связей неуклонно росли от локального использования отдельных видов растений и животных до практически полного вовлечения живого покрова планеты в жизнеобеспечение современного промышленно развитого общества.

Однако главной особенностью человека, отличающей его от других видов, является новый способ взаимодействия с природой через создаваемую им культуру. Как мощная социальная система, человечество создает на Земле свою, интенсивно развивающуюся культурную среду, передавая от поколения к поколению трудовой и духовный опыт. Процесс этот противоречив. Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются в основном небиологическими потребностями человека. Они связаны с непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Так, строительная и горнодобывающая техника ежегодно «перемещает на поверхности Земли больше материала, чем сносится в моря всеми реками мира в результате водной эрозии. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на состав атмосферы и Мирового океана.

В прошлом было немало примеров деградации среды и подрыва экономики целых народов в результате стихийного развития взаимоотношений с природой. В настоящее время эта опасность грозит всему человечеству. В условиях современной хозяйственной деятельности человека реальна возможность полного подрыва естественных воспроизводительных сил природы, множатся примеры безвозвратных потерь отдельных популяций и видов живых организмов, ухудшается экологическая обстановка на нашей планете. К. Маркс указывал, что «культура, если она развивается стихийно, а не направляется сознательно… оставляет после себя пустыню».

ЛИТЕРАТУРА

Шилов И. А. Экология. М.: Высшая школа, 1997.

Христофорова Н.К. Основы экологии. Владивосток: Дальнаука, 1999.

Гиляров А. М. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ, 1990.

Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1989.

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология: Особи, популяции, сообщества. В 2 т. М.: Мир, 1989.

Горышина Т. К. Экология растений. М.: Высшая школа, 1979.

ГИГИЕНА И ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА (химические загрязнители)

стр. 1

Гигиена и экология человека

ГИГИЕНА И ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА (химические загрязнители)

4.3. Основные химические загрязнители.

Экотоксические эффекты

Проблема химического загрязнения объектов биосферы рассматривается как проявление глобального экологического кризиса. Перечень известных химических соединений приближается к 20 млн наименований, из них десятки тысяч высокотоксичны, а у современного поколения людей не выработан механизм защиты от их агрессивного воздействия на организм. Ежегодная техногенная нагрузка на все объекты биосферы - сотни миллионов тоннхимических веществ, являющихся отходами производственной, сельскохозяйственной и транспортной деятельности.

Это свидетельствует о неэффективном использовании энергетических ресурсов, которые многие тысячелетия создавала природа. Не менее важно осознать, что нарастающее антропогенное рассеивание химических веществ не только меняет природный химический состав воздуха, воды, почвы и растений, но и вызывает загрязнение биосред организма, что является причиной появления многочисленных экопатогенных эффектов в здоровье населения. В рамках медицинской экологии прежде всего рассматривают группы химических загрязнителей, наиболее опасных для здоровья населения. Критерии такой опасности складываются из совокупности параметров, вытекающих из физико-химических свойств веществ: токсичность, мутагенные, канцерогенные и модифицирующие свойства, аллергическое и иммунотоксическое действие и пр.

Наиболее опасны для здоровья человека химические соединения, которые повсеместно распространены, устойчиво сохраняются в объектах окружающей среды, мигрируют по экологическим цепочкам, поступая в организм с воздухом, водой, продуктами питания. В перечне таких веществ - основные загрязнители атмосферного воздуха большого города (оксиды азота, серы, углерода, взвешенные вещества), тяжелые металлы, полихлорированные бифенилы, пестициды, полиароматические углеводороды и многие другие. Большинство из них высокотоксичны (1 -2-й классы опасности), обладают политропным и специфическим действием на организм человека, вызывая самые тяжелые и отдаленные по времени мутагенные и канцерогенные эффекты.

Оксиды, взвешенные частицы . В атмосферном воздухе повсеместно присутствуют твердые взвешенные частицы, оксиды серы, азота, углерода, фенол, формальдегид. Эти химические соединения находятся под постоянным контролем стационарных постов гидрометеослужбы, которые оценивают их среднесуточные и максимальные концентрации в сравнении с соответствующими ПДК. По содержанию в атмосферном воздухе 5-7 соединений из этого перечня рассчитывают индекс загрязнения атмосферы в жилой зоне населенных пунктов, осуществляя мониторинг этого показателя. Оксиды серы S02, S03, азота NO, N02, монооксид углерода СО - «кислые» газы со специфическим, относительно однотипным характером влияния на органы дыхания.

