IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Загрязнение окружающей среды – это поступление в неё вредных веществ, могущих нанести ущерб здоровью человека, неорганической природе, растительному и животному миру или стать помехой в той или иной человеческой деятельности. Конечно, загрязнения, вызванные деятельностью людей (их называют антропогенными), надо отличать от естественных загрязнений. Обычно, говоря о загрязнении, имеют в виду именно антропогенное загрязнение и оценивают его, сравнивая мощности естественных и антропогенных источников загрязнения.

Загрязнение окружающей среды имеет почти такую же долгую историю, что и история самого человечества. Долгое время первобытный человек мало чем отличался от других видов животных и в экологическом смысле находился в равновесии с окружающей средой. К тому же численность человечества была невелика. По оценкам исследователей, 100 тысяч лет назад на Земле было всего около миллиона человек. С течением времени в результате развития биологической организации людей, их умственных способностей, человеческий род выделился среди других видов. По словам французского эколога Ф. Рамада, «возник первый вид живых существ, воздействие которых на все живое представляет собой потенциальную угрозу равновесию в природе».

Значительная часть этих отходов человеческой деятельности чужда природной среде. Они либо ядовиты для микроорганизмов, разрушающих сложные органические вещества и превращающих их в простые неорганические соединения, либо вообще не разрушаются и поэтому накапливаются в различных частях окружающей среды. Даже те вещества, которые привычны для окружающей среды, поступая в неё в слишком больших количествах, могут изменять её качества и воздействовать на экологические системы.

Загрязнение гидросферы. Методы её защиты

Вода – одно из самых удивительных веществ на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в атмосфере) состояниях. Вся живая природа не может обойтись без воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают в них только в растворённом состоянии. Вообще вода – инертный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые растворяет. Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете. Без воды не может жить человек. Наконец, в современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средство производства. Итак, важность воды и гидросферы – водной оболочки Земли, невозможно переоценить. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения пресной воды.

Использование воды для хозяйственных целей – одно из звеньев круговорота воды в природе. Но антропогенное звено круговорота отличается от естественного тем, что в процессе испарения лишь небольшая часть использованной человеком воды возвращается в атмосферу опреснённой. Другая часть (около 90 %) сбрасывается в реки и водоёмы в виде сточных вод, загрязнённых отходами производства.

Увеличения расходования воды промышленностью связано не только с быстрым ростом последней, но и с ростом водоёмкости производства, то есть увеличение расхода воды на единицу продукции. Так на производство 1 тонны хлопчатобумажной ткани фабрики расходуют около 250 м³ воды, а на производство 1 т синтетического волокна – 2590–5000 м³. Много воды требуется химической промышленности и цветной металлургии: на производство 1 т аммиака затрачивается 1000 м³ воды, синтетического каучука – 2000 м³, никеля – 4000 м³. Для сравнения: на выплавку 1 т чугуна тратится 180–200 м³ воды.

Большое значение имеет удовлетворение потребностей населения в питьевой воде в местах его проживания через централизованные (приоритетно) или нецентрализованные системы питьевого водоснабжения. Источниками централизованного водоснабжения являются поверхностные воды, доля которых в общем объёме водозабора составляет 68 %, и подземные воды – 32 %. В сельской местности преобладает использование в питьевых целях сооружений и устройств систем децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вода из колодцев, родников и других источников децентрализованного водоснабжения не защищена от загрязнения и поэтому представляют высокую эпидемиологическую опасность.

Практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений, особенно реки, которые уже потеряли питьевое значение и перешли в категории загрязнённости – «условно чистая» и «грязная». Практически 70 % населения планеты употребляет воду, не соответствующую ГОСТу «Вода питьевая»¹. Возрастает загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения, в том числе нефтепродуктами, тяжёлыми металлами, пестицидами и другими вредными веществами, которые поступают в водоносные горизонты со сточными водами.

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Охрана водных объектов от загрязнений осуществляется посредством регулирования деятельности как стационарных, так и других источников загрязнений.

Аварийное загрязнение водных объектов возникает при залповом сбросе вредных веществ в поверхностные водные объекты, который причиняет вред или создаёт угрозу причинения вреда здоровью населения, нормальному осуществлению хозяйственной и иной деятельности, состоянию окружающей природной среды, а также биологическому разнообразию.

На территории Земли практически все водоёмы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязнённости. Увеличивается количество случаев высокого уровня загрязнения воды (более 10 ПДК²) и случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (более 100 ПДК).

Основными источниками загрязнения водоёмов служат предприятия чёрной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной, лёгкой промышленности.

Различают три вида загрязнения вод – биологическое, химическое и физическое.

Биологическое загрязнение создаётся микроорганизмами, в том числе болезнетворными, а также органическими веществами, способными к брожению. Главными источниками биологического загрязнения вод суши и прибрежных вод морей являются бытовые стоки, которые содержат фекалии, пищевые отбросы; сточные воды предприятий пищевой промышленности (бойни и мясокомбинаты, молочные и сыровареные заводы, сахарные заводы и т.п.), целлюлозно-бумажной и химической промышленности, а в сельской местности – стоки крупных животноводческих комплексов. Биологическое загрязнение может стать причиной эпидемий холеры, брюшного тифа, паратифа и других кишечных инфекций и различных вирусных инфекций, например гепатита.

