§ 33. Химическое загрязнение окружающей среды как глобальная экологическая проблема

Определения и обозначения

Химическое загрязнение окружающей среды — поступление в природные среды веществ в количествах или концентрациях, нарушающих их естественное состояние и вредящих организмам. Иными словами, оценивают не только сам факт появления вещества, но и то, как оно меняет среду. Это понятие помогает отличать загрязнение от естественного присутствия химических соединений.

Загрязнитель — химическое вещество, которое при попадании в окружающую среду оказывает неблагоприятное воздействие. Риск зависит от концентрации: небольшое содержание может быть допустимым, а превышение опасным. Имеют значение также свойства вещества, его способность разрушаться или накапливаться и длительность воздействия на организмы.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) — установленный норматив содержания вещества в определённой среде, при котором его воздействие считается допустимым для заданных условий. Сравнение измеренной концентрации с ПДК помогает определить, нужны ли срочные меры. Норматив относится к конкретному веществу и среде, поэтому нельзя автоматически переносить значение для воды на воздух или почву.

Биологическое накопление — увеличение содержания вещества в организме, когда оно поступает быстрее, чем выводится. Организм может получать загрязнитель из воды, пищи или воздуха. При длительном накоплении даже небольшое поступление способно привести к значительному содержанию вещества и усилить его воздействие.

Как это устроено

Промышленность сжигает топливо, перерабатывает сырьё и использует химические реагенты; транспорт выделяет продукты сгорания топлива и износ материалов. В сельском хозяйстве применяют удобрения и средства защиты растений, а в быту источниками могут стать моющие средства, топливо и неправильно выброшенные отходы. По мере роста производства и потребления увеличиваются объёмы сырья и энергии, а вместе с ними — вероятность выбросов, утечек и образования отходов.

В воздух вещества попадают с дымом и выхлопами, в воду — со сточными водами, аварийными сбросами и дождевыми стоками с полей и улиц. В почве загрязнители оказываются при оседании частиц из воздуха, разливах и внесении химикатов. Затем ветер переносит частицы и пары, а реки и подземные воды уносят растворённые вещества, поэтому загрязнённая среда может стать источником вторичного распространения.

Тяжёлые металлы поступают, например, из металлургии, горнодобывающих предприятий и сжигания топлива; они не разрушаются как химические элементы и могут накапливаться в организмах. Пестициды используют для защиты растений, а их остатки способны попадать в почву и воду и вредить не только вредителям. Нефтепродукты связаны с добычей, перевозкой и использованием нефти: разливы загрязняют воду и берега, а плёнка мешает газообмену. Стойкие органические загрязнители образуются или применяются в некоторых производствах и могут долго сохраняться, распространяясь на большие расстояния.

Если вещество медленно разрушается, оно продолжает воздействовать на среду после прекращения выброса. При биологическом накоплении загрязнитель задерживается в организме, а хищник получает его вместе с множеством заражённых организмов-жертв. Так содержание некоторых стойких веществ может возрастать на более высоких уровнях пищевой цепи; это повышает риск для организмов и человека, употребляющего загрязнённую пищу.

Загрязнители могут нарушать рост и размножение организмов, вызывать отравления и менять состав сообществ. Если исчезают чувствительные виды или ухудшается качество воды и почвы, страдает устойчивость всей экосистемы; человек рискует получить вредные вещества с воздухом, водой и продуктами. Сокращение выбросов уменьшает поступление загрязнителей, очистка задерживает их до попадания в природу, а контроль позволяет вовремя выявлять превышения и оценивать эффективность мер.

Основные группы химических загрязнителей окружающей среды

Сначала найдите источник и путь поступления вещества, затем свяжите его свойства с возможными последствиями. Таблица даёт общую схему: конкретный риск зависит от концентрации, условий и продолжительности воздействия. Меры выбирают так, чтобы остановить поступление загрязнителя или уменьшить его распространение.

Разбор задач

Задача 1

Удобрения и средства защиты растений с дождевыми стоками попадают в ближайшую реку. Нужно назвать источник, путь поступления загрязнителей и среду, которая загрязняется первой. Проследим, где вещества применяли и куда их переносит дождь.

1. Источник — сельскохозяйственная деятельность: удобрения и средства защиты применяют на полях.
2. Путь переноса — дождевой сток, который смывает вещества с поверхности и уносит их в реку.
3. Первая загрязняемая среда в описанной цепочке — вода реки; до попадания в неё сток проходит по поверхности почвы.

