Екологічний менеджмент - Семенов В.Ф. - 1.5. Глобальні наслідки забруднення довкілля

Проблема забруднення природного середовища стає гострою як через зростання обсягів промислового і сільськогосподарського виробництва, так і в зв’язку з якісними змінами виробництва під впливом науково-технічного прогресу. Слід зазначити, що тільки 1-2% використовуваного природного ресурсу залишається в кінцевому продукті, а більшість йде у відходи, що не засвоюються природою. Відходи виробничої діяльності усе більше забруднюють літосферу, гідросферу й атмосферу Землі. Адаптаційні механізми біосфери не можуть справитися з нейтралізацією значної кількості шкідливих речовин, і природні екосистеми починають руйнуватися.

Двоокис вуглецю (вуглекислий газ) - один з компонентів газового складу атмосфери, що відіграє важливу роль не тільки в життєдіяльності людини, рослин і тварин, але й у виконанні атмосферою функції запобігання перегріву чи переохолодження поверхні Землі. Господарська діяльність порушила природний баланс виділення й асиміляції СО, у природі, в результаті чого його концентрація в атмосфері збільшується. З 1959 по 2000 рік кількість вуглекислого газу збільшилася на 10%. Деякі важливі елементи кругообігу С02 ще не до кінця вивчені. Не встановлені взаємозалежності між концентрацією його в атмосфері і здатністю затримувати зайве тепло, яке надходить від Сонця. Проте зростання концентрації С02 свідчить про глибоке порушення глобальної рівноваги в біосфері, що в сполученні з іншими порушеннями може мати дуже серйозні наслідки.

Забруднення, що надходять у Світовий океан, порушили в першу чергу природну рівновагу морського середовища в прибережній зоні континентального шельфу, де зосереджено 99% усіх морських біологічних ресурсів, що добуваються людиною. Антропогенні забруднення цієї зони послужили причиною того, що її біологічна продуктивність знизилася на 20%, а світовий рибний промисел не дорахувався 15-20 мільйонів тонн улову. За даними ООН, щорічно у Світовий океан потрапляє 50 тис. т пестицидів, 5000 тонн ртуті, 10 млн т нафти і безліч інших забруднювачів.

Кількість речовин, які щорічно потрапляють з антропогенних джерел зі стоком річок у води морів і океанів - заліза, марганцю, міді, цинку, свинцю, олова, миш’яку, нафти перевищує обсяг цих речовин, що надходять у результаті геологічних процесів. Дно Світового океану, у тому числі і глибоководні западини, усе ширше використовуються для захоронения особливо небезпечних токсичних речовин (включаючи »морально застарілі» бойові отруйні речовини), а також радіоактивних матеріалів. Так, з 1946 по 1970 рік США поховали на Атлантичному узбережжі країни близько 90 000 контейнерів з відходами загальною радіоактивністю приблизно 100 000 кюрі, а європейські країни скинули в океан відходів загальною радіоактивністю 500 000 кюрі. У результаті розгерметизації контейнерів спостерігаються випадки небезпечного зараження вод і природного середовища в місцях цих поховань.

У морі нафтове забруднення має різні форми. Воно може тонкою плівкою покривати поверхню води, а під час розливів шар нафтової плівки спочатку може складати кілька сантиметрів. З часом утвориться емульсія нафти в воді чи води в нафті. Пізніше виникають грудочки важкої фракції нафти, нафтові агрегати, що здатні довго плавати на поверхні моря. До грудочок мазуту, що плавають, прикріплюються різні дрібні тварини, якими охоче харчуються риби і вусаті кити. Разом з ними вони заковтують і нафту. Одні риби від цього гинуть, інші наскрізь просочуються нафтою і стають не придатними для вживання в їжу через неприємний запах і смак.

