Загрязнение литосферы. Последствия. Ее защита
Загрязнение
литосферы. Последствия. Ее защита.
1.Введение.
Период, начиная с 1950 г. до настоящего
времени, называют периодом научно-технической революции. К концу ХХ века
произошли огромные изменения и в технологии, появились новые средства связи и
информационные технологии, что резко изменило возможности обмена информацией и
сблизило самые отдаленные точки планеты. Мир буквально на наших глазах
стремительно изменяется, и человечество в своих действиях не всегда поспевает
за этими изменениями.
Экологические
проблемы возникли не сами по себе. Это результат естественного развития
цивилизации, в которой сформулированные ранее правила поведения людей в их
взаимоотношениях с окружающей природой и внутри человеческого общества,
поддерживавшие устойчивое существование, пришли в противоречие с новыми
условиями, созданными научно-техническим прогрессом. В новых условиях
необходимо формирование и новых правил поведения, и новой морали с учетом всех
естественнонаучных знаний. Наибольшая трудность, которая определяет многое в
решении экологических проблем - все же недостаточная озабоченность
человеческого общества в целом и многих его лидеров проблемами сохранения
окружающей среды.
2.Литосфера, ее строение
Человек
существует в определенном пространстве, и основной составляющей этого
пространства служит земная поверхность - поверхность литосферы.
Литосферой
называют твердую оболочку Земли, состоящую из земной коры и слоя верхней
мантии, подстилающего земную кору. Расстояние нижней границы земной коры от
поверхности Земли изменяется в пределах 5-70 км, а мантия Земли достигает
глубины 2900 км. После нее на расстоянии 6371 км от поверхности находится ядро.
Суша
занимает 29,2%поверхности земного шара. Верхние слои литосферы называется
почвой. Почвенный покров является важнейшим природным образованием и
компонентом биосфера Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие
процессы, происходящие в биосфере.
Почва
представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97%
продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов
мира составляет 129 млн.кв.км, или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние
насаждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают около 10% суши, луга
и пастбища – 25% суши. Плодородием почвы и климатическими условиями
определяются возможность существования и развития экологических систем на
Земле. К сожалению, из-за неправильной эксплуатации ежегодно теряется некоторая
часть плодородных земель. Так, за последнее столетие в результате ускорения
эрозии потеряно 2 млрд. гектаров плодородных земель, что составляет 27% от
общей площади земель, используемых для сельского хозяйства.
3.Источники загрязнение почвы.
Литосфера
загрязняется жидкими и твердыми загрязняющими веществами и отходами.
Установлено, что ежегодно на одного жителя Земли образуется одна тонна отходов,
в том числе более 50 кг полимерных, трудноразлагаемых.
Источники
загрязнение почвы могут быть классифицированы следующим образом.
Жилые
дома и коммунально-бытовые предприятия. В составе загрязняющих веществ этой
категории источников преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, строительный
мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего
обихода и т.п. Все это собирается и вывозится на свалки. Для крупных городов
сбор и уничтожение бытового мусора на свалках превратили в трудноразрешимую
проблему. Простое сжигание мусора на городских свалках сопровождается
выделением ядовитых веществ. При сжигании таких предметов, например, хлорсодержащих
полимеров, образуются сильно токсичные вещества - диоксиды. Несмотря на это, в
последние годы разрабатываются способы уничтожения бытового мусора сжигания.
Перспективным способом считается сжигание такого мусора над горячими расплавами
металлов.
Промышленные
предприятия.
В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют вещества,
способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и растения.
Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли
цветных тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выбрасывает в
окружающую природную среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия; при
производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы, содержащие
фенол, бензол, стирол; при производстве синтетических каучуков в почву попадают
отходы катализаторов, некондиционные полимерные сгустки; при производстве
резиновых изделий в окружающую среду поступают пылевидные ингредиенты, сажа,
которые оседают на почву и растения, отходы резинотекстильных и резиновых
деталей, а при эксплуатации шин – изношенные и вышедшие из строя покрышки,
автокамеры и ободные ленты. Хранение и утилизация изношенных шин в настоящее
время являются еще нерешенными проблемами, так как при этом часто происходит
сильные пожары, которые очень трудно тушить. Степень утилизации изношенных шин
не превышает 30% от общего их объема.
