Главная

Глава vi. техногенное загрязнение среды

Техногенные эмиссии и воздействия

В предыдущей главе рассмотрены по существу две большие категории антропогенных воздействий: а) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов и б) изъятие природных ресурсов. Эта глава посвящена техногенному загрязнению экосферы и среды обитания человека. Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной и быстродействующей негативной причинной связью в системе экосферы: «экономика, производство, техника, среда». Оно обусловливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей. На предотвращение загрязнения природы и окружающей человека среды направлены основные усилия прикладной экологии.

Рис. 6.1. Классификация техногенных загрязнений окружающей среды

Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает такие основные категории:

1. Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания(рис. 6.1). В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания - выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.

2. Количественные характеристики воздействия: сила и степень опасности (интенсивность факторов и эффектов, массы, концентрации, характеристики типа «доза - эффект», токсичность, допустимость по экологическим и санитарно-гигиеническим нормам); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).

3. Временные параметры и различия воздействий по характеру эффектов: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые, актуальные и потенциальные; пороговость эффектов.

4. Категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (т.е. способные воспринимать и реагировать) - люди, животные, растения; компоненты окружающей среды (среда поселений и помещений, природные ландшафты, поверхность земли, почва, водные объекты, атмосфера, околоземное пространство); изделия и сооружения.

В пределах каждой из этих категорий возможно определенное ранжирование экологической значимости факторов, характеристик и объектов. В целом по природе и масштабам актуальных воздействий наиболее существенны химические загрязнения, а самая большая потенциальная угроза связана с радиацией. Что касается объектов воздействия, то на первом месте, конечно же, стоит человек. В последнее время особую опасность представляет не только рост загрязнений, но и их суммарное влияние, часто превышающее по конечному эффекту простое суммирование последствий.

С экологической точки зрения, все продукты техносферы, не вовлекаемые в биотический круговорот, являются загрязнителями. Даже те, которые химически инертны, поскольку они занимают место и становятся балластом экотопов. Продукты производства также со временем становятся загрязнителями, представляя собой «отложенные отходы». В более узком значении, материальными загрязнителями - поллютантами (от лат. pollutio - марание) - считают отходы и продукты, которые могут оказывать более или менее специфическое негативное влияние на качество среды или непосредственно воздействовать на реципиентов. В зависимости от того, какая из сред - воздух, вода или земля - загрязняется теми или иными веществами, различают соответственно аэрополлютанты, гидрополлютанты и терраполлютанты.

Загрязнение окружающей среды относится к непреднамеренным, хотя и очевидным, легко осознаваемым экологическим нарушениям. Они выступают на первый план не только потому, что многие из них значительны, но и потому, что они трудно контролируются и чреваты непредвиденными эффектами. Некоторые из них, например, техногенная эмиссия СО 2 или тепловое загрязнение, принципиально неизбежны, пока существует топливная энергетика.

Количественная оценка глобального загрязнения. Масштабы отходов глобального антропогенного материального баланса охарактеризованы в предыдущей главе. Напомним, что общая масса отходов современного человечества и продуктов техносферы составляет почти 160 Гт/год, из которых около 10 Гт образуют массу изделий, т.е. «отложенный отход».

Таким образом, в среднем на одного жителя планеты приходится около 26 т всех антропогенных эмиссии в год. 150 Гт отходов распределяются приблизительно следующим образом: 45 Гт (30%) выбрасываются в атмосферу, 15 Гт (10%) - сливаются со стоками в водоемы, 90 Гт (60%) попадают на поверхность земли.

Указанные объемы эмиссии настолько велики, что даже малые концентрации в них токсичных примесей могут составить в совокупности огромное количество. По различным экспертным оценкам, общая масса техногенных загрязнителей, относимых к разным классам опасности, составляет от 1J5 до 1/8 Гт в год. т.е. примерно 250-300 кг на каждого жителя Земли. Это и есть минимальная оценка глобального химического загрязнения.

Химизация техносферы достигла к настоящему времени таких масштабов, которые заметно влияют на геохимический облик всей экосферы. Общая масса производимых продуктов и химически активных отходов всей химической промышленности мира (вместе с сопутствующими производствами) превысила 1,5 Гт/год. Почти все это количество может быть отнесено к загрязнителям. Но дело не только в общей массе, но и в числе, разнообразии и токсичности множества производимых веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 10 7 химических соединений; ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. В заметных количествах производится и предлагается на рынке более 100 тысяч веществ, в массовых масштабах производится около 5 тысяч веществ. Однако подавляющее большинство производимых и используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности.

Источники техногенных эмиссии подразделяются на организованные и неорганизованные, стационарные и подвижные. Организованные источники оборудованы специальными устройствами для направленного вывода эмиссии (трубы, вентиляционные шахты, сбросные каналы и желоба и т.п.);

эмиссии от неорганизованных источников произвольны. Источники различаются также по геометрическим характеристикам (точечные, линейные, площадные) и по режиму работы - непрерывному, периодическому, залповому.

Процессы и технологии. Источниками преобладающей части химического и теплового загрязнения являются термохимические процессы в энергетике - сжигание топлива и связанные с ним термические и химические процессы и утечки. Главные реакции, определяющие при этом эмиссию углекислого газа, паров воды и теплоты (Q):

Уголь: С + О 2 ¾® СО 2 и

Углеводороды: С n Н m +(n + 0,25m) О 2 ¾® nСО 2 + (0,5m)Н 2 О,

где Q = 102,2 (n + 0,25m) + 44,4 (0,5 m) кДж/моль.

Попутные реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, связаны с содержанием в топливе различных примесей, с термоокислением азота воздуха и со вторичными реакциями, происходящими уже в окружающей среде. Все эти реакции сопровождают работу тепловых станций, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, процессы металлургии, обжига минерального сырья. Наибольший вклад в энергетически зависимое загрязнение среды вносят теплоэнергетика и транспорт.

Рис. 6.2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду

1 - котел; 2 - труба; 3 - паровая труба; 4 - электрогенератор;

5 - электроподстанция; 6 - конденсатор; 7 - водозабор для охлаждения конденсатора; 8 - водное питание котла; 9 - линия электопередачи;

10 - потребители электроэнергии; 11 - водоем

Общая картина воздействия теплоэлектростанции (ТЭС) на окружающую среду показана на рис. 6.2. При сжигании топлива вся его масса превращается в твердые, жидкие и газообразные отходы. Данные о выбросах главных загрязнителей воздуха при работе ТЭС приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт *час

Размах величин зависит от качества топлива и типа топочных агрегатов. Электростанция мощностью 1000 МВт, работающая на угле, при условии нейтрализации 80% диоксида серы ежегодно выбрасывает в атмосферу 36 млрд м 3 отходящих газов, 5000 т SO 2 , 10000 т NO x 3000 т пыледымовых частиц, 100 млн м 3 пара, 360 тыс. т золы и 5 млн м 3 сточных вод с содержанием примесей от 0,2 до 2 г/л. В среднем в топливной теплоэлектроэнергетике на 1 т условного топлива выбрасывается около 150 кг загрязнителей. Всего стационарными теплоэнергетическими источниками мира выбрасывается за год около 700 млн т загрязнителей различных классов опасности, в том числе около 400 млн т аэрополлютантов.

Число двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в мире превысило 1 миллиард. Около 670 млн из них - двигатели автомобилей. Остальное количество относится к другим видам транспорта, сельхозмашинам, военной технике, малой моторной технике и стационарным ДВС. Более 80% автопарка приходится на легковые автомобили. Из 3,3 млрд т нефти, добываемой сейчас в мире, почти 1,5 млрд т (45%) используются всеми видами транспорта, в том числе 1,2 млрд т - легковыми автомобилями.

Рассмотрим обмен веществ «среднего» легкового автомобиля с карбюраторным двигателем при расходе горючего в смешанном режиме движения 8 л (6 кг) на 100 км. При оптимальной работе двигателя сжигание 1 кг бензина сопровождается потреблением 13,5 кг воздуха и выбросом 14,5 кг отработанных веществ. Их состав отражен в табл. 6.2. Соответствующий выброс дизельного двигателя несколько меньше. Вообще в выхлопе современного автомобиля регистрируется до 200 индивидуальных веществ. Общая масса загрязнителей - в среднем около 270 г на 1 кг сжигаемого бензина – дает в пересчете на весь объем горючего, потребляемого легковыми автомобилями мира, около 340 млн т. Аналогичный расчет для всего автомобильного транспорта (плюс грузовые автомобили, автобусы) увеличит эту цифру по меньшей мере до 400 млн т. Следует также иметь в виду, что в реальной практике эксплуатации автотранспорта весьма значительны разливы и утечки горючего и масел, образование металлической, резиновой и асфальтовой пыли, вредных аэрозолей.

Таблица 6.2

Состав отработавших газов автомобиля, % по объему

Металлургические процессы основаны на восстановлении металлов из руд, где они содержатся преимущественно в виде окислов или сульфидов, с помощью термических и электролитических реакций. Наиболее характерные суммарные (упрощенные) реакции:

(железо) Fe 2 O 3 + 3С + O 2 . ¾®2Fe + СО + 2СО 2 ;

(медь) Cu 2 S + О 2 ¾® 2Cu + SO 2 ;

(алюминий, электролиз) Аl 2 O 3 + 2O ¾® 2А1 + СО + СО 2 .

Технологическая цепь в черной металлургии включает производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное, прокатное, ферросплавное, литейное производства и другие вспомогательные технологии. Все металлургические переделы сопровождаются интенсивным загрязнением среды (табл. 6.3). В коксохимическом производстве дополнительно выделяются ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, цианиды и целый ряд других веществ. Черная металлургия потребляет большое количество воды. Хотя промышленные нужды на 80 - 90% удовлетворяются за счет систем оборотного водоснабжения, забор свежей воды и сброс загрязненных стоков достигают очень больших объемов, соответственно порядка 25 - 30 м 3 и 10 - 15 м 3 на 1 т продукции полного цикла. Со стоками в водные объекты поступают значительные количества взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, соединений тяжелых металлов.

Таблица 6.3

Газовые выбросы (до очистки) основных переделов черной металлургии (без коксохимического производства), в кг/т соответствующего продукта

* кг/м поверхности металла

Цветная металлургия, несмотря на относительно меньшие материальные потоки производства, не уступает черной металлургии по совокупной токсичности эмиссии. Кроме большого количества твердых и жидких отходов, содержащих такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, ванадий, медь, хром, кадмий, таллий и др., выбрасывается и много аэрополлютантов. При металлургической переработке сульфидных руд и концентратов образуется большая масса диоксида серы. Так, около 95% всех вредных газовых выбросов Норильского горно-металлургического комбината приходится на SO 2 , а степень его утилизации на превышает 8%.

Технологии химической промышленности со всеми ее отраслями (базовая неорганическая химия, нефтегазохимия, лесохимия, оргсинтез, фармакологическая химия, микробиологическая промышленность и др.) содержат множество существенно незамкнутых материальных циклов. Основными источниками вредных эмиссии являются процессы производства неорганических кислот и щелочей, синтетического каучука, минеральных удобрений, ядохимикатов, пластмасс, красителей, растворителей, моющих средств, крекинг нефти. Список твердых, жидких и газообразных отходов химической промышленности огромен и по массе загрязнителей, и по их токсичности. В химическом комплексе РФ ежегодно образуется более 10 млн т вредных промышленных отходов.

Различные технологии в обрабатывающих отраслях промышленности, в первую очередь в машиностроении, включают большое число разнообразных термических, химических и механических процессов (литейное, кузнечно-прессовое, механообрабатывающее производства, сварка и резка металлов, сборка, гальваническая, лакокрасочная обработка и др.). Они дают большой объем вредных эмиссии, загрязняющих среду. Заметный вклад в общее загрязнение среды вносят также различные процессы, сопровождающие добычу и обогащение минерального сырья и строительство. Вклад различных отраслей промышленного производства в загрязнение среды отражен на рис. 6.3.

