Практическая 3

Мониторинг и оценка качества окружающей среды

В условиях непрерывного обмена веществом и энергией природная среда, физические и химические параметры постоянно меняются

Наблюдение за уровнем состояния природной среды представляет важную для цивилизованного общества задачу, оно необходимо для экологически обоснованного прогноза и управления природопользованием, обеспечения стандартов качества. Эту задачу выполняют службы мониторинга.

Мониторинг окружающей среды – это система слежения за состоянием окружающей человека природной среды и предупреждения о критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов. Объектами мониторинга являются все среды биосферы: воздух, вода, литосфера и биота (растительный и животный мир).

Мониторинг подразделяют на базовый (фоновый), глобальный, региональный и импактный. Мониторинг базовый – это слежение за общебиосферными, в основном природными явлениями без наложения на них региональных антропогенных воздействий. Объект глобального мониторинга – общемировые процессы и явления в биосфере Земли, включая все экологические компоненты и предупреждения о возникающих экстремальных ситуациях. В задачи регионального мониторинга входит контроль за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где имеется отличие параметров от базового фона ввиду антропогенных воздействий. Импактный мониторинг – наблюдение за региональными и локальными антропогенными воздействиями в особо опасных местах и зонах.

Мониторинг проводится с помощью специальных приборов на стационарных и передвижных пунктах (уровень импактного мониторинга), самолетах, вертолетах, воздушных шарах (региональный, базовый), космических аппаратах (глобальный, базовый).

Мониторинг окружающей среды ведут уполномоченные государством службы. Введенный в 1992 г. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» впервые законодательно установил право граждан на здоровую и благоприятную окружающую природную среду. Под качеством окружающей природной среды понимают такое состояние ее экологических систем, при котором постоянно и неизменно происходит обмен вещества и энергии между природой и человеком и воспроизводится жизнь. Оно обеспечивается самой природой путем саморегуляции, самоочищения от вредных для нее веществ.

Нормирование качества окружающей природной среды означает установление показателей (нормативов) предельно допустимых воздействий на нее. Нормой считается мера воздействия на ОПС, а предельно допустимая норма устанавливает предельно допустимые меры воздействия (под воздействием понимается любая антропогенная нагрузка). Таким образом, законодательно установлено, что нормативами качества ОПС являются предельно допустимые нормы воздействия на нее антропогенной деятельностью.

В основу нормативов качества положено три показателя:

медицинский (пороговый уровень угрозы здоровью человека, его генетической программе);

технологический (способность технически и экономически обеспечить выполнение установленных нормативов);

научно-технический (наличие и возможности средств контроля величин установленных норм).

Чем меньше пороговая величина нормативов, тем выше качество ОПС. Однако более высокое качество требует больших затрат, эффективных технологий и высокочувствительных средств контроля. Поэтому нормативы качества окружающей природной среды по мере подъема уровня общества имеют тенденцию к ужесточению. По назначению и направленности эти нормативы можно разделить на группы.

К первой группе относятся предельно допустимые концентрации (ПДК) – количество вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном или временном контакте за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и его потомство. В последнее время при определении ПДК учитывают не только воздействие на человека, но и на биоту в целом. ПДК не являются раз и навсегда установленными нормами; по мере развития общества их количество увеличивается, значения уточняются. Например, первые нормы ПДК в воде для хозяйственно-питьевых целей в нашей стране были утверждены в 1939 г. в количестве 28 показателей, а к 1991 г. их число достигло 1925; ПДК по атмосфере впервые были введены в 1951 г. для 10 вредных веществ, а к 1991 г. их стало 479. Нормы ПДК для вредных веществ в почве начали вводить с 1980 г., и на 1992 г. их уже было 130.

Вторая группа – экологические нормативы вредных воздействий. Зная ПДК вещества, можно дать санитарно-гигиеническую и экологическую оценку состояния ОПС, но невозможно установить источник вредного воздействия и регулировать его поведение. Эту функцию выполняют нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) и сбросов (ПДС) вредных веществ. Под выбросом понимают поступление загрязнений от соответствующего источника в атмосферу, а под сбросом – проникновение веществ из сточных вод в водоем.

