НОВОСТИ |
Биологическое загрязнение биосферы. Загрязнение биосферыЗагрязнение биосферыВ числе важнейших проблем человечества, с которыми ему приходится все чаще сталкиваться в начале 21 века, продолжает нарастать такая, как загрязнение биосферы. Она входит в перечень всего комплекса глобальных проблем человечества, которые рассматриваются современной наукой как такие, которые способны к саморазвитию, самовоспроизводству во все больших масштабах, и преодолеть которые, можно только путем объединения усилий всего человечества. Производственно-хозяйственная деятельность стран начинает оказывать такое влияние на биосферу Земли, что на данном этапе возникла реальная угроза не только, собственно, чистоте природного окружения, но и возникли условия для ее физико-биологического перерождения. Проявляется это, прежде всего, в нарушении биоценоза – равновесного состояния природной среды, при котором она еще в состоянии использовать внутренние ресурсы поддержания существования на необходимом химико-биологическом уровне. Смещение биоценоза, происходящее под воздействием такого явления, как загрязнение биосферы, непосредственно ведет к утрате способности саморегуляции, которая обеспечивает минимизацию потерь от разного рода природных катастроф и негативных последствий человеческого хозяйствования в природном окружении. В некоторых случаях, можно уже сейчас вести речь о достижении, или даже превышении, всех допустимых пределов, при которых биологическая среда способна обеспечивать свое устойчивое существование. Проблема состоит еще и в том, что человечество и наука, еще очень слабо знают эти самые пределы устойчивости, которые формулируются, главным образом, на основе эмпирики. Тем не менее, в некоторых регионах планеты уже сейчас наблюдаются необратимые процессы деградации природной среды и биосферы в целом. Можно перечислить некоторые из наиболее «звучащих» проблем, к которым непосредственно привело загрязнение биосферы. «Парниковый эффект» - это явление связано с повышением температуры в северных широтах Земли, так, например, ученые заявляют, что величина этого повышения за последние тридцать лет составила примерно 0,7 градуса. Этот температурный рост обусловлен увеличением количества диоксида углерода и других аэрозольных соединений в атмосфере планеты. Как результат – сверхнормальное поглощение воздухом той энергии, которая выделяется Земле Солнцем. Этот эффект действительно представляет собой глобальные проблемы биосферы, потому что его источником являются энергоресурсные предприятия – ТЭЦ, АЭС, и, даже ГЭС, хотя до недавнего времени было принято считать «энергию воды» экологически чистой. Такой же, поистине «космической» проблемой выступает и уменьшение озонового слоя. Этот защитный экран, по своей физической природе, является пульсирующим, то есть меняющим свою величину под влиянием ряда факторов. Однако в последние десятилетия в комплексе факторов все более заметную роль стали играть факторы, отнюдь не космического характера, а сугубо земные и совсем не позитивные. Речь идет о чрезмерном использовании в производстве и быту хлорфторуглеводородов (фреонов), которые активно разрушают озон. Подписанные на международном уровне соглашения по сохранению озонового слоя, пока, к сожалению, желаемого эффекта не имеют, по-прежнему продолжается загрязнение биосферы этими продуктами. Важной экопроблемой является массовое уничтожение лесов, которые играют ведущую роль в поддержании устойчивости биоценоза по всей планете. Огромные лесные массивы могут вполне выступать в качестве главного поставщика кислорода на территории, расположенные за десятки тысяч километров от них. Они способны поглощать атмосферные загрязнения, обеспечивать защиту почв от эрозии, способствовать нормальному течению рек, регулировать круговорот кислорода и углерода в природном окружении. Широкий резонанс в мире вызывают и проблемы биосферы, вызываемые собственно «грязной» производственно-хозяйственной деятельностью людей. Как подчеркивалось, в результате загрязнения почв, лесов, вод, воздуха, во всех этих средах начинаются процессы необратимого характера, а потому их разрешение должно рассматриваться всем человечеством в качестве насущной задачи, которую необходимо решать уже сегодня. fb.ru Загрязнение биосферы: источники, радиоактивное, химическоеГлобальность загрязненияВ настоящее время влияние человека на Землю достигло таких масштабов, что речь необходимо вести не о природе, как о неком абстрактном понятии или об окружающей среде, а именно о загрязнение биосферы.  Камчатка — один из последних не загрязненных деятельностью человека край Почему вопрос надо ставить таким образом? История его, если можно говорить о такой истории, началась не вчера, не с началом научно-технической революции и даже не с появлением человека, а может быть, и жизни. Увеличение содержания каких-либо химических элементов, а также появление на той или иной территории не присущих определенному ореолу элементов, насчитывает миллиарды лет, то есть с момента образования Земли.  Так выглядит биосфера Земного шара Благодаря таким процессам собственно и шла эволюция нашей планеты, которая привела к появлению жизни и комфортной для нее сферы обитания, то есть биосферы. Загрязнение биосферы на всем протяжении ее существования мало чем отличались. И это вполне естественно, потому что все живое и неживое на Земле состоит из одних и тех же химических элементов. В силу определенных причин они могли скапливаться в каких-то местах либо на Землю попадали из космоса новые вещества. Но все это были естественные или природные способы и источники.С ними экосистема боролась сама, приспосабливалась, адаптировалась, сопротивлялась, стабилизировалась, то есть развивалась и эволюционировала. То же самое происходило и с появлением человека, но до тех пор как не «свершилась» научно-техническая революция. С ней в биосферу, во все ее слои и те, где сконцентрирована жизнь на планете и в те, которые эту жизнь обеспечивают, стало поступать кратно увеличенное количество элементов.  Постройка полигона для ТБО в отдаленном месте от населенных пунктов С развитием химической ядерной промышленности биосфера стала насыщаться веществами искусственно произведенными, переработка их естественным путем невозможна, а также теми, которые могут быть переработаны в природе, но имеют слишком длительный срок такой переработки. Искусственными или ксенобиотикам являются вещества и соединения, рожденные современной наукой и получающие все большее применение в промышленном производстве. Другими, срок переработки которых в естественных условиях настолько велик, что их можно приравнять к предыдущей категории, являются радиоактивные вещества, образующиеся в результате проведения контролируемых ядерных реакций.  Человек зависит от природы Сегодня загрязнению подвергаются:
Наконец, человечество начало самостоятельно вырабатывать необходимую ему, и совершенно лишнюю для планеты, энергию. Энергетическое загрязнение набирает свои обороты. Если Земля за период своей эволюции всячески стремилась ограничить приток энергии, основным источником которой был и пока является Солнце, то человек действует в абсолютном диссонансе с природой. Увеличивая объемы вырабатываемой энергии, он совершенно не заботится об эффективности и полноте ее использования. А главное, о ее утилизации.  Тысячелетиями единственным источником энергии на Земле было Солнце Человечество говорит о нехватке энергии для собственных нужд и максимально наращивает ее производство, в то время как использует не полностью. В то время как для природы, круговорота веществ в ней достаточно 10% энергии предыдущей ступени трофической цепи.  Так выглядит осушенный канал Сен-Мартен во Франции Биосфера вступила в новый «этап». В.И. Вернадский назвал его ноосфера, где благодаря человеку, биосферы источники загрязнения, виды и формы не только расширились и увеличились по объему, но и появились новые. Кроме внутренних, природных и космических, добавился антропогенный, то есть изобретенный и произведенный человеком. Несвойственных природе веществ и процессов становится все больше, а сфера их распространения все шире. Одними из таких видов является химическое и радиоактивное. ХимическоеЗемля, все живое и неживое на ней состоит из химических элементов. Органическое и неорганическое вещество — это:
В различных формах, соединениях, соотношениях и пропорциях. Превышение допустимого, необходимого или природного уровня этих веществ в одном месте и есть химическое загрязнение биосферы. Пока его можно считать основным или базовым видом загрязнения. Химическое может носить местный или локальный характер, быть одноразовым или постоянным. Ему могут подвергаться как живые организмы, так и косное вещество. Это загрязнение следует различать по характеру и степени нанесенного вреда и ущерба. Но самой важной характеристикой химического загрязнения должна быть возможность устранения последствий или хотя бы их локализация. К сожалению, в силу различных причин, ликвидация последствий редко приносит положительные результаты, а потому вполне можно говорить о том, что даже незначительное, оно становится частью общего, глобального.  Последствия загрязнения мест обитания рыбы Химическое загрязнение биосферы происходит разными способами, веществами и из различных источников. Одним, из которых, является химическая промышленность. Наряду с другими отраслями промышленного производства, транспортом, сельским хозяйством и энергетикой, предприятия этой отрасли меньше по объему загрязняющих веществ, но разнообразнее по составу. В первую очередь это:
Биосферу химическая промышленность загрязняет не только самим технологическим процессом, но и продукцией, а также результатами ее использования. Химическому загрязнению подвергаются все слои биосферы.  Ежегодно сотни тонн углекислого газа попадают в атмосферу Источниками загрязнения атмосферы являются:
«Лидируют» в этом процессе металлургия и предприятия химии. В гидросферу загрязнения попадают с промышленными сбросами, коммунально-бытовыми, талыми и ливневыми стоками. Основные загрязняющие вещества и соединения это:
У литосферы основной источник загрязнения – бытовой сектор. Не меньшая роль у промышленности, транспорта, сельского хозяйства и энергетики. От них в почву поступают тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты, кислотные соединения и тому подобное.  Загрязненная земля нефтепродуктами, не будет давать урожай до ста лет Всего в производственной деятельности человек использует более 60 тысяч химических соединений. Наиболее распространенными из них являются:
Химическое носит, как правило, комплексный эффект, то есть оно не воздействует на какой-то отдельный компонент биосферы, а поражает в ней и живое и неживое вещество. Загрязнение биосферы химическими веществами, то есть веществами, из которых она состоит, приводит к изменению ее структуры и состава. Каков будет результат такой глубинной перестройки, на сегодняшний день и с нынешним уровнем научных знаний в это области, предсказать невозможно. РадиоактивноеРадиоактивное загрязнение биосферы стало «возможно» с развитием человеческих познаний в область атомарного строения вещества. Первым актом такого загрязнения следует считать опытные испытания и военные применение, направленное против человека, в 1945 году ядерного оружия.  Взрыв атомной бомбы в Хиросиме Биосферу, а значит все ее компоненты и составляющие, загрязняет так называемый радиоактивный химический элемент. Он может быть естественного или искусственного происхождения. К радиоактивным относят все изотопы такого элемента и все смеси, в которые он входит. Радиоактивным свойством элемента является его способность в результате происходящих изменений выбрасывать элементарные частицы, их кванты или ядерные фрагменты. Это природное свойство. Оно присуще элементам, по атомарной массе следующим за свинцом, согласно периодической таблице Д.И. Менделеева. Это:
Кроме того, радиоактивность можно определить как способность этих элементов, при создании определенных условий, генерировать энергию и распространять ее в виде потоков или волн. Такое явление называется радиацией. Основным источником энергии на Земле является Солнце. Но вырабатывать энергию могут как живые организмы, так и косное и биокосное вещество. Например, уголь, торф, базальт, гранит и некоторые другие руды. Загрязнение радиоактивными веществами, по сути, носит характер загрязнения биосферы энергией, ее излишней концентрацией в живой и неживой природе. Радиоактивное загрязнение биосферы относится к физическому виду загрязнений. Ему свойственно аккумулироваться или накапливаться в веществе, двигаясь вверх по трофической цепи. Больше всего радиоактивных веществ накапливают мхи и лишайники. В живом организме накапливание происходит в костных тканях. Основными радиоактивными веществами являются:
Период их полураспада или природной переработки может достигать 450 лет.  Установка для запуска ракеты с ядерной боеголовкой К природным, если можно так сказать, источникам радиоактивного загрязнения относят добычу торфа, угля, урановых руд и тому подобных. На местах разработок создаются в процессе эксплуатации рудника, а потом и остаются:
разносят эти элементы далеко за пределы месторождения. Основным и главным источником радиоактивного загрязнения Земли является искусственный, а именно деятельность человека в области исследования и использования атома и его энергии.
все это источники попадания радиоактивных веществ в землю, воду, воздух, организмы животных и человека.  АЭС — основной источник загрязнения экологии ядерными отходами Более 400 атомных станций, военные и гражданские суда, сотни атомных взрывов и аварий, тысячи тонн ядерных отходов привели к необратимым в биосфере последствиям. В результате всего этого, кроме заражения, мутации и гибели живых организмов, происходят климатические изменение, тектонические сдвиги, повышение уровня подземных вод, осушение водоемов или, наоборот, наводнения, безжизненными становятся тысячи квадратных километров земель. И все это ради дополнительной энергии. Радиоактивное загрязнение биосферы, как ни какое другое, несет в себе наиболее парадоксальный характер. Оно является последствием желания человека обладать дополнительной энергией, в то время как вся биологическая система Земли построена именно для уменьшения и сокращения ее роли и отрицательного воздействия. Это с одной стороны.  Экологически чистый лес, отдаленный от АЭС и прочих источников загрязнения С другой оно, как прямо, созданием и применением ядерного оружия или выбросом радиации в результате аварий, так и косвенно, накоплением радиоактивных элементов в веществе и организмах, направлено на уничтожение человечества. И вопрос уже не в том: «Зачем человеку это надо?». А в том, является ли человек разумным, как утверждает сам и академик В.И. Вернадский. Видео — Радиоактивное загрязнение в Московской областиecology-of.ru ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ — ЮнциклопедияОбласть жизни — биосфера — существует и развивается уже миллиарды лет геологической истории. И вот за последние десятилетия все чаще стали раздаваться тревожные сигналы: биосфера в опасности! Человек издавна пользуется природными ресурсами биосферы. Однако в прежние времена не было на Земле так много разнообразнейшей техники, фабрик и заводов, шахт и рудников, городов и поселков. И главная беда не в том, что увеличивается число людей и соответственно растет потребление природных богатств. По теоретическим расчетам ученых, биосфера может прокормить во много раз больше людей, чем имеется на Земле,— десятки миллиардов. Наибольший урон окружающей среде наносит загрязнение ее отходами производств, мусором, бытовыми отбросами, различными химическими элементами и соединениями, губительными для всего живого. Человек загрязняет биосферу, применяя отравляющие средства для борьбы с вредными животными и растениями, а также из-за несовершенства техники, по недосмотру, непониманию. Применяются отравляющие средства преимущественно в сельском хозяйстве. С их помощью уничтожают сорняки, вредителей полей, грызунов. Химические меры борьбы с вредными организмами вполне