МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

З А Т В Е Р Д Ж У Ю

Ректор ______________ С.В. Іванов (підпис)

«___» _______________ 20___ р.

ОСНОВ И ЕКОЛОГІ Ї

К У Р С Л Е К Ц І Й

для студентів усіх напрямів підготовки бакалаврів денної та заочної форми навчання

Всі цитати, цифровий та фактичний матеріал, бібліографічні відомості перевірені. Написання одиниць відповідає стандартам

СХВАЛЕНО на засіданні кафедри біохімії та екологічного контролю Протокол № 14 від «18» квітня 2013 р.

Підписи авторів

_________________________

«18» квітня 2013 р.

Реестраційний номер електронного курсу лекцій у НМВ 57.06 – 29.05.2013

Київ НУХТ 2013

2

А.І. Салюк, А.В. Котинський, Л.І. Танащук, Л.Ф. Степанець Курс лекцій для студентів усіх напрямів підготовки бакалаврів денної та заочної форми навчання – К.: НУХТ, 2013. – 168 с.

Рецензент: О.В. Ничик, канд. техн. наук, доц. Укладачі: А.І. Салюк, канд. техн. наук, проф.

А.В. Котинський, канд. техн. наук, доц.

Л.І. Танащук , канд. техн. наук, доц.

Л.Ф. Степанець, канд. техн. наук, доц.

Відповідальний за випуск: Л.В. Левандовський, д-р техн. наук, проф.

3

РОЗДІЛ І. ПРИКЛАДНІ АСПЕКТИ ЕКОЛОГІЇ ЯК НАУКИ

1.1. Визначення та основні напрями екології Екологія – наука, що вивчає закономірності взаємовідносин і взаємозв’язків між

організмами та їх угрупуванями із середовищем їх існування. Термін екологія вперше запропонував у 1866 році німецький вчений Е. Геккель. Він

походить від грецьких слів oikos, що означає дім, помешкання, місце перебування та logos – наука. Так Геккель назвав науку, що вивчає організацію та функціонування надорганізмових систем різних рівнів: видів, популяцій, біоценозів (спільнот), екосистем (біогеоценозів) та біосфери.

Спочатку цей термін застосовувався тоді, коли йшлося про вивчення взаємозв'язків між рослинними та живими спільнотами, що входять до складу стійких та організованих систем, котрі склалися в процесі еволюції органічного світу та навколишнім середовищем. Сучасна екологія інтенсивно вивчає також взаємодію людини та біосфери, суспільного виробництва з навколишнім середовищем та інші проблеми.

Американський еколог Юджін Одум дав найбільш коротке і найменш спеціальне визначення екології – це біологія навколишнього середовища.

Екологія, як і будь-яка інша наука, має теоретичний і прикладний аспекти: · теоретичний аспект – встановлення закономірностей у взаємовідносинах між

живими організмами і навколишнім середовищем; · прикладний аспект – застосування встановлених закономірностей для вирішення

проблем, пов’язаних з навколишнім середовищем.

Розглядаючи структуру сучасної екологічної науки, можна виділити три основні напрями екології:

1. Загальна екологія, або біоекологія, – вивчає взаємовідносини живих систем різних рангів (організмів, популяцій, екосистем) з середовищем і між собою. Цю частину екології у свою чергу підрозділяють на наступні розділи:

– аутекологія – вивчає закономірності взаємовідносин організмів окремого виду з середовищем існування (головним чином, аутекологія вивчає межі стійкості виду до різних екологічних факторів, досліджує вплив середовища на морфологію, фізіологію і поведінку організмів, розкриває загальні закономірності дії факторів середовища на живі організми);

– демекологія або екологію популяцій – вивчає структуру (біологічну, статеву, вікову) і динаміку чисельності популяції окремих видів (демекологія пов’язана з вирішенням таких проблем, як механізми регуляції чисельності організмів, оптимальна щільність і допустимі норми їх відбору з популяцій видів, що використовуються, наприклад для промислового лову, знищення або ослаблення популяцій в випадку боротьби з шкідниками сільського господарства);

– синекологія або біоценологія (екологію співтовариств) – аналізує взаємовідносини між особинами, що належать до різних видів даного угруповання організмів, а також між ними і середовищем існування (біоценологія вивчає загальні характеристики біоценозів: їх видовий склад, структуру, зв’язки між видами як главний механізм об’єднання їх у співтовариства, динамічність та стійкість);

4

– біосферна екологія – досліджує глобальні процеси, що протікають в біосфері (колообіги води, вуглецю, елементів мінерального живлення і ін., забруднення атмосфери і океану, зміни клімату, динаміку озонового шару і так далі), та глобальні зміни, що відбуваються на нашій планеті в результаті дії господарської діяльності людини на природні явища.

2. Геоекологія – вивчає геосфери, їх динаміку і взаємодії, геофизичні умови життя, фактори (тобто ресурси і умови) неживого довкілля, діючого на організми.

3. Прикладна екологія – вивчає аспекти інженерної, соціальної, економічної охорони середовища існування людини, проблем взаємин природи і суспільства, екологічних принципів охорони природи.

Об’єктами дослідження екології є природні, природно-антропогенні, антропогенні екосистеми та біосфера в цілому, тобто зміна їх властивостей (рослинного і тваринного світу, ландшафту, клімату, геохімічних процесів) під впливом антропогенної діяльності.

Для цього вивчають техногенні забруднення трьох середовищ – атмосфери, гідросфери і літосфери внаслідок антропогенної діяльності людського суспільства, зокрема вплив забруднювачів на навколишнє природне середовище та на живу природу. І на основі встановлених закономірностей розробляють заходи, необхідні для збереження екологічної рівноваги біосфери та раціонального використання природних ресурсів.

В поле зору екології потрапляють закономірності взаємовідносин і взаємозв’язків окремих особин і їх популяцій між собою і з умовами неорганічного середовища. Екологія розглядає в основному ту сторону взаємодії організмів з середовищем, котра обумовлює розвиток, розмноження та виживання особин, структуру і динаміку чисельності популяцій і співтовариств та їх роль в біоценозах. Наприклад, фізіолог вивчає залежність від температури процесів, які відбуваються в організмі, еколог же вивчає, як впливають зміни температури на інтенсивність розмноження і плодовитість організмів, тривалість їх онтогенезу, на характер харчових зв’язків, швидкість і напрямок біологічних процесів, що беруть участь у колообігу речовин в екосистемах.

Отже, центральне місце в екології посідає проблема динаміки та чисельності популяції та механізм її регуляції.

Серед основних завдань екології можна виділити такі: § дослідження особливостей організації життя, в тому числі в зв'язку з

антропогенним впливом на природні системи; § створення наукової основи раціональної експлуатації природних ресурсів; § прогнозування змін природи під впливом діяльності людини; § збереження середовища існування людини.

1.2. Короткий історичний нарис розвитку екології У 1866р завдяки Е.Геккелю нова галузь знань, що пов’язувала взаємовідношення

живих істот і їх зв’язки з неорганічними компонентами середовища («боротьба за існування») дістала назву «екологія». В другій половині ХІХ ст змістом екології було в основному вивчення способу життя рослин і тварин та адаптації їх до кліматичних умов – температури, вологості, світлового режиму тощо. В цій галузі датський ботанік Е.Вармінг обгрунтував поняття про життєву форму (1895). А.М.Бекетов (1825-1902) виявив зв’язок

5

особливостей аналітичної і морфологічної будови з їх географічним поширенням. В 1877 р. німецький гідробіолог К.Мебіус на основі вивчення устричних банок Північного моря обгрунтував уявлення про біоценоз як закономірне поєднання організмів у певних умовах середовища. Праці російських вчених С.І.Коржинського та Й.К.Пачоського сприяли відособленню вчення про рослинні угрупування в окрему галузь ботанічної екології. Визначальні положення вчення про ліс, як цілісну природну систему, розробили Г.Ф.Морозов і В.М.Сукачов.

На початку ХХ ст сформувались екологічні напрями гідробіологів, фітотенологів, ботаніків і зоологів, у кожному з яких розвивались певні сторони екологічної науки. На ІІІ Ботанічному конгресі в Брюсселі в 1910р екологія рослин розділилась на екологію особин (аутекологію) і екологію угрупувань (синекологію). Згодом цей розподіл поширився також на екологію тварин, а отже – на загальну екологію. З’явилися перші екологічні зведення – екологія тварин Ч.Адамса (1913), угрупування наземних тварин В.Шелфорда (1913), гідробіологія С.О.Зернова (1913). В 1913-1920 рр екологію почали викладати в університетах, були засновані екологічні журнали та організовані екологічні наукові товариства. У першій половині ХХ ст В.В.Докучаєв створив вчення про грунт, який є результатом взаємодії гірських порід і живих організмів.

Великий вклад в розвиток ідей загальної біоценології внесли роботи радянських вчених В.М.Сукачова, Б.О.Келлера, В.В.Альохіна, Л.Г.Раменського, О.П.Шенникова, за кордоном – Ф.Клементса в США, К.Раункієра в Данії, Г.Дю Ріє у Швеції, І.Браун-Бланке в Швейцарії. Було створено системи класифікації рослинності, розроблено уявлення про екологічні індикатори, вивчено структуру, продуктивність, динамічні зв’язки фітоценозів. У 30-40 роках з’явилися зведення з екології тварин, у яких наводилися теоретичні проблеми загальної екології: К.Фрідерікса (1930), Ф.Боденгеймера (1938) та ін. В 1938 р. Д.Н.Кашкаров опублікував перший підручник в Радянському Союзі з основ екології тварин. Біоценологічні основи паразитології розробляли В.О.Догель, Є.М.Павловський і В.М.Беклемішев.

У 30-х роках сформувалась нова галузь екологічної науки – популяційна екологія, основоположником якої є англійський вчений Ч.Елтон. Центральними проблемами популяційної екології стали проблеми внутрішньовидової організації і динаміки чисельності. Розвитку популяційних досліджень надзвичайно сприяла початкова потреба розробки основ боротьби з шкідниками і конкурентами в сільському і лісовому господарстві, встановлення ролі деяких тварин у поширенні паразитів і збудників хвороб людини й домашньої худоби. Подальшому розвитку популяційної екології сприяли роботи М.О.Сєверцова, С.С.Шварца, М.П.Наумова, Г.О.Вікторова, Є.Н.Сімської та ін.

В 1935 році англійський вчений А.Тенслі запровадив поняття екосистеми. Американський вчений Р.Ліндеман запропонував основні методи розрахунку енергетичного балансу екологічних систем, що дозволило робити розрахунки і прогнозувати граничні продуктивності популяції і біоценозів у конкретних умовах середовища. Розвиток екосистемного аналізу привів до відродження на новій екологічній основі вчення про біосферу, основоположником якого є В.І.Вернадський. Біосфера постала як глобальна екосистема, стабільність і функціонування якої грунтується на екологічних законах забезпечення балансу речовини й енергії. Запроваджений ним у вивчення біосфери кількісний підхід дозволив оцінити масштаби біогеохімічного колообігу речовин. Вчення В.І.Вернадського про ноосферу стало беззаперечним свідченням нерозривності зв’язку

6

людини з природним середовищем. На сучасному етапі визначну роль у становленні новітньої екології відіграла монографія американського вченого Ю.Одума в 70-90 роках нашого століття.

Перший науковий сектор екологічних досліджень в Україні створений в 1930 році при Інституті зоології та ботаніки Харківського державного університету. В.В.Стачинський (1933) обгрунтував поняття біогеоценозу, як функціональної єдності біоценозу та абіотичних факторів. В 1940-1980 рр широке визнання наукової громадськості отримали екологічні дослідження І.Г.Підоплічка, Ф.А.Гриня, С.М.Стойка, П.С.Погребняка, Д.В.Воробйова, О.Л.Бельгардта, А.П.Травлєєва, присвячені раціональному природокористуванню, екології лісу і ландшафтів. Праці академіка М.Г.Холодного є вагомим внеском до розробки концепції про геохімічні цикли. На сучасному етапі широке визнання отримали екологічні роботи М.Н.Голубця, І.Г. Ємельянова, С.В. Межжеріна, В.В. Серебрякова, К.М.Ситника і Ю.Р.Шеляг-Сосонка, в яких розвинуті концептуальні та методологічні основи сучасної екології. Аналізу філософських проблем в системі «людина – природне середовище» присвячені роботи В.С.Крисаченка. Великий внесок в розробку проблем прикладної екології внесли вчені з інститутів Національноі академii наук України та Міністерства освіти і науки України, роботи яких були направлені на вивчення загальних закономірностей у природних, природно-антропогенних та антропогенних екосистемах, вплив антропогенної діяльності на навколишне природне середовище та раціональне природокористування. Останнім часом виконано багато робіт, направлених на попередження негативного впливу антропогенної діяльності на навколишнє природне середовище.

1.3. Зв’язок екології з іншими науками Тематика екології часто перетинається з тематикою інших галузей біології: фізіології,

генетики, біофізики, теорії еволюції і ін. Це визначає формування багатьох проміжних і синтетичних напрямів, таких як цитоекологія, екологічна фізіологія, продукційно-енергетична екологія, еволюційна екологія і ін.

Екологія тісно переплітається із небіологічними науками – фізикою, хімією, геологією, географією і ін. Екологічний підхід до вирішення географічних і фізико-географічних проблем наглядно проявляється в гідробіології: вивчення сукупності організмів, які населяють товщу води і дно, здійснюється разом з дослідженнями різних факторів води, припливно-відливних явищ, циркуляції водних течій і ін.