Транспорт. При работе
двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец,
углеводороды, оксид углерода, сажа и другие вещества, оседающие на поверхность
земли или поглощаемые растениями. В последнем случае эти вещества также
попадают в почву и вовлекаются в круговорот, связанный с пищевыми цепями.
Сельское
хозяйство.
Загрязнение почвы в сельском хозяйстве происходит вследствие внесения огромных
количеств минеральных удобрений и ядохимикатов. Известно, что в составе
некоторых ядохимикатов содержится ртуть.
Рассмотрим более
подробно загрязнение почвы тяжелыми металлами и ядохимикатами.
Загрязнение
почвы тяжелыми металлами. Тяжелыми металлами называют цветные
металлы, плотность которых больше плотности железа. К ним относятся свинец,
медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть.
Особенностью
тяжелых металлов является то, что в небольших количествах почти все они
необходимы для растений и живых организмов. В организме человека тяжелые
металлы участвуют в жизненно важных биохимических процессах. Однако превышение
допустимого их количества приводит к серьезным заболеваниям.
Тяжелые
металлы накапливаются в почве и способствуют постепенному изменению ее
химического состава, нарушению жизнедеятельности растений и живых организмов.
Из почвы тяжелые металлы могут попасть в организм животных и людей и вызывать
нежелательные последствия.
Установлено,
что ртуть в почву поступает с некоторыми пестицидами, бытовыми отходами и
вышедшими из строя измерительными приборами. Например, одна люминесцентная
лампа содержит 80 мг ртути. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют
4-5 тыс. т/год. Предельно допустимая концентрация ртути в почве составляет 2,1
мг/кг. При постоянном поступлении ртути в организм в малых количествах
происходит поражение нервной системы, приводящей к легкой возбудимости и
ослаблению памяти.
Весьма
токсичным для живых организмов является свинец. Из каждой тонны добываемого
свинца до 25 кг его поступает в окружающую среду. Огромное количество свинца
выделяется в атмосферу вместе с выхлопными газами автомобилей при сжигании
этилированного бензина, так как 1 л бензина содержит до 0,5 г тетраэтилсвинца.
Загрязнение почвы и растений свинцом вдоль автомобильных дорог распространяется
на расстояние до 200 метров. Предельно допустимая концентрация свинца в почве
=32 мг/кг. Превышение этого показателя увеличивает вероятность попадания свинца
в организм человека через сельскохозяйственные продукты, что может привести к
поражению центральной нервной системы, печени, почек и мозга. В промышленных
районах содержание свинца в почве в 25-27 раз больше, чем в
сельскохозяйственных.
Загрязнение
почвы медью и цинком ежегодно составляет 35 и 27 кг/км соответственно.
Повышение концентраций этих металлов в почве приводит к замедлению роста
растений и снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Большую
опасность для человека представляет накопление в почве кадмия. В природе кадмий
находится в почве и в воде, а также в тканях растений. Всемирная организация
здравоохранения рекомендовала ограничение дозы кадмия, поступающего с пищей в
организм человека, до 70 мкг в сутки. Потребляя пищу, содержащую повышенные
дозы кадмия, приводит к деформации скелета, снижению роста и сильным болевым
ощущениям в пояснице.
Загрязнение
почвы пестицидами.
Почва загрязняется также при использовании в сельском хозяйстве пестицидов.
Известно, что нормальный рост растений определяется различными физическими,
химическими и биологическими процессами, которые протекают в почве. При
попадании в почву пестициды могут быть включены в эти процессы с их накоплением
в растениях. Кроме того, они сохраняют устойчивость в почве длительное время,
что также обуславливает их накопление в пищевых цепях.
