Круговорот речовин на Землі

З яких частин складається біогеохімічний круговорот речовин?



Круговорот речовин на Землі - повторювані процеси перетворення й переміщення речовини в природі, що мають більш-менш виражений циклічний характер. Ці процеси мають певний поступальний рух, тому що при так званих циклічних перетвореннях у природі не відбувається повного повторення циклів, завжди є ті або інші зміни в кількості й сполуці речовин, що утворяться. 

Круговорот речовин на Землі складається з безлічі різноманітних повторюваних в основних рисах процесів перетворення й переміщення речовини. Окремі циклічні процеси являють собою послідовний ряд змін речовини, що чергуються з тимчасовими станами рівноваги. Як тільки речовина вийшла з даної термодинамічної системи, з якої воно перебувало в рівновазі, відбувається його подальша зміна, поки воно не вернеться частково до первісного стану. Повного повернення до первісного стану ніколи не відбувається. Яскравою ілюстрацією цього може служити круговорот води в природі.



Схема круговороту води

З поверхні океану випаровується щорічно величезна кількість води, але при цьому порушується її ізотопна сполука: вона стає бідніше важким воднем у порівнянні з океанічною водою (у результаті фракціонування ізотопів водню при випарі). Між поверхневим шаром води океану й масою води більше глибоких його зон існує свій регулярний, сталий обмін. Між парами води й водою атмосфери й водойм установлюються локальні тимчасові рівноваги. Пари води в атмосфері конденсуються, захоплюючи гази атмосфери й вулканічні гази, а потім вода обрушується на сушу. Частина води при цьому входить у хімічні сполуки, інша у вигляді кристаллогидратной, сорбированной і багатьох ін. форм зв'язується пухкими опадами земної кори, погребается разом з ними й надовго залишає основний цикл. Опади в процесі метаморфизации й занурення в глиб Землі під впливом тиску й високої температури (наприклад, інтрузії) втрачають воду, що піднімається по порах порід і з'являється у вигляді гарячих джерел або пластових вод на поверхні Землі, або, нарешті, викидається з парами при вулканічній діяльності разом з деякою кількістю ювенільних вод і газів. Інша ж, основна маса води, витягаючи розчинні сполуки з порід літосфери, руйнуючи їх, стікає ріками назад в океан. 

Інший приклад - круговорот кальцію. Вапняки (як і ін. породи) на континенті руйнуються, і розчинні солі кальцію (двовуглекислі й ін.) ріками зносяться в море. Щорічно в морі скидається з континенту близько 5-108 т кальцію. У теплих морях вуглекислий кальцій інтенсивно споживається нижчими організмами - форамініферами, коралами й ін. - на будівлю своїх кістяків. Після загибелі цих організмів їхні кістяки з вуглекислого кальцію утворять опади на дні морів. Згодом відбувається їх метаморфизация, у результаті чого формується порода - вапняк. При регресії моря вапняк оголюється, виявляється на суші й починається процес його руйнування. Але сполука знову, що утвориться вапняку, трохи інший. Так, виявилося, що палеозойські вапняки більше багаті вуглекислим магнієм і супроводжуються доломітом, вапняки ж більше молоді - бідніше вуглекислим магнієм, а утворення шарів доломітів у сучасну епоху майже не відбувається. Нарешті, при виливі лави вапняки частково можуть бути нею асимільовані, тобто ввійти у великий К. в.

Т. о., окремі циклічні процеси, що складають загальний круговорот речовин на Землі, ніколи не є повністю оборотними. Частина речовини в повторюваних процесах перетворення розсіюється й відволікається в частки круговороты або захоплюється тимчасовими рівновагами, а інша частина, що вертається до колишнього стану, має вже нові ознаки.

Тривалість того пли іншого циклу можна умовно оцінити по того часу, що було б необхідно, щоб вся маса даної речовини могла обернутися один раз на Землі в тім або іншому процесі.



Табл. 1. - Час, достатнє для повного обороту речовини

Речовина

Час (роки)

Вуглекислий газ атмосфери (через фотосинтез)

ок. 300

Кисень атмосфери (через фотосинтез)

ок. 2000

Вода океану (шляхом випару)

ок. 106

Азот атмосфери (шляхом окислювання електричними розрядами, фотохімічним шляхом і біологічною фіксацією)

ок. 108

Речовина континентів (шляхом денудації - вивітрювання)

ок. 108

У круговороті речовин беруть участь хімічні елементи й сполуки, більше складні асоціації речовини й організми. Процеси зміни речовини можуть носити переважно характер механічного переміщення, фізико-хімічного перетворення, ще більш складного біологічного перетворення або носити змішаний характер. 

