Деформация природных биогеохимических циклов хозяйственной деятельностью человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Деформация природных биогеохимических циклов хозяйственной деятельностью человека

Введение

Человеческое общество с момента своего появления является важным фактором изменения биосферы. Первоначально деятельность людей отражалась на структуре и динамике живого вещества и почв в ареалах распространения первых цивилизаций. Сжигание и вырубка лесов, распахивание степей, замена природной растительности сельскохозяйственными культурами вносили определенные изменения в биогеохимическую структуру экосистем суши. Вместе с тем механизмы гомеостаза биосферы успешно противостояли антропогенному давлению. Однако начавшаяся в 19-м столетии бурная индустриализация, сопровождаемая демографическим взрывом, привела к разрушению природных ландшафтов, сокращению пахотных угодий, загрязнению окружающей среды, энергетическому кризису и ряду других глобальных экологических проблем.

Развитие промышленного производства обусловило извлечение из недр значительных масс химических элементов. В настоящее время в мире добывается более 100 млрд. тонн минеральных ископаемых. Хозяйственное воздействие человека распространяется не только на наружную часть земной коры, но также на атмосферу и природные воды. Из атмосферы извлекается молекулярный азот, который переводится в реакционноспособные формы. На производственные и бытовые нужды расходуется около 4 тыс. км³ воды в год, что соответствует 10 % объема речного стока.

Одновременно промышленные предприятия выбрасывают в окружающую среду сотни миллионов тонн пыли и газов, в поверхностные воды поступают десятки миллионов тонн бытовых, промышленных и сельскохозяйственных стоков. С середины ХХ в. некоторые химические элементы используются для обеспечения индустриального производства в количествах, сопоставимых с массами, мигрирующими в глобальных биогеохимических циклах. В результате современное человеческое общество выступает в роли мощного геохимического фактора, изменяющего и перераспределяющего миграционные потоки огромных масс химических элементов. Производственная деятельность человека оказывает воздействие как на глобальные биогеохимические циклы, так и на биогеохимические процессы, происходящие на ограниченных территориях.

Глобальные биогеохимические проблемы

Загрязняющий компонент может распространяться в зависимости от особенностей циклов массообмена на весьма ограниченный участок земной поверхности, на более или менее значительную территорию или всю биосферу. Одной из глобальных проблем является рост концентрации углекислого газа в атмосфере, связанный с хозяйственной деятельностью человека.

Изобретение паровой машины положило начало ускоренному росту добычи каменного угля, используемого в качестве топлива. Широкое распространение двигателей внутреннего сгорания сопровождалось бурным развитием нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. В начале XIX в. добыча угля составляла около 30 млн. т/год, в 1900 г. - 700 млн., в 1951 г. - 1918 млн., в 1990 г. потребление угля составило 4,1 млрд. тонн. С середины XIX в. началась эксплуатация нефтяных месторождений. В 1900 г. в мире было добыто менее 30 млн. тонн нефти, в 1990 г. потребление нефти составило 2,7 млрд. тонн. Потребление газа с 1937 г. по 1990 г. увеличилось в 25 раз и составило около 1,9•10¹² м³. Таким образом, природные соединения углерода используются в столь значительном количестве, что это сопоставимо с крупным природным процессом.

Сжигание горючих ископаемых способствует накоплению в атмосфере массы углекислого газа. В середине ХIX в. концентрация СО₂ в атмосфере составляла около 290•10-⁴ % объема, через 100 лет - 313•10-⁴ %, в 1978 г. - 330•10-⁴ %, в 1990 г. - 353•10-⁴ %. По расчетам исследователей, в результате сжигания минерального топлива было выделено до 1978 г. около 140 млрд. тонн углерода в составе СО₂. Анализ динамики концентрации углекислого газа в атмосфере показал, что его масса в атмосфере увеличивается за последние годы на 2,2 млрд. т/год. Индустриальные источники выбрасывают в атмосферу в составе СО₂ около 5 млрд. т/год углерода, что примерно в 15 раз меньше количества данного элемента, ассимилируемого при фотосинтезе растительности Мировой суши.

