Химия окружающей среды (стр. 5 )

Трофическая цепь — это передача вещества через биологические подсистемы, когда одни организмы являются пищей для других.

Правило накопления токсикантов в трофических цепях (правило экологического усиления). В процессе питания в трофической цепи происходит увеличение локальной концентрации поллютанта.

Кроме передачи вещества по трофической цепи происходит и передача накопленной энергии. С ней связано следующее правило.

Правило 10% (Лидермана). В процессе пищевой цепи от одного звена (трофического уровня экологической пирамиды) к другому более высокому переходит около 10% энергии.

3.4. Донные отложения.

Эвтрофирование водоема

Любое звено трофической цепи после своей гибели, а также его метаболиты в конце концов оказываются на дне водоема. Образующиеся донные отложения, в свою очередь, являются источником биогенов. Они играют существенную роль в формировании водной среды, поддержании в ней равновесия.

Экологические функции донных отложений следующие:

·  аккумулируют осадки (тяжелых металлов, органического вещества и др.);

·  при определенных условиях они сами служат источником загрязнений;

·  в них протекает ряд химических и биохимических реакций, приводящих к трансформации веществ;

·  участвуют в процессе обмена азотом и фосфором между дном и водоемом;

·  играют существенную роль в цикле пероксида водорода, способствуя его восстановлению.

Таким образом, донные отложения характеризуются восстановительной средой, которая, особенно опасна для молодняка рыб. К увеличению токсичности приводит также трансформация ряда веществ в этих отложениях.

Накопление донных отложений может привести к такому явлению, которое известно как эвтрофирование (эвтрофикация) водоема.

Эвтрофирование водоема — это его цветение (заполнение фитопланктоном), старение и наконец гибель (заболачивание).

Этому способствует: во-первых, антропогенное увеличение поступления соединений азота, фосфора и других биогенов, т. е. переход от олиготрофных условий (нехватка N, P) к аутотрофным (их избыток). Во-вторых, это сокращение водообмена (плотины, застойные зоны) и, наконец, третье — повышение температуры водоема (и освещенности).

Основные источники органических и неорганических веществ, вызывающих эвтрофирование — это удобрения и сточные воды. Весенние паводки смывают оставшиеся на полях удобрения и пестициды, которые частично накапливаются в стоячих водоемах — озерах, прудах и застойных зонах рек (затоны, заводи). Наличие питательных веществ плюс повышение температуры способствуют бурному росту растительности. Это сокращает в водоеме содержание кислорода и жизненное пространство для других организмов, понижая их воспроизводство. В конце концов, заполнение водоема зеленой массой приводит к нарушению в нем жизнедеятельности как в результате снижения кислорода (и аэробных организмов), так и в результате выделения ядовитых газов анаэробными. Действительно, если аэробные водоросли и бактерии используют кислород воздуха для получения соединений углерода, водорода, азота, серы и фосфора (соответственно СО2, Н2О, NО3–, SО42–, РО43–), то в условиях недостатка кислорода в водоеме становятся активными и размножаются гетеротрофные организмы, продуцирующие соответственно СН4, NН3, Н2S, РН3.

3.5. Загрязнение водоемов и их охрана

Токсичность воды в водоеме с ограниченным водообменом может быть вызвана следующими факторами:

·  наличием восстановителей;

·  отсутствием пероксида водорода;

·  переводом ряда катионов (например, Cu2+) в недоступную форму;

·  возникновением условий для развития патогенной микрофлоры;

·  снижением способности воды к самоочищению.

Как уже отмечалось, вода становится опасной главным образом в результате попадания в нее со стоками, сбросами, отходами и прочими разного рода поллютантов, в первую очередь антропогенных.

Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотеком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека. В состав сточных вод входят как неорганические (частицы грунта, руды и пустой породы, шлака, неорганические соли, кислоты, щёлочи); так и органические (нефтепродукты, органические кислоты), в том числе биологические объекты (грибки, бактерии, дрожжи, в том числе болезнетворные).

При анализе биологического действия поллютантов учитывается следующее:

·  собственная токсичность вещества, зависящая от его химической формы;

·  превращение вещества в другие формы, иногда более токсичные;

·  его накопление в трофических цепях.

Все загрязнения природной воды можно разделить на несколько основных групп.

1. Консервативные поллютанты. К ним относятся разлагающиеся медленно и вовсе неразлагающиеся соединения. Это катионы металлов, в том числе радионуклиды, неорганические соли, хлорорганические пестициды и углеводороды, в частности нефть.

2. Биогенные поллютанты. Это соединения азота и фосфора, а также большинство органических веществ.