На стику з геологією і палеонтологією виникла палеоекологія, яка відновлює екологічні зв’язки вимерлих видів рослин і тварин на основі будови викопних форм та умов їх захоронення.

В результаті поєднання екологічного підходу з принципами ландшафтознавства з’явилась екологія ландшафту – напрямок, який тісно пов’язаний з проблемами раціонального використання, відтворення та охорони природних ресурсів.

Впровадження в екологію принципів термодинаміки породило продукційно-енергетичну екологію, яка досліджує закономірності розсіювання потоку енергії в харчових ланцюгах.

7

Залучення даних про вплив живих організмів на кору вивітрювання привело до створення сучасного ґрунтознавства. На базі ґрунтознавства в синтезі з іншими науками виникли такі екологічні науки, як грунтознавча мікробіологія, грунтознавча зоологія і ін.

1.4. Прикладна екологія Прикладна екологія – дисципліна, що вивчає механізми руйнування біосфери

людиною, способи запобігання цим процесам та розробляє принципи раціонального використання природних ресурсів без деградації життєвого середовища.

Центральним аспектом прикладної екології є забезпечення техногенної безпеки біосфери та раціональне використання природних ресурсів у процесі антропогенної діяльності і вплив її на життєдіяльність природних і штучних екосистем. Метою вирішення цього аспекту є забезпечення стабільності цих екосистем, зокрема біосфери як глобальної екосистеми.

Екологічна безпека – це такий стан навколишнього природного середовища, за якого забезпечується збалансований вплив різних факторів (в випадку техногенної безпеки – техногенних факторів), що не погіршує функціонування екосистем, здатність біосфери до саморегулювання та не сприяє виникненню небезпеки для здоров’я людей.

Якщо загальна екологія вивчає закономірності природних екосистем, то прикладна екологія вивчає природно-антропогенні та антропогенні екосистеми (екосистеми міста, виробничого підприємства, сільськогосподарських угідь, тваринницької ферми тощо):

§ принципи їх створення та функціонування, § вплив на розвиток природних екосистем, § зменшення антропогенного тиску на біосферу, § розміщення продуктивних сил, § раціональне використання сировини і енергії тощо. Основне завдання прикладної екології: пізнання законів і закономірностей взаємодії

людського суспільства з біосферою з метою запобігання порушення екологічної рівноваги внаслідок антропогенної дії на навколишнє природне середовище і, на основі цього, розробка заходів для забезпечення екологічної та техногенної безпеки біосфери.

Сучасна прикладна екологія включає два основні аспекти – охорону навколишнього природного середовища та раціональне природокористування, які забезпечують стабільне функціонування як окремих екосистем, так і біосфери в цілому.

Основною метою раціонального природокористування є забезпечення споживання природних ресурсів людським суспільством в таких межах, аби сприяти екологічній безпеці як окремих екосистем, так і біосфери, не порушуючи при цьому динамічної рівноваги у природі.

Охорона навколишнього середовища – комплекс міжнародних, державних, регіональних, локальних заходів, спрямованих на:

§ забезпечення раціонального природокористування, § відновлення, охорону та примноження природних ресурсів для блага людського

суспільства, § підтримання біологічної та екологічної рівноваги біосфери.

8

Охорона навколишнього середовища традиційно базуються на введенні заборон та регламентацій, а не на загальній раціоналізації природокористування. Різноманітні способи та методи очищення повітря та стічних вод, утилізація відходів та інші технологічні способи охорони та покращання середовища відносяться до сучасної науки про навколишнє середовище, що оточує людину.

Окрім цих двох підрозділів, прикладна екологія включає: · соціоекологію, тобто науки про соціально-економічні фактори впливу на довкілля:

екологічна освіта, екологічне право, екологія народонаселення, урбоекологія, екологічний менеджмент, екологічний аудит, міжнародна та національна екополітика тощо,

· техногенну екологію, тобто науки про техногенні фактори забруднення навколишнього середовища: екологія промисловості, енергетики, агроекологія, екологія транспорту, військово-промислового комплексу, екологія космосу, екологія рекреаційної справи тощо.

1.5. Інженерна екологія Вивчення проблеми раціональної взаємодії виробництва з природним середовищем

привело до розвитку нового наукового напряму на межі технічних, природничих та соціальних наук, який називається інженерною екологією.

Інженерна екологія вивчає вплив промисловості на природу і природи на промисловість, вплив умов природного середовища на функціонування підприємств та їх комплексів.

Об'єктом дослідження інженерної екології є системи, що утворилися та тривалий час функціонують внаслідок взаємодії певного виду суспільного виробництва з навколишнім природним середовищем.

Інженерна екологія, на відміну від усіх інших наукових напрямків, які вивчають взаємодію суспільства з природою, базується на повному та глибокому знанні технології виробництва. Вона використовує якісні та кількісні параметри технологічних процесів для оцінки їх впливу на природне середовище.

Наслідком інженерно–екологічного аналізу є визначення взаємозв'язків між параметрами технологічних процесів та змінами природного середовища, а це є вихідними даними для розробки конкретних природоохоронних заходів певного виробництва.

1.6. Основні фактори деградації навколишнього середовища Погіршення стану більшості екосистем біосфери, істотне зменшення

біопродуктивності й біорізноманітності, катастрофічне виснаження ґрунтів і мінеральних ресурсів, небачена забрудненість поверхні Землі, гідросфери й атмосфери пов’язані з інтенсивним зростанням чисельності населення планети та розвитком науково-технічного прогресу протягом останніх 50 років. Саме необхідність задоволення дедалі більших потреб людського суспільства призвела до гігантського розширення масштабів господарської діяльності, змін у пропорціях світового господарства, у виробничих

9

потужностях, техніці и технологіях, асортименті продукції, виробничому й особистому споживанні. Моделі виробництва й споживання, що склалися в світі, перестали відповідати умовам нормального співіснування людини й природи.

До розвитку глобальної екологічної й тісно пов’язаної з нею соціально-економічної кризи, які сьогодні загрожують існуванню нашої цивілізації, призвели, образно кажучи, два «вибухи» – демографічний, тобто різке зростання чисельності населення Землі за останнє століття, й промислово-енергетичний, а також спричинені ними катастрофічні ресурсопоглинання й продукування відходів.

Демографічний фактор

За даними американського експерта Р. Макнамари, протягом багатьох тисячоліть кількість населення на планеті збільшувалася повільно: понад мільйон років знадобилося, щоб до 1800 р. вона досягла 1 млрд. чоловік. Однак далі темп почав різко зростати: наступний мільярд додався вже за 130 років, третій – за 30, четвертий – за 15 і п´ятий – усього за 12 років!

За висновками експертів, некероване зростання населення планети – головна причина розвитку глобальної екологічної кризи, яка спричинила решту криз (виснаження ресурсів, забруднення геосфер, негативні кліматичні зміни тощо).

За прогнозами, в найближчому майбутньому чисельність населення зростатиме приблизно на три особи щосекунди, тобто на 90–100 млн. на рік. При цьому приріст населення відбуватиметься за рахунок країн, що розвиваються (88 %). Учені-демографи вважають, що до 2100 р. чисельність населення Землі має стабілізуватися десь на рівні 9–13 млрд. чоловік. Традиційне землеробство нині може прогодувати лише близько 3 млрд. чоловік.

Окрім того, зростання чисельності населення супроводжується аномальним територіальним розподілом його за рахунок гіперурбанізації й формування мегаполісів із 15–25 млн. мешканців.

Промислово-енергетичний фактор

Учені підрахували, що сучасна біосфера Землі здатна підтримувати нормальне існування й розвиток не більш як 4–5 млрд. чоловік.

Навіть за стабілізації енерговиробництва на рівні теплового бар´єру (100 млрд. кВт) чисельність населення має не перевищувати 10 млрд. чоловік (необхідна для життя кількість енергії на душу населення становить близько 10 кВт/год).

Нерегульований приріст населення призвів до розширення енерговиробництва й як наслідок – до активного забруднення природи, випадання кислотних дощів, утворення озонових «дір», парникового ефекту, появи й поширення хвороб, зубожіння більшості населення планети.

Сьогодні енергетичні об´єкти, промисловість і транспорт споживають стільки кисню, скільки його вистачило б для дихання 43 млрд. людей.

Якщо людство витрачатиме воду такими самими прискорюваними темпами, як і до цього часу, то до 2100 р. запаси прісної води остаточно вичерпаються.

Вивчення динаміки споживання людством мінеральних ресурсів показало, що десь через 200–250 років на Землі скінчаться запаси нафти, вугілля, горючих сланців і торфу. В разі збереження сучасних промислових та енергетичних технологій приблизно за цей

10

самий період буде вичерпано до 2/3 запасів кисню в атмосфері планети за одночасного неухильного зниження темпів його відтворення зеленими рослинами (внаслідок деградації біосфери, зменшення площі лісів, біорізноманітності, біомаси й біопродуктивності взагалі).

Ресурсопоглинання й продукування відходів

Світова промисловість нині виробляє в 7 разів більше товарів і видобуває в 3–4 рази (за масою) більше корисних копалин, ніж 25–30 років тому. Водночас людство виробляє відходів у 2000 разів більше, ніж решта біосфери.

Сьогодні на всі живі істоти біосфери негативно діють понад 50 тис. хімічних речовин, які використовує людина. Щороку в світі синтезується близько 250 тис. нових хімічних сполук, 1,5 тис. шкідливих речовин отруюють атмосферу, приблизно 10 тис. – воду й ґрунти. Більшість із цих синтетичних речовин (особливо нові), як і деякі відходи, що продукуються людиною, не переробляються природою, оскільки є «чужими».

Щорічно світова промисловість виробляє близько 2100 млн. т твердих відходів, із них 340 млн. т – потенційно небезпечні

Зменшення біорізноманітності

Вчені стверджують, що швидкість вимирання видів сьогодні в 1000 разів перевищує природну. Близько 10 % видів рослин зони помірного клімату та 11 % видів птахів світу опинилися під загрозою зникнення.

Щодня на планеті зникає від одного до десяти видів тварин, щотижня – мінімум один вид рослин.

Відомо, що однією з умов ефективного існування, виживання, пристосування до змін будь-якої екосистеми – наявність певної кількості видів живих організмів у ній, які еволюційно добре пристосувалися до існування й активно функціонують, взаємодіючи один з одним у процесах обміну речовиною, енергією, інформацією.

Спустелювання

За даними ООН, понад 900 млн. чоловік проживають у посушливих зонах нашої планети, землі яких потерпають від спустелювання. Щороку понад 6 млн. га земель перетворюються на пустелі. Щорічні збитки через спустелювання становлять щонайменше 42 млрд. доларів, у тому числі для Азії –21 млрд., Африки – 9, для Північної Америки й Австралії – по 3 млрд., для Європи – 1 млрд. доларів.

Урбанізація

У містах-гігантах, що розрослися вшир і ввись, поглинувши зелені передмістя, околишні ліси й паркові зони, повітря сьогодні в десятки й сотні разів брудніше, ніж у віддалених селах. Навіть у «найчистіших» районах таких міст вміст у повітрі газів, пилу, парів бензину, а також шумове й електромагнітне забруднення в 1,5–2,5 рази перевищують гранично допустимі, а в екологічно напружених районах, де зосереджено об’єкти енергетики й промисловості, розташовано великі транспортні артерії та вузли, аеропорти й вокзали, концентрація шкідливих речовин у 10–15, іноді в 20–30 разів перевищує гранично допустиму (ГДК).

11

Загибель водних екосистем Величезна кількість отруйних речовин, що накопичуються навколо міст, промислових

центрів і перенасичених хімічними добривами й пестицидами сільськогосподарських угідь, виноситься поверхневими та ґрунтовими водами в річки, а звідти – в моря й океани. До них додаються забруднювачі, що переносяться вітром, нафтопродукти від аварій танкерів та від роботи нафтопромислів, побутові стоки міст і селищ, розташованих на узбережжях.

Сьогодні у більшості узбережних зон Європи, Америки, Африки, Азії, навіть Австралії, кількість видів риб, водоростей, мідій, коралів, бентосних організмів й планктону зменшилася в декілька разів, почастішали явища Ель-Ніньє («червоні припливи»), «цвітіння» та «гниття» води, формуються «мертві зони» від нестачі кисню й накопичення решток, що гниють.

В озерах Північної Америки й Скандинавії риба періодично гине через підвищення кислотності води (випадають кислотні дощі, принесені з промислових районів Великої Британії та Північної Європи).

Деградація ґрунтів

Останнім часом багато проблем у людства виникло також у зв´язку з безжалісною експлуатацією земельних угідь. У всьому світі швидкими темпами відбуваються деградація й ерозія ґрунтів.

Як відомо, для утворення шару родючого ґрунту потрібні тисячі, навіть мільйони (залежно від клімату й складу материнської породи) років. А сучасна людина здатна зруйнувати ґрунт за 1–2 роки.

Підраховано, щорічно з оброблюваних земель виноситься понад 25 млрд. т корисних речовин.

Через те що ґрунти стають неродючими, внаслідок постійного втрачання гумусу, активізувалося спустелювання й триває вирубування лісів.

