Забруднення біосфери - це надходження в природне середовище речовин, біологічних агентів і різних видів енергії в кількостях і концентраціях, що перевищують природний для неї рівень. До забруднюючих факторів належать усі тіла і впливу на біосферу, які не включаються до природні трофічні ланцюги і не властиві живій природі.
Забруднення можна розділити на природні, які виникають без участі людини (результати вивержень вулканів, злив, ураганів, повеней, селевих потоків) іантропогенние, що виникли в результаті господарської діяльності людини.
А.Вещества, забруднюючі біосферу.
Біосфера займає нижню частину атмосфери, всю гідросферу (водну оболонку Землі) і верхню частину літосфери (твердої оболонки Землі).
Атмосфера - газова оболонка планети, в її склад (за обсягом) входять 79% азоту, 20% кисню, 1% припадає на всі інші компоненти, в число яких входять в основному інертні гази, пари води і вуглекислий газ. Будова земної атмосфери показано на рис.4. Найближчий до поверхні Землі шар атмосфери називаетсятропосферой (приблизно до висоти 9 км над ландшафтом або дзеркалом води). Цей шар цілком зайнятий біосферою: навіть на краю тропосфери були знайдені суперечки живих організмів.
Вище тропосфери на висотах з 50 км) знаходиться стратосфера. Її газовий склад приблизно той же, що і в тропосфері, але повітря тут сильно розріджене. У верхньому шарі стратосфери сконцентрована основна частьатмосферного озону (озоновий екран Землі), що поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання Сонця і що оберігає всі живі організми Землі від його згубного впливу. Вище розташовані мезосфера, термосферу і іоносфера, в яких живі організми і забруднюючі речовини відсутні (рис.4.)
Основними речовинами, що забруднюють атмосферу, є:
1) Чадний газ - високотоксична речовина, продукт неповного згоряння будь-якого палива; в містах основним його постачальником являетсяавтотранспорт. Чадний газ утворюється також при неправильній експлуатації камінів і печей; накопичення його в житлових приміщеннях нерідко призводить до загибелі людей.
2) Вуглекислий газ, що утворюється при диханні живих організмів і в результаті будь-якого згоряння. Він нетоксичний, на відміну від чадного газу, але його надмірне накопичення у високих шарах атмосфери обумовлює так званий «парниковий ефект». Піднімаючись в стратосферу, на висоті приблизно 25-30 км при низьких температурах вуглекислий газ переходить в тверду фазу і формує над поверхнею Землі своєрідну шкаралупу, що перешкоджає теплообміну земної поверхні з навколоземних космічним простором. Результатом, як вважають багато вчених, являетсяпотепленіе клімату планети. що в свою чергу може привести до танення льодів на полюсах і підняття рівня Світового океану. Втім, з приводу «парникового ефекту» є й інша точка зору: потепління клімату (а це встановлено як незаперечний факт) може бути пов'язано не з антропогенними факторами, а з закінченням чергового «льодовикового періоду», тобто з підвищенням сонячної активності.
3) Оксиди сірки і азоту. містяться в промислових викидах і є причиною «кислотних дощів», оскільки вступають в хімічні реакції з водою, утворюючи кислоти. Підкислені води згубні для популяцій риб: навіть незначні відхилення від нейтральної кислотності викликають уповільнення зростання або загибель молоді. Найчастіше джерело забруднення знаходиться в одному місці, а жертви в іншому, оскільки опади випадають не там, де утворюються. Наприклад, протягом багатьох десятиліть викиди кислотообразующих оксидів здійснювалися в Великобританії, а кислотні дощі випадали в Скандинавії, що зумовило загибель всього живого в скандинавських озерах.
4) фторхлоруглеводородов (фреони), широко використовувані в холодильних установках і при виробництві аерозолів, як вважає ряд учених, руйнують атмосферне озон; їх надмірні викиди є причиною «озонових дір», що збільшують частку падаючого на Землю жорсткого УФ випромінювання. Це в свою чергу обумовлює, як доводять медики, зростання числа онкологічних захворювань в місцях «озонових дір».
Гідросфера - водна оболонка Землі, що складається на 95% з Світового океану і лише на 5% з прісноводних джерел. Будова гідросфери показано на рис. 5. До прісноводним джерел відносяться поверхневі води суші (річки, озера, струмки), льодовики і снежники, підземні води. Для господарських і побутових потреб людям потрібна іменнопресная вода. її витрачається багато, тому на Землі вже кілька десятиліть ощущаетсядефіціт прісної води. У деяких посушливих країнах (наприклад, на Близькому Сході), вартість води іноді перевищує вартість нафти.
