Природные, антропогенные и техногенные источники трансформации окружающей среды

К постоянно действующим природным источникам загрязнения относятся выветривание и сопровождающие его разнообразные процессы коррозии (физической, физико-химической, биогеохимической) строительных материалов и горных пород. Сюда же входят различные виды воздействия, обусловленные эманацией ювенильных газов, включая радон, аргон, метан, другие углеводороды из земных недр.

К периодическии, обычно быстро протекающим (импульсным), природным процессам относятся различной мощности землетрясения, извержения вулканов, цунами, наводнения, оползни, селевые потоки. В истории биосферы именно они выступают в качестве критических факторов.

Перенос различных видов загрязнений в окружающую среду происходит также за счет перехода в атмосферу морской соли и более организованной, чем микроорганизмы, жизнедеятельности в биосфере. К последнему виду относятся антропогенные источники, охватывающие весь комплекс бытовой деятельности людей и все виды ее последствий.

Существование и развитие жизни в биосфере возможно только в равновесии с окружающей средой. Всякое нарушение этого равновесия, как следует их геологической истории биосферы, влечет за собой неустойчивое состояние системы, что, в конце концов, приводит к глобальному кризису и гибели наиболее развитых видов живых организмов.

Демографический взрыв в XX в. практически не способствовал восстановлению разумного взаимодействия человека с природой. Академик А. Е. Ферсман, один из основателей науки геохимии, еще полвека назад указывал: «Создавая неустойчивые системы, человек направляет свою деятельность против естественно идущих геохимических реакций, с которыми он вступает неизбежно в конфликт». В самом деле, сейчас все больше людей осознает, что нарушение гармоничного природного равновесия неизбежно таит в себе опасность для человека как биологического вида.

Техногенными источниками трансформации и загрязнения окружающей среды постоянного воздействия являются: добыча любых полезных ископаемых (энергетических, рудных и нерудных), все виды промышленности, энергетика, сельское хозяйство и лесоразработки.

Техногенные источники периодического действия — это техногенные аварии, катастрофы, войны.

Масштабы воздействия человека на природу огромны. А. Е. Ферсман, введя понятие техногенеза в 1933 г., установил: «Хозяйственная и промышленная деятельность человека по своему масштабу и значению сделалась сравнимой с процессами самой природы… Природные геохимические законы распределения и концентрации элементов сравнимы с законами технохимии, т. е. с химическими преобразованиями, вносимыми промышленностью и народным хозяйством. Человек геохимически переделывает мир».

В результате техногенного рассеяния химических элементов и их химически активных соединений вокруг источников загрязнения возникли зоны или ореолы их аномальных содержаний. По размерам ореолов различают техногенные аномалии трех типов:

• -локальные;
• — региональные;
• — глобальные.

Локальные и региональные (например, химкомбинат г. Северска, Кузбасс с месторождениями угля, Западная Сибирь с месторождениями нефти и газа и др.) техногенные геодинамические и геохимические аномалии формируются в ходе всех видов хозяйственной деятельности: добычи твердых полезных ископаемых, добычи нефти и газа, производства энергии, промышленного производства, жилищно-коммунальной деятельности, функционирования транспорта, земледелия, животноводства, использования возобновляемых природных ресурсов (вырубка леса и переработка древесины, рыбное хозяйство) и др. Таким образом, человек своей деятельностью выводит из природного равновесия и перемещает огромные массы веществ, которые затрагивают все зоны земной коры. В первую очередь, это твердые вещества литосферы, активно вовлекаемые в атмосферу и гидросферу. Далее — все разнообразие биоты, испытывающей постоянно возрастающий гнет техногенеза.

Источниками загрязнения окружающей среды, особенно на этих уровнях, являются отходы промышленной, коммунально-бытовой, сельскохозяйственной деятельности, использование удобрений, ядохимикатов и др.

Производственные отходы подразделяются:

• 1) на твердые и жидкие, специально собираемые и сохраняемые;
• 2) стоки, рассеиваемые в окружающую среду в виде жидких потоков, содержащих твердые взвешенные частицы;
• 3) выбросы, рассеиваемые в виде газовых потоков, содержащих также твердые (пыль) и жидкие (аэрозоли) взвешенные частицы. Особое место в загрязнении окружающей среды и во вредном воздействии на биоту и человека занимают металлы. Загрязняются все компоненты окружающей среды: воздух, вода, почва, растительный покров, депонирующие среды (снег, донные отложения).