Забруднення атмосфери

Величезну тривогу в світі викликає перезабруднення атмосфери шкідливими газами, що призводить до збільшення площ озонових «дір» та активізації розвитку парникового ефекту на планеті. Перше явище спричинило зниження захисної дії озонового шару від сонячного ультрафіолетового випромінювання й, як наслідок, – масові захворювання людей (рак шкіри, опіки, втрата зору) і тварин – дельфінів, китів, які проживають під озоновими «дірами» (Австралія, Південна Аргентина, Ірландія, Скандинавія).

Парниковий ефект призводить до потепління клімату, танення льодовиків, значного глобального підвищення рівня Світового океану, до змін режиму утворення циклонів і буревіїв, порушення функціонування, навіть деградації екосистем окремих районів суші.

Знищення лісів

Вирубування лісів у Бразилії, США, Південній Азії, Альпах, Карпатах призвело до почастішання повеней, у тому числі катастрофічних, на річках цих регіонів, а отже, й до значного збільшення економічних втрат. Якщо раніше сильні повені й селі траплялися один раз на 50–80 років, то тепер – через кожні 4–6 років, а паводки – практично після кожного сильного дощу (в гірських районах з голими схилами).

12

1.7. Екологічний стан в Україні До недавнього часу розвиток людського суспільства і самоочищення навколишнього

природного середовища від техногенних забруднень знаходились в динамічній екологічній рівновазі. Проте останніми роками внаслідок інтенсивного зростання населення планети, надзвичайно інтенсивного розвитку промисловості, сільського і комунального господарства та інших чинників антропогенної дії на навколишнє природне середовище, призвели до різних негативних наслідків, з котрими біосфера справитися не здатна. В першу чергу це стосується:

· забруднення біосфери хімічними речовинами – ксенобіотиками (речовинами, чужерідними природі),

· порушення природних геохімічних циклів, · інтенсивного і нераціонального використання природних ресурсів, при якому

підривається сама можливість природи до самовідтворення відновлюваних ресурсів, а невідновлювані ресурси вичерпуються швидше, ніж людське суспільство здатне перебудувати власну економіку і господарську діяльність.

Нинішня екологічна ситуація в Україні характеризується як кризова. Цьому сприяють структурні деформації господарства, за яких перевага надавалась сировинно-видобувним галузям промисловості, використання в значній мірі енергоємких та ресурсомістких технологій без будівництва ефективних очисних споруд.

Висока концентрація в окремих регіонах хімічних та нафтохімічних підприємств призвела до значного забруднення джерел водопостачання. Хімічні підприємства викидають у відкриті водойми близько 70 млн куб метрів неочищених або недостатньо очищених стоків, утворюють великі обсяги відходів, серед яких значна кількість – токсичні.

Підприємства нафтогазового комплексу за рівнем шкідливого впливу на довкілля вважаються об’єктами підвищеного екологічного ризику. Вони є потенційними джерелами забруднення, що може статися в разі порушення технологічних режимів роботи устаткування або аварій.

Україна належить до числа країн з найбільш високими абсолютними обсягами утворення та накопичення відходів. Щороку складується в поверхневих сховищах понад 1,5 млрд. тонн твердих відходів. В різних звалищах, шламосховищах, відвалах та териконах нагромаджено понад 20 млрд тонн відходів, які займають площу земель близько 130 тис. гектарів. Значна кількість відходів (до 90%) утворюється на підприємствах гірничодобувної промисловості під час розробки родовищ та збагачення корисних копалин. На сьогодні утилізують лише третину загальної кількості відходів. При цьому частка вторинної сировини в загальному споживанні ресурсів не перевищує 15%.

Порушення норм якості води досягло рівнів, які призводять до деградації водних екосистем, зниження продуктивності водойм. Значна частина населення країни вживає недоброякісну воду, що загрожує здоров’ю нації. Втрати свіжої води на одиницю виробленої продукції перевищують показники розвинутих країн Європи в 2,5–4,5 рази.

Поверхневі води України належать здебільшого до дуже забруднених. Найбільш забруднені річки – Дніпро, Сіверський Донець і ріки Приазов’я. Чорне море, відоме своїми рибними багатствами, за останні тридцять років перетворюється в стічну яму для половини Європи. Утворена в 1973 році безкиснева зона площею 3,5 тис. км2 на сьогодні

13

розширилась до 50 тис. км2, що складає понад 10% всієї акваторії Чорного моря. З 26 видів риб, які виловлювали в 60-ті роки, залишилось лише п’ять. Комерційний вилов скумбрії проводився останній раз у 1965 році. Загальні втрати риби склали біля 5 млн. тонн. Поки що виживає риба, яка тримається біля поверхні (анчоуси і кілька). Чорне море знаходиться на межі загибелі.

Основними забруднювачами поверхневих вод є скид неочищених та недостатньо очищених комунально-побутових і промислових стічних вод, поверхневий стік води з сільгоспугідь та з забудованих територій, а також ерозія грунтів на водозабірній площі. Територія басейну ріки Дніпро на 60% розорана, на 33% – еродована, на 5% – урбанізована, на 3% – затоплена штучними водоймами. Це зумовило трансформацію поверхневого природного ландшафту на 80% поверхні басейну. Негативно позначається на дніпровській екосистемі розорення заплав, яке досягає 25–75%. Це позбавляє водостоки і водойми їх природного захисту.

В Україні здійснюється нераціональне використання природних ресурсів. Розорюваність є найвищою в Світі і досягла 56% території країни і 80% сільськогосподарських угідь. Це призводить до зниження родючості грунтів через їх переущільнення. З грунтом щороку виноситься 11 млн. тонн гумусу, 0,4 млн. тонн фосфору і 7 млн. тонн калію, що в 2,3 рази перевищує кількість, яка вноситься з добривами. Значної шкоди зазнають земельні ресурси завдяки забрудненню грунтів викидами промисловості та використання засобів хімізації в аграрному секторі. Понад 40% органіки від діяльності великих тваринницьких комплексів та птахофабрик з потенційних виробників органічних добрив перетворюються на джерела забруднення довкілля.

Значного забруднення зазнала велика територія країни після аварії на Чорнобильській АЕС. Радіонуклідами забруднено понад 4,6 млн. гектарів земель. З використання вилучено 119 тис. гектарів сільськогосподарських угідь, у тому числі 65 тис. гектарів ріллі.

Найбільшими забруднювачами атмосферного повітря є підприємства теплоенергетики, які викидають близько 29% усіх шкідливих забруднень (зола, шлаки, пил). Щороку викидається в атмосферу близько 12 млн. тонн забруднюючих речовин. Лише за останнє десятиріччя від промислових викидів загинуло 2,5 тис. гектарів лісових насаджень.

Площа природно-заповідного фонду становить 1,5 млн гектарів, що складає 2,5% території країни і є недостатнім гарантом збереження і відтворення генофонду рослин і тварин та різноманіття природних екосистем. Під дією антропогенного впливу кількість видів рослин і тварин, що перебувають перед загрозою зникнення і занесені до Червоної книги, значно зросла. В неї внесено 151 вид вищих рослин і 85 видів та підвидів тварин (ссавців-29, птахів-28, плазунів-6, земноводних-4, комах-18).

Запитання для самоперевірки

1. В чому полягають задачі загальної теоретичної (біоекології) і прикладної екології? Наведіть приклади.

2. Які можна виділити основні етапи в формуванні науки екологія? Який вклад українських вчених у формування цієї науки?

3. Як пов’язана екологія з біологічними та іншими науками?

14

4. На які рівні організації живої матерії розповсюджується компетенція екології? 5. Який структурний склад екології і які питання вивчає кожний із структурних

підрозділів? 6. Що є спільного і в чому полягає різниця між загальною екологією та її

підрозділом «Охорона навколишнього природного середовища»? Відповідь поясніть на прикладах.

7. Охарактеризуйте екологічний стан в Україні та сформулюйте основні задачі щодо покращення екологічної ситуації в країні.

8. Що призвело до екологічної кризи в Україні?

15

РОЗДІЛ 2. ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ І БІОСФЕРА

2.1. Людське суспільство та середовище його існування Людське суспільство – це спільнота людей, пов'язаних між собою матеріальними

(зокрема виробничими) і духовними відносинами антропогенних та соціокультурних факторів, що прямо чи опосередковано впливають на життя і господарську діяльність суспільства.

Людське суспільство складається з географічного (навколишнього) та соціокультурного середовищ. Перше – це матеріальне довкілля, в якому поєднуються природні та антропогенні об'єкти, в якому суспільство існує, задовольняє свої потреби і яке перетворює. Друге – це створений людством духовний світ.

Соціокультурне середовище – це сукупність оточуючих людину матеріальних, суспільних та духовних факторів її існування та діяльності.

Навколишнє середовище утворилося в результаті тривалої еволюції планети Земля

під впливом людської діяльності, створення так званої "вторинної природи", тобто міст, заводів, каналів, транспортних магістралей тощо.

Навколишнім середовищем називається та частина земної природи, з якою людське суспільство безпосередньо взаємодіє у своєму житті й виробничій діяльності.

Навколишнє середовище в науці тісно пов'язане з поняттям географічного середовища. Географічне (навколишнє) середовище містить природне та техногенне середовища, які в наш час тісно переплелися.

Навколишнє середовище складається із: § штучного середовища, створеного людьми в процесі розвитку (господарсько-

побутової, промислової, транспортної, енергетичної та інших інфраструктур); § природного середовища, яке утворилось в процесі еволюційного формування

Землі й життя на ній; § природних ресурсів, без яких неможливе існування та розвиток суспільства.

2.2. Структура природного середовища Природне середовище – це мегасистема постійних взаємозв’язків та

взаємопроникнення елементів та процесів чотирьох її складових (екзосфер): атмосфери, літосфери, гідросфери та біосфери під впливом природних процесів та діяльності людини. Кожна з них має свої складові елементи, структуру та особливості. Три з них утворені неживими речовинами і є ареалом функціонування живої речовини – біоти – головного компоненту біосфери.

2.2.1. Географічна оболонка Географічна оболонка – комплексна оболонка Землі, що утворилася внаслідок

взаємопроникнення і взаємодії речовин окремих геосфер – літосфери, гідросфери,

16

атмосфери і біосфери. Географічна оболонка є навколишнім середовищем людського суспільства і, в свою чергу, зазнає значного перетворюючого впливу від нього.

Верхню межу географічної оболонки проводять в атмосфері на висоті 25–30 км, нижню – в межах літосфери на глибині кількох сотень метрів, а іноді до 4–5 км чи по океанічному дну.

Отже, до її складу входять повністю гідросфера і біосфера, частина атмосфери й частина літосфери. Географічна оболонка є складною динамічною природною системою, що характеризується наявністю речовин у трьох агрегатних станах – твердому, рідкому і газоподібному.

2.2.2. Структура, склад та особливості літосфери Літосфера (грец. “літос” – камінь) – зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає

всю земну кору з частиною верхньої мантії Землі й складається з осадових, вивержених магматичних і метаморфічних порід.

Основна частина літосфери складається з вивержених магматичних порід (95%), серед яких на континентах переважають граніти, а під океанами – базальти.

Товщина літосфери в різних місцях земної кулі не однакова: на континентах 40-200 км, під океанами 5-100 км.

Найбільше людина впливає на земну кору – досить тонку верхню оболонку Землі, яка становить всього 1% маси Землі. Земна кора на континентах тришарова (перший шар – осадові породи, другий – гранітогнейсові породи (граніти, гнейси, лабрадорити і габро) і третій – базальтовий шар), має товщину 25-80 км, а під океанами двошарова (осадові породи залягають просто на базальтах, гранітогнейсового шару немає) товщиною 5-10 км, в острівно-дужних зонах на околицях океанів – тип земної кори перехідний.

Основні елементи земної кори – оксиген (49,5%), кремній (25,3%), алюміній (7,5%), залізо (5,08%), кальцій (3,39%), натрій (2,63%), калій (2,4%), магній (1,93%) і гідроген (0,97%) утворюють 98,7% її маси.

У верхній частині континентальної земної кори розвинені грунти, які є одним з найважливіших природних ресурсів.

Грунт – самостійне природне органо-мінеральне тіло, яке виникло на поверхні Землі внаслідок тривалого впливу біотичних, абіотичних і антропогенних факторів. Грунт складається з твердих мінеральних і органічних частинок. Він має специфічні генетико-морфологічні властивості, які створюють відповідні умови для росту та розвитку рослин і родючості. Грунти виникли разом з живою речовиною і розвивалися під впливом діяльності рослин, тварин і мікроорганізмів, поки не стали цінним для людини родючим субстратом. Залежно від кліматичних, геологічних та географічних умов грунти мають товщину від 15-25 см до 2-3 м.

Основна маса організмів і мікроорганізмів літосфери зосереджена в грунтах на глибині не більше кількох метрів. З різними породами земної кори, як і з її тектонічними структурами, пов'язані різні корисні копалини.

У межах літосфери періодично відбувалися і відбуваються сучасні фізико-географічні процеси (зсуви, селі, обвали, ерозія), які мають величезне значення для формування екологічних ситуацій у різних регіонах планети.

17

Екологічне значення літосфери полягає в тому, що: § поверхня літосфери є середовищем існування близько 98% біомаси рослинних і

тваринних організмів; § верхній шар літосфери (і земної кори) на материках – ґрунти, які є основним

середовищем для вирощування рослинної продукції; § літосфера є джерелом корисних копалин; § літосфера є джерелом розширення життєвого простору; § ґрунти відіграють активну роль в очищенні природних та стічних вод; § грунтово – рослинний покрив планети є регулятором водного балансу суші, він

поглинає, утримує і перерозподіляє величезну кількість атмосферної вологи; § грунтово – рослинний покрив є універсальним біологічним фільтром і

нейтралізатором багатьох видів антропогенних забруднень.