Літосфера - тверда геосферно оболонка Землі, верхній шар якої називається ґрунтом. Протяжність літосфери вглиб коливається в різних регіонах Земної кулі від 10 до 70 км. (Рис.5а)
Гідросфера і літосфера забруднюються головним чином:
1) нафтою і нафтопродуктами, які постійно перевозять і досить часто розливають на поверхні води або суші, що призводить до серйозних екологічних катастроф;
2) сполуками важких металів. Найбільш токсичними з них є ртуть, кадмій і свинець);
3) хлорорганическими сполуками. в основному, пестицидами, застосовуваними для боротьби зі шкідниками в сільському господарстві, а такжедіоксінамі - високотоксичними хлор і бромсодержащих ароматичними сполуками;
4) радіоактивними відходами. утворюються при роботі атомних електростанцій, а також в результаті конверсії (ядерного роззброєння).
Б. Основні забруднюючі чинники.
Основні забруднюючі фактори поділяються на механічні, фізичні, хімічні, біологічні та біотичні.
А) Механічні забруднення (сміття) - це тіла, не розчинні у воді, хімічно щодо інертні і займають площі на поверхні Землі - території або акваторії. У природі сміття не утворюється (раніше вже було сказано, що в біосфері все утилізується). Сміття з'явився тільки як результат існування (побутові відходи) і господарської діяльності людини (промислові відходи).
Під сміттєвими звалищами зайняті колосальні території, які могли б бути орними землями. А оскільки орні площі, як вже було сказано раніше, на Землі обмежені, очевидно, що людству доведеться вже найближчим часом звільняти території, зайняті під звалищами, для більш раціонального їх застосування. Землі з-під сміттєвих звалищ не відразу можна використовувати для господарських потреб, наприклад, під посіви. спочатку потрібно їх рекультивація (відновлення).
Б) Фізичні забруднення проявляються у відхиленні від норми фізичних властивостей навколишнього середовища (ОС). В основному це разнообразниеізлученія. впливають на біосферу. До них относятсязвуковие хвилі (шуми і вібрації, що перевищують природний фон); різні відиелектромагнітного випромінювання. радіоактивне, рентгенівське, ультрафіолетове, видиме (світло), інфрачервоне (тепло), мікрохвильове, а також радіохвилі. Джерелами електромагнітного забруднення є і високовольтні лінії електропередачі (ЛЕП). Розглянемо докладніше кожен з видів фізичного забруднення.
Шуми негативно впливають не тільки на органи слуху, але і на нервову систему людини і тварин. Рівень шуму вимірюється вдецібелах; при досягненні величини в90 децибел можлива втрата слуху, тому в містах найбільш жваві автомагістралі стали захищати протишумовими екранами. Дослідження американських вчених останніх десятиліть показали, що постійне використання плеєрів погіршує слух і притуплює пам'ять.
Проблема радіоактивних забруднень виникла в зв'язку з похованням радіоактивних відходів (РАВ), що з'явилися в результаті гонки ядерних озброєнь, а також будівництва атомних електростанцій і атомного флоту. Аварії на цих об'єктах, з яких в ХХ столітті найбільшою була Чорнобильська катастрофа, також стали джерелами радіоактивних забруднень. Дослідженнями вчених встановлено, що радіоактивне випромінювання вкрай негативно впливає на живі організми, викликаючи онкологічні захворювання.
Рентгенівське випромінювання. хоча і несе більш низьку енергію в порівнянні з радіоактивним, все ж досить небезпечно для людини і тварин.
Статистика свідчить, що захворюваність на рак лікарів-рентгенол перевищує середній рівень захворюваності на цю хворобу серед інших груп населення.
Видиме світло є однією з форм забруднення біосфери. Було відмічено, що поблизу великих міст перевищення рівня природної освітленості негативно впливає на рослини і тварин, у яких «біологічний годинник» пристосовані до природній зміні дня і ночі; світлове забруднення може стати причиною їх міграції.
До фізичних забруднень біосфери відноситься також і теплове (інфрачервоне) випромінювання. Встановлено, що скидання у водоймище теплих стічних вод обумовлює його заростання: зменшується кількість розчиненого кисню, в результаті чого спостерігається мор риби і заболочування водойми. Раніше вже було сказано про загальне потепління клімату Землі, яке здійснюється не тільки за рахунок «парникового ефекту», а й завдяки колосальним промисловим тепловим викидів в атмосферу.
Радіохвилі. внісши такий значний внесок в НТР, так само, як і інші види електромагнітного випромінювання, є джерелом забруднення біосфери. Вся атмосфера Землі і навколоземний космічний простір буквально перенасичені радіохвилями, щільність яких протягом останніх десятиліть зросла в сотні разів. Вже вся біосфера пронизана випромінюванням в радіодіапазоні. Радіохвилі є самим низькоенергетичним видом електромагнітного випромінювання, їх вплив на організми тварин і людини ще мало вивчено
В) Хімічні забруднення - це все розчинні (або малорозчинні) в воді речовини, які входять в природні трофічні ланцюги. Такі речовини можна умовно розділити на неорганічні і органічні.
Неорганічні забруднення- це катіони важких металів (головним образомртуті, кадмію і свинцю) і аніони -нітрати (розчинні солі азотної кислоти) іарсенати (сполуки миш'яку), а також гази - чадний, вуглекислий, оксиди сірки і азоту, про які вже було сказано раніше .
