Влияние химических загрязнителей на биосферу

В почвенных растворах и вытяжках обнаружены аминокислоты и кислоты жирного ряда, оксикислоты, полифенолы, фульвокислоты, т. е. весь набор органических соединений, свойственный многим типам природных вод. Все эти вещества содержат функциональные группы, которые участвуют в координационных связях и образовании комплексных и внутрикомплексных соединений. Таким образом, ведущая роль водорастворимых органических веществ в миграции ХЗВ выявлена многими исследователями.

Взаимодействие гумусовых веществ с ионами металлов и другими ХЗВ включает физические (адсорбция, пептизация, коагуляция) и химические (ионный обмен, солеобразование, образование комплексных соединений) процессы. Адсорбция катионов на гуминовых кислотах может быть в некоторых случаях описана уравнением Ленгмюра. Устойчивость образующихся комплексов зависит от ряда факторов и в первую очередь от рН и ионной силы.

Эти же условия определяют связывание тяжелых металлов почвой в целом и ее компонентами. Увеличение рН от 4 до 5,5 ведет к возрастанию сорбции цинка на гидрооксидах железа и алюминия. При рН 7,5 растворимость цинка увеличивается из-за образования комплексов с органическим веществом. Таким образом, с изменением рН меняется роль почвенных компонентов в сорбции тяжелых металлов. Медь (II) образует комплексы в более широком интервале рН. Добавление меди к почвенному раствору, содержащему цинк, ведет при рН 5 к снижению сорбции последнего, что является примером взаимного влияния ионов тяжелых металлов (Д.С. Орлов, 1985).

Кислые почвы поглощают тяжелые металлы из растворов в меньшей степени, чем нейтральные или содержащие карбонаты. В то же время в таких почвах значительное количество меди связывается в комплексные соединения.

Кислые почвы имеют меньшее число активных центров, занятых протонами, и ионами алюминия, что снижает возможность адсорбции Сu²⁺ и Са⁺². Карбонатные, богатые кальцием почвы могут в большей степени сорбировать тяжелые металлы. Ион кадмия при этом образует малоустойчивые комплексы. В результате Са²⁺ более подвижен в почвенном профиле по сравнению с Сu²⁺.

Высокое содержание металлов, приходящееся на единицу органического вещества, в ряде случаев можно объяснить образованием многоядерных комплексов или наличием адсорбированных комплексов, в которых имеется неэквивалентное взаимодействие между органическими лигандами и ионами металлов.

При высоком содержании гумуса интенсивно образуются органометаллические комплексы в коллоидной и растворимой формах, что обусловливает высокую степень их подвижности. При интенсивно промывном режиме и низких значениях рН соединения тяжелых металлов растворяются и переходят в ионную форму. На территориях, где преобладают почвы с высокой степенью засоления, можно ожидать образования труднорастворимых соединений, содержащих тяжелые металлы.

При рН 6 кадмий присутствует в двухвалентной форме и полностью растворяется в водной фазе при условии, что она не содержит таких связывающих анионов, как фосфат или сульфид.

Образование Сd(ОН)₂ начинается при рН 9, достигая максимума при рН 11. Образование Рb(ОН)₂O начинается при рН > 9. При рН 6--10 преобладает Pb(OH)⁺. При рН 8,5 и концентрации хлорид-иона более 10^0,4 моль/л преобладают комплексы СdС1₃, CdCl₄. В морской воде, содержащей 10^-0,25 моль/л иона Сl^- при рН 8,1--8,2 форма РbОН преобладает над его хлоридными комплексами, а кадмий присутствует в виде CdCl₂ и СdCl₃. Такая закономерность, установленная на модельных системах, несомненно, может быть справедлива и в природных условиях. В почвенном растворе обнаружено незначительное (< 10 мкг/л) содержание комплексов Cd²⁺ с органическими компонентами, а также хлоридными и сульфатными лигандами (CdCl₂, CdCl₃, CdCl₄, CdSO₄). Все эти комплексы либо заряжены отрицательно, либо нейтральны, причем ион Cd²⁺ обнаруживается весьма редко. Отмечена возможность присутствия меди в гуминовых кислотах и фульвокислотах в форме комплекса медь-порфиринового типа. Гуминовые вещества активно реагируют с катионами, оксидами и гидроксидами металлов, образуя химически разнообразные и биологически устойчивые соединения.

Формы миграции тяжелых металлов в природных водах и, в частности, в почвенных, многообразны, их основные виды представлены на рис. 13.

Взвешенные и коллоидные формы соединений входят в состав почвенных гранулометрических фракций, а истинно растворенные извлекаются в составе водных вытяжек из почв.

Таким образом, для вещественного состава водных вытяжек характерно следующее:

1) водные вытяжки содержат большой набор органических соединений различного состава;

2) вещества, содержащиеся в водных вытяжках, способны образовывать комплексы с тяжелыми металлами; эти комплексы могут иметь в природных условиях различный знак заряда;

3) на комплексообразование оказывает сильное влияние рН, конкурентное комплексообразование, ионная сила раствора, состав лигандов, наличие и состав неорганических анионов.