Сельское хозяйство и быт людей по собственным отходам - остаткам и продуктам жизнедеятельности растений, животных и человека - по существу не являются источниками загрязнения среды, так как эти продукты могут включаться в биотический круговорот. Но, во-первых, для современных агротехнологий и коммунального хозяйства характерен концентрированный сброс большей части отходов, что приводит к значительным локальным превышениям допустимых концентраций органики и таким явлениям, как эвтрофикация и заражение водоемов. Во-вторых, что еще серьезнее, сельское хозяйство и быт людей являются посредниками и участниками рассредоточения и распространения значительной части промышленных загрязнений в виде распределенных потоков эмиссии, остатков нефтепродуктов, удобрений, ядохимикатов и различных употребленных изделий, мусора - от туалетной бумаги до заброшенных ферм и городов.

Между всеми средами существует постоянный обмен частью загрязнителей: тяжелая часть аэрозолей, газодымовых и пылевых примесей из атмосферы выпадает на земную поверхность и в водоемы, часть твердых отходов с поверхности земли смывается в водоемы или рассеивается воздушными потоками. Загрязнение среды влияет на человека прямо или через биологическое звено (рис. 6.4). В техногенных потоках поллютантов ключевое место занимают транспортирующие среды - воздух и вода.

Рис. 6.3. Относительный вклад отраслей промышленности РФ в загрязнение среды, % (1996 г.)

А - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

Б - сбросы загрязненных сточных вод

Рис. 6.4. Схема влияний загрязнения среды

Загрязнение атмосферы

Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт глобальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90% приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не относят к загрязнителям (об особой роли выбросов СО 2 говорится ниже). Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч индивидуальных веществ. Однако наиболее распространенные, «многотоннажные» загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода (СО), диоксид серы (SO 2), окислы азота (NO и NO 2), различные летучие углеводороды (СН x), соединения фосфора, сероводород (H 2 S), аммиак (NН 3), хлор (С1), фтористый водород (HF). Количества первых пяти групп веществ из этого перечня, измеряемые десятками миллионов тонн и выбрасываемые в воздушную среду всего мира и России, представлены в табл. 6.4. Вместе с другими веществами, не указанными в таблице, общая масса выбросов от всех организованных источников, эмиссии которых можно измерить, составляет около 800 млн т. В эти количества не входят загрязнения воздуха при ветровой эрозии, лесных пожарах и вулканических извержениях. Сюда не входит также та часть вредных веществ, которая улавливается с помощью различных средств очистки отходящих газов.

Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90% выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термоинверсиях), часто создают пылевые купола и явления слога - токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации сопровождаются сильными превышениями ПДК многих аэрополлютантов.

Таблица 6.4

Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в России (млн т)

По данным государственного учета, суммарные выбросы загрязняющих веществ на территории РФ за 1991-1996 гг. уменьшились на 36,3 %, что является следствием падения производства. Но темп снижения выбросов меньше темпа спада производства, а в расчете на единицу ВНП выбросы в атмосферу сохраняются на одном уровне.

Более 200 городов России, население которых составляет 65 млн человек, испытывают постоянные превышения ПДК токсичных веществ. Жители 70 городов систематически сталкиваются с превышениями ПДК в 10 и более раз. Среди них такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Самара, Екатеринбург, Челябинск, Новосибирск, Омск, Кемерово, Хабаровск. В перечисленных городах основной вклад в общий объем выбросов вредных веществ приходится на долю автотранспорта, например, в Москве он составляет - 88%, в Санкт-Петербурге - 71 %. По валовым выбросам загрязняющих веществ в атмосферу лидирует Уральский экономический район. Наряду с этим Россия в целом не является основным поставщиком вредных выбросов в атмосферу, поскольку поток аэрополлютантов в расчете на одного жителя и на единицу площади страны значительно ниже, чем в США и странах Западной Европы. Зато они заметно выше в расчете на единицу ВНП. Это свидетельствует о высокой ресурсоемкости производства, устаревших технологиях и недостаточном применении средств очистки выбросов. Из 25 тысяч российских предприятий, загрязняющих атмосферу, лишь 38% оборудованы пылегазоочистными установками, из которых 20% не работают или работают неэффективно. Это одна из причин повышенных эмиссии некоторых малых по массе, но токсичных загрязнителей - углеводородов и тяжелых металлов.

Россия занимает невыгодное географическое положение по отношению к трансграничному переносу аэрополлютантов. В связи с преобладанием западных ветров значительную долю загрязнения воздушного бассейна Европейской территории России (ЕТР) дает аэрогенный перенос из стран Западной и Центральной Европы и ближнего зарубежья. Около 50% заграничных соединений серы и окислов азота на ЕТР поставляют Украина, Польша, ФРГ и другие страны Европы.

Для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы:

(6.1)

где q i - средняя за год концентрация в воздухе i-ro вещества;

A i - коэффициент опасности i-ro вещества, обратный ПДК этого вещества: A i = 1/ПДК i ;

С i - коэффициент, зависящий от класса опасности вещества: С i равно 1,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4-го классов опасности (краткие сведения о ПДК и классах опасности основных загрязнителей воздуха даны в приложении ПЗ).

I m является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для т = 5 - наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха. В эту пятерку чаще других попадают такие вещества, как бензопирен, формальдегид, фенол, аммиак, диоксид азота, сероуглерод, пыль. Индекс I m изменяется от долей единицы до 15-20 - чрезвычайно опасных уровней загрязнения. В 1996 г. в список городов с наибольшим уровнем загрязнений атмосферы (I m > 14) вошли 44 города России.

Земная атмосфера обладает способностью самоочищения от загрязняющих веществ, благодаря происходящим в ней физико-химическим и биологическим процессам. Однако мощность техногенных источников загрязнения возросла настолько, что в нижнем слое тропосферы наряду с локальным повышением концентрации некоторых газов и аэрозолей, происходят глобальные изменения. Человек вторгается в сбалансированный биотой круговорот веществ, резко увеличив выброс вредных веществ в атмосферу, но не обеспечив их вывод. Концентрация ряда антропогенных веществ в атмосфере (углекислый газ, метан, оксиды азота и др.) быстро растет. Это свидетельствует о том, что ассимиляционный потенциал биоты близок к исчерпанию.

Техногенные окислы серы и азота в атмосфере. Кислотные осадки. По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, образующихся при окислении атмосферного азота. Поступление в атмосферу больших количеств SO 2 и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот - серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:

2SO 2 + О 2 + 2Н 2 О ¾® 2H 2 SO 4 ;

4NO 2 + 2Н 2 O + О 2 ¾®4HNO 3 .

В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указанных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей». Показатель рН осадков в ряде случаев снижается на 2 - 2,5 единицы, т.е. вместо нормальных 5,6 - 5,7 до 3,2 - 3,7. Следует напомнить, что рН - это отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН = 3,7 в сто раз «кислее» воды с рН = 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5. Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. В Америке и Евразии это обширные территории севернее 55° с.ш. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, животных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов и органики почвы углекислый газ, закисляет воду рек и озер. Это приводит к неблагоприятным изменениям в водных экосистемах. Природные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков.

На больших пространствах наблюдается деградация хвойных лесов, беднеет фауна водоемов. В 70-х годах в реках и озерах Шотландии и Скандинавии начали гибнуть лосось и форель. Сходные явления происходят и в России, особенно на Северо-Западе, на Урале и в районе Норильска, где громадные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за сернистых выбросов Норильского комбината.

Нарушение озонового слоя. В 70-х годах появились сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой площадью более 10 млн км 2 , где содержание О 2 за 80-е годы уменьшилось почти на 50%. Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, в зонах стойких антициклонов - над Гренландией, Северной Канадой и Якутией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5-0,7% в год.

Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и всего общества. Был высказан ряд гипотез о причинах нарушения озонового слоя. Большинство специалистов склоняется к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией

О + О 2 ¾® О 3 .

Рис. 6.5. Мировое производство хлорфторуглеродов

Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован летучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например, фреон-12 - дихлордифторметан, CF 2 CI 2), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона. Хлорфторуглероды обладают рядом полезных свойств, обусловивших широкое их применение в холодильных установках, кондиционерах, аэрозольных баллончиках, огнетушителях и т.д. С 1950 г. объем мирового производства

Рис. 6.6. Данные по глобальному потеплению:

А - отклонения от среднего значения температуры приземного воздуха в XX веке и прогноз,

Б - глобальная тенденция средней температуры во второй половине столетия

ХФУ ежегодно возрастал на 7 - 10 % (рис. 6.5) и в 80-х годах составил около 1 млн т. В последующем были приняты международные соглашения, обязывающие стран-участниц сократить использование ХФУ. США еще в 1978 г. ввели запрет на использование ХФУ-аэрозолей. Но расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового производства. Переход промышленности к новым озоносберегающим технологиям связан с большими финансовыми затратами. В последние десятилетия появились и другие, чисто технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, выбросы сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораблей многоразового использования. Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техногенными выбросами, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.

Парниковый эффект и изменения климата. Техногенное загрязнение атмосферы в определенной степени связано с изменениями климата. Речь идет не только о вполне очевидной зависимости мезоклимата промышленных центров и их окрестностей от теплового, пылевого и химического загрязнения воздуха, но и о глобальном климате.

С конца XIX в. по настоящее время наблюдается тенденция повышения средней температуры атмосферы (рис. 6.6); за последние 50 лет она повысилась приблизительно на 0,7°С. Это отнюдь не мало, если учесть, что при этом валовое увеличение внутренней энергии атмосферы очень велико - порядка 3000 ЭДж. Оно не связано с увеличением солнечной постоянной и зависит только от свойств самой атмосферы. Главным фактором является уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности земли, т.е. усиление парникового эффекта. Парниковый эффект создается увеличением концентрации ряда газов – СО 2 , СО, СН 4 , NO x , ХФУ и др., названных парниковыми газами. По данным, обобщенным в последнее время Международной группой экспертов по проблеме изменения климата (МГЭИК), существует довольно высокая положительная корреляция между концентрацией парниковых газов и отклонениями глобальной температуры атмосферы. В настоящее время значительная часть эмиссии парниковых газов имеет техногенное происхождение. Динамика их средних концентраций за последние 200 лет отражена на рис. 6.7.

Тенденции глобального потепления придается очень большое значение. Вопрос о том, произойдет оно или нет, уже не стоит. По оценкам экспертов Всемирной метеорологической службы, при существующем уровне выбросов парниковых газов средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,25°С за 10 лет. Ее рост к концу XXI в., по разным сценариям, (в зависимости от принятия тех или иных мер) может составить от 1,5 до 4°С. В северных и средних широтах потепление скажется сильнее, чем на экваторе. Казалось бы, такое повышение температуры не должно вызывать особого беспокойства. Более того, возможное потепление в странах с холодным климатом, как, например, Россия, представляется чуть ли не желанным. На самом деле последствия изменения климата могут иметь катастрофический характер. Глобальное потепление вызовет существенное перераспределение осадков на планете. Уровень Мирового океана за счет таяния льдов может повыситься к 2050 г. на 30 - 40 см, а к концу столетия - от 60 до 100 см. Это создаст угрозу затопления значительных прибрежных территорий.

Рис. 6.7. Изменения концентрации парниковых газов с начала промышленной революции по настоящее время

CFC-11 - фреоны, хлорфторуглероды

Для территории России общая тенденция изменения климата характеризуется слабым потеплением, среднегодовая температура воздуха с 1891 по 1994 гг. повысилась на 0,56°С. За период инструментальных наблюдений самыми теплыми были последние 15 лет, а максимально теплым оказался 1999 г. В последние три десятилетия заметна также тенденция к уменьшению осадков. Одним из тревожных для России последствий изменения климата может стать деструкция мерзлых грунтов. Повышение температуры в зоне вечной мерзлоты на 2-3° приведет к изменению несущих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации. Кроме того, содержащиеся в вечной мерзлоте запасы СО 2 и метана из оттаявших грунтов начнут поступать в атмосферу, усугубляя парниковый эффект.

Наряду с подобными прогнозами существуют и определенные сомнения во всецело техногенной обусловленности климатических изменений. Они основаны, в частности, на том, что изменение глобальной температуры в промышленную эпоху все же не выходит за пределы диапазона естественных вековых колебаний температуры в прошлом, тогда как эмиссия парниковых газов намного превзошла естественные изменения.