Привлекает внимание такое последствие сжигания возрастающих масс каменного угля, как изменение изотопного состава растений и всего живого вещества Земли. Каменный уголь является продуктом глубокой трансформации органического вещества растительного происхождения. Поскольку в процессе фотосинтеза предпочтительно поглощаются легкие изотопы углерода, постольку можно ожидать, что сжигание угля и поступление в атмосферу углекислого газа, обогащенного ¹²С, должно вести к обогащению живых организмов легким изотопом углерода. И действительно, исследуя годовые кольца стволов деревьев, американский биогеохимик Б. Болин (1985) показал, что по мере развития хозяйственной деятельности человека растительность обогащается изотопом ¹²С.

Сжигание огромных масс ископаемого топлива сопровождается расходованием кислорода, что является также не менее важной проблемой. Свободный кислород накопился в атмосфере только благодаря захоронению органического углерода. Интенсивное сжигание минерального топлива способствует связыванию значительного количества кислорода в составе образующегося СО₂. На сжигание в составе минерального топлива 5 млрд. тонн углерода расходуется в течение года более 13 млрд. тонн кислорода. Такая масса в сравнении с 230 млрд. тонн кислорода, участвующим в биологическом круговороте на Мировой суше, представляется незначительной. Однако следует учитывать, что основная часть выделяющегося при фотосинтезе кислорода должна быть израсходована на разложение продуктов опада. За счет отмершего, но не разложенного до СО₂ органического вещества ежегодно в атмосфере остается, по расчетам О.П Добродеева, около 1,55 млрд. тонн кислорода, что в 9 раз меньше массы кислорода, расходуемого на сжигание ископаемого топлива.

Кроме того, кислород расходуется на окисление различных газов, выделяющихся из недр Земли, - это количество кислорода пока не поддается оценке. Значителен расход кислорода на окисление выплавляемых промышленностью металлов, главным образом железа. Ежегодно в мире выплавляется около 700-800 млн. тонн стали. Примерно 10 % этого количества окисляется, на что расходуется около 340 млн. т/год кислорода.

Биосфера в целом пока справляется с окислением техногенных продуктов, однако поглощение кислорода достигло такого уровня, что уже становится необходимым контроль над глобальным биогеохимическим циклом этого элемента.

Ежегодно поступающее в окружающую среду количество техногенных тяжелых металлов сопоставимо с массами металлов, участвующих в глобальных процессах массообмена (таблица 2.3).

Из приведенных в таб. 2.3 данных следует, что массы марганца и хрома, поступающие в биосферу в течение года при сжигании каменного угля, близки к их массам, выносимым в растворимых формах годовым речным стоком со всей суши. Годовая добыча меди, свинца, олова и кадмия превышает сумму масс выноса растворенных форм и захвата годовым приростом растительности.

Таблица 2.3 Массы тяжелых металлов, вовлекаемых в техногенную и природную миграцию, 10³ т/год (по В.В. Добровольскому, 1998)

Региональные биогеохимические проблемы

В природные циклы массообмена, охватывающие экогеосистемы крупных регионов, ощутимый дисбаланс вносят отходы промышленных предприятий и транспорта. Более 95 % техногенных выбросов соединений серы приходится на химически весьма агрессивный диоксид серы. При сжигании каменных углей, содержащих сульфиды железа, и нефти, в которой постоянно присутствуют серусодержащие органические соединения, происходит основная эмиссия SO₂. При выплавке металлов также выделяются в атмосферу крупные массы диоксида серы. Общемировой техногенный выброс серы в атмосферу в 1990 г. оценивается в 100-110 млн. тонн. Осаждаясь с атмосферными осадками, оксиды серы поражают растительность, почвенную биоту, подкисляют водоемы, вызывают заболевания населения.

