Реферат: Екологічна безпека літосфери
Щодня на Землі внаслідок ерозії втрачається 3200 га родючих ґрунтів. Внаслідок ерозії в Грунтах зменшується вміст фосфору, азоту, калію та інших мікроелементів. Під час пилових буревіїв з кожного гектара ріллі виноситься ЗО кг азоту, 22 кг фосфору і понад ЗО кг калію. Ерозія й засолення призводять до посухи та спустелювання земель. Усе це зумовлює зменшення врожайності та втрату родючих ґрунтів. Особливе занепокоєння викликає стан українських чорноземів. Україна має найбільші в світі запаси чорнозему, який є національним багатством. Освоєність земельного фонду в країні досягла 70 %, чого не має жодна з промислове розвинених країн. Розораність сільгоспугідь становить понад 80 %, тоді як у Європі — 31 %, Африці — 9, Франції — 48, Угорщині — 37, Англії — 25, США — 20, Китаї — 8,2, Канаді — 2,4, Австралії — 1,2 %. Внаслідок такої інтенсивної експлуатації земель в Україні з 33,3 млн га орних земель 10 млн га — еродовані, близько 17 млн га мають підвищену кислотність. Відтворення ґрунтів відбувається в природі впродовж тривалого часу. Так, для утворення чорнозему завтовшки один метр у лісостеповій зоні України потрібно близько 7000 років. Отже, втрата ґрунтів є величезною загрозою для існування прийдешніх поколінь, що ставить під сумнів подальший розвиток нашої цивілізації.
Внаслідок антропогенної діяльності та посух відбувається спустелювання, що призводить до виснаження аридних та напіваридних екосистем. Спустелені території не самовідновлюються. Щороку площі пустель зростають на 60 тис. км2 , і до цього часу спустелено вже близько 5 млрд га. Останнім часом на території колишнього СРСР спустелення відбулося в районі Аральського моря. В результаті значного зменшення річкового стоку рік Амудар'я й Сирдар'я внаслідок використання води для зрошення бавовникових плантацій на відстані до 250 км від Аралу рівень ґрунтової води знизився на 5 м. Аральська катастрофа завершилася аридизацією клімату на південь від Аралу на 100—400 км. Цей наочний приклад екологічної катастрофи, яка була наслідком непродуманої господарської діяльності, має стати уроком і пересторогою для всього людства.
Якщо взяти до уваги той факт, що всі компоненти біосфери тісно пов'язані і взаємозумовлені, то стає очевидним, що непродумане й безконтрольне забруднення ґрунтів, повітря та природних вод ксенобіотиками, що здатні мігрувати трофічними ланцюгами і накопичуватися в живих організмах, може в кінцевому результаті призвести до незворотних змін, які загрожують існуванню людини як виду.
ПОВЕДІНКА ЗАБРУДНЕНЬ У ЛІТОСФЕРІ ТА ВПЛИВ ЇХ НА ЗДОРОВ'Я ЛЮДИНИ
У біосфері Землі постійно відбувається взаємодія між компонентами її косної (космосу, атмосфери, гідросфери та літосфери) і живої (рослини, тварини та мікроорганізми) речовин. Ця взаємодія виражається в обміні речовини та енергії і супроводжується різними фізичними, хімічними та біологічними процесами. У результаті цих взаємодій на Землі формуються певні умови для забезпечення процесів життєдіяльності (клімат, хімічний склад повітря, води й ґрунту, морфологія земної поверхні тощо). Забруднення біосфери, що утворилися природним шляхом або внаслідок антропогенної діяльності, потрапивши в атмосферу, гідросферу чи літосферу, також перебувають у постійній взаємодії: відбуваються певні хімічні перетворення речовин в атмосферній та ґрунтовій воді, окисно-відновні реакції, гідроліз і комплексоутворення, хімічне та бактеріальне вилуження, сорбція, йонний обмін і багато інших. При взаємодії із земною поверхнею газуваті забрудники можуть виводитися з атмосфери. В ґрунт з атмосфери щороку надходить до З млн. т оксиду сульфуру (IV), 3,1 млн. т оксидів нітрогену, 8,2 млн. т оксиду карбону (II), 1,75 млн. т органічних сполук, 7 тис. т цинку, 6,5 тис. т свинцю, 80 т кадмію та близько 600 інших забруднювальних речовин. Це призводить до істотних змін середовища існування живих організмів.