Усі компоненти нафти - токсини для морських організмів. Нафта впливає на структуру співтовариства морських тварин. При нафтовому забрудненні змінюється співвідношення видів і зменшується їхня різноманітність. Так, рясно розвиваються мікроорганізми, що харчуються нафтовими вуглеводнями, а біомаса цих мікроорганізмів отрутна для багатьох морських мешканців. Доведено, що дуже небезпечний тривалий хронічний вплив навіть невеликих концентрацій нафти. При цьому поступово падає первинна біологічна продуктивність моря. У нафти є ще одна неприємна побічна властивість. її вуглеводні здатні розчиняти в собі ряд інших забруднюючих речовин, таких, як пестициди, важкі метали, що разом з нафтою концентруються в приповерхньому шарі і ще більше отруюють його. Ароматична фракція нафти містить речовини мутагенної і канцерогенної природи.

Найбільша кількість нафти зосереджена в тонкому приповерхневому шарі морської води. В ньому зосереджена безліч організмів, цей шар відіграє роль »дитячого садка» для багатьох популяцій. Поверхневі нафтові плівки порушують газообмін між атмосферою і океаном. Змінюються процеси розчинення і виділення кисню, вуглекислого газу, теплообміну, знижується відбивна здатність (альбедо) морської води.

Хлоровані вуглеводні, які широко застосовуються для боротьби зі шкідниками сільського і лісового господарства, з переносниками інфекційних хвороб, уже багато десятиліть разом зі стоком річок і через атмосферу надходять у Світовий океан. ДДТ і його похідні зустрічаються всюди у Світовому океані, включаючи Арктику й Антарктику.

Вони легко розчиняються в жирах і тому накопичуються в органах риб, ссавців, морських птахів. Як ксенобіотики, тобто речовини цілком штучного походження, вони не мають серед мікроорганізмів своїх »споживачів» і тому майже не розкладаються в природних умовах, а тільки накопичуються у Світовому океані. Разом з тим вони гостро токсичні, впливають на кровотворну систему, придушують ферментативну активність, сильно впливають на спадковість.

Разом з річковим стоком в океан надходять і важкі метали, багато з яких мають токсичні властивості. Загальний обсяг річкового стоку складає 46 тис. м3 води на рік. Разом з ним у Світовий океан надходить до 2 млн т свинцю, до 20 тис. т кадмію, до 10 тис. т ртуті. Найбільш високі рівні забруднення мають прибережні води і внутрішні моря. Чималу роль у забрудненні Світового океану відіграє й атмосфера. Так, наприклад, до 30% усієї ртуті і 50% свинцю, що надходять в океан, щорічно переноситься через атмосферу.

За своєю токсичністю дії в морському середовищі особливу небезпеку становить ртуть. Під впливом мікробіологічних процесів токсична неорганічна ртуть перетворюється на набагато більш токсичні органічні форми ртуті. Накопичені завдяки біоакумуляції в рибі чи молюсках сполуки метилованої ртуті являють пряму загрозу життю і здоров’ю людей.

Ртуть, кадмій, свинець, мідь, цинк, хром, миш’як і інші важкі метали не тільки накопичуються в морських організмах, отруюючи тим самим морські продукти харчування, але і найнегативнішим чином впливають на мешканців моря. Коефіцієнти накопичення токсичних металів, тобто концентрація їх на одиницю ваги в морських організмах стосовно морської води, змінюються в широких межах - від сотень до сотень тисяч, в залежності від природи металів і видів організмі)). Ці коефіцієнти показують, як накопичуються шкідливі речовини в рибі, молюсках, ракоподібних і інших організмах.

Початок космічної ери породив проблему збереження цілісності ще однієї земної оболонки - космосфери (навколоземного космічного простору). Проникнення людини в космос не просто героїчна епопея, це ще і цілеспрямована довгострокова політика оволодіння новими ресурсами природи і природного середовища.

Космічна оболонка Землі виконує ряд важливих для життя планети і для життя на планеті функцій, пов’язаних з підтримкою її радіаційного - теплового балансу, протіканням деяких геофізичних процесів. Тому збереження природних рівноваг і споконвічних властивостей космосфери Землі в процесі проникнення в неї людини - велике, життєво важливе загально планетарне завдання.

