Размещено на http://www.allbest.ru/

Природна захищеність компонентів навколишнього середовища та засоби її підвищення

Я.Я. Сердюк

Типи техногенного впливу

За своїм характером антропогенні впливи поділяються на механічні (вагове навантаження, підрізка схилів, підземна виїмка гірських порід тощо), фізичні (замочування, осушення; температурні, шумові, електромагнітні впливи), хімічні, радіаційні та біологічні. За тривалістю проявів антропогенні впливи поділяються на вікові, тривалі, періодичні та короткочасні. За рівнем просторового впливу їх можна розділити на локальні, регіональні та глобальні.

Компонентами навколишнього середовища є матеріальні тіла, що беруть участь у формуванні ландшафту у природному або зміненому людиною стані. До них можна віднести атмосферне повітря, грунтовий покрив, гірські породи, поверхневі та підземні води, рослинність і тваринний світ.

Під техногенним навантаженням на компоненти природного навколишнього середовища потрібно розуміти антропогенні впливи, що викликають зміни окремих властивостей і параметрів компонента, які можуть призвести до порушення виконання компонентом заданих йому соціально-економічних функцій.

Для природоохоронних цілей важливо визначити гранично допустимі норми навантаження (ПДН) на компонент навколишнього середовища, при перевищенні якого відбувається порушення зв'язків і функцій компонента та зміна його використання у соціально-економічному аспекті.

Природна захищеність компонентів навколишнього середовища

За природню захищеність (ПЗ) компонента навколишнього середовища від впливу техногенеза можна приймати сукупність постійно діючих та знову виникаючих у масі (об'ємі) компонента процесів хімічних і фізичних реакцій, сумарна дія яких здібна протистояти, зменшити або у повному обсязі нейтралізувати зовнішні штучні впливи, а також зберегти у природному стані усі параметри і властивості компонента та соціально-економічні функції, що ним виконуються.

До цього часу поняття природної захищеності застосовувалося виключно по відношенню до підземних вод. При цьому під природною захищеністю підземних вод від забруднення розуміли перекритість водоносних горизонтів вищезалягаючими відкладеннями, що перешкоджають чи утруднюють проникнення в них забруднюючих речовин із поверхні землі. Одже захищеність підземних вод залежить від багатьох чинників (природних, техногенних, фізико-хімічних) і тому її оцінка пов'язана із деякими утрудненнями та носить інтегральний характер.

Поняття природної захищеності для інших компонентів навколишнього середовища - атмосферного повітря, грунтового покриву, порід зони аерації, гірських масивів - раніше не застосовувалося і навіть не формулювалося у своїй суті. Однак, приведеному вище трактуванню поняття П3 досить співзвучні поняття «самоочищення» та «здатність до очищення», що застосовуються у екологічній науці грунтознавцями і біологами.

Самоочищення - природне руйнування забруднювача у середовищі (воді, грунті тощо) внаслідок природних фізичних, хімічних та біологічних процесів. Тривалість самоочищення різко зміняється у залежності від ландшафтно-кліматичних умов. Для багатьох стійких забруднювачів здатність до самоочищення відсутня. У цьому випадку поняття «самоочищення» М.Ф.Реймерс відносить до поведінки забруднювача, але не до стану середовища. Здатність до самоочищення - властивість переробляти забруднювачі до такого стану, що засвоюється живими організмами, а також речовин, що залучаються у біотичний кругообіг. Ця властивість заснована на поглинанні та розкладанні забруднювачів, головним чином, мікроорганізмами і залежить від їх кількості і фізіологічної активності. У багатьох регіонах інтенсивність забруднення грунтів та рік перевищує їх самоочищувальну здатність. Цей термін визначає здатність середовища виводити забруднюючі речовини із свого об'єму тільки за рахунок активності біохімічних реакцій.

Поняття терміну «самоочищення компоненту» у більш загальному трактуванні може бути визначено як здатність компонента переробляти (розчиняти, адсорбувати, розкладати тощо), а також виводити за свої межі техногенні забруднюючі речовини.