ГЛАВА VI. Техногенное загрязнение среды

Техногенные эмиссии и воздействия

Рис. 6.1. Классификация техногенных загрязнений окружающей среды

Уголь: С + О 2 ¾® СО 2 и

Углеводороды: С n Н m +(n + 0,25m) О 2 ¾® nСО 2 + (0,5m)Н 2 О,

где Q = 102,2 (n + 0,25m) + 44,4 (0,5 m) кДж/моль.

Рис. 6.2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду

1 - котел; 2 - труба; 3 - паровая труба; 4 - электрогенератор;

10 - потребители электроэнергии; 11 - водоем

Таблица 6.1

Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт *час

Таблица 6.2

Состав отработавших газов автомобиля, % по объему

(железо) Fe 2 O 3 + 3С + O 2 . ¾®2Fe + СО + 2СО 2 ;

(медь) Cu 2 S + О 2 ¾® 2Cu + SO 2 ;

(алюминий, электролиз) Аl 2 O 3 + 2O ¾® 2А1 + СО + СО 2 .

Таблица 6.3

* кг/м поверхности металла

Научно-технический прогресс, определяющийся множеством социально-экономических, научно-технических и других факторов, привел к значительному увеличению в использовании природных ресурсов. Одновременно увеличились и выбросы загрязняющих веществ. При этом наиболее опасным является тот факт, что в процессе производственной деятельности стали вырабатываться такие вещества, которые самой природой ранее не вырабатывались. Эти загрязнители, поступая в окружающую среду, долгие годы не перерабатываются за счет естественного круговорота, накапливаются в почве, воде и воздухе и представляют серьезную угрозу для растительного и животного мира, в том числе и для здоровья человека.

Экологическая нагрузка на окружающую среду особенно резко возросла за последнее столетие. В 20 веке численность населения увеличилась с 1,5 до 6 млрд. человек. Одновременно произошло и значительное увеличение потребления природных ресурсов.

Так, например, если до 1900 г. человечеством было использовано до 150 мрд. тонн и натуральных природных ресурсов, через 70 лет эта величина составила 250 мрд. тонн, а в конце 20 столетия превысила 450 мрд. тонн.

Производство электроэнергии за последнее столетие увеличилось более, чем в 1000 раз, а так как около 80% электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях, то соответственно возросла и добыча топливных ресурсов.

С ростом промышленности и процессом урбанизации тысячи квадратных километров ежегодно теряются из сельскохозяйственного круговорота. В то же время с меньших площадей требуется получать повышенные урожаи сельскохозяйственной продукции, что не может не привести к серьезному истощению сельскохозяйственных угодий.

Указанное выше настолько серьезно повлияло на баланс веществ в природе, что в отдельных регионах уже всерьез можно говорить об экологической катастрофе. Поэтому, чтобы не произошла экологическая катастрофа в глобальном масштабе, человечество наряду с потреблением природных ресурсов должно направлять максимальные усилия на защиту и восстановление окружающей среды.

Загрязнение окружающей среды – это процесс нежелательных потерь природного сырья, энергии, труда и средств, превращение сырья и оборудования в безвозвратно потерянные отходы, рассеивание их в биосфере.

Загрязнение – это следствие необратимых разрушений, как отдельных компонентов экосистемы, так и биосферы в целом.

В результате загрязнения происходит снижение плодородия почвы, снижение продуктивности водоемов, ухудшение химического состояния воздушной среды. Оно в значительной степени отражается и на моральном состоянии человека и его здоровье.

Поэтому защита окружающей среды от загрязнений является одной из основных задач в проблеме рационального природопользования.

К основным источникам промышленного загрязнения окружающей среды можно отнести транспорт и промышленные установки, но не малую роль играют энергетические установки, коммунально-бытовое хозяйство городов и в определенной степени сельское хозяйство.

Транспорт является самым крупным загрязнителем окружающей среды. В процессе работы двигателя отработавшие газы выбрасываются непосредственно в атмосферу.

С этими газами в воздушную среду поступают такие вредные соединения как угарный газ, оксиды и диоксиды серы и азота, тяжелые углеводороды, тяжелые металлы, сажа и пыль с масляной эмульсией.

Угарный газ при концентрации около 200 мг/м3 вызывает первые признаки отравления. Он воздействует на нервную систему, вызывая удушение.

Диоксид серы при концентрации 20-30 мг/м3 оказывает заметное влияние на слизистую оболочку глаза и дыхательные пути.

Оксиды серы при контакте с водой образуют сернистую кислоту, которая выпадает на землю в виде кислотных дождей. Она опасна для растительности и, в первую очередь, для хвойных пород, приводя их к гибели. Оксиды серы ускоряют коррозию металлов.

Оксиды и диоксиды азота во влажном воздухе образуют азотную кислоту, которая, выпадая на землю в виде дождя, влияет на земельный покров и осаждается в сельскохозяйственной продукции в виде нитратов. Особенно опасны соединения оксидов азота с тяжелыми углеводородами. Отравление человека начинается с кашля. Образующиеся кислоты могут привести к отеку легких.

Углеводороды и, в первую очередь, тяжелые, как- то бензопирен, сажистые соединения и гудроны обладают канцерогенными свойствами, вызывая раковые заболевания.

Легкие углеводороды в виде паров бензина и дизельного топлива в малых дозах обладают наркотическими свойствами, но при длительном воздействии человек ощущает головную боль, головокружение, неприятное ощущение в горле.

Соединения свинца влияют на содержание гемаглобина в крови, приводят к заболеванию дыхательных путей и мочеполовых органов.

Тонкодисперсная пыль с размерами частиц от 0,1 до 1 мм легко проникает в легкие человека. Особенно опасны маслянистые туманы и пыль производственных источников, которая может адсорбировать фтористые соединения, хлор и другие высокотоксичные вредные вещества.

В процессе технической эксплуатации и ремонта транспортных средств в результате стока или слива рабочих жидкостей и масел происходит загрязнение почвы. Эти вредные жидкости с дождями при таянии снега или с поливочной водой поступают в водоемы.

Ежегодно в мировой океан поступает до 10000000 тонн нефти и нефтепродуктов, из которых на долю промпредприятий и транспорта приходится до 40%.

Наличие на поверхностях воды нефтяной или масляной пленки ухудшает газообмен между воздухом и водой, что приводит к снижению концентрации кислорода в воде и, как следствие, ухудшению состояния флоры и фауны, гибели рыб и птиц.

Загрязнение природы происходит также и от предприятий транспорта и в целом от всей транспортной инфраструктуры. В районах крупных железнодорожных станций и автохозяйств загрязнение поверхности земли осуществляется и различными механическими примесями. К ним можно отнести золу, шлак, строительные материалы, металлическую, пластмассовую и древесно-волокнистую пыль. Территории транспортных хозяйств часто захламляются бытовым мусором и производственными отходами. В них могут находится и наиболее опасные и вредные вещества, такие как свинец, кадмий, ртуть. Земля в районе железнодорожных станций пропитана различными ядохимикатами, креозотом и нефтепродуктами, что превращает районы, прилегающие к станциям, в зоны экологического бедствия.

Роль промышленных предприятий в деле загрязнения биосферы не менее существенна, но, в отличие от транспорта, стационарные источники выброса вредных веществ легче контролировать.

Для работы любого промышленного предприятия постоянно требуются природные ресурсы в виде сырья и топлива, электроэнергия, чистая вода, кислород.

В результате производственных процессов, наряду с основной продукцией, на предприятиях образуются существенные потери материалов, отходы сырья и продукции, а также сточные загрязненные воды, выбросы в атмосферу и энергетические загрязнители.

Наиболее крупными промышленными загрязнителями окружающей среды являются предприятия металлургического, химического и нефтеперерабатывающего профиля.

Так, в частности, при плавке 1 тонны металла, в атмосферу выбрасывается до 1000 м3 колошникового газа, содержащего СО, SO2, NOx, пары масел, SiO2, CaO, Al2O3, MgO, FenOn и C.

Примерно такой же состав вредных газов выделяется и при электродуговой сварке.

В цехах машиностроительных заводов выделяется пыль, содержащая кислотные и масляные аэрозоли, оксиды углерода и серы, пары аммиака и цианистого водорода. Концентрация пыли в воздухе по отдельным участкам доходит до 7 г/м3 воздуха, а среднее содержание кислот составляет 2,5 г/м3.

В пересчете на тонну продукции выброс пыли составляет 200 г/т, при этом на долю мелкодисперсной приходится до 80%.

При обработке дерева, пластика, графита и других не металлических материалов, в пересчете на один станок, в среднем выделяется до 1000 г пыли в час.

В сварочных цехах в пересчете на 1 кг электродов образуется до 40 г пыли, 2 г фтористого водорода, 1,5 г оксидов C и N.

В окрасочных цехах в воздух помещений поступают пары растворителей и окрасочных аэрозолей, общая концентрация которых доходит до 400 мг/м3.

Так как выбросы вредных веществ происходят в районе расположения предприятия, то на прилегающей территории образуются значительные загрязнения окружающей среды.

На территориях предприятий образуются сточные воды, которые можно разделить на три группы:

бытовые сточные воды, которые образуются при эксплуатации на предприятиях душевых, столовых, туалетов и прачечных. Эта вода отправляется на станции очистки.

поверхностные сточные воды, которые образуются в результате смыва территории дождями, талыми водами и поливочной водой. Основными примесями в ней являются твердые частицы любого происхождения, нефтепродукты, химические соединения и пр.

производственные воды, которые используются в технологических циклах.

В целом, по предприятиям, объем очищаемой воды составляет примерно 10%. Поэтому предприятиям задается величина предельно допустимого сброса вредных соединений и устанавливается повышенная оплата как за сверхнормативный сброс загрязненной воды, так и за повышенное использование чистой воды из системы водоснабжения города.

Выбросы в атмосферу и сброс загрязненной воды от промышленных предприятий и транспорта в значительной степени влияют на состояние прилегающих к территориям предприятий и магистральных дорог земельных угодий.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами в совокупности с сернистыми загрязнениями приводит к образованию технологических пустынь. Наиболее чувствительны к таким загрязнениям породы хвойных лесов, березы, дуба, бука. При содержании в 1 кг почвы 2-3 г свинца приводит почву к омертвлению. В то же время в районах крупных автомобильных дорог и железнодорожных станций содержание в почве свинца достигает 10-15 г на 1 кг.

При вывозе отходов на необорудованные свалки возникает реальная угроза загрязнения поверхности и грунтовых вод. Грунтовые воды, в результате взаимодействия с загрязненной почвой, закисляются и несут с собой соединения различных, вредных веществ.

Под строительство транспортной инфраструктуры и промышленных объектов требуется изъятие значительных земельных площадей. На этой территории нарушаются естественные стоки воды, меняется характер почвенного слоя и нарушается естественное природное равновесие.

Помимо перечисленного, транспорт и промпредприятия создают и энергетическое загрязнение окружающей среды, к которым относятся избыточное тепловыделение, шум, вибрация, электромагнитные волны и ионизирующее излучение.

Повышенные тепловые выбросы приводят к повышенному испарению влаги, образованию туманов, снижению числа солнечных дней. В результате этого происходит повышение среднегодовой температуры в атмосфере земли. За последние 50 лет она уже повысилась на 1,3 ˚С. Это, в конечном итоге, сказывается на усиленном таянии ледников и полярных льдов, что сказывается на повышении уровня мирового океана. Анализ выбросов теплоты показывает, что в промышленных городах имеются районы, где тепловыделения составляют от 10 до 200 Вт/м2. В этих районах образуются устойчивые пространственные острова теплоты, в которых температура воздуха на 1-1,5 ˚С превосходит равновесную естественную температуру воздуха в среднем по городу. В этих зонах наиболее вероятны выпадения туманов, облачности и выпадения пригородных осадков. А так как во влажном воздухе увеличивается содержание оксидов серы и азота, то вероятны и выпадения кислотных дождей. Они снижают плодородие почвы, ухудшают здоровье людей, разрушают металлические конструкции за счет быстрой коррозии и отрицательно воздействуют на растительный и животный мир.

Поступление теплоты в водоемы приводит к повышению их температуры, снижению в воде концентрации кислорода, углекислого газа и азота, что в свою очередь отрицательно сказывается на водной флоре и фауне.

