Прикладні та технологічні аспекти екології

Параграф 9.1.

Екологічні наслідки забруднення атмосфери. Природні та антропогенні чинники забруднення атмосферного повітря. Класифікація, фізико-хімічні властивості основних забруднювачив атмосфери.

Основною ланкою загального екологічного ланцюгу є земна атмосфера. Крізь неї здійснюється обмін киснем і вологою між різними регіонами планети, стан атмосфери визначає клімат і погоду, сполучення температури, тиску, вологості та інших характеристик атмосфери впливають на стан здоров’я людини та тварин. І, нарешті, найбільш головне: летючи промислові викиди (пара, гази, аерозолі),які надходять в атмосферу, розносяться з повітряними течиями на сотні й тисячи кілометрів і створюють в континентальному і глобальному масштабі ситуацію, яку вкрай важко оцінити і ще важкіше прогнозувати. Якщо ж вони концентруються в атмосфері на порівняно невеликій теріторії поблизу від місць свого утворення, то це нерідко призводить до серйозних наслідків, майже до масових отруєнь, загибелі тварин та сільськогосподарських культур.

Атмосфера піддається найбільш інтенсивній і потужній дії антропогенного забруднення. Загальна маса забруднювачів, що постійно перебувають в атмосфері, дорівнює 10 млн.т. Хоч у відношенні до загальної маси атмосфери (15,5х10¹⁵т), це дуже мало, але вплив їх величезний, тому що забруднювачи концентруються в тонкому приземному шарі.

Загальна картина забруднення атмосфери виглядає наступним чином. Частина викидів, головним чином ті, що мають велику щільність – наприклад, пари ртуті – осаджуються на відносно невеликій теріторії біля місця свого утворення.

Певна доля викидів вимивається з атмосфери опадами. До таких викидів належать гідрофільні аерозолі, деякі ангідриди та тумани кисліт.

Значна маса викидів тривалий час перебуває на різних висотах. Вони рушать за переміщеннями повітряних течий, перетинають континенти й океани і можуть бути знайдені у самих різних місцях.

Нарешті, є викиди, які поступово і повільно нагромаджуються в атмосфері, змінюють її природний склад та теплофізичні характеристики. До таких викидів належить вуглекислий газ. Як промисловий викид він традиційно вважається нешкідливим. Той факт, що при згорянні палива він утворюється у величезних кількостях, завжди ігнорується, тому що запобігти його виділенню неможливо. Більш того, якщо при термічному знешкодженні будь-яких токсичних відходів вдається замість них одержати вуглекислий газ. проектувальники вважають свою задачу виконаною. А між тим нагромадження вуглекислого газу в атмосфері загрожує парніковим ефектом.

Теріторіальне розподілення летючих сполук в атмосфері досить нерівномірно. Поки що на земній кулі є багато теріторій, де повітря можна вважати якщо не абсолютно, то достатньо чистим. При цьому не береться до уваги природні забруднення, що пов’язані з виверженнями вулканів, пісковими бурями, землетрусами, тощо – вони вписуються в багатовіковий екологічний баланс, з ними природа управляється сама. В той же час в індустріально розвинутих країнах є великі регіони, де концентрація шкідливих речовин в приземному шарі повітря дуже велика. На Україні такі теріторії – це Донбас, Криворіжжя. Карта атмосферних забруднень повинна виглядати дуже строкатою. Це підтверджується спостереженнями з штучних супутників Землі.

Склад летючих промислових викидів також різноманітний як і їх джерела. Існують різні типи класифікації промислових викидів. Перший і основний тип – це класифікація їх за складом. Згідно з цією класифікацією усі промислові викиди можна умовно розділити на три великі групи.

1.Пилові викиди – це викиди, що вміщують тверді частинки (пил будівельних матеріалів – піску, щебеню, цементу; сажа; вугільний пил та пил деревини. Пил утворюється в основному в процесах видобування, переробки, навантаження мінеральної сировини. Інтенсивне виділення пилу утворюється при спалюванні твердого палива у виглядісажі та диму (зола-унос). Чим більш дрібний пил, тим більш він екологічно небезпечний, він переміщуєтьмся на великі відстані. Можна розрізнити 4 види пилу за їх властивостями:

-нейтральні, які не вступають в реакцію з компонентами навоклишнього середовища (пил мінеральної сировини, будівельних матеріалів);

-хімічно активні, які можуть вступати во взаємодію з компонентами середовища (лужний пил, що утворюється при виробництві вапна, кислий пил, що утворюється в хімічних процесах);

-біологічно активний пил, який, наприклад, викликає онкологічні захворювання (сажа, асбест);

-каталітичний пил, що діє на ферментативні процеси в організмі (сполуки важких металів).