оправданны. Однако необходимо соблюдать осторожность, внимательно следить за возможным загрязнением среды. Ядовитые вещества могут накапливаться в почве, переноситься водой, ветром, животными. К чему это может привести, показывает такой пример. Ученые обнаружили в жировых тканях пингвинов и тюленей Антарктиды значительное количество вредных химических препаратов, которые использовались лишь в районах, удаленных от ледяного континента на многие сотни километров. Сейчас во всем мире используются в сельском хозяйстве тысячи химических соединений, многие из которых вызывают загрязнение биосферы. За последние годы все более строго контролируется применение подобных препаратов. В нашей стране, например, создан научный совет по химизации сельского хозяйства. Успехи химии позволяют вырабатывать вещества, причиняющие вред только определенным видам растений или животных (при этом примерно на тысячу синтезированных соединений приходится лишь одно, пригодное для широкого применения). Значительно труднее бороться с загрязнением биосферы, вызванным непреднамеренно. Масштабы его очень велики. Так, при авариях крупных танкеров, загрязняются сотни тысяч квадратных километров поверхности моря. Подобные катастрофы губят многих обитателей моря, а также водоплавающих птиц. Если от загрязнения страдает даже Мировой океан, то можно себе представить, какой серьезный ущерб оно причиняет озерам, рекам, ручьям. Современные промышленные предприятия и города расходуют огромные массы воды. Объем всех пресных вод Земли (не считая ледников) — около 1 млн. км3. А за год загрязняется около 6 тыс. км3 воды. Следовательно, при таких темпах и без естественной очистки все пресные воды планеты загрязнились бы менее чем за 200 лет. Реактивный самолет, пересекающий Атлантический океан, сжигает 35 т кислорода, выбрасывая в воздух свинец, углекислый газ. И это всего лишь один самолет! А ведь в воздухе постоянно находятся тысячи самолетов, на Земле работают сотни миллионов машин, дымят бесчисленные трубы... По некоторым подсчетам, в результате сжигания угля за последние 100 лет на поверхности Земли осталось 20—30 млрд. т шлака, а с золой поступило в биосферу более 1 млрд. т кремния, более 1 млн. т мышьяка, а также никель, кобальт, цинк, сурьма. Техническая деятельность человека вызывает загрязнение биосферы. Однако, несмотря на огромные масштабы загрязнения, биосфера продолжает существовать, выдерживая этот могучий напор. А ведь мощь техники, использование природного сырья, объем сжигаемого топлива и прочие источники загрязнения действуют активнее из года в год. Биосфера не разрушается благодаря тому, что в ней действуют «естественные фильтры», нейтрализирующие вредные вещества. Например, нефть в тропиках разлагается за две недели (в средней полосе — втрое медленнее). Окись углерода—продукт сгорания— поглощается почвенными микроорганизмами. Металлы оседают с илом на дне рек, озер, морей... Но у техногенного загрязнения, в особенности радиоактивного, есть неприятная особенность: оно накапливается в биосфере, пусть даже и незаметно на первый взгляд. Вдобавок и живые организмы имеют свойство накапливать многие вредные химические элементы и соединения. В конечном счете эти вредные вещества попадают в организм человека. Естественные фильтры биосферы не справляются с усиливающимся загрязнением. Поэтому приобретает огромное значение борьба за охрану природы, за чистоту биосферы. С этой целью устраиваются заповедники, ведется контроль за состоянием окружающей среды. Но самые существенные меры: улучшение техники, переход на безотходное производство, устройство очистных сооружений. Ведь загрязняют биосферу отходы, которые состоят из ценных веществ: ртути, свинца, мышьяка, меди. Переработка отходов, улавливание дымов, очищение растворов позволяют получать дополнительную продукцию, очищая биосферу. Чтобы успешно защищать окружающую среду, необходимо хорошо знать возможности биосферы в целом и отдельных ландшафтов переносить загрязнение. Следует постоянно следить за состоянием природы. Такие задачи решают географы и биогеохимики. Для краеведов изучение природы связано и с наблюдениями за изменениями среды, вызванными техногенным загрязнением. В частности, это относится к загрязнению рек, ручьев и озер, почв, растительного покрова. Некоторые предприятия иногда, нарушая закон, сбрасывают вредные отходы в реки; бывают случаи неисправности очистных сооружений, плохой работы пылеуловителей. С этим необходимо бороться, выявляя нарушителей закона об охране природы. В этом деле немалую помощь оказывают юные географы-краеведы. yunc.org Биологическое загрязнение биосферы1. Биосфера — целостная, относительно устойчивая, гигантская экологическая система, зависимость исторически сложившегося в ней равновесия от связей между ее обитателями, их приспособленности к среде обитания, от роли живого вещества в биосфере, от влияния деятельности человека. 2. Причины глобальных изменений в биосфере: рост народонаселения, развитие промышленности, автомобильного, железнодорожного, воздушного транспорта, появление сложных сетей дорог, интенсивная добыча полезных ископаемых, строительство электростанций, развитие сельского хозяйства и др. 3. Отрицательные последствия развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства — загрязнение всех сред жизни (наземно-воздушной, водной, почвы), потеря плодородия почвы, сокращение пахотных земель, уничтожение больших площадей лесов, исчезновение множества видов растений и животных, появление новых, опасных для жизни человека возбудителей болезней (вирусов СПИДа, инфекционного гепатита и др.), сокращение запасов чистой воды, истощение ископаемых ресурсов и др. Биологическое загрязнение Biological pollution Биологическое загрязнение - привнесение в экосистему чуждых ей видов организмов. Обычно биологическое загрязнение возникает в результате деятельности человека. Загрязнение природной среды. Появление в природной среде новых компонентов, вызванное деятельностью человека или какими-либо грандиозными природными явлениями (например, вулканической деятельностью), характеризуют термином загрязненность. В общем виде загрязненность - это наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качество среды с точки зрения проживания человека или ведения им хозяйственной деятельности. Этим термином характеризуются все тела, вещества, явления, процессы, которые в данном месте, но не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, появляются в окружающей среде и могут выводить ее системы из состояния равновесия. Экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться по-разному; оно может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне, либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом. Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека. В буквальном переводе термин "биосфера" обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями. Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитаюшую на поверхности Земли". Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж. Б. Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов: → автотрофное - построение организма за счет использования веществ неорганической природы; → гетеротрофное - строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений; → миксотрофное - смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный). Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Атмосфера - наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Атмосфера имеет несколько слоев: → тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар; → стратосфера; → ноносфера - там "живое вещество" отсутствует. Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%). Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ. Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана. Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Биологическое загрязнение среды Под биологическим загрязнением понимают привнесение в экосистемы в результате хозяйственной деятельности человека нехарактерных для них видов живых организмов (растений, животных, вирусов, бактерий и др.), ухудшающих условия существования биоценозов или негативно влияющих на здоровье человека. Основными источниками биологического загрязнения являются сточные воды практически всех видов промышленного производства, сельского хозяйства, коммунального хозяйства городов и поселков, бытовые и промышленные свалки, кладбища и др. Из этих источников разнообразные органические соединения и патогенные микроорганизмы попадают в почву и подземные воды. Особую опасность представляет биологическое загрязнение возбудителями инфекционных и паразитарных болезней, таких как чума, оспа, холера, дизентерия, клещевой энцефалит, СПИД и др., уничтожение которых представляет значительные трудности. В последние годы возникла новая экологическая опасность — потенциальная возможность попадания из лабораторий или заводов в окружающую природную среду микроорганизмов и биологически активных веществ, оказывающих негативное воздействие на живые организмы и их сообщества, здоровье человека и его генофонд, что связано с бурным развитием биотехнологии и генной инженерии. Природа – все вещественное, естественное, все мироздание (Вселенная), все зримое, подлежащее пяти чувствам. В узком смысле: природа – это наш окружающий мир, Земля со всеми естественными произведениями на ней. Биосфера – область распространения жизни на Земле, где осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды. Биосфера охватывает биолитосферу (верхние слои литосферы), всю гидросферу и тропосферу. Термин «биосфера» впервые был предложен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. Основоположником современных представлений о биосфере является академик В. И. Вернадский (1863–1945). Он писал: «Биосфера – область существования живого вещества… Химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами». Природная среда – место обитания живых организмов, в частности, человека, которая характеризуется совокупностью физических, химических и биологических факторов, способных оказывать прямое и косвенное воздействие на организмы. Широко используемое словосочетание «Окружающая среда » является тавтологией, так как «среда» и «окружение» одно и то же (синонимы). Компоненты биосферы, помимо минеральных (косное и биокостное) веществ – это живое и биогенное вещество. Живое вещество (по В. И. Вернадскому) – совокупность тел всех живых организмов, населяющих Землю. Оно представлено биомассой растений, животных, микроорганизмов, т.е. количеством их живого вещества. Например: биомасса суши – около 6⋅1012 т, океана – 3⋅1010 т. На суше масса растений составляет 98–99%, зоомасса – 1–2%. Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности организмов: их выделения, трупы, мертвые остатки, продукты разложения, гумус, торф, уголь, нефть, отложения карбонатов и т.п. В результате фотосинтеза растительность Земли ежегодно образует около 100 млрд т органического вещества. При этом усваивается около 200 млрд т углекислого газа и выделяется во внешнюю среду около 145 млрд т кислорода. Биоценоз (греч. bios – жизнь, koinos – общий) – совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию, отличающуюся от соседних территорий по химическому составу почв, вод и другим физическим показателям (солнечное облучение, высота над уровнем моря и т.п.). Его растительный компонент – фитоценоз; животный – зооценоз; микроорганизмы – микробиоценоз. Биотоп – участок среды обитания живых организмов с однородными условиями. Ноосфера (сфера разума) – высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, когда разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором глобального развития. По В. И. Вернадскому, «ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете»; «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого»; «Человек выступает в роли главной движущей силы природного процесса, великой, быть может, космической силы». biofile.ru Химическое загрязнение биосферыСерьезные экологические проблемы, возникшие перед человечеством и биологическими науками, в частности ксенобиологией, связаны с действием двух основных факторов: быстрым повышением народонаселения в мире (демографический взрыв): с 1 млрд человек в 1825 г. до 6,0 млрд в 2000 г. и ростом промышленного производства, приведшим к большому антропогенному прессу на природу. К основным причинам, приведшим к усложнению экологической проблемы, следует отнести следующие: - значительное увеличение объема промышленного производства, связанное с повышением производительности труда; - появление экологически опасных видов техники и технологий; - накопление на химпредприятиях больших запасов опасных токсических веществ; - резкое повышение расходования природных ресурсов (нефть, газ, уголь, сланцы) с выбросом продуктов из хозяйственного использования в биосферу; - повышение сложности технических систем, с которыми оперирует человек, приводящее к увеличению частоты промышленных аварий и катастроф. В настоящее время считают, что в биосфере находится более 6 млн индивидуальных химических соединений, не говоря уже об их комбинациях. Из всех веществ, имеющихся в биосфере, 90 % – синтетического происхождения, которые в подавляющем большинстве являются для организма чужеродными. Выделяют следующие типы глобального химического загрязнения биосферы: - загрязнение газообразными веществами; - тяжелыми металлами; - удобрениями и биогенными элементами; - органическими соединениями; - радиоактивными веществами (радионуклидами). Последний тип загрязнения является предметом изучения радиобиологии, поэтому мы остановимся на характеристике первых четырех типов загрязнений. Газообразные вещества Большое беспокойство вызывает загрязнение атмосферы углекислым газом – СО2. В течение последних десятилетий идет рост содержания СО2 в атмосфере за счет сжигания ископаемого топлива, вырубки лесов, окисления органического вещества почвы. После 1957 г. содержание СО2 увеличивалось на 0,3–0,5 %. Такие темпы прироста СО2 сохраняются, причем наметилась тенденция к их увеличению, а это может привести к нестабильности климата, учащению климатических аномалий (засух, снегопадов, наводнений и т. д.) и в перспективе вызвать изменение климатических зон и глобальное потепление. В отличие от СО2 монооксид углерода (СО) – угарный газ образуется при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. Наибольшие его количества образуются в результате вулканической деятельности и окисления метана в атмосфере. Внутри помещений СО появляется при неполном сгорании топлива в печах и курении. Монооксид углерода представляет опасность для человека прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови. Кроме того, СО может образовывать высокотоксичные соединения – карбонилы. Скорость связывания СО с гемом зависит от его концентрации, интенсивности обмена веществ в организме, в том числе и от частоты дыхания. Насыщение гемоглобина монооксидом углерода при объеме поступающего в легкие воздуха 10 л /мин с содержанием 0,1 % СО происходит через 6 ч, а при тяжелой работе и интенсивном дыхании (30 л/мин) оно достигается уже менее чем через 2 ч. Накоплению выделяемого в атмосферу СО препятствуют высшие растения, водоросли и особенно микроорганизмы. У высших растений СО может связываться с аминокислотой – серином, также может происходить его окисление до СО2. В почве некоторые микроорганизмы либо частично включают СО в органические соединения, либо окисляют до СО2. Поэтому почва играет особую роль в удалении СО из атмосферы. Немалую опасность представляет также и попадание в атмосферу окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива. Количество выбросов окислов азота вместе с аммиаком оценено приблизительно в 200 – 350 млн т в год. Часть присутствующих в атмосфере оксидов (NO, SO) и диоксидов (NO2, SO2) азота и серы образуются в ходе естественно протекающих природных процессов – вулканических извержений, разрядов атмосферного электричества, жизнедеятельности микроорганизмов. Из ежегодно накапливающихся в биосфере оксидов азота на долю природных процессов приходится 1100 млн т этих соединений, антропогенная часть составляет еще