Прикладные аспекты экологии

1. Прикладные аспекты экологии Воздействие человека на природу. Природоохранительный аспект экологии. Демографический взрыв, исчерпание ресурсов, загрязнение и разрушение среды – главные причины надвигающегося экологического кризиса

2. Человек – общественное существо, обладающее сознанием, разумом, субъект общественно-исторической деятельности и культуры. • Человек возник на Земле в ходе длительного и неравномерного эволюционного процесса – антропогенеза. Полагают, что 8 – 5 млн. лет назад африканские обезьяны разделились на 2 ветви: одна привела к человекообразным обезьянам, другая – к первым гоминоидам (австралопитекам). Их родина – Южная Африка. Вероятно, около 2 млн. лет назад австралопитеки дали начало роду «человек» (Homo), первым представителем которого ученые считают «человека умелого» (Homo habilis). Около 1,6 – 1,5 млн лет назад этот вид сменился в Восточной Африке «человеком прямоходящим» (Homo erectus). Далее шло расселение вида из тропической Африки по всему континенту, а также в Европе и Азии. По поводу времени, места возникновения и непосредственных предков человека современного вида – человека разумного (Homo sapiens) – в науке нет единого мнения

3. Современный человек (Homo sapiens) появилсясорок, а по некоторым источникам девяносто тысяч лет назад, согласно другой гипотезе около 150 тыс. лет назад

4. Охота и собирательство начали заменяться скотоводством и земледелием около 9 – 10 тыс. лет назад Таким образом, период, в течение которого человек производит пищу, составляет лишь ¼ часть общей продолжительности существования современного человека.

5. Время научно-технической революции не превосходит сотых долей процента от этого времени, т.е. носит взрывообразный характер

6. Активная жизнедеятельность человеческого общества вызывает многосторонние изменения в окружающей среде: Вырубаются леса

7. Осушаются эстуарии и болота

8. Морские акватории отравляются нефтепродуктами

9. Наибольший ущерб побережью от разлива нефти, согласно «Книге рекордов Гиннесса», был нанесен 24 марта 1989 г, в результате аварийного выброса в заливе Принц-Уильямс (Prince Williams) у побережья Аляски Танкер «Вальдес», принадлежащий компании «Экссон Мобил» (Exxon Mobil), натолкнулся на риф и получил пробоину. В результате в море вылилось 45 000 т нефти. Подверглось загрязнению около 2 400 км побережья Аляски.

10. Безграмотность при ликвидации последствий катастрофы, а также применение метода обдувания и мытья горячей водой под высоким давлением привело к тому, что нефть была смыта со скал на берег

11. Жертвы: Погибло около 645 млн птиц, а также морские выдры, тюлени, рыбы. Пострадали люди. Не были приняты все меры, чтобы обезопасить принимавших участие в ликвидации последствий катастрофы от воздействия паров сырой нефти и других химических веществ, особенно токсичного сероводородного газа. В первый год после катастрофы сбор урожая у местного населения сократился до 77 % (по сравнению с предыдущим годом) Около 12 % от общего объема разлитой нефти осталось в отложениях на дне, 3 % – на берегу. В теплые дни остатки нефти поднимаются на поверхность и продолжают наносить вред природе.

12. Реки и озера отравляются тяжелыми металлами, фенолами, минеральными удобрениями, моющими средствами

13. Над крупными городами меняется состав атмосферы, которая насыщается различными газами, дымами, пылью

14. Сейчас наблюдается катастрофическое снижение численности многих видов животных. Причин этому много

15. Естественные причины снижения численности видов: природные катастрофы (ураганы, наводнения, суровые зимы, засухи, лавины, пожары)

16. Вмешательство человека (промысел, спортивная охота, браконьерство, отлов животных для зоопарков и частных коллекций)

17. Основные факторы, угрожающие существованию животных: • Разрушение местообитаний • Переэксплуатация (чрезмерная добыча) • Влияние интродуцированных видов • Потеря, сокращение или ухудшение кормовой базы • Уничтожение диких животных для защиты сельскохозяйственных растений и домашних животных, уничтожение животных – объектов промысла • Случайная добыча