2.2.3. Структура, склад та екологічне значення атмосфери Атмосфера (грец. “athmos” – пара, sphaira – шар) – це газова оболонка Землі, що

сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 2-3 тис. км. На Землі сформувалась в результаті геологічної еволюції та безперервної діяльності організмів.

Маса сучасної атмосфери 5.3∙1015 т, тобто становить 1 мільйонну частину маси Землі. Близько 50% маси атмосфери знаходиться в її нижньому 5-км шарі, 75% – в 10-км, 90% – в 16-км.

В атмосфері виділяють тропосферу, стратосферу, мезосферу, іоносферу та екзосферу. � Тропосфера (грец. tropos – поворот, зміна і грец. sphaira – куля) – нижня частина

атмосфери (прилягає до літосфери), в якій зосереджено більше 80% всієї маси атмосфери. Висота тропосфери визначається інтенсивністю вертикальних потоків повітря,

викликаних нагріванням земної поверхні. Тому на екваторі її висота сягає 16-18 км, в помірних широтах – до 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. З висотою температура повітря закономірно знижується в середньому на 0,6°С на кожні 100 м і на висоті 10–15 км досягає -60...-70°С.

Цей шар атмосфери істотно впливає на клімат Землі. У ньому містяться значні маси води (у вигляді водяної пари і хмар), пилу і диму, що переміщуються повітряними потоками на великі відстані.

� Стратосфера (лат. stratum – шар і грец. sphaira – куля) – шар атмосфери на висоті від 8 до 55 км над Землею, в який поступово переходить тропосфера на висоті 8 км над полюсами і від 18 км над тропіками. У нім стають розрідженими гази, що становлять тропосферу, незначний вміст водяної пари і зрідка утворюються хмари, але збільшується маса озону. У стратосфері розміщується озоновий шар (25-50 км). До 80–100 м/с прискорюються вітри, і різкі коливання температур. Якщо в нижній частині стратосфери зазвичай температури становлять 40–80° (залежно від пори року), то у верхній частини –вони підвищуються до –20° – +20°С, особливо швидко над тропічними широтамиПідвищення температури в стратосфері обумовлено інтенсивним поглинанням сонячної радіації озоном.

� Мезосфера (грец. mesos – великий і грец. sphaira – куля) – верхня межа цього шару сягає висоти 80 км. Головна її особливість – зниження температури до –75...–90°С (а по деяким даним –120 °С) у її верхній частині. Тут фіксують сріблясті хмари, які складаються з кристаликів льоду.

18

� Іоносфера або термосфера (грец. therme – тепло і spaira – куля) – шар атмосфери, що йде за мезосферою, – починається на висоті 80-90 км і простягається до 800 км. Температура повітря в термосфері коливається і може варіювати від 500 до 1500°С, залежно від ступеню сонячної активності. Причиною є поглинання ультрафіолетового випромінювання Сонця на висотах 150-300 км, обумовлене іонізацією атмосферного кисню.

На висоті 110 км високі температури призводять до розподілу і без того розрідженого повітря на окремі незв'язані молекули і атоми аргону, азоту, кисню. На висотах понад 300 км переважає атомарний кисень.

Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця гази знаходяться в іонізованому стані. З іонізацією пов’язане світіння газів і виникнення північного сяйва. Іоносфера має здатність багаторазового відбиття радіохвиль (електромагнітних хвиль), що забезпечує дальній радіозв’язок на Землі.

� Екзосфера (грец. ехо – ззовні і sphaira – куля) – зона розсіювання, зовнішня частина термосферы, розташована вище 800 км. Газ в екзосфері сильно розріджений, і звідси йде витік його часток у міжпланетний простір (дисипація). Швидкість руху газів в екзосфері наближається до критичної величини – 11,2 км/с.

Екзосфера Землі складається з іонізованого газу; біля її основи відношення концентрацій заряджених і нейтральних часток близьке до 1, у верхній частині екзосфери газ майже повністю іонізований. Нижня і середня частини екзосфери в основному складаються з атомів O і N, із збільшенням же висоти швидко росте відносна концентрація легких газів, особливо іонізованих водню та гелію. Газокінетична температура складає 1300-3000 °C, вона слабо росте з висотою. Зростання сонячної активності призводить до потепління екзосфери і до збільшення її товщини. Верхня межа екзосфери (так звана геокорона) знаходиться на відстані від Землі декілька тисяч км. У єкзосфере розташовані радіаційні пояси Землі.

Ядро Землі, як вважають вчені, складається з заліза, і тому наша планета має магнітні

властивості. Магнітне поле Землі утворює магнітосферу – область навколоземного простору, в якому напруга її електромагнітного поля перевищує напругу такого самого поля космічного простору.

Магнітне поле Землі простягається на 70-80 тис. км у напряму до Сонця та на багато кілометрів у протилежному напряму.

Магнітосфера впливає на заряджені електричні частки (сонячний вітер), що рухаються у космічному просторі у бік Землі. Частина цих часток (електронів і протонів) затримуються магнітосферою, утворюючи велике кільце або радіаційний пояс Землі, що охоплює нашу планету навколо екватора.

Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферу і гетеросферу. Гетеросфера

– це область, де гравітація чинить вплив на розподіл газів, оскільки їх перемішування на такій висоті незначне. Звідси слідує змінний склад гетеросфери. У гетеросфері – шарі вище 95 км – склад атмосферного повітря значно змінюється з висотою – разом з N2 і O2 з'являється в помітних кількостях атомарний кисень за рахунок процесів дисоціації молекул О2 короткохвильовим сонячним випромінюванням. У зв'язку з цим молекулярна маса повітря в гетеросфері зменшується з висотою. Нижче за гетеросферу лежить добре

19

перемішувана, однорідна за складом частина атмосфери, що називається гомосферою. У гомосфері вміст основних газів (азоту, кисню, аргону) залишається постійним.

За припущенням учених склад (див. таблицю) і властивості сучасної атмосфери

стабілізувалися близько 50 млн. років тому. До складу атмосфери входять нітроген – 78,08%, оксиген – 20,95%, аргон – 0,93%, гелій, криптон та деякі інші постійні компоненти.

Хімічний склад атмосферного повітря

Компоненти Вміст Компоненти Вміст % за m % за V % за m % за V

Нітроген 72,52 78,09 Оксид нітрогену 0,0025 0,00025 Оксиген 23,15 20,94 Гідроген 0,0000035 0,00005 Аргон 1,28 0,93 Метан 0,0008 0,00015 Диоксид карбону 0,046 0,033 Дiоксид нітрогену 0,00008 0,000015 Неон 0,0012 0,0018 Озон ~0,000001 0,000002 Гелій 0,000072 0,00052 Дiоксид сульфуру - 0,000002 Криптон 0,00033 0,0001 Оксид карбону - 0,00001 Ксенон 0,000039 0,000008 Аміак - 0,000001

Серед змінних складових атмосфери – водяна пара, озон, вуглекислий газ, які мають

велике значення для атмосферних процесів. Основна маса водяної пари зосереджена в нижніх шарах атмосфери (від 0,1–0,2% у

полярних широтах, до 3% – в екваторіальних), з висотою її кількість значно зменшується – на 90% на висоті близько 5 км. Вміст водяної пари в атмосфері визначається співвідношенням процесів випаровування, конденсації і горизонтального перенесення. Водяна пара – джерело утворення туманів, хмар, атмосферних опадів.

Водяна пара, завдяки своїй великій кількості, – найбільш значимий природний парниковий газ. Проте при конденсації в хмари роль водяної пари стає діаметрально протилежною, бо хмари, відбиваючи сонячне випромінювання, перешкоджають нагріву поверхні Землі.

Шар озону вбирає основну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, захищаючи життя на Землі. У цьому полягає велике екологічне значення атмосфери.

Загальна кількість озону в атмосфері оцінюється всього в 3,3∙109 т. Якби вдалося зібрати увесь озон атмосфери біля поверхні Землі при нормальному тиску (760 мм рт. ст.) і температурі (+20°С), то вийшов би шар (сферична оболонка) завтовшки всього 2,5-3 мм. Реально в атмосфері ніякого «окремого» шару озону немає. Ця лише назва досить широкої області, де концентрація озону максимальна.

Важливою змінною складової атмосфери є диоксид карбону, вміст якого в атмосфері з розвитком виробництва зростає (від 0,029% на початку XX ст. до 0,033% у 80-х роках). Він має здатність вбирати довгохвильове випромінювання Землі, що створює парниковий ефект в атмосфері й зменшує тепловіддачу Землі. Мінливість вмісту вуглекислого газу

20

пов'язана з життєздатністю рослин, його розчинністю в морській воді та діяльністю людини.

Екологічне значення атмосфери полягає в тому, що вона: § життєдайний буфер між Космосом і Землею; § регулятор теплообміну між суходолом та океаном (регулює добові коливання

температури); § регулятор водяного балансу планети; § простір, через який іде обмін енергією та інформацією; § в межах атмосфери йде значна частина процесу фотосинтезу; § регулятор сезонних та добових коливань температури; § в атмосфері проходять процеси, пов’язані з перетворенням забруднювальних

речовин антропогенного характеру. Якби атмосфери не існувало, лише добові коливання температури складали б ± 200˚С. 2.2.4. Структура, склад та особливості гідросфери Гідросфера (грец. hydor – вода) – це водна оболонка Землі, яка включає сукупність

океанів і морів (або Світовий океан), континентальних вод (річки, озера, болота), льодовикових покривів, підземні води, атмосферну вологу, а також біологічну воду. Загальна маса води на планеті становить близько 0,023% всієї маси Землі.

Підземна частина гідросфери охоплює грунтові, підґрунтові, міжпластові безнапірні й напірні води, тріщинні води і води карстових порожнин у легкорозчинних гірських породах (вапняках, гіпсах тощо).

На частку Світового океану припадає 631 млн км2 поверхні земної кулі, тобто 70,8%. 99,5% всієї маси елементів океанічної води припадає на 4 елементи: кисень (85,7%), водень (10,8%), хлор (1,9%) і натрій (1,05%).

Температура океанської і морської води постійно змінюється як на поверхні, так і в глибині, і залежить переважно від клімату й погоди. В екваторній зоні вона становить близько 30–35°С, а в полярних морях знижується до 0...–2°С.

Велика маса океанічних вод, які перебувають в постійному русі завдяки неоднаковій інтенсивності прогрівання поверхні на різних широтах, відіграють велике значення для формування клімату та інших екологічних факторів.

У водах Світового океану розчинено багато газів, з яких найважливішими є кисень і диоксид карбону. Загальна маса диксиду карбону в океанічних водах перевищує його масу в атмосфері приблизно в 60 разів.

§ Загальна кількість води на планеті складає приблизно 1,455 млрд. км3, в тому числі об’єм прісної води – 28 млн. км3, що складає 1,94% від загальних запасів води у гідросфері;

§ Загальний об’єм води Світового океану становить 1,370 млрд. км3, або 94,21% від загального об’єму води у гідросфері;

§ Об’єм підземних вод становить близько 60 млн км3, що складає приблизно 4,12% від загальних запасів води, в тому числі об’єм прісної води – 4 млн. км3, що складає 14,16% від загальних запасів прісної води;

§ Об’єм води льодовиків становить 24 млн км3, що складає приблизно 1,65% від загальних запасів води на планеті і 84,95% від загальних запасів прісної води;

21

§ Об’єм води в озерах складає 0,28 млн. км3, що складає приблизно 0,019% від загальних запасів води на планеті, в тому числі об’єм прісної води – 0,155 млн. км3, що складає 0,55% від загальних запасів прісної води;

§ Об’єм води в річках становить 1,2 тис. км3, що складає приблизно 0,0001% від загальних запасів води на планеті, в тому числі об’єм прісної води – 1,2 тис. км3, що складає 0,004% від загальних запасів прісної води.

Вода виконує важливі екологічні функції, вона є: § найважливішою мінеральною сировиною, головним природним ресурсом

споживання – людство використовує її в 1000 разів більше, ніж вугілля чи нафти;

§ основною складовою частиною всіх живих організмів; § основним кліматорегулюючим фактором; § основним механізмом здійснення взаємозв’язків усіх процесів в екосистемах –

обмін речовин, тепла, ріст біомаси; § головним агентом-переносником глобальних біоенергетичних екологічних

циклів; § джерелом енергії; § переносником забруднювальних речовин у навколишнє середовище.

2.3. Структура, склад та особливості біосфери Живі організми (рослини, тварини, мікроорганізми) існують на поверхні Землі, в її

атмосфері (нижній частині), гідросфері та верхній частині літосфери, в цілому складають сферу життя на нашій планеті.

Біосфера (грец. “біос” – життя, “сфера” – сфера) – уявна оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, літосфери і гідросферу, заселені живими організмами. З усіх сфер Землі літосфера і гідросфера найтісніше пов’язані з життям.

До поняття "біосфера" близько підійшов французький біолог Ж.Б. Ламарк (1802). Але сам термін "біосфера" вперше застосував австрійський геолог Е.Зюсс (1875). Він же виділив біосферу як окрему оболонку Землі, охоплену життям, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери.