около 53 млн т. Следует помнить об образовании оксидов азота внутри помещений, накапливающихся в результате эксплуатации бытовых газовых приборов. Немалый вклад в их накопление вносит и курение. Содержание оксида и диоксида азота в табачном дыме соответственно составляет 98–135 и 150–226 мг/м3. Выкуривание одной сигареты сопровождается появлением в воздухе помещения 160–500 мг оксида азота. Основную токсикологическую опасность из окислов азота представляют диоксиды азота. В концентрации 100 мкг/м3 диоксид не вызывает каких-либо морфологических изменений в органах дыхания у крыс. Однако повышение концентрации диоксида азота до 600 мг/м3 в организме животных приводит к развитию бронхита и начальным проявлениям пневмосклероза. Длительное воздействие диоксида азота вызывает целый спектр изменений физиологических систем организма животных (нарушение рефлекторной деятельности, гематологические изменения и т. д.). Диоксид азота в концентрациях 40–140 мг/м3 при экспозиции не более часа может вызывать развитие бронхита и бронхопневмонии. Наиболее опасное проявление острого отравления оксидами азота – отек легких. Убедительных данных о канцерогенности, мутагенности и тератогенности оксидов азота в настоящее время не имеется. При оценке биохимических эффектов диоксидов азота в ранние сроки от начала воздействия в тканях легких и печени прежде всего снижается содержание глутатиона. В атмосфере крупных промышленных городов постоянными спутниками оксидов азота являются оксиды серы. По существующим данным ежегодно в результате деятельности человека вырабатывается около 150 млн т серы, преимущественно в результате утилизации ископаемого топлива (до 70 % – при сжигании каменного угля и 16 %– при сгорании нефтепродуктов). При выплавке меди, свинца и цинка количество образующегося диоксида серы достигает 15 млн т. Определенное количество выброшенных в атмосферу окислов азота и серы удаляется в результате сорбции почвой, растительным покровом, водой и кислотных дождей. Последние снижают интенсивность фотосинтеза, вызывают гибель наземных растительных сообществ, подкисление водоемов и связанную с ним гибель гидробионтов. Воздействие оксидов серы на дыхательные пути приводит к увеличению респираторных заболеваний у населения, ослабляет иммунную защиту у людей и животных и т. д. При накоплении в атмосфере фторсодержащих углеводородов уменьшается содержание озона. Общие выбросы углеводородов в атмосферу составляют не менее 200 млн т в год; особенно опасны для живых организмов, объединенных общей областью распространения (биоты), полициклические ароматические углеводороды, в частности бенз(а)пирен, образующиеся при сгорании различных видов топлива и других высокотемпературных процессах и вызывающие мутагенные и канцерогенные эффекты. Тяжелые металлы О масштабах загрязнения тяжелыми металлами можно судить из данных, характеризующих общемировое годовое производство. Однако необходимо учитывать и другие источники. Например, 1,5–2 тыс. т ртути ежегодно поступает в биосферу при переработке минералов и руд, 0,1–8 тыс. т – при сжигании топлива; ежегодно в биосферу при сжигании угля попадает около 3,5 тыс. т свинца, 56 тыс. т – в результате выветривания и 110 тыс. т выносят реки. Степень токсичности тяжелых металлов для человека и животных, а также для растений неодинакова и колеблется в весьма широких пределах. К числу наиболее токсичных металлов следует отнести кадмий, ртуть, свинец, хром и некоторые другие; они оказывают повреждающее действие на биообъекты в концентрациях, не превышающих 1 мг/л. Так, цинк, титан характеризуются низкой токсичностью для человека и теплокровных животных, но даже в низких концентрациях они оказывают губительное действие на рыб и других обитателей водных экосистем. Наиболее часто металлы, в том числе и высокотоксичные, попадают в окружающую среду в результате промышленных сбросов в водоемы со сточными водами, не прошедшими эффективной очистки, а также использование пестицидов, в состав которых они входят. В ряде случаев происходит депонирование металлов в придонных слоях, особенно значительное в холодное время; по мере повышения температуры происходит постепенное их растворение. Для повреждения механизмов природного самоочищения водоемов бывает достаточным даже кратковременное повышение концентрации металлов в водной экосистеме, что весьма существенно при организации мониторинга тяжелых металлов в сточных водах. Коротко рассмотрим токсикологическую характеристику наиболее распространенных металлов-поллютантов. Кадмий относится к числу металлов, которые, попав в живой организм, влияют на него губительно. Весьма важным является фактор длительности воздействия кадмия на организм человека и животных в связи с его способностью накапливаться в печени, почках, поджелудочной и щитовидной железах и др. Кадмий характеризуется выраженной нефротоксичностью при попадании в организм с питьевой водой. Высокой чувствительностью к действию кадмия характеризуются водные организмы. Так, пребывание рыб (гуппи, карп, карась и др.) на протяжении суток в воде с содержанием Cd2+ 0,001–0,3 мг/л приводит к их гибели. Свинец попадает в окружающую среду в больших количествах. Ежегодно в земную атмосферу выбрасывается около миллиона тонн его соединений, значительная часть которых водорастворима, что обусловливает экологическую опасность Pb2+. Основной источник – этилированный бензин. Токсикологическая опасность свинца усугубляется его активным всасыванием в пищеварительном тракте человека и животных, значительным объемом распределения в тканях и накоплением в костях. Депонированный в костях свинец способен поступать в кровь, с током которой доставляется в различные органы. Считают, что в организм взрослого человека с водой и продуктами питания за сутки поступает 0,3 мг свинца и еще 0,3 мг попадает из табачного дыма у интенсивных курильщиков. Случаи хронического отравления свинцом наблюдаются при длительном употреблении питьевой воды, в которой его содержание достигает 0,04 –1 мг/л. В наибольшей степени опасному воздействию свинца подвергаются рабочие, занятые на его добыче в шахтах, а также при выплавке. В этом случае металл поступает в организм ингаляционным путем. Примерно 35 % свинца, попавшего в дыхательные пути человека, оседает в легких. Около 10 % свинца, поступившего с продуктами питания в пищеварительный тракт, всасывается. Выведение свинца из организма человека осуществляется преимущественно (более 70 %) почками и в меньшей мере через пищеварительный тракт (~ 10 %). Проведенные в Гренландии исследования показали, что содержание свинца во льду, образованном примерно в середине XVIII в., оказалось примерно в 25 раз выше, чем во льду, образование которого было отнесено к VIII в. до н. э. С 1750 г. накопление свинца в ледниках Гренландии постоянно возрастает. С 40-х гг. XX в. этот процесс усилился и продолжается до настоящего времени. Определенную роль в накоплении свинца в экосистемах играют растения, получающие металл не только из атмосферы, но и из почвы. Отмечается видовая специфичность растений при его накоплении. Так, при выращивании растений присутствующий в атмосфере свинец обнаружен в листьях салата и бобов, но практически отсутствует в томатах, кочанной капусте, картофеле и моркови. Свинцовая интоксикация вызывает нарушение биосинтеза гемоглобина на уровне ингибирования левулинатдегидратазы и гемсинтетазы. Имеются сведения о нарушении синтеза цитохрома Р-450 при свинцовой интоксикации. Главной мишенью воздействия свинца при хронических отравлениях являются центральная и периферическая нервные системы (свинцовая энцелопатия: появление головной боли, нарушение сна, памяти, возникновение тремора, галлюцинаций и т. д.). Для различных вариантов отравления свинцом характерно поражение почек, пищеварительного тракта. Ртуть и ее соединения относятся к веществам общетоксического действия, вызывающим у людей летальный исход, попадая в организм с питьевой водой в количестве 75–300 мг в сутки. Наиболее токсична двухлористая ртуть (сулема), однократная летальная доза которой составляет для