Класифікація круговороту речовин на Землі ще не розроблена. Можна говорити, наприклад, про круговоротах окремих хімічних елементів або про біологічний круговорот речовин у біосфері; можна виділити круговорот газів атмосфери або води, твердих речовин у літосфері й, нарешті, круговорот речовин у межах 2-3 суміжних геосфер. Вивченням круговороту речовин займалися багато росіян учені. В. И. Вернадський виділив геохімічну групу так званих циклічних хімічних елементів; до них відносять практично все широко розповсюджені й багато рідких хімічних елементів, наприклад вуглець, кисень, азот, фосфор, сірку, кальцій, хлор, мідь, залізо, йод.  В.Р. Вільямс і багато хто ін. розглядали біологічні цикли азоту, вуглекислоти, фосфору й ін. у зв'язку з вивченням родючості ґрунтів. Із циклічності хімічних елементів особливо важливу роль у біогенному циклі грають вуглець, азот, фосфор, сірка.

Вуглець – основний біогенний елемент; він відіграє найважливішу роль в утворенні живої речовини біосфери. Вуглекислий газ із атмосфери в процесі фотосинтезу, здійснюваного зеленими рослинами, асимілюється й перетворюється в різноманітні й численні органічні сполуки рослин. Рослинні організми, особливо нижчі мікроорганізми, морський фітопланктон, завдяки винятковій швидкості розмноження продуцируют у рік близько 1,5-1011 т вуглецю у вигляді органічної маси, що відповідає 5,86-1020дж (1,4-1020кал) енергії. Рослини частково поїдаються тваринами (при цьому утворяться більш-менш складні харчові ланцюги). У підсумку органічна речовина в результаті подиху організмів, розкладання їхніх трупів, процесів шумування, гниття й горіння перетворюється у вуглекислий газ або відкладає у вигляді сапропелю, гумусу, торфу, які, у свою чергу, дають початок многим ін. каустобиолитам - кам'яним вугіллям, нафті, горючим газам.



Схема круговороту вуглецю 

У процесах розпаду органічних речовин, їхньої мінералізації величезну роль грають бактерії (наприклад, гнильні), а також багато грибів (наприклад, цвілеві).

В активному круговороті вуглецю бере участь дуже невелика частина всієї його маси. Величезна кількість вугільної кислоти законсервовано у вигляді викопних вапняків і ін. порід. Між вуглекислим газом атмосфери й водою океану, у свою чергу, існує рухлива рівновага.



Табл. 2. - Зміст вуглецю на поверхні Землі й у земній корі.



У т

У г на 1 див2 поверхні Землі

Тварини

5Ч109

0,0015

Рослини

5Ч1011

0,1

Атмосфера

6,4Ч1011

0,125

Океан

3,8Ч1013

7,5

Масивні кристалічні породи: базальти й ін. основні породи

1,7Ч1014

33,0

граніти, гранодиориты

2,9Ч1015

567

Вугілля, нафти й інші каустобиолиты

6,4Ч1015

663

Кристалічні сланці

1Ч1016

2000

Карбонати

1,3Ч1016

2500

Усього

3,2Ч1016

5770

Багато водних організмів поглинають вуглекислий кальцій, створюють свої кістяки, а потім з них утворяться шари вапняків. Атмосфера поповнюється вуглекислим газом завдяки процесам розкладання органічної речовини, карбонатів і ін., а також у результаті індустріальної діяльності людини. Особливо потужним джерелом є вулкани, гази яких складаються головним чином з вуглекислого газу й пар води. Деяка частина вуглекислого газу й води, що викидаються вулканами, відроджується з осадових порід, зокрема вапняків.

Джерелом азоту на Землі був вулканогенний NH3, окислений O2 (процес окислювання азоту супроводжується порушенням його ізотопної сполуки - 14N-15N). Основна маса азоту на поверхні Землі перебуває у вигляді газу (N2) в атмосфері. Відомі два шляхи його залучення в біогенний круговорот: 1) процеси електричного (у тихому розряді) і фотохімічного окислювання азоту повітря, що дають різні окисли азоту (NO2, NO'3 і ін.), які розчиняються в дощовій воді й вносяться таким чином у ґрунти, воду океану; 2) біологічна фіксація N2 клубеньковыми бактеріями, вільними азотфиксаторами й ін. мікроорганізмами. Значення азоту в обміні речовин організмів загальновідомо. Він входить до складу білків і їхніх різноманітних похідних. Залишки організмів на поверхні Землі або поховані в товщі порід піддаються руйнуванню при участі численних мікроорганізмів. У цих процесах органічний азот піддається різним перетворенням. У результаті процесу денітрифікації при участі бактерій утвориться елементарний азот, що вертається безпосередньо в атмосферу. Так, наприклад, спостерігаються підземні газові струмені, що складаються майже із чистого N2. Біогенний характер цих струменів доводиться відсутністю в їхній сполуці аргону (40Ar), звичайного в атмосфері. При розкладанні білків утворяться також аміак і його похідні, що попадають потім у повітря й у воду океану. У біосфері в результаті нітрифікації - окислювання аміаку й ін. азотсодержащих органічних сполук при участі бактерії Nitrosomonas і нітробактерій - утворяться різні окисли азоту (N2O, NO, N2O3 і N2O5). Азотна кислота з металами дає солі. Калійна селітра утвориться на поверхні Землі в кисневій атмосфері в умовах жаркого й сухого клімату в місцях відкладень залишків водоростей. Скупчення селітри можна спостерігати в пустелях на дні ніш видування. У результаті діяльності денитрифицирующих бактерій солі азотної кислоти можуть відновлюватися до азотистої кислоти й далі до вільного азоту.