Степень биологического загрязнения характеризуется главным образом тремя показателями. Один из них – это количество кишечных палочек (так называемых лактозоположительных, или ЛКП) в литре воды. Оно характеризует загрязнённость воды продуктами жизнедеятельности животных и указывает на возможность присутствия также болезнетворных бактерий и вирусов. По Государственному стандарту, например, купание считается безопасным, если в воде содержится не более 1000 ЛКП на литр. Если в воде содержится от 5000 до 50 000 ЛКП/л, то вода считается грязной, и при купании есть риск заразиться. Если же в литре воды содержится более 50 000 ЛКП, то купание недопустимо. Понятно, что после обеззараживания путём хлорирования или озонирования питьевая вода должна удовлетворять гораздо более жёстким стандартам.

Для характеристики загрязнённости органическими веществами служит другой показатель – биохимическое потребление кислорода (БКП). Он показывает, какое количество кислорода требуется микроорганизмам для переработки всего подверженного разложению органического вещества в неорганические соединения (в течение, скажем, пяти суток – тогда это БПК₅. По принятым у нас в стране стандартам БПК₅ у питьевой воды не должен превышать 3 миллиграммов кислорода на литр воды. Наконец, третий показатель – это содержание растворённого кислорода. Он обратно пропорционален БПК. Питьевая вода должна содержать более 4 миллиграммов растворённого кислорода на литр.

Химическое загрязнение создаётся поступлением в воду различных ядовитых веществ. Основные источники химического загрязнения – это доменное и сталелитейное производство, предприятия цветной металлургии, горнодобывающая, химическая промышленность и в большой мере экстенсивное сельское хозяйство. Кроме прямых сбросов сточных вод в водоемы и поверхностного стока, надо учитывать также попадание загрязнителей на поверхность воды непосредственно из воздуха.

Как и в загрязнении атмосферы, в загрязнении поверхностных вод (и вод океана) среди тяжёлых металлов пальму первенства держит свинец: у него отношение искусственного источника к естественному превышает 17. У других тяжёлых металлов – меди, цинка, хрома, никеля, кадмия искусственный источник поступления в природные воды также больше естественного, но не настолько, как у свинца. Большую опасность представляет загрязнение ртутью, попадающей в природные воды из воздуха, лесов и полей, обрабатываемых пестицидами, а иногда и в результате промышленных сбросов. Исключительно опасен сток вод из ртутных месторождений или рудников, где ртуть может переходить в растворимые соединения. Эта угроза делает крайне опасными проекты водохранилищ на алтайской реке Катунь.

В последние годы существенно увеличилось поступление в поверхностные воды суши нитратов из-за нерационального применения азотных удобрений, а также из-за увеличения выбросов в атмосферу с выхлопными газами автомобилей. Это же относится и к фосфатам, для которых, помимо удобрений, источником служит всё более широкое применение различных моющих средств. Опасное химическое загрязнение создают углеводороды – нефть и продукты её переработки, которые попадают в реки и озёра как с промышленными сбросами, в особенности при добыче и транспортировке нефти, так и в результате смыва с почвы и выпадения из атмосферы.

Физическое загрязнение вод создаётся сбросом в них тепла или радиоактивных веществ. Тепловое загрязнение связано главным образом с тем, что используемая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях вода (и соответственно около 1/3 и 1/2 вырабатываемой энергии) сбрасывается в тот же водоём. Вклад в тепловое загрязнение вносят также некоторые промышленные предприятия. С начала нынешнего столетия вода в Сене потеплела более чем на 5°, а многие реки Франции перестали замерзать зимой. На Москве-реке в пределах Москвы зимой теперь редко можно увидеть льдины, а в местах впадения некоторых речек (например, Сетуни) и сбросов теплоэлектроцентралей наблюдались полыньи с зимующими на них утками. На некоторых реках промышленного востока США ещё в конце 60-х годов вода нагревалась летом до 38° и даже до 48°.

При значительном тепловом загрязнении рыба задыхается и погибает, так как её потребность в кислороде растет, а растворимость кислорода с повышением температуры уменьшается. Количество кислорода в воде уменьшается ещё и потому, что при тепловом загрязнении происходит бурное развитие одноклеточных водорослей: вода «зацветает» с последующим гниением отмирающей растительной массы. Кроме того, тепловое загрязнение существенно повышает ядовитость многих химических загрязнителей, в частности тяжёлых металлов.