Спектр дії пилу на екосистеми надзвичайно великий внаслідок різноманітності своїх властивостей. Висадження навіть нетоксичного пилу на рослинність впливає на продуктивність самих рослин з-за екранування листя від сонячного проміння, порушення його температурного режиму, порушуються фотосинтетичні процеси. Хронічне висадження пилу викликає змінення структури грунту і знижує його родючисть. Особливо небезпечний пил, що вміщує сполуки важких металів. Джерелом його є металургійна, гірська промисловість, спалювання твердих горючих копалин.

При цьому слід враховувати токсичну дію цих елементів як при просуванні вздовж харчових ланцюгів, так і при нагромадженні їх в грунті. Токсична дія цих елементів на грунтові організми призводить до зменшення їх кількості, а звідси, й до змінення структури грунту. У випадках хронічного випадіння металевого пилу на ділянку грунту помічається підвищений вміст сполуки в рослинах. Фіксація забруднювачів у верхніх шарах грунту дуже небезпечна, тому що багато з них мають бактерицидну дію.

Одним з найтоксичніших важких металів є свинець. Він викликає важкі порушення в клітинах печинки, викликає захворювання серця і легенів. Вміст свинцю суворо регламентований. Джерела надходження свинця в атмосферу в будь-якому промисловому місті є автомобільний транспорт – автомобілі, які працюють на бензині, в який додається антидетонатор тетраетилсвинець. вВ 1974 році в Сан-Франциско спостерігалася криза з бензином, продаж його зменшився на 20% і лікарі міста помітили одну особливість – кількість смертельних випадків від хворіб серцяі легенів зменшилася в цей період на 14,3%. Вони пов’язали це із зменшенням надходження в атмосферу сполук свинця. В штаті Ілінойс в 1978 році була відмічена епідемія загибелі новонароджених телят, хвороба була неінфекційною. Потім було знайдено, що телята труїлися молоком корів, які споживали траву на писовиську, яке було розташовано поблизу великого автомобільного шляху. В молоко з травою надходила велика кількість свинця, від якого й гинув молодняк.

2.Газоподібні речовини – продукти згоряння палива в топках теплоелектростанцій, асфальто-бетонних заводів, в двигунах внутрішнього згоряння автомобілів, при виробництві металу. До таких речовин належать диоксид сірки (SO₂), оксид вуглецю (СО); оксиди азоту (NO_x); вуглеводні.

Диоксид сірки або сірчаний ангідрид. Його особливість – це широка розповсюдженість в біосфері, тому що сірка є необхідним елементом для нормальної життєдіяльності організмів, приймає участь у біологічному кругообігу речовин і утворює власний біогеохімічний цикл. Нормальна фонова концентрація SO₂ в незабруднених районах складає 6 х 10^-3 мг/ м³. Цей забруднювач здатний до саморуйнування в атмосфері. Середній період його життя – 4 доби. Для SO₂ характерні реакції окислення і взаємодії з вологою:

2SO₂ + O₂ 2SO₃

SO₂ + H₂O H₂SO₃

SO₃ + H₂O H₂SO₄

Підвищена концентрація в атмосфері оказує негативну дію на природні системи, є причиною закислення водоймищ та грунтів, прямої токсичної дії на людину, рослини і тварини. безбарвний з різким запахом газ діє на органи дихання людини та тварин і небезпечний для рослин. При концентрації 0,4 мг/м³ виникають важкі порушення у сосон та ялинок. Дуже чутливі до цього забруднювача мхи та лишайники – вони не можуть існувати при концентрації SO₂> 0,005 мг/м³. Отже, лишайники – показники чистоти атмосферного повітря в місті, вони можуть виступати в ролі біоіндикаторів чистоти повітря.

Газоподібні забруднювачи, зокрема, SO₂, викликають первинні і вторинні вражуючи ефекти. Первинні ефекти зв’язані, головним чином з дією на рослинні угрупування і викликають зниження їх продуктивності При вмісті SO₂ в повітрі 0,015-0,035мг/м³ втрати приросту деревини складають 20%. При постійній дії SO₂ можлива загибель не тільки рослинності, але й всього біоценозу(030), що часто й спостерігається поблизу джерела викиду (3-5 км). Проте, захоплюються й більш великі теріторії. Так, при потужності джерела 6000т на добу викиду SO₂ зона поразки складає 30 км.