Науково обґрунтував учення про біосферу у 1926 році видатний український учений, засновник і перший президент Академії наук України В.І. Вернадський. Він довів, що живі організми мають вирішальний вплив на всі геологічні процеси, які формують обличчя Землі. Саме життєдіяльністю живих організмів зумовлюється хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері, утворення і руйнування гірських порід, утворення ґрунтів тощо. Живі організми не тільки пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а й активно їх змінюють.

Усю сукупність живих організмів у біосфері В.І. Вернадський назва “живою речовиною”, яка складає єдину термодинамічну систему (оболонку, простір) та в якій зосереджується життя і відбувається постійна взаємодія всього живого з абіотичними умовами середовища. Як основні характеристики живої речовини він розглядав масу

22

(біомасу), хімічний склад і енергію. Таким чином, центральною ланкою біосфери виступають живі організми, включаючи людину.

Межі біосфери зумовлюються цілим рядом факторів. Верхня межа біосфери, за В.І.Вернадським, є променевою, а нижня – термічною. Променева межа зумовлена наявністю жорсткого короткохвильового випромінювання, від якого життя на Землі захищає озоновий шар, термічна – наявністю високих температур і знаходиться на суші в середньому на глибині 3–3,5 км від земної поверхні. Таким чином, загальна товщина цієї земної оболонки повинна була б становити кілька десятків кілометрів.

Верхня межа біосфери сягає 85 км над поверхнею Землі. Раніше вважали, що до біосфери можна віднести тільки тропосферу до висоти 15 км. Але під час запусків геофізичних ракет у стратосферу на висоті 85 км у пробах повітря було виявлено спори мікроорганізмів, щоправда у латентному (сплячому) стані через несприятливі умови існування. Нижня межа біосфери сягає глибин літосфери, де температура становить 100˚С (у молодих складчастих областях – це глибина 1,5-2 км, а на кристалічних щитах – 7-8 км).

Основна маса організмів літосфери зосереджена в ґрунтах на глибині не більше кількох метрів.

В гідросфері основна маса організмів і мікроорганізмів зосереджена на глибині 10-15 км.

Складові біосфери

Біосфера є гігантською біологічною системою, що включає величезну різноманітність складових компонентів, охарактеризувати які окремо дуже важко. В.І. Вернадський запропонував усе, що входить до складу біосфери, об'єднати в групи залежно від характеру походження речовини. Він виділяв сім груп речовини :

1) жива речовина – це сукупність усіх рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяють біосферу;

2) нежива (косна) речовина – це сукупність речовин, в утворенні яких живі організми не брали участь, ця речовина утворилася до появи життя на Землі (це гірські породи неорганічного походження, скелясті породи, вулканічні виверження, повітря та вода, які являють собою субстрат або середовище для проживання живих організмів);

3) біогенна речовина – це сукупність органічних та органо-мінеральних речовин, утворених самими організмами потягом геологічного періоду або є продуктами їх життєдіяльності (кам'яне вугілля, нафта, вапняк, торф і інші корисні копалини);

4) біокосна речовина – ця речовина, яка є системою динамічної рівноваги між живою і косною речовиною (осадові породи, грунти, кора вивітрювання);

5) радіоактивна речовина – це сукупність усіх ізотопних елементів, що знаходяться в стані радіоактивного розпаду;

6) речовина розсіяних атомів – це сукупність усіх елементів, що знаходяться в атомарному стані і не входять до складу ніякої іншої речовини;

7) космічна речовина – це сукупність речовин, що потрапляють в біосферу з космосу і мають космічне походження (метеорити, космічний пил).

Функції живої речовини в біосфері

Вся діяльність живої речовини в біосфері зводиться до декількох основоположних функцій.

23

1. Енергетична функція – пов’язана з накопиченням енергії в процесі фотосинтезу, передачі її по ланцюгу живлення та розсіюванням.

2. Газова функція – здатність змінювати і підтримувати певний газовий склад середовища існування.

Так, включення вуглецю в процеси фотосинтезу, а потім в ланцюги живлення обумовлюють акумуляцію його в біогенній речовині (органічні залишки, вапняки і т. п.). В результаті цього відбувається поступове зменшення вмісту вуглецю і його сполук в атмосфері. Це ж стосується і накопичення в атмосфері кисню, синтезу озону та інших процесів.

3. Окиснювально-відновлювальна функція – пов’язана з інтенсифікацією під впливом живої речовини процесів як окиснення (збагачення середовища киснем), так і відновлення (коли відбувається розклад органічних речовин за дефіциту кисню).

Відновлювальний процес зазвичай супроводжується утворенням і накопиченням сірководню та метану, що робить не життєздатними глибинні прошарки природних вод.

4. Концентраційна функція – пов’язана із здатністю організмів концентрувати в своєму тілі розсіяні хімічні елементи.

Це сприяє підвищенню їх вмісту, порівняно з оточуючим організми середовищем, на декілька порядків. Наслідком концентраційної діяльності організмів є утворення покладів горючих копалин, вапняків, рудних родовищ тощо.

5. Деструктивна функція – це руйнування організмами і продуктами їх життєдіяльності, як самих останків органічної речовини, так і косної речовини.

Основний механізм цієї функції пов’язаний з колообігом речовин. Найбільш суттєву роль виконують редуценти – деструктори (гриби, бактерії).

6. Транспортна функція – пов’язана з перенесенням речовин і енергії в результаті активного руху організмів (наприклад, при міграціях тварин). З цією функцією пов’язана концентраційна роль співтовариств організмів у місцях їх скопичення.

7. Середовищеутворювальна функція – є результатом спільної дії інших функцій. З нею пов’язана зміна фізико-хімічних параметрів середовища.

Результатом цієї функції є все природне середовище, яке створене живими організмами і підтримується ними у відносно стабільному стані в усіх геосферах.

В більш вузькому плані дія цієї функції проявляється в утворенні ґрунтів, трансформації метеорологічних параметрів середовища, очищенні повітря від забруднення тощо.

8. Споживально–відтворювальна функція – так само є інтегративною функцією, яка визначає інтенсивність процесів життя живої речовини біосфери.

Дія цієї функції визначає динаміку споживання та відтворення відновлюваних природних ресурсів, а також стійкість екосистем, зокрема, та біосфери в цілому.

На оптимальних значеннях цієї функції базується раціональне природокористування, при якому споживання природних ресурсів повинне зводитись до мінімуму, а відтворення їх – до максимуму.

9. Розсіювальна функція – проявляється через трофічну і транспортну діяльність організмів та в процесі здійснення антропогенних ресурсних циклів.

Наприклад, розсіювання речовини при виділенні організмами екскрементів, загибелі організмів під час переміщень в просторі, зміна покровів, перероблення первинної сировини в продукти і їх споживання тощо.

24

10 Інформаційна функція – полягає в тому, що живі організми і їх співтовариства накопичують певну інформацію, закріплюють її в спадкових структурах і потім передають наступним поколінням. Це один із проявів адаптаційних механізмів.

Загальні властивості біосфери

Біосфері характерні певні властивості, які забезпечують її функціонування, саморегулювання, стійкість та інші параметри.

1. Біосфера є централізованою системою. Її центральною ланкою виступають живі організми.

2. Біосфера належить до відкритих систем, існування якої не уявляється без надходження енергії ззовні. Вона зазнає дії космічних сил, зокрема сонячної активності.

3. Біосфера є саморегулюючою системою. Цю властивість називають гомеостазом, тобто здатність біосфери повертатися в вихідний (початковий) стан після виникнення збурення (виверження вулканів, зустрічі з астероїдами, землетруси, гороутворення тощо) за рахунок дії певних внутрішніх гомеостатичних механізмів. Порушення гомеостатичних механізмів (зокрема в результаті діяльності людини) призводить до розпаду екосистем (наприклад опустелювання), появи нестійких, практично позбавлених гомеостатичних властивостей екосистем типу агроценозів та урбанізованих (міських) комплексів.

4. Згідно з законом історичної необоротності розвиток біосфери й людства, як цілого, не може відбуватися від пізніших фаз до початкових, – загальний процес розвитку однонаправлений.

5. Біосфера характеризується великим різноманіттям, що обумовлено: § різними середовищами життя (водне, наземне, повітряне, грунтове, організмове), § різноманіттям природних зон з їх різними кліматичними, гідрологічними,

грунтовими, біотичними і іншими властивостями, § наявністю регіонів, які відрізняються хімічним складом. Головне полягає в тому, що в біосфері поєднується величезна кількість елементарних

екосистем з властивим їм видовим різноманіттям. На сьогодні описано біля 2 млн видів (приблизно 1,5 млн. видів тварин і 0,5 млн. – рослин).

Різноманітність розглядається як основна умова стійкості будь-якої екосистеми та біосфери в цілому. Із різноманіттям пов’язана можливість дублювання, під страховки, заміни одних ланок іншими (наприклад, на видовому або популяційному рівнях), ступінь складності і міцності харчових та інших зв’язків.

Будь-яка діяльність людини призводить до спрощення екосистеми. Наприклад, винищення окремих видів або різке зменшення їх чисельності, створення агроценозів на місці складних природних систем.

6. Важливою властивістю біосфери є наявність в ній механізмів, які забезпечують колообіг речовин і пов’язану з ним невичерпність окремих хімічних елементів і їх сполук.

Якби не було колообігу, то за короткий проміжок часу був би вичерпаний основний “будівельний матеріал” – вуглець, який практично один здатен утворювати міжелементні (вуглець–вуглеводневі) зв’язки і створювати величезну кількість органічних сполук. Тільки завдяки колообігам та постійному притоку сонячної енергії забезпечується безперервність процесів у біосфері.

7. Закон константності біосфери (В.І.Вернадський): протягом всього часу свого існування живий світ морфологічно безперервно змінювався, але такі зміни помітно не

25

вплинули ні на кількість живої речовини, ні на її середній валовий склад, що пояснюється надходженням постійної кількості сонячної енергії на планету Земля.

2.4. Ноосфера Надпотужна техногенна діяльність людства суттєво змінює біосферу Землі, яка за

визначенням В.І.Вернадського перетворює її в ноосферу (гр. “ноос” – розум), тобто сферу розумного життя, сферу цивілізації.

Термін “ноосфера” був запропонований у 1927 році французьким філософом Е. Леруа. Значний внесок у вчення про ноосферу зробили П. Тейяр де Шарден та В.І. Вернадський.

За сучасним уявленням, ноосфера – це сфера гармонійної взаємодії природи і суспільства, в межах якої розумна діяльність стає головним, вирішальним фактором розвитку біосферних процесів.

В.І. Вернадський писав (1967): “Ноосфера – це сфера взаємодії природи і суспільства, у межах якої головною рушійною силою стає розумна людська діяльність”. Вчення В.І.Вернадського про ноосферу включає 4 основні положення:

· Ноосфера – історично останній стан геологічної оболонки біосфери, що перетворюється діяльністю людини.

· Ноосфера – сфера розуму і праці. · Зміни біосфери зумовлені як свідомою, так і підсвідомою діяльністю людини. · Розвиток ноосфери пов’язаний з розвитком соціально-економічних факторів. За концепцією ноосфери, людство перетворилося на найпотужнішу геологічну силу

на планеті. Ноосфера відрізняється від біосфери величезною швидкістю в розвитку. В.І. Вернадський підкреслював, що протягом останніх 500 років воно освоїло нові форми енергії – парову, електричну, атомну, й навчилося використовувати майже всі хімічні елементи. Людство освоїло вся біосферу й одержало набагато більшу, порівняно з іншими організмами, незалежність від навколишнього середовища.

В межах ноосфери нині виділяють антропосферу – сукупність людей як організмів, і техносферу – сукупність штучних об’єктів антропогенної діяльності та природних об’єктів, змінених цією діяльністю.

Крім цього, виділяють ще соціосферу, під якою розуміють сферу суспільної виробничої діяльності, охопленої людською працею. Основою існування соціосфери є праця, соціальний обмін речовини і суспільні відносини.

Перехід до ноосфери слід вважати ідеальним варіантом майбутнього, в основі якого лежить складний процес гармонізації відносин між біосферою та господарською діяльністю людини. Визначальним чинником має бути не стихія природного розвитку, а високий інтелект людини. Розум і мудрість повинні стати гарантом подальшого розвитку.

26

2.5. Еволюція антропогенної діяльності та взаємовідносин людини з біосферою

Близько 4,5 млрд. років тому сформувалася літосфера. Первинний океан (гідросфера)

виник, можливо, близько 4 млрд. років тому, оскільки найдавніші осадові породи, утворення яких можливе в той час тільки у воді, мають вік 3,9 млрд років.

Найдавніші рештки мікроорганізмів знайдено в гірських породах, датованих 3,2 млрд. років тому. 3 млрд. років тому температура повітря досягала 70°С, і за таких умов могли існувати лише бактерії та ціанеї (синьо-зелені водорості).

Бурхливий розвиток органічного світу на Землі, освоєння рослинами і тваринами континентів відбулося лише 0,5–0,4 млрд. років тому. Близько 600 млн років тому на планеті Земля з'явилися перші багатоклітинні організми (вважають, що саме тоді для цього склалися сприятливі умови – вміст кисню в атмосфері досяг 3–4 %), і одразу відбувся еволюційний вибух – виникли нові форми життя – губки, черви, корали, молюски, а також предки перших рослин і тварин, які в палеозойську еру заповнили всі акваторії й вийшли на континенти. Розвиток земної рослинності зумовив збільшення кисню в атмосфері та поживних речовин в грунтах, а також появу крупних тварин. Активно змінювався склад поверхні Землі, атмосфери, гідросфери, виникла біосфера.

