Загрязнение окружающей среды. Лекция 9

1.

Загрязнение
окружающей
среды
Биология. Лекция 9

2.

Загрязнение природной среды
Загрязнение – процесс привнесения в среду или
возникновение в ней новых, обычно не
характерных для нее физических, химических,
биологических агентов или превышение в
рассматриваемое
время
естественного
среднемноголетнего
уровня
концентрации
названных выше агентов в среде, приводящих к
негативным последствиям.

3.

Классификации
Загрязнение может быть природным и антропогенным.
По масштабам загрязнение может быть глобальным, региональным, локальным.
По объектам загрязнения различают загрязнение атмосферы, поверхностных и
подземных вод, почв, загрязнение околоземного пространства и т. д.
Г. В. Стадницким и А. И. Родионовым на основе применения системного подхода
выделены следующие виды загрязнения:
Ингредиентное загрязнение – совокупность веществ, количественно или
качественно чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты,
минеральные удобрения и др.).
Параметрическое загрязнение – изменение качественных параметров окружающей
природной среды (шумовое, тепловое, световое, радиационное, электромагнитное).
Биоценотическое загрязнение – воздействия, вызывающие нарушение в составе и
структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная
интродукция, и акклиматизация видов и т. д.).
Стациально-деструкционное загрязнение – воздействие, приводящее к нарушению и
преобразованию ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (вырубка
лесов, эрозия почв, урбанизация, зарегулирование водотоков).

4.

Для снижения вредного воздействия хозяйственной деятельности на
окружающую среду применяются различные подходы:
Первый из них, активно используемый в настоящее время, основан на
рассеянии и разбавлении загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферном
воздухе и природных водах (санитарно-гигиеническое нормирование). Этот
путь признан тупиковым, т.к. в результате такого рода действий общий
выброс ЗВ в окружающую среду не сокращается, а уменьшается только их
концентрация в определенных местах, что фактически ведет к вовлечению в
зону загрязнения более обширных территорий.
Другой путь – это снижение эмиссии вредных веществ за счет внедрения
малоотходных и ресурсосберегающих технологий. Данный путь
представляется наиболее эффективным. Однако темпы разработки и,
особенно, внедрения таких технологий на сегодняшний день остаются
крайне невысокими!
Третий – некий промежуточный и в настоящее время – оптимальный путь,
который должен активно использоваться на современном этапе развития
науки и техники. Это – определение на основе всестороннего анализа
природно-технических систем экологических норм выбросов загрязняющих
веществ, при которых обеспечивается устойчивое эффективное
функционирование этих систем (экологическое нормирование). Выбор
данного пути позволяет не только контролировать экологическую ситуацию
в настоящий момент, но и предупреждать нежелательные последствия
задолго до их возникновения.

5.

Существующие нормативы качества
окружающей среды могут быть
подразделены на несколько классов:
Санитарно-гигиенические нормативы:
Предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК);
допустимый уровень физических воздействий (шума, вибрации,
ионизирующих излучений и т. д.).
Производственные нормативы:
предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ);
нормативно допустимый сброс вредных веществ в водные объекты (НДС);
норматив образования отходов в производстве.
Комплексные нормативы:
допустимая общая антропогенная нагрузка на окружающую природную
среду.
Первые две группы критериев с успехом используются в оперативной
оценке состояния отдельных компонентов рассматриваемой экосистемы,
однако не дают целостной картины экологической ситуации.

6.

ПДК
Предельно допустимая концентрация (ПДК) – нормативы, устанавливающие
концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых
продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за
определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не
вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.
Установленная
ПДК должна защищать от неблагоприятного действия
нормируемого загрязнителя каждого члена общества, а не «среднего» человека. В
связи с этим нормирование ведется в расчете на наиболее ранимые группы населения,
к которым следует отнести детей, лиц старшего возраста и ослабленных болезнью.
Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания
вредных веществ как в производственной (предназначенной для размещения
промышленных предприятий, опытных производств и т.п.), так и в селитебной зоне
(предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и
сооружений) населенных пунктов.
Таким образом, для оценки качества атмосферного воздуха установлены несколько
категорий предельно допустимых концентраций (ПДК, мг/м3): рабочей зоны (ПДКр.з.);
среднесуточная (ПДКс.с.) и максимальная разовая (ПДКм.р.).

7.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны
(ПДКр.з.) – это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение
8 часов, или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего
производственного стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья,
обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные
сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади,
на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.
Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКс.с.) – это концентрация
вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого
или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании.
Таким образом, ПДКс.с. рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий
период воздействия и, следовательно, является самым жестким санитарно-гигиеническим
нормативом, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде.
Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДКм.р.) – это
концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в
течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека.
Понятие ПДКм.р. используют при установлении нормативов предельно-допустимых выбросов
(ПДВ) загрязняющих веществ. Нормативы ПДВ устанавливаются для источника загрязнения при
условии, что выбросы загрязняющих веществ от данного источника и совокупности других
источников с учетом их рассеивания в атмосфере не создадут на границе санитарно-защитной
зоны (СЗЗ) концентрации, превышающей ПДКм.р.