стр. 2

Гигиена и экология человека

Вследствие образования слабых кислот при соприкосновении со слизистыми оболочками дыхательных путей они раздражают и прижигают слизистые, вызывая тем самым начальные морфологические повреждения эпителия иугнетение местного иммунитета. Чем менее растворимы газы, тем глубже они проникают в дыхательные пути. Оксиды, прежде всего диоксид серы, адсорбируются на твердых взвешенных частицах, глубина проникновения которых в организм зависит от их размеров: чем мельче частицы, тем больше их поступает в бронхи и альвеолы. Раздражение сопровождается выбросом гнетам и ион. что может приводить к бронхоспазмам, а в дальнейшем - к формированию астмоидного бронхита и бронхиальной астмы.

Кислые аэрозоли повреждают не только органы дыхания. Тонкая эпителиальная пленка слизистой дыхательных путей с обильным кровоснабжением не препятствует быстрому всасыванию загрязнителей в кровь и их распространению внутри организма. Повсеместное загрязнение атмосферного воздуха оксидами серы, азота, углерода - одна из причин гипоксии организма, поскольку поллютанты быстро соединяются с гемоглобином крови, образуя сульфагемоглобин, метгемоглобин, карбогемоглобин, блокируют тем самым доставку кислорода к органам и тканям.

На фоне гипоксии угнетаются окислительно-восстановительные процессы в головном мозге, внутренних органах (сердце, печени), мышцах тела. Практически все указанные оксиды оказывают полиморфное неблагоприятное действие на морфофункциональное состояние нервной, сердечно-сосудистой системы, органов пищеварения, органов зрения и слуха, они оказывают также гонадотропное и эмбриотоксическое действие. Твердые взвешенные частицы и оксиды раздражают и повреждают кожные покровы и слизистые оболочки глаза.

Нитриты и нитраты , поступая в организм, оказывают расширяющее действие на сосуды, вызывают понижение артериального давления. Выраженное нейротропное действие монооксида углерода при хроническом воздействии вызывает астено-вегетативные явления, нарушение психики, токсическое поражение ткани щитовидной железы, может способствовать ее гиперплазии. Постоянное воздействие на население оксидов углерода, серы, азота и других загрязнителей создает предпосылки для снижения общей резистентности, работоспособности и в целом к хроническому популяционному утомлению, особенно в крупных промышленных городах.

При определенных погодных условиях (инверсии температуры, безветрие и пр.), которые снижают потенциал загрязнения атмосферы, в приземном слое атмосферы резко возрастает содержание «кислых» газов, прежде всего диоксида серы. Это природно-антропогенное явление печально известно как токсические смоги, токсические туманы. В эти периоды резко возрастает число людей, обращающихся за медицинской помощью по поводу за болеваний органов дыхания и сердечно-сосудистой системы, особенно хронически больных, увеличивается смертность населения.

стр. 3

Гигиена и экология человека

Токсические туманы с определенной периодичностью, преимущественно в осенне-зимние сезоны, регистрируются повсеместно и рассматриваются как временная чрезвычайная экологическая ситуация для здоровья населения.

Диоксины. Это обширная группа высокотоксичных полихлорпроизводных соединений, стойких и широко распространенных загрязнителей окружающей среды. Источниками диоксинов являются многие отрасли народного хозяйства: химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная, металлургическая промышленность, производство трансформаторов, конденсаторов, теплообменников, пестицидов и пр. Диоксины образуются при высоко-температурных процессах переработки хлорсодержашей продукции.

Они отличаются термической устойчивостью, резистентностью к химическому разложению, слабой растворимостью в воде. Расширение масштабов производства ряда химических соединений, их использование в военных целях сопровождается опасностью воздействия диоксинов не только на лиц, профессионально контактирующих с ними, но и на население.

Основное депо накопления диоксинов - верхние слои почвы, где их период полуразложения превышает 10 лет; в водной среде этот период составляет более года; в воздухе - 24 дня. Длительное сохранение диоксинов во всех объектах природной среды способствует тому, что они активно переносятся по цепям питания и, таким образом, постоянно действуют на живые организмы. Подвижность диоксинов в природной среде увеличивают содержащиеся в ее объектах органические растворители, нефтепродукты и другие органические вещества.