Таким чином, природна захищеність компонента навколишнього середовища визначається двома основними чинниками захисту:

процесами, що протікають усередині просторових меж компонента без участі зовнішніх фізичних впливів (визначаються термінами «самоочищення» та «здатність до самоочищення»). До цих процесів можна застосувати термін «механізми внутрішнього природного захисту»;

умовами просторового розташування конкретного компонента навколишнього середовища серед інших компонентів, що спільно створюють геотехнічну систему. У цьому випадку будь-який суміжний компонент, що знаходиться на шляху впливу техногенних забруднювачів, буде виконувати функції захисного екрану для компонента, що аналізується. Це - зовнішня природна захищеність компонента.

Механізми захисту компонентів навколишнього середовища від техногенного впливу

Планета Земля являє собою відкриту гетерогенну систему, що складається із різних за складом та внутрішній структурі компонентів (фаз), відмежованими один від одного досить розмитими поверхнями розділу. Усередині кожного компонента безперервно протікають фізико-хімічні процеси, що визначають властивості і параметри цього компонента. Процеси безперервної взаємодії між компонентами протягом космічної еволюції планети створили на Землі функціонуючу у цей час гетерогенну систему із квазірівноважним фізико-хімічним станом, на основі якого утворилися необхідні умови для розвитку біотичної складової екосистеми. Ця система функціонувала у стійкому режимі доти, доки антропогенна діяльність не досягла масштабів, які можна співставити з планетарними, і почала впливати істотним чином на природну рівновагу, порушуючи узгоджуваність фізико-хімічних процесів між компонентами та всередині них.

Кожний компонент у залежності від структурних особливостей володіє певними механізмами захисту від додаткового зовнішнього впливу, що проявляются у вигляді:

сили реакції механічного опору руйнуванню своєї структури;

сил фізичних полів, сумарна реакція яких перевищує можливості технологій або межі можливого існування біоти;

активізації або згасання механічних, фізичних та біохімічних процесів, що переробляють або виводять надмірну речовину (енергію) за межі компонента.

Структурні особливості компонентів навколишнього середовища та діючі в них природні механізми захисту від різних видів техногенного впливу наведені нижче.

Атмосфера

Відповідно до внутрішньої будови атмосфери, на різних висотах діють різні механізми природного захисту. Проникаючи у іоносферу, на висоту більше 60 км, хлорорганічні сполуки руйнують озоновий шар, але могутнє космічне випромінювання (при < 0,24 Мк) сприяє дісоціації кисню та утворенню озону. У тропопаузі та верхньої тропосфери, у інтервалі висот 6-18 км, захисними механізмами від пилогазових викидів виступають турбулентність повітряних потоків, процеси хімічного фотохімічного, каталітичного окислення, гомогенної та гетерогенної конденсації, процес осадження часток під впливом сили тяжіння, взаємореакції часток і газів, утворення аерозолів і випадання забруднюючих речовин з опадами. У нижній тропосфері, у шарі перемішування на висоті до 2-3 км, переважають процеси високої турбулентності повітряної маси, створюючи активний механізм захисту у вигляді перенесення та розсіювання забруднюючих речовин. В залежності від властивостей хімічних елементів та сполук і активності проявів механізмів природного захисту, термін перебування (життя) токсичних речовин в атмосфері складає від декількох годин до декількох років.

Крім згаданих механізмів захисту, атмосферне повітря активно взаємодіє із суміжними компонентами - грунтовим покривом, гірськими породами, водною поверхнею, рослинним і тваринним світами - в активних зонах яких протікають різні реакції, що впливають

на формування газового складу компонентів, прагнучи до відновлення оптимального складу і властивостей атмосферного повітря у глобальному масштабі. Атмосфера, внаслідок особливостей своєї структури, не сприймає техногенний вплив механічного типу і, отже, не має відповідного механізму природного захисту. Відсутні

також ефективні захисні механізми від

електромагнітних та звукових полів, радіоактивного випромінювання і біологічного забруднення.

Грунтовий покрив

Грунти сприймають усі типи техногенного впливу - механічне, хімічне, радіоактивне та вплив деяких фізичних полів. Рослинний покрив для грунтів є захисним екраном від механічного впливу природних процесів (вітри, зливи тощо). Послабивши, а місцями повністю знищивши рослинність з її могутньою кореневою системою, антропогенна діяльність на величезних територіях знищила цей механізм природної захищеності. Єдиним засобом природної захищеності проти механічного руйнування грунтів залишилися особливості структурної будови, що визначають їх фізико-механічні властивості. Грунти, як і гірські породи взагалі, не сприймають (не виробляють зворотних реакцій) фізичного впливу з боку електромагнітних і звукових полів, а природним механізмом захисту від впливу температурного поля і поля зволоження є

структурні особливості їх будови. Грунти володіють широким набором механізмів природної захищеності від хімічного забруднення розчинними речовинами:

процесом винесення розчинних речовин з водними фільтраційними потоками у суміжні компоненти навколишнього середовища;

процесами сорбції-десорбції;

активністю біохімічних процесів, що переводять токсичні сполуки на прості елементи;

споживання хімічних речовин із грунту рослинами.