Пестициды,
или ядохимикаты, по назначению подразделяются на следующие группы:
-инсектициды,
представляющие собой химикаты для борьбы с вредителями сельскохозяйственных
культур (тиофос, метафос, карбофос, хлорофос, карбаматы);
- гербициды, предназначенные
для борьбы с сорными травами (амины, карбаматы, триазины);
- фунгициды, или
химикаты для борьбы с грибковыми болезнями растений (бензимидазолы, морфолины,
дитиокарбаматы, тетраметилтиурамдисульфид);
- регуляторы роста
растений;
- дефолианты, вызывающие
преждевременное старение листьев растений. Они широко применяются при
механизированной сборке хлопка для ускорения опадения листьев у хлопчатника.
Дефолианты
применялись во время войны во Вьетнаме для оголения джунглей. Это позволяло
американской авиации обнаружить военные базы вьетнамских партизан.
Одним
из первых пестицидов был печально известный ДДТ – дифенилдихлортрихлорэтан.
Впервые он был синтезирован немецким химиком П.Мюллером. Этот препарат обладал
высокоэффективными инсектицидными свойствами и поэтому долгое время успешно
применялся против малярийных комаров, клещей, вшей. В 1944-1946 годах с помощью
ДДТ успешно подавляли очаги сыпного тифа в Неаполе и малярии в некоторых
провинциях Италии. В СССР с помощью ДДТ был уничтожен клещ, переносящий таежный
энцефалит. Все это в свое время послужило причиной присуждения П. Мюллеру
Нобелевской премии. Однако много позже обнаружилось, что ДДТ обладая высокой
устойчивостью в природной среде, способен накапливаться в пищевых цепях и
наносить существенный вред животному миру. Попадая в организм человека, ДДТ
аккумулируется в мозге и действует как нервный яд. При этом нормальное
функционирование мозга может быть нарушено.
Применение
ДДТ в настоящее время запрещено, но предполагают, что в биохимическом круговороте
количество ДДТ в настоящее время составляет около 1 млн.т.
Необходимость
применения пестицидов в сельском хозяйстве обусловлена тем, что без них
урожайность сельскохозяйственных культур резко падает и составляет лишь 20-40%
от возможной при их применении. Трудно себе представить уничтожение
колорадского жука на картофельных плантациях без применения пестицидов.
Загрязнение литосферы
при захоронении радиоактивных отходов.
В
процессе ядерной реакции на атомных электростанциях лишь 0,5-1,5% ядерного
топлива превращается в тепловую энергию, а остальная часть(98,5-99,5%)
выгружается из атомных реакторов в виде отходов. Эти отходы представляют собой
радиоактивные продукты расщепления урана - плутоний, цезий, стронций и другие.
Если учитывать, что загрузка ядерного топлива в реакторе составляет 180 т, то
утилизация и захоронение отработанного ядерного представляют собой
труднорешимую проблему.
Ежегодно
в мире при производстве электроэнергии на атомных электростанциях образуется
около 200000 куб.м. радиоактивных отходов с низкой и промежуточной активностью
и 10000 куб.м. высокоактивных отходов и отработанного ядерного топлива.
Радиоактивные отходы
бывают жидкими и твердыми. В зависимости от агрегатного состояния изменяются
условия их захоронения.
Высокоактивные жидкие радиоактивные отходы,
способные к взрыву, в виде азотнокислых водных растворов хранят в аппаратах
объемом до нескольких кубометров с двойными стенками из нержавеющей стали и с
мешалкой.
Жидкие
высокоактивные радиоактивные отходы, не способные к взрыву хранятся в
могильниках, которые состоят из шахт и помещений для хранения.
В
настоящее время одним из безопасных способов устранения опасности
радиоактивного излучения твердых ядерных отходов является их захоронение.
Твердые радиоактивные отходы хоронят в специальных контейнерах в подземных
штольнях, тоннелях. К ним предъявляются особые требования при транспортировке к
месту захоронения.
Проблема
транспортировки радиоактивных отходов особенно актуальна для России. Дело в
том, что построенные еще при СССР нашими специалистами и по нашей технологии
атомные электростанции в других странах на нашем ядерном топливе, и мы должны
увозить отработанные отходы. Получается весьма удручающая для России картина:
электроэнергия остается для нужд страны-потребителя, а радиоактивные отходы
возвращаются к нам. Такое сотрудничество с другими странами ведет в перспективе
к весьма неприятным последствиям. Ведь захоронение радиоактивных отходов – это,
прежде всего временное их удаление, а что с ними произойдет через 50,100 лет?