При нормальной работе ядерных реакторов в охлаждающее вещество, в качестве которого применяется главным образом вода, могут попасть нейтроны, под действием которых атомы этого вещества и примеси, прежде всего продукты коррозии, становятся радиоактивными. Кроме того, защитные циркониевые оболочки тепловыделяющих элементов могут иметь микротрещины, через которые в охлаждающую жидкость могут попадать продукты ядерных реакций. Хотя такие отходы слабоактивные, они всё же могут повышать общий фон радиоактивности. При авариях отходы могут оказаться более активными. В природных водоёмах радиоактивные вещества подвергаются физико-химическим превращениям – концентрации на взвешенных частицах (адсорбция, в том числе ионообменная), осаждению, осадкообразованию, переносу течениями, поглощению живыми организмами, накоплению в их тканях. В живых организмах накапливаются прежде всего радиоактивная ртуть, фосфор, кадмий, в грунте – ванадий, цезий, ниобий, цинк, в воде остаются сера, хром, иод.

Загрязнение океанов и морей происходит вследствие поступления загрязняющих веществ с речным стоком, их выпадения из атмосферы и, наконец, благодаря хозяйственной деятельности человека непосредственно на морях и океанах.

С речным стоком, объём которого составляет около 36–38 тысяч км³, в океаны и моря поступает огромное количество загрязнителей во взвешенном и растворённом виде. По некоторым оценкам, этим путём в океан ежегодно попадает более 320 млн т железа, до 200 тыс. т свинца, 110 млн т серы, до 20 тыс. т кадмия, от 5 до 8 тыс. т ртути, 6,5 млн т фосфора, сотни миллионов тонн органических загрязнителей. Особенно достаётся внутренним и полузамкнутым морям, у которых отношение площадей водосбора и самого моря больше, чем у всего Мирового океана (например, у Черного моря оно равно 4,4 против 0,4 у Мирового океана). По минимальным оценкам, со стоком Волги в Каспийское море поступает 367 тыс. т органики, 45 тыс. т азота, 20 тыс. т фосфора, 13 тыс. т нефтепродуктов. Отмечается высокое содержание хлорорганических пестицидов в тканях осетровых рыб и килек – главных объектов промысла. В Азовском море содержание пестицидов выросло более чем в 5 раз. В Балтийском море содержание кадмия выросло на 2,4 процента, ртути – на 4, свинца – на 9 процентов.

Поступающие с речным стоком загрязнения распределяются неравномерно по акватории океана. Около 80–95 % взвешенного вещества и от 20 до 60 % растворённого вещества речного стока теряется в дельтах и эстуариях рек и не проникает в океан. Та часть загрязнений, которая все-таки прорывается через области «лавинного осаждения» в устьях рек, перемещается в основном вдоль берега, оставаясь в пределах шельфа. Поэтому роль речного стока в загрязнении открытого океана не столь велика, как это думали раньше.

Атмосферные источники загрязнения океана по некоторым видам загрязнителей сравнимы с речным стоком. Это касается, например, свинца, средняя концентрация которого в водах Северной Атлантики за полвека повысилась с 0,01 до 0,07 мг/л и уменьшается с глубиной, прямо указывая на атмосферный источник. Ртути из атмосферы поступает почти столько же, сколько и с речным стоком. Половина пестицидов, содержащихся в океанских водах, также поступает из атмосферы. Несколько меньше, чем с речным стоком, из атмосферы в океан поступает кадмия, серы, углеводородов.

Проблема очистки водоёмов – одна из важнейших проблем населения планеты. Так, например, множество проблем накопилось в США и Канаде в связи с загрязнением Великих озёр. По заключению Национального исследовательского совета США и Королевского общества Канады, они аккумулируют в себе огромное количество токсичных химикатов. Учёные утверждают, что нужно 150 лет пить озёрную воду, чтобы получить ту дозу токсичных веществ, которую получают жители прибрежных районов, отведав только раз озёрной форели. Из десяти рыб выловленных в штате Мичиган и проверенных в лаборатории, девять оказались заражёнными токсичными веществами до такой степени, что не годились в пищу. У птиц и 16 видов хищных животных, обитающих в этом регионе, было обнаружено нарушение процесса воспроизводства, что привело к уменьшению популяций. В начале 80-х годов американо-канадская комиссия зарегистрировала 42 «вызывающих тревогу района». Прежние захоронения токсичных веществ привели здесь к концентрации ядовитых донных отложений. Очистка этих обширных площадей в технологическом плане оказалась делом очень трудным.

Реальную опасность экологическому равновесию в океане представляют следующие формы антропогенного воздействия:

загрязнение акваторий;

нарушение механизма воспроизводства морских организмов;

отторжение берегового и акваториального пространства для хозяйственных целей.

Реки выносят в океан промышленные отходы, сточные воды, сельскохозяйственные удобрения. Водные пространства морей и океанов – конечные вместилища подавляющего большинства отходов. Морские воды загрязняются в результате захоронения различных отходов, удаления нечистот и мусора с кораблей, при исследовании дна морей и океанов и, особенно в результате различных аварий. В Тихий океан, например, сбрасывается ежегодно около 9 млн т отходов, а в воды Атлантики – свыше 30 млн т.

