Химия и проблемы охраны окружающей среды

Оглавление

  1. Химия и проблемы охраны окружающей среды
  2. Атмосфера — регуляторный механизм биосферы
  3. Изменение свойств атмосферы в результате ее загрязнения
  4. Охрана водных ресурсов
  5. Охрана земельных ресурсов
  6. Задания для самопроверки

Химия и проблемы охраны окружающей среды

Химическое загрязнение окружающей среды обусловлено следующими факторами:

1) повышением концентрации биогенных элемен­тов из-за канализационных сбросов и стока с полей удобрений, вызывающих бурное разви­тие водорослей и нарушение баланса в суще­ствующих экосистемах;

2) отравлением воды, почвы и воздуха отходами химических производств;

3) воздействием на воду и почву продуктов сжи­гания топлива, снижающих качество воздуха и вызывающих кислот­ные дожди;

4) потенциальным зараже­нием воды, воздуха и по­чвы радиоактивными от­ходами, образующимися при производстве ядер­ного оружия и атомной энергии;

5) выбросами углекислого газа и химических ве­ществ, снижающих содержание озона, что мо­жет привести к изменению климата или образо­ванию «озоновых дыр».

Атмосфера — регуляторный механизм биосферы

Атмосфера является одной из главных частей механизма, регулирующего круговорот воды, кис­лорода, азота, углерода. Значение атмосферы со­стоит в том, что она служит экраном, защищаю­щим жизнь на Земле от губительных воздействий из космоса. Через атмосферу проникают солнеч­ные лучи — источник жизни. Атмосфера прозрач­на для электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 0,52 нм, в которых заключе­но 82 % всей энергии солнечных лучей, а также для радиоволн с длиной от 1 мм до 30 м. Жест­кое коротковолновое излучение — рентгеновские и γ-лучи — поглощается всей толщей атмосферы и не доходит до поверхности Земли.

Особое значение имеет атмосферный озон O3, интенсивно поглощающий коротковолновые уль­трафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,29 нм. Таким образом, атмосфера защища­ет жизнь на Земле от корот­коволновых лучей. Вместе с тем она пропускает инфра­красное излучение Солнца, но благодаря содержащимся в ней озону, углекислому газу и водяному пару не­прозрачна для инфракрасного излучения Земли. Если бы эти газы не содержались в атмосфере, Зем­ля превратилась бы в безжизненный шар, средняя температура на поверхности которого была бы -23 °С, в то время как фактически она равна +14,8 °С. Жизнь в той форме, в которой она суще­ствует на Земле, возможна лишь при наличии ат­мосферы со всеми ее физическими и химическими свойствами.

Естественное загрязнение атмосферы мож­но рассматривать как фактор, способствующий ее регуляторной функции. Поэтому сам термин «за­грязнение» здесь является в какой-то мере услов­ным. В атмосферу попадают газы, выделяющиеся в результате горения лесов, извержения вулканов, биохимических реакций. Особенное значение име­ет естественная атмосферная пыль. Она образуется при выветривании горных пород, эрозии почв, лес­ных и торфяных пожарах. В атмосфере она создает ядра конденсации, без которых было бы невозмож­но образование осадков: снега, дождя.

Искусственное (антропогенное) загрязнение может быть связано с попаданием в атмосферу:

1) твердых частиц (цементная и резиновая автомо­бильная пыль, пыль горно-металлургических предприятий и т. д.);

2) газообразных веществ (углекислый и угарный газы, оксиды азота и серы, метан и аммиак, углеводороды и другие ле­тучие соединения — бен­зин, растворители и т. д.);

3) радиоактивных веществ, поступающих в воздух в результате взрывов атом­ных и ядерных бомб, ава­рий на атомных электро­станциях, добычи урана и использования радиоак­тивных веществ в различных технологических процессах;

4) свинца и других тяжелых металлов.

