Глобальные техногенные аномалии

Глобальные аномалии захватывают в атмосфере большие пространства. Химические элементы и их соединения, попадая в атмосферу в виде газов и твердых пылевидных частиц, потоками воздуха быстро разносятся на многие сотни и тысячи километров. К таким аномалиям, в первую очередь, относятся так называемые кислотные дожди, а также аномалии радиоактивных элементов, вызванные ядернымй взрывами.

Возникновение кислотных дождей связано с выбросом в атмосферу диоксида серы и оксидов азота электростанциями и другими промышленными предприятиями. В мире ежегодно выбрасывается около 150 млн т диоксида серы. В нашей стране наибольшее количество диоксида серы поступает с газовыми выбросами теплоэлектростанций (50%), остальное приходится на цветную (15%) и черную (9%) металлургию, отопление (9%), машиностроение (6%); 5% поступает в результате трансграничных переносов. На больших высотах эти выбросы претерпевают химические изменения, переносятся на значительные расстояния и затем выпадают на землю в виде кислотных дождей, снега, тумана и пыли.

Кислотные дожди представляют собой слабый раствор серной, сернистой и азотной кислот, которые образуют на поверхности сульфаты и нитраты, активно воздействующие на живые организмы. Так, в результате выпадения кислотных дождей из почвы высвобождается А1, который в значительных количествах проникает в водоемы с питьевой водой. Наибольший вред А1 приносит при недостатке Са и Mg. В этом случае он вступает в соединение с белками, проникает в клетки и нарушает биологические процессы. Гибель деревьев в ФРГ и Швейцарии и рыбы в озерах скандинавских стран связывают не с кислотными дождями непосредственно, а с высвобождающимся при их выпадении А1. Растворенный в воде А1 приводит к смерти почечных больных, при лечении которых применяется диализ. Он же вызывает старческое слабоумие. Из-за роста кислотности водоемов под угрозой оказались многие озера на востоке США; на севере Норвегии озера на площади 13 тыс. км² уже остались без рыбы, в озерах на площади 20 тыс. км² продуктивность рыбы значительно упала.

Ветрами токсические вещества приносятся даже в Арктику. Здесь, поступая в воду, они попадают в организм рыб и тюленей и соответственно белых медведей. Таким образом, проблема наиболее массового загрязнителя — диоксида серы состоит не только в опасном повышении его концентрации на месте выделения, но и в явлении постоянно действующего трансграничного переноса.

Концентрация в атмосфере таких газов, как пероксид азота, оксид и диоксид углерода, метан и трихлорэтан ежегодно увеличивается на 7%, что связано с хозяйственной деятельностью человека. Производство, использование и выброс хлорированных и фторированных углеводородов также повсеместно увеличиваются. Многие из этих газов сохраняются в атмосфере столетиями. Метан, являющийся основным компонентом природного газа, выделяется при разложении органических веществ и накапливается в нижних слоях атмосферы. Основными его источниками служат экскременты животных (навоз), разлагаемые бактериями, а также рисовые поля, где интенсивно протекают процессы разложения органических веществ с участием различных бактерий.

Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере вызвано, в первую очередь, уменьшением площади лесов и сжиганием минерального топлива. Аммиак, образующийся из навоза домашних животных, способствует возникновению кислотных дождей. Высокая концентрация аммиака в воздухе может ускорить окисление диоксида серы с образованием ионов сульфата, которые являются основным источником закисления почв и грунтовых вод. Особенно высока концентрация в воздухе аммиака над территорией Дании, где животноводство развивается наиболее интенсивными методами. Минимум 2/3 аммиака, содержащегося в атмосфере над Европой, образуется из отходов животного происхождения, другим его источником являются минеральные удобрения и естественная эмиссия.