В городах близ береговой линии в морской воде нередко обнаруживается патогенная микрофлора. Поля загрязнения формируются в прибрежных водах крупных промышленных центров и устьев рек, а также в районах интенсивного судоходства и нефтедобычи.

Степень загрязнённости вод в океане постоянно возрастает. Способность воды к самоочищению оказывается порой недостаточной, чтобы справиться с постоянно увеличивающимся количеством сбрасываемых отходов. Под влиянием течений загрязнения перемешиваются и очень быстро распространяются, оказывая вредное воздействие на зоны, богатые животными и растительностью, наносят серьёзный ущерб состоянию морских экосистем и экономике в целом.

В настоящее время к числу сильно загрязнённых относятся многие реки Рейн, Дунай, Сена, Огайо, Волга, Днепр, Днестр и др. Растет загрязнение мирового океана. Причём здесь существенную роль играет не только загрязнение стоками, но и попадание в воды морей и океанов большого количества нефтепродуктов. В целом, наиболее загрязнены внутренние моря Средиземное, Северное, Балтийское, Внутреннее Японское, Яванское, а также Бискайский, Персидский и Мексиканский заливы.

В августе 2002 года в Йоханнесбурге состоялся всемирный саммит, посвященный устойчивому развитию. На саммите прозвучала и стала достоянием СМИ статистика, вызывающая тревогу:

1,1 млрд человек уже не имеет безопасную питьевую воду;

1,7 млрд проживает в местах, испытывающих дефицит пресной воды;

1,3 млрд человек живёт в условиях крайней бедности.

Прогноз на 2025 год – просто пугает: из каждых трёх человек, двое будут испытывать недостаток пресной воды, поэтому изучение условий её воспроизводства – актуальнейшая задача.

Решить проблему дефицита пресной воды пытаются по нескольким взаимосвязанным направлениям:

- рационализировать водопользование, с тем, чтобы потери воды свести до минимума и осуществить переброску части вод из районов с избыточным увлажнением в районы, где ощущается дефицит влаги;

- кардинальными и эффективными мерами предотвратить загрязнение рек, озёр, водохранилищ и других водоёмов и создать крупные резервы пресной воды;

- расширить использование новых источников пресной воды.

Проблемой опреснения океанских и морских вод занимаются органы ООН, Международное агентство по атомной энергии, национальные организации более чем 15 стран мира. Усилия учёных и инженеров направлены на разработку эффективных мер по комплексному использованию вод Мирового океана, при котором извлечение из них полезных компонентов сочетается с производством чистой воды. Такой путь позволяет наиболее эффективно осваивать водные богатства океана.

Опреснение солёных вод Мирового океана перспективно, тем белее, что большие площади засушливых и малообводнённых территорий примыкают к его берегам или находятся поблизости от них. Таким образом, океанские и морские воды служат сырьевыми ресурсами для промышленного использования. Их огромные запасы практически неисчерпаемы, но они на современном уровне развития техники не везде могут рентабельно эксплуатироваться из-за содержания в них растворённых веществ.

В настоящее время известно примерно 30 способовопреснения морской воды³. В частности, пресная вода получается при испарении или дистилляции, вымораживании, использовании ионных процессов, экстракции и т.п. Все способы превращения соленой воды в пресную требуют больших затрат энергии. Например, при опреснении путём дистилляции расходуется 13–14 кВт/ч на 1 т продукции. В общем, на долю электроэнергии приходится примерно половина всех издержек на опреснение, их другая половина идёт на ремонт и амортизацию оборудования. Таким образом, стоимость опреснённой воды зависит в основном от стоимости электроэнергии.

Однако там, где для жизнеобеспечения людей не хватает пресной воды и есть условия для строительства опреснителей, стоимостной фактор отступает на второй план. В некоторых районах опреснение, несмотря на его высокую стоимость экологически выгоднее, чем привоз воды издалека.

Опреснение солёных вод развивается достаточно интенсивно. В результате чего каждые два-три года суммарная производительность установок удваивается. Промышленное опреснение океанских и морских вод в приатлантических странах ведётся на Канарских островах, в Тунисе, Англии, на острове Аруба в Карибском море, Венесуэле, на Кубе, в США и др.

К числу наиболее вредных химических загрязнений относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 10 млн т нефти. Наибольший вклад в нефтяное загрязнение океана вносят морские перевозки нефти. Из 3 млрд т нефти, добываемых в настоящее время, морем перевозится около 2 млрд т. Даже при безаварийном транспорте происходят потери нефти при её погрузке и разгрузке, сбрасывании в океан промывочных и балластных вод (которыми заполняют танки после выгрузки нефти), а также при сбросе так называемых льяльных вод, которые всегда скапливаются на полу машинных отделений любых судов. Хотя международные конвенции запрещают сброс загрязнённых нефтью вод в особых районах океана (таковыми считаются, например, Средиземное, Чёрное, Балтийское, Красное моря, а также зона Персидского залива), в непосредственной близости от берега в любом районе океана, налагают ограничения на содержание нефти и нефтепродуктов в сбрасываемых водах, они всё же не устраняют загрязнения; при погрузке и разгрузке разливы нефти происходят в результате ошибок персонала или из-за отказа оборудования.