человека 0,2–0,5 г. Ртуть характеризуется высокой нефротоксичностью, приводящей к быстро развивающейся почечной недостаточности. Выведение ртути осуществляется почками, через пищеварительный тракт, потовыми и молочными железами. Начиная с концентрации 0,006–0,01 мг/л ртуть в виде водорастворимых солей оказывает губительное влияние на рыб и другие водные организмы. При отравлениях ртутью, особенно ее органическими соединениями, отчетливо выражены симптомы поражений нервной системы (парезы, параличи, нарушения зрения и слуха). Удобрения и биогенные элементы Общее потребление минеральных удобрений (N + P2O5 + K2O) составляет около 100 млн т в год. Содержание в воде нитратов и нитритов варьирует от 0 до 200 мг/л. Особую тревогу вызывает применение азотных удобрений, поскольку повышенное содержание нитратов и нитритов в питьевой воде, в овощах, зеленых кормах для человека и животных представляет токсикологическую опасность. Вместе с некоторыми удобрениями в почву попадают и побочные загрязняющие элементы (например, фтор, кадмий). Растения используют часть внесенных минеральных удобрений. Остальная часть может смываться в водоемы. Загрязнение почвы биогенами (фосфор, азот) происходит не только при внесении избыточного количества удобрений, но и другими путями (фекальные отходы животноводства, коммунально-бытовые загрязнения и т. д.). Только в США ежегодное поступление биогенов в водоемы составляет: азота – около 5 млн т, фосфора – примерно 250 тыс. т. Все это приводит к эвтрофикации внутренних водоемов, а также прибрежных участков океана. Ежедневное потребление нитратов на душу населения в США оценивается примерно в 400 мг: 200 мг с овощами, 115 мг с мясными продуктами и 85 мг с водой. В Англии – 225 мг в сутки с овощами, 110 мг с мясом и 105 с водой (итого 440 мг). У нас эти дозы несколько ниже. Органические соединения Среди большого количества разнообразных органических соединений выделим наиболее распространенные загрязнители, такие, как нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ) и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефть и нефтепродукты. Глобальное загрязнение этими веществами складывается из эмиссии в атмосферу (вследствие испарения и сгорания), загрязнений наземных экосистем и морской среды. Нефть весьма медленно разлагается в окружающей среде. На поверхности воды она разливается на большие расстояния с образованием тонкой пленки (1 т нефти образует пленку на 12 км2), что и приводит к гибели гидробионтов. Нефть и ряд нефтепродуктов весьма токсичны для живых организмов, многие ее продукты канцерогенны. Пестициды. Среди ксенобиотиков особое место занимают средства защиты сельскохозяйственных растений от сорняков, насекомых, грибов. Около 14 % всего урожая в мире ежегодно теряется из-за насекомых, 12 % – из-за болезней растений, вызываемых грибами и червями, 9 % – из-за сорняков и 10 % уничтожают грызуны. Общие потери урожая в мире оцениваются примерно в 1,8 млрд т. В этой связи человек вынужден использовать огромное количество химических средств защиты. Применение пестицидов, в свою очередь, приводит к их попаданию в биосферу, где живые организмы начинают испытывать на себе огромный «пестицидный пресс». Сформировался своеобразный «пестицидный парадокс», смысл которого состоит в том, что человечество, применяя пестициды, само становится мишенью их воздействия. Кроме того, попадание большого количества пестицидов и других ксенобиотиков в водоемы приводит к деградации водных экосистем и быстрому уменьшению ресурсов чистой воды. Важное экономическое значение пестицидов обусловливает рост объемов их производства и использования в мировом земледелии. В рамках основных групп пестицидов их применение в отдельных регионах мира в процентах от общего количества характеризуется данными, приведенными в табл. 1.1. Таблица 1.1 Использование пестицидов в различных регионах мира (в процентах от общего количества)
Отмечается корреляция между показателями урожайности основных сельскохозяйственных культур и интенсивностью использования пестицидов (табл. 1.2).
Таблица 1.2 Урожайность основных сельскохозяйственных культур и расход пестицидов в 1990 г.
Такая тенденция к повышению урожайности сельскохозяйственных культур с ростом применения пестицидов, в свою очередь, порождает постоянный рост производства пестицидов. В бывшем СССР ежегодная продукция пестицидов достигла в пересчете на действующее вещество 450 тыс. т в год. В связи с ростом объема производства и применением пестицидов возникают, как уже отмечалось, проблемы, прежде всего экологические и медицинские. Поэтому требуется совершенствование их синтеза, разработка менее опасных, но более эффективных средств защиты. Использованию промышленных и поиску новых достаточно безопасных пестицидов должно способствовать изучение их поведения в биосфере. Наиболее широко распространены два класса пестицидов – фосфорорганические (ФОП) и хлорорганические (ХОП) пестициды. ФОП – потенциальные источники достаточно тяжелых отравлений людей как в условиях сельскохозяйственного производства, так и в быту. Бытовые отравления хлорофосом характеризуются высокой степенью летальности (20–30) %. В основе токсического действия ФОП лежит их взаимодействие с холинэстеразой (ХЭ), ведущее к торможению ее активности. Ингибирование ХЭ с последующим быстроразвивающимся нарушением метаболизма ацетилхолина дает основание рассматривать ФОП как синаптические яды, подавляющие передачу нервного импульса в холинреактивных системах. ФОП оказывают повреждающее действие на мембрану, а именно, снижают скорость АТФ-зависимого транспорта Са2+ в микросомах печени крыс, стимулируют перикисное окисление липидов биологических мембран, приводящее к нарушению их функционального состояния и т.д. Наиболее вероятные пути поступления ФОП в организм человека и животных – через желудочно-кишечный тракт, кожу и ингаляционным путем. В идеальном случае ФОП, как и другие пестициды, должны характеризоваться безопасностью для человека, животных и значительной токсичностью по отношению к вредным насекомым. Особенности биотрансформации этих соединений во многом определяют характер их воздействия на биологические объекты. Разнообразие метаболических превращений ФОП, участие в этих процессах разнородных ферментативных систем и их выраженные видовые особенности во многом определяют избирательность токсического действия. К положительным моментам следует отнести быструю деградабельность ФОП в почве; не отмечено сколько-нибудь существенного их накопления в среде (в почве). Хотя даже непродолжительное сохранение ФОП в почве ведет к последующему проникновению их в культивируемые на обработанных площадях растения, в грунтовые воды и атмосферу. Доказана возможность появления ФОП в моркови, рапсе, луке при их использовании в качестве инсектицидов. Перемещение в растения является не единственным путем миграции ФОП в почве. ФОП достаточно быстро мигрирует по профилю почвы, где происходит достаточно интенсивная деградация (в отличие от хлорированных пестицидов). При попадании ФОП в водоемы их деградация идет преимущественно по гидролитическому пути. Тем не менее ФОП могут представлять серьезный источник экологической опасности для человека. Главным образом эта опасность становится реальной в результате нарушения норм и правил применения пестицидов, а также условий их хранения, что влечет за собой их нерегламентированное попадание в окружающую среду. ХОП достаточно давно стали применяться в качестве пестицидов; классическим представителем этой группы является дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ). По некоторым данным в настоящее время их распылено в атмосфере около 3 млн т. Высокая устойчивость, низкая растворимость в воде, выраженная липофильность – все это привело к тому, что и в настоящее время этот ксенобиотик является одним из основных загрязнителей среды. Во многих странах, в том числе и у нас, применение ДДТ было запрещено уже в 60-х гг. ХХ в. Для ХОП характерна высокая кумулятивная способность, что и определяет возможность хронических отравлений. Токсичность