18. В настоящее время 100 видов животных находится под угрозой гибели и внесены в Красную книгу

19. Причины надвигающегося экологического кризиса • Первая и наиболее важная причина возрастания экологической напряженности в мире – демографический взрыв, неконтролируемый рост численности народонаселения Земли. • В соответствии с данными ЮНЕСКО, население Земли каждый год увеличивается на 80 млн человек, т.е. возникает новое государство, по численности равное населению Германии, но уровень жизни в котором, увы, существенно ниже

20. Площадь Земного шара, как известно, вычисляется по формуле: S = 4 πR2 Радиус Земли R примерно 6300 км. Следовательно, S~ 4,98·108 км2 Почти ¾ этой площади занимают океаны, а от того, что остается, пригодно для жилья не более 10 %, остальное – Сахара, Гоби, Гренландия, Антарктида и леса Сибири, Канады, Амазонии и Центральной Африки, которые вырубать ни в коем случае нельзя, иначе задохнемся. Жить там могут только многочисленные аборигенные народы, которые на протяжении многих поколений приспосабливались к условиям окружающей среды и не нарушают сложившегося экологического равновесия.

21. Таким образом, пригодной для жизни растущего населения Земли суши не так-то уж много – не более 1,2-1,4·107 км2 • Если считать, что население Земли через 30 – 35 лет возрастет до 10 млрд (при нынешних темпах роста ~ 1,4 % в год) и если поделить пригодную для заселения площадь планеты на эти 10 млрд, то на каждого получится чуть более 10 соток. • Западные демографы и экономисты убеждают друг друга, что Земля выдержит и 20 и 30 млрд человек, если ужесточить требования к качеству окружающей среды, экономить природные ресурсы и энергетические ресурсы, обеспечить во всем мире «права человека и демографические свободы» и т. д. Произойдет системный демографический переход и численность населения стабилизируется сама.

22. Кривая 1 – так будет расти население Земли, если рождаемость не снизится; Кривая 2 – кризис третьего мира Кривая 3 – медленный спад рождаемости Кривая 4 Модель С.П. Капицы. Все само встанет на свое место Кривая 5 – оптимистический прогноз ООН Результаты таких расчетов с разными вариантами экспертных оценок, сделанных по заказу Юнеско, приведены на рис.

23. Проблема ресурсовДля удовлетворения растущих потребностей человечества увеличивается добыча полезных ископаемых, активно используются природные ресурсы Земли

24. Природные ресурсы подразделяются на биологические (растения, животные, грибы) и минеральные (полезные ископаемые, энергетические ресурсы, вода) Природные ресурсы Неисчерпаемые Исчерпаемые Солнечная энергия Возобновимые Невозобновимые Чистый воздух Ископаемое топливо Ветер, приливы, текущая вода Пресная вода Плодородная почва Минеральное сырье Растения и животные

25. Один из фундаментальных законов физики – закон сохранения массы и энергии. Когда какие-либо ресурсы извлекаются из недр, масса их при переработке не изменяется. Масса отходов и использованных веществ эквивалентна массе веществ, извлеченных из природной среды, и возвращается в окружающую среду. • По мере развития хозяйственной деятельности, с увеличением производства материальных благ, все больше недоиспользованных материалов и энергии возвращается в окружающую среду, приводя к значительному изменению (физическому, химическому и биологическому) качества воздушной и водной оболочек Земли и нарушая равновесие в природных экосистемах. • Из всего чудовищного количества добываемого сырья не более 3 – 10 % используется, а остальное уходит в отходы, превращаясь в загрязнения. И этот процесс возрастает. Масштабы экологических нарушений увеличиваются пропорционально росту и увеличению материальных благ.

26. Загрязнения – это одна из старых проблем, которая возникла с появлением первых поселений: ручьи сточных вод, дым, отходы домашнего хозяйства и скотоводческих ферм.