Диоксины являются наиболее сильными синтетическими ядами, по отношению к которым у человека эволюционно не сформированы естественные механизмы зашиты. Начало синтеза и широкого применения диоксинов в мирной жизни и в военных целях («оранжевый агент» во вьетнамской войне) пришлось на 30 -60-е годы XX столетия, а далее продолжалось широкомасштабное расширение выпуска продукции на основе полихлорированных бифенилов и дибензодиоксинов.

Основная доля диоксинов (98...99%) поступает в организм с продуктами питания, лишь незначительная - с воздухом и водой.

В организме диоксины обнаруживают во многих органах и тканях: в печени, почках, надпочечниках, яичниках, лимфатических узлах, легких и др. Основным депо диоксинов является жировая ткань - подкожный, брюшной жир; высокие его концентрации обнаруживали в грудном молоке женщин.

Основной мишенью воздействия диоксинов является печень, где происходит не только кумуляция, но и обезвреживание диоксинов ферментами монооксигеназной системы печени; производные этого метаболизма выделяются из организма с желчью и мочой. В результате токсического действия ядов происходит дегенерация паренхиматозных печеночных клеток, фиброзные изменения, что проявляется через биохимические параметры и разнообразные дисфункции печени.

стр. 4

Гигиена и экология человека

Специфические диоксиновые заболевания - хлоракне и масляная болезнь Юшо-Ю-Ченг.

Хлоракне (хлористые угри) - рецидивирующее воспаление сальных желез кожи. Заболевание длится годами, практически не поддается медикаментозному лечению, приводит к образованию рубцов на коже, ее обезображиванию и пигментации.

Масляная болезнь Юшо-Ю-Ченг - массовые пищевые отравления диоксинами населения японской провинции Юшо в 1968 г. и тайваньской Ю-Ченг в 1979 г. Пострадали тысячи жителей из-за употребления риса, загрязненного несколькими соединениями из группы диоксинов. Кроме кожных проявлений у пострадавших выявлены тяжелые поражения печени, внутренних органов, нервной системы.

Диоксиновое отравление характеризуется медленным развитием и проявляется выраженной утомляемостью, раздражительностью, расстройствами сна и головными болями, нарушениями пищеварения и эндокринной системы, болями в мышцах, суставах, слабостью в нижних конечностях, потерей массы тела. Разнообразные и многочисленные болезненные симптомы возникают в результате подавления иммуно-ферментных систем организма, а также выраженной активации диоксинами перекисного окисления липидов. С этим связывают ускоренное старение организма людей, подвергшихся воздействию диоксинов, раннее появление заболевании, характерных для пожилых людей, и преждевременную смерть. Накоплены эпидемиологические данные о более высоком уровне заболеваемости и смертности от злокачественных новообразований среди людей, имевших контакт с диоксинами.

Одно из соединений диоксинов - дибензодиоксин - включено в группу 2А (весьма вероятный канцероген для человека).

В перечне опасных эффектов, вызываемых диоксинами, - нарушение репродуктивной функции. Диоксины 2,4Д и 2,4,5Т вызывают аборты, мертворождения и патологию новорожденных.

Большинство диоксинов, попав в материнский организм, могут проникнуть через плаценту и явиться причиной гибели плода, уродства новорожденных, отставания в росте, умственного недоразвития младенцев, появления опухолей.

Профилактика диоксиновых отравлений, как убеждает международный опыт, - это незамедлительное закрытие диоксиновых производств, модернизация технологий, очистка территорий, уменьшение потребительского спроса на товары с хлорсодержащими веществами. В 1995 г. в России утверждена федеральная целевая программа «Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов». Первоочередной задачей программы является проведение мониторинговых исследований и разработка бездиоксиновых технологий.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объем этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности.

Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и её повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

Развитие промышленности и транспорта, увеличение населения, проникновение человека в космос, интенсификация сельского хозяйства (применение удобрений и средств защиты растений), развитие нефтеперерабатывающей промышленности, захоронение опасных химических веществ на дне морей и океанов, а также отходов атомных электростанций, испытания ядерного оружия - все это источники глобального и увеличивающегося загрязнения природной среды - земли, воды, воздуха.

Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности. Отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних.

Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки.

Основными вредными примесями являются следующие:

• а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В Воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
• б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд. Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.
• в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конченым продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений произрастающих на расстоянии менее 1 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
• г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара; коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
• д) Окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту, нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу составляет 20 млн т/год.
• е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида кальция и натрия. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
• ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примеси молекул хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на одну тонну чугуна выделяется кроме 2,7 кг сернистого газа и 4,5кг пылевых частиц определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1 - 5мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Производственный процесс выброса пыли, млн.т./год

Сжигание каменного угля 93,60

Выплавка чугуна 20,21

Выплавка меди (без очистки) 6,23

Выплавка цинка 0,18

Выплавка олова (без очистки) 0,004

Выплавка свинца 0,13

Производство цемента 53,37

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные заводы. Аэрозольные частицы от этих источников загрязнения отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250 - 300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2тыс. куб.м. условного оксида углерода и более 150 тонн пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации. Взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы и часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположение слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются подслоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман (смог) - 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 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.

Смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анжелесом, 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.

Наша планета состоит из химических элементов. Это в основном железо, кислород, кремний, магний, сера, никель, кальций и алюминий. Живые организмы, существующие на Земле, также состоят из химических элементов, органических и неорганических. В основном это вода, то есть кислород и водород. Еще в составе живых существ есть сера, азот, фосфор, углерод и так далее. Из химических веществ и соединений состоят выделения живых существ, а также их останки. Все сферы планеты – вода, воздух, почва, — это комплексы химических веществ. Вся живая и неживая природа взаимодействует между собой, результатом чего является, в том числе и загрязнение. Но если все состоит из химических элементов, то обмениваться и загрязнять друг друга они могут также химическими элементами. Значит, химическое загрязнение окружающей среды является единственным видом загрязнения? До недавнего времени это было так. Существовала только химия окружающей среды и живых организмов. Но достижения науки и внедрение их в производство, создали иные, кроме химических формы и виды загрязнений. Теперь мы уже говорим об энергетическом, радиационном, шумовом и так далее. Кроме того, в настоящее время химия окружающей среды стала дополняться веществами и соединениями, которые ранее в природе не встречались и созданы человеком в процессе производства, то есть искусственным путем. Эти вещества получили название ксенобиотики. Природа неспособна их переработать. Они не попадают в пищевые цепи и накапливаются в окружающей среде и организмах.

Химическое загрязнение по-прежнему остается и является основным.

А возможно ли загрязнение, если состав вещества и его загрязнителя однотипен? Возможно, потому что загрязнение возникает тогда, когда увеличивается концентрация тех или иных элементов в определенном месте или среде.

Таким образом, химическое загрязнение окружающей среды, это дополнительное привнесение в природу, включая ее растительный и животный мир, химических элементов природного и искусственного происхождения. Источниками загрязнения являются все процессы, происходящие на Земле как природные, так и производимые человеком. Основной характеристикой загрязнений можно считать степень их воздействия на живую и неживую природу. Последствия загрязнений могут быть: устраняемые и нет, локальные и глобальные, разовые и систематические и так далее.

Наука

Все более усиливающееся антропогенное влияния на природу и нарастающие масштабы ее загрязнения, дали толчок созданию раздела химии, получившего название «Химия окружающей среды». Здесь изучаются процессы и превращения, происходящие в почве, гидро- и атмосфере, исследуются природные соединения, их происхождение. То есть сферой этого раздела научной деятельности являются химические процессы в биосфере, миграция элементов и соединений по природным цепям.

В свою очередь, химия окружающей среды имеет свои подразделы. Один изучает процессы, происходящие в литосфере, другой – в атмосфере, третий – в гидросфере. Кроме того, есть отделы, изучающие загрязняющие вещества, природного и антропогенного происхождения, их источники, преобразования, движение и так далее. В настоящее время создано еще отделение – экологическое, сфера исследований которого, очень близка и иногда отождествляется с общим направлением.

Химия окружающей среды разрабатывает методы и средства защиты природы и ищет способы совершенствования существующих систем очистки и утилизации. Эта отрасль химии тесно связана с таким областями научных исследований, как экология, геология и так далее.