Аварийные разливы происходят при добыче нефти на морском шельфе, в настоящее время составляющей около трети всей мировой добычи. В среднем такие аварии вносят сравнительно небольшой вклад в нефтяное загрязнение океана, но отдельные аварии имеют катастрофический характер. К ним можно отнести, например, аварию на буровой установке «Иксток-1» в Мексиканском заливе в июне 1979 года. Вырвавшийся из-под контроля нефтяной фонтан извергался более полугода. За это время в море оказалось почти 500 тыс. т нефти (по другим данным, почти миллион тонн).

Но наибольший ущерб окружающей среде и биосфере наносят внезапные разливы больших количеств нефти при авариях танкеров, хотя такие разливы и составляют только 5–6 % суммарного нефтяного загрязнения. Летопись этих аварий столь же длинна, как и история самих морских перевозок нефти. Считается, что первая такая авария произошла в пятницу 13 декабря 1907 г., когда семимачтовая парусная шхуна «Томас Лоусон» грузоподъемностью 1200 т с грузом керосина в штормовую погоду разбилась о скалы у островов Силли недалеко от юго-западной оконечности Великобритании. Катастрофой века на сегодняшний день остается авария, произошедшая с супертанкером «Амоко Кадис», который в районе острова Уэссан (Бретань, Франция) потерял управление из-за неисправностей рулевого механизма (и время, ушедшее на торг со спасательным судном) и сел на скалы у этого острова. Это случилось 16 марта 1978 г. Из танков «Амоко Кадис» в море вылились все 223 тыс. т сырой нефти. Это создало тяжелую экологическую катастрофу в обширном районе моря, прилегающем к Бретани, и на большом протяжении его берега. Уже за первые две недели после катастрофы излившаяся нефть распространилась по огромной акватории, загрязнённым оказалось побережье Франции на протяжении 300 км. В пределах нескольких километров от места аварии (а оно произошло в 1,5 мили от берега) погибло всё живое: птицы, рыбы, ракообразные, моллюски, другие организмы. По свидетельству учёных, никогда не приходилось видеть биологического ущерба на такой огромной площади ни в одном из предыдущих нефтяных загрязнений. По прошествии месяца после разлива 67 тыс. т нефти испарилось, 62 тыс. достигли берега, 30 тыс. т распределились в водной толще (из них 10 тыс. т разложились под воздействием микроорганизмов), 18 тыс. т были поглощены отложениями на мелководье и 46 тыс. т были собраны с берега и с поверхности воды механическим путем.

Только 1 т нефти способна покрыть до 12 км² поверхности моря. А нефтяная плёнка нарушает все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает, но и осевшая на дно нефть долгое время вредит всему живому. Нарушается обмен океана с атмосферой: энергией, газами, теплом и влагой, в результате перестаёт размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей. В верхних 5–10 см водной толщи развивается богатейшее сообщество самых разнообразных организмов. Его называют нейстоном. Здесь находится «питомник» молоди очень многих видов рыб и беспозвоночных животных, которые, вырастая, населяют водную толщу и дно морей и океаном. На поверхности же накапливается вещества-загрязнители, в том числе нефть и нефтепродукты.

В открытом океане нефть встречается глазным образом в виде тонкой плёнки (с минимальной толщиной до 0,15 микрометра) и смоляных комков, которые образуются из тяжёлых фракций нефти. Если смоляные комки воздействуют, прежде всего, на растительные и животные морские организмы, то нефтяная плёнка, кроме того, влияет на многие физические и химические процессы, происходящие на поверхности раздела океан – атмосфера и в слоях, прилегающих к нему. При росте загрязненности океана такое влияние может приобрести глобальный характер.

Прежде всего нефтяная плёнка увеличивает долю отражаемой от поверхности океана солнечной энергии и уменьшает долю поглощаемой энергии. Тем самым нефтяная пленка оказывает влияние на процессы теплонакопления в океане. Несмотря на уменьшение количества поступающего тепла, поверхностная температура при наличии нефтяной пленки повышается тем больше, чем толще нефтяная пленка. Океан является главным поставщиком атмосферной влаги, от которого в значительной мере зависит степень увлажнения материков. Нефтяная плёнка затрудняет испарения влаги, а при достаточно большой толщине (порядка 400 микрометров) может свести его практически к нулю. Сглаживая ветровое волнение и препятствуя образованию водяных брызг, которые, испаряясь, оставляют в атмосфере мельчайшие частички соли, нефтяная пленка изменяет солеобмен между океаном и атмосферой. Это также может повлиять на количество атмосферных осадков над океаном и материками, так как частички соли составляют значительную часть ядер конденсации, необходимых для образования дождя.