Схема круговороту азоту 

Джерело фосфору в біосфері - апатит, що зустрічається у всіх магматичних породах. У перетвореннях фосфору більшу роль грає жива речовина. Організми витягають фосфор із ґрунтів, водяних розчинів. Фосфор входить до складу білків, нуклеиновых кислот, лецитинов, фітину й ін. органічних сполук; особливо багато фосфору в костях тварин. Із загибеллю організмів фосфор вертається в ґрунт і в донні відкладення. Він концентрується у вигляді морських фосфатних конкрецій, відкладень костей риб, гуано, що створює умови для утворення багатих фосфором порід, які, у свою чергу, служать джерелами фосфору в біогенному циклі.



Схема круговороту фосфору 

Круговорот сірки також тісно пов'язаний з живою речовиною. Сірка у вигляді трёхокиси (SO3), двоокису (SO2), сірководню (H2S) і головним чином елементарної сірки викидається вулканами. Крім того, у природі є у великій кількості різні сульфіди металів: заліза, свинцю, цинку й ін. Сульфідна сірка окисляється в біосфері при участі численних мікроорганізмів до сульфатної сірки (SO''4) ґрунтів і водойм. Сульфати поглинаються рослинами. В організмах сірка входить до складу амінокислот і білків, а в рослин, крім того, - до складу ефірних масел і т.д. Процеси руйнування залишків організмів у ґрунтах і в илах морів супроводжуються дуже складними перетвореннями сірки. При руйнуванні білків за участю мікроорганізмів утвориться сірководень, що далі окисляється або до елементарної сірки, або до сульфатів. У цьому процесі беруть участь різноманітні мікроорганізми, що створюють численні проміжні сполуки сірки. Сірководень може знову утворити "вторинні" сульфіди, а сульфатна сірка - покладу гіпсу. У свою чергу, сульфіди й гіпс знову піддаються руйнуванню, і сірка відновляє свою міграцію. 

У цілому вся речовина літосфери інтенсивно піддається перетворенням, беручи участь у так званому малому й великому круговороті речовин. Під впливом променів Сонця, кисню, вуглекислого газу, води, живої речовини відбувається руйнування речовини поверхні Землі. Продукти руйнування несуться вітром або, будучи розчинені у воді, скидаються в моря й океани, де вони осаджуються, відкладаються на дні, ущільнюються, цементуються, утворять шаруваті осадові породи, а потім під впливом тиску перетворюються в кристалічні сланці. Цей круговорот речовини Землі називають малим.



Схема малого круговороту речовин на Землі 

У великому круговороті речовин беруть участь кристалічні сланці й ін. породи, що утворяться в процесі малого круговороту речовин. У результаті подальшого занурення вони попадають у магматичну область Землі, піддаються дії тиску й високої температури, переплавляються й у вигляді вивержених магматичних порід можуть бути знову винесені на поверхню Землі. Вивчення круговороту речовин на Землі представляє глибокий практичний інтерес. Вплив людини на природні процеси стає усе значніше. Наслідку цього впливу стали порівнянні  з результатами геологічних процесів: у біосфері виникають нові шляхи міграції речовин і енергії, з'являються багато тисяч хімічних сполук, колись їй не властивих. Створюються нові водні басейни; тим самим міняється круговорот води. У руках людини концентруються величезні запаси металів, фосфатів, сірки, синтезуються колосальні кількості азотсодержащих речовин для добрива полів і т.д. Міняється звичайний хід геохімічних процесів. Глибоке вивчення всіх природних перетворень речовин на Землі - необхідна умова раціонального впливу людини на середовище його перебування й зміни природних умов у бажаному для нього напрямку.

Літ.:  Вернадський В. И., Нариси геохімії, 4 изд., М.- Свердловськ, 1934; Ферсман А. Е., Геохімія, т. 1-4, Л., 1933-39; Виноградов А. П., Геохімія рідких і неуважних хімічних елементів у ґрунтах, М., 1950; його ж. Введення в геохімію океану, М., 1967; Вільямс В. Р., Собр. соч., т. 6, М., 1951; Більша радянська енциклопедія, М., 2001.