Вследствие неравномерного распределения техногенных оксидов серы поражаются отдельные территории. Жидкие (в виде дождей) кислые осадки выпадают преимущественно в скандинавских странах и Канаде, в сухом виде (аэрозоли) - на среднем западе США, в Чехословакии. Наиболее сильно загрязнена SO₂ атмосфера в Финляндии, Люксембурге, Чехословакии, Венгрии, Канаде. В Финляндии, Швеции, Норвегии, Нидерландах и Австрии загрязнение атмосферы оксидами серы вследствие трансграничного переноса намного превышает выбросы их собственной промышленности. От кислотных дождей в ФРГ погибло 1500 га леса, в Швеции в 2000 озер исчез лосось. На территории бывшего СССР площадь существенного закисления от дождей и снега достигла 46 млн. га - в основном за счет переноса подкисленных осадков из Западной Европы в Прибалтику, Карелию, на весь Северо-Запад России. Очень опасно подкисление океанических мелководий, ведущее к невозможности размножения многих беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых сетей и глубокое нарушение экологического равновесия в Мировом океане.

Сельскохозяйственное производство оказывает существенное влияние на природные биогеохимические циклы некоторых химических элементов. В сфере земледелия в настоящее время находится около 15 млн. км², т.е. около 10 % от площади всей суши. Опасность агрогенных геохимических аномалий связана с большими масштабами проявления их и охватом практически всей сельскохозяйственной продукции. Попадающие в почву при ее обработке выхлопы техники, износ орудий; внесение удобрений и других химических веществ - главный вид агрогенного воздействия. Хотя удобрения увеличивают урожайность наполовину, но это меняет химический состав почв, повышает концентрацию токсичных и канцерогенных соединений азота, фосфора и других химических элементов (30 элементов в апатите).

Структура биологического круговорота на площади земледелия трансформирована. Находившаяся в биогеохимическом равновесии с окружающей средой природная растительность заменена сельскохозяйственными культурами, которые способны существовать в условиях данных экогеосистем лишь благодаря человеку. Образующаяся продукция возвращается в почву не полностью, так как частично удаляется в виде урожая. В систему биологического круговорота искусственно вводятся значительные массы азота, калия, фосфора и воды. Одновременно в результате механического нарушения почвы активизируются процессы эрозии и выноса химических элементов за пределы обрабатываемых площадей.

Обеспечение растущего населения Земли продуктами питания - одна из актуальных проблем современности. Поэтому расширяются старые и строятся новые горные предприятия, химические комбинаты для переработки горно-химического сырья в минеральные удобрения. Главным мероприятием в повышении урожайности является увеличение доз вносимых минеральных удобрений, т.е. искусственное включение масс химических элементов в биологический круговорот. Анализ масс миграционных потоков азота и фосфора показал, что количество этих элементов, искусственно включаемых в систему биологического круговорота, уже в 1970 г. превышало соответствующие массы, вовлекаемые в водную миграцию естественным путем (табл. 2.1).

Таблица 2.1 - Промышленная продукция и природная миграция масс азота, калия и фосфора, 10⁶ т/год (по В.В. Добровольскому, 1998)

* - без учета массы технологических отходов и бытовых выбросов, составляющих около 40•10⁶ т/год.

Привлекает внимание сложившееся распределение масс азота в мировом сельском хозяйстве. Из табл. 2.1 и 2.2 видно, что в обрабатываемые почвы мира вносилось с минеральными удобрениями в 1970 г. около 30 млн. т/год азота, в 1990 г. - около 60 млн. тонн, а в 2000 г. прогнозируется внесение 120 млн. тонн.

Таблица 2.2. Ориентировочное распределение масс азота в мировом сельскохозяйственном производстве, 10⁶ т (Круговорот веществ в природе, 1980)

Агрохимическая интенсификация сельского хозяйства породила проблему азота, имеющую особое биогеохимическое и экологическое значение. Во-первых, искусственное введение крупных масс азота в обрабатываемые почвы ведет к разбалансированности массообмена элемента в системе «почва - растительность». Не вовлеченные в биологический круговорот избыточные массы азота в виде нетратов активно участвуют в водной миграции. В результате соединения азота аккумулируются в геохимически подчиненных экогеосистемах (отрицательных элементах рельефа, озерах, а также водохранилищах, образованных плотинами гидроэлектростанций). Повышение концентрации азота вызывает усиленный рост водной растительности, зарастание водоемов, перегрузку их мертвыми растительными остатками и продуктами разложения. Во-вторых, аномально высокая концентрация в почве растворимых соединений азота влечет за собой повышенное их содержание в сельскохозяйственных продуктах питания и питьевой воде.

