§ 65. Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы, стратосферы, гидросферы и литосферы

Определения и обозначения

Загрязнение окружающей среды — поступление веществ или энергии, изменяющее природные условия и способное причинить вред организмам и человеку. Это понятие помогает оценивать не только само наличие примеси, но и её влияние. Например, значение имеют количество вещества и его опасность.

Парниковый эффект — удерживание частью атмосферных газов теплового излучения Земли; усиление этого эффекта при росте концентрации газов ведёт к изменению климата. Естественный эффект необходим для теплового баланса планеты. Термин позволяет отличить его нормальное действие от усиления, вызванного деятельностью человека.

Кислотные дожди — атмосферные осадки с повышенной кислотностью, возникающей при образовании кислот из оксидов серы и азота. Эти оксиды могут переноситься воздушными потоками и реагировать с водой в атмосфере. Понимание процесса помогает искать причину осадков не только рядом с местом их выпадения.

Эвтрофикация — обогащение водоёма соединениями азота и фосфора, вызывающее чрезмерный рост водорослей и ухудшение состояния водной среды. Так называют цепочку изменений, а не просто появление водорослей. Термин нужен, чтобы связать поступление биогенных веществ с последствиями для обитателей водоёма.

Как это устроено

Промышленные предприятия, транспорт и сжигание топлива выделяют вещества в атмосферу. При сгорании топлива, содержащего серу, могут образовываться оксиды серы; при высокотемпературных процессах возникают оксиды азота. В атмосфере эти соединения участвуют в образовании кислот, которые выпадают вместе с осадками. Одновременно увеличение концентрации парниковых газов усиливает удержание тепла, поскольку больше теплового излучения остаётся в атмосфере.

Озоновый слой расположен в стратосфере и поглощает опасную для живых организмов часть ультрафиолетового излучения. Некоторые искусственные галогенсодержащие вещества, попадая в атмосферу, участвуют в реакциях, разрушающих озон. Поэтому ограничение их производства и применения снижает нагрузку на защитный слой. Здесь речь идёт не об удержании тепла, а об ослаблении защиты от ультрафиолета.

В гидросферу загрязнители поступают со сточными водами, сельскохозяйственными стоками и нефтепродуктами. Если в водоём попадает слишком много соединений азота и фосфора, водоросли получают избыток питательных веществ и быстро размножаются. Это вызывает эвтрофикацию и может нарушить условия жизни водных организмов. Токсичные примеси вредят им непосредственно, поэтому очистка стоков должна удалять разные виды загрязнителей.

Литосферу загрязняют отходы, добыча полезных ископаемых и применение пестицидов. Вредные вещества могут задерживаться в почве, но некоторые из них растворяются и просачиваются глубже. Так загрязнение почвы становится источником загрязнения грунтовых вод. Через растения и животных отдельные вещества способны попадать в пищевые цепи, поэтому опасность не ограничивается участком, где возникло загрязнение.

Воздух, вода и почва связаны переносом веществ: загрязнитель может осесть из атмосферы, смыться в водоём или проникнуть из почвы в подземные воды. Поэтому охрана природных оболочек включает сокращение выбросов и сбросов, очистку газов и сточных вод и безопасное обращение с отходами. Если загрязнение уже произошло, необходимы сбор или обезвреживание вредных веществ и восстановление территории. Контроль состояния среды помогает вовремя обнаружить проблему и проверить, работают ли защитные меры.

Загрязнение природных оболочек: источники, последствия и меры охраны

Читайте строку таблицы от источника к последствиям: так видно, каким образом деятельность человека меняет каждую оболочку. Затем сопоставьте последствия с мерами охраны и выберите действия, которые уменьшают поступление загрязнителя. Для некоторых проблем нужны одновременно профилактика и контроль среды.

Разбор задач

1. Сжигание серосодержащего топлива

Условие. На предприятии сжигают серосодержащее топливо. Нужно назвать вероятный атмосферный загрязнитель и указать способ уменьшить его выброс. Решение начинается с определения элемента, который входит в состав топлива.

1. Сера при сжигании окисляется, поэтому вероятным загрязнителем становятся оксиды серы.
2. Эти оксиды способны участвовать в образовании кислотных осадков, если попадают в атмосферу.
3. Чтобы сократить поступление загрязнителя, следует очищать дымовые газы или использовать топливо с меньшим содержанием серы.