Які небезпечні ущербообразующие геохімічні процеси Ви знаєте?

До ущербообразующим геохімічних процесів можна віднести наступні:

1.  Зміна водного балансу між поверхневими, ґрунтовими й глибокими підземними водами. Найбільш звичайним його наслідком є підвищення рівня ґрунтових вод, викликуване двома односпрямованими процесами. 

Перший процес -  заміна природного ґрунтового покриву забудованими й заасфальтованими територіями, що практично виключає з водного балансу випар з поверхні ґрунту й протечки водопровідних і каналізаційних систем, круглогодично обеспечивающие можливість заповнення ресурсів ґрунтових вод (другий процес). Обоє ці обставини, у сполученні з повною або частковою ліквідацією природних дренажних систем, приводять до підйому дзеркала ґрунтових вод, подтапливанию підстав і фундаментів будинків і споруджень, зниженню несучої здатності ґрунтів підстави й, як наслідок, деформація, а в критичних ситуаціях - руйнування будинків і споруджень. 

2. У цей час із всіх небезпечних процесів підтоплення має максимальне поширення, його наслідки можуть бути загрозливими або катастрофічними. З 1092 міст Росії підтоплене близько 70%. Підтоплення веде до підвищення сейсмічності забудованих територій на 1–2 бали. До забруднення ґрунтових вод важкими металами, нафтопродуктами, хлоридами, сполуками сірки, пестицидами, а в ряді випадків і радіонуклідами в результаті витоку стічних вод з каналізаційних мереж, інфільтрації атмосферних опадів у місцях складування промислових і побутових відходів. Техногенне підтоплення особливо небезпечно, тому що носить схований характер, його розвиток провокує виникнення зсувів, карсту й т.д. 

Підтоплення, що активно розвивається в будь-яких кліматичних умовах, супроводжується масштабними екологічними наслідками й завдає шкоди здоров'ю населення. Гострота проблеми найбільш висока на сильно урбанизированных територіях, де концентрація населення сполучається з наявністю потужних джерел шкідливого впливу на навколишнє середовище. Так, підтоплення від 80 до 100% площі урбанизированных територій, характерне для Ярославської, Самарской, Саратовской, Краснодарської, Барнаульской і Новосибірської агломерацій, приводить до істотного росту витрат на забезпечення комфортного середовища проживання людини. 

3. У випадках, коли виробляється промислова експлуатація глибоких обріїв підземних вод і виникає адекватна депрессионная лійка, за умови постійного заповнення ґрунтового водоносного обрію, про що сказане вище, підсилюється інфільтрація ґрунтових вод у глибокі обрії. Цей процес активізації вертикального руху підземних вод супроводжується розвитком процесів суффозии (виносу тонкоземистого матеріалу) або карсту (розчинення й выщелачивания карбонатного матеріалу вапняків з утворенням карстових порожнин).

4. Зміна геодинамической ситуації, викликане додаткової, і притім нерівномірної пригрузкой поверхні за рахунок привнесених мас матеріалів будівельних конструкцій, у межах території міста. Цей фактор додаткової пригрузки може супроводжуватися також одночасною відкачкою підземних вод, у випадку їхньому використанні для питних або технічних цілей. Як наслідок на тлі загального опускання поверхні міст (під дією ізостатичних сил і вилучення підземних вод з порового простору гірських порід підстави міста), активізуються місцеві, осередкові зсувні й солифлюкционные процеси, здатні в умовах міської забудови привести до деформації будинків, і комунікацій (зсуви).

5. Уваги заслуговує розвиток несприятливої інженерно-екологічної ситуації міст і селищ, розташованих у мерзлотних умовах. Узимку, коли поверхня землі починає замерзати, підземні води виявляються затиснутими між непроникними шарами (шаром багаторічної мерзлоти внизу й замерзлою поверхнею землі вгорі). Вода перебуває під сильним напором, ища собі виходу назовні, вона спучує ґрунт, образуя крижані бугри – гидролокалиты.  Гидролокалиты й полою (коли вода замерзає на поверхні) широко поширені в Східному Сибірі, Забайкалье, Далекому Сході, Канаді й в інших районах поширення багаторічної мерзлоти. 

6. Порушення геохімічного балансу поверхні, ґрунтів підстави й конструкцій будинків і споруджень - ще один геоэкологический процес, що відбувається в екстремальних кліматичних умовах і що робить вирішальний вплив на тривалу стійкості надземних будівельних конструкцій. Його суть полягає в тому, що в умовах коли випаровуваність перевищує кількість опадів, при стійкому підтопленні внутріквартальних територій і відсутності дренажу надмерзлотних вод, видалення якої те частини зайвої вологи з поверхні й із ґрунтів сезонно поталого шару відбувається в результаті її випару. Випар, у свою чергу, приводить до послідовного й безперервного зростання мінералізації надмерзлотних вод. Однак відомо, що чим вище мінералізація води, тим більше низькі температури потребны для її замерзання. Наслідок цього процесу - збереження залишкових або формування нових лінз рідкої води, що має негативну температуру, що існують круглогодично. Такі отрицательнотемпературные води одержали назву криопэги від латинського криос - холод, і пэги - води. При міграції лінз криопэгов у випадку, якщо лінза переміститься в підставу будинку може привести до деформації фундаменту й самого будинку. 