Космічна діяльність охоплює широке коло прикладних напрямків: дослідження природних ресурсів Землі, контроль за станом навколишнього середовища, зв’язок, навігацію, метеорологію, геодезію, картографію, телемовлення, порятунок суден і літаків, що терплять лихо; технологічні, біологічні й інші наукові експерименти, що готують ґрунт для ще більш інтенсивного, зокрема індустріального використання космосу.

Космос усе більше стає ареною для різноманітного і плідного мирного співробітництва. Зараз у космосі ведуться інтенсивні дослідження й експерименти цивільного призначення. Усе це припускає запуск великої кількості космічних об’єктів. На початку 80-х років у космос виводилося більш ніж 100 об’єктів на рік. В даний час на орбіті Землі знаходиться близько 10-15 тисяч великих штучних об’єктів і 40 000 дрібних (приблизно 2,5 сантиметра в діаметрі).

Деякі з сучасних і намічуваних на майбутнє видів космічної діяльності повинні стати об’єктом регламентації, щоб виключити забруднення й інші форми порушення природної рівноваги в космічному просторі. В даний час на міжнародних форумах триває обговорення, крім питання про немілітаризацію космосу, таких аспектів регулювання як: скорочення числа супутників, що вичерпали свій резерв (так званих космічних відходів), скидання в космос різного роду небезпечних »земних» відходів, запуск великих ракетних прискорювачів на твердому паливі.

Одна з найгостріших глобальних проблем сучасності - це проблема зростаючої кислотності атмосферних опадів і ґрунтового покриву. Кислотні дощі викликають не тільки підкислення ґрунтових воді верхніх шарів фунтів. Кислотність із опадами поширюється на весь ґрунтовий профіль і викликає значне підкислення ґрунтових вод. Кислотні дощі виникають у результаті господарської діяльності людини, що супроводжується емісією окислів сірки, азоту, вуглецю. Ці окисли, надходячи в атмосферу, переносяться на великі відстані, взаємодіють з водою і перетворюються на розчини суміші сірчистої, сірчаної, азотистої, азотної і вугільної кислот, що випадають у вигляді »кислих дощів» на сушу, взаємодіючи з рослинами, ґрунтами, водами. Головними джерелами накопичення окислів в атмосфері є спалювання сланців, нафти, вугілля, газу в промисловості, сільському господарстві, побуті. Господарська діяльність людини майже вдвічі збільшила надходження в атмосферу окислів сірки, азоту, сірководню й оксиду вуглецю. Природно, що це позначилося на підвищенні кислотності атмосферних опадів, поверхневих і ґрунтових вод.

Аерозольне забруднення атмосфери. Аерозолі - це тверді чи рідкі частки, що знаходяться в зваженому стані е повітрі. Тверді компоненти аерозолей у ряді випадків небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, чи смогу. Середній розмір аерозольних часток складає 1-5 мкм.

Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, що споживають вугілля високої зольності збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові сажеві заводи. Аерозольні частки від цих джерел відрізняються великим розмаїттям хімічного складу. Найчастіше в їхньому складі виявляються сполуки кремнію, кальцію і вуглецю, рідше оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш’яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбесту. Ще більша розмаїтість властива органічному пилу, що включає аліфатичні й ароматичні вуглеводні, солі кислот. Бона утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, у процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних і інших подібних підприємствах. Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи з розкривних порід, утворені під час видобутку корисних копалин чи ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Джерелом пилу й отрутних газів слугують масові підривні роботи. Так, у результаті одного середнього по масі вибуху (250 - 300 тонн вибухових речовин) в атмосферу викидається близько 2 тис. м³, умовного оксиду вуглецю і більш як 150 тонн пилу. Виробництво цементу й інших будівельних матеріалів також є джерелом забруднення атмосфери пилом.