Самоочищение морей и океанов – сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включение их в общий круговорот веществ. Способность моря перерабатывать углеводороды и другие виды загрязнений не безгранична. В настоящее время многие акватории уже утратили способность к самоочищению. Некоторые заливы и бухты нефть, в больших количествах скопившаяся в донных отложениях, превратила практически в мёртвые зоны.

Существует прямая зависимость между численностью нефтеокисляющих бактерий и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Наибольшее число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до 106–107 на 1 л морской воды. Наряду с численностью микроорганизмов растёт их видовое разнообразие. Это, по всей видимости, можно объяснить большой сложностью химического состава нефти, различные компоненты которой могут потребляться только определёнными видами микроорганизмов. Нефтеокисляющие микроорганизмы можно рассматривать как индикаторы нефтяного загрязнения воды.

К морским организмам, которые участвуют в процессах самоочищения, относятся моллюски. Различают две группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Для них характерна двухстворчатая раковина. Обычно створки раковины чуть приоткрыты, и хорошо видно, как из-под радужной мантии торчат две трубочки – сифоны. Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней частицами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода возвращается в море. Все съедобные частицы усваиваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Крупный моллюск мидии может пропустить через себя до 70 л воды в сутки и таким образом очистить её от возможных механических примесей и некоторых органических соединений. Подобно мидии, питаются и другие морские животные – мшанки, губки, асцидии.

У моллюсков второй группы раковина или закрученная, овально-конической формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блюдечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности.

Поистине санитар-рекордсмен – моллюск кардиум, входящий в фауну Каспийского моря. Несмотря на свои небольшие размеры (около 2,5 см), он в процессе питания успевает за сутки профильтровать до 15 л воды. При этом растворённые в ней компоненты нефти, как вещества, непригодные для питания, обволакиваются слизью и в этой «упаковке» выбрасываются на дно.

Учёные стремятся изучить деятельность морских организмов, включая водоросли, с тем, чтобы найти новые эффективные способы борьбы с загрязнением водоёмов, прежде всего богатого рыбой Каспия.

Радиоактивное загрязнение

Естественная радиоактивность, интенсивность которой в специфических, выработанных физиками единицах, оценивается в 10–20 микрорентген в час, создаётся в атмосфере двумя источниками. Во-первых, это выделение радиоактивных газов из минералов земной коры. Таково происхождение газа радон-222, который имеет период полураспада в 3,8 суток, и совсем уже короткоживущего торона, он же радон-220: период его полураспада 54 секунды. Во-вторых, это воздействие космических лучей на атмосферные газы, приводящее к образованию радиоактивных изотопов – трития (водород-З), углерода-14, бериллия-7 и некоторых других. Рентген (Р) — это количество рентгеновского, или гамма-излучения, которое путём ионизации создаёт в воздухе некоторый определённый электрический заряд (2,58·10^-4 кулонов на килограмм). Употребляется также единица рад – это доза радиации, равная энергии 10 мДж, поглощённой килограммом облучённого вещества. Используется и биологический эквивалент рентгена(бэр); он равен дозе ионизирующего излучения, дающей такой же биологический эффект, что и рентгеновское излучение в один рентген. Отношение между бэром и радом для рентгеновского и гамма-излучения и электронов равно единице, для медленных нейтронов – трём, для альфа-частиц, быстрых нейтронов и протонов – десяти, для осколков деления урана – двадцати. Это отношение характеризует относительную биологическую эффективность соответствующего вида излучения.

Уже при добыче сырья на урановых или ториевых шахтах, как и при добыче обычной руды, образуется много пыли, но эта пыль радиоактивна. Она и выделяющиеся радиоактивные газы могут оказаться в атмосфере при вентилировании шахт. На обогатительных фабриках урановая руда дробится и распыляется, и в воздух может попадать не только радиоактивная пыль, но и ядовитые вещества: ванадий, мышьяк, селен и др. Далее концентрат урановой руды растворяют, при этом в атмосферу могут выделяться радиоактивные пары, или обрабатывают фтором с образованием и возгонкой шестифтористого урана UF₆. В дальнейшем это радиоактивное и крайне ядовитое вещество прогоняется по длинным трубам с фильтрами (метод газовой диффузии) или центрифугируется для отделения ядерного топлива – урана-235. Естественно, что вероятность просачивания ядовитого и радиоактивного шестифтористого урана через многочисленные соединения труб при всем этом довольно велика. Изготовление топливных элементов для атомных электростанций, включающее механическую и тепловую обработку ядерного топлива, осуществляется в герметических помещениях с помощью дистанционно управляемых манипуляторов. Тем не менее. вероятность попадания радиоактивности в окружающую среду имеется и здесь.

Что бы ни говорилось об якобы обеспеченной экологической чистоте ядерной энергетики, возможность загрязнения окружающей среды существует практически на всех этапах производства как ядерной энергии, так и ядерного оружия, прич`м сейчас мы говорим о контролируемых технологических процессах, хотя наибольший ущерб могут причинить аварии на предприятиях атомной промышленности. Правда, вероятность таких аварий, по расчётам специалистов, мала. Вероятность крупной аварии с повреждением противоаварийной оболочки реактора в 1975 году была оценена специалистами США как один раз за миллион лет. Однако последствия таких аварий могут быть настолько ужасными, что даже эта малая вероятность не может успокоить общественность всех стран. И это доказала самая большая за историю атомной энергетики катастрофа на Чернобыльской АЭС.

