Полная версия

Главная arrow Экология arrow Общая экология

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Пыль, тяжёлые металлы и ядовитые химические соединения

Аэрозольные частицы или пыль попадают в атмосферу в результате многих природных процессов. Главным источником природных аэрозольных частиц является Мировой океан. При обрушении волн в воздухе оказывается множество мелких капель, поднимаемых ветром. Эти капли быстро высыхают, и в воздухе остаются частицы морской соли. Другой источник атмосферных частиц — ветровой подъём пыли с открытой поверхности континентов, пустынь и полупустынь. Множество частиц остаётся в атмосфере в результате извержений вулканов. Аэрозольные частицы играют огромную роль в формировании климата Земли. Они служат ядрами конденсации при образовании облаков и ответственны за рассеяние и частичное отражение солнечного света.

Мелкие частицы, диаметром меньшим 0,1 мкм, ведут себя в атмосфере как невесомый газ с большим, в десятки и сотни часов, временем жизни (рис. 4.9). Они выпадают на поверхность в основном под действием осадков. Крупные частицы с размером более 2 мкм садятся на поверхность под действием и собственного веса, и осадков. Особенно долгоживущими являются частицы с размерами около 1 мкм, которые почти невесомы и слабо захватываются осадками.

Хозяйственная деятельность человека привела к значительному росту запыления атмосферы. В п. 4.3 были рассмотрены процессы образования сульфатных и нитратных аэрозольных частиц в результате окисления отходящих газов, выбрасываемых тепловыми установками и транспортом. Это мелкие, невесомые частицы. Более крупные антропогенные аэрозольные частицы попадают в атмосферу непосредственно как продукт процессов сжигания топлива или мусора (зола и сажа), так и при подъёме пыли транспортом и при сельскохозяйственных, горных и строительных работах. Плохо отрегулированные двигатели, осо-

Зависимость времени жизни частиц в атмосфере от их диаметра и процентная доля частиц различного диаметра вдали от источников

Рис. 4.9. Зависимость времени жизни частиц в атмосфере от их диаметра и процентная доля частиц различного диаметра вдали от источников

бенно дизельные, также выбрасывают в атмосферу частицы сажи и другие продукты неполного сгорания. На электростанциях и в промышленности основная масса крупных частиц, диаметром более 5 мкм, эффективно улавливаются фильтрами и центрифужными сепараторами (циклонами). Мелкие частицы, особенно диаметром менее 1 мкм, плохо поддаются улавливанию. Поэтому вдали от источников доля частиц с диаметрами около 1 мкм велика.

Важным свойством атмосферных аэрозольных частиц является огромная площадь их поверхности. Для умеренно загрязнённой континентальной атмосферы суммарная площадь поверхности частиц, находящихся в воздухе над некоторой территорией, составляет около 10% от площади этой территории. И только благодаря ничтожным размерам частиц атмосфера сохраняет прозрачность.

Антропогенные аэрозольные частицы не только загрязняют атмосферу сами по себе, но являются носителями других, гораздо более опасных загрязняющих веществ, таких как тяжёлые металлы и ядовитые долгоживущие органические соединения. С точки зрения химика эти две группы веществ — совершенно разные сущности. Но по своим источникам, поведению в природной среде и воздействию на неё они имеют много общего. И тяжёлые металлы, и устойчивые органические соединения попадают в природную среду не только при их производстве, но и при их использовании и при утилизации отходов. И те, и другие могут находиться в атмосфере в виде паров или, что бывает чаще, оседать на поверхности аэрозольных частиц и переноситься вместе с этими частицами-носителями. И те, и другие могут находиться в биосфере очень долго, накапливаясь в пищевых цепях. Наконец, многие из них являются ксенобиотиками, и все они — опасные яды даже в очень малых концентрациях.

В литературе, посвящённой проблеме загрязнения природной среды, ванадий, никель, железо, марганец, ртуть, кадмий, таллий, кобальт, медь, свинец, олово, мышьяк, сурьму, селен, хром и цинк условно называют тяжёлыми металлами, хотя с точки зрения химика не все эти элементы являются истинными металлами.

Большинство тяжёлых металлов в природе доступно для растений и бактерий только в очень малых концентрациях. Железо, медь, цинк, селен, марганец, молибден и некоторые другие элементы в микродозах необходимы для живых организмов. Они опасны только в больших, избыточных концентрациях. Свинец, кадмий, мышьяк, ртуть и их соединения, по-видимому, ядовиты для большинства высших животных и многих растений в любых концентрациях1.

Промышленное извлечение тяжёлых металлов из руд принципиально изменило их геохимические циклы, и концентрации многих металлов в природной среде повысились в десятки и сотни раз. Пока эти металлы находятся в связанном состоянии в своих природных депо — рудах и минералах, их количества в биосферных циклах ничтожны. Проблема состоит в том, что после извлечения из руд и попадания в биосферные круговороты веществ тяжёлые металлы возвращаются в природные депо — осадочные породы чрезвычайно медленно.

Антропогенными источниками тяжёлых металлов в природной среде являются процессы их производства, а также технологические процессы, в которых они используются: производство бумаги и ювелирных изделий (ртуть[1] [2]), электротехническая, электронная и электрохимическая промышленность (кадмий, свинец, олово, медь, ртуть и т. д.). Присадки к автомобильному и авиационному топливу содержат свинец и таллий, при сжигании попадающие в атмосферу (тетраэтилсвинец иногда используется до сих пор для повышения октанового числа бензина во многих странах, в том числе и в России).