Заключение

На стыке столетий заметно возросла деловая активность ученых-экологов, сотрудников департаментов и управлений по охране и рациональному природопользованию, общественных деятелей, занимающихся проблемами экологии и защиты окружающей среды. Только в 2000 г. состоялись многочисленные симпозиумы, форумы, съезды, посвященные различным аспектам природоохранной деятельности. Например, в Найроби (Кения) была принята Конвенция об изучении, охране и торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения, а также Конвенция о биоразнообразии окружающей среды, в том числе особое внимание было уделено разделу «Почвы».

В Женеве (Швейцария) прошло заседание Рабочей группы по оценке воздействия техногенных факторов на окружающую среду.

Несмотря на значительное внимание к природоохранным вопросам, реальное дело охраны биосферы возможно только после полного осознания учеными-специалистами, администраторами, предпринимателями опасности неотвратимых экологических последствий при бесконтрольном развитии промышленности, транспорта, при урбанизации и интенсивной химизации всех сфер человеческой деятельности.

Причины и пути загрязнения природной среды наглядно прослеживаются на примере природных вод, их загрязнение осуществляется по крайней мере за счет следующих источников:

1) загрязнение промышленными стоками (целлюлозно-бумажная, нефтяная и газовая промышленность, химические и металлургические заводы, химические, коксохимические, газосланцевые предприятия); даже нормативно-чистые воды, которые официально разрешено сбрасывать в реки, обычно загрязнены в той или иной степени пылью, нефтью, минеральными солями, причем часто сбрасываются нагретые воды, вызывающие тепловое (термическое) загрязнение природных вод;

2) загрязнение коммунальными стоками; если сами воды и подвергают некоторой очистке в отстойниках, биологических прудах, на полях орошения, то скапливаются крупнотоннажные осадки сточных вод (ОСВ), использование которых нередко вызывает большие трудности, поскольку в них могут содержаться тяжелые металлы и другие токсичные компоненты в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации;

3) загрязнение поверхностными стоками, которые образуются дождевыми водами или при снеготаянии; при этом из городов и поселков выносится в реки мусор, с территории промышленных предприятий -- все характерные для них виды загрязняющих веществ, с сельскохозяйственных угодий -- остатки навоза, патогенные микроорганизмы, ядохимикаты, а также высокодисперсная, илистая часть пахотных почв;

4) загрязнение нефтью и нефтепродуктами обычно происходит при бурении скважин в ходе поисков нефтяных месторождений, при эксплуатации промышленных запасов нефти, при авариях на промыслах, после взрывов и пожаров на танкерах, при кораблекрушениях.

Кроме того, вызвать загрязнение природных вод могут сточные воды шахт и рудников, имеющие повышенную минерализованность и содержащие взвешенные частицы; определенную опасность представляют также дренажные воды с орошаемых земель, которые привносят в реки выщелоченные из засоленных толщ почвогрунтов легкорастворимые соли. Такого рода явления получили распространение в бассейне Аральского моря.

В числе загрязняющих веществ, особенно опасных для природных вод, большое значение приобрели разнообразные моющие средства, широко применяющиеся в промышленности и в быту. Они фактически выполняют роль эмульгаторов, вспенивателей и смачивателей и поэтому, попадая в природные воды, образуют обильную пену, которая скапливается на поверхности воды, нередко покрывая большие площади. Другой, характерный преимущественно для второй половины XX в. и экологически очень опасный источник загрязнения природных вод, -- радиоактивные отходы и аварийные выбросы радионуклидов.

Кроме названных прямых источников загрязнения природных вод загрязняющие вещества содержатся и в атмосферных выпадениях в виде дождя, снега, инея.

На поверхности суши кроме перечисленных источников загрязнения большое влияние на наземные биогеоценозы оказывают шахтные отвалы (терриконы), отвалы теплоэлектростанций, сброс отработанных нефтепродуктов, солевых растворов, концентрированных кислот. В лесных регионах скапливаются крупнотоннажные отходы древесной коры, опилок, гидролизного лигнина и многое другое.

О масштабах антропогенного влияния на природные объекты можно судить хотя бы по тому, что выбросы оксидов серы и азота, образующие при взаимодействии с атмосферной влагой серную и азотную кислоты, пересекают вместе с воздушными потоками границы государств, охватывая территории в сотни тысяч квадратных километров.

Загрязнение наземных биогеоценозов обычно начинается с частичного угнетения организмов, населяющих почвы и поверхностные воды, затем страдает высшая растительность и, наконец, начинаются деградация почв и разрушение почвенного покрова. Наглядный и характерный пример конечного результата -- формирование техногенных пустынь вблизи крупных промышленных комбинатов, химических заводов, которые возникают в результате постепенного отмирания растительности, развития процессов эрозии и дефляции почв, приводящих к выходу на дневную поверхность подстилающих почвы пород, во многих случаях -- скальных, и к частичному или полному разрушению почвенного покрова, которое практически необратимо.

