Загрязнение биосферы, литосферы и почв

1. Основные причины и источники загрязнения почв. Состав загря знителей, наиболее опасных для человека и биосферы в целом. Возможные негативные последствия загрязнения литосферы загрязнение почва биосфера рациональный Почва представляет собой самостоятельное природное тело, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами, и в то же время она — средство производства в сельском и лесном хозяйстве. Факторами почвообразования выступают поверхностные слои литосферы, живые организмы (растения, животные, микроорганизмы), климат, рельеф, хозяйственная деятельность человека. Ее способность обеспечивать растения необходимым количеством питательных элементов, воды и воздуха называют плодородием почвы.

Значительные потери земельного фонда, связанные с возникновением и развитием процессов эрозии, засолением, иссушением, заболачиванием и т. п.

Одной из основных причин ухудшения качества земельных ресурсов является ускоренная эрозия почвы (от латинского erosion — разъедание). Под этим термином понимают разрушение верхних, наиболее плодородных, горизонтов и подстилающей почвообразующей породы поверхностными водами и ветром. Под влиянием хозяйственной деятельности человека возникает ускоренная эрозия, которая часто приводит к полному разрушению почвы.

Водная эрозия представляет собой смыв почвы струйками и ручейками талой или ливневой воды. Неровности микрорельефа способствуют образованию промоин.

Интенсивное перемещение частиц почвы и подстилающих ее пород по земной поверхности, обусловленное ветром, называют ветровой эрозией. Она наблюдается в любое время года и при любой силе ветра, но наиболее интенсивно проявляется весной при сильных ветрах, когда почва взрыхлена и не покрыта растительностью. Ветровая эрозия проявляется в виде пыльных (черных) бурь и местной (повседневной) эрозии.

Земля, прежде всего почвенный покров, подвержена различным внешним воздействиям. Любые действия, приводящие к нарушению физических, физико-химических, химических, биологических и биохимических свойств почвы, вызывают ее загрязнение. Загрязнение земель — это внесение химических загрязнителей в количествах и концентрациях, превышающих способность почвенных экосистем к их разложению, утилизации и включению в общий круговорот веществ и обусловливающее в связи с этим изменение физико-химических, агротехнических и биологических свойств земли, снижающих ее плодородие и ухудшающих качество производимой продукции.

В больших масштабах происходит загрязнение почв:

при открытых разработках полезных ископаемых;

вследствие покрытия ее поверхности выбросами, отвалами, пустой породой;

неорганическими отходами и отбросами промышленности;

веществами, переносимыми воздухом;

радиоактивными веществами;

вследствие сельскохозяйственной деятельности, работы транспорта и коммунально-бытовых предприятий.

Значительную опасность для здоровья человека представляет загрязнение земель тяжелыми металлами — железом, марганцем, цинком, медью, молибденом, известными в сельском хозяйстве под названием микроэлементов, необходимых растениям в малых количествах. Однако если концентрация превышает допустимую норму, они становятся токсичными для человека и животных.

Главными источниками загрязнения и последствия загрязнения литосферы:

1) Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняющих веществ преобладает страницы: бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода; мусор общественный учреждений больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др. Вместе с фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. В фекальных остатках могут содержаться такие представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др. Быстрота гибели в почве разных микроорганизмов неодинакова. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время сохраняться и даже размножаться в почве и грунте. К ним относятся возбудители столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и некоторые другие микробы. Почва является одним из важных факторов передачи яиц гельминтов, определяя тем самым возможность распространения ряда гельминтозов. Некоторые гельминты геогельминты (аскариды, власоглавы, анкилостомиды, сторонгилиды, трихостронгилиды и др.) проходят одну из стадий своего развития в почве и могут длительное время сохранять жизнеспособность в ней.

2) Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных локон образуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.

3) Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конце концов оказывающихся в почве.

4) Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. Пестициды, с одной стороны, спасают урожай, защищают сады, поля, леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность, освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших болезней (малярия, клещевой энцефалит и др.), с другой стороны разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей. Пестициды обладают рядом свойств, усиливающих их отрицательное влияние на окружающую среду. Технология применения определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они передаются по цепям питания, долгое время циркулируют по внешней среде, попадай из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыбы и человека или из воздуха и почвы в растения, организм травоядных животных и человека.

Вместе с навозом в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.

5) Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем в год 1 кг свинца в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается в выхлопными газами автомобилей, осаждается на растениях, проникает в почву, где он может оставаться довольно долго, поскольку слабо растворяется. Наблюдается ярко выраженная тенденция к росту количества свинца в тканях растений. Это явление можно сопоставить со все увеличивающимся потреблением горючего, содержащего тетраэтил свинца. Люди, живущие в городе около магистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего за несколько лет такое количество свинца, которое намного превышает допустимые пределы. Свинец включается в различные клеточные ферменты, и в результате эти ферменты уже не могут выполнять предназначенные им в организме функции. В начале отравления отмечают повышенную активность и бессонницу, позднее утомляемость, депрессии. Более поздними симптомами отравления являются расстройства функции нервной системы и поражение головного мозга. Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т. д. Самоочищение почв, как правило, — медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

В почвах накапливаются соединения металлов, например, железа, ртути, свинца, меди и др. Ртуть поступает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют до 25 кг в год. О масштабах химического преобразования поверхности литосферы можно судить по следующим данным: за столетие (1870−1970) на земную поверхность осело свыше 20 млрд. т шлаков, 3 млрд. т золы. Выбросы цинка, сурьмы составили по 600 тыс. т, мышьяка 1,5 млн. т, кобальта свыше 0,9 млн. т, никеля более 1 млн. т.

2. Принципы рационального использования и охраны недр Земли (полезных ископаемых) Земля представляет собой главное национальное богатство любого государства и характеризуется такими свойствами, как территориальная ограниченность и невосстанавливаемость. В связи с этим обеспечение рационального использования земли является проблемой глобального характера. В условиях обострения экологического кризиса, а также из-за трудностей в разрешении социально-экономических и общественно-политических противоречий в обществе в условиях ускорения научно-технического прогресса вопросы рационального использования земельных ресурсов приобретают первостепенное значение. В Республике Беларусь положение усугубляется отсутствием научно обоснованной концепции правового регулирования экономического обеспечения рационального использования земли, вследствие чего соответствующие общественные отношения регулируются нормативными правовыми актами, которые не образуют системного единства.

Полезным ископаемым (минеральным сырьем) принято называть природное минеральное образование земной коры неорганического и органического происхождения, которое может быть использовано в народном хозяйстве.

Верхняя часть литосферы подвергается интенсивному техногенному воздействию в результате хозяйственной деятельности человека, в том числе при проведении геологоразведочных работ и разработке месторождений полезных ископаемых. Возникающие в связи с этим негативные изменения нередко приводят к непрерывной ее перестройке и проявлению опасных и необратимых в экологическом отношении процессов и явлений. Изменения, происходящие в верхней части литосферы, оказывают существенное влияние на экологическую обстановку в конкретных районах, так как через ее верхние слои происходит обмен веществ и энергии с атмосферой и гидросферой, что в итоге приводит к заметному воздействию на биосферу в целом.

Кодекс Республики Беларусь о недрах определяет основные принципы использование и охрана недр Земли :

полноты и комплексности геологического изучения недр;

рационального использования недр и их охраны;

нормирования в области использования и охраны недр;

платности пользования недрами, за исключением случаев, предусмотренных Кодексом и иными законодательными актами;

обеспечения безопасности жизни и здоровья граждан, имущества граждан, в том числе индивидуальных предпринимателей, и юридических лиц, имущества, находящегося в собственности государства;

предотвращения вредного воздействия на окружающую среду.