Ответ: источник — сельское хозяйство, путь — дождевой сток, первой загрязняется вода ближайшей реки. Указание на сток позволяет не путать источник вещества с местом, где его обнаружили.

Задача 2

В двух водоёмах найдено одно и то же вещество, но в первом концентрация ниже ПДК, а во втором — выше. Второй случай требует первоочередных мер, поскольку норматив превышен и воздействие может быть недопустимым. Для полной оценки одного сравнения с ПДК недостаточно.

1. Сопоставьте концентрацию в каждом водоёме с нормативом именно для этого вещества и водной среды.
2. Во втором водоёме превышение указывает на необходимость оперативно выяснить источник и ограничить поступление вещества.
3. Уточните токсичность и стойкость вещества, продолжительность загрязнения, фактическую концентрацию и чувствительность обитающих там организмов.

Ответ: первоочередные меры нужны во втором водоёме из-за превышения ПДК. Для уточнения риска нужны сведения о свойствах вещества, длительности воздействия и уязвимости организмов; значение ниже ПДК само по себе не описывает все возможные условия.

Задача 3

Стойкий загрязнитель обнаружен в воде и организмах нескольких звеньев пищевой цепи. Он мог попасть в воду со стоками или дождевым смывом, а из воды — в организм водных организмов. Нужно объяснить, почему его содержание может возрастать при переходе по цепи.

1. Вещество поглощается организмами из воды или пищи и может задерживаться в тканях.
2. Если оно стойкое и поступает быстрее, чем выводится, происходит биологическое накопление.
3. Хищник поедает много организмов-жертв и получает загрязнитель, накопленный каждым из них; поэтому его содержание на более высоких уровнях цепи может увеличиваться.

Ответ: загрязнитель переходит из воды в организмы через поглощение и питание. Стойкость и накопление позволяют ему сохраняться при передаче по цепи, поэтому организмы верхних звеньев могут получать большую суммарную дозу.

Типичные ошибки

Ошибка — считать загрязнением любое присутствие химического вещества. Её допускают, потому что само слово «химический» звучит как признак опасности, хотя природная среда тоже содержит множество соединений. Проверьте себя: спросите, каковы концентрация, свойства вещества и условия воздействия, а не только обнаружено ли оно.

Ошибка — отождествлять источник загрязнения с местом его обнаружения. Так рассуждают, когда не учитывают перенос ветром и водой. Чтобы проверить вывод, проследите возможный маршрут вещества от выброса или утечки до точки измерения.

Ошибка — заключать, что низкая концентрация в воде всегда означает низкий риск. Это кажется логичным при сравнении с ПДК, но стойкое вещество способно долго поступать в организм и накапливаться. Проверьте, известны ли его стойкость, длительность воздействия и содержание в организмах.

Ошибка — считать химическое загрязнение проблемой только одного участка. Её причина — внимание к видимому месту выброса, а не к перемещению веществ и пищевым связям. Для проверки проследите, могут ли воздух, вода или организмы переносить загрязнитель в соседние экосистемы и регионы.

Связь с другими темами

Чтобы понять перенос загрязнителей, нужны знания о круговороте веществ: соединения переходят между воздухом, водой, почвой и организмами. Пищевые цепи объясняют, как загрязнитель из среды попадает к потребителю и почему накопление может усиливаться на следующих звеньях. Связь организмов со средой помогает оценить, какие виды особенно чувствительны к изменению условий.

Тема продолжает изучение экологических последствий хозяйственной деятельности и показывает, как решения людей отражаются на природных системах. Эти знания пригодятся при изучении охраны природы и устойчивого развития: снижение загрязнения требует одновременно беречь ресурсы, контролировать производство и учитывать долгосрочные последствия.

Что запомнить

• Химические загрязнители поступают в окружающую среду из природных и антропогенных источников.
• Вещества могут переходить из воздуха в воду и почву и распространяться далеко от места выброса.
• Опасность загрязнителя определяется не только его наличием, но и концентрацией, свойствами и длительностью воздействия.
• Стойкие вещества могут долго сохраняться в природе и накапливаться в организмах.
• Загрязнители способны передаваться по пищевым цепям.
• Предупреждение загрязнения включает сокращение выбросов, очистку и контроль содержания вредных веществ.