Имеющиеся данные говорят о том, что в настоящее время нормальное функционирование глобального цикла азота сохраняется благодаря незамкнутости природных циклов массообмена, связывающих отдельные экогеосистемы. Вместе с тем в некоторых сельскохозяйственных регионах избыточные массы азота не могут быть вовлечены в биологический круговорот и захватываются в водную миграцию, что нарушает нормальное функционирование биогеохимически подчиненных экогеосистем в районах интенсивного сельскохозяйственного производства.

Локальные антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов

Особо важное место среди многих последствий хозяйственной деятельности человека занимает процесс прогрессирующего накопления в окружающей среде тяжелых металлов. Начиная с глубокой древности, количество металла, используемого в хозяйственной деятельности, постоянно возрастает. В настоящее время общемировая добыча металлов характеризуется следующими величинами, т/год:

железо - n10⁸ ;

медь, свинец, цинк - n10⁷ ;

алюминий, марганец - n10⁶ ;

никель, олово - n10⁵ ;

ванадий, вольфрам, кадмий, кобальт, молибден, уран - n10⁴ ;

ртуть, серебро - n10³ .

Из приведенных цифр следует, что металлы извлекаются в количестве, непропорциональном их содержанию в земной коре и педосфере, применительно к составу которых развивались формы наземной жизни. Например, алюминия в земной коре в тысячу раз больше, чем меди, а производимые в настоящее время количества этих металлов различаются всего лишь в несколько раз. Кларк молибдена меньше кларка ванадия почти в сто раз, а производят молибдена намного больше.

Главной особенностью использования металлов в мировом хозяйстве является их активное техногенное рассеивание. Основной вклад в процесс рассеивания вносят атмосферные выбросы при металлургическом переделе руд. По расчетам А.А. Беуса и др. (1976), значительные массы металлов рассеиваются также при транспортировке, обогащении, сортировке руды. В 1965-1975 гг. таким путем в мире было рассеяно (тыс. т): меди - 600, цинка - 500, свинца - 300, молибдена - 50. Важную роль играет сжигание минерального топлива, главным образом каменного угля.

Современная технология использования металлов сопровождается их рассеиванием в окружающей среде. Крупные массы металлов, применяемых в химической, бумажной, электротехнической и других отраслях промышленности, попадают в промышленные стоки. Не меньшие массы истираются и рассеиваются в процессе работы различных механизмов и машин. Значительное количество металлов и других рассеянных элементов добывается лишь с целью последующего их рассеивания на поверхности Земли. В качестве примеров могут служить производство алкидов свинца, применяющихся в виде добавок в бензин для автомобильного транспорта, использование мышьяка и ртути при изготовлении ядохимикатов для сельского хозяйства.

Если бы металлы, выбрасываемые в воздух, распространялись подобно газам на значительное пространство, и затем вымывались из тропосферы осадками, то их поступление на поверхность Мировой суши не превышало бы уровня природных поступлений, к которым живые организмы толерантны. Однако бульшая часть массы металлов техногенных выбросов оседает вблизи источников эмиссии, и в результате вокруг предприятий-загрязнителей формируются биогеохимические аномалии, обусловливающие импактные (ударные) нагрузки на живые организмы.

Как известно, в составе биокатализаторов и регуляторов важнейших физиологических процессов тяжелые металлы являются необходимым компонентом. По этой причине значительное повышение концентрации тяжелых металлов в высокоактивном рассеянном состоянии в окружающей среде оказывает сильное влияние на живые организмы. В начале 70-х гг. ХХ в. специалисты в области глобального мониторинга среди 12 наиболее опасных загрязнителей отмечали ртуть, свинец и кадмий. Но уже в 1980 г. к указанным трем металлам добавились еще семь: кобальт, марганец, медь, молибден, никель, олово, хром. Проблеме загрязнения тяжелыми металлами эксперты ООН отвели второе по важности место (после проблемы углекислого газа в связи с глобальными изменениями климата). Таким образом, была подчеркнута высокая значимость воздействия импактных техногенных поступлений металлов и близких им элементов на живое.