Рослинний світ літосфери може поглинати атмосферні гази, як і неорганічні речовини, без подальшої переробки або активно включати їх у процеси метаболізму, створюючи сприятливий градієнт концентрацій для подальшого поглинання. За винятком вуглекислого газу, всі основні гази, що забруднюють повітря, значною мірою беруть участь у метаболізмі рослин. Проте для багатьох рослин спостерігаються порушення процесів життєдіяльності за дуже малих концентрацій забрудників. Взагалі росли ни зазнають шкідливої дії газуватих забрудників у менших концентраціях, ніж тварини (особливо у разі наявності озону, оксидів нітрогену й сульфуру). Винятком є лише оксид карбону (II), який завдає шкоди рослинам у значно більших концентраціях, ніж при дії на тварин.
У результаті хімічної взаємодії забруднювальних речовин відбувається їх трансформація з утворенням нових хімічних сполук — ксенобіотиків, які нерідко бувають ще токсичнішими, ніж вихідні забрудники. Яскравим прикладом таких штучно створених у природі сполук є нітрозаміни — продукти трансформації в ґрунті азотних добрив. Забруднювальні сполуки (зокрема, діоксини) можуть бути канцерогенними, тобто спричинювати ракові захворювання. Ці речовини потрапляють в атмосферне повітря, поверхневі й ґрунтові води та ґрунти, з яких переходять у рослини, а далі через ланцюги живлення — в організми тварин і людей. Накопичуючись в організмів в надмірній кількості, вони спричинюють різні захворювання і навіть смерть.
Характерною особливістю літосфери є те, що забруднення переміщуються в ній природним шляхом значно повільніше, ніж у гідросфері й атмосфері. Тому відбувається концентрування токсичних речовин і подальша міграція їх у різні середовища в процесі біологічного та геохімічного колообігів речовин. Внаслідок інтенсивного надходження ксенобіотиків порушується динамічна рівновага цих природних циклів, які складалися впродовж багатьох мільйонів років. А це врешті може призвести і вже частково призводить до незворотних катастрофічних змін у біосфері Землі.
Не маючи можливості детально розглянути всі ті процеси, що відбуваються в літосфері із забрудненнями антропогенного походження, зупинимося для прикладу тільки на деяких із них. Людство у своїй повсякденній діяльності використовує значну кількість металів, особливо заліза. На Землі залізо перебуває в окисненій формі у вигляді оксидів. Для добування металічного заліза, яке використовують у різних конструкціях, застосовують різні металургійні процеси, що ґрунтуються на відновленні оксидів феруму до металу за допомогою відновників (переважно вуглецю
та сполук карбону). У результаті відновної плавки в доменних печах виплавляють чавун (сплав заліза й вуглецю), а з нього в результаті окисної плавки в мартенівських печах і бесемерівських конверторах отримують сталь.
Із чавуну і сталі виробляють різні машини, механізми та будівельні конструкції. Після їх спрацювання та виходу з ужитку вони у вигляді металобрухту потрапляють у відходи, які накопичуються в літосфері в досить значній кількості. Більша частина цих відходів знову залучається в переробку шляхом їх переплавляння, і таким чином створюється техногенний колообіг металів у господарській діяльності людини. Інша частина цих відходів не може бути перероблена відразу, тому знаходиться на земній поверхні, зазнаючи окиснення атмосферним повітрям. Відбувається корозія металів.
Прискорення корозії заліза за наявності в атмосфері оксиду сульфуру (IV) пов'язане з наявністю Ре804 та вологи в нижньому оксидному шарі. При зменшенні вологості розчин висихає і електрохімічний процес призупиняється через відсутність гідроксид-іонів. Сульфат феруму (II) розчиняється в поверхневих, зливових та ґрунтових водах і у вигляді розчину може потрапляти безпосередньо в рослини і через ланцюги живлення — в організми тварин і людей або переноситися в підґрунтові води та з течією рік в океани. Сульфат феруму (II) окиснюється атмосферним розчиненим у воді киснем до сульфату феруму (III)за схемою
2РЄ804 + 1/202 + Н2§04 = РЄ2( 8С>4 )з + Н20.
Сульфат феруму (III) та основні сульфати феруму Ре(ОН)804, Ре(ОН)з та інші важкорозчинні сполуки здатні накопичуватися і таким чином концентрувати вміст заліза в середовищі, забруднюючи ґрунт.