Практически ни одно предприятие не может функционировать без выбросов в атмосферу, сбросов в водоемы или водотоки. Для обеспечения чистоты окружающей среды принято нормировать, например, вредные промышленные выбросы в атмосферу. В РФ для количественного контроля качества воздуха установлены предельно допустимые концентрации (ПДК_С._С— среднесуточные, ПДК"._Р — максимально разовые, ПДК_рл — в рабочей зоне и др.), предельно допустимые выбросы (ПДВ) и временно согласованные выбросы (ВСВ).

По определению ПДВ представляют собой количество выбросов от отдельных источников, при которых в районе (с учетом действия смежных источников) концентрация поллютантов не превышает их ПДК_С сВ случаях, когда установление ПДВ по объективным причинам невозможно, предусматривается поэтапное снижение выбросов и определение ВСВ.

Таким образом, мощность выброса М = ПДВ или М = ВСВ, если максимальная концентрация от источника С_м удовлетворяет условию С_М + С_Ф<�ПДК, где Сф — фоновая концентрация поллютанта.

Экстраполяция и предсказание распространения ЗВ осуществляется по результатам моделирования процессов рассеяния веществ от источников. Различают два основных метода моделирования:

• — физико-химическое;
• — математическое.

Физико-химическое моделирование предполагает создание физической или физико-химической модели — макета — и изучение особенностей воздушных течений в аэродинамической трубе. Метод дает довольно точные результаты, но пока используется довольно редко т. к. требует больших материальных затрат и времени. Сейчас распространение получает математическое моделирование, в котором выделяют три группы методов:

• -детерминистические, предполагающие использование причинно-следственных уравнений, типа уравнений турбулентной диффузии;
• -стохастические, основанные на применении методов теории вероятности, например, гауссовских распределений;
• -комбинированные, если используется детерминистическое уравнение, а входящие в него величины вычисляются из вероятностных моделей (подробно об этом см. разд. 7−9).

Борьбе с загрязнением окружающей среды придается все большее значение, она охватывает различные направления и становится все шире. Еще Д. И. Менделеев настаивал, что в химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье. Проблема безотходного производства, разработка безотходных технологических процессов — дальнейшее развитие идей В. И. Вернадского о ноосфере — сейчас главное направление, в первую очередь, всех естественных и технических наук.

Глобальные аномалии захватывают большие пространства. В атмосфере поллютанты в виде пыли, аэрозолей и газов переносятся потоками воздуха на многие сотни и тысячи километров. К таким аномалиям чаще относят так называемые кислотные осадки, а также аномалии радиоактивных загрязнений, вызванные ядерными взрывами и техногенными авариями.

Появление кислотных дождей связано с выбросами в атмосферу диоксида серы и оксидов азота теплоэлектростанциями и другими промышленными предприятиями. На высоте в несколько сот метров эти вещества вступают в химические реакции с каплями воды, а потому время жизни этих газов очень короткое, и кислотные дожди, туманы выпадают практически рядом с местом формирования выбросов. К глобальному типу техногенных аномалий они относятся за счет повсеместного распространения промышленных источников подобных выбросов.

Экологические последствия кислотных дождей очень впечатляющие: гибель деревьев и рыбы (например, в Германии, Швейцарии, США, скандинавских странах), гибель людей от заболеваний почек, старческое слабоумие и др.

Механизм воздействия кислотных дождей на биоту и людей довольно сложный. Так, в результате взаимодействия кислотного дождя (это слабый раствор серной, сернистой и азотной кислот, которые образуют на поверхности сульфаты и нитраты, активно воздействующие на любые живые организмы) с почвой появляется свободный А1, который проникает в водоемы. Далее А1 с питьевой водой поступает в организм, вступает в реакции с белками, проникает в клетки и нарушает биологические процессы.

К глобальному типу также относится техногенное истощение озонового слоя, начинающегося на высоте 18 км, который предохраняет жизнь на Земле, задерживая основную часть жесткого космического излучения, гибельного для всего живого.

Количественный вклад тех или иных источников загрязнений окружающей среды может меняться в широких пределах в зависимости от природы воздействующих источников, внутренних параметров самой геосреды, а также места и времени.

Мощность природных, антропогенных и техногенных факторов и их вклад в общее загрязнение являются предметом многочисленных изучений, результаты которых не всегда однозначны.