В пределах техногенной биогеохимической аномалии обычно образуются две зоны. Для одной их них, непосредственно примыкающей к источнику загрязнения, характерно сильное поражение природной экогеосистемы: отсутствует растительность, разрушена биокосная система почвы, почвенная фауна и микроорганизмы в значительной мере уничтожены. В более обширной второй зоне наблюдается заметное угнетение, реже исчезновение отдельных составных частей биоты. В периферической части зоны техногенного воздействия обратное явление - существенное возрастание численности видов и биомассы относительно естественных районов, однако в почвах, растениях, почвенных животных отмечается повышенное содержание элементов-загрязнителей. Такой эффект наблюдается вблизи Норильского никеля - на расстоянии ~ 70 км наблюдается зона повышенной биологической активности относительно окружающей тундры. В краевой зоне происходит активное биогенное «растаскивание» загрязняющих веществ.

Размеры аномалий, их конфигурация, расположение относительно источника выбросов, соотношения концентрации техногенно рассеиваемых металлов в воздухе, атмосферных осадках, растительности и почве зависят сложным образом от производительности предприятия, длительности его работы, технологии, особенностей местного рельефа и растительности, климатических условий и др. Очень важную роль играет высота источника выбросов в атмосферу. При высоких дымовых трубах максимальные концентрации загрязнителей в приземном слое атмосферы образуются обычно на расстоянии 10-14 высот трубы, а для труб высотой 10-15 м - в непосредственной близости от источника.

В окрестности свинцово-плавильного завода, расположенного на Дальнем Востоке в условиях умеренного муссонного климата с осадками около 1000 мм/год, максимальные концентрации металлов в приземном слое атмосферы регистрируются на расстоянии до 2 км от источника (Геохимия зоны гипергенеза, 1976). Содержание металлов в приземном слое воздуха в этой зоне в 100-1000 раз выше местного геохимического фона, а в снеге - в 500-1000 раз. Вторая зона располагается на удалении 2-4 км от источника и характеризуется концентрацией металлов в воздухе примерно в 10 раз меньшей, чем в первой зоне. На расстоянии от 4 до 10 км намечается третья зона, в которой лишь отдельные пробы имеют повышенную концентрацию металлов. Первая и вторая зоны техногенного загрязнения приземного слоя атмосферы совпадают с зонами разрушения природной экогеосистемы и угнетения растительности.

Следует отметить, что по мере удаления от источника выбросов меняется соотношение форм рассеиваемых элементов. Основную массу выпадений в первой зоне составляют мелкие пылевидные частицы сульфидов и оксидов, а водорастворимые формы составляют лишь 10-15 %. По мере удаления от источника относительное содержание водорастворимых форм свинца возрастает: 55 % на расстоянии 1,5 км и 80-90 % на расстоянии 4-5 км. Таким образом, основная часть твердых пылевидных частиц оседает вблизи источника, а водорастворимые формы переносятся дальше и выпадают из атмосферы с осадками.

Кроме металлургических и металлообрабатывающих производств в рассеивание металлов вносят определенный вклад и другие промышленные предприятия. Так, используемое для изготовления фосфорных удобрений сырье содержит примеси меди, свинца, урана, цинка, поэтому указанные элементы рассеиваются в окрестностях соответствующих предприятий. Производство бумаги сопровождается рассеиванием ртути. Мощные тепловые электростанции создают ореолы рассеяния тяжелых металлов и оксидов серы в радиусе 10-20 км. Любой город является источником рассеяния тяжелых металлов и изменяет их содержание в растительности в радиусе до 2-3 км. биохимический антропогенный аномалия загрязнение

Вдоль автомагистралей образуются биогеохимические аномалии свинца. Добавка в автомобильный бензин тетраалкилов свинца в качестве антидетонатора обусловливает присутствие в выхлопных газах свинца в форме мелких твердых частиц нитратов, оксидов, сульфатов, хлоридов, фторидов и др. Около 20 % частиц имеют размеры более 0,005 мм и оседают вблизи магистрали. Частицы, имеющие меньшие размеры и содержащие около 60 % выбросов свинца, оседают медленнее и в пределах относительно широкой полосы. Остальные 20 % захватываются воздушными потоками и переносятся на более или менее значительные расстояния. Концентрация свинца в почве зависит от интенсивности движения автотранспорта, наибольшие значения, например, для Западной Германии - 600-700 мкг/г. Ширина придорожных аномалий варьирует в зависимости от местных условий и может достигать 100 м. В странах Западной Европы до принятия законов о регулировании добавок свинца в бензин содержание свинца в придорожных травах достигало 40-50 мкг/г.