Проекты нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ разрабатывают предприятия с учетом состояния окружающей среды в данной местности и согласовываются с органами Минприроды РФ.

Значение, строение, состав и свойства атмосферы

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощается атмосферой, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.

Атмосфера предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности земли в течение суток колебалась бы в интервале 200˚ С. Благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере.

В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу. Газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов.

В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она является средой, где распространяется звук. Из–за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружая Землю, вращается вместе с ней.

В тропосфере находится около 80 % всего атмосферного воздуха, где содержится почти весь водяной пар. Температура в тропосфере понижается с высотой со средним градиентом 0,6˚ С/100 м.

На границе тропосферы расположен относительно тонкий переходной слой – тропопауза. Затем следует стратосфера, верхняя граница которой проходит на высоте около 55 км. В этом слое температура воздуха повышается с градиентом 0,1 – 0,2˚ С/100 м, а у верхней границы достигает положительных значений. В стратосфере воздух также перемещается, его количество составляет около 19 % от всей массы атмосферы, содержание водяных паров очень мало. Стратосфера заканчивается стратопаузой.

Следующий слой атмосферы – мезосфера, заканчивающийся мезопауза. Выше находится термосфера, которую часто называют ионосферой, т.к. газы находятся здесь в ионном состоянии. Наиболее интенсивно процесс ионизации происходит в диапазоне высот от 60 – 80 до 220 – 400 км. Эти слои оказывают влияние на распространение радиоволн. Самая верхняя часть атмосферы – экзосфера.

Основной (по массе) компонент воздуха – азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,09%. В газообразном состоянии азот инертен, а в соединениях в виде нитратов он играет важную роль в биологическом обмене веществ.

Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы – кислород. Он содержится в атмосфере в количестве около 20,94 %. Кислород поглощается животными в процессе дыхания и выделяется растениями как обычный продукт фотосинтеза.

Важная составляющая часть атмосферы – диоксид углерода (СО2), который составляет 0,03 % ее объема. Он существенно влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида углерода в атмосфере не остается постоянным. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляется растениями, хорошо растворяется в воде. Количество растворенного углекислого газа в океане – 1,3·1014.

В небольших количествах в атмосфере содержится оксид углерода (СО). Инертных газов, таких как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон также немного. Из них больше всего аргона – 0,934 %. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.

В верхних слоях атмосферы расположен в небольшой концентрации озон. Поэтому эту часть атмосферы часто называют озоновым экраном. Озон играет большую роль в формировании температурного режима нижележащих слоев атмосферы и следовательно, воздушных течений. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково. Его больше в высоких широтах, меньше в средних и низких. Весной озона больше, чем осенью.

Озон является продуктом соединения молекулярного кислорода с атомарным, образующимся под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей. Общее содержание озона в атмосфере невелико – 2,1 %, но он отражает до 95 5 ультрафиолетовых лучей, что предохраняет живые организмы от их губительного действия. Задерживая до 20 % инфракрасных излучений, озон повышает утепляющие действия атмосферы. На формирование озонового экрана влияет наличие в стратосфере хлора, оксидов азота, водорода, фтора, брома, метана, обеспечивающих фотохимические реакции разрушения озона.

Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом, жидком и газообразном состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров происходит за 9 – 10 суток.

В атмосфере встречаются вещества и в ионном состоянии до нескольких десятков тысяч на 1 см воздуха.

Существующая в настоящее время атмосфера Земли является результатом многообразных географических и биологических процессов, которые продолжаются и в настоящее время.

Первичным источником энергии атмосферного тепла для Земли служит Солнце. Излучение Солнца эквивалентно излучению абсолютно черного тела с температурой около 6000˚ К с длиной волны 0,15 – 4 мкм. Поверхности Земли достигает малая доля энергии. Часть энергии отражается, а остальная поглощается, превращаясь в тепловую. Эта энергия вызывает конвективное движение в атмосфере. Так как 71 % поверхности Земли занято водой, поглощение солнечной энергии сопровождается испарением. Теплота, затраченная на испарение, освобождается в атмосфере, способствуя ее перемещению.