Величезне значення мав біологічний обмін речовин. Подальший процес еволюції живих організмів призвів до появи людини – найвищого біологічного виду, який, розвиваючись, дедалі більше впли¬вав на природу.у. Отже, географічна оболонка Землі тривалий час була абіотичною (неживою) геосистемою, в якій відбувався геологічний колообіг речовин у вигляді взаємопов'язаних фізичних та хімічних процесів.

Розвиток земної рослинності зумовив збільшення вмісту кисню в атмосфері та поживних речовин в грунтах, а також появу великих тварин. Активно змінювався склад поверхні Землі, атмосфери, гідросфери, виникла біосфера. Величезне значення мав біологічний обмін речовин, в який включився і геологічний, що суттєво його трансформував.

З розвитком органічного світу абіотична геосистема поступово перетворилася на глобальну екосистему – біосферу, що складається з двох взаємодіючих підсистем – неживої (абіотичної) і живої (біотичної).

Обмінні речовинно-енергетичні процеси у цій новій системі були значно видозмінені. Для утворення біосфери вирішальне значення мала поява на землі рослинності, яка містить хлорофіл. Подальший процес еволюції живих організмів призвів до появи людини – найвищого біологічного виду, який, розвиваючись, дедалі більше впливав на природу.

З появою людей на Землі почався вплив їх діяльності на колообіг речовин та енергетичний обмін у біосфері. Цей вплив пов'язаний не тільки з ростом народонаселення, а й з технічним забезпеченням та вмінням організовувати працю.

Аналіз результатів різноманітних наук, зокрема археології, антропології, історії, географії, дозволяє стверджувати, що з впливом людської діяльності глобальна екосистема почала поступово перетворюватися у трикомпонентну глобальну екосистему, у функціонуванні якої все більшу роль відігравало людське суспільство.

Протягом багатовікової історії людства на Землі його взаємовідносини із навколишнім природним середовищем були неоднаковими і безперервно змінювалися. До відносно недавнього часу жодна з багаточисельних живих істот не загрожувала гомеостазу

27

біосфери. Тільки з появою нашого предка гомогабіліса (в кінці третинного періоду близько 1,5 – 1,7 млн. років тому) ці взаємовідносини почали суттєво змінюватися.

Процес еволюції людини тривав більше одного мільйона років, перш ніж наші далекі предки палеонтропи взяли гору в конкурентній боротьбі з іншими ссавцями. Перші людиноподібні примати майже нічим не виділялись серед інших живих істот і жили в злагоді з оточуючим середовищем. На підставі аналізу результатів археологічних, палеонтологічних, антропологічних, історичних і географічних досліджень у взаємовідносинах людського суспільства з природою виділено чотири періоди, що різняться за характером цих стосунків і обсягом заподіяної навколишньому середовищу шкоди.

Перший період еволюції взаємовідносин людського суспільства та довкілля розпочався з появою гомосапієнс близько 200 тис років тому. Чисельність населення постійно зростає, а з нею постійно зростають потреби в харчуванні, одязі тощо. Швидко відбувається розселення по земній кулі. Чисельність населення 100 тис. років тому досягла 1 млн., а щільність населення становила вже 0,012 мешканців на 1 км2.

Для задоволення потреби в їжі гомосапієнс розпочинають охоту на великих диких тварин, одомашнюють тварин і займаються скотарством.

Дія на природу наших далеких предків була обмеженою. Перший, давній, період включає палеоліт, мезоліт і неоліт. У палеоліті (від майже 2 млн років до 30-35 тис. років тому) жили збирачі та перші мисливці – пітекантропи, синантропи, неандертальці та кроманьйонці. У мезоліті (від 30 до 10 тис. років тому) до збирання та полювання людей додається рибальство, з'являються більш досконалі знаряддя з кістбк, каміння, рогу, дерева (гачки, сітки, сокири, човни, глиняний посуд). Неоліт (8 – 4 тис. років тому) відзначається появою землеробства, скотарства, свердлування, шліфування, перших будинків, святилищ.

Перший, давній, період характеризується накопиченням знань про природу, пристосуванням людини до природи та дуже незначним антропогенним впливом на неї. Основним джерелом енергії тоді була мускульна сила людини, яка повністю залежала від природи.и первісні мисливці оволоділи вогнем, вони розпочали руйнівний наступ на оточуючу природу. Вогонь був першим технічним завоюванням людини. Використання вогню для загону і вилову дичини 100 тис років тому викликало першу екологічну кризу в біосфері, яка пов’язана з руйнуванням рослинного та тваринного світу в різних районах земної кулі. На місці лісів з’явились савани в західній частині Африки та Південно-Східної Азії. У Північній Америці близько 10 тис років тому утворилися прерії після випалювання лісів під пасовиська для бізонів.

Відбувається відчутне збіднення видового складу крупних хребетних, які населяли різні райони Землі. Так, близько 50 тис років тому було знищено більше 50% крупних ссавців, що пережили далекий третинний період. В палеоліті індійці Північної Америки винищили мамонтів та стародавніх бізонів. В Південній Америці не без людини були винищені гліптодонти та гігантські птахи.

Другий період (4 тис.років тому – середина XVIII ст.) – рабовласницький лад і феодалізм. У цей період інтенсивно розвивається землеробство, скотарство, виникають ремесла, розширюється будівництво сіл, міст, фортець. Людство своєю діяльністю починає завдавати природі відчутної шкоди, особливо після виникнення та розвитку хімії та одержання перших кислот, пороху, фарб, мідного купоросу. Чисельність населення в XV– XVII ст. уже перевищувала 500 млн. Цей період можна назвати періодом активного

28

використання людиною природних ресурсів, взаємодію з природою. Тиск на довкілля в цей час був загалом ще незначним і локальним.

Слід зазначити, що в перші два періоди одним з найважливіших факторів впливу людини на природу був вогонь – використання: штучно створених пожеж для полювання на диких звірів, розширення пасовиськ, підсічно-вогневого способу землеробства.

Випалювання рослинності на великих територіях заподіяло першу непоправну шкоду біосфері, призвело до різких змін складу флори, фауни, грунтів і клімату в цілому.

Внаслідок цього виникли перші локальні та регіональні кризи – значні території Близького Сходу, Північної та Центральної Африки перетворилися на кам'яні та піщані пустелі. Надалі розвиток цивілізацій супроводжувався дедалі тяжчими екологічними кризами

Третій період (XVIII ст. – перша половина XX ст.) – час бурхливого розвитку фізики, техніки, винайдення парового двигуна, електричного мотора, атомної енергії, стрімкого зростання чисельності населення(понад 3,5 млрд).

Це – період активного розвитку локальних і регіональних екологічних криз, протистояння природи та людського суспільства, страшних за своїми екологічними наслідками експлуатації всіх природних ресурсів. Основними принципами розвитку суспільства на той час були боротьба з природою, її підкорений, панування над нею та впевненість, що природні ресурси невичерпні.

Четвертий період (останні 50–60 років) характеризується розвитком глобальної екологічної кризи, виникненням і посиленням парникового ефекту, появою озонової дірки та кислотних дощів, суперіндустріалізацією, супермілітаризацією, суперхімізацією, суперспоживанням і суперзабрудненням усіх геосфер. Чисельність людства в 1992 р. перевищила 5,4 млрд чоловік. Особливостями цього періоду є також виникнення та поширення громадського руху за охорону природу в усіх розвинених країнах світу, активне міжнародне співробітництво в галузі охорони довкілля, стала найбільша в історії всесвітня конференція ОOH з проблем навколишнього середовища та розвитку, яка відбулася в Ріо-де-Жанейро в червні 1992 р. У роботі конференції взяли участь делегати понад 180 країн світу, Представниками більше 100 країн були голови держав і урядів, зокрема й лідери «великої сімки». Учасниками конференції були також принц Чарльз, Жак Ів Кусто, Джейн Фонда, Тед Тернер, далайлама, Елтон Джон, Стінг та інші всесвітні знаменитості, всього блияьто 30 тис. чоловік. У дуже гострих дискусіях між дипломатами різних країн, ученими та представниками «зелених» з усього світу на конференції прийнято пакет важливих міжнародних угод про охорону біосфери, збереження біологічного розмаїття, клімату та ін.

Оскільки екологічна криза екосфери планети в останній, четвертий, період розвивалася нерівномірно залежно від обсягів впливу різних антропогенних факторів, її тривалість умовно можна поділити на три етапи.

Перший етап (1945–1970 pp.) характеризується нарощуванням гонки озброєнь всіма розвиненими країнами світу, хижацьким знищенням природних ресурсів у всьому світі, розвитком кризових екологічних ситуацій у межах Північної Америки, Європи, окремих регіонів колишнього СРСР.

Другий етап (1970–1980 pp.) позначився бурхливим розвитком екологічної кризи в світі (в Японії, більшості регіонів колишнього СРСР, Південної Америки, Азії, Африки), інтенсивним зростанням ступеня забрудненості вод Світового океану та космічного простору.

29

Це – етап дуже широкої хімізації, максимального світового виробництва пластиків, розвитку глобального мілітаризму, реальної загрози глобальної катастрофи (внаслідок ядерної війни) та виникнення могутнього міжнародного державного й громадського руху за спасіння життя на планеті.

Третій етап (з 1980 р. до теперішнього часу) характеризується зміною ставлення людей на планеті до природи, всебічним розвитком екологічної освіти в усіх країнах, широким громадським рухом за охорону довкілля, виникненням величезної кількості «зелених» (організацій, асоціацій, товариств), появою й розвитком альтернативних джерел енергії, розвитком дехімізації та ресурсозберігаючих технологій, прийняттям нових національних і міжнародних законів про охорону природи. На цьому етапі також почалася демілітаризація в найбільш розвинених країнах світу.

В останній період людина виступає як могутня геологічна сила, що змінює стан екосфери всієї планети. Масштаби людської діяльності вражають своїми розмірами. На превеликий жаль, ця діяльність переважно негативно впливає на природу. Видобуваючи щорічно понад 10 млрд т гірських порід з земних надр, ми тисячами свердловин, шахт, різних гірських виробок порушуємо земну поверхню, послаблюємо міцність верхньої частини земної кори й до не- впізнання змінюємо її вигляд кар'єрами, териконами, горами відвальних порід, шлаконакопичувачами, полями зрошення, звалищами. Виплавляючи понад 800 млн т різних металів, людство викидає в повітря та гідросферу величезну кількість промислового бруду, різних відходів. Саме через людську діяльність на планеті зникло 150 видів ссавців.

Запитання для самоперевірки

1. Що таке “природне навколишнє середовище”? 2. Яка структура навколишнього середовища? 3. Як виникла атмосфера? Склад та маса сучасної атмосфери. 4. Структура атмосфери та характеристика основних її шарів. 5. В чому полягає екологічне значення атмосфери? 6. Що таке гідросфера, її об’єм та склад? 7. Які екологічні функції гідросфери? 8. В чому полягає екологічне значення гідросфери? 9. Визначення літосфери та її структура. 10. В чому полягає екологічне значення літосфери? 11. Структура та основний мінеральний склад земної кори. 12. Визначення біосфери та її межі. 13. Які типи організмів входять до складу біосфери, кількість їх видів та маса? 14. Як функціонує біосфера? Основні ланки біологічного колообігу речовин. 15. Які основні компоненти входять до складу біосфери згідно з вченням В.І.

Вернадського? 16. Що означає поняття “ноосфера”? 17. Які основні положення вчення В.І. Вернадського про ноосферу? 18. Охарактеризуйте основні періоди взаємодії людини з біосферою.

30

РОЗДIЛ 3. ПРИРОДНI РЕСУРСИ

3.1. Класифікація природних ресурсів Природні ресурси – компоненти природи, які використовуються (актуальні) або

можуть бути використані (потенційні) як засоби виробництва і предмети споживання. До природних ресурсів належать: сприятливі кліматичні умови (енергія Сонця, вітру, води), грунти, рослини, тварини, мінеральна сировина, води. Природні ресурси поділяються на мінеральні, енергетичні, водні, земельні, біологічні (рослинні, тваринні), кліматичні, рекреаційні.

Природні ресурси поділяються на дві великі групи – невичерпні і вичерпні. Оскільки відтвореня відновлюваних природних ресурсів відбувається повільніше ніж їх споживання, з одного боку, а невідновлювані ресурси перетворюються у форми непридатні для подальшої експлуатації через велику розсіяність потрібних елементів, або через нову хімічну структуру, з іншого боку, то відбувається вичерпність багатьох природних ресурсів.

Природні ресурси, існування яких необмежене часом, називаються невичерпними. При будь-якому інтенсивному споживанні їх кількість не зменшується, або зменшується настільки мало, що ця величина на практиці ігнорується. До невичерпних природних ресурсів відносять:

§ кліматичні і гідрологічні, § сонячна енергія, § дощові опади, § кінетична енергія вітру і морського прибою, § потенційна енергія рік і морських припливів. Вичерпні природні ресурси – це ресурси, які при їх видобутку і використанні не

відтворюються природою або відновлюються в терміни, значно більші у порівнянні із швидкістю їх використання. В свою чергу вичерпні природні ресурси поділять на відновлювані і невідновлювані.