Наиболее сильное загрязнение растительности отмечается на расстоянии до 5-10 м от края шоссе и в газонах, разделяющих полосы движения. Зона меньших концентраций распространяется чаще всего до 50-100 м от края автомагистрали, хотя бывает и более широкой. На расстоянии 200-300 м концентрация свинца, как правило, соответствует уровню местного фона. Ширина аномалий в растительности колеблется сильнее, чем в почвенном покрове. Максимум загрязнения свинцом в древесных посадках вдоль автодорог приходится на интервал 1-2 м над уровнем земли, а выше начинает быстро спадать.

Характерной особенностью техногенных биогеохимических аномалий является непрерывное изменение их параметров, что в значительной мере связано с атмосферной миграцией, играющей важную роль в образовании этих аномалий. Так, смена сухого периода на дождливый, изменение направления ветра влияют на конфигурацию аномалии. Содержание свинца на поверхности почвы в условиях интенсивного придорожного загрязнения возрастает от весны к осени. То же самое наблюдается у растений на протяжении вегетационного периода. Постепенная аккумуляция высокодисперсных частиц, выбрасываемых с выхлопными газами, обусловливает нарастание концентрации свинца в почве и растениях. Дожди, смывающие свинецсодержащие осадки с поверхности почвы и растений, нарушают эту закономерность. Изменение направления ветра приводит к несимметричному распределению металла в растениях по обе стороны автомагистрали.

Биогеохимическая обстановка, сложившаяся в промышленных центрах и крупных городах, вызывает тревогу. Атмосфера городов насыщена техногенными газами и аэрозолями, сильно загрязнена тяжелыми металлами, в первую очередь, свинцом от двигателей внутреннего сгорания. Разнообразные химические элементы и соединения аккумулируются в промышленных и бытовых отходах. На городские свалки ежегодно поступают тяжелые металлы в количестве, сопоставимом с продукцией горнорудных предприятий. Вместе с ростом массы отходов повышается уровень концентрации тяжелых металлов в почвенном покрове и растительности в окрестностях городов.

Современные мегаполисы и индустриальные урбанизированные агломерации предстают в качестве огромных техногенных и биогеохимических аномалий. Геохимически аномальная окружающая среда оказывает негативное влияние на состояние здоровья живущих и будет иметь непредсказуемые последствия для последующих поколений.

Природные и техногенные аномалии в горнорудных районах

Выбросы в атмосферу. Технологические процессы приводят к образованию массы пыли. Это буровзрывные работы в карьерах, дробление руд при обогащении, дефляция отвалов, отходов обогащения и добычи, погрузка и транспортировка. Даже на среднем ГОКе это сотни тысяч тонн пыли в год, что сопоставимо с выбросами крупных промышленных комбинатов. Так, при массовом взрыве в карьере в воздух на высоту 150-250 м поднимается одновременно 150-200 т пыли, которая воздушными потоками разносится на километры. Отсюда - значительные площади техногенных аномалий. Геохимическое картирование почв и снегового покрова позволяют четко зафиксировать зону влияния источников выброса, а также состав и соотношение наиболее опасных компонентов. Такие аэрогенные аномалии (как и в городах) имеют четкую концентрическую структуру с ядрами и периферическими частями. Морфология их тоже не сложная и зависит от рельефа, «розы ветров».

Воздействие обогатительных фабрик тоже весьма интенсивно, а поселки обычно располагаются рядом. При проектировании и строительстве горно-обогатительных комбинатов, к сожалению, не учитываются особенности техногенной миграции загрязняющих веществ (потоки, сельскохозяйственные угодия, водные объекты). Это недопустимо при новом проектировании.