Неравномерность нагревания воздуха определяет горизонтальные перемещения в атмосфере из области высокого давления в область низкого, т.е. из холодных зон в теплые. Вращение Земли изменяет характер их движения. Кроме давления действует сила Кориолиса, возникающая от вращения Земли, которая зависит от скорости ветра, широты местности и угловой скорости.

Атмосфера неоднородна не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Воздух, перемешиваясь над различными участками поверхности (материки, океаны, горы, леса, степи, пустыни), изменяет свои физические свойства, т.е. происходит трансформация воздуха. Поскольку воздух никогда не находится в полном покое, он трансформируется непрерывно. Особенно интенсивно физические свойства воздуха изменяются при его перемешивании из одних широт в другие – с суши к океану и наоборот.

Неодинаковые направления воздуха над различными участками поверхности Земли формируют теплые и холодные, устойчивые и неустойчивые массы воздуха. При горизонтальном перемешивании теплые и холодные воздушные потоки могут сближаться или удаляться друг от друга. При сближении объемов воздуха с различными физическими свойствами горизонтальные градиенты температуры, влажности, давления увеличиваются, скорость ветра возрастает. При удалении их друг от друга градиенты и скорость ветра уменьшаются.

Зоны, в которых происходит сближение масс воздуха, называют фронтами . Они непрерывно возникают и разрушаются. Ширина фронтальных зон относительно невелика, но в них концентрируются большие запасы энергии, образуются крупнейшие вихри – циклоны и антициклоны. Они в свою очередь оказывают большое влияние на рассеивание или большую концентрацию загрязнителей в атмосфере.

Загрязнение атмосферы и его последствия

Количество ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ приведено в таблице 1.

Одним из основных загрязнителей атмосферы является углекислый газ. В XX веке наблюдается рост концентрации СО2 в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25 %, а за последние 10 лет – на 13 %. Выброс его связан с потреблением и производством энергии. Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная в повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта. Сущность этого явления заключается в том, что ультрафиолетовое солнечное излучение достаточно свободно проходит через атмосферу с повышенным содержанием СО2 и метана. Отражающиеся от поверхности инфракрасные лучи задерживаются атмосферой с повышенным содержанием СО2, что приводит к повышению температуры, а, следовательно, и к изменению климата. В северном полушарии в настоящее время на 0,4˚ С выше, чем в 1950 – 1980 гг. В будущем предполагается дальнейший рост температуры на 2 - 4˚С к 2050 г., поэтому за счет таяния ледников и полярных льдов в ближайшие 25 лет ожидается повышение уровня Мирового океана на 10 см.

Таблица 1 – Количество ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ

Вещество	Выбросы, млн.т	Доля антропогенных примесей от общих поступлений, %
Естественные	Антропогенные
Твердые частицы
СО			5,7
NOx			6,5
SO2			13,3
CO2		~22000	4,5

Наиболее часто загрязняющие вещества проникают в организм через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воздуха для одного человека составляет 6 – 12 м3. При нормальном дыхании с каждым вздохом в организм человека поступает от 0,5 до 2 л воздуха.

Вдыхаемый воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, где происходит газообмен между кровью и лимфой. В зависимости от размеров и свойств загрязняющих веществ их поглощение происходит по–разному.

Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных путях и , если они нетоксичны, могут вызвать заболевание, которое называется полевой бронхит. Тонкие частицы пыли (0,5 – 5 мкм) достигают альвеол и могут привести к профессиональному заболеванию, которое носит общее название пневмокониоз.

Человек может долго жить без пищи (30 – 35 суток), без воды – 5 суток, без воздуха только 5 минут. Атмосферные загрязнения могут оказывать на здоровье малое влияние, а могут привести к полной интоксикации организма.

Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества. Хлор нанести урон органам зрения и дыхания. Фториды, попадая в организм человека через пищеварительный тракт вымывают кальций из организма и снижают его содержание в крови. При вдыхании фториды отрицательно воздействуют на дыхательные пути. Гидросульфид поражает роговицу глаз и органы дыхания, вызывает головные боли. При высоких концентрациях возможен летальный исход. Дисульфид углерода является ядом нервного действия, что может вызвать психическое расстройство. Острая форма отравления приводит к наркотической потере сознания. Опасны для вдыхания пары или соединения тяжелых металлов. Вредны для здоровья соединения бериллия. Диоксид серы поражает дыхательные пути. Оксид углерода препятствует переносу кислорода, отчего наступает кислородное голодание организма. Продолжительное вдыхание оксида углерода может оказаться смертельным для человека.

Наиболее опасны в малых концентрациях в атмосфере альдегиды и кетоны. Альдегиды оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками, разрушающими нервную систему. Нервную систему поражают также фенольные соединения и органические сульфиды. Наиболее сильно влияние загрязнений на здоровье человека проявляется в период смогов.

Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова. Наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.

Загрязняющие атмосферу вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения как за счет непосредственного отравления зеленой массы, так и интоксикации почвы.

Загрязнение атмосферы промышленными выбросами существенно усиливает эффект коррозии (химическую и электрохимическую).

Одной из наиболее серьезных проблем является возможное изменение климата от воздействия антропогенных факторов.

К антропогенным процессам относятся разрушения озонового экрана. По оценкам ученых, в настоящее время содержание озона уменьшается ежегодно примерно на 0,1 %. Если выброс фреонов будет продолжаться на уровне 1975 г. то уменьшение содержания озона через 100 лет может составить 11 – 16 %. В ближайшие годы антропогенное воздействие на атмосферу мало повлияет на содержание озона, но приведет к заметному перераспределению его по высоте. Это существенно может изменить климат и вызвать другие негативные последствия.

В результате антропогенной деятельности в ионосфере появляются зоны с пониженной электронной концентрацией (ионные дыры). Это происходит при запуске мощных ракет и под влиянием мощных передающих устройств.

Антропогенное воздействие на атмосферу приводит к ионизации воздуха, определяющей электрические свойства атмосферы. Изменение электрических свойств более, чем на 10 % приведет к нежелательным эффектам и усугублению проблем электротравматизма. Развитие техники сопровождается ростом числа и мощности источников ионизирующего излучения, к которым относятся АЭС, предприятия, добывающие и перерабатывающие ядерное топливо, хранилища отходов, научно – исследовательские институты, испытательные полигоны. Наибольшую опасность представляют аварийные режимы работы указанных объектов и ядерные испытания. За время существования атомной энергетики на 370 ядерных реакторах произошло более 150 аварий.

В РФ, как правило, ПДК соответствуют самым низким значениям, которые рекомендованы ВОЗ. Устанавливают два значения норматива: максимальная разовая и среднесуточная величина ПДК (мг/м3). Значения ПДВ (г/с) рассчитываются по формулам отдельно для нагретого выброса, для холодного выброса, для нескольких источников выбросов. Разработаны компьютерные программы для проведения таких расчетов. При расчете учитываются фоновые концентрации вредных веществ Сф и концентрации от источников загрязнений С, сумма которых должна быть меньше или равна ПДК, т.е.С + Сф ≤ ПДК

При совместном присутствии в воздухе нескольких веществ со своими значениями ПДКi с концентрацией Сi (i = 1, 2, 3,…n) их суммарная концентрация должна удовлетворять следующему условию:

Загрязнение воды и его последствия

Вода как важнейший фактор среды обитания

Из общей поверхности планеты вода занимает 70,8 %. Более 98 % всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, которые малопригодны для хозяйственной деятельности. Доля пресных вод доступных для хозяйственного использования составляет 0,3 % объема всей гидросферы. При этом большая их часть находится в малоосвоенных районах, что создает дефицит пресных вод в развитых регионах.

Подземные воды составляют 14 % запасов пресных вод. В связи с усиливающимся загрязнением поверхностных вод, их роль как источника водоснабжения будет возрастать.

Мировой океан является практически неисчерпаемым водным резервуаром. В перспективе он может стать одним из основных источников пресной воды, но для этого необходимы производительные и надежные опреснительные установки.