Шум в окружающей среде создается одиночными или комплексными источниками, к которым относятся транспорт, техническое оборудование промпредприятий и др.

Шум в городах в настоящее время часто превышает нормы на 10-25 дБ, что влияет на нервную систему человека, приводит к быстрой утомляемости, потере сна, а при повышенных уровнях шума в некоторых производственных процессах – к ранней глухоте.

Вибрация возникает в результате работы технического оборудования ударного действия, перемещения тяжелых транспортных средств и работы крупного энергетического оборудования. Вибрация распространяется через грунт и влияет на фундаменты зданий, вызывая их осадку и разрушение, приводит к образованию оползней. Особенно заметно влияние вибрации во влажных грунтах и в песке.

Вибрация вызывает раздражение у человека, снижает его работоспособность, а при постоянном каждодневном воздействии ведет к серьезным заболеваниям. В зависимости от источника и состояния грунта вибрация может распространяться от 50 до 200 м.

Электромагнитные поля от антропогенных источников возникает на радиотехнических, телевизионных и локационных объектах, в электротермических цехах, установках СВЧ, а также на высоковольтных подстанциях и вдоль линий высокого напряжения. Зона влияния электромагнитных волн достигает до 100-150 м.

Электромагнитные поля влияют на нервную систему человека, вызывая головные боли, повышенную утомляемость, ухудшение памяти и нарушение сна.

Техногенезом называют процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. Техногенез заключается в преобразовании биосферы, вызываемом совокупностью геохимических процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей . В большинстве случаев производственная деятельность человека сопровождается негативным воздействием на биосферу, результатом которого является постепенная её деградация. Одним из основных компонентов этого процесса является антропогенное загрязнение экосистем. Непрерывно возрастающая хозяйственная деятельность человека привела к тому, что во многих развитых странах практически не осталось не загрязнённых регионов. Экономический ущерб от загрязнения окружающей среды (ОС) в развитых странах приравнивается потере 5-10% валового национального продукта. Для России экологический ущерб ежегодно составляет 50-100 млрд. руб. (в ценах 1990 г.) . Россия характеризуется некоторыми особенностями социально-экономического развития, обусловливающими интенсивную деградацию природной среды :
– промышленность в РФ всё ещё остаётся по преимуществу добывающей и включает многие ресурсо- и энергоёмкие производства;
– технологический потенциал страны не превышает уровня 70-х годов, то есть соответствует периоду «грязной индустрии»;
– высока степень износа промышленного оборудования и крайне низка обеспеченность производств очистными сооружениями, что повышает риск аварий с тяжёлыми экологическими последствиями.

В ОС в результате хозяйственной деятельности человека выводится большое количество органических и неорганических веществ самых различных химических классов. Рассмотрение всех их не входит в наши задачи и в настоящем обзоре мы ограничимся только тяжёлыми металлами (ТМ). Кроме химического загрязнения биосфера Земли подвергается физическому загрязнению. С конца 40-х годов ХХ столетия ОС испытывает интенсивное радиационное загрязнение. Кроме того, с интенсивным развитием электротехники и электронных средств связи происходит резкое антропогенное возрастание электромагнитного фона биосферы и, особенно, производственной и жилой сфер человека.

Генетические эффекты некоторых химических классов соединений (например, пестицидов) изучены достаточно хорошо, хотя много нерешённых проблем есть и в этих областях. Менее исследована мутагенность ТМ. Объясняется это тем, период методического совершенствования экспериментального мутагенеза совпал с периодом широкого использования во всём мире пестицидов. Интенсивное загрязнение ОС пестицидами и их непосредственная угроза здоровью и наследственности людей и обусловила пристальное внимание к их генетическим эффектам. В настоящее время, в связи с совершенствованием биологической избирательности и усилением биологической активности пестицидов, их доля в суммарном загрязнении природной среды постепенно снижается. Но вместо них приоритетными загрязнителями среды становятся ТМ. Поэтому наши недостаточные знания о мутагенности ТМ для организмов различных уровней организации становятся препятствием для совершенствования природоохранной практики.

Генетические эффекты электромагнитных полей в настоящее время практически не исследованы и в связи с этим опубликованных работ по этому вопросу очень немного.

Так как антропогенное загрязнение ОС происходит комплексно, т.е. одновременно большим количеством химических и физических факторов, представляют интерес генетические эффекты комбинированного, комплексного и сочетанного действия этих факторов. Эта область экспериментального мутагенеза также изучена очень слабо. Ниже мы приводим обзоры источников и масштабов загрязнения ОС факторами, исследуемыми нами, а также их мутагенных свойств.

1.1.1. Загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами

В середине 70-х годов руководителем токсикологической группы программы «Человек и биосфера» Ф. Корте загрязняющие биосферу группы веществ были расположены в такой, убывающий по степени их опасности, ряд: пестициды, ТМ, окислы углерода и серы. По мнению Ф. Корте, в начале XXI века ТМ переместятся в этом ряду на первое место () . По всей вероятности, этот мрачный прогноз сбылся к концу 90-х годов, по крайней мере, для России .

К тяжелым металлам относят группу химических элементов с плотностью более 5 г/см 3 или атомной массой более 40. Распределение масс ТМ, биологический круговорот и миграционные циклы ТМ рассмотрены в ряде обзоров .

В пределах каждого зонального типа почвы могут существовать территории различной площади с резко различающимся химическим составом почвенного покрова. Это так называемые природные биогеохимические аномалии. В зоне деятельности многих промышленных предприятий (рудников, шахт, металлургических заводов и др.) возникают техногенные биогеохимические аномалии (провинции). Повышенные концентрации ТМ в биокосных компонентах природной среды (природные геохимические провинции) могут возникнуть в местах выхода рудоносных пород на земную поверхность. Разработка металлических руд приводит к интенсивному загрязнению среды, и природная геохимическая провинция трансформируется в техногенную . Например, горнодобывающие предприятия выбрасывают ежегодно до 20 млн. т пылегазовых веществ, значительную долю в которых составляют аэрозольные частицы различных соединений ТМ. Интенсивным источником загрязнения окружающей среды ТМ являются предприятия по переработке и обогащению металлических руд. Обогатительные фабрики ежегодно отправляют в хвостохранилища и очистные сооружения до 10 км 3 твёрдых и жидких отходов . Интенсивным источником локального загрязнения среды ТМ может быть транспорт, перевозящий рудничные концентраты металлов от обогатительных фабрик к месту их дальнейшей переработки. Загрязнение происходит в результате распыления мелких фракций концентратов .

В настоящее время человечество извлекает из Земли свыше 120 млрд. тонн различных руд, топлива и строительных материалов. Значительная часть добытого поступает в отходы и отвалы, подвергается водной и ветровой эрозии, продукты которой, распыляясь в атмосфере или растворяясь в воде, загрязняют ОС. Содержания различных элементов (в том числе и ТМ) в экосистемах различных растительных зон Земли в настоящее время интенсивно изучается .

Средние уровни антропогенного глобального поступления в биосферу ТМ показаны в табл. 1. Общая токсичность приведенных в таблице ТМ значительно превышает суммарную опасность радиоактивных и органических загрязнений.

Таблица 1. - Уровни глобального поступления тяжелых металлов в биосферу, млн. т/год .

Элемент	Воздух	Вода	Почва
Цинк	131,88	226	2245
Медь	35,37	112	2073
Свинец	332,35	138	1354
Никель	55,65	113	412
Мышьяк	18,82	41	97
Молибден	3,27	11	102
Селен	3,79	41	42
Сурьма	3,51	18	57
Ванадий	8,6 0	12	67
Кадмий	7,57	9,4	28
Ртуть	3,56	4,6	12

В начале 90-х годов исследователи из университета штата Монтана определили, что за последнее десятилетие XX века в США в процессе измельчения, обогащения, переработки и плавки металлов только в водные источники будет выброшено от 7·10 3 до 70·10 3 тонн ТМ .

На территории РФ есть несколько регионов (Средний и Южный Урал, Кольский полуостров, юг Сибири), в которых сосредоточены особенно опасные в экологическом отношении отрасли: энергетика, добыча сырья, производство искусственных материалов, военная промышленность. Подобные производственные комплексы очень устойчивы и их трансформация в экологически менее опасные сопряжена с большими экономическими затратами, не реальными на данном этапе развития государства. Чрезвычайно сложная экологическая обстановка существует в крупных промышленных городах. Примером тому может служить Москва, в которой на территории около 5% суммарный показатель загрязнения среды достигает предельных значений, установленных для районов экологических бедствий. Почва в некоторых районах столицы очень сильно загрязнена цинком, свинцом, медью, хромом, ванадием, ртутью, никелем, оловом, кадмием и другими ТМ . Следовательно, интенсивное воздействие таких промышленных центров на экосистемы и здоровье населения в обозримом будущем будет продолжаться. В связи с этим развитие методов биологической индикации в экологическом мониторинге является приоритетным направлением в природоохранной практике .

В России к началу ХХ столетия на душу населения приходилось 4,5 га нарушенных ландшафтов, тогда как в США – 3,6 га (при значительно более интенсивном сельском хозяйстве и более разветвлённой инфраструктуре), в странах Западной Европы – от 0,25 (в Нидерландах) до 1,2 га (в Испании). Обширные нарушения экосистем произведены в Европейской части, на Севере, на Среднем и Южном Урале и на юге Сибири вдоль Сибирской железной дороги . В городских и промышленных районах России ТМ загрязнены 10 млн. га почвы . Например, в окрестностях г. Мончегорска, находящегося в зоне влияния выбросов промышленных предприятий РАО «Норильский никель», в почве содержание меди в 250, а никеля в 450 раз выше природного фона. В результате этого загрязнения на площади 3500 км 2 ягоды и грибы загрязнены никелем до уровня, представляющего опасность для человека . ПО «Печенганикель» в период 1970-1990 гг. ежегодно выбрасывало в атмосферу от 140 до 449 тонн аэрозольного никеля, до 300 т меди и до 18 т кобальта. За 14 лет (1979-1992 гг.) на единицу площади водосбора одного из озёр (Кочеявр) выпало из атмосферы 11,2 г/м 2 никеля, 2,6 г/м 2 меди, что составило для всего водосбора 1,1 и 1,2 т соответственно. Значительная часть выпадений попала в озеро и захоронено в донных отложениях. У рыб, обитающих в этом и соседних озёрах, наблюдается субтоксические эффекты . Высокий уровень загрязнения растениеводческой и животноводческой продукции регистрируется в зоне выбросов Новолипецкого металлургического комбината. Например, в молоке регистрируются концентрации хрома – до 250 ПДК, никеля – до 3 ПДК, свинца – до 1,9 ПДК, железа – до 33 ПДК .

К загрязнению окружающей среды ТМ может вести не только разработка месторождений и обогащение руд. В процессе угледобычи извлекается большое количество пустой породы, которую складируют в отвалах на поверхности Земли. К концу 80-х годов в отвалах предприятий угледобывающей промышленности находилось более 3,3 млрд. м 3 породы, занимавших более 10 тыс. га. В отвалах обычно содержатся легкорастворимые соли ТМ. Сильно засоленными (от 1,5 до 4,3%) являются породы отвалов Подмосковного угольного бассейна. Химическую активность отвалов определяют содержащиеся в породе соединения серы. В результате их окисления образуется серная кислота, которая способствует химическому разложению многих минералов и трансформации соединений ТМ в растворимые формы. Разработка угольных месторождений и эрозия отвальных пород сопровождается значительным увеличением минерализации подземных вод. Очень сильному загрязнению подвергаются подземные воды в зоне отвалов шахт Подмосковного и Кизеловского угольных бассейнов, состоящих из токсичных пиритизированных пород .

Интенсивным источником ТМ являются аэрозольные выбросы предприятий топливно-энергетического комплекса (ГРЭС, ТЭС, ТЭЦ), особенно те из них, которые топятся каменным углем или нефтепродуктами. Вокруг крупных ТЭС образуются участки загрязнения ТМ диаметром 10-20 км . Кроме того, ТМ загрязняются и поверхностные водоёмы . Например, ТЭЦ и ГРЭС Москвы ежесуточно сливают в городскую канализацию или непосредственно в р. Москву около 100 т солей, образующихся при очистке фильтров .