Що загального можна знайти між функціональною структурою екологічної системи й організацією господарства, наприклад, фермерського?



Екологія (від греч. житло, місцеперебування й поняття, навчання) — наука, що вивчає взаємини організмів один з одним і із середовищем їхнього перебування. Уперше термін “екологія” увів в 1866 р. німецький біолог Эрнст Геккель. Екологія - це наука про виживання людства в умовах екологічної кризи, тобто в умовах напруженого стану у взаєминах суспільства з навколишнім середовищем через невідповідність виробничих сил і виробничих відносин суспільства природоресурсному потенціалу біосфери.

Екологічна система - закрита, функціонально єдина сукупність організмів (рослин, тварин і мікроорганізмів), що населяють загальну територію й  здатних до тривалого існування при повністю замкнутому круговороті речовин (тобто при відсутності матеріального обміну через її границі). Принцип екологічної системи використовується в організації господарства, наприклад фермерського. Основу такої штучно створюваної екологічної системи становлять рослини, які за рахунок енергії світла в процесі фотосинтезу поглинають двоокис вуглецю й виділяють кисень, тобто здійснюють регенерацію атмосфери. Біомаса рослин використовується в їжу людиною й тваринами, які, у свою чергу, можуть входити в харчовий раціон людини. Невикористана біомаса рослин, продукти життєдіяльності людини й тварин розкладаються мікроорганізмами до води, двоокису вуглецю й мінеральних речовин, які знову використовуються рослинами. Таким чином, у фермерському господарстві виникає замкнута система круговороту речовин, що схожа на функціональну структуру екологічної системи.


Назвіть і опишіть основні джерела отрутних хімічних відходів.



На всіх стадіях свого розвитку людина була тісно пов'язаний з навколишнім світом. Але з тих пор як з'явилося высокоиндустриальное суспільство, небезпечне втручання людини в природу різко підсилилося, розширився об'єм цього втручання, воно стало многообразнее й зараз загрожує стати глобальною небезпекою для людства. Найбільш масштабн і значним є хімічне забруднення середовища невластивими їй отруйними речовинами хімічного походження.

Джерела забруднення атмосфери:

Зараз існує три основних хімічних джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Частка кожного із цих джерел у забрудненні повітря сильно різниться. Найбільше сильно забруднює повітря промислове виробництво. Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом з димом викидають у повітря сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають у повітря оксиди азоту, сірководень, хлор, фтор, аміак, сполуки фосфору, частки й сполуки ртуті й миш'яку; хімічні й цементні заводи. Шкідливі гази попадають у повітря в результаті спалювання палива для потреб промисловості, опалення жител, роботи транспорту, спалювання й переробки побутових і промислових відходів. Основним джерелом пирогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні й хімічні підприємства, котельні установки, що споживають більше 70% добува_ щорічно твердого й рідкого палива.  Основними шкідливими домішками пирогенного походження є наступні:

а) Оксид вуглецю.  Виходить при неповному згорянні углеродистых речовин.  У повітря він попадає в результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами й викидами промислових підприємств. Щорічно цього газу надходить в атмосферу не менш 250 млн.т.  Оксид вуглецю є сполукою, що  активно реагує зі складовими частинами атмосфери й сприяє підвищенню температури на планеті, і створенню парникового ефекту.

	б) Сірчистий ангідрид. Виділяється в процесі згоряння сірку утримуючого палива або  переробки  сірчистих  руд  (до  70 млн.т.у рік).  Частина  сполук  сірки виділяється при горінні органічних залишків у гірничорудних відвалах. 

	в) Сірчаний  ангідрид.  Утвориться  при окислюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкисляє ґрунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств відзначається при низької хмарності й високої вологості повітря. Листові пластинки рослин, що виростають на відстані менш 1 км. від таких підприємств, звичайно бувають густо засіяні дрібними некротическими плямами, що утворилися в місцях осідання краплі сірчаної кислоти. 

	г) Сірководень і сірковуглець.  Основними джерелами викиду є підприємства по виготовленню штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами піддаються повільному окислюванню до сірчаного ангідриду.

	д) Оксилы  азоту.  Основними  джерелами викиду є підприємства, що роблять азотні добрива, азотну кислоту й нітрати, анілінові барвники, нітросполуки, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксилов азоту, що надходять в атмосферу, становить 20 млн.т. у рік.