У той же час, грунтовий покрив є природним захисним екраном від безперешкодного проникнення забруднюючих речовин у суміжні компоненти, сприяючи, при певних умовах, накопиченню у поверхневому шарі техногенних важко розчинних речовин та радіонуклідів.

Гірські породи

Усі види гірських порід не мають досить ефективних механізмів природного захисту від техногенної діяльності. Скельні породи практично не змінюють своїх фізико-механічних властивостей і внутрішньої структурної будови під впливом дії техногенних фізичних полів, хімічного та радіаційного забруднення. Осадочні розсипчасті відкладення менш захищені від впливу цих полів і під їх впливом можуть змінювати свою структуру та фізико-механічні властивості.

Основним видом техногенного впливу на масиви гірських порід є механічне порушення їх суцільності, зміна обводнюваності, пористості, питомої та об'ємної ваги тощо.

Непрямими захисними параметрами літосферы від проникнення техногенеза углиб масивів гірських порід є показники природних фізичних полів Землі: 1) фізико - механічні і хімічні властивості, гірський тиск (Р); 2) температура (Т); 3) газовий склад літосфери (Г).

Теоретично, гранична глибина проникнення у літосферу технологій видобутку корисних копалин за допомогою механізмів, безпосередньо керованих людиною, визначаються співвідношенням між техно-біологічними можливостями Rтб існуючих технологій та сумарною захисною реакцією літосфери R3 = f (P,Т,Г) за умов

Якщо техно-біологічні можливості, що визначаються із урахуванням економічної доцільності, перевищують і можуть придушувати захисні реакції літосфери (тобто Rтб > R3), то розробка корисних копалин на таких глибинах можлива і доцільна. При Rтб > R3 технології не можуть протистояти силам захисної реакції Землі. Межі глибин, на яких можлива стійка робота технічних систем, що функціонують без прямої участі людини, визначаються тільки мірою надійності роботи механізмів і системи загалом, а також стійкістю спеціальних гірських виробок.

Підземні води

У залежності від умов формування, транзиту та розвантаження водоносних горизонтів у вертикальному розрізі підземної гідросфери досить чітко виділяються чотири гідродинамічні зони, у межах яких діють різні комплекси механізмів природного захисту від впливу техногенеза із різною активністю захисних процесів. Значну роль при цьому має і ступінь взаємодії між цими зонами.

У верхній гідродинамічній зоні активного водообміну, що обмежена знизу водотривкими породами першого від поверхні водоносного горизонту, параметрами природної захищеності підземних вод від забруднюючого впливу техногенеза є:

потужність зони аерації та фільтраційні властивості порід зони;

ємність водоносного горизонту (потужність, швидкість фільтрації потоку, хімічний склад підземних вод тощо);

активність водообміну (час повного водообміну горизонту, близькість до зони розвантаження);

активність фізико-хімічних процесів, що протікають у системі «вода -

порода - газ - мікроорганізми».

У нижчележачих напірних водоносних горизонтах цієї зони зростає захисна роль перекриваючих комплексів порід, ємкості горизонту, активності водообміну та гідравлічного зв'язку між суміжними геологічними структурами. Особлива захисна роль від забруднення належить висхідним потокам, що переважають над горизонтальними та низхідними рухами. Нижня гідродинамічна зона характерна переважанням висхідних потоків ювенільних вод, відмінних високою мінералізацією і схожістю із рудними гідротермальними розчинами. За

умовами залягання водоносних горизонтів, вимогами до якості води та умов експлуатації зона можливого використання підземних вод допустимої якості може розташовуватися до глибини 1000-1500 м.

Загальною закономірністю, що властива гідросфері, є збільшення природної захищеності водоносного горизонту і погіршення якості підземних вод з глибиною.