Большое количество сточных вод, содержащих ТМ, сбрасывают в канализацию или непосредственно в природные водоёмы предприятия металлообработки и машиностроения. Так, предприятия Москвы сливают в канализацию 720 тыс. м 3 сточных вод, причём из 800 промышленных объектов, имеющих локальные очистные сооружения, только на 66 сточные воды очищаются до установленных норм. В результате в осадках городских станций аэрации ежесуточно накапливается до 15,6 т ТМ . Одним из основных источников загрязнения окружающей среды ТМ являются гальванические производства на предприятиях машиностроения и приборостроения. На территории бывшего СССР их насчитывалось более 8 тыс.; из них 960 – в Москве и большая часть из оставшихся – в России. Для гальванопокрытий используется только около 30 % общей массы цветных металлов и 70-90% используемого для этих целей количества идёт в сточные воды. В результате ежегодный средний объём гальванических сточных вод составляет 1 км 3 с содержанием в растворённом виде 50 тыс. тонн ионов ТМ, 100 тыс. тонн кислот и щелочей. Как правило, гальванические цехи и участки не имеют очистных сооружений, а сами они располагаются непосредственно среди жилых кварталов .

Каждое промышленное предприятие, в зависимости от объёмов и вредности выбросов, имеет вокруг себя санитарно-защитную зону (СЗЗ) радиусом от 3 до 5 и более км. СЗЗ – это узаконенный участок загрязнения. В РФ к 1990 году под СЗЗ было отчуждено 103 млн. га при общей площади сельскохозяйственных угодий 556,3 млн. га, в том числе 226,7 млн. га пашни . Вместе с тем, промышленные предприятия загрязняют не только СЗЗ, но и прилегающую территорию в пределах 10-30 км, особенно в направлении господствующих ветров.

Большинство ТМ образуют геохимические аномалии вокруг точечных источников промышленного характера (заводы, комбинаты, рудники). Исключение составляет свинец, повышенные концентрации которого приурочены, в основном, к землям населённых пунктов и прилегающих к автодорогам участков. Связано это с использованием этиолированного автомобильного топлива . Большая часть ТМ, содержащихся в воздушных выбросах промышленных предприятий, в конечном счёте, попадает в почву, где происходит их постепенное накопление . В результате специальных исследований установлено, что в чёрной и цветной металлургии экологически значимый результат может быть достигнут при сокращении валовых выбросов в 10 и более раз. Реально же министерства и ведомства к категории природоохранных относят долгосрочные планы снижения объёмов выбросов всего в 1,5-2 раза .

В результате условий, описанных выше, во многих промышленных регионах России складывается очень тяжёлая экологическая обстановка. Например, вокруг машиностроительного завода в г. Воткинске (Пермская обл.) содержание ТМ воде и почве в 5-6 раз превышает ПДК . Содержание ТМ (марганец, хром, никель, железо, медь и др.) в природных средах г. Кемерово в 50-100 раз превышает фоновое, почва окружающей город 10-километровой зоны содержит от 2 до 22 ПДК цинка, от 1,5 до 31 ПДК свинца, от 30 до 35 ПДК мышьяка. В 10-километровой зоне вокруг г. Новокузнецка в почве наблюдаются 6-кратные превышения ПДК по кадмию, 2-3-кратные – по меди и никелю . В этих зонах расположены жилые рабочие посёлки с индивидуальными приусадебными участками, дачные участки горожан. Выращенные на такой почве сельскохозяйственные растения содержат большое количество ТМ (табл. 2) и других вредных веществ.

Таблица 2. - Содержание тяжелых металлов в пищевых растениях (мг/кг), выращенных в зоне влияния цинкового завода, г. Белово, Кемеровская область

Вид растения
Картофель



Лук, листья
Лук, луковица
ПДК в овощах

Некоторое количество ТМ может поступать в агроэкосистемы с минеральными удобрениями и некоторыми видами пестицидов, содержащих в своём составе медь, ртуть, хром . Другим интенсивным источником загрязнения агророэкосистем ТМ (мышьяком, хромом, свинцом, ртутью, никелем, ванадием и др.) являются илы промышленных и коммунальных очистных сооружений, широко используемые для удобрения сельскохозяйственных полей . Результаты исследований, оценивающих вклад минеральных удобрений, пестицидов и илистых фракций очистных сооружений в накопление ТМ живыми организмами достаточно противоречивы и требуют дальнейшего изучения .

Почва дольше других компонентов среды сохраняет аккумулированные вещества. По мнению специалистов, ТМ будут сохраняться в почве практически вечно . Так, продолжительность первого периода полуудаления ТМ, по расчётам К. Иимуры с соавторами , для почв в условиях лизиметра варьирует для цинка от 70 до 510 лет, для кадмия от 13 до 1100 лет, для меди от 310 до 1500 лет и для свинца от 740 до 5900 лет.

Поскольку часть наших исследований связана с выяснением мутагенности ТМ, поступающих в растения из почвы, необходимо остановиться на некоторых физико-химических характеристиках почв, определяющих доступность металлов растениям.

Миграция ТМ по трофическим цепям начинается с аккумуляции их растениями. Накопление ТМ растениями и их токсичность детерминированы главным образом количеством подвижных форм ТМ в почве, а не валовым их содержанием. Соотношение подвижных и связанных форм ТМ в значительной степени обусловлены типом и свойствами почвы: гранулометрическим составом, содержанием органических веществ, ёмкостью обменных катионов, рН среды, содержанием фосфатов . На подвижность и поступление ТМ в растения влияют многие факторы: видовая принадлежность и физиологическое состояние растения, почвенные характеристики, климатические условия. Поэтому, детально изучив эти процессы, можно в значительной степени влиять на экологическую чистоту получаемой продукции, поступление ТМ в организм животных и человека. Изменяя интенсивность поступления металлов в организм, можно регулировать интенсивность мутагенной нагрузки.

Техногенное загрязнение почв ксенобиотиками оказывает сильное влияние на микрофлору почвы. В промышленной зоне очень сильное загрязнение почвы ТМ вызывает полное исчезновение в почве водорослей. Загрязнение ТМ и кислотами ведёт к формированию сообществ, где преобладают зелёные водоросли. При подщелачивании почвы или загрязнении её органическими веществами в альгогруппировках начинают преобладать синезеленые водоросли . Повышение концентрации ТМ в почве влияет на численность микроскопических грибов и Azotobacter в почве. Динамика численности зависит от видовой принадлежности грибов и бактерий, природы тяжёлого металла и его концентрации в почве . Микрофлора может связывать более половины подвижных форм железа, цезия и некоторых других ТМ, которые попадают на поверхность почвы с растительным опадом и аэрозольными выпадениями. Связывание катионов ТМ микроорганизмами зависит от температуры и влажности среды. Связывание цезия не уменьшается с повышением его концентрации в почвенном растворе, поэтому почвенные микроорганизмы могут связывать значительные количества радионуклидов. Особенно эффективным накопителем цезия являются почвенные грибы. Почвенные микроорганизмы могут связывать 3% кобальта, 11% железа, 22% кальция и стронция, 24% цезия, содержащихся в растительном опаде. Высушивание и замораживание может приводить к освобождению 95% цезия, включённого в биомассу микробов .

В хвойных лесах эпифитный лишайниковый покров деградирует по мере приближения к промышленному источнику полиметаллической пыли; в слоевищах лишайников увеличивается содержание никеля (более 90 мг/кг сухого вещества) и меди (более 200 мг/кг) . Была обнаружена интересная особенность реакции лишайников на техногенное загрязнение экосистем . Оказалось, что зависимость «доза-эффект» реакции лишайников на загрязнение точечного источника эмиссии ТМ существенно не линейна и в большинстве случаев имеет S-образный вид, причем переход между фоновым и импактным состоянием растений очень резкий. Происходит этот переход когда импактный уровень загрязнения превышает фоновый в 1,5-2,3 раза.

Среди сельскохозяйственных растений наиболее активно накапливают ТМ овощные культуры, особенно кормовая свекла и бобовые культуры. Многие ТМ значительно слабее проникают в вегетирующие органы пшеницы: в листьях этого растения концентрация свинца в 20-40 раз меньше, чем в корнях, кадмия – меньше в 20 раз . Этот факт свидетельствует о наличии в корнях барьера, существенно затрудняющего проникновение токсичных ионов в подземные органы растений. Авторы предполагают, что основная часть ТМ была задержана на периферии корней в зоне так называемого пояска Каспари. Вместе с тем, устойчивость растений к одному из ТМ никак не связана с устойчивостью к другим металлам . По степени токсичности исследованные ТМ могут быть расположены в следующий ряд :
Нg(II) > Cu(II) > Pb(II) > Cd(II) > Cr(III) > Zn(II) >Ni(II) > Al(III).

Избыток ТМ, поступающих из почвы в растения, вызывает у них нарушение баланса питательных элементов, нарушает синтез многих ферментов, витаминов, пигментов . Тем не менее, растения достаточно легко приспосабливаются к относительно высоким концентрациям ТМ в почве. Ярким примером тому может быть быстрое заселение растениями отработанных после добычи металлической руды отвалов «пустой» породы. Например, отдельные особи злаков полевицы (Agrostis tenius ) и овсяницы (Festica ovina ) достаточно хорошо растут на почвах, содержащих до 1% свинца .

Между средним многолетним содержанием ТМ в атмосфере и коре древесных пород, растущих в загрязнённой ТМ зоне, доказаны достаточно тесные корреляции . Содержание ТМ в растениях, как правило, не зависит от их содержания в городских почвах. Такая взаимосвязь была обнаружена только для никеля, свинца и меди. Связано это, возможно, с тем, что ТМ находятся в малодоступной растениям форме .

Общее представление о содержании ТМ в почве и некоторых сельскохозяйственных растениях Тульской области можно составить по результатам немногочисленных опубликованных работ табл. 3).

Таблица 3 - Валовое содержание тяжёлых металлов (мг/кг) в почве и зерне растений Плавского района Тульской области (усреднённые данные)

	Яровая пшеница	Озимая пшеница


Марганец

Вопросы накопления ТМ и их токсичности для животных, которым посвящён широкий круг работ , не входят в задачи нашего обзора. Отметим лишь некоторые ключевые моменты.

Для анализа мутагенной опасности загрязнения экосистем ТМ целесообразно знать фоновые уровни их содержания в биокосных средах и биологических объектах (табл. 4).

Таблица 4 - Содержание исследуемых тяжелых металлов в почвах, пресных водах, растениях и мышечной ткани животных (мкг/кг сухой массы)

	Пресные воды	Растения	Животные








Стронций

Опасность загрязнения окружающей среды ТМ ведёт к избыточному их поступлению и аккумулированию в организме. Различные уровни суточного поступления ТМ в организм человека показаны в табл. 5.

Таблица 5. - Суточные дозы поступления тяжёлых металлов в организм человека (в расчете на массу 70 кг)

Поступление в организм (г/сут)
дефицитное	нормальное	токсичное	летальное

Поступление ТМ с пищей в животных экологически близких видов, обитающих в одном и том же районе, может существенно различаться, поскольку зависит от пищевой специализации. Существование таких различий показано, например, при исследовании птиц в зоне влияния выбросов медеплавильного завода . Следовательно, в одних и тех же районах влияние ТМ на наследственность животных различных видов будет различным.

Депонирование ТМ организмами в существенной степени зависит от их физиологической роли в организме. Показано, что увеличение в рационе рыжих полёвок физиологически активных меди и цинка (в 9 и 2,2 раза соответственно) практически не приводит к возрастанию уровня этих элементов в тканях животных. Иная картина наблюдается в случае свинца и кадмия. Увеличение их поступления в организм с пищей (в 1,2-1,9 и 2,6-5,4 раза соответственно) приводит к существенному повышению содержания этих металлов в организме животных . Аналогичные процессы отмечены у американской норки . Поступление в экосистемы ТМ с промышленными и коммунальными стоками может приводить к активному их накоплению в верхних ярусах трофических пирамид. Логично предположить, что мутагенез, индуцированный тяжёлыми металлами у животных одной и той же экосистемы, может быть более интенсивным у организмов, стоящих на более высоких ступенях трофических пирамид.