Очень опасно загрязнение почв и вод углеводородами нефти. При разливе нефти на водной поверхности прекращается доступ кислорода из атмосферы в воду, в результате гибнут обитатели водоема. Нефть обволакивает перья водоплавающих птиц, и без посторонней помощи, а помочь в этом случае могут только люди, такие птицы очень быстро погибают. Не менее драматично складывается ситуация при загрязнении нефтью почвенного покрова. При высоких дозах нефти почвенная масса становится гидрофобной, механические элементы и структурные агрегаты покрываются нефтяной пленкой, которая изолирует питательные вещества от корневых систем растений. Почвенные частицы слипаются, а при старении и частичном окислении компонентов нефти последняя загустевает и почвенный слой превращается в асфальтоподобную массу, которая совершенно непригодна для произрастания естественной растительности или возделывания сельскохозяйственных культур.

При загрязнении биогеоценозов нефтью или другими углеводородами может проявляться их канцерогенное воздействие на живые организмы, поскольку такие композиции содержат обычно канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Оценивая различные стороны воздействия химических загрязняющих веществ на живые организмы, нельзя не принимать во внимание мутагенные изменения. Различные мутации возможны при попадании в живые организмы некоторых химических соединений, но особенно вероятны и опасны они при загрязнении территории радионуклидами. Мутации не только приводят к существенным отклонениям от нормального развития организмов (включая человека), но и вызывают общее ухудшение генофонда многих популяций, что может иметь далеко отстоящие последствия для последующих поколений.

Конечно, человек не мог в полной мере предвидеть экологические последствия развития промышленности, транспорта, широкого внедрения минеральных удобрений в сельскохозяйственное производство. Для этого даже в начале XX в. еще не было ни должного опыта, ни знаний, и несправедливо осуждать ушедшие поколения за проявляющиеся в настоящее время негативные последствия, но сегодня мы обязаны обеспечить нормальное существование будущих поколений.

В свое время успехи развития промышленности, широкой химизации выглядели обнадеживающими, отдача была высокой и трудно было представить, что за каждый дополнительный центнер зерна с гектара при внесении минеральных удобрений придется расплачиваться ухудшением экологической обстановки и появлением токсикологических ситуаций. То же относится к металлургическому производству, нефтедобыче и нефтепереработке.

Медико-биологические последствия использования атомной энергии начали, видимо, в полной мере осознавать только после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки.

Поэтому современные меры предупреждения химического загрязнения биосферы и формирования оптимальной среды обитания стали разрабатываться с большим опозданием, а нормализовать экологическую обстановку труднее, чем предупредить загрязнение, поэтому и возникла такая ситуация, когда население и активисты борьбы за сохранение природной среды («зеленые») протестуют против строительства новых атомных электростанций, гидроузлов, теплоцентралей, химических заводов, настаивают на закрытии и перепрофилировании многих существующих предприятий. Эти опасения понятны, но далеко не всегда они обоснованы и хотя проистекают из накопленного негативного опыта, но при явно недостаточном знании предмета. Поэтому крайне важно в наше время глубокое экологическое образование как специалистов различного профиля, так и широких слоев населения.

Список использованной литературы

1. Кондратьев К.Я. Глобальные изменения на рубеже тысячелетий // Экология и жизнь. 2002. № 1. С. 38-42.

3. Гридел Т.Е., Алленби Б.Р. Промышленная экология: Учеб. Пособие

4. Бестужев-Лада И.В. Альтернативная цивилизация. М.: ВЛАДОС, 1998.

5. Дрейер O.K., Лось В.А. Экология и устойчивое развитие: Учеб. пособие. М: Изд-во УРАО, 1997.

6. Добровольский Г.В. Почвенные ресурсы России за 150 лет //Россия в окружающем мире: 2000. Аналитический ежегодник. М.: Изд-во МНЭПУ, 2008. С. 110-125.

7. Королев В.А. Современные проблемы экологической геологии // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 4. С. 60-65.

8. Ласло Э. Макросдвиг (К устойчивости мира курсом перемен) / Предисл. Артура Ч. Кларка. М.: Тайдекс Ко, 2004. (Библиотека журнала «Экология и жизнь». Сер. «Устройство мира».)

9. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учебное пособие для вузов. М.: Агентство «ФАИР», 1998.

10. Прохоров Б.Б. Экология человека. М.: Академия, 2003.

11. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.

12. Розенберг Г. С, Мозговой Д.П., Гелашвили Д.Б. Экология. Элементы теоретических конструкций современной экологии: Учеб. пособие. Самара: Самарский научный центр РАН, 1999.

13. Жученко А.А. Адаптивное растениеводство: эколого-генетические основы. Кишинев: Штиница, 1990.

14. Новиков Ю. В. Природа и человек. М.: Просвещение, 1991.

15. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек - Экономика - Биота - Среда: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002.

Размещено на Allbest.ru