Загрязнение поверхностных водных систем стоками. Основной источник поступления техногенных веществ в водотоки - различные сливы (с рудников, обогатительных фабрик, с хвостохранилищ, отвалов), поверхностный сток с территории горных отводов. Вы помните, что техногенное усиление процессов выветривания на разрабатывающихся месторождениях играет большую роль в поставке «избыточных» ХЭ в водные системы. Содержание твердых взвесей в стоках может на 2-3 порядка превышать мутность природных водотоков.

Особую опасность представляют кислые рудничные воды, в которых многие металлы находятся в подвижных формах и в весьма высоких концентрациях, которые значительно выше всяких ПДК. А если в пределах горнорудных ландшафтов располагаются и металлургические предприятия, то ясно, что техногенные аномалии становятся еще более контрастными, комплексными и протяженными. Необходимо отметить, что даже после прекращения эксплуатации месторождений ОС долго еще будет загрязняться из отвалов, терриконов, загрязненных донных отложений водотоков и водоемов. И для этих аномалий характерна комплексность состава, хотя органические вещества играют, по сравнению с урболандшафтами, незначительную роль. Вы помните, что даже в природных аномалиях вокруг рудных месторождений (вторичные ореолы рассеяния) экологическая опасность достаточно высокая.

Основные источники загрязнения окружающей среды городов

По имеющимся данным на 1970 г. в мире образовалось 5 млрд. т твердых отходов, 19,8 млрд. т газообразных загрязнителей, 0,2 млрд. т пыли, 9135 млрд. т стоков. Возможно, что к 2000 г. количество отходов увеличится в 3 раза. Необходимо отметить, что подавляющая их часть образуется в городах, где проживает большая часть населения Земли, сконцентрирована основная масса различных производств.

По частоте встречаемости в отходах среди химических элементов преобладают Zn, Cu, Cd, Hg, Pb, Ag, Co, Ni. Промышленные и бытовые отходы характеризуются комплексностью состава. Как известно, часть твердых и жидких отходов утилизируется. Это лом металлов, отходы пищевой, мясомолочной промышленности, отходы бумаги, текстиля, нефтесодержащие отходы. Имеются такие данные. В 1980 г. в СССР из отходов была произведена каждая третья тонна стали, четвертая - бумаги и картона, пятая - цветных металлов и серной кислоты.

Большая же часть отходов вывозится на свалки, которые является потенциальными источниками поступления металлов в поверхностные и подземные воды, в почву. Часть отходов размещается в отвалах и внутризаводских свалках, т.е. остаются в черте городов.

А вот такой пример «утилизации» отходов. Коммунально-бытовые отходы часто отличаются высоким содержанием тяжелых металлов. Это и твердые отходы, и осадки городских очистных сооружений. Значительная часть их перерабатывается в компост, используемый в качестве удобрения, что приводит к загрязнению почвы и продукции сельского хозяйства. Или другой пример «утилизации» осадков очистных сооружении: засыпка ими оврагов, понижений в поймах рек (часто в пределах городов), откуда они легко загрязняют почву и воду. Следовательно, промышленные стоки и выбросы определяют современное качество вод, атмосферы и почв в урбанизированных зонах и их обрамлении.

Твердые отходы образуют фиксированные скопления химических элементов - источники загрязнения почв и вод. В высокоразвитых странах на одного человека в год приходится до 3-5 т промышленных и около 0,3-0,4 т бытовых отходов, и с каждым годом эти цифры возрастают. Виды промышленных отходов весьма разнообразны. Это определяется характером производства:

* черная и цветная металлургия (шлаки);

* машиностроение и металлообработка (различные шлаки, пыль, гальванические осадки);

* химическая промышленность (шламы, отходы резины, фенопласта и др.);

* легкая промышленность (кожевенные и лакокрасочные отходы);

* полиграфическое производство (бумажная пыль, осадки цехов цинкографии и гальванического);

* энергетика (золы и шлаки электростанций) и др.;

* зола ископаемых углей обогащена, по сравнению с породами литосферы, B, Mo, As, Yp, Pb, Be, Zn, Sn, W и др. элементами. В отвалах и отстойниках ТЭЦ находятся уже порядка 5 млрд. т шлака и золы. Утилизация золошлаковых отходов в СССР составляла около 10 %, в США - около 20 %, в Финляндии - 84 %.