Качество воды в природе определяется совокупностью физико-географических факторов (климат, рельеф местности, почвенный покров, характер прибрежной растительности, площадь стока, особенность его строения, лесистость), а также зависит от биологических процессов, протекающих в водоеме, и деятельности человека (регулирование речного стока, сброс сточных вод, судоходство).

Состав сточных вод оценивается физическими, химическими и санитарно – гигиеническими показателями.

Физические показатели – температура, содержание взвешенных веществ, цветность, запах, привкус.

Температура подземных вод относительно стабильна в течение года: 8 - 12˚ С, а поверхностных вод колеблется по сезонам года в интервале 0,1 - 30˚ С. Прозрачность и мутность характеризуют наличие в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей). Цветность воды обусловлена присутствием в ней органических веществ (гумусовых, дубильных, белковых, органических кислот, являющихся продуктами метаболизма или распада зоо- и фитопланктона).

Привкусы и запахи могут быть естественного или искусственного происхождения.

Химический состав вод характеризуется: ионным составом, жесткостью, щелочностью, величиной рН, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, сероводорода, активного хлора, свободной углекислотой.

Интенсивное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привело к значительному загрязнению гидросферы. По данным ВОС около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно – гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение поверхности водоемов пленками масла, жиров, смазочных материалов препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом и оказывает отрицательное влияние на состояние фитопланктона и является причиной массовой гибели рыбы и птиц. По экспертным оценкам, до 80 % всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники.

Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км3 сточных вод, которые в состоянии сделать непригодной к употреблению около 7 тыс. км3 чистой воды, что в 1,.5 раза больше всего речного стока стран СНГ.

По данным совета Национальной академии наук США, токсикологи обладают относительно полной информацией о влиянии на здоровье человека лишь 10 % используемых сейчас пестицидов и 18 % используемых лекарств. По меньшей мере 1/3 пестицидов и лекарств не проходила никаких испытаний на токсичность. 80 % используемых химикатов не проходила никаких испытаний. Эта ситуация в сочетании с участившимися утечками, выбросами и авариями техногенного характера потенциально чревата серьезным загрязнением гидросферы планеты и возможностью пагубного воздействия на здоровье населения.

Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды). Хотя их доля в общей массе гидросферы невелика (менее 0,4 %), высокая активность водообмена многократно увеличивает их запасы. Под активным водообменом понимается скорость возобновления отдельных водных ресурсов гидросферы, которая выражается числом лет или суток, необходимых для полного возобновления водных ресурсов.

Особенно интенсивно используются речные воды. Несмотря на то, что в руслах рек содержится всего 1200 км3 воды, высокая активность водообмена речных вод (1 раз в 11 – 14 дней) умножает их ресурсы.

В настоящее время самый крупный потребитель воды рек и водохранилищ – ирригация. Использование воды на сельскохозяйственные нужды имеет наибольший удельный вес, достигая 60 – 70 % всех ресурсов. На втором месте стоят промышленность и энергетика, на третьем – коммунальное хозяйство городов. Потребление воды населением составляет 10 % общего водопотребления.

В Основах действующего в РФ водного законодательства подчеркивается, что реки используются прежде всего для удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения.

Количество воды, необходимое для одного жителя в сутки зависит от климата местности, культурного уровня населения, степени благоустройства города и жилого фонда. На его основе разработаны «Нормы потребления». В них входит расход воды в квартирах, предприятиями культурно – бытового, коммунального обслуживания и общественного питания.

Вода, идущая на поливку зеленых насаждений и мойку улиц учитывается отдельно.

Следовательно, суммарная мощность городского водопровода должна обеспечить непосредственные нужды населения, расход воды в общественных зданиях (детские учреждения, предприятия общественного питания и др.), поливку зеленых насаждений и хозяйственно – питьевые нужды предприятий.

Использование воды коммунального водопровода, подготовленной для питьевых целей, на технологические нужды промышленных предприятий, кроме предприятий пищевой промышленности, следует признать нерациональным. Однако в среднем по стране до 40 % воды городских водопроводов расходуется промышленными предприятиями.

Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для различных целей тесно связано и с обеспечением ее необходимого качества. Одни требования выдвигаются промышленностью и разными ее отраслями, другие – сельским хозяйством, животноводством, рыбным хозяйством и, самые высокие – при использовании воды человеком.