Таким
образом, мы оставляем будущему поколению тяжелое наследие.
4.Контроль загрязнения почвы.
Установление
предельно допустимых концентраций вредных веществ в почве в настоящее время
находится еще в самом начале разработке. ПДК установлены примерно для 50
вредных веществ, преимущественно ядохимикатов, применяемых для защиты растений
от вредителей и болезней. Однако почва не принадлежит к тем средам, которые
непосредственно воздействуют на здоровье человека, тогда как воздух и вода
вместе с загрязнителями потребляются живыми организмами.
Неблагоприятное
влияние загрязнителей почвы проявляется через трофическую цепь. Поэтому на
практике для оценки степени загрязнения почвы используются два показателя:
- предельно
допустимую концентрацию в почве (ПДК), мг/кг;
- допустимые
остаточные количества (ДОК), мг/кг массы растительности. Так, для хлорофоса ПДК
равна 1,0 мг/кг, ДОК=2,0 мг/кг. Для свинца ПДК=32 мг/кг, ДОК в мясопродуктах
составляет 0,5 мг/кг.
Санитарный
контроль загрязнения почвы в условиях городов осуществляется санэпединслужбой.
Под ее контролем находятся также транспортировка отходов, согласование мест
складирования, захоронения и переработки.
Санитарно-химические показатели загрязнения почвы.
|
|
|
|
|
Загрязняющее
вещество
|
Число проб почвы с превышением ПДК,
%
|
|
|
на всей
обследованной территории
|
в
селитебной (зеленой) зоне
|
|
|
|
Пестициды
|
1,23 / 2,1
|
0,76 / 0,7
|
|
Ртуть
|
2,01 / 10,9
|
2,7 / 2,78
|
|
Свинец
|
8,02 / 7,3
|
8,4 / 9,07
|
|
Кадмий
|
3,14 / 14,13
|
3,6 / 5,55
|
5.Разработка пестицидов безопасных для
пищевой цепи.
Основная
опасность пестицидов как загрязнителей почвы обусловлена их высокой
стабильностью в окружающей среде, что способствует их накоплению в пищевых
цепях.
Например,
гербицид глифосат в почве полностью разлагается с образованием фосфорной
кислоты, углекислого газа и воды. Некоторые пестициды выпускаются в виде
индивидуальных оптических изомеров, что позволяет повысить их эффективность в
два раза.
Разработка
одного высокоэффективного и экологически безопасного пестицида обходится в 150
млн. долларов. Так как для этого синтезируют сотни тысяч препаратов, а среди
них выбирают лишь один наиболее приемлемый. В то же время такие затраты на
разработку новых пестицидов окупается высокими урожаями сельскохозяйственных
культур, уменьшением загрязнения почвы, сохранением здоровья населения страны и
увеличением средней продолжительности жизни людей.
Основными
потребителя экологически безопасных пестицидов являются Япония, США, Франция,
Германия. Несмотря на широкое применение пестицидов, в Японии имеет место самая
высокая продолжительность жизни населения на земном шаре – 75 лет для мужчин и
80 лет для женщин. Это объясняется тем, что применение в Японии пестициды не
накапливаются в почве, а после эффективного использования по функциональному
назначению разлагаются на безвредные вещества.
В
США посевные площади в 1,5 раза меньше, чем в странах СНГ, а применение
пестицидов составляет 23% от мирового потребления. При этом более 80% продуктов
питания не содержит пестицидов, тогда как 98% посевов риса, 97% посевов
кукурузы и 93% посевов зерновых обрабатываются гербицидами
В
отличие от высокоразвитых стран мира. В Российской Федерации применение
пестицидов составляет примерно 4% от мирового потребления. Несмотря на слабое
применение пестицидов, средняя продолжительность жизни постепенно сокращается,
и по последним данным этот показатель для мужчин составляет всего 58 лет.