До відновлюваних природних ресурсів належать: § родючі грунти, § рослинність і тваринний світ, § деякі мінеральні ресурси, наприклад, солі, що осідають в озерах і морських

лагунах, тощо. Під час використання вони безперервно відновлюються самою природою, однак, їх природне відновлення (відновлення родючості грунтів, деревної й трав'яної маси, кількості тварин тощо) часто не збігається з темпами використання.

Кількість відновлюваних природних ресурсів визначеній рівнем їх щорічного відтворення і споживання.

До невідновлюваних ресурсів належать багатства надр (горючі копалини, металічні та неметалічні корисні копалини). Використання цих ресурсів можливе тільки один раз, і воно неминуче призводить до виснаження їх запасів. Поповнення цих запасів неможливе, оскільки відсутні умови, в яких вони виникли багато мільйонів років назад, або

31

відбувається дуже повільно. При додержанні принципів сталого розвитку ресурси надр можуть використовуватися людиною нескінченно.

3.2. Водні ресурси Водні ресурси – води, що використовуються як джерело водопостачання населення,

промисловості та сільського господарства, а також як джерело енергії. Всі водні ресурси поділяють на підземні, поверхневі та атмосферні.

Підземні води розповсюджуються в земній корі до глибини 13-14 км. Вони заповнюють пори, тріщини і пустоти, мають тісний контакт з грунтом і породами земної кори. Для них характерне пошарове розташування водоносних горизонтів, які відокремлені водонепроникними пластами породи, слабкий зв’язок з атмосферою, незначний розвиток біологічних процесів, бідність форм життя, підвищені температура і тиск.

За глибиною залягання підземні води ділять на три зони. Верхня зона, глибина якої в переважній більшості складає 2-6 м, але може досягти 20-60 м і навіть 300 м. Середня зона розташована на глибинах 300-600 м, інколи – 2000 м. Цю воду використовують для бальнеологічних цілей. Нижня зона залягає на глибині декількох кілометрів.

До поверхневих вод відносяться води океанів, морів, озер, річок, боліт, струмків та штучних водосховищ. Ріки, більшість озер, ставки, штучні водосховища, болота і струмки, вміщають прісну воду. Остання, як правило, використовується для господарського водозабезпечення. Річкова вода найбільше використовується для господарсько–питного і технічного водозабезпечення.

Вода є однією з найбільш необхідних і найпоширеніших речовин, є головною складовою гідросфери, є косною речовиною в біосфері і середовищем, з якого зародилося і продовжує функціонувати життя.

Вона необхідна для життя, оскільки бере участь у кожному процесі, що відбувається в рослинах та в живих організмах.

Призначення її як природного ресурсу полягає в забезпеченні життєвих потреб рослинного і тваринного світу та людини. Вона служить “будівельним матеріалом” для організмів та для забезпечення функціонування біологічних процесів.

Тіла всіх живих організмів містять велику кількість води: у рослин вміст води становить до 90–95%, а у тварин – 70% і більше. Доля біологічної води, що входить до складу живих організмів, становить 0,003% від загальних запасів гідросфери.

З океанів, морів, річок та водойм виловлюють рибу та інших тварин, з підводних родовищ добувають різну сировину (марганець, нікель, кобальт, залізо і iнші) та паливо (нафта, газ, газогідрати), збирають рослини.

Водне середовище використовують для транспортування вантажів (водний транспорт), а також для місць відпочинку і туризму (рекраційне призначення).

Загальний об'єм води на нашій планеті оцінюється вражаючою цифрою – 1455 млн. км3. Якби Земля була правильною сферою, цієї кількості було б достатньо, щоб покрити її на глибину 2650 метрів.

Лише незначна частина цієї води придатна для використання людиною. Абсолютна більшість цієї маси – це гіркувато-солона морська вода, непридатна для життя та

32

технічного використання. Тільки близько 2–2,5% від всієї води на планеті є прісною – придатною для життя.

Маса прісної води на Землі становить приблизно 28–31 млн. км3, з яких близько 85% знаходиться в гірських льодовиках.

Основним джерелом водопостачання для людей є річковий стік. Найбільший стік має річка Амазонка в Бразилії.

3.3. Атмосферне повітря

Атмосферне повітря є косною речовиною в біосфері і середовищем існування живої речовини – рослин, тварин і людей. Атмосферне повітря забезпечує рослинний та тваринний світ і людей життєвонеобхідними газовими речовинами (диоксид карбону та оксиген), захищає Землю від метеоритної дії, космічного опромінення, забезпечує процеси виробничої діяльності людини газовими елементами (киснем, азотом, воднем та інертними газами).

Атмосферний кисень є умовою життя людей і багатьох тварин. За добу людина споживає 500 л оксигену, пропускаючи через легені близько 10 тис. л (12 кг) повітря.

Для спалювання палива, отримання металургійної та хімічної продукції, на додаткове окиснення різних відходів щорічно витрачається в усьому світі 10–20 млрд т оксигену. Підвищення його витрат, викликане активізацією антропогенної діяльності людини, складає не менше 10–16% щорічного біогенного утворення.

Атмосферне повітря в нижніх шарах тропосфери складається переважно з нітрогену, оксигену, аргону і дiоксиду карбону. В невеликих кількостях присутні неон, гелій, криптон, ксенон, оксид і дiоксид нітрогену, гідроген, метан, озон, оксид карбону і аміак.

3.4. Енергія

Енергія – це загальна міра матеріального руху при його перетворенні з одного виду в інший. Які б процеси не відбувалися, завжди загальна кількість енергії залишається незмінною.

Джерелом енергії на Землі є: § сонячне випромінювання, § кінетична енергія обертання планети Земля та її супутника Місяця, § енергія земних надр. Основні перетворювачі енергії в біосфері – живі організми. Рослини та земна

поверхня за рік поглинають енергії в середньому 5 тис. МДж/м2. Перенесення енергії в живій речовині біосфери характеризується низькою

ефективністю. Перенесення від продуцентів до консументів першого порядку складає 10%, а від консументів першого порядку до другого – 20%.

На початку 80-х років щорічне споживання енергії в світі наблизилось до 10 млрд т умовного палива (біля 2 т на людину). Доступного для добування вуглецю є 10–20 тис. млрд. т. Якщо поділити величину резервів вуглецевого палива на видобуток, то нафти вистачить на 30…35 років; вугілля – на 200; газу – на 40…50 років.

33

У наш час енергію одержують різними шляхами. У 1980р. 70% світової кількості енергії вироблено спалюванням нафти і газу, 20% – вугілля, 3% – гідроелектростанціями, 2% – атомними електростанціями. Решта 5% припадає на нетрадиційні джерела енергії.

Всі види енергетичних ресурсів можна поділити на первинні і вторинні. До первинних енергетичних ресурсів належать: § невідновлювані енергоресурси (наприклад, нафта, вугілля, сланці, природний

газ, газогідрати, уранова руда); § відновлювані енергоресурси (наприклад, деревина, торф); § нетрадиційні джерела енергії (наприклад, енергія вітру, сонячна енергія,

геотермальна енергія, вітрова енергія). Запаси палива в надрах складаються з вугілля, нафти, газу і уранової руди. Згідно прогнозу до 2030 р. відновлювані джерела енергії замінять біля 2,5 млрд. т

умовного палива. Їх доля в загальному балансі теплоти і енергії становитиме біля 8%.

Нетрадиційні джерела енергії Фотоелектроенергія виробляється напівпровідниковими приладами, що

перетворюють сонячне випромінювання в електричний струм. Сонячна енергія за 22 сонячних дні за сумарною потужністю еквівалентна всім запасам органічного палива на Землі.

Енергія вітру використовується при швидкостях вітру більше 5 м/с. Геотермальна теплова енергія – використовують в якості енергії природні

парогідротерми, які залягають на глибинi до 5 км. Для виробництва електричної і теплової енергії в лісопромисловості широко

використовують біомасу – енергоносії рослинного походження, що утворюється в процесі фотосинтезу.

Синтетичне паливо (метанол, етанол) може стати важливим джерелом енергії в ХХ ст. З 500 млн. т органічних відходів (біомаси), які отримують в країнах СНД за рік, можна отримати річну економію органічного палива 6 млн. т, а до 2010 р в 3 рази більше.

Енергія припливів – океани мають потенційну енергію у вигляді тепла, енергії течії, хвиль і припливів. Енергопотенціал припливів оцінюють в 780 млн. кВт.

Перспективним та екологічно чистим паливом є водень. Він має втричі більшу теплоту згорання ніж нафта. Світове виробництво водню перевищує 200 млрд м3 за рік. Більше половини його використовують для виробництва аміаку й близько третини на нафтопереробних заводах. Водень виробляють з природного газу, нафти і вугілля.

Вторинні енергетичні ресурси

Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР) – це енергія різних видів, що покидає технологічний процес або установку, використання якої не є обов’язковим для здійснення основного технологічного процесу. Вона представляє собою побічну продукцію, яка за відповідного рівня техніки може бути частково або повністю використана для потреб нової технології або енергозбереження інших процесів.

Вторинні енергетичні ресурси поділяють на три основні групи: ВЕР надлишкового тиску – це потенціальна енергія відходів, газів, води і пари з

підвищеним тиском, яка може бути використана перед викидом в атмосферу. Такі ВЕР використовують для отримання механічної і електричної енергії.

34

Горючі ВЕР – це горючі гази і відходи одного виробництва, які можуть бути застосовані у вигляді палива в інших виробництвах (тріски, тирса, пні при заготівлі деревини та в деревообробній промисловості; доменний, коксовий газ в металургійній промисловості, тверді і рідкі паливні відходи в різних галузях промисловості).

Теплові ВЕР – фізична теплота відхідних газів, основної і побічної продукції виробництва, попелу і шлаків; гарячої води і пари; робочих тіл систем охолодження технологічних процесів.

Теплові ВЕР можна використати для отримання теплоти, холоду, електроенергії в утилізаційних установках. Так, відпрацьована пара і гаряча вода зазвичай використовуються безпосередньо (без трансформації в інші енергоносії) для опалення та гарячого водозабезпечення; тепло відхідних газів можна використати для сушіння, випаровування, дистиляції та інших процесів.

3.5. Сировина Сировина – це природні ресурси, які використовують у виробництві промислових

продуктів. За агрегатним станом розрізняють тверду (руда, вугілля), рідку (нафта, розсоли) і

газоподібну (атмосферне повітря, природний газ) сировину. За походженям сировину поділяють на мінеральну, рослинну і тваринну.

Мінеральні ресурси – природні речовини мінерального походження, що використовуються в господарстві як сировина або джерело енергії. Мінеральних ресурсів налічується понад 200 видів. Їх поділяють на рудні, нерудні і горючі (органічні).

1. Рудні мінеральні ресурси – гірські породи або мінеральні агрегати, які містять метали (руди чорних, кольорових, рідкісних, розсіяних, благородних металів). Домішки в руді, які не використовують у виробництві для отримання продуктів, називаються пустою породою.

2. Нерудні (неметалеві) мінеральні ресурси – вся неорганічна сировина (глина, гіпс, природний камінь, графіт, слюда, фосфорити, пісок, апатити), яка використовується у виробництві хімічних, будівельних і інших неметалічних матеріалів, але яка не є джерелом отримання металів .

3. Горючі мінеральні ресурси – органічні копалини – вугілля, нафта, природний газ, уран, торій, горючі сланці, торф тощо – які використовуються як енергетичне паливо і як хімічна сировина.

Мінеральні ресурси – головне джерело матеріального виробництва суспільства. Так, основою енергетики нині є енергетичні, або паливні, ресурси: вугілля, нафта, природний газ, сланці тощо.

Запаси мінерально-сировинних ресурсів, особливо тих, що знаходяться в надрах землі, не безмежні і практично невідновлювані. Прогнози на перспективу про можливі запаси мінеральної сировини оцінюються фахівцями досить неоднозначно:

§ наприклад, для розвинутих країн і країн, що розвиваються, починаючи з 2000 року, запасів вугілля, залізної, марганцевої та хромової руд, фосфатної сировини та калійних солей при споживанні на сучасному рівні має вистачити ще на 100-300 років;

35

§ запасів поліметалічних руд, що містять нікель, кобальт, вольфрам, молібден, мідь, свинець, цинк, олово, а також азбесту, самородної сірки залишається тільки на 30-60 років.

Якщо врахувати прогнозові запаси, то час повного вичерпання мінеральних ресурсів відсувається на більш тривалий термін.

Показники вичерпності мінеральних ресурсів

Мінеральні ресурси належать до невідновлюваних і характеризуються “рудним резервом” – обсяг мінерального матеріалу, придатного для розробки в даний час.

Показником виснаження ресурсів є видобуток на душу населення, – це відношення загальної кількості видобутих ресурсів до чисельністі населення країни або світу.

Світові витрати ресурсів розподілені нерівномірно і їх характеризують індексом використання ресурсів (ІВР) – коефіцієнт витрат резервів за рік. Використання більшості металів становить 0,4 – 6%. Якщо ІВР якогось металу становить 5%, то його запаси будуть виснажені протягом 100 : 5 = 20 років.

3.6. Грунти Грунти належать до біокосного компонента біосфери, які утворюють педосферу. Під

грунтами розуміють органо-мінеральний продукт багаторічої спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла та світла, що утворився iз гірських порід.

Грунт складається з твердих мінеральних і органічних частинок. Він має специфічні генетико-морфологічні властивості, які створюють відповідні умови для росту та розвитку рослин і родючості.