Вероятность радиоактивного загрязнения окружающей среды при нормальной работе атомных электростанций невелика, но аварии, как упоминалось выше, могут иметь катастрофические последствия. По данным международной организации (МАГАТЭ), за 15 лет с 1971 по 1985 год произошла 151 авария в 14 странах, то есть ежегодно происходило не менее 10 аварий. Крупных аварий за 30 лет насчитывается три. В 1957 году на АЭС в Уиндскейле (Великобритания) в результате ошибки обслуживающего персонала произошёл выброс воздуха, содержащего радиоактивные изотопы иода, цезия и стронция. Активность выброшенных веществ составила около 21 000 Кюри. Произошло загрязнение местности. На территории в 500 км² в течение 3–6 недель была запрещена продажа молока, поскольку оно оказалось заражённым радиоактивным иодом. (Суммарная активность радиоактивного вещества измеряется числом распадов атомов в секунду. Единицей является Беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду. Применяется также старая единица – Кюри (Ки) (37 миллиардов Бк).

Самая крупная авария (активность выброса 50 миллионов Кюри) на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к гибели и потере здоровья многих людей, полностью выключила из хозяйственной деятельности, можно сказать, из жизни, огромную территорию, нанесла большой материальный урон. Дополнительные последствия, которые могут проявиться в будущем, сейчас еще невозможно оценить.

Нельзя сбрасывать со счетов радиоактивное загрязнение воздуха на заводах ядерного оружия, которые всё ещё продолжают производить свою смертоносную продукцию, а также при транспортировании сырья, готовых изделий или отходов и при подземных испытаниях ядерного оружия. Недавно стало известно о взрыве хранилища радиоактивных отходов на заводе под Челябинском, произошедшем в 1957 году. При аварии произошёл выброс отходов с активностью около 2 миллионов Кюри, и хотя 90 процентов её осталось в пределах завода, загрязнённой (в основном изотопом стронций-90) оказалась огромная по размерам территория.

Естественная радиоактивность даёт каждому человеку в течение жизни дозу в 5–10 бэр. Это облучение наряду с другими факторами ответственно за современный «нормальный» уровень мутаций и раковых заболеваний. Логично думать, что любое дополнительное облучение увеличит вероятность этих мутаций и заболеваний. Поэтому некоторые учёные справедливо считают, что (с точки зрения прежде всего генетических последствий) безопасного уровня радиации вообще не существует.

Радиоактивные отходы

Особое значение имеет проблема радиоактивных отходов. Их отличительная особенность – невозможность их уничтожения, необходимость на длительное время изолировать их от окружающей среды. Основная масса радиоактивных отходов образуется на заводах атомной промышленности. Эти отходы, в основном твёрдые и жидкие, представляют собой высокорадиоактивные смеси продуктов деления урана и трансурановых элементов (кроме плутония, который выделяется из отходов и используется в военной промышленности и для других целей). Радиоактивность смеси составляет в среднем 1,2·10⁵ Кюри на килограмм, что приблизительно соответствует активности стронция-90 и цезия-137. В настоящее время в мире действуют более 400 ядерных реакторов АЭС мощностью порядка 275 гигаватт, Грубо можно считать, что на 1 гигаватт мощности ежегодно приходится порядка тонны радиоактивных отходов средней активностью 1,2·10⁵ Кюри. Таким образом, по массе количество отходов сравнительно невелико, однако их суммарная активность быстро растёт. Проблема захоронения таких отходов до сих пор не решена.

Загрязнение воздуха внутри помещений

Говоря о загрязнении атмосферы, нельзя не коснуться качества воздуха в жилых и иных помещениях. Исследования показывают, что и здесь есть основания для тревоги. Имеются данные, что в современных помещениях воздух может быть в 100 раз токсичнее, чем наружный воздух даже в насыщенных промышленными предприятиями городах. А ведь люди до 90 процентов своего времени, как правило, проводят в помещениях.

В воздухе замкнутых помещений может находиться, по существу, весь известный спектр загрязнителей, кроме, быть может, озона. Прежде всего, следует сказать о радоне, выделяющемся из земных недр. На открытом воздухе он обычно не представляет какой-либо опасности. Однако при наличии самых незначительных трещин в фундаменте зданий в условиях плохой вентиляции его концентрация в воздухе помещений может достигать опасного уровня. Так, проведённое в США обследование показало, что примерно в 8 миллионах домов концентрация радона превышает безопасный уровень. В ряде случаев была зафиксирована концентрация, при которой рабочие урановых предприятий должны пользоваться респираторами. Источниками токсичных веществ в воздухе помещений могут быть некоторые строительные и отделочные материалы. Например, асбоцементные листы или выделяющие формальдегид декоративные панели, тепло- и электроизоляционные материалы (тот же асбест, поливинилхлорид, полихлорбифенилы и другие органические соединения), различные синтетические клеи и т.д. Другие источники – это всевозможные препараты, применяемые в быту (например, краски и растворители, пестициды, освежители воздуха). Наконец, нельзя не сказать о наружных загрязнителях, таких, как пыль, выхлопные газы, которые так или иначе проникают и задерживаются внутри помещений.