3. Водорастворимые вещества, не участвующие в биологическом круговороте, (например, ксенобиотики). Это в основном отходы промышленности, сельского хозяйства и бытовые сбросы (в развивающихся странах 90% сточных вод сбрасывается без обработки).

Загрязнение водоемов приводит к ряду экологических последствий:

·  нарушению устойчивости экосистем;

·  прогрессирующей эвтрофикации, появлению «красных приливов»;

·  накоплению химических поллютантов и токсикантов в биоте;

·  снижению ее продуктивности;

·  провоцированию в ней мута - и канцерогенеза;

·  микробиологическому загрязнению.

Важнейшими принципами охраны вод являются следующие:

·  предупреждение негативных последствий истощения и загрязнения источников чистой воды;

·  водоохранные меры;

·  повсеместность и местная дифференцированность;

·  ориентация на специфические источники и причины загрязнений;

·  научная обоснованность и действенный контроль водоохранных мероприятий.

Сами мероприятия по охране вод, в первую очередь подземных, подразделяются на профилактические, специальные, общие и конкретные.

К профилактическим относятся:

·  выбор места строящегося объекта;

·  учет степени защищенности вод;

·  оснащение специальным оборудованием;

·  создание и соблюдение зон санитарной охраны;

·  соблюдение режимов и норм;

·  организация и ведение мониторинга.

Существуют три основных метода понижения загрязненности водоемов:

1.  Сброс загрязненной воды в более крупные водостоки (этот метод используется примерно для 10% стоков, а в некоторых регионах — до 100%).

2.  Удаление из воды примесей в результате первичной обработки (30% стоков) — отстаивание плюс фильтрация, иногда хлорирование, вторичной обработки (60%стоков) — первичная обработка плюс аэробное разложение органического вещества (активный ил + воздух);

третичной обработки (около 10%) — вторичная обработка плюс осаждение металлов и органических соединений.

3.  Сокращение объема сточных вод путем изменения технологии (наиболее перспективный).

Международное сообщество бьет тревогу, принимая ряд соглашений и конвенций по защите водных бассейнов: в 1983 году принята Международная конвенция по предотвращению загрязнений морской среды, в 1984, 1992 годах — Конвенции по защите Балтийского моря и т. д. Одной из проблем является сброс и захоронение радиоактивных отходов и ядерных реакторов, а также аварии судов и подводных лодок с такими реакторами. В частности, тяжелая обстановка сложилась в Баренцевом, Карском, Японском, Охотском и других морях, а также в Северном Ледовитом океане. В итоге в 1972 году в Лондоне была подписана конвенция, запрещающая сброс на дно морей и океанов радиоактивных и химических отходов, а в 1982 году — Конвенция ООН по мирному использованию Мирового океана.

Контрольные вопросы по теме

1.  Качественные и количественные характеристики гидросферы.

2.  Основные компоненты природной воды, их роль.

3.  Важнейшие химические элементы в природных водах.

4.  Основное равновесие в водоеме, его поддержание.

5.  Трофические цепи, их функции. Примеры трофических цепей.

6.  Донные отложения, их экологические функции.

7.  Эвтрофирование водоемов — причины и следствия.

8.  Загрязнение водоема, его последствия.

9.  Важнейшие принципы охраны вод.

Глава 4. Физико-химические процессы в литосфере

Литосферой называют верхнюю твердую оболочку Земли, состоящую из земной коры и слоя верхней мантии, подстилающего земную кору. Нижняя граница литосферы, проводится на глубинах около 100 км под континентами и около 50 км под дном океана. Верхняя часть литосферы (та, где существует жизнь) - составная часть биосферы

4.1. Строение литосферы и структура земной коры

К важнейшим открытиям ХХ века относится установление слоистого строения планеты Земля. Было установлено, что планета состоит из ряда концентрических оболочек различной плотности, причем плотность земного вещества с глубиной возрастает. Единой теории глубинного строения Земли в настоящее время нет (сверхглубокие скважины достигли глубины 10–12 км, тогда как радиус Земли составляет около 6370 км).

Согласно существующим представлениям Гуттенберга, выделяются следующие слои: слой G (внутреннее ядро), слой F — переходный слой, слой Е — внешнее ядро. Эти три слоя простираются от глубины 2900 до 6370 км. Их можно назвать ядром Земли. Ближе к поверхности Земли располагаются еще три слоя — D, C, B, которые называются мантией Земли. И, наконец, верхний слой (слой А) называется земной корой. Переходная граница от слоя А к слою В, т. е. от земной коры к мантии, называется поверхностью Мохоровича. На этой границе происходит скачкообразное изменение скорости распространения сейсмических волн.