	е) Сполуки фтору.  Джерелами  забруднення  є підприємство з виробництва алюмінію, емалей, скла, кераміки, сталі, фосфорних добрив. Фторосодержащие речовини надходять в атмосферу у вигляді газоподібних сполук - фтороводорода або пилу фторида натрію й кальцію. Сполуки характеризуються токсичним ефектом. Похідні фтору є сильними інсектицидами.

	ж) Сполуки  хлору.  Надходять в атмосферу від хімічних підприємств, що роблять соляну кислоту, хлоросодержащие пестициди, органічні барвники, гідролізний спирт, хлорну вапно, соду. В атмосфері зустрічаються як домішка молекули хлору й пар соляної кислоти. Токсичність хлору визначається видом сполук і їхньою концентрацією. У металургійній промисловості при виплавці чавуну й при переробці його на сталь відбувається викид в атмосферу різних важких металів і отрутних газів. 

Аерозольне забруднення атмосфери

Аерозолі - це тверді або рідкі частки, що перебувають у зваженому стані в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, імли або серпанку. Значна частина аерозолів утвориться в атмосфері при взаємодії твердих і рідких часток між собою або з водяною парою. Середній розмір аерозольних часток становить 1-5 напівтемний В атмосферу Землі щорічно надходить близько 1 куб.км. пилоподібних часток штучного походження. Велика кількість пилових часток утвориться також у ході виробничої діяльності людей. Відомості про деякі джерела техногенного пилу наведені нижче:

	ВИРОБНИЧИЙ ПРОЦЕС	ВИКИД ПИЛУ,МЛН.Т./РІК

	1. Спалювання кам'яного вугілля	93,60

	2. Виплавка чавуну	20,21

	3. Виплавка міді (без очищення)	6,23

	4. Виплавка цинку	0,18

	5. Виплавка олова (без очищення)	0,004

	6. Виплавка свинцю	0,13

	7. Виробництво цементу	53,37

Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові й сажевые заводи. Аерозольні частки від цих джерел відрізняються більшою розмаїтістю хімічного складу. Найчастіше в їхній сполуці виявляються сполуки кремнію, кальцію й вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селен, миш'яку, бериллия, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест. Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи, утворені при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Джерелом пилу й отрутних газів служать масові підривні роботи. До атмосферних отрутних хімічних відходів ставляться вуглеводні. Вони піддаються різним перетворенням, окислюванню, полімеризації, взаємодіючи з іншими атмосферними забруднювачами після порушення сонячною радіацією. У результаті цих реакцій утворяться перекісні сполуки, вільні радикали, сполуки вуглеводнів з оксидами азоту й сірки часто у вигляді аерозольних часток. При деяких погодних умовах можуть утворюватися особливо більші скупчення шкідливих газоподібних і аерозольних домішок у приземному шарі повітря. 



Фотохімічний туман (зміг)

Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних часток первинного й вторинного походження. До складу основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту й сірки, численні органічні сполуки перекісної природи, називані в сукупності фотооксидантами. Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації й затишності або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при потужній інверсії.



Хімічне забруднення водойм

Усяка водойма або водне джерело пов'язаний з навколишньою його зовнішнім середовищем. На нього впливають умови формування поверхневого або підземного водного стоку, різноманітні природні явища, індустрія, промислове й комунальне будівництво, транспорт, господарська й побутова діяльність людини. Наслідком цих впливів є привнесення у водне середовище нових, невластивих їй речовин - забруднювачів, що погіршують якість води. Забруднення, що надходять у водне середовище, класифікують по-різному, залежно від підходів, критеріїв і завдань. Так, звичайно виділяють хімічне, фізичне й біологічне забруднення. Хімічне забруднення являє собою зміну природних хімічних властивостей води за рахунок збільшення змісту в ній шкідливих домішок як неорганічної (мінеральні солі, кислоти, луги, глинисті частки), так і органічної природи (нафта й нафтопродукти, органічні залишки, поверхово активні речовини, пестициди).