27. До развития промышленной цивилизации, до начала XIX века, загрязнения были сильно ограничены по природе, количеству и распространению

28. Сейчас к старым проблемам добавились новые – химические неприродные соединения, к которым биологические системы адаптироваться не могут (ксенобиотики – вещества, чуждые природе), и ядерные отходы

29. Наша цивилизация не только накапливает огромные массы отходов, но еще и производит большое количество разнообразных минеральных и органических веществ, не подвергающихся биологическому разрушению(пластики, пестициды, керамика, нержавеющие сплавы и радиоактивные вещества)

30. За последние годы (20 – 30 лет) синтезировано более 4 млн новых химических соединений. Ежегодно производится около 30 тыс. видов новых химических соединений-ксенобиотиков

31. Загрязнители могут существовать в виде материальной субстанции (нефть и ее продукты, тяжелые металлы, пестициды, минеральные удобрения), энергии (шум, свет, тепло, электромагнитные поля), радиоактивности

32. Важное различие в характеристике загрязнителей – разлагаемы они или нет. Разлагаемыми являются обычные органические отходы – бытовые сточные воды, которые перерабатываются бактериями за короткий период времени. Разлагаемыми являются энергетические загрязнители – шум, который по мере удаления от источника быстро рассеивается и совсем исчезает, а также свет. Другие загрязнители являются чрезвычайно стойкими и не разлагаются, не перерабатываются биотой – это различные неорганические вещества, ядохимикаты, детергенты (моющие вещества), тяжелые металлы, коллоиды, а также радиоактивные вещества с большим периодом полураспада.

33. Биологическое действие загрязнителей должно быть тщательным образом изучено, поскольку отдельные последствия их действия на среду и организмы трудно предсказать.

34. Так, использование ископаемых топливных ресурсов (угля, нефти, газа), возможно, вызовет увеличение содержания в атмосфере CO2и других тепличных газов, что может привести к потеплению климата на планете и таянию ледников, что, в свою очередь, приведет к затоплению поселений на морских побережьях и чревато другими непредсказуемыми климатическими последствиями. Органические загрязнители – различные углеводороды, появляющиеся в результате сжигания природного топлива, являются мутагенами и канцерогенами. Сажа – продукт неполного сгорания топлива – считается наиболее опасным канцерогеном, более опасным, чем тяжелые металлы

35. Классификация химических загрязнений Загрязнение Физическое Химическое Биологическое Тепловое Биотическое (биогенное) Аэрозоли Шумовое Химические вещества Электромагнитное Микробиологическое Тяжелые металлы Световое Генная инженерия Радиоактивное Пестициды Бытовой мусор Минеральные удобрения Твердые отходы производства Пластмассы СПАВ

36. Природные экосистемы суши (биогеоценозы) могли бы поглотить большую часть накапливающихся в атмосфере углекислого и других тепличных газов. Но это возможно только в том случае, если природные системы находятся в устойчивом равновесии. Однако можно ли говорить об устойчивом равновесии экосистем Земли, если имеет место бессистемное хищническое сведение лесов, в том числе на российском Дальнем Востоке и Сибири, опустынивание территорий в результате бездумных хищнических распашек целины, попытки повернуть реки вспять, что привело бы к гибели целого континента, осушение огромных территорий или, напротив, обводнение, орошение при полном отсутствии научного обоснования?