Ответ. Вероятный загрязнитель — оксиды серы. Их выброс уменьшают очисткой дымовых газов либо переходом на топливо с меньшим содержанием серы.

2. Поступление соединений азота и фосфора в водоём

Условие. В водоём попадают стоки, содержащие соединения азота и фосфора. Нужно объяснить вероятные изменения и предложить способ их предотвратить. Для ответа проследим, как избыток питательных веществ влияет на водоросли и затем на весь водоём.

1. Избыток соединений азота и фосфора создаёт условия для чрезмерного роста водорослей.
2. Такое обогащение водоёма питательными веществами называется эвтрофикацией; она ухудшает состояние водной среды и может вредить её обитателям.
3. Следует очищать стоки так, чтобы удалять из них биогенные элементы, и не допускать поступления необработанных стоков в водоём.

Ответ. Возможна эвтрофикация — чрезмерное размножение водорослей и ухудшение условий для водных организмов. Предотвратить её помогает очистка стоков от соединений азота и фосфора.

3. Загрязнение почвы после аварии

Условие. После промышленной аварии почва загрязнена токсичным веществом, которое может просачиваться в грунтовые воды. Нужно определить первоочередные действия и обосновать их. План должен одновременно препятствовать распространению вещества и снижать риск для источников воды.

1. Сначала следует ограничить доступ к загрязнённому участку и предотвратить разнос вещества водой, ветром или техникой.
2. Затем необходимо определить границы загрязнения и организовать сбор загрязнённой почвы либо её обезвреживание безопасным способом.
3. Одновременно нужно исследовать грунтовые воды и продолжать контроль, чтобы обнаружить возможное распространение токсичного вещества.

Ответ. Нужно ограничить перенос загрязнителя, обследовать участок, собрать или обезвредить загрязнённую почву и контролировать грунтовые воды. Такая последовательность уменьшает вероятность дальнейшего распространения вещества и помогает оценить, затронуты ли водные источники.

Типичные ошибки

Считать парниковый эффект исключительно вредным — ошибка: естественный эффект поддерживает тепловой баланс Земли, а опасно его усиление. Путаницу часто вызывает то, что оба явления связаны с атмосферой. Проверка: спросите себя, идёт ли речь об обычном удержании тепла или о дополнительном усилении из-за роста концентрации газов.

Нельзя смешивать парниковый эффект с разрушением озонового слоя. Первый связан с удерживанием теплового излучения, а второй — с уменьшением озона, поглощающего часть ультрафиолета; их причины и последствия различаются. Ошибку легко допустить из-за общего слова «атмосфера». Проверяйте, какое излучение и какой процесс описываются.

Кислотные дожди обычно не возникают из-за прямого выброса готовых кислот с предприятия. Кислоты образуются в атмосфере из оксидов серы и азота, поэтому неверно искать только выброс кислоты. Это упрощение появляется, если не учитывать химические превращения. Для самопроверки восстановите цепочку: выброс оксидов, реакции в атмосфере, выпадение осадков.

Неверно считать, что загрязнение остаётся только в оболочке, куда оно попало. Вещества могут переноситься воздухом, водой, просачиваться в грунт и попадать в пищевые цепи. Такое заблуждение возникает, если рассматривать среду как отдельные части. Проверьте себя вопросом: каким путём загрязнитель может перейти из воздуха или почвы в воду и организмы?

Связь с другими темами

Чтобы объяснить образование кислотных осадков, нужны знания о свойствах оксидов серы и азота, кислот и солей, а также о растворах и концентрации веществ. Понимание круговоротов веществ и пищевых цепей помогает проследить перенос загрязнителя между оболочками и его влияние на организмы. Эти знания пригодятся при изучении органической химии, химического производства и способов очистки веществ. Связь химических реакций с последствиями для среды позволяет оценивать не только состав, но и опасность выбросов.

Что запомнить

• Загрязнители могут перемещаться между атмосферой, гидросферой и литосферой.
• Оксиды серы и азота участвуют в образовании кислотных осадков.
• Усиление парникового эффекта связано с увеличением содержания парниковых газов.
• Озоновый слой стратосферы защищает живые организмы от части ультрафиолетового излучения.
• Избыток соединений азота и фосфора может вызвать эвтрофикацию водоёма.
• Предотвращение загрязнения обычно эффективнее, чем устранение его последствий.
• Очистка выбросов и стоков и безопасное обращение с отходами снижают нагрузку на окружающую среду.