Поверхневі води

Гідросфера є системою, у якій підтримується біохімічна рівновага. У нормально функціонуючій водній системі є істотні, але не безмежні резерви для асимілювання відходів (забруднюючих речовин). Однак, скидання рідких промислових і побутових відходів у різні водні системи перевищило граничні можливості природного самовідтворення біохімічної рівноваги, в результаті ці системи вже втратили здатність виконувати колишні соціально-економічні функції.

Водні системи усіх типів - безсточні, з уповільненим водообміном, проточні та інші - здатні сприймати усі види техногенних навантажень, крім механічних. Фізичний вплив відбивається у вигляді перевлаштування водних систем, що супроводжується істотними змінами гідродинамічного режиму і

біохімічної рівноваги на значних дільницях рік, великих озер, водосховищ. Скидання рідких промислових, господарсько-побутових та інших стоків обумовлює хімічне, радіоактивне і бактерійне забруднення водних систем.

Поверхневі водні системи не володіють зовнішньою природною захищеністю, але мають могутні механізми внутрішнього природного захисту від забруднюючого впливу техногенеза:

процеси гідроліза, термічного та фотохімічного розкладання;

процеси сорбції-десорбції у донних відкладеннях;

поглинання забруднюючих речовин гідробіотою;

співвідношення витрати ріки із кількістю забруднюючих речовин.

Ландшафтно-кліматичні показники, що визначають рівень природної захищеності

Ландшафтно-кліматичні умови регіону багато у чому визначають характер просторового розподілу забруднюючих речовин від джерела забруднення, інтенсивність процесів розкладання та міграції забруднюючих речовин у компонентах навколишнього середовища, а також тривалість періодів самоочищення компонентів від забруднення. Поєднання певних ландшафтно-кліматичних умов можуть створити обстановку, що може перешкоджати інтенсивному забрудненню навколишнього середовища, тобто створювати високу природну захищеність навколишнього середовища від негативного впливу техногенеза. Збіг несприятливих ландшафтно-кліматичних умов значно знижує або повністю виключає наявність природної захищеності того чи іншого компонента навколишнього середовища.

Основними показниками ландшафтно-кліматичних умов, що визначають природну захищеність компонентів навколишнього середовища від забруднення, є:

рельєф місцевості;

атмосферні опади (кількість річна, сезонна тощо), тип опадів (тверді, рідкі), характер випадання опадів (зливи тощо);

температура повітря (річна, сезонна тощо);

характер вітрів;

рослинний покрив;

грунтовий покрив та гірські породи;

густина річкової мережі, модуль поверхневого стоку.

Вплив ландшафтно-кліматичних умов на активність процесів накопичення, транзиту та зменьшення концентрації забруднюючих речовин у компонентах навколишнього середовища найбільш виразно проявляється при порівнянні цих процесів у ландшафтно-географічних зонах глобального масштабу - тундри, лісів, степів, пустель, гірських масивів, зон вічної мерзлоти та тропіків. У цьому випадку основними ландшафтно-кліматичними параметрами, що визначають природну захищеність навколишнього середовища у високих широтах, є температура, кількість і вид атмосферних опадів та турбулентність атмосфери. Рельєф, типи і властивості гірських порід, рослинність мають другорядне значення.

У середніх широтах кількість визначальних ландшафтно-кліматичних параметрів збільшується: крім згаданих вище, помітно проявляється вплив гірських порід, рослинності, рельєфу та густини річкової мережі.

Найбільш повна та відчутна участь усіх ландшафтно-кліматичних параметрів проявляється у вологих субтропіках і поясі вологих тропіків. У цих районах досить важко виявити головну роль того чи іншого параметра із загального їх комплексу.

Визначення питомої значущості будь-якого ландшафтно-кліматичного параметра у формуванні природної захищеності навколишнього середовища у межах однієї географо-кліматичної зони, наприклад на усій території України, досить важко у зв'язку із малою мінливістю одного і того ж кліматичного параметра у межах території, що досліджується. У цьому випадку провідну роль у формуванні природного захисту навколишнього середовища грає рельєф, характеристики рослинного світу та фізико-хімічні властивості порід. техногенний навколишній середовище кліматичний

Найменший вплив ландшафтно-кліматичні умови чинять на міжпластові водоносні горизонти з відносно коротким циклом повного водообміну (до 102 років) і практично не впливають на рівень природної захищеності великих артезіанських басейнів з циклом повного водообміну більше 103 - 104 років.