Можно предположить, что самым крупным источником загрязнения природы является химическая промышленность. Но это не совсем так. По сравнению с другими отраслями промышленного производства, или транспортом, предприятия этой отрасли выбрасывают существенно меньшее по количеству загрязняющих веществ. Однако состав этих веществ содержит значительно больше различных химических элементов и соединений. Это органические растворители, амины, альдегиды, хлор, оксиды и многое другое. Именно на химических предприятиях синтезировали ксенобиотики. То есть эта промышленность и своим производством загрязняет природу и выпускает продукцию, которая является самостоятельным источником загрязнения. То есть для окружающей среды источники химического загрязнения и производство, и продукция, и результаты ее использования.

Химическая наука и промышленность, ключевые отрасли человеческой деятельности. В них исследуются, разрабатываются, а затем производятся и применяются вещества и соединения, служащие основой строения всего на Земле, в том числе и ее самой. Результаты этих видов деятельности имеют реальную возможность повлиять на структуру живого и неживого вещества, на стабильность существования биосферы, на существование жизни на планете.

Виды загрязнений и их источники

Химическое загрязнение окружающей среды, также как и соответствующее отделение науки, условно разделяется на три вида. Каждый вид соответствует слою в биосфере Земли. Это химические загрязнения: литосферы, атмосферы и гидросферы.

Атмосфера. Основными источниками загрязнения воздуха являются: промышленность, транспорт и тепловые станции, в том числе бытовые котельные. В промышленном производстве по выбросам в атмосферу загрязняющих веществ лидируют металлургические комбинаты, предприятия химии и заводы по производству цемента. Вещества загрязняют воздух как при первичном попадании в него, так и производными соединениями, образующиеся в самой атмосфере.

Гидросфера. Основными источниками загрязнения водного бассейна Земли являются сбросы промышленных предприятий, коммунально-бытовой сферы, аварии и сбросы судов, стоки с сельскохозяйственных земель и так далее. Загрязнителями являются как органические, так и неорганические вещества. К основным относятся: соединения мышьяка, свинца, ртути, неорганические кислоты и углеводороды в разных видах и формах. Токсичные тяжелые металлы не разлагаются и накапливаются в организмах, живущих в воде. Нефть и нефтепродукты загрязняют воду и механически и химически. Разливаясь тонкой пленкой по поверхности воды, они уменьшают количество света и кислорода в воде. В результате чего замедляется процесс фотосинтеза, а ускоряется гниения.

Литосфера. Основные источники загрязнения почвы – это бытовой сектор, промышленные предприятия, транспорт, теплоэнергетика и сельское хозяйство. В результате их деятельности в землю попадают тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты, кислотные соединения и тому подобное. Изменение химического и физического состава почв, а также их структуры ведет к потере ими продуктивности, эрозии, разрушению и выветриванию.

Химия окружающей среды имеет сведения более чем о 5 млн. видах соединений, а их число постоянно растет, которые тем или иным способом «путешествуют» по биосфере. В производственной деятельности участвует более 60 тысяч таких соединений.

Основные загрязняющие вещества и элементы

Химия окружающей среды рассматривает следующие элементы и соединения в качестве основных загрязнителей природы.

Оксид углерода – это газ без цвета и запаха. Активное соединение, вступающее в реакцию с веществами, входящими в состав атмосферы. Оно лежит в основе образования «парникового эффекта». Токсично и это свойство вырастает при наличии в воздухе азота.

Сернистый и серный ангидрид увеличивают кислотность почвы. Что приводит к потере ее плодородности.

Сероводород. Газ без цвета. Различим по яркому запаху тухлых яиц. Он восстановитель и на воздухе окисляется. Воспламеняется при температуре 225 0 С. Это сопутствующий газ на месторождениях углеводородов. Он присутствует в вулканических газах, в минеральных источниках, залегает на глубинах более 200 метров в Черном море. В природе источник его появления – разложение белковых веществ. В промышленном производстве он появляется при очистке нефти и газа. применяется для получения серы и серной кислоты, различных серных соединений, тяжелой воды, в медицине. Сероводород токсичен. Он воздействует на слизистые оболочки и органы дыхания. Если для большинства живых организмов, он является отравляющим веществом, то для некоторых микроорганизмов и бактерий – среда обитания.