Изменение свойств атмосферы в результате ее загрязнения

Искусственное загрязнение оказывает и пря­мое, и косвенное воздействие на живые организ­мы. Прямое токсическое действие на организмы оказывают, например, оксиды серы и азота. Оксид серы (IV) SO2 обладает сильным раздражающим действием на глаза, носоглотку, ткань легких. У растений он разрушает хлоропласты и другие клеточные органоиды. Интенсивность фотосинтеза при этом снижается в 1,5-2 раза. Особенно чув­ствительны к SO2 хвойные растения. При концен­трации всего одной части SO2 на миллион частей воздуха всего в течение двух месяцев у пятилетних елей происходит пожелтение и опадение хвои.

Оксиды азота (NO и NO2) — токсичные соеди­нения, вызывающие раздражение дыхательных путей, а в высоких дозах — отек легких. Кроме этого, ок­сиды азота и серы образуют в атмосфере азотную и сер­ную кислоты, которые в виде кислотных дождей выпадают вместе с осадками и вызы­вают гибель наземных рас­тений и водных организмов. Они наносят большой вред архитектурным и скульптур­ным памятникам из мрамора, разрушают металлические крыши и конструкции — мо­сты и опоры.

Искусственное загрязнение оказывает косвен­ное воздействие на атмосферу, изменяя ее свой­ства. Так, в результате увеличивающегося сжи­гания топлива и уменьшения площадей, занятых земной растительностью, фотосинтетическая гене­рация (восстановление кислорода из углекислого газа в результате фотосинтеза) в настоящее время уменьшилась на 30 % по сравнению с предисто­рическим периодом. Ежегодная убыль кислорода составляет 31,62 млрд т. Если учесть, что в ат­мосфере содержится 1200 трлн т кислорода, то его количество в атмосфере уменьшается в год на 0,0025 %. Казалось бы, очень немного, но, очевид­но, в конце концов встанет вопрос о введении огра­ничений на потребление кислорода.

Гораздо хуже обстоит дело с озоном. Макси­мальная его концентрация в атмосфере наблюдает­ся на высоте 20-25 км. Известно, что озон погло­щает ультрафиолетовые лучи. При этом он сильно разогревается и препятствует потере тепла нижни­ми слоями атмосферы. Помимо этого, озон, как и углекислый газ, усиленно поглощает инфракрас­ное излучение Земли. Следо­вательно, озон не только «спасает» все живое на пла­нете от ультрафиолетовых лучей, но вместе с углекис­лым газом играет важную роль в тепловом балансе атмосферы и всей Земли.

Накопление углекисло­го газа и других веществ — причина парникового эффек­та (глобального потепления климата).

Озоновый экран разру­шается оксидами азота, со­единениями хлора и фтора, попадающими в атмосферу в результате распада фреонов, которые широко применяют в холодильной и парфюмерно-космети­ческой промышленности.

Чтобы минимизировать загрязнение атмосферы, необходимо:

1) производить очистку выбросов в атмосферу от твердых и газообразных загрязняющих веществ с помощью электрофильтров, жидких и твер­дых поглотителей, циклонов и др.;

2) использовать экологически чистые виды энер­гии;

3) применять малоотходные и безотходные техно­логии;

4) добиваться уменьшения токсичности автомо­бильных выхлопных газов путем совершен­ствования конструкции двигателей и примене­ния катализаторов, а также совершенствовать существующие и создавать новые электромо­били и двигатели, работающие на водородном топливе.

Охрана водных ресурсов

Загрязнение воды стало грозной опасностью для человечества. Рассмотрим основные виды за­грязнений.

Загрязнение твердыми частицами происходит при попадании в водоемы песка, глины, шлаков, пустой породы и других твердых отходов добываю­щей, металлургической, химической и строитель­ной промышленности.

Загрязнение минеральными веществами:

1) соединениями металлов (высокотоксичными — свинцом, ртутью, редкоземельными — кадми­ем, селеном, литием и др.), в результате чего при превышении предельно допустимой кон­центрации (ПДК) у людей поражаются органы слуха, зрения, нервная система, возможны слу­чаи паралича и рождения детей с различными физическими и психическими аномалиями;

2) минеральными удобрениями, в результате попа­дания которых в водоемы наблюдается эвтрофи­кация, то есть неумеренное разрастание водной растительности (например, водоем со зловонной зеленой жижей).