Во многих генетических исследованиях используют грызунов. Поэтому важно отметить зависимость содержания ТМ в тканях грызунов от сезона их отлова и, следовательно, возраста зверьков (табл. 6).

Таблица 6. - Зависимость накопления микроэлементов от сезона отлова (возраста) грызунов август/май, относительные единицы)

	Микроэлемент

Microtus oeconomus
Clethriomys glereolus

Если учесть, что с возрастом отклик организмов на действие кластогенов усиливается, то у разных особей в разновозрастной выборке частота генетических нарушений может варьировать. Установлена также неодинаковая степень аккумуляции ТМ самцами и самками (табл. 7), что также может отражаться на интенсивности мутагенеза у животных разных полов.

Таблица 7. - Зависимость накопления микроэлементов от пола животных (самцы/самки, относительные единицы)

	Микроэлемент

Microtus oeconomus
Clethriomys glereolus
Cl. granulatus
Cl. glabratus

По данным Минздрава РФ в 1998 г. около 50 млн. россиян проживает в условиях 10-кратного превышения концентрации вредных веществ в воздухе. Половина этих веществ выбрасывается автотранспортом. В настоящее время российские автомобили выбрасывают в атмосферу в 30-50 раз больше токсичных веществ на 1 километр пробега, чем автомобили США или стран Западной Европы. Суммарный выброс вредных веществ от автотранспорта составляет 15,6 млн. т/год . Газовые выбросы автотранспорта и промышленных производств содержат большое количество мутагенных веществ, в том числе и ТМ. С помощью люминесцентного спектрального анализа клеток хвои сосны было показано негативное влияние в зимнее время выбросов котельных, работающих на бурых углях Подмосковного угольного бассейна, на метаболические процессы растений. Установлено, что на территории в 425 км 2 вокруг точечного источника газовых выбросов коксохимического производства у растений обнаруживаются повышенные частоты аберраций хромосом (АХ) . Доказано кластогенное действие выбросов завода, выплавляющего свинец, на наследственные структуры клеток ели (Picea abies ) . У винограда, растущего в зоне воздействия промышленных выбросов предприятий и районах, перегруженных автотранспортом, обнаружены существенные нарушения макро- и микроспорогенеза . Аналогичные нарушения в микроспорогенезе обнаружены у Vicia cracca в промышленных зонах г. Новокузнецка.

С использованием теста Эймса было показано, что ацетоновые экстракты образцов воздуха, взятых на рабочих местах металлургического производства, в несколько раз более мутагенны, чем образцы воздуха, взятые в административных помещениях . Доказана мутагенность пылей никелевых руд . Для оценки генотоксичности выбросов никелевой домны крыс подвергали воздействию доменных дымных аэрозолей при концентрациях твёрдого вещества от 1 до 100 мг/м 3 . Кроме окислов железа и никеля в аэрозолях были обнаружены окислы хрома, кобальта, алюминия, свинца, цинка и др. Был установлен чёткий зависимый от дозы цитогенетический эффект () .

При исследовании 28 работников дорожной полиции со стажем работы более 10 лет было установлено, что в клетках их периферической крови частота клеток с аберраций хромосом и частота сестринских хроматидных обменов статистически достоверно выше, чем у лиц контрольной группы (15 человек). Это повышение не коррелировало с содержанием в крови свинца или продолжительностью стажа .

Помимо аэрозольных выбросов тяжёлые металлы могут поступать в окружающую среду с промышленными, сельскохозяйственными и коммунальными стоками. Вокруг рудных месторождений формируются водные потоки рассеяния, в которых многие токсичные компоненты могут значительно превышать установленные для них ПДК. Повышенная мутагенность стоков предприятий цветной металлургии доказана многочисленными исследованиями. Погосян с сотр. исследовали процесс микроспорогенеза у традесканции после обработки цветочных бутонов стоками производства цветной металлургии, содержащими соединения меди, цинка, свинца и других металлов. Установлено, что количество нарушений возрастает при длительной (1,5 мес.) обработке. Л.А. Гукасян с сотр. , используя традесканцию, доказали мутагенность стоков медно-молибденового комбината. Соколов В.В. и Ганаси Е.Э. показали увеличение частоты АХ в клетках корешков V. faba и С. capillaris при их проращивании на техногенном иле донных отложений, содержащем ТМ.

Твердые отходы промышленных предприятий, связанных с переработкой металлических руд и металлообработкой представляют существенную опасность для окружающей среды. Обусловлено это большими объёмами отходов, высоким содержанием в них тяжёлых металлов и других токсичных соединений. При воздействии факторов ОС отходы эродируют, и в виде пыли или дождевых стоков попадают в природную среду. Генетическая опасность подобных отходов доказана. Например, с помощью теста Эймса показана мутагенность водных вытяжек промотходов керамического, литейного, гальванического и др. производств, где основными компонентами являлись различные тяжёлые металлы .

1.1.2. Загрязнение окружающей среды радионуклидами

Живые организмы, населяющие Землю, подвергаются воздействию естественных источников ионизирующей радиации. Последние могут быть разделены на две группы: космические источники и источники, находящиеся на Земле (например, радиоактивные геологические породы, радон). Уровень космического излучения относительно стабилен. Мощность эквивалентной дозы внешнего облучения, обусловленной космическим излучением, соответствует приблизительно 3,2-10 –8 Зв/ч на уровне моря. При подъёме над уровнем моря мощность дозы этого облучения возрастает. Доза внешнего облучения, получаемая населением от земных естественных источников, определяется геологическим составом материнских, почвообразующих пород. Доза этого излучения для большей части населения составляет приблизительно 3,5·10 –8 Зв/ч. В некоторых районах Земли, в тех местах, где на поверхность выходят радиоактивные породы, доза, получаемая населением, может быть в 10 раз больше .

Глобальное загрязнение биосферы антропогенными радионуклидами началось с 1945 г, с момента начала испытания и использования ядерного оружия. За период с 1945 по 1980 гг. в атмосфере Земли было произведено 450 ядерных взрывов общей мощностью 545 Мт. Образовавшиеся в результате взрывов радиоактивные продукты оказались в атмосфере и воздушными течениями были разнесены практически по всей поверхности Земли. Мониторинг радиоактивных выпадений, проведенный на территории Москвы, показал, что с конца 50-х годов до 1964 г. (период активных испытаний ядерного оружия в атмосфере) плотность выпадений периодически превышала 1000 мКи/км 2 . Содержание радионуклидов в воздухе в это время достигало (110-450)·10 –17 Ки/л. В период 1964-1980 гг. плотность радиоактивных выпадений составляла 12-100 мКи/км 2 . Содержание радионуклидов в атмосферном воздухе за этот период колебалась в пределах (2,5-81)·10 –17 Ки/л. После прекращения испытания ядерных боезарядов в атмосфере плотность выпадений стабилизировалась на уровне 6,5-8,7 мКи/км 2 . Соответственно снизилось до (0,4-1,7)·10 –17 Ки/л содержание радионуклидов в атмосферном воздухе. Авария на ЧАЭС привела к увеличению плотности выпадений в 1986 г. до 418 мКи/км 2 , которая затем снизилась в последующие годы .

Фоновым загрязнением радионуклидами и последствиями Чернобыльской катастрофы радиоэкологические проблемы России и стран СНГ не исчерпываются. Жёсткие рамки обзора не позволяют рассмотреть в нём радиобиологические проблемы, обусловленные распадом радона и облучением, которое получает население России в результате медицинских обследований, а также проблемы связанные с существованием обширных районов радиационного загрязнения на Семипалатинском полигоне, Новой Земле и территории Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС). Вместе с тем нет необходимости доказывать, что радиационное загрязнение экосистем достаточно велико и радиобиологические проблемы сочетанного действия химических мутагенов и ионизирующей радиации чрезвычайно актуальны для биоты и населения многих регионов бывшего СССР .

Тульская область, где проведена часть наших исследований, подверглась радиоактивному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС. В связи с этим необходимо рассмотреть часть радиобиологических проблем, связанных с влиянием радиационного загрязнения на биоту.

В 1996 году в России работало 9 атомных электростанций, в которых эксплуатировалось 29 энергоблоков с установленной мощностью 21 тыс. МВт. По данным Российского информационно-аналитического центра по предупреждению аварийных ситуаций на объектах атомной энергетики ни один из этих энергоблоков не отвечает в полной мере современным требованиям безопасности. За период 1993-1996 гг. на АЭС зарегистрировано 550 нарушений нормальной работы реакторов. Хранилища отработанного ядерного топлива при АЭС переполнены и на всех 9 АЭС продолжается накопление отработанного ядерного топлива сверх проектных значений .

В апреле 1986 г. на 4 блоке Чернобыльской АЭС произошла авария. В результате взрыва в окружающую среду было выброшено большое количество радиоактивных веществ. В зависимости от расстояния и времени, прошедшего с момента взрыва до выпадения радионуклидов на поверхность Земли, эти выпадения делят на три типа: 1) ближние, 2) тропосферные, (формирующиеся в тропосфере и выпадающие на почву в направлении следа в течение 20-30 дней) и 3) глобальные .

Общая площадь земель с плотностью загрязнения 137 Сs более 1 Ки/км 2 составила 3,2% европейской территории бывшего СССР и более 0,2 Ки/км 2 – 23%. Площади, подвергшиеся загрязнению в результате аварии на ЧАЭС, приведены в табл. 8 и 9.

Таблица 8. - Площади территорий (тыс. га), загрязнённых 137 Сs в результате аварии на ЧАЭС

Государство	Степень загрязнения, Ки/км 2
Государство


Белоруссия

Таблица 9. - Распределение загрязнённых 137 Сs площадей с уровнем от 1,0 до 5,0 Ки/км 2 по административным территориям Европейской части России

Территория	Площадь загрязнения
Территория	км 2	%
Белгородская	1620	6,4
Брянская	6050	17,3
Воронежская	1160	2,2
Калужская	3500	11,7
Курская	1200	4,0
Липецкая	1470	6,1
Ленинградская	850	1,0
Мордовия	1630	6,3
Нижегородская	20	0,02
Орловская	9300	37,2
Пензенская	4130	9,6
Рязанская	5210	13,0
Саратовская	150	0,2
Смоленская	100	0,2
Тамбовская	330	1,0
Тульская	10320	39,7
Ульяновская	1060	2,9
ИТОГО	48100

Примечание: В таблице не указаны площади с загрязнением более 5 Ки/км 2 .

На территории, загрязнённой в результате аварии на ЧАЭС наблюдается так называемая пятнисто-мозаичная структура загрязнения местности, которая обусловливает на фоне среднего радиационного уровня, характерного для данной местности, наличие локальных пятен со значительно большей плотностью загрязнения. Так, по данным Плавского центра химизации в Плавском районе Тульской области при среднем уровне радиационного загрязнения 10-15 Ки/км 2 были зарегистрированы пятна до 40 Ки/км 2 .

За пределами 30 км зоны ЧАЭС (в границах Украинского Полесья) биологическая доступность 137 Cs высока и сравнима с доступностью нуклида, внесённого в водорастворимой форме . Это, по мнению авторов, позволяет все многолетние экспериментальные данные, полученные до аварии на ЧАЭС по динамике цезия в экосистемах, использовать для оценки возможных уровней загрязнения продуктов растениеводства на территориях ЧРС. Однако данные, полученные нами на территории Тульской области , свидетельствуют о том, что практически весь цезий (по крайней мере – к 1997 году) находится в связанном почвенным поглощающим комплексом виде. Поэтому поступление 137 Cs в растения в основном определяется их биологическими свойствами. Полученные нами результаты согласуются с данными о формах радионуклидов в почвах ВУРС (табл. 10).

Таблица 10. - Содержание (%) водорастворимых (А), обменных (В), кислотно-растворимых (С) и фиксированных (D) форм радионуклидов в почвах Восточно-Уральского радиоактивного следа спустя 36 лет после аварии .