Оксиды азота. Это ядовитый газ, не имеющий цвета и запаха. Их опасность вырастает в городах, где они смешиваются с углеродом и образуют фотохимических смог. Это газ негативно действует на дыхательные пути человека и может привести к отеку легких. Он же, вместе с оксидом серы, источник кислотных дождей.

Двуокись серы. Газ с острым запахом, не имеющий цвета. Воздействует на слизистую оболочку глаз и органы дыхания.

Негативное влияние на природу вызывает повышенное содержание соединений фтора, свинца и хлора, углеводороды и их пары, альдегиды и многое другое.

Вещества призванные и созданные для увеличения плодородия земель и продуктивности сельскохозяйственных культур, в конечном итоге приводят к деградации почв. Низкая степень их усвоения в местах применения, дает им возможность распространяться на значительные расстояния и «кормить» совсем не те растения, для которых предназначены. Основной средой их перемещения является вода. Соответственно в ней же и наблюдается значительный рост зеленой массы. Водные объекты зарастают и исчезают.

Такой комплексный негативный эффект имеют практически все «химические» загрязнители природной среды.

До настоящего времени ксенобиотики или искусственно синтезированные вещества относят к отдельной категории загрязняющих веществ. Они не попадают в привычный для пищевых цепей кругооборот. Нет и эффективных способов их переработки искусственным способом. Ксенобиотики накапливаются в почве, воде, воздухе, живых организмах. Они мигрируют из организма в организм. Чем закончится это накопление и какова его критическая масса?

Итогом воздействия человека на окружающую среду, а именно его деятельность породила, казалось бы, невозможное, загрязнение природы тем, из чего она состоит, является изменение ее коренного, глубинного состава и структуры. Концентрация одних химических элементов и уменьшение объемов других, порождает неизученные и непредсказуемые, с точки зрения последствий, эффекты в биосфере.

Видео — Как загрязнение воздуха влияет на здоровье

Появление в окружающей среде продуктов производства химической промышленности – ксенобиотиков, отсутствующих в ней ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму, называют химическим загрязнением. Химическое загрязнение обусловлено токсическим воздействием химических веществ.

В основе жизни, как и в основе изменения химического состава биосферы, лежат химические и биохимические процессы, поэтому для моделирования и управления динамическим равновесием в биосфере необходимо знание химических механизмов взаимодействия между отдельными подсистемами. Есть и другой аспект взаимоотношений химии и экологии: речь идет о качественном и количественном составе химических антропогенных загрязнений биосферы в результате производственной и сельскохозяйственной деятельности человека. Здоровье человека и состояние окружающей среды тесно взаимосвязаны; поэтому особую опасность для здоровья представляют химические загрязнители.

Токсичностью называется способность различных химических элементов или их соединений оказывать вредное воздействие на микроорганизмы, растения, животных, человека. Понятие токсичность относится не к определенным элементам, а к любым химическим загрязняющим веществам, поступающим в биосферу в высоких концентрациях. Справедливым является утверждение, что нет токсичных веществ, есть токсичные концентрации.

Накопление загрязняющих веществ в пищевых цепях

Организм человека, как и любого биологического вида, в процессе жизнедеятельности непрерывно извлекает разнообразные химические вещества из окружающей среды, преобразует их и снова возвращает в окружающую среду. Этот круговорот веществ регулируется процессами питания и дыхания; при этом пища является главным источником биологически активных веществ, содержащих биогенные химические элементы.

В.И. Вернадский открыл закон биогенной миграции атомов – это миграция химических элементов в биосфере в целом при непосредственном участии живого вещества; она подразделяется на три рода:

– биогенная миграция атомов 1-го рода осуществляется микроорганизмами; она характеризуется огромной интенсивностью, связанной с их малым объемом и весом;

– биогенная миграция 2-го рода осуществляется многоклеточными организмами;

– биохимическая миграция атомов 3-го рода, связанная с жизнедеятельностью данного вида. Например, воздействие на почву грызунов – землероев, дождевых червей, термитов. До экспансии человека этот вид геохимической миграции атомов играл подчиненную роль.

Под влиянием жизненных форм значительная часть атомов, составляющих земную поверхность, находится в непрерывном интенсивном движении. Возрастает сила влияния живого вещества на планету, увеличивается ее воздействие на косное (неживое) вещество биосферы. Ученый констатировал, что в ХХ веке началось преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.