Порушення озонового шару. Озон - одна з форм існування хімічного елемента кисню в земній атмосфері - його молекула складається з трьох атомів кисню 03, для утворення озону необхідно попереднє утворення вільних атомів кисню.

Зі збільшенням кількості атомарного кисню зростає і вміст озону в атмосфері. Однак з висотою збільшується й ультрафіолетова радіація, що руйнує озон швидше, ніж йде його утворення, тому концентрація озону в атмосфері починає зменшуватися. Виміри показують, що озон в атмосфері має шарувату структуру і його основна маса зосереджена в шарі на висоті 20 - 25 км, а починаючи з висоти 55 км, його концентрація активно зменшується, отже, озон присутній у тропосфері, стратосфері, мезосфері.

»Озонова дірка» - це явище зменшення загальної кількості озону. Відмічено систематичне зменшення концентрації О₃ навесні приблизно в 1,5 - 2 рази. Хлор- і фторвуглероди (ФХВ) вже більш ніж 60 років використовуються як холодоагенти в холодильниках і кондиціонерах, пропеленти для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти у вогнегасниках, очисники для електронних приладів, у хімічному чищенні одягу, при виробництві пенопластів. Інертність цих сполук робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФВ не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, що простирається від поверхні Землі до висоти 10 км), як це відбувається, наприклад, із більшістю окислів азоту, і зрештою проникають у стратосферу, верхня межа якої розташовується на висоті близько 50 км. Коли молекули ХФВ піднімаються до висоти 25 км, де концентрація озону максимальна, вони піддаються інтенсивному впливу ультрафіолетового випромінювання, що не проникає на менші висоти через дію озону, який екранує. Ультрафіолет руйнує стійкі в звичайних умовах молекули ХФВ, що розпадаються на компоненти, які мають високу реакційну здатність, зокрема атомний хлор. Таким чином, ХФВ переносить хлор з поверхні Землі через тропосферу і нижні шари атмосфери, де менш інертні сполуки хлору руйнуються, у стратосферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор при руйнуванні озону діє подібно каталізатору: у ході хімічного процесу його кількість не зменшується. Внаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 10 000 молекул озону, перш ніж буде дезактивований чи повернеться в тропосферу. Зараз викиди ХФВ в атмосферу обчислюються мільйонами тонн, а дія тих, що вже потрапили в атмосферу, буде продовжуватися кілька десятиліть.

Багато країн почали вживати заходи, спрямовані на скорочення виробництва і використання ХФВ. З 1978 р. у США було заборонено використання ХФВ в аерозолях. На жаль, використання ХФВ в інших галузях обмежено не було. У вересні 1987 р. 23 провідні країни світу підписали в Монреалі конвенцію, що зобов’язує їх знизити споживання ХФВ. Для використання в якості пронелента в аерозолях уже знайдений замінник - пропан - бутанова суміш. За фізичними параметрами вона практично не поступається фреонам, але, на відміну від них, вогненебезпечна. Складніші справи з холодильним обладнанням - другим за розміром споживачем фреонів. Справа в тім, що через полярність молекули ХФВ мають високу теплоту випару, що дуже важливо для робочого тіла в холодильниках і кондиціонерах. Кращим, відомим на сьогодні замінником фреонів, є аміак, але він токсичний і все-таки поступається ХФВ за фізичними параметрами.

Використання фреонів продовжується, і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФВ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторингу змін клімату, у фонових умовах - на берегах Тихого й Атлантичного океанів і на островах, далеко від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонів у даний час зростає зі швидкістю 5 - 9% на рік. Вміст у стратосфері фотохімічно активних сполук хлору в даний час у 2-3 рази вищий в порівнянні з рівнем 50-х років, до початку прискореного виробництва фреонів.