Утворення сульфатів і нітратів металів може відбуватися й за іншою схемою. Оксид сульфуру (IV) розчиняється в краплях атмосферної або ґрунтової вологи, утворюючи сульфітну кислоту, яка взаємодіє з розчиненим киснем у воді з утворенням сульфатної кислоти за схемою
2Н2§Оз + 02 ^ 2Н2804.
Утворення нітратної кислоти відбувається за такою реакцією:
ЗМ02 + Н20 = 2НМОз + N0.
Сульфатна. та нітратна кислоти взаємодіють з металобрухтом за схемою
Ме + Н2804 = Ме804 + Н2Ї; Ме + 2НКОз = Мс (N03)2 + Н2Ї.
Сульфати й нітрати розчиняються у воді і надходять у рослини або водойми, в яких вони можуть накопичуватися чи гідролізуватися з утворенням важкорозчинних солей. Якщо утворені таким чином кислоти потрапляють до відвалів галургійних виробництв, зокрема галітових, що містять хлориди натрію і калію, вони взаємодіють з цими солями за схемою
НМОз + NаС1 = NаNОз + НСіТ; НМОз + КС1 = КМОз + НСіТ.
Нітрати розчиняються у воді й потрапляють в організми рослин, тварин і людей. Хлоридна кислота в газуватому стані може надходити в атмосферне повітря або взаємодіяти з іншими сполуками, що знаходяться у ґрунті або водному розчині, утворюючи хлориди металів та інші речовини. Оксид сульфуру (IV) та утворені сульфатна й нітратна кислоти руйнують кам'яну та бетонну кладки. Вапняковий розчин і цегла поглинають оксид сульфуру (IV) з утворенням сульфатів за схемою
СаСОз + 802 + 1/202 = Са504 + С02.
Особливо небезпечні сульфати для матеріалів, що містять карбонат кальцію (руйнування фресок та інших старовинних мармурових пам'яток). Нейлонові, бавовняні та віскозні тканини в повітряному середовищі, яке містить оксид сульфуру (IV) в кількості 0,1—0,2 млн., втрачають механічну міцність. Це пов'язано, очевидно, з кислотним гідролізом. Кислота утворюється на поверхні тканин при абсорбції сірчистого газу плівкою води. Озон, що знаходиться в атмосфері, є сильним окисником і дуже активним відносно багатьох органічних сполук. Цим пояснюється, вірогідно, його розкладання на поверхні твердого тіла. Озон руйнує деякі полімери та фарби, здатні окиснюватися.
Залізобактерії можуть сприяти розчиненню міді у відходах та відвалах мідних руд. За допомогою сульфатних розчинів феруму (III) і сульфатної кислоти за наявності сульфатів алюмінію і феруму (II) та тонових бактерій сульфіди міді перетворюються на водні розчини сульфату купруму за такою схемою:
2Ре2(804)з+2Си8+2Н20+302 --- 2Си804+4Ре804+2Н2804.
Ці сполуки надзвичайно токсичні і на відміну від неорганічних сполук меркурію міцно зв'язуються тканинами організмів тварин і людей та дуже повільно виводяться з організму. Диметилмеркурій леткий і після відмирання мікроорганізмів та інших організмів надходить не лише у воду, а й у повітря. При цьому створюються сприятливі умови для його подальшої трансформації та міграції.
Біометилювання під дією бактерій зазнають й інші метали — свинець, олово, кадмій, талій, селен, телур, золото. В повітрі під дією ультрафіолетового випромінювання металоорганічні сполуки розщеплюються на неорганічні та органічні похідні, які з атмосферними опадами знову надходять у Грунти літосфери. За підрахунками дослідників, щороку з дощем випадає 100 тис. т ртуті, тобто в 15—20 разів більше, ніж її видобувають. Мікроорганізми (дріжджі, актиноміцети, бактерії тощо) ефективно очищають ґрунти від нафти та нафтопродуктів, використовуючи ці забруднення для свого живлення. Таким чином, споживаючи забруднювальні речовини, мікроорганізми сприяють очищенню Грунтів від полютантів.
Значна кількість промислових стічних вод виносить токсичні речовини у водойми та ґрунти. Наприклад, стічні води металургійних виробництв містять солі важких металів, феноли, ціаніди та ін. Якщо воду навіть з невеликим вмістом фенолу прохлорувати для отримання питної води, то феноли перетворяться на хлорфенол і нададуть їй надзвичайно неприємного запаху.