Отдельные производства, такие как пищевое, нуждаются в воде очень высокого качества. При орошении полей важно, чтобы в воде не было ядовитых химических веществ в концентрациях, которые могут нанести ущерб растениям.

Примеси, от которых зависит безопасность ресурсов питьевой воды, подразделяются на три обширные категории: неорганические химические вещества (ртуть, кадмий, нитраты, свинец и их соединения, а также соединения хрома, меди); органические химические соединения (нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы); болезнетворные микроорганизмы, паразиты.

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами различных предприятий, а также поверхностным стоком с прилегающих территорий. Значительное количество биогенных и органических веществ попадает в воду с сельскохозяйственных угодий, пастбищ и животноводческих ферм.

Во многих объектах РФ концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами. Очень велика возможность переноса с водой носителей острых кишечных инфекций, что грозит нарушению здоровья и вызывает возможность передачи через воду холеры, брюшного тифа, гепатита, сальмонеллезов и т.д.

Патогенные микробы попадают в водоисточники с выделениями людей и животных. Наиболее подвержены бактериальному загрязнению поверхностные водоемы, особенно в густонаселенных и урбанизированных районах. Очень опасны в этом отношении необеззараженные стоки инфекционных и ветеринарных больниц, городские бытовые стоки и отходы предприятий по переработке животного сырья. Патогенные микробы проникают в открытые водоемы также при сбросе нечистот с речных судов, при загрязнении берегов и смывании загрязнений с поверхности почвы атмосферными осадками, при водопое скота, стирке белья и купании.

Вода может стать также источником заражения человека животными паразитами – гельминтами или глистами. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн случаев в год. Поэтому качество воды является одной из важнейших проблем.

Серьезная опасность для здоровья населения связана также с химическим составом воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

Большое влияние на состав природных вод оказывает их техногенное загрязнение. Поэтому роль воды в развитии заболеваний неинфекционной природы определяется содержанием в ней химических примесей, наличие и количество которых обусловлено техногенными и антропогенными факторами.

Установлено неблагоприятное влияние на организм жесткости воды, вызванное суммарным содержанием в ней солей кальция и магния. В последние годы высказано предположение, что воды с низким содержанием солей жесткости способствует развитию сердечно – сосудистых заболеваний.

В настоящее время широко известно возникновение патологических изменений в организме, связанных с повышенным количеством в воде нитратов. Последние (при их восстановлении в нитриты) способствуют образованию в крови метагемоглобина, препятствующего нормальному окислительному процессу в организме. Особенно страдают от метаглобинемии грудные дети, питающиеся молочной смесью, приготовленной на воде с повышенным содержанием нитратов. В последнее время внимание ученых привлекают нитрорзамины – вещества, образующиеся при взаимодействии нитратов с алифатическими и ароматическими аминами. Эти соединения широко используются в промышленности, доказана возможность их синтеза в природных водоемах, а также в организме человека. Нитрозамины являются активными канцерогенами.

Для нормальной жизнедеятельности в организме необходимо присутствие микроэлементов, которые в определенных концентрациях являются токсичными, например, фтор, свинец, мышьяк, стронцийОрганические отходы (пестициды, нитраты, фосфаты, полихлорбифенилы) окисляются бактериями и другими микроорганизмами. Для их окисления микроорганизмам необходим кислород, который не всегда в достаточных количествах содержится в загрязненных водоемах, что подавляет жизнедеятельность этих бактерий и приводит к образованию фотосинтезирующих водорослей.

Очень токсичными загрязнителями являются тяжелые металлы. Известны случаи массового отравления солями кадмия, хрома, ртути и т.д.

Загрязнению подвергаются также и подземные воды. К середине 1990-х годов уже выявлены более 1000 очагов загрязнений подземных вод, 75 % из которых приходится на наиболее заселенную часть России. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы, сульфаты, хлориды, соединения азота. Для 30 % выявленных участков загрязнения подземных вод интенсивность загрязнения изменяется в пределах 10 – 100 ПДК, для 12 % - превышает 100 ПДК по тому или иному веществу.