Неорганічне забруднення

Основними неорганічними (мінеральними) забруднювачами прісних і морських вод є різноманітні отрутні хімічні сполуки. Це сполуки миш'яку, свинцю, кадмію, ртуті, хрому, міді, фтору. Більшість із них попадає у воду в результаті людської діяльності. Важкі метали поглинаються фітопланктоном, а потім передаються по харчовому ланцюзі більше високоорганізованим організмам. Токсичний ефект деяких найпоширеніших забруднювачів гідросфери представлений у таблиці:

			РЕЧОВИНА	ПЛАНКТОНИ    РАКОПОДІБНІ   МОЛЮСКИ РИБИ

				1.  Мідь	+++	+++	+++	+++

				2.  Цинк	+	++	++	++

				3.  Свинець	-	+	+	+++

				4.  Ртуть	++++	+++	+++	+++

				5.  Кадмій	-	++	++	++++

				6.  Хлор	-	+++	++	+++

				7.  Роданид	-	++	+	++++

				8.  Ціанід	-	+++	++	++++

				9.  Фтор	-	-	+	++

				10. Сульфід	-	++	+	+++

Ступінь токсичності (примітка):



		-	-	відсутній

		+++	-	сильна

		+	-	дуже слабка

		++++	-	дуже сильна

		++	-	слабка

		



Серед основних джерел забруднення гідросфери отрутними хімічними відходами варто згадати підприємства харчової промисловості й сільське господарство. Зі зрошуваних земель щорічно вимивається близько 6 млн.т. солей. ДО 2005 року можливе збільшення їхньої маси до 12 млн.т./рік. Відходи, що містять ртуть, свинець, мідь локалізовані в окремих районах у берегів, однак деяка їхня частина виноситься далеко за межі територіальних вод. Забруднення ртуттю значно знижує первинну продукцію морських экосистем, придушуючи розвиток фітопланктону. Відходи, що містять ртуть, звичайно скапливаются в донних відкладеннях заток або естуаріях рік. Подальша її міграція супроводжується нагромадженням метилової ртуті і її включенням у трофічні ланцюги водних організмів. Так, сумну популярність придбала хворобу Минамата, уперше виявлену японськими вченими в людей, що вживали в їжу рибу, виловлену в затоці Минамата, у який безконтрольно скидали промислові стоки з техногенною ртуттю.



Органічне забруднення.

Серед внесених в океан із суши розчинних речовин велике значення для мешканців водного середовища мають і органічні залишки (300-380 млн.т./рік). Стічні води, що містять суспензії органічного походження або розчинена органічна речовина, згубно впливають на стан водойм. Осаджуючись, суспензії заливають дно й затримують розвиток або повністю припиняють життєдіяльність даних мікроорганізмів, що беруть участь у процесі самоочищення вод. При гнитті даних опадів можуть утворюватися шкідливі сполуки й отруйні речовини, такі як сірководень, які приводять до забруднення всієї води в ріці. Наявність суспензій утрудняють також проникнення світла в глиб води й сповільнює процеси фотосинтезу. 



Нафта й нафтопродукти

Нафта й нафтопродукти є найпоширенішими забруднюючими речовинами у Світовому океані. Найбільші втрати нафти пов'язані з її транспортуванням з районів видобутку. Аварійні ситуації, зливши за борт танкерами промивних і баластових вод - все це обумовлює присутність постійних полів забруднення на трасах морських шляхів. Більші маси нафти надходять у моря по ріках, з побутовими й зливовими стоками. Об'єм забруднень із цього джерела становить 2,0 млн.т./рік. Зі стоками промисловості щорічно попадає 0,5 млн.т. нафти. 

Нафта складається переважно з насичених алифотических і гідроароматичних вуглеводнів. Основні компоненти нафти - вуглеводні (до 98%) - підрозділяються на 4 класи:



	а) Парафины (алкены). - (до 90% від загальної сполуки) - стійкі речовини. Легені парафины мають максимальну летючість і розчинністю у воді.

	б) Циклопарафины. - (30 - 60%  від загальної сполуки) насичені циклічні сполуки. Крім циклопентана й циклогексану, у нафті зустрічаються бициклические й поліциклічні сполуки цієї групи. Ці сполуки дуже стійкі й погано піддаються биоразложению.

	

	в) Ароматичні вуглеводні.  - (20 - 40% від загальної сполуки) - ненасичені циклічні сполуки ряду бензолу, що містять у кільці на 6 атомів вуглецю менше, ніж циклопарафины. У нафті присутні летучі сполуки з молекулою у вигляді одинарного кільця (бензол, толуол, ксилол), потім бициклические (нафталін), напівциклічні (пирен).

	г) Олефины (алкены).  - (до 10% від загальної сполуки) - ненасичені нециклічні сполуки.