37. Загрязнители биосферы Проблема диоксинов Впервые опасность диоксинов стала очевидной для широкой общественности в 70-х гг. Барри Коммонер – один из мировых лидеров в экологии в докладе к общественным слушаниям в Сент-Луисе, Миссури, США, 30 июля 1994 г. приводит следующие факты: «…26 мая 1971 г около 10 кубометров того, что считалось техническим маслом, было разбрызгано по грунту на находившемся ипподроме в г. Таймз Бич штата Миссури, США, чтобы пыль не мешала скачкам. Три дня спустя ипподром был усеян трупами мертвых птиц, а еще через несколько дней заболели 3 лошади и наездник. К июню умерли 29 лошадей, 11 кошек и 4 собаки. В августе шестилетняя дочь одного из владельцев ипподрома была доставлена в детскую больницу Сент-Луиса с неясными тяжелыми синдромами почечного заболевания. Заболели еще несколько взрослых и детей. И только в августе 1974 г, после того как верхний слой земли на глубину 30 см был удален и вывезен, ипподром стал безопасен для людей, домашних животных и птиц. С этого началось десятилетие споров и домыслов, кульминацией которого стало закрытие и эвакуация всего населения г. Таймз Бич.

38. Потребовалось три года работы, чтобы установить причину всех этих заболеваний и смертей. В грунте, взятом на ипподроме, был обнаружен диоксин в концентрации 30 – 53 части на миллион. В результате стало ясно, что «техническое масло» представляло собой химические отходы завода в Вероне, штат Миссури, где производился трихлорфенол – промежуточный продукт для получения 2,4,5-Т, гербицида «Оранжевый агент», который распылялся в огромных количествах во время Войны во Вьетнаме…».

39. Термин «диоксины» – это совершенно некорректное название целой группы соединений разных химических классов: диоксинов, фуранов и бифенилов, все они содержат атомы хлора. Полное название трех составляющих термина – полихлорированные дибензо-пара-диоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ) и полихлорированные бифенилы (ПХБ). Очень часто выделяют «диоксины и ПХБ», или «диоксины/фураны и ПХБ». 3,5,3*,5*-тетрахлорбифенил (ПХБ)

40. Структура молекул некоторых полициклических углеводородов Галогенированные токсиканты, содержащие один атом кислорода в молекуле, называют дибензофуранами, два атома - диоксинами, если вещества не содержит кислорода - это бифенилы. Атомы галогенов (хлора или брома) замещают один и более атомов водорода, входящих в структуру бензольных колец.

41. Ярким примером биологических последствий действия диоксинов являются последствия использования химического оружия во время войны во Вьетнаме – необратимое уничтожение первичных тропических лесов. В дефолиантах, которые распыляли летчики США, была незначительная примесь побочного продукта, который образовывался при производстве гербицида 2,4,5-Т. Этот гербицид был основой всех распылявшихся агентов: «Оранжевого», «Пурпурного», «Розового», «Зеленого» и других цветов, а примесью были диоксины. США использовали в войне 91 тыс. тонн гербицидов, из них 55 тыс. тонн содержали диоксины – 170 кг (в смесях было от 0,5 до 47 мг/кг токсичного тетрахлордиоксина). Всего было обработано 1,6 млн га, пострадали свыше 2 млн человек.

42. Химические вещества, называемые одним словом «диоксины», относятся к группе «суперэкотоксикантов», крайне устойчивых органических загрязнителей природы. Эти вещества чрезвычайно опасны не только для природы, но и для человека. Главный удар они наносят по репродуктивным функциям человека: они разрушают гормональную систему, что приводит к иммунодефициту (падению защитных сил), но главным образом страдают женщины и дети, растет число женских болезней, выкидышей, растет число детских смертей и детей инвалидов, снижается число родившихся.

43. Диоксины – не промышленный продукт. Диоксины всегда образуются при высоких температурах в присутствии атомов хлора. Исключение составляет только производство целлюлозы, где диоксины образуются при не очень высоких температурах. Диоксины очень устойчивы и разрушаются при температурах выше 1000 С. Основным, самым главным источником выбросов диоксинов являются МСЗ. Именно они загрязнили всю землю диоксинами, именно они бросили вызов человечеству.

44. Диоксины в трубе. Та часть диоксинов, которая попадает в трубу, почти целиком связана с частицами пыли. Это естественно, так как диоксины очень хорошо адсорбируются на любых материалах: их адсорбционная способность огромна.