Загрязнение органическими веществами про­мышленного происхождения, входящими в состав стоков химической, нефте­химической, целлюлозно-бу­мажной и других отраслей промышленности. Среди та­ких веществ встречаются фе­нол, диоксин, СМС.

Загрязнение нефтью и ее производными. Одна тонна нефти, растекаясь по водной поверхности, способна за­нять площадь в 12 км2, а 1 л нефти может сделать непригодными к употребле­нию 1 млн л воды, то есть столько ее, сколько бы хватило для семьи из 4 человек в течение 20 лет. Нефтяная пленка представляет собой преграду для газообмена между водой и атмосферой. Она пре­пятствует поглощению водой кислорода и углекис­лого газа, вызывая гибель планктона. Эта пленка представляет собой большую опасность для мор­ских птиц и животных. Оперение птиц, вымазан­ное нефтью, теряет свои водонепроницаемые свой­ства, что приводит к их гибели.

Органические вещества биологического проис­хождения содержатся в бытовых и животноводче­ских стоках. Попадая в водоемы, эти стоки делают воду непригодной для питья, вызывают гибель ры­бы, являются причиной эвтрофикации.

Пестициды, как и тяжелые металлы, двига­ясь по трофической цепи: фитопланктон → зоо­планктон → мелкие рыбы → крупные рыбы, до­стигают в теле последних такой концентрации, которая может быть смертельной для человека.

Кардинальным решением проблемы борьбы с загрязнением водной среды (гидросферы) был бы полный переход на безопасные технологии, при которых исключался бы сброс каких-либо стоков, а также разработка технологий с минимальным потреблением воды.

Но разработка и внедрение малоотходных технологий дорогостоящи и слож­ны, поэтому первоочередное значение приобретает процесс очистки сточных вод, включающий:

1) очистку и обеззараживание бытовых и животно­водческих стоков;

2) очистку стоков от последствий обслуживания автотранспорта и сельскохозяйственной тех­ники;

3) очистку стоков, содержащих нефтепродукты. Перспективны способы очистки воды от нефте­продуктов с помощью микроорганизмов и растений. Известны микроорганизмы, способные питаться углеводородами. Эксперименты, проведенные с ис­пользованием грибков Candido lipolitica, показали, что небольшие водоемы могут быть очищены от нефти за 5-6 дней.

Охрана земельных ресурсов

Эрозия (от лат. erodere — разъедание) понижает плодородие почвы. Это явление, которое принесло и приносит человечеству страшные беды. На образование плодородного слоя почвы уходят тысячеле­тия, уничтожен он может быть за 15-20 лет, а при сильных ураганах и ливнях — за несколько дней или часов. Существует два основных вида эрозии — водная и ветровая.

Борьба с ними включает комплекс мероприятий:

1) лесонасаждение;

2) агротехнические приемы, например, создание долго­летних культурных паст­бищ, снегозадержание, внесение органических (но не минеральных) удобрений;

3) почвозащитную систему земледелия, заключа­ющуюся в безотвальной вспашке и оставлении стерни на поверхности по­чвы;

4) создание и внедрение по­чвозащитного земледе­лия, препятствующего технической эрозии, ко­торая возникает как ре­зультат непосредственного разрушения слоя почвы техническими средствами, в основном колесами и гу­сеницами машин;

5) недопущение загрязнения почвы остатками стро­ительных деталей (панелей, блоков, кирпичей, золы, шлака), нефтью и нефтепродуктами, ве­ществами, попадающими в почву из атмосферы (соединениями свинца, мышьяка, ртути, меди и т. д.);

6) правильное применение удобрений и пестици­дов. Около 20 %, а иногда и 50 % удобрений не усваиваются растениями и остаются в почве тяжелым грузом для ее биоценоза. Пестициды могут попасть в почву и нарушить сложившиеся в ней трофические связи.

Справочный материал для прохождения тестирования:

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here