З вторинних ефектів дії сірчаного ангідриду слід відзначити закислення водоймищ та грунтів внаслідок випадання кислих опадів, що утворюються з-за транспормації цієї сполуки в атмосферному повітрі. В водоймищі при систематичному випаданні кислих опадів вода починає закислюватися, що поперед усього призводить до зниження в ній вмісту кальцію і загибелі деяких земноводних (рН <7). При рН= 6,6 починають гинути слимаки, а при рН=6 - прісноводні рачки та ікра земноводних. При зниженні рН з 6 до 5,5 швидко зменшується кількість і видова різноманітність гідробіонтів. Загибель організмів, що розкладають органіку, призводить до нагромадження на дні озера органічних залишків. Гине планктон – основа харчової піраміди в водній екосистемі. Порушення кальцієвої рівноваги в системі “вода-водні організми” у деяких видів риб призводить до втрати здатності утворювати ікру. Підвищена кислотність води сприяє вилужуванню з донних відкладень і підстилаючих порід токсичних металів, які ще більш небезпечні – так багато риб можуть вижити у воді з рН=5,9, але присутність алюмінію викликає їх загибель з-за ушкодження зябер. Ртуть при рН < 6 переходить в органічну форму, яка легко засвоюється рибами. При рН = 5,5 кислотолюбні мхи, гриби, водорості заглушують майже усю рослинність. При рН = 4,5 риби в озері вже не залишається, тому що в ньому загинули всі мікроорганізми і органіка, що надходить в водоймище, опадає на дно. Водорості утворюють щільний килим, який перешкоджає надходженню з донних відкладень харчових речовин, а з повітря - кисню. Закінчуються запаси кисню, складаються умови для розвитку анаеробів, що вивільнюють СО₂;СН₄; Н₂S. Озеро перетворюється на болото.

Кислі опади наносять збитки й спорудам. так, в Лондоні постраждало Вестмінтерське абатство, фортеця Тауер. На будівлі собору Святого Павла, який був побудований в 1675 році, розмитий шар портландцементу на глибину 2,5 см. В Голандії на побудованому більш ніж 450 років тому соборі Святого Іоанна статуї та інші прикраси розтають як льодяники, в Римі гине рельєф на колоні Трояна. Відомий Акрополь в Греції за 30-40 років постраждав більше, ніж за всю свою історію.

Опади викликають корозію металевих конструкцій. Важливою обставиною є те, що кислотні дощі розповсюджуються з одної краіни до іншої і іноді стають причиною міжнародних конфліктів. Так, у 1980 році Канада одержала від США з кислотними дощами 2 млн т SO₂ і NO_x. Уряд Канади в зв’язку з цим примусовим імпортом шкідливих речовин надав іск США, який був задовільнений. Італія експортує 158 тис. т SO₂ і 200 тис. т – в Австрію. В Норвегію надходить 56 тис. т SO₂, що в 6 разів більше, ніж вона виробляє сама.

Оксиди азоту менш токсичні порівняно з сірчаним ангідридом, але теж викликають подразнення слизових оболонок, а також запалення легенів. Викидаються автомобільним транспортом, енергетикою. Дуже токсичний NO₂, який викликає різкі подразнення слизових оболонок очей та носоглотки, має різкий запах та бурий колір. В зв’язку з виділенням оксидів азоту існує глобальна екологічна проблема. яка характерна для всіх великих міст планети – фотохімічний смог.

В період з 1940 по 1946 роки в Лос-Анджелесі промислові підприємства викидали від 100 до 400 т пилу на добу. В 1947 році були встановлені пиловловлювачи і проблема на перший погляд була вирішена. Проте. з’явилося нове тривожне явище – білий туман з бурим відтінком, який особливо посилювався в сонячні дні. Він викликав біль в очах і сльозотечію. Виявилося, що цей туман утворювався з забруднень повітря під дією сонячного проміння. Приймали участь у цій реакції пари бензину – продукти неповного згоряння палива у двигунах автомобілів (вуглеводні) та оксиди азоту. Внаслідок цього утворювалася дуже токсична речовина – пероксіацетилнітрат(ПАН) і поряд з нею озон:

УФ-проміння

(СН)_х + NO₂ ПАН + О₃

Ця суміш і є найвідомішим смогом Лос-Анджелеського типу(сухий смог). Тому що реакція здійснюється тільки під дією сонячної радиації, забруднення здійснюється в денні години. Ця обставина призвела до того, що спортивні змагання під час літньої Всесвітньої Олімпіади 1984 року в Лос-Анджелесі проводилися в ранкові години. вперше смог був помічений в Лос-Анджелесі, проте ним страждають усі великі сонячні міста світу – Мехіко, Токіо, Сидней, Алма-Ата та ін.