ХОП для человека довольно высока. Так, эндрин вызывает у людей судороги при попадании внутрь в дозе около 2 мг/кг, ДДТ вызывает аналогичный эффект в дозе 16 мг/кг, минимальная летальная доза токсофена – 2–7 г. Сохранность ХОП в почве определяется рядом факторов (кислотность, структура, степень минерализации, температура, количество осадков, состав микрофлоры и т. д.). Длительное пребывание ХОП в почве приводит к накоплению их в культурных растениях. В настоящее время есть основания утверждать, что ХОП в высоких дозах обладают выраженным повреждающим действием на репродуктивную систему. У человека ХОП поражает нервную, пищеварительную, кроветворную и сердечно-сосудистую системы. Являясь высоколипофильными соединениями, ХОП вызывают повреждения биологических мембран. Большинство ХОП стимулируют пролиферацию эндоплазматического ретикулума (ЭР) и индуцируют микросомальные оксидазы, в частности цитохром Р-450. ХОП влияют и на активность ряда ферментов. Некоторые исследователи рассматривают изменения активности ферментных систем углеводно-фосфорного обмена в качестве раннего показателя интоксикации некоторыми ХОП. Можно отметить и массовые отравления, вызываемые ХОП. Так, в Турции в 60-х гг. после употребления в пищу семян, обработанных гексахлорбензолом, заболело более 50 тыс. детей. Симптомы болезни проявлялись в усилении пигментации кожи лица, изъязвлении, нарушении функционирования печени, возникновении неврологической симптоматики. Загрязнение атмосферы ПХБ связано, главным образом, с утилизацией отходов, в частности при сжигании. Так, поступление ПХБ в окружающую среду (в процентах от годового производства) колеблется от 1 % при испарении до 52 % при сжигании отходов на свалках. Также источником загрязнения окружающей среды является утечка ПХБ, которая может произойти при транспортировке, при авариях на производстве и при удалении жидких промышленных отходов. Попадая в атмосферу, ПХБ достаточно быстро сорбируются на взвешенных частицах, которые или быстро оседают, или вымываются из атмосферы с осадками. Большая часть ПХБ, переносимая с потоком воздуха, находится в парообразной фазе. По мере повышения степени хлорирования интенсивность метаболической деградации ПХБ живыми организмами снижается. ПХБ экологически опасны в силу высокой персистентности и способности накапливаться в жировых тканях человека и животных, молоке и во всех гидрофобных средах. Токсичность ПХБ была обнаружена сравнительно недавно, хотя только в США с 1930 по 1970 г. произведено 500 000 т ПХБ. Всего в биосфере, как считают, накопилось 750 000 т ПХБ. Серьезную экологическую опасность представляет попадание ПХБ в водоемы и грунтовые воды, преимущественно в местах выброса промышленных отходов. Попадающие в организм животных ПХБ влияют на частоту развития спонтанных пневмоний и абсцессов легких, что свидетельствует о снижении сопротивляемости к инфекции. Считают, что ПХБ действуют и на репродуктивную функцию органов. При производстве ПХБ в промышленных масштабах в 30-х гг. ХХ в. у рабочих отмечались отдельные случаи профессиональных заболеваний, основными проявлениями которых были угревидные высыпания на коже. Летом 1968 г. в Японии была зарегистрирована значительная группа больных, которые употребляли в пищу рисовое масло. Это масло было загрязнено ПХБ, попавшими в него из теплообменника в процессе рафинирования. Поражение, носившее характер эпидемической вспышки, получило название болезни Юшо. Первыми признаками отравления были отек век, повышенная секреция мейболиевых желез, пигментация слизистых оболочек и ногтей. Дальнейшими характерными симптомами для болезни Юшо можно назвать гипертрофию кожных фолликулов, гиперкератоз и др. Как правило, кожные поражения осложнялись присоединившейся стафилококковой инфекцией. В последующие годы появились сообщения о том, что часть детей, употреблявших загрязненное масло, отставали в росте от сверстников (это оказались исключительно мальчики). Поверхностно-активные вещества (ПАВ). В последние годы общемировое производство ПАВ сильно возросло и составляет, по оценкам специалистов, около десятка миллионов тонн в год. Будучи амфифильными соединениями, детергенты хорошо растворимы в воде и, следовательно, могут эффективно переноситься с водными массами на большие расстояния. Экотоксикологическая опасность этих веществ связана с модифицирующим воздействием на биологические мембраны, в первую очередь на их транспортно-барьерные свойства; при высоких концентрациях ПАВ наблюдаются более сильные эффекты – солюбилизация мембран. Необходимо также иметь в виду, что ПАВ оказывают влияние на активность ферментов в мембране, причем при низких концентрациях в ряде случаев наблюдается активация, а при высоких – ингибирование ферментативной активности. Механизм мембранотропного действия этой группы соединений связан со способностью неполярной части молекулы встраиваться в липидные структуры мембраны. Таким образом, приведенные данные указывают на неблагоприятное влияние ксенобиотиков на живую природу. Разработка целенаправленных мероприятий по снижению и предупреждению негативного действия экзогенных ксенобиотиков невозможна без познания вызываемых ими мембранотропных эффектов, путей поступления и превращения и т. п. в живых системах на разных уровнях их организации (мембранном, клеточном, органном и т.д.). Токсическое действие, биоактивность ксенобиотиковТипы мембранотропности, хим. связейНеорганические ксенобиотикиМеханизмы действия хелатирующих агентовБиоаккумулирование, факторыИзбирательность действия ксенобиотиков biofile.ru Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значениеКУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ: ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ И ЕЁ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЛАНВведение…………………………………….1. О биосфере в общем……………………. 2. Виды загрязнении биосферы………….. 2.1 Загрязнение атмосферы….……………... 2.2 Загрязнение почвы………………………… 2.3 Загрязнение природных вод……………… 2.4 Радиация в биосфере….………………….. 3. Химическое загрязнение биосферы…... 3.1. Аэрозольное загрязнение…………………… 3.2 Фотохимичекий туман (смог)…………….. 4. Приоритетные загрязнители..……….. 4.1 Тяжелые металлы………………………... 4.2 Свинцовая интоксикация………………… 4.3 Кислотные дожди………………………… 4.4 Пестициды - как загрязняющий фактор. 5. Экологические проблемы биосферы………………..……………….. Заключение………………………………… Список использованной литературы…... 3 3 5 9 12 14 17 18 19 20 22 25 27 30 30 34 35 Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека. Изучив эту главу, вы узнаете: 1. Общее понятие - биосферы. В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями. Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитаюшую на поверхности Земли". Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов. Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов: * автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы; * гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений; * миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный). Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. · Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Атмосфера имеет несколько слоев: * тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем состредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар; * стратосфера; * ноносфера – там “живое вещество” отсутствует. Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2(21%), CO2 (0,03%). · Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ. Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана. · Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры. Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения. Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945). 2. Виды загрязнений биосферы Различают два основных вида загрязнений: природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин - извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение - результат деятельности человека. Рассмотрим некоторые черты современного состояния биосферы и процессы, происходящие в ней. Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом огромных масс вещества и энергии. В отличие от чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и количество вовлеченного в оборот вещества. Как уже говорилось, с появлением и развитием человечества процесс эволюции заметно видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ, истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации, особенно бурного после промышленной революции конца средних веков, человечество овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества - как органического, живого, так и минерального, косного. mirznanii.com Загрязнение биосферы«…технический мир – техносфера построена во имя решения проблем безопасности; – обезопасить себя от голода, холода, для комфортности жизни. В итоге этот энергонасыщенный мир сам стал опасным для человека. Академик В.А. Легасов 1. Загрязнение окружающей среды как следствие глобального экологического кризиса 2. Техносферный материальный баланс, 3. Принципы и технологии экологизации производства для преодоления загрязнения окружающей среды 4. Определение загрязнений 5. Классификация загрязнителей, их характеристика 6.Накопление загрязняющих веществ в пищевых цепях; правило биологического усиления. Загрязнение окружающей среды как следствие экологического кризиса Загрязнение окружающей среды человеком – не есть сугубо современное явление, оно началось давно. Начало техногенезу положил первый костер, зажженный нашим предком. Применение огня расширило ареал обитания человека, дополнило собирательство и охоту новыми приемами добывания, приготовления и запасания пищи, при этом зародились будущие термотехнологии. Человек всегда безудержно истощал природные ресурсы, загрязняя при их использовании окружающую среду. В неолите человек использовал сначала только свою мускульную энергию, потом – лошадиную силу. Начиная с XV века рост населения, развитие ремесел, торговли, строительства, военного дела ускорили освоение новых земель; сведение лесов дали мощный толчок развитию рудного дела, металлургии, созданию машин на механическом приводе. Однако наибольшее ускорение и экологическое значение техногенез приобрел с момента появления тепловых машин и начала использования ресурсов ископаемого топлива. Техногенез – с экологической точки зрения – это современный этап эволюции, обусловленный деятельностью человека, вносящий в биосферу вещества, энергию и информацию, которые изменяют и нарушают ее равновесное состояние и замкнутость биотического круговорота. Это определение перекликается с понятием техногенеза, применяемым в геохимии (А.Е. Ферсман, 1937; А.И. Перельман, 1970). Ситуации экологических кризисов неоднократно переживались в истории цивилизации. Периодическое обострение экологических ситуаций является объективной исторической закономерностью и связано с особенностями развития производительных сил общества. Экологические кризисы могли длиться сотни и даже тысячи лет. История знает немало примеров, когда древние цивилизации погибали, пытаясь построить свое могущество на чрезмерной эксплуатации природных ресурсов (районы Северной Африки, Аравийского полуострова, Междуречья, поймы рек Ганга, Янцзы). Как только оказалось, что созданная человеком машина может развивать мощность многих лошадиных сил, направление дальнейших взаимоотношений человека с природой было однозначно предрешено. Недаром в эпитафии на могиле Джеймса Уатта есть слова: «…увеличил власть человека над Природой». С тех пор эта власть проявляется главным образом, в потреблении природных ресурсов и загрязнении окружающей среды. Эпоха истощительной химической теплоэнергетики еще не закончилась, но уже надвинулась следующая – эпоха ядерной теплоэнергетики на невозобновимых ресурсах, которая грозит еще более опасным загрязнением. Таким образом, на определенном этапе развития хозяйственной деятельности человека происходит истощение доступных для эксплуатации природных ресурсов – развивается экологический кризис. Он преодолевается с помощью экологической революции и через рост технической перевооруженности общества, расширения границ доступных природных ресурсов. Современный глобальный экологический кризис имеет свои особенности. Во-первых, на современном историческом отрезке наблюдается стремительный рост населения планеты. Так, если в начале Новой эры численность населения оценивалась примерно в 200 млн человек, то к началу ХХ века она составила 1,6 миллиарда; к 2010 г. – 7 миллиардов человек. Такое резкое увеличение численности населения планеты приводит к многократному увеличению антропогенного пресса на природные системы, которые имеют ограниченную способность утилизировать все возрастающие объемы отходов цивилизации. Во-вторых, синтезированные химической промышленностью новые, чуждые для биосферы вещества (ксенобиотики) не могут быть утилизированы в биотическом круговороте, т.к. в природе отсутствуют агенты для их переработки, и, образно говоря, растут горы мусора в окружающей среде. В-третьих, современный экологический кризис связан с истощением ресурса биологических систем приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Кризис адаптации проявился в снижении устойчивости экологических систем, в замене их менее продуктивными. В человеческом обществе обострились проблемы здравоохранения; 95% заболеваний связано с загрязнением окружающей среды. Кроме того, наблюдаются новые закономерности в распространении и характере патологии человека. Но глубинная причина современного экологического кризиса – это духовный кризис цивилизации. Долгое время господствовали представления о человеке как хозяине Земли, а Природа рассматривалась как мастерская, в которой все можно было переделывать по своему усмотрению, невзирая на объективные законы Природы. В настоящее время значительная часть биосферы преобразована с помощью техники в техносферу, где деятельность человека нарушает правила, принципы и законы природы. Человек сегодня способен изменять силу действия и число лимитирующих факторов, они влияют на диапазон оптимальности значений факторов среды. Иллюстрируют это такие факты, как последствия внесения минеральных удобрений, осушения территорий, кислотных осадков. Хозяйственная деятельность человека практически уничтожила такие экосистемы как прерии, степи. В других природных экосистемах нарушены свойственные им принципы и механизмы функционирования. Произошло нарушение правила экологических пирамид, так как в человеческих популяциях, занимающих верхние уровни в пирамидах энергии, биомассы, численности, аккумулированы значительные ресурсы в результате присвоения и вложения в системы дополнительной энергии. Эти нарушения вызывают изменения в круговороте воды и биогенных веществ, способствуют накоплению отходов. Вмешательство в структуру и функционирование компонентов биосферы человеком происходит в земледелии, например, замена боле продуктивных экосистем менее продуктивными, отчуждение почв под строительство, нарушение естественных круговоротов при перемещении больших масс биологической продукции. Это приводит к уменьшению объемов живого вещества (биомассы) биосферы. Наиболее серьезные проблемы связаны с потреблением биоресурсов, технической энергетикой, промышленным производством. Ежегодное изъятие не менее 10 Гт сухого вещества биомассы в виде сельскохозяйственной продукции, древесины и морепродуктов составляет более 7% продукции фотосинтеза на суше. Но кроме этого человек косвенно переводит в антропогенный канал еще около 30% первичной продукции экосистем суши, в целом снижая продуктивность биосферы. В окружающую среду выделяется более 530 ЭДж техногенной теплоты. studfiles.net |
Цельнозерновые злаковые
Цельнозерновые злаковые – это «медленные» углеводы. Тут и хлеб, и макаронные изделия, хотя бы на 50% состоящие из цельнозерновой муки, и нешлифованный коричневый рис.
Жиры
Только полезные жиры! Оливковое, рапсовое, подсолнечное и другие растительные масла подойдут для салата.
Фрукты
Употребляйте достаточно фруктов – всех цветов и размеров. Они обеспечивают вас витаминами и микроэлементами и отлично заменят десерт. |