Сполуки ртуті дуже токсичні. В якості найбільш часто згадуваного приклад можна навести «хвороба Мінамата» - це назва японського затоки, куди зливав свої неочищені стічні води, що містять катіони ртуті, комбінат з виробництва кіно-і фотоплівки. Катіони ртуті накопичилися в рибі, виловленої в затоці, результатом чого були масові важкі отруєння жителів містечка на березі затоки.
Свинець в ХIХ столітті входив до складу жерсті, з якої робили консервні банки. Численні отруєння такими консервами змусили швидко відмовитися від свинцю як складової частини жерсті для консервів. В даний час свинець міститься у викидах автомобілів, отруйних повітря великих міст.
Широке технічне застосування високотоксичного хімічного елемента кадмію (нанесення на поверхню неблагородних металів, використання у виробництві фарб, лаків, емалей, кераміки) обумовлює потрапляння кадмію в ОС і її забруднення.
До органічних забруднюючих речовин відносяться нафта і нафтопродукти, а також фторхлорорганічних з'єднання.
Нафта і нафтопродукти малорастворіми в воді і утворюють на ній плівку, що перешкоджає кисневого обміну між водою і атмосферою. В результаті нафтових розливів гинуть багато морські тварини, риби і птиці; на суші нафтові розливи призводять до деградації грунту і втрати орних земель.
Фторхлорорганічних сполуки є досить токсичними. Серед них найбільш опаснидіоксіни - містять хлор ароматичні сполуки. Вони утворюються при взаємодії хлору, використовуваного для дезінфекції питної води, з органічними речовинами, присутніми в стічних водах. У зв'язку з цим весь цивілізований світ поступово відмовляється від дезінфекції води за допомогою хлору і переходить до очищення води озоном.
Пестіціди- містять хлор органічні сполуки, спеціально внесені людиною в біосферу для боротьби зі шкідниками сільського господарства. Одне з перших таких речовин - ДДТ, його синтезували в 50-ті роки ХХ століття. Ця робота була відзначена Нобелівською премією. ДДТ спеціально розпилювали над полями з літаків, борючись з сараною, колорадським жуком та іншими комахами шкідниками сільського господарства. У 70-тих роках була доведена токсичність цієї речовини для людини і тварин, і його використання повсюдно заборонили. Людство вже забуло про ДДТ, коли в 90-ті роки ХХ століття його виявили в печінці антарктичних пінгвінів! Ця речовина нерастворимо в воді, з талими водами і дощами його змило в річки з оброблених полів, потім в моря, і ось уже цією токсичною сполукою виявився забруднений весь Світовий океан! Наступним поколінням океанологів і екологів потрібно буде добряче попрацювати, щоб очистити океани від ДДТ та інших пестицидів.
Г) Біологічні забруднення- це привнесення в екосистему і розмноження там чужих їй видів організмів; найчастіше це хвороботворні і паразитарні мікроорганізми і віруси, як існували в минулі століття (чума, холера, сказ і т.п.), так і з'явилися в останні роки (СНІД, атипова пневмонія, коров'ячий сказ, пташиний грип). Для боротьби з цими хворобами використовують розроблений ще Луї Пастером метод щеплень і сироваток. Однак зворотним боком повсюдного використання цього методу є втрата людиною природного імунітету: вже при народженні людина отримує цілий пакет щеплень, до дитячих і підліткових роки їх кількість десятикратно зростає, що призводить до різкого зниження
природної опірності організму.
Д) Біотичні забруднення - це харчові відходи, нечистоти, відмерлі організми, а також екскременти тварин-відходи ферм і птахофабрик. Ці відходи повинні застосовуватися в якості органічних добрив, але перед використанням слід провести їх знезараження, що є досить серйозною технологічною проблемою. Для цієї мети використовують радіоактивне випромінювання (гамма-промені). Іноді з талими водами біотичні забруднення, які не встигли утилізувати, потрапляють в водосховища. Перед подачею в водопровідну мережу санітарні служби проводять знезараження води, але усунення запаху - дуже важка і не завжди успішно вирішити завдання, і найчастіше городяни навесні отримують воду з характерним фекальним запахом.
За масштабом впливу на ОС розрізняють забруднення локальні місцеві, територіальні, регіональні, транскордонні та глобальні. Локальні можуть зачіпати окреме підприємство, наприклад, розлив нафти або мазуту на території підприємства. Місцеві забруднення зачіпають район міста або сільській місцевості. Територіальні - ті, які не виходять за межі суб'єкта Федерації (в основному це велике місто разом з прилеглою до нього ділянкою). Регіональні забруднення стосуються не більше 2-х суб'єктів Федерації. Транскордонні -ті, які виходять за національні кордони держав або регіонів (в країнах з великою територією). Глобальні забруднення - це загальпланетарні явища, що охоплюють всю Землю (наприклад, викиди парникових газів і фреонів, забруднення Світового океану хлорорганическими сполуками).
Таким чином, саме існування людини, а також його різноманітна господарська діяльність вносять у біосферу велику кількість не властивих для неї забруднень, негативно впливають на її функціонування.