Тема 2. Антропогенное воздействие на окружающую среду

Понятие загрязнения окружающей среды и загрязнителя. Причины глобального загрязнения. Действие загрязняющих веществ на организм человека.

Система предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ. Виды ПДК в воздухе, воде, почве, продуктах питания.

Классификация промышленных загрязнений биосферы: материальных и энергетических. Социально-психологические и информационные антропогенные загрязнения. Источники загрязняющих веществ. Масштабы загрязнения биосферы: локальные, региональные и глобальные. Основные причины разрушения биосферы. Комплексный характер влияния производственной деятельности на окружающую среду. Конкретные примеры и результаты различных воздействий.

Экологические проблемы урбанизации. Экологические проблемы мегаполисов. Проблема отходов.

Научно-технический прогресс оказал огромное влияние на взаимоотношения человека и человеческого общества в целом с окружающей его природной средой. С конца 19 века интенсивно строились города, унифицировались сельские районы, уничтожались леса, болота, остатки дикорастущей растительности, диких животных. Все это привело к уменьшению разнообразия экосистем, накоплению отходов, которые не разрушались в естественной среде. В круговороты включались искусственные вещества, что существенно нарушало сложившиеся миллионами лет круговороты веществ в природе.

К середине ХХ века непрерывно нарастает потребление энергии за счет энергоресурсов Земли (уголь, нефть, газ), появляются в значительных количествах транспортные системы, непрерывно растет промышленный потенциал ведущих стран мира и использование природных ресурсов. Идет массовое накопление отходов, нарушены многие круговороты веществ, редкие токсичные металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.) в значительных количествах рассеиваются в компонентах биосферы, активно загрязняя ее. Наступил кризис биосферы. Во многих регионах биосфера заменена техносферой.

Итак, вторая половина ХХ века создала огромные возможности для покорения сил природы, а вместе с тем для ее загрязнения и разрушения. Промышленный прогресс сопровождается поступлением в биосферу огромного количества загрязнений, которые могут нарушить природное равновесие и угрожать здоровью людей.

Загрязнитель – любой физический агент, химическое вещество или биологический вид (главным образом микроорганизмы), поступающий в окружающую среду или возникающий в ней в количестве, выходящем за рамки обычного и вызывающий загрязнение окружающей среды.

Все вещества, являющиеся загрязнителями окружающей среды, делятся на две большие группы: ксенобиотики и природные загрязнители.

Ксенобиотики (от греческого «ксенос» – чужой» и «биос» - жизнь) – чужеродные для организма соединения, искусственно созданные человеком и никогда ранее в природе не встречавшиеся. В живых организмах процессы образования (ассимиляции) и распада (диссимиляции) регулируются ферментами. Ксенобиотики – вещества, чуждые живой природе, поэтому в живых организмах нет ферментов для их разложения. Вследствие этого такие вещества накапливаются в организме, происходит его зашлаковывание, отравление.

Кроме деления загрязнителей на антропогенные (ксенобиотики) и естественные (природные), выделяют также стойкие (неразрушаемые) и разрушаемые под действием природных химико-биологических процессов. Стойкие загрязнители аккумулируются в трофических (пищевых цепях). Многие из них (пестициды, полихлордифенилы, пластмассы) крайне медленно разлагаются в естественных условиях, а токсичные соединения ртути и свинца вообще не обезвреживаются.

Если в 40-х гг. двадцатого века еще доминировали натуральные продукты (хлопок, лен, шерсть, мыло, натуральный каучук, свободная от добавок пища), то в настоящее время в промышленно развитых странах они заменены синтетическими, которые трудно разлагаются и загрязняют окружающую среду. Прежде всего, это синтетическое волокно, моющие средства (отбеливатели, детергенты), пища с добавками, минеральные удобрения, синтетический каучук, пестициды и гербициды.

Природные загрязнители – это вещества, всегда существовавшие в природе; благодаря хозяйственной деятельности человека, их концентрация в биосфере резко повысилась.

Загрязнение окружающей среды происходит невидимо и не ощущается органами чувств людей, состояние которых ухудшается постепенно, от поколения к поколению.

Развитие техногенных изменений биосферы сейчас значительно опережает адаптационные возможности человеческого организма. Наиболее существенные изменения происходят в атмосферном воздухе – основной среде жизни человека.

Загрязнители обладают различным действием на живые организмы. Воздействие может быть: общетоксическое, мутагенное, канцерогенное, эмбриогенное, гонадотоксическое, тератогенное, аллергенное, раздражающее.

Общетоксическое действие наиболее выражено. При попадании в организм такие загрязнители почти сразу вызывают недомогание, заболевание или гибель организма. Действие токсинов проявляется в первом поколении. Общетоксические вещества вызывают отравление всего организма. Это СО, свинец, ртуть, мышьяк и его соединения, бензол и др.

Мутагенное действие вызывает искусственное изменение наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений в генетическом материале организма – хромосомах и генах. Это действие проявляется не сразу и имеет отдаленные (до десятков лет) последствия, сказываясь на здоровье и жизнедеятельности последующих поколений. К ним относятся радиоактивные вещества, марганец, свинец и др.

Воздействие канцерогенных веществ на организм человека приводит к возникновению и развитию злокачественных опухолей (раковых заболеваний). Канцерогенное воздействие сказывается на организме через 5-10 лет. Канцерогенными являются оксиды хрома, бенз(а)пирен, бериллий и его соединения, асбест и др.

Эмбриогенное воздействие оказывают вещества, которые при проникновении в организм беременных женщин вызывают гибель плода.