Найбільша озонова дірка виявлена над Антарктидою і багато в чому є наслідком метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолету, а під час Полярної ночі він не продукується. Взимку над Антарктикою утворюється стійкий вихор, що перешкоджає припливу багатого озоном повітря із середніх широт. Тому до весни навіть невелика кількість активного хлору здатна завдати серйозної шкоди озоновому шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому в північній півкулі падіння концентрації озону значно менше. Багато дослідників вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, ніж над Арктикою, утворюються взимку, коли при відсутності сонячного світла й в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди, температура в стратосфері падає нижче -80°

Могутнім джерелом знищення озону є азотні добрива. Потрапляючи в ґрунт, такі добрива розпорошуються, при цьому деяка кількість молекул потрапляє в приземне повітря. Далі відбувається цілий ланцюжок процесів: турбулентність у приземному шарі повітря, перенос збагаченого азотними окислами газу в низькі шпроти, зворотній горизонтальний перенос газу в більш високі широти вже в стратосфері.

Окисли азоту надходять в атмосферу також при спалюванні промислового палива. За наявними оцінками, кількість закису азоту, що потрапляє в повітря з димом працюючих на звичайному (не ядерному) пальному електростанцій, сама по собі досить велика і складає 3-4 мегатонни на рік, хоча вона і не настільки небезпечна в порівнянні з азотистими добривами.

У водневому циклі бере участь безліч водородовмісних сполук. Водень надходить в атмосферу у вигляді води.

Людська діяльність також привносить воду у верхні шари атмосфери. При підйомах великих ракет в атмосферу викидається велика кількість молекул Н₂0; відбувається викид води і при польотах стратосферної авіації.

Водень потрапляє в атмосферу й у вигляді метану СНГ Природне джерело метану - вологі ліси, болота і рисові поля, де він утворюється як результат діяльності анаеробних бактерій.

Американські вчені винайшли, що саме хлорний цикл руйнування озону становить найбільшу реальну небезпеку для існування озонового шару.

Розвиток цивілізації призводить до усе більших викидів хлорних сполук в атмосферу, і одну з провідних ролей у цьому процесі відіграють фреони (хлорфторвуглеродовмісні сполуки, такі як CFC1₃ CF₂Cl₂). Зростання виробництва фреонів триває величезними темпами (це виробництво холодильної техніки, аерозолей, пінопласті в і т.д.). їхнє надходження в атмосферу пов’язано з технологічними втратами.

Визначено два шляхи відновлення озонового шару: видалення з атмосфери озоноруйнуючих речовин і продукування озону.

Перший шлях - видалення каталізаторів з атмосфери - поки не має реальних варіантів вирішення. Передбачалося використовувати лазерне опромінення озоновмісних шарів атмосфери з метою дисоціації молекул фреону. Але повільний розпад молекул фреону дотепер рятує нас від прискореного руйнування озонового шару і тільки невелика частина енергії лазера буде працювати па досягнення поставленої мети, основна її частина буде розсіюватися в космосі.

Другий шлях - виморожування озону в холодильних пристроях на Землі - для цього треба було б пропустити через них значну частку атмосфери.

Найбільш реальним є проект, що передбачає створення електричних розрядів у стратосфері за допомогою радіохвиль надвисокої частоти. Розряд створюється за допомогою нерухомих фазованих антенних ґрат, розташованих на землі. Розміри необхідної антени близько сотні метрів, управління фазою окремих елементів дозволяє реалізувати фокусування випромінювання і сканування на визначеній висоті. Енергопостачання можна забезпечити від АЕС потужністю в десятки мвт, причому ККД радіотехнічної частини стосовно первинного джерела може сягати 80%. Механізм утворення озону в процесі розряду - плазмохімічний і тепловий.

При плазмохімічному механізмі молекули кисню руйнуються електронами, що утворюються в електричному розряді.

Тепловий механізм відновлення озону може істотно вплинути на скорочення витрат енергії. Існує припущення про виникнення озонової »дірки» тільки при t - 80°С. Якщо це так і, припускаючи, що така температура існує тільки в окремих місцях »діри», з’являється можливість компенсувати дефіцит озону тільки в цих місцях. Таким чином, теоретична можливість відновлення озонового шару існує.