45. Японские ученые (1996) исследовали волосы рабочих МСЗ и контрольной группы людей. Данные выражены в токсических эквивалентах TEQ, которые учитывают также и токсичные соединения ПХБ, как и диоксины, содержащиеся в выбросах МСЗ. Оказалось, что токсичность волос рабочих МСЗ в 3,7 раза выше контроля: 1,18:4,36. Аналогичный результат был получен и при анализе крови у рабочих МСЗ в США (1991). Если волосы отражают загрязнение, идущее в организм, то загрязнение крови это и есть загрязнение самого организма. В крови рабочих МСЗ содержание диоксинов в токсических эквивалентах TEQ было на 30% выше, чем у контрольной группы: 16,6:21,9 пкг/г липидов.

46. Опасно ли это? Неподалеку от МСЗ в Японии (что японские МСЗ одни из лучших в мире) была выявлена зона с высокими показателями смертности от рака. Изучение загрязнения диоксинами окрестностей завода показали, что в зоне до 1,1 км к югу от завода из 57 умерших в течение 1985-95 гг., 24 умерли от рака (42%), а в зоне от 1,1 до 2,0 км из 167 умерших только 34 умерли от рака (20%). Последняя цифра близка к средней для этого региона (25-28%). Тяжелые частицы, несущие диоксин выпадают как раз в зоне, прилегающей к трубе МСЗ, однако более мелкие частицы разносят диоксины по всей стране. Голландцы показали, что даже на расстоянии 24 км от МСЗ хорошо прослеживается диоксиновое загрязнение.

47. Диоксины в твердых отходах К таким отходам относятся шлаки, летучая зола и отходы с фильтров очистки воздуха. Токсичность шлаков складывается из токсичности ПАУ, диоксинов и неопознанных органических токсикантов и, кроме того, токсичных металлов. Примечание. Стоимость захоронения обычного мусора (в среднем) 23 доллара за тонну, а опасных отходов 210 долларов за тонну!

48. "Летучая зола" Диоксины образуются вновь (de novo) в зоне охлаждения, часть из них попадает в летучую золу (технический термин "зола уноса"), а часть улетает в трубу, к нам. Зола уноса это та пыль, которая осаждается на фильтрах. В ней содержатся не только диоксины, но и еще множество опасных веществ. Подробное исследование токсичных свойств летучей золы (ЛЗ) было проведено в Нидерландах еще в 1982 г А. Полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД). В. Полихлорированные дибензофураны (ПХДФ). 1. Печь сжигания. 2. Теплообменник. 3. Отходящие газы. 4. Летучая зола(унос).

49. Европа, Америка и Япония проводят целенаправленную государственную политику для решения проблемы диоксинов. Они пытаются (и успешно) снизить выбросы диоксинов в своих странах в сто раз, снизить поступление диоксинов с пищей до приемлемого уровня и резко уменьшить опасность для грудных детей, получающих диоксины с молоком матери. Введение новых, очень жестких норм на выбросы МСЗ является ключевым моментом в этой политике. В США существует Управление по охране окружающей среды в США, ЕРА — главное природоохранное ведомство в США. ЕРА сделало прикидочный расчет: после введения в США новых (близких Европейским) норм выбросов диоксинов от различных сжигателей будет остановлено свыше тысячи таких установок.

50. Строительство МСЗ, соответствующих нормам Европейского Союза (НЕС), стоит очень дорого. После введения НЕС в Нидерландах, из имевшихся в стране 12 МСЗ было закрыто 4, то есть одна треть. На переоборудование оставшихся МСЗ было израсходовано свыше миллиарда долларов. В первую очередь были обновлены все очистительные системы. Совершенно очевидно, что проект, приемлемый экологически (соответствующий НЕС) будет совершенно не приемлем с экономической точки зрения. Предлагаемые в настоящее время проекты МСЗ отличаются по цене не очень сильно, это 100-200 млн. долларов, но почти всегда неясно какие системы очистки отходящих газов будут установлены.