Не слід плутати фотохімічний смог із іншим типом смогу – смогом Лондонського типу, який утворюється із крапель туману, де волога змішується із забрудненнями повітря – пилом, сажею, газоподібними забруднювачами. Цей тип смогу теж дуже небезпечний, але він виникає тільки тоді, коли повітря вміщує підвищену кількість вологи і характерний для міст, які розташовані поблизу від великих мас води, наприклад, для Лондону.

Інтенсивне забруднення повітря впливає не тільки на здоров’я людини, але на продукти його діяльності – 30% металу з’їдає корозія. Вихід із становища, що склалося, полягає не в обмеженості діяльності людини, а в перебудові біосфери в інтересах людини, заснованої на знанні законів, що керують природними системами. цей новий стан біосфери В.І. Вернадський й називав ноосферою.

Питання для самоконтролю.

Питання 9.1.

Чи можна назвати вуглекислий газ з точки зору проектувальників очисних споруд екологічно безпечним викидом?

Так.

Ні.

Питання 9.2.

Чи можна сказати, що загалом забруднень в атмосфері відносно мало?

Так.

Ні.

Питання 9.3.

Чи можна вважати, що завдяки повітряним течиям забруднення в атмосфері розподілюються рівномірно в її шарі?

Так.

Ні.

Питання 9.4.

Чи можна сказати. що кислотні дощі – це наслідок забруднення атмосфери?

Так.

Ні.

Питання 9.5.

Чи є смог одним видом забруднення атмосфери?

Так.

Ні.

Параграф 9.2.

Особливості водних екосистем. Основні види забруднення природних вод. Наслідки забруднення природних вод. Сучасний стан грунтового покрову. Забруднення й руйнування грунтів. Охорона грунтів.

Для вірного розуміння процесів, що здійсюються при забруденні прісноводних водоймищ, необхідно зупинитися на особливостях цих природних систем. Вони складаються з трьох основних компонентів.

1.Біотичний компонент. Рівень рослин вміщує планктонні водорості і вищі рослини, які є харчем для рослинноядних тварин, в першу чергу, зоопланктону, молюскам та рослинноядним рибам. Ці тварини є , в свою чергу,харчем для хижаків (риб, жуків-плавунців, тощо), частина яких попадає у харч хижакам більш високого рангу, що закінчують харчовий ланцюг, наприклад, таких як щука.

2.Одним з найважливіших елементів водних екосистем є донні відкладення, які є акумулятором різноманітних речовин як органічного, так і неорганічного характеру, що висаджуються з товщі води. Перші складаються переважно з клітин планктону, решток водоростей, тоді як другі – це продукти вивітрювання гідроксида заліза, диоксиду кремнію, вапняка. До неорганічних складових належать малорозчинені сполуки важких металів. Організми, що мешкають на дні водоймищ, беруть активну участь у мінералізації мертвої органіки, а завершують цей цикл бактерії.

3. Сама товща води. Поверхневі водоймищавиступають як відкриті екосистеми, які здатні до обміну речовиною з близько розташованими середовищами. Одною з головних їх особливостей є те, що життєві процеси в водному середовищі здійснюються на фоні малого вмісту кисню, джерелом якого є фотосинтетична активність водоростей та атмосферне повітря. Кисень, як і інші атмосферні гази, присутній в водному середовищі в розчиненому стані. Газообмін крізь поверхневу плівку і перемішування сприяють його проникненню у весь об’єм води. З повітря насичується киснем поверхневий шар води. Розчиненість кисню залежить від температури. В літні теплі часи недостатня розчиненість кисню компенсується підвищенням фотосинтетичної активності. Звичний вімст кисню для нормального функціонування водних екосистем – 6-12 мг/л. Крім температури на розчиненість кисню в воді впливає вміст солей в ній. Зростання концентрації солей у воді знижує розчиненість кисню.