8.

Для водной среды ПДК – это максимальная концентрация загрязняющего
вещества в воде, при превышении которой вода становится непригодной для
одного или нескольких видов водопользования. ПДК устанавливается
отдельно для коммунально-бытовой и рыбохозяйственной категорий
водопользования.
Требования к качеству воды для рыбохозяйственных водоемов более жесткие,
чем для коммунально-бытовых.
При сбросе сточных вод в водный объект рассчитывают нормативно
допустимый сброс (НДС) загрязняющих веществ – максимальное количество
вещества в сточной воде, допустимое для сброса в единицу времени, при
котором не будет превышена ПДК в контрольном створе. НДС устанавливают
с учетом способности водного объекта к самоочищению.
При сбросе сточных, в том числе дренажных вод в водные объекты,
используемые для целей питьевого, хозяйственно-бытового водоснабжения, а
также для рекреационных целей, гигиенические нормативы химических
веществ и микроорганизмов должны соблюдаться в максимально загрязненной
струе контрольного створа на расстоянии (на водотоках - ниже по течению; на
водоемах и морях - на акватории в радиусе) не далее 500 метров от места
сброса сточных, в том числе дренажных вод.

9.

Под предельно допустимой концентрацией загрязняющего вещества в почве (ПДК, мг/кг)
понимают максимальную концентрацию, при которой не будет нарушена самоочищающая
способность почвы, не будет происходить накопление загрязнителей в сельскохозяйственной
продукции.
ПДК в почвах устанавливают для тяжелых металлов, углеводородов, пестицидов и др. При
установлении ПДК учитывают следующие показатели:
поступление загрязняющих веществ из почвы в растения через корневую систему;
поступление загрязняющих веществ из почвы в подземные воды;
поступление загрязняющих веществ из почвы в атмосферу;
воздействие загрязняющих веществ на почвенные живые организмы.
ПДК оценивают по снижению урожайности культур, а также по накоплению химических элементов
в биомассе (в биомассе не должны накапливаться загрязнители).
ПДК загрязнителей устанавливают по общему содержанию их в почве и по содержанию их в
подвижной форме.
Предельно допустимый уровень радиационного воздействия (ПДУ) – это уровень, который не
представляет опасности для здоровья человека, а также состояния животных, растений и
микроорганизмов. ПДУ устанавливается на основании норм радиационной безопасности.
Установлены также ПДУ воздействия шума, вибрации, магнитных полей и других вредных
физических воздействий.
Основным комплексным нормативом качества окружающей природной среды является допустимая
норма антропогенной нагрузки. Допустимая норма антропогенной нагрузки на окружающую
среду – это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или
комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.

10.

Экология и здоровье
человека
Экология и здоровье человека. Экологическим аспектами
здоровья
человека
занимается
медицинская
экология. Медицинская экология – раздел экологии,
изучающий условия возникновения, распространения и
развития болезней человека, в том числе острых и хронических
заболеваний, обусловленных природными факторами и
неблагоприятными техногенными воздействиями среды.
Здоровье человека тесно связано с условиями природной
окружающей среды. На здоровье человека влияют многие
экологические факторы: загрязнение воды, воздуха и почвы,
питание, уровень антропогенных физических полей. Уровень
цивилизованности страны определяется, в первую очередь, не
развитием техники, а продолжительностью и качеством жизни

11.

В ходе развития цивилизации продолжительность жизни человека растет. Казалось бы, это
наиболее убедительный пример преимуществ современного этапа развития человечества.
Вне всякого сомнения, качество жизни человека улучшилось, особенно в экономически
развитых странах. Успехи здравоохранения, повышение качества питания налицо. Это несомненные достижения цивилизации. Но, в то же время, человечество накопило опасный
генетический груз в виде мутаций, которые не сохранились бы, если бы в обществе
действовал «грубый» дарвиновский естественный отбор. Процесс накопления опасных
мутаций наследственно затрагивает не менее 5 % всех людей, но, например, в Западной
Европе различные формы наследственной патологии охватывают свыше 15 % населения:
установлена наследственная предрасположенность к диабету, ожирению, раку, язве, подагре.
Медицина одержала много блестящих побед (полиомиелит, инфекции), но каждая из них
увеличивает нагрузку на генетический аппарат. Наш иммунитет не справляется с новыми
вызовами окружающей среды. Появились новые болезни, такие как лихорадки, болезнь
легионеров (легионеллёз), прионовые инфекции (болезнь Крейтцфельда-Якоба, болезнь
Герстманна-Штреусслера-Шейнкера, семейная фатальная инсомния, болезнь куру,
хроническая прогрессирующая спонгиозная энцефалопатия детского возраста (болезнь
Альпера)), СПИД и т.д.
Самым опасным заблуждением человечества была мысль о том, что зависимость человека от
природы тем меньше, чем выше его культурный уровень. Наоборот, в современных условиях
зависимость человека от природных факторов возросла, поскольку резкое
(экспоненциальное) воздействие на природу также резко меняет условия жизни людей

12.