С появлением человеческого общества на планете, эта сила смещает пути и направления геохимических планетарных процессов. Сила действует стихийно, в своих эффектах проявляется вне сознания творящего ее человечества. Скорость социальной эволюции вместе со всеми деструктивными воздействиями на биосферу в настоящее время на 3 – 5 порядков выше скорости биологической эволюции , и в результате биосфера не может приспособиться к техногенным изменениям. Отсюда следует, что адаптация в системе «природа – общество» может осуществляться только в одностороннем порядке: человек – зависим от законов биосферы, которые обязательны для любого живого существа на нашей планете. Необходимо направить усилия людей на изучение и поддержание естественных механизмов саморегуляции и самоорганизации на планетарном уровне.

Таким образом, коадаптационная стратегия в отношении биосферы должна включать сокращение населения Земли, ограничение потребления, становление биоцентрического мышления, что может привести к снижению антропогенной нагрузки на биосферу.

Химическое загрязнение представлено разнообразными неорганическими, органическими, органо-минеральными соединениями. Разнообразие устойчивых химических соединений бесконечно велико. В настоящее время установлена химическая структура более шести миллионов химических соединений, причем около двухсот тысяч новых соединений в год синтезируется человеком, либо экстрагируются в огромных концентрациях.

Химия способствовала значительному развитию и подъему благосостоянию общества благодаря разнообразному применению огромного числа природных и синтетических веществ (топливо, масла, красители, полимеры, минеральные удобрения, пестициды, пищевые добавки, косметика, лекарства, растворители).

Токсические свойства придают химическому веществу так называемые токсофорные группы : нитрит–, цианид–, сульфид–, галогенид– ионы и другие. Использование токсичных веществ привело к биодеградации природных экосистем, ухудшению здоровья человека. В качестве примеров можно привести углеводородное топливо, которое при сжигании выделяет канцерогенный бенз(а)пирен. Многие красители обладают канцерогенным эффектом; в том числе термостойкие добавки к маслам – полихлорированные бифенилы (ПХБ). Сжигание высокомолекулярного поливинилхлорида (ПВХ) приводит к появлению самых токсичных антропогенных веществ – диоксинов.

Применение минеральных нитратных удобрений, пестицидов приводит к накоплению в организме токсичных веществ, обладающих канцерогенным эффектом. Широкое применение в различных областях производства фреонов, в том числе в качестве хладоагентов при производстве холодильников, способствовало разрушению озонового слоя Земли

Огромную опасность для здоровья представляют многие ингредиенты косметических средств, например, родамин «В» в губной помаде, триокрезилфосфат в лаке для ногтей, гормоны в шампунях, креме. В последние годы запрещен ряд косметических компонентов, включая используемую в косметике токсичную трихлоруксусную кислоту. Например, запрещены:

– гексахлорофен – антибактериальный препарат, соли тяжелых металлов, входящие в состав мыла, дезодорантов и кремов для кожи, который приводил к повреждению ткани мозга;

– лак для волос, в составе которого входит хлористый винил; его использование в аэрозольных баллончиках вызывал врожденные уродства и приводил к раку печени;

– отбеливающие кожу кремы, содержащие соли высокотоксичной ртути.

Ниже приведены «приоритетные» загрязнители:

– диоксид серы, образующий сернистую, серную кислоту в кислотных дождях, попадающих на растительность, почву и водоемы;

– полициклические ароматические углеводороды, в частности, бенз(а)пирен, обладающие канцерогенным эффектом;

– диоксины из класса хлорированных углеводородов;

– нефтепродукты, обладающие множественным токсическим эффектом;

– пестициды;

– оксид углерода (II) и оксида азота;

– радиоактивные элементы (стронций-90, цезий-137, йод-131, углерод-14);

– тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.), способные накапливаться в трофических цепях и оказывать высокотоксичное действие на живые организмы;

Для характеристики вреда химического вещества используют такие понятия как предел токсичности и длительность воздействия . В исследованиях на живых организмах, строят ряды токсичности веществ. При этом устанавливают максимально разовое и среднесуточное предельно допустимое содержание.

Предельно допустимую концентрацию (ПДК) вещества устанавливают с целью ограждения человека от практически постоянных отрицательных воздействий вредных веществ. Вредные вещества в концентрациях, не превышающих ПДК, не вызывают у человека отравления и не нарушают его нормальной деятельности.