Для водних екосистем(056) вміст розчиненого кисню часто слугує лімітуючим фактором. Наприклад, влітку висока температура води і зменешення її загальної кількості в водоймищі можуть ускладнити існування водних тварин внаслідок зниження кисню. Низький його вміст небезпечний для водних організмів ще й тому, що для задовільнення потреб в тих чи інших сполуках, в тому числі й у кисні, водні тварини потребують інтенсивної циркуляції води крізь зябри, що забезпечує контакт із зябрами величезній її кількості. Проте, завдяки цій обставині зростає ризик поглинання зябрами токсичних сполук.

Кількість вуглекислоти, що перебуває в водному середовищі, також є суттєвим фактором, що визначає життєдіяльність водних екосистем, тому що вона бере активну участь в процесі фотосинтезу і підтримуванні рН середовища, а також приймає участь у біологічному кругообігові речовин. На відміну від кисню розчиненість вуглекислого газу в воді носить хімічний характер.

СО₂ + Н₂О Н₂СО₃

Н₂СО₃ Н⁺ + НСО₃^-

НСО₃^- Н⁺ + СО₃^-

Розподіл форм вуглекислоти у воді залежить від рН. В природних системах з рН = 7-8,5 в воді переважає НСО₃^- (біля 80%), що найбіль легко засвоюється гідробіонтами. При 25^о в воді перебуває 0,5 мг/л вуглексилоти, а при 0^о – 1,1 мг/л.

Водне середовище, окрім кисню і вуглекислоти. вміщує ще велику кількість різноманітних сполук, що перебувають в її товщі у розчиненому, завислому або сорбованому( сорбція) стані. Багато з них є необхідними для життєдіяльності. В воду ці елементи надходять з підстилаючих порід в процесі вилужування, тому що земна кора виступає в якості вихідного середовища, що постачає потоки різноманітних речовин у біосферу.

Отже, загальна мінералізація та хімічний склад прісних вод залежать від конкретних умов. Проте, існують усереднені оцінки стосовно таких систем в глобальному масштабі. Відповідно з ними середня мінералізація річкової води складає 120 мг/л, а середня концентрація деяких елементів , мкг/л, складає: Fe – 90; Zn – 20; Cu – 7; As – 2; Pb – 1; Cd – 0,2; Hg – 0,07. Ці оцінки належать до розчинених форм, тоді як значно більші кількості різних елементів присутні у завислих частинках, іноді до 98% відносно до загальної кількості. Ця обставина сприяє нагромадженню в донних відкладеннях завислих частинок і малорозчинених сполук. В силу цього концентрація токсичних речовин в донних опадах перевищує такову в товщі води, а активна діяльність гідробіонтів часто сприяє перетворенню забруднень, а саме, концентруванню в різних організмах, переводу з менш токсичної у більш токсичну форму.

Багато мікробів, що мешкають у донних відкладеннях, здатні хімічно змінювати неорганічні або органічні сполуки металів, посилюючи їх міграцію в навколишнє середовище(093) і шкідливу дію.

Так, ртуть перетворюється в метил-, а потім в диметилртуть:

Hg⁰ Hg²⁺ (CH₃)₂Hg

CH₃Hg⁺

Це сильніші отрути, які легко проходять крізь біологічні мембрани, утримуються міцно у тканиннах і пагано виводяться. Диметилртуть летюча і після відмирання мікробів надходить у атмосферу.

Такому біометилюванню піддаються й інші метали – Cd, Se, Pb, Sn, Tl,Te,Au. В повітрі під дією УФ випромінювання ці сполуки розкладаються і випадають знов на землю у вигляді ртутних, свинцевих та інших дощів і знов надходять у кругообіг.За підрахунками, щорічно з дощами випадє 100 тис. т Hg, тобто, в 15-20 разів більше, ніж видобувається.

Шкідливо для водних організмів і надходження малих кількостей токсичних речовин, які здатні нагромаджуватися в ланцюгах харчування. Так, концентрація радиоактивних ізотопів досягає іноді дуже великих кількостей. Тобто, суть проблеми полягає не в кількості речовин, що надходять у середовище, а у шляхах нагромадження. Так, в Америці в одну з річок в невеликих кількостях викидали різні сполуки металів та спостерігали за їх рухом за ланцюгами харчування. В яйцях качок та гусаків їх нагромаджувалося в 200000 разів більше ніж у воді, в залозах зайця цих елементів було у 500 разів більше, що все смертельно.