Экологические проблемы
Признаками, сопутствующими современному этапу развития технологической
цивилизации, являются экспоненциальный рост населения Земли, постепенное
истощение ресурсов, а также растущее загрязнение окружающей природной среды.
Многие, если не все без исключения, современные глобальные проблемы по своей сути
являются экологическими. Экосистемы, формировавшиеся миллионы лет, претерпевают
существенные изменения, становятся неустойчивыми по отношению к внешним
человеческим воздействиям на глобальном уровне.
Основные факторы, формирующие современную экологическую ситуацию:
рост народонаселения;
научно-техническая и технологическая революции;
постоянный рост изъятия природных ресурсов;
ничем не ограниченный рост потребления.
Еще в начале XX в. человечество насчитывало около 1 млрд. жителей, а к концу XX века
оно увеличилось в 6 раз. Многие экологи указывают, что 1-1,5 млрд. человек - это
предельно допустимое число разумных существ на Земле, соответствующее состоянию,
когда ее ресурсы не истощаются, а природа может восполнять ущерб от техногенной
деятельности естественным путем.

13.

Первопричина современного экологического кризиса — демографические проблемы человечества,
связанные с экспоненциальным ростом численности и усилением миграции населения. Быстрое
увеличение численности человечества в XX в. называют демографическим взрывом.
Современный человек как биологический вид Homo sapiens возник около 150 – 200 тыс. лет на
территории Восточной Африки. Человек - самый молодой из видов крупных животных на Земле. 50 100 тыс. лет назад он расселился в Европе, 30 - 40 тыс. лет назад - в Америке и Австралии.
Заключительные этапы антропогенеза - исторического процесса возникновения и развития
человечества - характеризуются возникновением культуры (10 – 15 тыс. лет назад), которая становится
доминирующим фактором эволюции человека, ослабляя влияние факторов естественного отбора.
Возникают общество и цивилизация, и темпы развития материальной культуры начинают опережать
биологическую эволюцию человека.
Человек – самый распространенный вид на Земле. Экологическая ниша человека в пространственном
отношении занимает более 3/4 площади суши (около 100 млн. км2). В наиболее густонаселенных
районах (около 7 % суши) сосредоточено около 70 % населения, при этом в полосе 200 км вдоль
морских побережий живет 50 % людей. Средняя плотность населения составляет 55 чел. на 1
км2 (Австралия - 3, Западная Европа -100, Европейская Россия - 29, Азиатская Россия - 2,3).
В природных популяциях животных и растений рост численности редко идет по экспоненте. Как
правило, модели роста популяций в природе — это логистические модели, в соответствии с которыми
из-за сопротивления (давления) среды пределы роста достигаются быстро. Факторы давления среды
(истощение ресурсов, конкуренция за пространство и ресурсы) быстро приводят к ограничению
численности любой природной популяции. С человеком дело обстоит иначе.

14.

Первые люди во времена, когда они начали овладевать огнем и заселять
новые местообитания, представляли собой популяцию численностью не
более 1 млн. чел. С началом земледелия и скотоводства численность
человеческой популяции возросла примерно до 100 млн. человек.
Средняя продолжительность жизни в древнем мире была невелика: так, в
Древней Греции она не превышала 20—25 лет. В XVII—XIX вв. условия
жизни начали улучшаться при одновременном развитии медицины. В конце
XIX, и особенно - в XX в. произошли кардинальные изменения в этой
области,
благодаря
чему
уменьшилась
детская
смертность,
продолжительность жизни перешагнула 25-30-летний рубеж (границу
достижения репродуктивного возраста), и начался быстрый рост численности
человеческой популяции. Это стало началом современного демографического
взрыва.
После Второй мировой войны на Земле в 1950 г. проживало 2,5 млрд. человек.
В 1982г. общая численность населения планеты превысила 5 млрд., а в 2000 г.
она уже составляла более 6 млрд. чел., то есть, почти в 2,5 раза выше, чем в
1950 г.

15.