В принципах прописанных законом, сохраняется цель сбережение ресурсов, рациональность использования, предотвращения вредного воздействия на окружающую среду. Охрана недр и рациональное использование минеральных ресурсов непосредственно связаны с перспективами развития добывающих отраслей, геологоразведочных работ, проведением природоохранных мероприятий в целом по стране. Производственные программы (бизнес-планы) предприятий добывающей промышленности и геологоразведочных работ, с одной стороны, и планы охраны окружающей среды, с другой, должны разрабатываться в едином блоке. Однако добыче и потреблению минеральных ресурсов предшествуют геологоразведочные работы. Именно на стадии поиска и разведки полезных ископаемых выявляются наиболее рациональные пути их использования.

В Программе ускорения геологоразведочных работ по развитию минерально-сырьевой базы Республики Беларусь на 1996—2000 гг. и на период до 2020 г. в качестве приоритетных были определены следующие направления:

наращивание собственного топливно-энергетического потенциала;

доразведка Старобинского месторождения калийных солей для восполнения его промышленных запасов;

подготовка собственной сырьевой базы металлургического производства;

поиск, разведка и подготовка к промышленному освоению новых месторождений строительных материалов и других видов нерудного сырья в целях обеспечения ими действующих и новых мощностей по производству востребованной промышленной продукции;

поиск и разведка пресных и минеральных подземных вод для обеспечения населения республики качественными питьевыми и бальнеологическими водами, выполнение работ по мониторингу подземной гидросферы в целях охраны подземных вод от истощения и загрязнения;

оценка наличия на территории республики алмазов, янтаря, цветных, редких и благородных металлов;

региональное геологическое изучение недр Беларуси в целях оценки наличия на ее территории разных видов полезных ископаемых и получения геологической информации, необходимой для их рационального освоения.

В основу Государственной программы положены результаты выполнения заданий по приросту запасов различных видов полезных ископаемых, а также научных исследований в рамках Программы ускорения геологоразведочных работ по развитию минерально-сырьевой базы Республики Беларусь на 2001 — 2005 годы, реализация которой позволила в определенной степени укрепить минерально-сырьевую базу Республики Беларусь и создать предпосылки для уменьшения зависимости экономики страны от зарубежных поставок минерального сырья.

Задача (тип III). Рассчитать нормативы допустимых сбросов (ДС) и предельно допустимых концентраций (ДК) загрязняющих веществ в сточных водах, сбрасываемых в водотоки рыбохозяйственного использования. Выпуск сточных вод береговой. Исходные данные приведены в табл. 1.1, 1.2. Фоновые концентрации принимаются в размере 70% от ПДК.

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Исходные гидрологические данные

Решение:

Определяем коэффициент турбулентной диффузии:

Е = VCP · HCP / 200 = 0,52 · 1,1 / 200 = 0,286.

Вычисляем коэффициент учета гидравлических факторов:

Далее по формуле (17) определяем коэффициент:

Для примера рассчитываем допустимую концентрацию по ХПК (ПДК = 30 мг/л — справочная величина, Сф — принимаем 70% от ПДК:

Допустимый сброс:

или 280 т/г.

Ответ: 280 т/год — ДС; 1109 мг/л — ДК.

Задача (тип IX). Напряжение источника электроэнергии U1, В. Расстояние от источника до потребителя l, км. Напряжение в конце линии электропередачи U2, В. Определить сечение проводов для передачи мощности P2, кВт и проверить сечение на нагрев. Исходные данные для расчетов приведены в табл. 2.1

Таблица 2.1

Решение:

Определяем допустимую потерю напряжения:

.

Выражаем потерю напряжения для потребителя в процентах :

.

3. Зная, что удельное сопротивление медного провода с = 0,0175 Ом· мм2/м (табл. 1, прил. 1 методического пособия [8]), определяем его сечение по формуле:

.

Ближайшее к найденному стандартное сечение S = 25 мм², (табл. 2, прил. 1. метод. пособия [8]).

4. Проверяем выбранное стандартное сечение на нагрев. Изолированный медный провод сечением 25 мм² допускает ток 140 А.

Определяем ток в линии:

при этом 8,4 А << 140 А.

Ответ: Ток в линии значительно меньше допустимого.