Слід мати на увазі той факт, що форми існування металів у воді в значній мірі визначають їх поведінку. Важливу роль при цьому відіграють процеси утворення важкорозчинених сполукз різними компонентами водного середовища та їх седиментація, участь в реакціях утворення комплексів з різними органічними речовиами, сорбція завислими частинками, тощо.

Кольорові метали в водних середовищах можуть приймати участь в реакціях утворення малорозчинних сполук, що переводить основну їх масу в колоїдну форму і донні відкладення. Участь металів в процесах комплексоутворення важлива ще й тому, що часто воно обумовлює зниження їх токсичності у відношенні до гідробіонтів, тому що токсичною формою металів є їх вільні іони. Отже, в цьому випадкові сумарна концентрація буде великою, але концентрація суто токсичної форми – малою.

У багатьох промислово розвинутих країнах дуже розповсюджено забруднення водоймищ нафтою та нафтопродуктами. Тонка плівка нафти покриває 1/5 поверхні Світового океану. Її плівка дуже стійка, вона порушує водо- та газообмін між океаном і атмосферою, пригнічує процеси фотосинтезу, змінює світовий і температурний режим поверхневого шару води. Багато ароматичних речовин, що містяться у нафті, в морській воді перетворюються на отруйні сполуки, що мають канцерогенну дію. Так, під дією деяких морських рослин з ароматичних вуглеводнів нафти утворюються конденсовані поліциклічні вуглеводні ряду бензпірену:

Вони нагромаджуються у морських водоростях та травах, мігруючи за трофічними ланцюгами.

Ще більш небезпечні нафтопродукти для підземних вод. З-за низької температури, відсутності достатньої кількості кисню підземні води неспроможні швидко самоочищуватися шляхом бактеріального розкладення і біохімічного окислення. Для відновлення їх потрібно кілька сторіч. З-за добрив, що змиваються в річки, зростає загальна мінералізація води. Токсичні речовини в значній кількості надходять в водні об’єкти із стічними водами промислових підприємств. Так, із стічними водами коксохімзаводів в поверхневі води надходить фенол. Якщо піддати воду, що вміщує фенол, хлоруванню, то утворюються значно більш токсичні порівняно з самим фенолом речовини.

Одним з основних видів забруднювачів поверхневих вод є завислі речовини, з ними переважно й зв’язані екологічні ефекти. Так, процеси висадження завислих частинок призводять до заілювання організмів, що мешкають в донних відкладеннях, а також місць нересту. Іншим екологічним ефектом, який викликають завислі частники, є сумісне осадження з ними планктону. Спостерігають читкий зв’язок між кількістю завислих частинок та кількістю фітопланктону у воді. Кількість зоопланктону також сильно залежить від завислих частинок, тому що значна частина його наведена організмами з фільтраційним апаратом харчування. Риби також відчувають активну дію завислих частинок внаслідок навантаження на зябри і кишківник.

Велике антропогенне навантаження відчуває й така складова частина біосфери як грунт. Грунт – це особливе природне утворення, що має комплекс властивостей, що належать як живій, так і неживій природі воно сформувалося внаслідок тривалого перетворення поверхневих шарів літосфери під сумарною дією гідросфери, атмосфери і живих організмів. загальний запас грунтів на Землі 2,4х10¹² т або 13392 млн га, тобто приблизно чверть поверхні. В загальній площі продуктивних грунтів(8608млн га) приблизно половина – сільскькогосподарські грунти(4553млн га) і ліси та чагарники (4055 млн га). Площа грунтів, що оброблюються – 1507 млн га або 11,2% від всього грунтового фонду (3% поверхні Землі). Грунт є унікальним середовищем, що має таку властивість,як родючисть і забезпечує основні потреби людини в їжі. Слід підкреслити і особливу роль грунту як компоненту екосистеми(056), де здійснюється переробка мертвої органіки, її мінералізація. Проте, крім цих двох найголовніших функцій грунт виконує ще багато екологічних функцій:

-житло для тварин, що мешкають у грунті;

-механічна опора для рослин і тварин;

-депозит насіння, де воно може зберігатися довгі роки;

-трансформатор поверхневих вод в грунтові;

-постачальник цінних харчових речовин для водних екосистем, що вимиваються з грунту потоками.

Спеціальний аналіз чинників антропогенного руйнування і деградації грунтів показав, що для них характерні численність та агресивність. Їх можна розділити на кілька категорій:

-відвод грунтів під промислові та побутові об’єкти;

-прокаладання та експлуатація шляхів та трубопроводів;

-видобування корисних копалин;

-промислові та побутові відходи;

-будівництво водосховищ;

-будівництво гідромеліоративних споруд;

-аварії на промислових об’єктах.