Воздействие меньших уровней загрязнения, не приводя к развитию заболевания, ослабляет защитные силы организма.

Таблица 2 – Характеристика состояния водных объектов в РФ

Загрязнители	Доля проб воды, загрязненных выше ПДК, %	Масса сброшенных загрязняющих продуктов, тыс.т
Нефтепродукты	40-45	30,3
Органические вещества	30-35	-
Взвешенные вещества	-
Фенолы	45-60	0,3
Анион-активные детергенты	6-8
Аммонийный азот	25-40	190,7
Соединения меди	70-75	0,8
Соединения цинка	30-35	2,1
Соединения железа	-	49,2

Отрасли промышленности РФ и их доля в сбросе загрязненных сточных вод (%):

Газовая – 0,1;

Нефтедобыча – 0,4; Нефтепереработка – 3,7;

Промстройматериалы – 1,5;

Пищевая – 2;

Легкая – 2;

Оборонная – 2,1;

Цветная металлургия – 6,2; Черная металлургия – 8,8;

Угольная – 8,6;

Машиностроение – 9,1;

Электроэнергетика – 12,7;

Химическая – 16,9;

Деревообработка – 21.

Таким образом, основными источниками загрязнения гидросферы являются: промышленные сточные воды; хозяйственно – бытовые сточные воды; дренажные воды с орошаемых земель; организованный и неорганизованный сток с территории населенных пунктов и промышленных площадок; сельскохозяйственные поля и крупные животноводческие комплексы; водный транспорт.

Значение, состав и свойства почвы

Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км2 или 86,5 % площади суши. Общая пахотнопригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км2.

Представления о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились в конце XIX в, благодаря В.В.Докучаеву,- основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.

Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой и газообразных фаз. Для всех почв характерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.

Твердая часть почвы состоит из минеральных и органических веществ. По дисперсности минеральные вещества делятся на две группы: с диаметров более 0,001 мм (обломки пород и минералов, минеральные новообразования) и менее 0,001 мм (частицы выветривания глинистых минералов, органических соединений). Полидисперсность частиц твердой части почвы обусловливает ее рыхлость. Часть объема почвы, заполненного воздухом или водой, называют пористостью почвы, которая составляет 40 – 60 %, иногда до 90 % (торф), бывает до 27,5 (суглинки).

В состав минеральной части почвы входят Si, Al, Fe, K, Na, Mg, Ca, P, S и другие химические элементы, которые, в основном, находятся в окисленном состоянии, а также в виде солей: угольной, серной, фосфорной, хлористо-водородной.

В состав органической части входят и органические вещества (преимущественно в гумусе), где содержится углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера и другие элементы. Многие элементы растворены в почвенной влаге, заполняющей часть пор, а в остальной части пор находится воздух.

Образование почв происходит на Земле с момента возникновения жизни и зависит от многих факторов.

Субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почвы (пористость, водоудерживающая способность, рыхлость и т.д.). Они определяют водный и тепловой режим, интенсивность, перемешивания веществ, минералогический и химический составы, первоначальное содержание элементов питания, тип почвы.

Растительность – зеленые растения (основные создатели первичных органических веществ). Поглощая из атмосферы углекислоту, из почвы воду и минеральные вещества, используя энергию света, они создают органические соединения, пригодные для питания животных.

С помощью животных, бактерий, физических и химических воздействий органическое вещество разлагается, превращаясь в почвенный гумус. Зольные вещества наполняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал создает благоприятные условия для действия почвенной фауны и микроорганизмов (устойчивый газообмен, тепловой режим, влажность).

Животные организмы, выполняющие функцию преобразования органического вещества в почву. Сапрофаги (земляные черви и др.), питающиеся мертвыми органическими веществами, влияют на содержание гумуса, мощность этого горизонта и структуру почвы. Из наземного животного мира на почвообразование наиболее интенсивно влияют все виды грызунов и травоядные животные.

Микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы) разлагающие сложные органические и минеральные вещества на более простые, которые в дальнейшем могут использоваться самими микроорганизмами и высшими растениями.