Пестициди



Пестициди становлять групу штучно створених речовин, використовуваних для боротьби зі шкідниками й хворобами рослин. Пестициди діляться на наступні групи: інсектициди - для боротьби зі шкідливими комахами, фунгіциди й бактерициди - для боротьби з бактеріальними хворобами рослин, гербіциди - проти бур'янистих рослин. Установлено, що пестициди, знищуючи шкідників, завдають шкоди многим корисним організмам і підривають здоров'я людей і тварин. У сільському господарстві давно вже коштує проблема переходу від хімічних (забруднююче середовище) до біологічного (екологічно чистим) методам боротьби зі шкідниками. У цей час на світовий ринок надходить більше 5 млн.т. пестицидів. Промислове виробництво пестицидів супроводжується появою великої кількості побічних продуктів, що забруднюють стічні води. У водному середовищі частіше інших зустрічаються представники інсектицидів, фунгецидов і гербіцидів. Синтезовані інсектициди діляться на три основних групи: хлороорганические, фосфороорганические й карбонати. Хлороорганические інсектициди одержують шляхом хлорування ароматичних і гетероциклических рідких вуглеводнів. До них ставляться ДДТ і його похідні, у молекулах яких стійкість алифатических і ароматичних груп у спільній присутності зростає, усілякі хлоровані похідні хлородиена (элдрин). Ці речовини мають період напіврозпаду до декількох десятків років і дуже стійкі до биодеградации. У водному середовищі часто зустрічаються полихлорбифенилы - похідні ДДТ без алифатической частини, що нараховують 210 гомологів і ізомерів. Полихлорбифенилы (ПХБ) попадають у навколишнє середовище в результаті скидань промислових стічних вод і спалювання твердих відходах на смітниках. Останнє джерело поставляє ПБХ в атмосферу, звідки вони з атмосферними опадами випадають в усі районах Земної кулі.

Синтетичні активний^-активні-активні-активні-поверхнево-активні речовини. 



Детергенти (СПАВШИ) ставляться до великої групи речовин, що знижують поверхневий  натяг  води.  Вони входять до складу синтетичних мийних засобів (СМС), широко застосовуваних у побуті й промисловості.  Разом  зі стічними водами СПАВШИ попадають у материкові води й морське середовище.  СМС  містять  поліфосфати натрію, у яких розчинені детергенти, а також ряд додаткових інгредієнтів, токсичних для водних організмів: ароматизирующие речовини, отбеливающие реагенти (персульфати, пербораты), кальцинована сода, карбоксиметилцеллюлоза, силікати натрію. Присутність СПАВШИ в стічних водах промышленнрсти пов'язане з використанням їх у таких процесах, як флотационное збагачення руд, поділ продуктів хімічних технологій, одержання полімерів, поліпшення умов буравлення нафтових і газових шпар, боротьба з корозією встаткування. У сільському господарстві СПАВШИ застосовується в складі пестицидів.



Сполуки з канцерогенними властивостями. 

Канцерогенні речовини - це хімічно однорідні сполуки, що проявляють  активність, що трансформує,  і  здатність

викликати канцерогенні,   тератогенные  (порушення  процесів ембріонального розвитку) або мутагенні зміни в організмах. Залежно від умов впливу вони можуть приводити до ингибированию росту, прискоренню старіння, порушенню індивідуального розвитку й зміні генофонду організмів. До речовин, що володіють канцерогенними властивостями, ставляться хлоровані алифатические вуглеводні, вінілхлорид, і особливо, поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАУ). Основні антропогенні джерела ПАУ в навколишнім середовищі - це пиролиз органічних речовин при спалюванні різних матеріалів, деревини й палива.



Важкі метали



Важкі метали (ртуть, свинець, кадмій, цинк, мідь, миш'як) ставляться до числа розповсюджених і досить токсичних забруднюючих речовин. Вони широко застосовуються в різних промислових виробництвах, тому, незважаючи на очисні заходи, зміст сполуки важких металів у промислових стічних водах досить високе. Більші маси цих сполук надходять в океан через атмосферу. Для морських біоценозів найнебезпечніші ртуть, свинець і кадмій. Ртуть переноситься в океан з материковим стоком і через атмосферу. При вивітрюванні осадових і вивержених порід щорічно виділяється 3,5 тис.т. ртуті. У складі атмосферного пилу втримується близько 12 тис.т. ртуті, причому значна частина - антропогенного проихождения. Біля половини річного промислового виробництва цього металу (910 тис.т./рік) різними шляхами попадає в океан. У районах, що забруднюються промисловими водами, концентрація ртуті в розчині й суспензіях сильно підвищується. При цьому деякі бактерії переводять хлориди у высокотоксичную метилртуть. Зараження морепродуктов неодноразово приводило до ртутного отруєння прибережного населення. ДО 1977 року налічувалося 2800 жертв хвороби Миномата, причиною якої послужили відходи підприємство з виробництва хлорвінілу й ацетальдегіду, на яких як каталізатор використовувалася хлориста ртуть. Свиней - типовий неуважний елемент, що втримується у всіх компонентах навколишнього середовища: у гірських породах, ґрунтах, природних водах, атмосфері, живих організмах. Нарешті, свиней активно розсіюється в навколишнє середовище в процесі господарської діяльності людини. Це викиди із промисловими й побутовими стоками, з димом і пилом промислових підприємств, з вихлопними газами двигунів внутрішнього згоряння. Міграційний потік свинцю з континенту в океан іде не тільки з річковими стоками, але й через атмосферу.