Одним з найпервіших ворогів грунтів є ерозія. Під ерозією розуміють явище руйнуванняі зносу грунтів потоками води та вітру. Розрізняють водну та вітрову ерозію (дефляцію). Ерозія була відома ще задовго до появи людини. Під дією руху льодовиків, течії вод, коливань температури здійснювалося переміщення крихких порід, формування долин річок, така ерозія є нормальною або геологічною. Інтенсивність геологічної ерозії визначають ритми екзогенних процесів. Наприклад, у післяльодивиковий період, коли поверхневий стік зменшився, крихкі породи знов вкривалися рослинністю, а ерозійні процеси уповільнювалися.

на відміну від геологічної сучасна ерозія зв’язана з діяльністю людини. Грунтова ерозія така ж стара, як і землеробство. Вона почалася, коли перша злива впала на прешу борозну, що створило первісне орало. Якщо геологічна ерозія триває віки, то антропогенна – роки. Основна причина ерозії – знищення рослинного покрову. В усьому світі від ерозії страждає 70-80% сільськогосподарських ланів. Втрати врожаю від ерозії дуже помітні. Так, врожай на слабозмитих грунтах складає70%, а на підданих ерозії – 40%. Але ерозія має ще більші наслідки:

-ушкодження ланів, лісів, шляхів;

-посилення засух;

-погіршення водопостачання;

-глобальне погіршення життя грунтових мікроорганізмів;

зменшення життєвого простору;

-зменшення внеску грунту в біологічний кругообіг, зростання внеску в геологічний кругообіг;

-послаблення функції грунтово-рослинного покрову зв’язувати атмосферні гази (N₂, СО₂);

-порушення акумуляції сонячної енергії і надсилання її в більш глибокі шари земної кори в місцях формування потужних опадових порід.

Але з кожним роком все більшу небезпеку для грунтового покрову всього світу створює промислова діяльність людини. Промислова ерозія в найбільшій мірі виявляє себе в місцях залягання корисних копалин, які вже видобуваються. Видобування корисних копалин, особливо відкритим способом, призводить до порушення не тільки грунтового покрову, але й ландшафту загалом. Підземне видобування корисних копалин також веде до порушення ландшафту за рахунок утворення теріконів. Електростанції, що працюють на твердому паливі, підприємства, що перероблюють мінеральну сировину, теж відповідальні за руйнування грунтів, тому що в них є необхідність розміщення відходів. Значне руйнування грунтів викликають кар’єри, де видобувається дорожні та будівельні матеріали.

Осовною формою відновлення грунтів, підданих промисловій ерозії є їх рекультивація.

Рекультивація – це система заходів відновлення зруйнованих грунтів.

Рекультивація здійснюється в три етапи:

-підготовчий – обслідування теріторії, вибір напрямків рекультивації(062), проектування;

-горно-технічний – розрівнювання відвалів, засипання кар’єрів;

-біологічний – спрямований на відновлення родючості підготований в процесі горно-технічного етапу грунтів і перетворення їх в повноцінні господарчи та лісові ділянки.

Ще більшу шкоду грунту завдає його хімічне забруднення. Небезпека хімічного забруднення(063) грунтів витікає з забруднення пестицидами. Пестициди захищають корисні рослини, зберігають великі об’єми продукції Але все більше й більше у всьому світі говорять про небезпеку таких хімічих засобів боротьби з шкідниками рослин, тому що вони нагромаджуються в ландшафтах, ушкоджують рослинні угрупування, за харчовими ланцюгами надходять в організм людини і викликають порушення, які можуть передаватися нащадкам. При вивченні хіміко-генетичних властивостей пестицидів було встановлено, що 1/3 них викликає мутації, при цьому серед них є речовини, мутагенна дія яких перевищує таку дію іонізуючої радиації.
Одна з основних умов охорони грунтів від забруднення пестицидами – створення та використання менш токсичних речовин, які до того ж швидше розкладаються, а також зменшення їх внесення в грунти. Існує кілька способів зменшити дозу без втрати ефективності:

-сполучення використання пестицидів з іншими заходами – агротехнічними, біологічними;

-змінити форму внесення – замінити порошки аерозолями;

-зменшення повітряного і зростання наземного внесення;

-зменшення використання стійких препаратів;

-використання пестицидів з різним типом дії – це дозволяє перешкодити адаптації шкідників і зростанню дозування;

-контроль технології – вірне транспортування.