Гонадотоксическое действие заключается в поражении половых желез (семенников и яичников), в результате чего наступает стерильность и бесплодие организма.

Тератогенное действие (от teratos – чудовище, урод) проявляется в повреждении зародыша с возникновением аномалий и уродств как у растений и животных, так и у человека.

Среди веществ, влияющих на репродуктивную функцию человеческого организма, следует в первую очередь назвать ртуть, свинец, стирол, марганец, ряд радиоактивных веществ и др.

Аллергенное действие вызывает повышенную или извращенную чувствительность организма на то или иное вещество. Реакция на аллерген может протекать в виде чувствительности немедленного или замедленного типа. По-другому такие вещества называют сенсибилизирующими. Этими свойствами обладают формальдегид, различные нитросоединения, никотинамид, гексахлоран и др.

Раздражающие вещества вызывают раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек человеческого организма. К этим веществам относятся хлор, аммиак, пары ацетона, оксиды азота, озон и ряд других веществ.

Даже пыль (инертный материал), попадая в организм человека, оказывает фиброгенное воздействие, заключающееся в раздражении слизистых оболочек дыхательных путей. Оседая в легких, пыль задерживается в них. При длительном вдыхании пыли возникают профессиональные заболевания легких – пневмокониозы.

Все вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на следующие классы: 1 – чрезвычайно опасные, 2 – высокоопасные, 3 – умеренно опасные, 4 – малоопасные. Опасность устанавливается в зависимости от величины ПДК, средней смертельной дозы и зоны острого или хронического действия.

В связи с интенсивным загрязнением биосферы принимаются меры к созданию определенных ограничений на выброс вредных веществ промышленными предприятиями, в частности путем установления предельно-допустимых концентраций (ПДК). В нашей стране для характеристики загрязненности окружающей природной среды наиболее апробированной является система ПДК загрязняющих веществ.

Под ПДК понимают такую концентрацию химического соединения, которая при ежедневном воздействии на человека в течение длительного времени не вызывает в его организме каких-либо патологических изменений или заболеваний. Для применяемых в промышленности веществ регламентированы следующие виды предельно-допустимых концентраций (ПДК):

В воздушной среде:

ПДК_р.з. – ПДК в воздухе рабочей зоны – концентрация вредных веществ, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. (Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих.)

ПДК_м.р. – предельно допустимая максимальная разовая концентрация вещества в воздухе населенного пункта – максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе, которая при вдыхании в течение 20 минут не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК_с.с. – среднесуточная концентрация в населенном пункте. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неограниченно продолжительном вдыхании.

ПДК в воздухе измеряется в мг/м³.

В водной среде:

ПДК_в – ПДК вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, мг/л. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на органы человека в течение всей его жизни, а также на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

В почве:

ПДК_п – ПДК вещества в пахотном слое почвы, мг/кг. Эта концентрация не должна вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы.

В продуктах питания:

ПДК_пр (ДОК) – предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) вещества в продуктах питания, мг/кг, не вызывающая ухудшение здоровья человека.

Промышленные загрязнения биосферы, как видно из приведенной схемы их классификации, подразделяются на две основные группы: материальные, то есть вещества, включающие механические, химические и биологические загрязнения, и энергетические (физические) загрязнения.

К механическим загрязнениям относятся аэрозоли, твердые тела и частицы в воде и почве. Химические загрязнения – разнообразные жидкие, твердые и газообразные соединения, вступающие во взаимодействие с компонентами биосферы. Биологические загрязнения – проникновение в экосистемы и технологические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов (бактериологическое). Особенно загрязняют среду предприятия, производящие антибиотики, ферменты, биоконцентраты и т.д. В выбросах этих предприятий присутствуют живые клетки микроорганизмов. К биологическим загрязнениям можно отнести интродукцию, чрезмерную экспансию живых организмов (крысы, голуби, вороны и др.). К энергетическим загрязнениям относятся все виды энергии: тепловая, механическая (вибрация, шум, ультразвук), световая (видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение), электромагнитные поля, ионизирующие излучения (альфа-, бета-, гамма-, рентгеновское и нейтронное) – как отходы разнообразных производств. Некоторые виды отходов, например, радиоактивные, являются одновременно материальными и энергетическими.

Для снижения уровня энергетических загрязнений применяются в основном, экранирование источников шума, электромагнитных полей и ионизирующих излучений, поглощение шума, демпфирование и динамическое гашение вибраций.

Источники загрязнения биосферы подразделяются на сосредоточенные – точечные (например, заводская труба), линейные (автомагистраль) и рассеянные (свалки); а также непрерывного действия, периодического действия и аварийные.

Основными причинами разрушения биосферы являются следующие факторы:

1. Демографический взрыв.

2. Урбанизация населения.

3. Научно-технический прогресс, рост потребления энергии, промышленной продукции и использования средств транспорта.

4. Интенсификация сельскохозяйственного производства.

5. Ошибки планирования хозяйственной деятельности.

6. Аварии, катастрофы, военные действия и т.д.

Кроме того, на состояние биосферы определенное влияние оказывает низкий уровень системы контроля за состоянием природной среды и выбросами промышленных объектов; отсутствие совершенного законодательства в области охраны окружающей среды и правовых актов, регламентирующих природоохранную деятельность; низкий уровень экологического образования на всех этапах обучения и особенно в системе подготовки инженерных кадров, несущих прямую ответственность за неэкологичность эксплуатируемых технологий и машин.

Основная литература по теме: 1,2

Дополнительная литература по теме: 2, 3, 9, 10