6.Способы обезвреживания жидких
радиоактивных отходов.
Жидкие
высокоактивные радиоактивные отходы хранят в аппаратах объемом до нескольких
кубометров с двойными стенками из нержавеющей стали и с мешалкой. Такие
аппараты устанавливают в бетонных камерах. Для того чтобы не произошло взрыва
выделяющегося при хранении водорода, аппарат непрерывно продувают воздухом,
который, в свою очередь, очищают от радиоактивных аэрозолей в специальных
фильтрах. Содержимое аппаратов постоянно перемешивают для предотвращения образования
взрывоопасных осадков. Кроме того, осаждение радиоактивных солей может резко
повысить температуру в аппарате и вызвать тепловой взрыв с выбросом
радиоактивного раствора. Во избежание этих явлений аппараты снабжены
холодильниками. Срок эксплуатации таких аппаратов составляет 20-30 лет. Затем
жидкие отходы переливают в новые аппараты. Такой процесс может продолжаться
несколько сот лет.
7.Способы обезвреживания, утилизация и
ликвидации твердых бытовых отходов.
Одним из массовых
загрязнений почвы являются твердые бытовые отходы (ТБО). На каждого городского
жителя в течение года образуется около 500 кг твердых бытовых отходов, из них
52 кг – полимерные.
Проблема
обезвреживания, утилизации или ликвидации ТБО является актуальной до настоящего
времени. Многочисленные городские свалки, занимающие десятки и сотни гектаров
земли, являются источниками едкого дыма во время сжигания бытового мусора и
загрязнения подземных вод из-за просачивания вредных веществ в грунтовые воды.
Поэтому в последние годы уделяется большое внимание разработке способов
утилизации или уничтожения твердых бытовых отходов.
Ориентировочный
состав ТБО городов Российской Федерации включают следующие компоненты (% мас.):
пищевые отходы – 33-43; бумага и картон – 20-30; стекло -5-7; текстиль 3-5;
пластмасса – 2-5; кожа и резина – 2-4; черный металл – 2-3,5; дерево – 1,5-3;
камни – 1-3; кости – 0,5-2; цветные металлы – 0,5-0,8; прочие – 1-2.
В настоящее
время известны следующие способы обезвреживания, утилизации и ликвидации ТБО:
- складирование на
полигоне;
- аэробное
биотермическое компостирование;
- сжигание на
специальных мусоросжигательных заводах.
Выбор
способа определяется с учетом экологических, экономических, ландшафтных,
земельных и других факторов.
7.1 Складирование твердых бытовых
отходов.
Основным
способом обезвреживания ТБО как за рубежом, так и в Российской Федерации
является складирование на полигонах. Для создания полигона выделяют земельный
участок площадью 20-40 гектаров с глинистой или тяжелой суглинистой почвой.
Выбор такой почвы обусловлен следующим. Дождевые и талые воды проходят через
слой твердых бытовых отходов толщиной в несколько десятков метров, извлекают из
него растворимые вредные компоненты и образуют сточные воды полигона. Глинистые
и суглинистые почвы препятствуют проникновению таких сточных вод в пласты
подземных вод.
Срок
эксплуатации полигона составляет 15-20 лет. Полигон должен располагаться не
ближе 500 м от жилой постройки и не дальше 500 м от дороги с твердым покрытием.
В Казань
промышленные и бытовые отходы складируются на полигоне, расположенном около
населенного пункта Самосырово. Площадь полигона составляет 21,2 гектара, на нем
ежегодно складируется от 1,5 до 2,0 млн.т. отходов. Из-за большого потока
твердых отходов свалка растет вверх, что затрудняет работу по обслуживанию
полигона и соблюдению санитарных норм складирования ТБО.
7.2Аэробное биотермическое
компостирование твердых бытовых отходов.
Наиболее
перспективной является утилизация ТБО на заводах, работающих по технологии
аэробного биотермического компостирования. При этом ТБО обезвреживаются и
превращаются в компост, который представляет собой органическое удобрение,
содержащее азот, фосфор, калий и микроэлементы. В результате превращения в
компост составные элементы ТБО вовлекаются в естественный круговорот веществ в
биосфере.