Значительная доля загрязнения природной среды тяжёлыми металлами приходится на неорганизованные мусорные свалки, помойки и просто разбросанный мусор. Избыток железа в подземных водах Подмосковья — следствие огромного количества разбросанного металлолома. Ртуть в атмосфере и соединения ртути в воде — это выброшенные ртутные лампы, медицинские приборы (термометры, тонометры) и другая аппаратура, содержащая ртуть. К сожалению, большинство людей не задумывается над тем, что один выброшенный битый «градусник» способен отравить кубический километр воздуха!

При выбросах в атмосферу тяжёлые металлы или их соединения сорбируются (оседают) на поверхности аэрозольных частиц, вместе с частицами рассеиваются в воздухе и выпадают на землю. Исключением отчасти является ртуть, значительная доля которой остаётся в атмосфере в виде паров. Попав в пресные воды непосредственно или в результате атмосферных выпадений, тяжёлые металлы и их соединения отравляют реки, а потом и моря, в которые эти реки впадают. Например, природный вынос реками соединений железа в океан составляет около 25 млн тонн, а антропогенный — около 320 млн тонн, природный вынос соединений свинца — 180 тыс. тонн, а антропогенный — более 2 млн тонн. Многие металлы, прежде всего, ртуть, жадно поглощаются пресноводными бактериями. В результате образуются металлоорганические соединения, гораздо более ядовитые, чем чистые металлы.

Хотя крупные частицы-носители выпадают на сравнительно малых расстояниях от источников выбросов, целый ряд факторов приводит к глобальному распространению тяжёлых металлов в биосфере. Во-первых, малые, долгоживущие частицы-носители, имеющие относительно большую сорбирующую поверхность[3], медленно выводятся из атмосферы (рис. 4.9). Поэтому они могут переноситься в атмосфере на огромные расстояния. Во-вторых, выпавшие на землю частицы и пары некоторых металлов (ртути, прежде всего) спустя даже длительное время могут снова подниматься в воздух ветром и такими «прыжками» постепенно распространяться на всё больших территориях. В-третьих, тяжёлые металлы разносятся реками и морскими течениями в виде растворимых солей или на взвешенных в воде частицах.

Глобальный характер распространения тяжёлых металлов хорошо виден на примере свинца (рис. 4.10). Данные, приведенные на картах рис. 4.10, свидетельствуют об одной неприятной дополнительной особенности поведения тяжёлых металлов в природной среде.

Вся пресная вода, потребляемая человеком, исходно — дождевая вода. Поэтому содержание тяжёлых металлов в питьевой

Свинец в дождевой воде, мкг/л

Средние концентрации свинца в приземном воздухе вдали от крупных источников и максимальные среднемесячные концентрации свинца в осадках в

Рис. 4.10. Средние концентрации свинца в приземном воздухе вдали от крупных источников и максимальные среднемесячные концентрации свинца в осадках в

различных регионах мира

воде непосредственно зависит от их содержания в атмосферных осадках. Из рис. 4.10 и данных табл. 4.1 и 4.2 видно, что в то время как концентрации в воздухе существенно ниже ПДК, концентрации в осадках могут превосходить ПДК для питьевой воды и, тем более, для рыбохозяйственных водоёмов. Такая картина наблюдается как для свинца, так и для кадмия и ряда других тяжёлых металлов.

Если воспользоваться формулами (4.1) и (4.2) для оценки суммарного уровня загрязнения свинцом, кадмием и ртутью пресноводных водоёмов, то для Европы в среднем получим значение 5= 1,1 — 1,25, то есть выше критического уровня, а для

Азии и Северной Америки 5=0,8—0,9. И это — следствие загрязнения атмосферы. Ясно, что для наиболее загрязнённых урбанизированных районов нормы загрязнения превышены в несколько раз. Таким образом, уровень загрязнения тяжёлыми металлами стал угрожающим по меньшей мере в масштабах всего Северного полушария.

Опасные долгоживущие органические соединения попадают в природную среду двумя путями. Наиболее опасные, прежде всего 3,4-бенза(а)пирен и диоксины, — это побочные продукты сжигания органического топлива и технологических процессов. Они образуются и выбрасываются, условно говоря, «непреднамеренно». Другие опасные вещества вносятся в природную среду вполне сознательно, с определёнными хозяйственными или иными целями. Это применяемые в сельском хозяйстве пестициды (ядохимикаты) и дефолианты — вещества, вызывающие листопад у деревьев и кустарников[4]. Среди наиболее широко применяемых пестицидов гептахлор, карбофос, диурон и различные ГХЦГ (линдан и гексахлоран). Большинство этих веществ разлагаются в природе очень медленно и получают глобальное распространение. Они обладают способностью накапливаться в пищевых цепях высших животных и человека даже в регионах, весьма удалённых от источника. Основной путь по предотвращению загрязнения природы ядохимикатами — создание и использование биологических и экологических методов борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и сорными растениями.

  • [1] Однако последние исследования показали, что даже такой токсичный элемент, как ртуть, в микродозах стимулирует активность лейкоцитов и интенсивность обмена веществ, а также дезинтоксикацию живых организмов.
  • [2] Во многих странах Латинской Америки и Азии золочение до сих пор делают примитивным кустарным способом, используя амальгаму — раствор золота в ртути. Ртуть при этом просто испаряется. Возможно, что это главный антропогенный источник ртути в природной среде.
  • [3] Объём и вес частицы пропорциональны кубу её размера, а поверхность — квадрату. Поэтому одна «большая» частица имеет поверхность в 1,26 раз меньшую, чем две частицы того же объёма.
  • [4] Дефолианты широко используются при сборе урожая хлопка. США использовали дефолианты во вьетнамской войне с тяжёлыми последствиями для населения.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>