Почвы	137 Cs				90 Sr
Почвы	A	B	C	D	A	B	C	D
Дерново-подзолистые	0,20	0,40	0,4	99,0	2,5	45,8	44,2	7,5
Серые лесные	0,02	1,18	2,7	95,1	2,4	58,0	30,0	9,6
Чернозёмные	0,10	1,10	2,1	96,6	1,8	55,9	30,9	11,4

Оценка доз ионизирующей радиации, полученных населением в результате аварии на ЧАЭС и принесённого этими дозами вреда, сильно различается у различных авторов . В 1988 году Министерством здравоохранения был принят норматив «Предел индивидуальной дозы за жизнь, установленный для населения, контролируемых районов РСФСР, БССР и УССР, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на чернобыльской АЭС», равный 35 бэрам. Если доза выше, то требуется отселение людей на чистые территории. Однако этот предел, являющийся критерием для отселения, был превращён в верхний предел приемлемого риска, по которому население, получающее менее 35 бэр за жизнь, не отселялось и ему гарантировалось безопасное проживание . Вместе с тем, если исходить из беспороговой концепции зависимости стохастических генетических эффектов от дозы облучения, то считать безопасным для здоровья проживание в заражённых районах некорректно. Вывод о безопасности дозы в 35 бэр был сделан на основе сведений, полученных ранее 1988 года. Более того, существует мнение, что никакой научной системы взглядов относительно безопасности дозы 35 бэр нет. Есть лишь волевое решение приравнять население, проживающее в пострадавших районах, к людям, живущим около атомной станции, для которых установлена доза 0,5 бэр. Умножением этой величины на 70 лет (средняя продолжительность жизни), и была получена величина 35 бэр . В последнее десятилетие более точные эпидемиологические и дозиметрические сведения Международной комиссии радиологической защиты (МКРЗ) свидетельствуют о том, что риск появления злокачественных новообразований при 35-бэрной концепции был недооценён в 2-4 раза. Кроме того, при совместном действии облучения и некоторых факторов физической и химической природы риск появления злокачественных заболеваний и мутагенных эффектов может возрасти десятикратно.

Если исходить из дозы, которая была до Чернобыльской катастрофы, а это 100 мбэр (или 7 бэр за жизнь), то на Украине, в Белоруссии и России пришлось бы отселять более 1,5 млн. человек.

1.1.3. Загрязнение окружающей среды электромагнитными полями

Человек практически постоянно подвергается воздействию магнитных и электромагнитных полей в связи с применением многих машин и приборов, которые используются на транспорте, в промышленности и в быту. Средний уровень плотности потока энергии, которому подвергается население, составляет 0,005 мкВт/см 2 . На производстве уровни значительно выше. Уровни напряжённости электрических полей на подстанциях могут достигать 20 кВ/м 2 , под ЛЭП - 10 кВ/м 2 . Электромагнитные поля действуют на регуляторные механизмы на всех уровнях организации живых существ, включая молекулярные, внутриклеточные и межклеточные. Возможно, что одним из таких механизмов является электролитный обмен . Воздействие ЭМП на биологические структуры наступает внезапно (особенно в техногенных условиях), а интенсивность ответной реакции организма в значительной степени зависит от его индивидуальных особенностей. Если здоровый организм может сохранять равновесие, то в больном могут происходить интенсивные изменения, способные довести его до патологического состояния. Авторы показали, что в дни геомагнитных возмущений происходит статистически достоверное повышение содержания натрия и калия в цельной крови по сравнению с их уровнем в магнитно спокойные дни (С=0). В эритроцитах здоровых людей в дни геомагнитных возмущений отмечается значительное повышение концентрации натрия, калия и кальция, а также уменьшение концентрации этих элементов в плазме.

Техногенные источники электромагнитных полей могут влиять на физиологические параметры организма. Так, нарушения состава крови отмечаются у людей на расстоянии даже 300 м от высоковольтных ЛЭП. Случаи лейкоза отмечены при проживании людей в 40 м от таких линий. На практике под высоковольтной линией сила поля определяется на расстоянии 1 м от земли. Максимальное электрическое поле на земле под высоковольтной линией 380 кВт колеблется от 10 до 15 кВт/м. В теле человека такое электрическое поле индуцирует ток 0,15-0,23 мА, который находится ниже порога ощущения человеком тока – 0,36 мА (менее 50% населения). Вместе с тем некоторые люди способны ощущать электрические поля от 1 до 5 кВт/м. Магнитные поля под высоковольтной линией 380 кВт характеризуются магнитной индукцией 0,055-0,5 мТ, которая значительно ниже границы вредного воздействия на человека (5-60 мТ, 1-2 Т). Ежедневно человек испытывает действие более сильных магнитных полей, в сравнении с магнитным полем под высоковольтной линией. Риск для здоровья от электрических и магнитных полей, которые вызываются окружающими нас сооружениями, транспортом и бытовыми приборами практически исключается. Границы для электрического поля, при длительном пребывании в нём, следующие: для населения – около 10 квт/м; для рабочих, находящихся в сооружениях с высоким напряжением – около 20 кВт/м .

У человека высокочастотные электрические поля могут вызывать нарушение терморегуляции, развитие катаракты глаза, головные боли, раздражительность, нарушение сна. Единицей влияния микроволнового излучения на организм человека является «специфическая норма поглощения» (Specific Absorption Rates – SAR), численно равная энергии поглощённого излучения, приходящей на один грамм (иногда – килограмм) биоткани. При поглощении единицы излучения в течение 20 минут ткани нагреваются на 1 градус. Нагрев адекватно (или неадекватно) компенсируется обменными процессами .

Электромагнитные поля низкой частоты могут снижать артериальное давление, уменьшать частоту сердечных сокращений, вызывать тахикардию, гематологические изменения, изменения ЭКГ, повышение утомляемости . Движение крови по сосудам, расположенным в магнитном поле, сопровождается появлением в тканях сердечно-сосудистой системы электрического тока. При плотности электрического тока до 10 мА/м 2 какие-либо заметные биологические эффекты отсутствуют. В диапазоне 10-100 мА/м 2 , что может соответствовать нахождению человека в магнитном поле 5-50 мТ, отмечается появление фосфенов. При плотности электрического тока выше 1000 мА/м 2 (500 мТ) возникает реальная угроза жизни, связанная с развитием фибрилляции сердца . Электромагнитные поля с частотой 60 Гц подавляют активность Т-лимфоцитов . Вместе с тем высказывается мнение, что при прямом воздействии низкочастотных электромагнитных полей на человека, плотность возникающих в его теле токов на порядок ниже установленных физиологами порогов опасного действия. Поэтому автор считает, что пока невозможно сделать убедительных выводов о патогенном действии этих полей .

В обзоре были рассмотрены проблемы, связанные с использованием и воздействием на биологические объекты электромагнитного излучения частотой 300 кГц-300 ГГц. Для стандартизации оценок воздействия для частот >300 МГц авторами рекомендовано использовать единицы плотности мощности, для частот 300 кГц-300 ГГц – единицы напряжённости электрического и магнитного полей. Специфическая скорость поглощения и время экспозиции являются характеристиками объекта облучения. Для человека максимум специфической скорости поглощения зарегистрирован при 70 МГц (при обычных размерах тела). В экстремальных условиях специфическая скорость поглощения 1-4 В/кг и частота воздействия 70 МГц сопровождается повышением температуры поверхности тела на 2°С в течение 1 ч. Автором рассмотрены основные механизмы воздействия радиоизлучения на живые организмы, в т.ч. магнитная стимуляция, как один из примеров нетермического воздействия на нервную и мышечную ткань. Ответы на воздействие электромагнитного излучения частотой 300 кГц-300 ГГц зарегистрированы на уровне поведенческих реакций, эндокринных сдвигов, на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях.

Переменные электрические токи частотой 50 и 60 Гц постоянно присутствуют в окружающей человека среде. Переменные электромагнитные поля (ПеМП), образующиеся от этих токов индуцируют в теле человека слабые электрические потоки. Многочисленными исследованиями показано, что ПеМП оказывают различные слабые эффекты на организм: нарушают циркадные ритмы, изменяют уровни пролиферации клеток, угнетают функции лимфоцитов, модифицируют активность ферментов, изменяют функции мембран клеток. Все эти изменения могут быть предпосылками к возникновению опухолей. Показано, что у лиц, профессионально связанных с высокими уровнями ПеМП на 20% повышен риск лейкозов. У детей, проживающих вблизи линий электропередач риск развития также выше. Вместе с тем эпидемиологические работы противоречивы и чётко не доказывают этиологической роли ПеМП в возникновении опухолей у человека.

При проведении 4-летних терапевтических и неврологических обследований (1982-1985 гг.) служащих станций распределения, работающих в условиях электрического поля 400 и 220 кВ, установлено, что у них несколько чаще, чем среди других групп населения встречаются невротический синдром и небольшие изменения ЭЭГ. Скорость проведения по периферическим двигательным нервам нервных импульсов не отличалась от нормы . При обследовании мужчин-регулировщиков аппаратуры коротковолнового диапазона (3-30 МГц) в возрасте от 20 до 50 лет и со стажем работы от 2 до 30 лет показано , что биологические эффекты модулированных ЭМП на головной мозг работников начинают проявляться при стаже работы более 10 лет. Адаптация обследуемых к радиоволновому воздействию происходила на фоне высокой активности правого полушария. Амплитудно-частотные параметры биоэлектрической активности головного мозга основной и контрольной групп не отличались, однако с увеличением профессионального контакта с радиоволнами функциональная активность структур правого полушария снижалась, что свидетельствовало об уменьшении адаптивных резервов мозга.

Результаты исследований свидетельствуют о сильном влиянии электромагнитных излучений от сотовых телефонов на ткани головного мозга. Низкоэнергетические радио- и микроволновые излучения способны изменять внутриклеточные биохимические процессы. Это может вызывать изменение тканей и функций мозга, что является в некоторых случаях предваряющими этапами канцерогенеза и ослабления общего иммунитета организма . Европейские организации рекомендуют для сотовых телефонов предельную норму SAR (см. выше) 2 мВт/г.

Исследовано влияния излучения видеодисплеев на частоту спонтанных абортов у женщин . Общая выборка составила 214108 женщин в возрасте от 15 до 44 лет, число беременностей 24362, из них спонтанными абортами закончились 2248 или 9,2%. Авторы не выявили влияния работы с видеодисплеями на частоту спонтанных абортов.

Предельно допустимый уровень облучения в диапазоне ВЧ составляет 20 В/м. При обследовании 80 рабочих предприятия, в технологическом процессе которого использовались высокочастотные токи, было установлено 5-7-кратное превышение допустимого уровня. У большинства работников, находящихся в радиусе действия ВЧ-токов, проявлялась нейроциркуляторная дистония разной степени выраженности .

Результаты исследований биологической активности электромагнитных полей низких и сверхнизких частот к началу 90-х годов были в высшей мере противоречивы. Ряд работ отмечает отсутствие специфического вреда от электрических и магнитных полей промышленных частот (см., например, ). Вместе с тем, накопленных к началу 90-х годов данных было достаточно для демонстрации достоверной связи между воздействием электромагнитных полей сверхнизких частот и развитием рака у человека . В обзорах показано, что для людей, профессионально связанных с электрооборудованием, риск смерти от острого лейкоза возрастает в 2,6 раза; у людей, подверженных воздействию неионизирующего облучения опасность заболевания раком увеличивается в 4 раза; от 10 до 15% заболеваний раком в детском возрасте связано с электрическими полями в жилище. Использование зимой одеял с электроподогревом вызывает увеличение выкидышей у женщин по сравнению с летними месяцами.

Необходимость установления предельно допустимых величин силы электрических, магнитных и электромагнитных полей, действующих на человека, и методические подходы решения этой проблемы показаны во многих работах . Для обоснования дифференцированных по диапазону частот гигиенических нормативов электромагнитной энергии для населения, проживающего в местах размещения телевизионных передающих станций, на белых крысах было проведено исследование биологических эффектов электромагнитной энергии очень высокой частоты . Уровень напряжённости электромагнитного поля в эксперименте был равен 96, 82, 48 и 14 В/м. Общая продолжительность облучения электромагнитным полем составила 120 суток. В результате эксперимента было показано, что максимальный недействующий уровень напряженности поля частотой 80 и 202 МГц для крыс равен 20,2 и 8,4 В/м соответственно.