Географически рост населения на планете происходит неравномерно. За
последнее время особенно быстро росло население Китая, Индонезии, Индии,
стран Африки и Латинской Америки. В бывшем СССР рост численности
населения был большим, в основном, за счет республик Средней Азии. В
современной России же незначительный рост, происходивший до 1992 г.,
сменился постепенным снижением численности населения.
Человек стал главной причиной нарушения равновесия в природе, проявляя
острое противоречие между своей биологической сущностью и
антибиологическим поведением по отношению к окружающей среде.
Характерной чертой современной цивилизации является процесс урбанизации
(табл. 1). Для экологии человека в городе характерны изоляция от естественных
природных факторов, ухудшение качества среды обитания. Городская среда при
ее кажущемся комфорте оказывает негативное влияние на здоровье человека,
прежде всего - из-за высокого уровня загрязнения.
XX в. оказался самым бурным и неспокойным веком для человечества, веком
разительных социальных перемен, экономических и экологических изменений.
Рост экономики сопровождался невиданным ростом народонаселения, которое
увеличилось в 6 раз.

16.

Основные тенденции, просматриваемые в XXXXI веках, следующие:
сокращение площади экосистем со скоростью 1 % в год, сохранилось не
более 40 % незатронутых площадей;
изменение концентрации парниковых газов (СО2) в атмосфере (увеличение
в несколько раз);
истощение озонового слоя на 1-2 % в год, появление озоновых дыр;
сокращение площади лесов, особенно тропических (200 тыс. км/год);
расширение площади пустынь (60 тыс. км/год);
деградация земель (засоление почв, снижение плодородия, эрозия почвы);
повышение уровня океана (от 2 мм до 1 см в год);
увеличение техногенных аварий и катастроф (рост ущерба и числа жертв на
5-10 % в год);
исчезновение биологических видов (в год исчезает от 5 до 150 тыс. видов
примерно из 20 млн.);
накопление вредных веществ в воде, почве, воздухе;
увеличение потребления пресной воды;
появление и увеличение интенсивности вредных физических полей (шум,
инфразвук, электромагнитные поля);
изменение климата (глобальное потепление);
ухудшение качества жизни (генетические и новые заболевания, понижение
иммунного статуса).

17.

Кризисы, вызванные
антропогенными воздействиями:
Кризис перепромысла животных (кризис консументов) - первый антропогенный экологический кризис,
который произошел 10—50 тысяч лет назад в результате интенсивного развития охоты. Выход из кризиса был
найден в ходе сельскохозяйственной революции, ознаменовавшейся переходом к производящему хозяйству.
Кризис примитивного поливного земледелия (первый кризис продуцентов) - возник около 2 тыс. лет назад в
связи с повышением производительности сельского хозяйства и появлением излишков продукции, которые можно
было менять или продавать. Кризис был вызван истощением плодородия почв. Решить проблему удалось в
результате второй сельскохозяйственной революции, переходом к широкому освоению неполивных земель.
Кризис перепромысла растительного материала (второй кризис продуцентов) произошел 150—350 лет
назад. В ходе промышленной революции он заставил человечество начать интенсивное использование
минеральных (ископаемых) источников энергии, что совместно с другими процессами вызвало дисбаланс в
энергетических процессах биосферы.
Кризис физического и химического загрязнения биосферы (кризис редуцентов) – начался 40—60 лет назад в
связи с развитием научно-технической революции, в результате которой природные экосистемы уже не в
состоянии справляться с разложением постоянно растущего «антропогенного букета загрязнений». Особые
проблемы возникают с теми синтезированными человеком веществами, которые не имеют природных аналогов и
для которых в природе нет редуцирующих систем (организмов или абиотических процессов).
В наши дни кризис редуцентов дополнился глобальным термодинамическим (тепловым) кризисом,
или энергетическим кризисом потребления. Кроме научно-технической революции, он вызван кризисом
сознания и увеличением потребления.
Термодинамический кризис вызывает климатические изменения в биосфере. В основном они связаны с
парниковым эффектом, возникающим из-за загрязнения атмосферы парниковыми газами.

18.

Экологические проблемы
Потеря биоты биосферы
Химизация Земли и загрязнение атмосферы
Промышленные и бытовые отходы
Загрязнение вод
Исчерпание природных ресурсов
Энергетические проблемы
Парниковый эффект
Разрушение озонового слоя
Кислотные дожди

19.

Структура современной
энергетики и экологические
последствия ее деятельности
Энергетическая
технология
Сжигание ископаемого
топлива
Ядерная энергетика
Гидроэнергетика
Гелиоэнергетика
Ветроэнергетика
Доля в мировом Экологические последствия
производстве, %
78
Выбросы пыли, углекислого газа, уничтожение
природных ресурсов
15
Опасность радиоактивного заражения, проблема отходов
7
Затопление природных территорий
0,1
Экологически чистая, не требует использования
больших площадей
0,2...0,3
Повышенный шум, инфразвук