Різноманітність та нерівнозначність ландшафтно-кліматичних параметрів, що визначають рівень природної захищеності навколишнього середовища, кожний з яких характеризується різною сприйнятливістю до забруднюючих речовин, створюють значні труднощі при обгрунтуванні інтегрального показника природної захищеності ландшафту та його складових. Не існує у природі також природного еталона абсолютно несприйнятливого до техногенного впливу, властивості якого можна було б прийняти за початкову точку відліку рівнів захищеності. Тому автори вважають, що найбільш оптимальним показником (параметром), що визначає рівень природної захищеності навколишнього середовища, є параметр часу t, що показує тривалість природного опору компонентів навколишнього середовища різним видам, формам та інтенсивностям техногенного впливу від початку такого впливу до моменту втрати виконуючих компонентом навколишнього середовища властивих йому соціально-економічних функцій.

Визначення рівнів природної захищеності компонентів навколишнього середовища

Параметр t визначається емпіричним шляхом із наступною типізацією території за ландшафтно-кліматичними ознаками і базується на аналізі багаторічних рядів моніторингових спостережень. Однак, відсутність таких даних обумовлює необхідність використання бальної системи оцінки рівня природної захищеності ландшафту (відносна оцінка захищеності). Доцільно у цому випадку використовувати експертний метод визначення рівня природної захищеності окремо кожного компонента ландшафту - грунтового покриву, підземних та поверхневих вод - шляхом експертної оцінки значущості кожного із параметрів у діапазоні значень від одиниці до нуля за наступною градацією:

висока захищеність - 1,0 - 0,7;

середня захищеність - 0,69 - 0,4;

низька захищеність - 0,39 - 0,05;

відсутність захищеності - менше за 0,05 .

Кожний компонент ландшафту оцінюється за величинами п'яти основних, тільки йому властивих, оціночних показників, що наведені у табл. 1 - 5.

Рівень природної захищеності компонента ландшафту оцінюється за сумою значень його показників захищеності у слідуючих діапазонах:

висока захищеність - 5,0 - 4,5;

середня захищеність - 4,5 - 2,5;

низька захищеність - 2,5 - 1,0;

відсутність захищеності - 1,0.

Множинність і нерівнозначність оцінних показників, що визначають рівень природної захищеності компонентів навколишнього середовища, кожен з яких характеризується різною сприйнятливістю до різних класів забруднюючих речовин, створюють

Таблица 1 - Перелік оціночних показників рівня природної захищеності грунтового покриву від природних впливів (экспертний метод)

Таблица 2 - Перелік оціночних показників рівня природної захищеності грунтового покриву від хімічного забруднення (экспертний метод)

Таблица 3 - Перелік оціночних показників рівня зовнішньої природної захищеності водоносного горизонта від хімічного забруднення

Таблица 4 - Перелік оціночних показників рівня внутрішньої природної захищеності водоносного горизонта від хімічного забруднення

Таблица 5 - Перелік оціночних показників рівня зовнішньої природної захищеності річок від забруднення

значні труднощі при створенні інтегрального показника природної захищеності ландшафту загалом. Тому, використання інтегрального показника не завжди доцільне, оскільки його значення не розкриває особливостей формування захищеності ландшафту.

Проте, складання карт території за ознаками природної захищеності компонентів ландшафту створює додаткові можливості для прогнозування змін екологічної ситуації в умовах значного техногенного навантаження.

Бібліографічні посилання

1. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. - 640 с.

2. Мазур И.И., Молдованов О.Н., Шишов В.Н. Инженерная экология. В 2-х томах. - М.: Высшая школа, 1996. - 637 с.

3. Маринич А.М., Пащенко В.М., Шищенко П.Г. Природа Украинской ССР. Ландшафты и физико-географическое районирование. - Киев: Наукова думка., 1988.

4. Методические рекомендации по составлению среднемасштабной карты защищенности грунтовых и напорных вод. - М.: ВСЕГИНГЕО. 1975.

5. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почв химическими веществами. - М.: Минздрав СССР, 1987. - 24 с.

6. Охрана ландшафтов. Толковый словарь. - М.: Прогресс, 1982. - 271 с.

Размещено на Allbest.ru