Загрязнение воздуха внутри помещений в результате использования дров, угля и других видов твёрдого топлива для обогрева жилища и приготовления пищи вызывает серьёзные заболевания и приводит к фатальным последствиям. В странах, которые входят в регион Европейского бюро Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) ежегодно в результате использования твёрдых видов топлива умирает 10 тысяч детей в возрасте до 5 лет.

Пути разрешения этой проблемы обсуждались на подготовительном заседании Пятой европейской министерской конференции по окружающей среде и охране здоровья в 2010 г. в Люксембурге.

Эксперты опасаются, что финансовый кризис может привести к росту использования дешёвых видов топлива для обогревания жилищ и к сжиганию бытовых отходов в домашних условиях, что создаёт повышенный риск для здоровья детей, особенно малышей. Ведь они проводят дома до 90 % времени.

«У нас достаточно данных, опровергающих привычный тезис о том, что у себя дома дети находятся в безопасности. В течение слишком долгого времени системы здравоохранения не уделяли достаточного внимания вопросам обеспечения здоровой окружающей среды в помещениях. Органы общественного здравоохранения должны принять меры к защите тех групп населения, которые наиболее уязвимы к воздействию вредных экологических факторов, особенно в тот период, когда экономический кризис ведет к росту числа людей, подверженных риску», – заявил директор Европейского регионального бюро ВОЗ Марк Данзон.

Эксперты ВОЗ обращают внимание на то, что дым от сгорания твёрдых видов топлива содержит ряд опасных для здоровья человека загрязнителей, включая мелкие частицы сажи или пыли, способные проникать глубоко в легкие. У экспертов ВОЗ имеются убедительные доказательства того, что это повышает риск развития пневмонии у детей в возрасте до пяти лет, а также хронических заболеваний дыхательных путей и рака легких (при использовании угля) у людей старше 30 лет. Угарный газ также оказывает негативное воздействие на здоровье путем снижения способности крови поглощать кислород.

В составе Европейского отделения ВОЗ 53 государства. Кроме стран европейского континента туда входят также страны Центральной Азии и Израиль.

Заключение

Логика развития жизни на Земле определяет деятельность человека как главный фактор, причём биосфера может существовать без человека, но человек не может существовать без биосферы. Фактором существования биосферы является чистая вода. Следующие поколения не простят нам то, что мы лишили их возможности наслаждаться первозданной природой. Сохранить гармонию человека и природы – основная задача, которая стоит перед настоящим поколением. Это требует изменения многих ранее сложившихся представлений о соизмерении человеческих ценностей. Необходимо развитие у каждого человека «экологического сознания», которое будет определять выбор вариантов технологий, строительства предприятий и использования природных ресурсов.

Одна из основных задач современного образования – становление экологического способа мышления.

Литература

1. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. – Л.: Химия, 1985. – 528 с.

2. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. – М.: Стройиздат, 1977. – 208 с.; 1996. – 345 с.

3. Кучер М.И. Экология : учебное пособие / под ред. проф. Е.Э. Френкеля. – Вольск: ВВИМО, 2015. – 263 с.

4. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М.: Фаир, 1999.

5. Опреснение воды [Интернет-ресурс]:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D1%80%D0%B5%D1%81%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B

6. Петров А.А., Арефьев О.А. Биомаркеры и геохимия процессов нефтеобразования // Геохимия. 1990. № 5. С. 704–714.

7. Предельно допустимая концентрация [Интернет-ресурс]:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE_%D0%B4%D0%BE%D0%BF%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

8. Спенглер А.О. Слово о воде. Л.: Гидрометиоиздат, 1980.

9. Фомин Г.Г. Вода, контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. М.: «Протектор», 1995. С. 367–371.

10. Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях: учеб. пособие / А.С. Гринин, В.Н. Новиков. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002. – 336 с.

11. Экология : учебник для студентов вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Изд. 8-е. – Ростов н/Д : Феникс, 2005. – 576 с.

12. Экология для технических вузов / Под ред. В.М. Гарина. – 2-е изд. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. – 384 с.

1 ГОСТ 32220-2013. Межгосударственный стандарт. Вода питьевая, расфасованная в ёмкости. Общие технические условия (введён в действие Приказом Росстандарта от 22.11.2013 № 1606-ст); из информационного банка «Отраслевые технические нормы».

2ПДК – предельно допустимая концентрация.

3Опресне́ние воды – удаление из воды растворённых в ней солей с целью сделать её пригодной для питья или для выполнения определённых технических задач.

Код для цитирования: Скопировать