Одни группы микроорганизмов участвуют в превращениях углеводов и жиров, другие – азотистых соединений. Бактерии, поглощающие молекулярный азот воздуха, называют азотфиксирующими. Благодаря их деятельности, атмосферный азот могут использовать (в виде нитратов) другие живые организмы. Почвенные микроорганизмы принимают участие в разрушении токсических продуктов обмена высших растений, животных и самых микроорганизмов в синтезе витаминов, необходимых для растений и почвенных животных.

Климат, влияющий на тепловой и водный режимы почвы, а значит на биологический и физико-химические почвенные процессы.

Рельеф, перераспределяющий на земной поверхности тепло и влагу.

Продолжительность процесса почвообразования для различных материков и широт составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их плодородия. Под влиянием человека меняются параметры и факторы почвообразования – рельефы, микроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.

Основное свойство почвы – плодородие. Оно связано с качеством почв. В разрушении почв и снижении их плодородия выделяются следующие процессы:

Аридизация суши – комплекс процессов уменьшения влажности обширных территорий и вызванное этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодьях почвы превращаются в пустыни.

Эрозия почв, разрушение почв под действием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия – смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1 - 2˚. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, вспашка по склону.

Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частей. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота.

Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники.

Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими нарушениями. В настоящее время не менее 50 % площади орошаемых земель засолено, потеряны миллионы ранее плодородных земель. Особое место среди почв занимают пахотные угодья, т.е. земли, обеспечивающие питание человека. По заключению ученых и специалистов, для питания одного человека следует обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Рост численности жителей Земли напрямую связан с площадью пахотных земель, которая неуклонно сокращается. Так в РФ за последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,9 млн. га. Причинами этого являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, поселков и промышленных предприятий.

На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из – за уменьшения содержания гумуса, запасы которого за последние 20 лет сократились в РФ на 25 – 30 %, а ежегодные потери составляют 81,4 млн.т. Земля сегодня может прокормить 15 млрд человек. Бережное и грамотное обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.

Загрязнение почвы и его последствия

Техногенная интенсификация производства способствует загрязнению, вторичному засолению, эрозии почвы.

Основными загрязнителями почвы являются пестициды. К регионам со значительным загрязнением почвы относятся Московская и Курганская области, к регионам со средним загрязнением – Центрально – Черноземный район, Приморский край, Северный Кавказ.

Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, ТЭС на расстоянии в несколько десятков километров загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, соединениями свинца, серы и другими токсичными веществами. Среднее содержание свинца в почвах пятикилометровой зоны вокруг ряда обследованных городов РФ находится в пределах 0,4 – 80 ПДК.

Загрязнение почв нефтью в местах ее добычи, переработки, транспортировки и распределения превышает фоновое значение десятки раз. В радиусе 10 км от Владимира в западном и восточном направлениях – содержание нефти в почве превышало фоновое значение в 33 раза.

Таким образом, интенсивное развитие промышленного производства приводит к росту промышленных отходов, которые в совокупности с бытовыми отходами существенно влияют на химический состав почвы, вызывая ухудшение ее качества. Сильное загрязнение почвы тяжелыми металлами вместе с зонами сернистых загрязнений, образующихся при сжигании каменного угля приводит к изменению состава микроэлементов и возникновению техногенных пустынь.

Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и человека, приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные эндемические заболевания местного характера.

В почвах подзолистого типа с высоким содержанием железа при его взаимодействии с серой образуется сернистое железо, которое является сильным ядом. В результате в почве уничтожается микрофлора, что приводит к потере плодородия.

Почва становится мертвой при содержании в ней 2 – 3 г свинца на 1 кг грунта (вокруг некоторых предприятий содержание свинца в почве достигает 10 – 15 г/кг).

В почве всегда присутствуют канцерогенные (химические, физические, биологические) вещества, вызывающие опухолевые заболевания у живых организмов. Основными источниками регионального загрязнения почвы канцерогенными веществами являются выхлопы автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, продукты нефтепереработки.

Вывоз промышленных и бытовых отходов на свалки ведет к загрязнению и нерациональному использованию земельных угодий, создает реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, росту транспортных расходов и безвозвратной потере ценных материалов и веществ.