Велику шкоду грунтам заподіює використання добрив. Добрива необхідні, вони підвищують врожаї, поповнюють ті втрати, що ми створюємо грунтам вивезенням врожаю з ланів. Проте, користуватися ними треба раціонально, в іншому випадку рештки добрив, що залишилися невикористаними рослинами, будуть мігрувати за харчовими ланцюгами. особливо гостро стоїть питания із сполуками азоту. Для формування врожаю потрібно 200-300кг азоту на 1 га. Азот нагромаджується в листі, стебліх та насінні і виноситься з ланів. Вміст його в грунті зменшується і треба його поповнювати. Надлишок азоту нагромаджується в грунті в нітратній формі, яка не сорбується і легко вимивається, внаслідок чого підвищується його вміст в природних водах.

Промислова діяльність людини викликала сукупність геохімічних процесів, одним з яких є збагачення поверхні планети металами і, особливо, залізом, нікелем і калієм, як показав аналіз. В грунті такі метали зв’язуються в міцні комплекси з гуміновими кислотами і грунт втрачає активність. До елементів критичної групи належать Hg; Pb; Cd.

Існує кілька джерел забруднення грунтів важкими металами:

-відходи металооброблюючої промисловості;

-промислові викиди;

-продукти згоряння палива;

автомобільні вихлопи.

Характер розташування важких металів на поверхні грунтів залежить від джерела забруднення, метеорологічних особливостей регіону, геохімічних факторів та ландшафтних обставин.

Джерело забруднення визначає якість і кількість продукту, що викидається. При цьому ступінь його розсіювання залежить від висоти викиду. Зона максимального забруднення розповсюджується на відстань, що дорівнює 10-40 кратній висоті труби при високому горячому викиді і і 5-10 кратній висоті – при низькому холодному викиді. Тривалість перебування частинок у повітрі залежить від їх маси. Повітряні потоки переносять тверді частинки викиду на відстані, що залежать від напрямку вітру. Чим більше відстань, на яку уноситься викид, тим менше його концентрація, а це, в свою чергу залежить від швидкості вітру. Вологість повітря негативно впливає на викид – вона локалізує його внаслідок злипання частинок і зростання їх маси. Важкі метали в меншому ступені нагромаджуються у високих частинах рельєфу з-за стікання іх в низину, де вони й концентруються. Геохімічні властивості ландшафту теж сильно впливають на забруднення грунтів. Елементи, що надходять з викидами, нагромаджуються в ландшафті або розсіюються залежно від характеру геохімічних бар’єрів, характерних для місцевості. В основу класифікації бар’єрів покладені види міграції елементів:

-біогеохімічний бар’єр – для всіх елементів, що всотуються і перерозподіляються живими організмами;

-фізико-хімічні бар’єри – наприклад, в кислому грунті важкі метали розповсюджуються сильніше , ніж в лужних внаслідок більшої розчиненості;

-механічні бар’єри – типи грунтів або порід, які затримують рух елементів, наприклад, скальні породи;

-техногенні бар’єри – штучні перешкоди, створені людиною.

Захист грунтів від забруднення важкими металами базується на:

-вдосконаленні виробництва, наприклад, для виробництва 1 т С1₂ витрачається згідно з одною технологією 45 кг Hg, а згідно з другою – 14-18кг;

-використанні мікроорганізмів для концентрування металів;

-створенні безвідходного виробництва;

-використанні інактиваторів важких металів, наприклад, іонообмінних смол.

Нині настав час серйозного переосмислення людством ставлення до природи, час об’єднання зусиль націй і народів у боротьбі за врятування біосфери планети, здійснення нових локальних, регіональних і міжнародних програм подальшого розвитку і виживання, які повинні базуватися на нових соціально-політичних засадах, екологічній основі, глибоких екологічних знаннях і підвищеній загальнолюдській екологічній свідомості.

Питання для самоконтролю.

Питання 9.6.

Чи можна сказати, що єдиним джерелом кисню в водних екосистемах є фотосинтетична діяльність рослин?

Так.

Ні.

Питання 9.7.

Чи можна сказати. що розчиненість вуглекислоти у воді носить хімічний характер?

Так.

Ні.

Питання 9.8.

Чи можна сказати. що мешканці водних екосистем – гідробіонти – сприяють підвищенню токсичності елементів в середовищі.

Так.