Действующие в СССР уровни допустимого облучения определены ГОСТ 12.1.006-76 «Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования безопасности». Нормируемыми параметрами в диапазоне частот 60 кГц -300 МГц являются напряженности Е и Н электромагнитного поля. Объясняется это тем, что вокруг источника на значительные расстояния простирается зона индукции R < или = λ/6), в которой человек находится под воздействием практически независимых друг от друга электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля. В диапазоне 300 МГц-300 ГГц нормируется плотность потока энергии (ППЭ) (Вт/м), так как зона индукции находится у самого источника (длина волны, им излучаемая, очень маленькая), поэтому человек около такого источника находится в зоне излучения, поле в которой сформировано и определяется в основном плотностью потока энергии.

Нормирование постоянных магнитных полей производится по СН 1748-72 «Предельно допустимые уровни напряженности постоянного магнитного поля на рабочем месте при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами». Согласно ГОСТ 12.1.002-75 «Электрические поля токов промышленной частоты напряжением 400 кВ и выше. Общие требования безопасности» облучение электрическим полем регламентируется как по величие напряженности, так и по продолжительности действия.

Считают, что ЛЭП с напряжением 420 кВ не опасны для здоровья людей, живущих вблизи них. Электрические поля до 20 кВ/м 2 и магнитные поля до 0,3 Т не опасны для здоровья при изолированном или комбинированном их действии на человека. Для статических магнитных полей дозу рекомендуется ограничить 0,2 Т на 60 мин и 0,02 Т на более продолжительное время . Основываясь на данных собственных исследований, а также на опубликованных результатах других исследователей Р. Хауф пришёл к выводу, что электрические поля до 20 кВ/м 2 и магнитные поля до 5 мТ не оказывают никакого влияния на здоровье и самочувствие человека. При этом подчёркивается, что величины электрических и магнитных полей, с которыми сталкивается человек в процессе трудовой деятельности значительно ниже вышеуказанных. По нормам ФРГ, утвержденным в 1986 г., считаются длительно допустимыми напряжённость 20 кВ/м 2 и индукция 5 мТл, а кратковременные значения на 50% больше .

Указанные выше нормы основаны на анализах, исключительно физиологических параметров и совершенно не учитывают возможных генетических последствий воздействия ЭМП. Кроме того, все эти нормы составлены при анализе физиологических эффектов изолированного действия ЭМП. Однако в среде, окружающей человека, помимо ЭМП одновременно присутствует большое количество других физических и химических факторов, при взаимодействии с которыми может проявляться синергидный эффект некоторых из них. Эти возможные синергидные эффекты пока гигиеническими нормативами не учтены.

Принимая во внимание широкую распространённость ПеМП, их влияние на живые организмы требует дальнейшего изучения.

Техногенное загрязнение окружающей среды

Все части биосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера) подвергаются активному загрязнению различными веществами и их соединениями.

Атмосфера. Это смесь газов, не вступающих во взаимодействие при обычных природных условиях. Состав атмосферы у поверхности Земли (до высот около 50 км) остается постоянным: азот - 78,08%, кислород - 20,95%, аргон - 0,9%, в незначительных долях процента - углекислый газ, гелий и другие газы. Особое место среди малых примесей занимает озон (2...7)10~ б %. Он сильно поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, обладающее большой биологической активностью и при больших интенсив-ностях губительно действующее на органическую жизнь в целом. Основная масса озона сосредоточена в слое атмосферы 15 -55 км с максимумом концентрации на высотах 20 - 25 км.

На стандартный химический состав атмосферы всегда накладывается некоторое количество примесей естественного происхождения. К числу примесей, выделяемых естественными источниками, относятся:

пыль (вулканического, растительного, космического происхождения; выделяющаяся при выветривании почвы и горных пород; частицы морской соли, попадающие в воздушные массы при волнении морей и океанов). Например, при выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно в атмосферу попадает 3,5 тыс. т ртути;

дым и газы от лесных и степных пожаров, газы вулканического происхождения;

продукты растительного и животного происхождения.

Все эти источники имеют стихийный кратковременный характер и пространственно распределены локально.

Уровень загрязнения атмосферы естественными примесями является для нее фоновым («химический фон») и мало изменяется со временем.

Состояние и состав атмосферы во многом определяют интенсивность солнечной радиации на поверхности Земли. Экранирующая роль атмосферы в процессе передачи тепловой энергии от Солнца к Земле и от Земли в Космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая составляет около +15°С.

Основная доля солнечной радиации передается поверхности Земли как видимое излучение и отражается от земной поверхности в виде инфракрасного (теплового) излучения. Поэтому доля отраженной лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от ее газового состава и содержания в ней пыли. Чем больше концентрация примесных газов и пыли, тем меньше отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство и тем больше тепловой энергии остается в атмосфере (парниковый эффект).

Как показывают расчеты и измерения, рост концентрации углекислого газа в атмосфере Земли приводит к небольшому росту температуры у ее поверхности: на +0,05, +0,17 и +0,46 °С соответ-

ственно в 1978, 2000 и 2025 гг., что существенно влияет на изменение климата.

Основные загрязнители атмосферы - автотранспорт, предприятия металлургии, теплоэнергетики, химической промышленности, производства стройматериалов, на долю которых приходятся соответственно 30, 26, 25, 8 и 6% выбросов.

Так, только при сжигании углеводородных топлив в атмосферу планеты ежегодно выбрасываются около 400 млн т сернистого газа и оксидов азота (или по 70 кг на каждого жителя Земли). При этом следует учесть, что потребности человечества в энергоносителях растут со скоростью 3 - 4% в год, т.е. удваиваются каждые 20 -30 лет.

Нарастающее химическое загрязнение воздушного бассейна крупных городов может рассматриваться как экологическая ЧС. Так, при среднегодовом пробеге легкового автомобиля около 15 000 км он потребляет около 4350 кг кислорода и выбрасывает в атмосферу 3250 кг углекислого газа, 530 кг монооксида углерода и около 1 кг свинца.

Перечислим самые распространенные вещества, загрязняющие атмосферу: диоксид серы (SO 2) - 17,5%, оксиды углерода (СО, СО 2) - 15 %, оксиды азота (NO, NO 2) - 14,5 %, твердые примеси (пыль, сажа) - 14,5 %.

Установлено, что в атмосферу ежегодно выбрасывается пыли, млн т: при сжигании каменного угля - 93,6, при производстве цемента - 53,4, металлургическими предприятиями - 26,7.

Большая часть примесей атмосферного воздуха в городах проникает в жилые и прочие помещения. В летнее время (при открытых окнах) состав воздуха в помещении соответствует атмосферному на 90 %, в зимнее - на 50 %.

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны - газы или летучие жидкости, содержащие фтор и хлор. Продолжительность их «жизни» в атмосфере составляет около 100 лет, вследствие чего происходит накопление примесей в озоновом слое. Источники поступления фреонов: холодильные установки при нарушении герметичности теплового контура, бытовые баллончики для распыления разных веществ и т.д.

В результате техногенного воздействия на атмосферу возможны:

превышение допустимых концентраций вредных примесей в городах и населенных пунктах;

образование смога и кислотных дождей;

появление парникового эффекта, способствующего повышению средней температуры поверхности Земли.

Гидросфера. Земля почти на три четверти покрыта водой. В зависимости от концентрации солей естественные воды подразделяются на пресные (концентрация солей не более 1 г/л) и морс-

кие. На долю пресной воды приходится около 3 % общей массы воды, причем 2 % заключены в малодоступных льдах.

Наиболее удобны для использования речные и озерные воды. Как правило, они бывают минерализованы в той или иной степени в основном за счет растворимых в них солей кальция, магния и др.

Морская вода по химическому составу одинакова в пределах Мирового океана. Средняя концентрация соли в ней составляет

3.5 %, и в отличие от пресной воды соли представлены в основном хлоридами.

Характерная особенность техногенного загрязнения окружающей природной среды - поступление в нее из техносферы несвойственных ей газообразных, аэрозольных, твердых и жидких загрязнителей.

Основные загрязнители гидросферы: бытовые и промышленные стоки коммунально-бытовых объектов, объектов пищевой, медицинской, целлюлозно-бумажной промышленности; сельское хозяйство (около Уз вносимых в почву удобрений вымывается в реки и озера); морской транспорт (прежде всего, нефть из танкеров - около 0,1 % годовых перевозок нефти попадает в море).

Ежегодно из мирового стока в гидросферу поступает 26,5 млн т нефтепродуктов (что составляет примерно 1 % их производства), 0,46 млн т фенолов, 5,5 млн т отходов производства синтетических волокон, 0,17 млн т растительных органических остатков.

Воздействие техносферы на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

Снижаются запасы питьевой воды с допустимым содержанием примесей;

изменяется состояние и развитие флоры и фауны океанов, морей, рек и озер;

нарушается естественный круговорот многих веществ в биосфере.

Загрязнение земель обусловлено, прежде всего, сельскохозяйственным производством (удобрения и пестициды). Оно может привести:

к сокращению пахотных земель и уменьшению их плодородия;

насыщению растений вредными веществами, что неизбежно влечет загрязнение продуктов питания (в настоящее время до 70 % вредного воздействия на человека приходится на пищевые продукты);

нарушению равновесия экосистем вследствие гибели насекомых, птиц, животных, некоторых видов растений.

В конкретной местности загрязнение атмосферы, а вслед за ним воды и почвы, формируется за счет следующих трех составляющих:

глобальной, обусловленной наличием на Земле многочисленных источников промышленного загрязнения и их трансграничным переносом на большие расстояния;

региональной, связанной с выбросами в данном промышленном регионе;

локальной (местной), обусловленной выбросами конкретного объекта в данной местности.

При дальнем переносе скорость распространения воздушных масс обычно составляет сотни километров в сутки. Поэтому на большие расстояния могут распространяться только те химические вещества, у которых время жизни в атмосфере превышает 12 ч. Для заметного накопления вредных веществ (поступающих из атмосферы) в почве и воде время их жизни в этих средах должно быть не менее года. К долгоживущим примесям относятся СО 2 , фреоны и ряд других. Время жизни порядка десяти суток и менее имеют оксиды серы и азота.

Для обеспечения требований экологической безопасности содержание всей номенклатуры химических веществ, поступающих в окружающую среду, строго регламентируется. Для этих целей используют два основных количественных показателя:

предельно допустимую концентрацию (ПДК);

предельно допустимый выброс (ПДВ).

Предельно допустимая концентрация - максимальная концентрация (масса примеси (г) в единице объема (л) воздуха, воды или массы (кг) почвы), которая не оказывает прямого или косвенного вредного действия на человека, его потомство и санитарные условия жизни. В настоящее время установлены ПДК в расчете на среднего человека для воздушной среды предприятий, атмосферы городов и других населенных пунктов, для воды открытых водоемов. Установлены ПДК в почвах по содержанию пестицидов, тяжелых металлов, органических соединений. Среднесуточная ПДК усредняется за длительный промежуток времени, вплоть до года. Указанные ПДК рассчитываются с учетом глобальной и региональной составляющих техногенного химического фона.

В зависимости от норм ПДК водоисточники подразделяются на две категории: источники хозяйственно-питьевого назначения, в том числе для водоснабжения предприятий пищевой промышленности, и водоемы в черте населенных пунктов, а также для купания, спорта, отдыха.

Гигиенические требования к хозяйственно-питьевым, рыбо-хозяйственным водоисточникам, а также требования к питьевой воде регламентируются соответствующими стандартами и санитарными нормами.

В целях практического контроля поступления вредных веществ в окружающую природную среду от источника выбросов для него на основе установленных ПДК рассчитывают ПДВ вредных веществ. ПДВ устанавливается для каждого стационарного и подвижного источника соответствующими нормативными документами (например, «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий» СН-245-71).

Что еще почитать

Что такое эпигаллокатехин галлат Противораковые свойства соединения Исследования свидетельствуют о том, что зеленый чай обладает способностью защищать...

Марганец: основные характеристики, производство и применение вещества Марганец - химический элемент: переходный металл : Городской голова Жадько Елена Анатольевна Основан Первое упоминание Прежние названия Городище,...

Open Library - открытая библиотека учебной информации Значительную ценность для организма представляют жироподобные вещества (липоиды) . К ним относятся биологически...