Коммунально-бытовые отходы (городской мусор, осадки городских очистных сооружений и очистных сооружений поверхностного стока) сопоставимы по объему с промышленными отходами. Около 98 % твердых бытовых отходов (ТБО) в нашей стране вывозится на свалки. По расчетам ученых, с мусором городов с миллионным населением на свалки ежегодно поступает 200-250 т Zn и Ca, 70-80 т Pb и Sn, 0,5-1 т Ag и Cd, 0,02 т Hg. Свалки далеко не конечный пункт тяжелых металлов, из них металлы попадают в почвы и воды городов и их окружения.

Пылегазовые выбросы промышленных предприятий, энергетических установок и транспорта - основные источники поступления в атмосферу населенных пунктов загрязняющих веществ: оксидов азота, серы, углерода, углеводородов, пыли. Кроме того, в атмосферу городов поступают более 500 других вредных веществ. Пыль также содержит повышенные количества многих тяжелых металлов. В зависимости от рода производства, коэффициенты концентрации элементов колеблются очень широко: S - от 25 до 5000, W - от 10 до 10000, Cu - от 3 до 37, P - от 3 до 385 и т.п. В то же время пыль каждого производства отличается как по набору и содержанию металлов, так и по характеру отходов.

В США в 1980 г. на долю транспорта приходилось более 55 % общей массы веществ, загрязняющих воздушный бассейн, т.е. больше, чем от всех других видов человеческой деятельности. В таких городах, как Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Токио, Тегеран, вклад выхлопных газов автомашин в загрязнение воздуха достигает 90 %. Полицейские ходят по улицам в противогазах.

В нашей стране автотранспорт «дает» около 25 % всех загрязняющих атмосферу веществ и около 50 % - СО2. Вообще, в автомобильных выхлопных газах имеется около 200 веществ. При сжигании 1 л бензина в воздух попадает 200-400 мг Pb, а в год от одного автомобиля - около 1 кг. Автомобилей сейчас в мире около 500 млн. Загрязняет атмосферу и пыль, которая поднимается с проезжих частей дорог при движении транспорта. Эта пыль обогащена не только Pb, но, за счет истирания шин, Zn и Cd. Стоки. С ними (как коммунально-бытовыми, так и промышленными) в ОС поступает большое количество тяжелых металлов. Стоки поступают или непосредственно в водостоки (условно чистые промстоки), или после различного вида очистки на городских очистных сооружениях. Особенно высокое содержание тяжелых металлов имеется в стоках производств, где есть гальванические цеха. Поэтому промышленные стоки - основной источник поступления в канализационную систему Zn, Cu, Cd, Pb, Cr и др. Другой источник ? поверхностный сток с урбанизированных территорий (смыв части почвы, твердофазовых выпадений из атмосферы, размыв свалок). И даже после отстойников значительная часть металлов (в десятки раз выше фона) остается в воде. Тяжелые металлы попадают в водотоки и со снегом, сбрасываемым при уборке города и промплощадок. В снег металлы попадают из атмосферы, а хлориды - с солью на тротуарах и дорогах. В такой воде крупных городов Cl больше, чем в водах района в 150 раз.

Техногенное поступление химических элементов в водотоки крупных урбанизированных зон превышает природное (фоновое). Среди техногенных источников вклад в загрязнение водотоков увеличивается в ряде: промышленный сток условно чистых вод>канализационный сток после очистных сооружений>ливневый поверхностный сток. Последний источник формируется за счет смыва почвы, пыли с асфальтированных поверхностей, эрозии зданий и сооружений, размыва небрежно хранящихся свалок и других материалов.

Если сравнить по количеству поступления ХЭ основные группы источников загрязнения (выбросы - стоки - твердые отходы), то окажется, что главным поставщиком ХЭ в ОС урбанизированных зон являются твердые отходы (в стоках на порядок выше, чем в выбросах, а в твердых отходах - на 2 порядка). Каждая из этих трех групп загрязнителей отличается и набором ХЭ. По интенсивности относительной нагрузки на ОС на первом месте выбросы (в 10 - 100 раз выше фоновой), твердые отходы - несколько меньше, стоки - меньше в 10 раз.

Размещено на Allbest.ru