В России по
биотермическому компостированию ТБО действуют в Нижнем Новгороде и Санкт –
Петербурге. Производительность такого завода достигает 1 млн. куб.м. ТБО в год.
Принципиальная схема
биотермического компостирования ТБО:
2
1-бункер для приема отходов; 2-транспортер;
3-барабан биотермического разложения; 4-грохот; 5-дробилка; 6-сепаратор; 7-
сита; 8-площадь дозревания.
В
процессе аэробной биотермической переработки ТБО выход компоста составляет
60-68% от исходной массы в приемном бункере. Готовый компост представляет собой
рыхлую массу с запахом почвы. В нем содержится до 1% азота, 0,6% фосфора, 0,3%
калия, 2,5% кальция и 60% органического вещества. Такой компост по
эффективности равноценен навозу животноводческих ферм.
В Республике
Татарстан первый мусороперерабатывающий завод мощностью 40 тыс. т будет
построен в ближайшие годы на северной окраине города Зеленодольска.
7.3Сжигание твердых бытовых отходов на
мусоросжигательных заводах.
Среди
способов обезвреживания твердых бытовых отходов большое внимание уделяется их
ликвидации путем сжигания в специальных печах. В то же время обычные процессы
сжигания твердых бытовых отходов сопровождается образованием сильно токсичных
газообразованых веществ, в том числе и диоксинов.
Весьма
перспективным считается сжигание ТБО в расплавах металлов или в расплавленном
шлаке. Преимущество этого способа заключается в том, что из-за высокой
температуры таких расплавов разложение твердых бытовых отходов происходит очень
быстро и полностью, а минеральные составляющие расплавляются и переходят в
шлак.
Схема обезвреживания
твердых бытовых (ТБО) и промышленных (ПО) отходов в расплаве шлака.
Принципиальная
схема сжигания ТБО и ПО: 1-бункер для ТБО, 2-печь с барботируемой шлаковой
ванной, 3- воздуходувка, 4-рекуперационный теплообменник, 5-котел – утилизатор,
6-установка для очистки дымовых газов.
Производительность такого завода составляет
50 тыс. т/год твердых бытовых и промышленных отходов.
9. Самоочищение почвы.
Почва относится к
трехфазным системам, однако физико-химические процессы, протекающие в почве,
чрезвычайно замедлены, и растворенные в почве воздух и вода не оказывают
существенного ускоряющего воздействия на протекание этих процессов. Поэтому
самоочищение почвы, по сравнению с самоочищением атмосферы и гидросферы,
происходит очень медленно. По интенсивности самоочищения эти компоненты
биосферы располагаются в следующей последовательности:
Атмосфера –
гидросфера – литосфера.
В результате
вредные вещества в почве постепенно накапливаются, со временем становятся
угрозой для человека.
Самоочищение
почвы в основном может произойти только при загрязнении органическими отходами,
которые подвергаются биохимическому окислению микроорганизмами. В то же время
тяжелые металлы и их соли постепенно накапливаются в почве и могут лишь
опустить в более глубокие слои. Однако при глубокой вспашке почвы они снова
могут оказаться на поверхности и попасть в трофическую цепь.
Таким
образом, интенсивное развитие промышленного производства приводит к росту
промышленных отходов, которые в совокупности с бытовыми отходами существенно
влияют на химический состав почвы, вызывая ухудшение ее качества.
Бережное и
грамотное обращение с землей на сегодняшний день стало самой актуальной
проблемой.
Список используемой литературы:
1.
«Безопасность жизнедеятельности» учебник под ред. Э.А. Арустамов Изд-во «Дашков
и К» 2001г.
2.
В.С Гриценко «Безопасность жизнедеятельности» учебное пособие 2005г.
3.
«Глобальные проблемы современности» сб. трудов ВНИНСИ -№ 5 , 1998г.
4.
Федеральный экологический фонд Российской Федерации, Лосев К.С.,
Горшков В.Г., Кондратьев К.Я., и др. Проблемы экологии
России, 1997г.