Человеческое воздействие затрагивает даже озоновый слой атмосферы, начинающийся на высоте 10 км. Слой озона задерживает основную часть жесткого космического излучения, гибельного для всего живого. Наибольшую угрозу озоновому слою создают хлорированные и фторированные углеводороды, применяемые в качестве пропеллентов в аэрозольных упаковках, хладагентов в холодильниках и в производстве пенопластов. Истощение озонового слоя даже на 2,5% с годами может привести к широкому распространению ряда заболеваний, а также причинить вред посевам и рыбным ресурсам. В равновесии все хорошо на своем месте. В верхних слоях атмосферы озон предохраняет жизнь на Земле, в нижних — его появление наносит вред. В частности, наряду с другими загрязнителями, гибель лесов в Швейцарии связывают и с озоном, который выделяется из загрязняющих воздух веществ под воздействием ультрафиолетовых лучей. Загрязнение атмосферы снижает урожайность. В США пять веществ — озон, пероксиацетилнитрат, оксиды азота, диоксид серы и фториды — обусловливают 90% ущерба. Все они попадают в атмосферу в результате сжигания топлива. В ФРГ привлекает внимание озон, образующийся при взаимодействии оксидов азота и углеводорода с кислородом воздуха. Он повреждает листья деревьев и вызывает потерю Mg и Са, которая ускоряется под воздействием кислотных дождей.

В последние годы в биосферу ежегодно выбрасывается 200 млн т монооксида углерода (угарного газа), свыше 50 млн т оксидов азота, более 50 млн т различных углеводородов, и свыше 250 млн т мелкодисперсных аэрозолей. Современный металлургический завод на каждый миллион тонн стали выделяет в окружающую среду: пыли — 100 тыс. т, С0₂ — 30 тыс. т, диоксида серы — 8 тыс. т, NO_x — 3 тыс. т, H₂S — 1 тыс. т, HCN — 50 т, НС1 — 40 т, шламов — 30 тыс. т, шлаков — 800 тыс. т.

Особое место в загрязнении окружающей среды и во вредном воздействии на человека занимают металлы. Большое количество металлов поступает в атмосферу, а затем в воды и почву в результате деятельности различных предприятий, а также при сжигании топлива. Это прямое и эффективное загрязнение сопоставимо с добычей металлов, иногда оно превышает его вдвое. Из общего извлекаемого количества металла, например, селена рассеивается свыше 90%, более 60% мышьяка, 55% ртути, более 1/3 Ti, Al, Sb, Ag, Mo, Pb. Большинство этих элементов токсично, безвредность остальных не установлена. Металлы в почве или воде не разлагаются под воздействием бактерий, и их невозможно обезвредить химическими методами. Практически металлы могут циркулировать неопределенное время, накапливаться в нежелательных для организмов ловушках. Поэтому реально существуют только два принципиальных способа уменьшения загрязнения окружающей среды металлами: уменьшение концентрации до безопасного уровня и предотвращение попадания их в экосистемы.

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

Ярким примером загрязнения окружающей среды является металлургическое производство на базе известного медно-никелевого месторождения Седбери в Канаде (аналог Норильского комбината с 30-километровой зоной бэдлэнда). Дымовая труба завода в Коппер Клиф имеет высоту 380 м и выбрасывает 35 тыс. т диоксида серы в сутки. Шлейф от трубы поднимается почти на 1 км, распространяясь затем на сотни километров. Концентрация сульфатов в 120 озерах, лежащих вокруг, обнаруживает четкую обратную зависимость от расстояния до завода (К = -0,86).

В рудах Седбери содержание селена колеблется от 20 до 80 мг/г. При добыче и плавлении в атмосферу переходит около 2 т селена в день. В пределах 30-километрового радиуса концентрация селена в водах озер колеблется от 0,1 до 0,4 мг/л, во взвеси озер — от 2 до 6 мг/г. Профили распределения селена в озерных осадках обнаруживают параллелизм с историей медно-никелевого производства. Ежегодный сток Рейна, одной из наиболее загрязненных рек мира, несет 2,5 тыс. т РЬ, 2,1 тыс. т Си, 0,8 тыс. т As, 0,2 тыс. т Cd.