Грунти виникли разом з живою речовиною і розвивалися під впливом діяльності рослин, тварин і мікроорганізмів, поки не стали цінним для людини родючим субстратом.

Залежно від кліматичних, геологічних та географічних умов грунти мають товщину від 15–25 см до 2–3 м. Основна маса організмів і мікроорганізмів літосфери зосереджена в грунтах на глибині не більше кількох метрів.

Грунт забезпечує рослини поживними речовинами та водою. Він трансформує кліматичні фактори, відіграючи велику роль у колообігу речовин, води і вуглекислого газу. Грунт може підсилювати дію окремих абіотичних факторів (наприклад, знижувати вплив атмосферної посухи за рахунок водоутримуючої здатності гумусу, руйнувати біологічно шкідливі токсичні речовини тощо).

Процес переробки опаду рослин і залишків тіл тварин називають гуміфікацією. У процесі гуміфікації мертва органічна речовина використовується в їжу детритофагами (редуцентами) – комахами, бактеріями і грибами.

Одночасно з гуміфікацією відбувається процес мінералізації органічної речовини. В результаті з органічних речовин виділяються йони фосфору, азоту, калію і інших мінеральних елементів, які складають джерело поживних біогенних речовин для рослин.

Гумус визначає родючість грунтів. Залежно від його вмісту розрізняють чорноземи з вмістом 7–10% гумусу та підзолисті грунти з 2-3% гумусу.

Гумус запобігає вимиванню поживних речовин, покращує структуру грунту і забезпечує утримання вологи в своїй товщі.

36

Грунтові пори заповнені водою і повітрям. Вода необхідна для кореневих систем рослин та грунтовим тваринам. Повітря є джерелом кисню для дихання. Склад грунтового повітря відрізняється від атмосферного підвищеним вмістом (до 26%) вуглекислого газу, який виділяється під час дихання організмів, що знаходяться в грунті. Поступово вуглекислий газ виділяється з грунту (до 25кг/га СО2 за годину). Чим вища температура грунту, тим активніше він “дихає”. Виділений активний вуглекислий газ споживається зеленими рослинами, особливо низькорослими.

3.7. Клімат Кліматичні ресурси – це фізичні характеристики (фактори) природного середовища,

які впливають на життєдіяльність людей: температура та вологість повітря, наявність певних природних об’єктів (водойм, річок, гір, лісів), щорічна кількість сонячних днів тощо.

Люди живуть практично в усіх кліматичних зонах – від тропіків до полярних широт. Але в екстремальних умовах людина змушена втрачати багато сил і ресурсів для забезпечення свого життя.

Клімат планети зазнає періодичних змін, які мають тенденцію до ритмічності й циклічності. Крім того, діяльність людини вносить в природні кліматичні цикли корективи, причому здебільшого небажані.

Наприклад, спалювання великої кількості мінерального палива зумовлює потепління клімату, а це може мати для людства негативні наслідки. Ще й досі існує небезпека катастрофічних глобальних змін клімату внаслідок ядерної війни, які можуть призвести до загибелі не лише людства, а й біосфери в цілому. Викиди в атмосферу хлоровмісних сполук спричиняють зменшення кількості озону в стратосфері і збільшення надходження до Землі потоку жорсткого ультрафіолетового випромінювання, а це призводить до загибелі і деградації живих організмів в біосфері. А викиди в атмосферу оксидів сірки та азоту змінюють якість опадів – вони замість життєдайної вологи несуть згубну кислоту.

3.8. Простір для життя

Наприкінці неоліту площі, на яких жили люди, були крихітними острівцями серед океану незайманої природи. Але у зв’язку з експоненціальним ростом кількості населення становище різко змінилося. Люди нині живуть на величезних просторах суходолу земної кулі.

Площа суходолу становить 149 млн. км2, але з них біля: § 62 млн. км2 (42%) – скелі, пустелі, льодовики. § 42 млн. км2 (28%) – ліси § 30 млн. км2 (20%) – луки і пасовиська § 15 млн. км2 (10%) – обробляється та зайнято містами і селами Площі, придатні для життя, становлять близько 1/3 суходолу , тобто приблизно 50

млн. кв. км. Щільність населення в різних регіонах Землі різна: в деяких країнах вона

37

перевищує 300 чол. На кв. км (Нідерланди, Бельгія, Японія), в США – 26, на території колишнього СРСР – близько 13, в Україні – близько 85 чоловік на кв. км.

Накопичений досвід екологічних спостережень свідчить, що для збереження природного середовища великого регіону в оптимальному стані, тобто без порушення кліматичних умов і забезпеченості харчовими продуктами та зонами відпочинку, треба близько 30% площі залишити у стані, наближеному до природного (національні парки, ліси, заказники), близько 5% – "дикої" природи (заповідники), а 35% площі треба відводити під виробництво продуктів харчування.

За прогнозами ООН, на 2000 рік половина населення замної кулі житиме в містах – гігантах. Вже зараз населення Мексики проживає в трьох містах: Мехіко, Гвадалахара, Монтерей.

3.9. Продовольство На сьогодні основну частку (до 98%) продуктів харчування людей забезпечує суходіл

і перш за все грунти. Для господарського використання при сучасному рівні техніки доступні 134 млн. км2 або 13,4 млрд. га. З них пустельні і тундрові території становлять 17 млн. км2. На початок 70-х років ХХ ст було розорано і оброблялося 1,5 млрд. га, тобто 10,8% придатної для сільськогосподарського використання суші. Луки й пасовиська займали майже 3 млрд. га (22,3%). У середньому на кожного мешканця планети припадає біля 1 га орних земель, лук і пасовищ.

В зв’язку із зростанням чисельності населення та виходом частини угідь з сільськогосподарського обороту (щорічно 5–7 млн. га) площа орної землі постійно зменшується.

Населення планети споживає 8,7 млрд. т органічної речовини, виробленої сільським господарством. Біомаса земної кулі разом з гумусом і органічними рештками становить 5500 млрд. т.

У світовому виробництві продуктів харчування 60% припадає на долю зернових культур, з яких більше 40% – рис і пшениця. Злакові забезпечують майже 50% білка в раціоні харчування. За рахунок інтенсифікації сільського господарства виробництво продуктів харчування можна збільшити, за певних умов, в 3–4 рази.

Світові ресурси продовольства поповнюються продуктами Світового Океану та інших водойм. Займаючи площу 71% поверхні Землі, він сьогодні постачає 2% продуктів (риба, ракоподібні, ссавці, криль та деякі рослини – ламінарія). За рахунок аквакультури внесок океану в забезпечення людини їжею може збільшитися до 5%.

3.10. Генетичний фонд Генетичний фонд – це сукупна спадковість (генетичне різноманіття) видів тварин і

рослин на Землі, безцінний її скарб. На Землі немає непотрібних чи шкідливих видів живих організмів, кожний з яких унікальне творіння природи і може знайти найнесподіваніше застосування, якщо не сьогодні, то в майбутньому.

38

Через зниження генетичної різноманітності живі організми втрачають здатність адаптуватися до умов навколишнього середовища. Скорочення числа генотипів у популяціях за рахунок зниження чисельності, кількості популяцій в ареалах видів, і, на кінець, вимирання самих видів, призводе до збіднення генофонду, що порушує сталість біосфери.

Всі елементи живої речовини тісно пов¢язані між собою. Зникнення будь-якого виду в біогеоценозі руйнує віками усталені зв¢язки між окремими видами і компонентами біогеоценозу.

Запитання для самоперевірки

1. Як поділяються природні ресурси згідно класифікації ? 2. Дайте визначення, що таке відновлювані і невідновлювані природні ресурси і

чим вони відрізняються. 3. Що таке вичерпні і невичерпні природні ресурси і чим вони відрізняються? 4. Охарактеризуйте воду як природний ресурс. 5. Охарактеризуйте атмосферне повітря як природний ресурс. 6. Які енергетичні ресурси ви знаєте ? 7. Як людство задовольнятиме енергетичні потреби в майбутньому ? 8. Що називається рудною і нерудною мінеральною сировиною ? 9. Охарактеризуйте грунти як природний ресурс. 10. Охарактеризуйте клімат як природний ресурс. 11. Охарактеризуйте простір для життя як природний ресурс. 12. Які види продовольства споживає населення України ? 13. Охарактеризуйте генетичний фонд та надбання людського інтелекту як природні

ресурси.

39

РОЗДІЛ 4. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ЗАКОНИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕКОЛОГІЇ

4.1. Поняття середовище та екологічні фактори, їх класифікація

4.1.1. Середовища, їх типи Середовище – всі тіла і явища, з яким організм має прямі чи опосередковані

взаємовідносини. Сукупність всіх умов, що діють на організм, популяцію чи біоценоз, викликаючи відповідну реакцію, забезпечуючи їх існування, обмін речовин та потік енергії.

Середовище включає всі екологічні фактори і є складовою частиною біогеосистеми . Розрізняють середовище абіотичне, біотичне і антропогенне.

1. Абіотичне середовище – це всі тіла і явища неживої природи, які створюють умови проживання рослинних і тваринних організмів, і справляють на них прямий або опосередкований тиск.

До абіотичного середовища можна віднести: § материнську природу грунту, § хімічний склад і вологість грунту, § сонячне світло, § воду, § повітря, § природний радіаційний фон тощо.

2. Біотичне середовище – це сукупність живих організмів, які своєю життєдіяльністю впливають на інші організми.

3. Антропогенне середовище – це природне середовище, яке прямо або опосередковано змінене внаслідок антропогенної діяльності. До антропогенних середовищ належать відкриті родовища, магістральні канали, рекреаційні зони та зони будівництва великих споруд.

Важливим параметром оцінки якості середовища є його стійкість, що визначається стабільністю усіх природних факторів, тобто гомеостазом.

Різкі відхилення природного середовища від його звичайного стійкого стану розглядаються як стихійне лихо або катастрофа (повінь, урагани, пожежі, виверження вулканів і т. п.).

4.1.2. Екологічні фактори та їх вплив на життєдіяльність організмів Вплив середовища на організми зазвичай оцінюють через окремі фактори. Організм

як елементарна частинка живого світу в середовищі свого існування знаходиться під одночасним впливом різних факторів, які разом називаються екологічними. Під екологічними факторами розуміють будь-який елемент або умову середовища, які здатні справляти прямий чи опосередкований вплив на живі організми, хоча б протягом однієї фази їх розвитку, і на які організми реагують реакціями пристосування, або адаптаціями. За межами реакцій пристосування лежать летальні (згубні для організмів) значення факторів.

Екологічні фактори можуть бути об'єднані за природою їх походження або залежно від їх динаміки та дії на організм. За характером походження розрізняють:

I. Абіотичні фактори – це фактори неживої природи, які прямо або опосередковано впливають на організм. Вони підрозділяються на чотири підгрупи:

40

а) кліматичні фактори – це усе фактори, які формують клімат і здатні впливати на життя організмів (світло, температура, вологість, атмосферний тиск, швидкість вітру і так далі);

б) едафічні, або грунтові, фактори – це властивості грунту, які справляють вплив на життя організмів. Вони у свою чергу поділяються на фізичні (механічний склад, грудкуватість, капілярність, шпаруватість, повітря- і вологопроникність, повітря- і вологоємкість, щільність, колір і так далі) і хімічні (кислотність, мінеральний склад, вміст гумусу) властивості грунту;

в) орографічні фактори, або фактори рельєфу, – це вплив характеру та специфіки рельєфу на життя організмів (висота місцевості над рівнем моря, широта місцевості по відношенню до екватора, крутизна місцевості – це кут нахилу місцевості до горизонту, експозиція місцевості – це положення місцевості по відношенню до сторін світу);

г) гідрофізичні фактори – це вплив води в усіх станах (рідке, тверде, газоподібне) і фізичних факторів середовища (шум, вібрація, гравітація, магнітне, електро-магнітне і іонізуюче випромінювання) на життя організмів.

II. Біотичні фактори – це фактори живої природи, вплив живих організмів один на одного. Вони носять найрізноманітніший характер і діють не лише безпосередньо, але й опосередковано через навколишню неорганічну природу.

Залежно від виду організму, що впливає, їх розділяють на дві групи: а) внутрівидові фактори – це вплив особин цього ж виду на організм (зайця на зайця,

сосни на сосну і так далі); б) міжвидові фактори – це вплив особин інших видів на організм (вовка на зайця,

сосни на березу і так далі). Залежно від приналежності до певного царства біотичні фактори підрозділяють на

чотири основне групи: а) фітогенні фактори – це вплив рослин на організм; б) зоогенні фактори – це вплив тварин на організм; в) мікробогенні фактори – це вплив мікроорганізмів (віруси, бактерії, найпростіші,

рикетсії) на організм; г) мікогенні фактори – це вплив грибів на організм. Основною формою біотичного впливу в більшості випадків є харчові зв'язки, на базі

яких формуються складні ланцюги і ланки харчування. Крім харчових зв'язків, в угрупованнях рослинних і тваринних організмів виникають просторові зв'язки. Все це є підставою для формування біотичних комплексів.

Виділяють різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими – від дуже сприятливих до різко негативних.

Між представниками різних видів організмів, що населяють екосистему, крім нейтральних (дві популяції не впливають одна на одну – нейтралізм), можуть існувати такі види зв'язків:

· конкуренція – боротьба між представниками різних видів за їжу, повітря, воду, світло, життєвий простір; боротьба тим жорстокіша, чим більш споріднені й близькі за вимогами до умов середовища види організмів, що конкурують;

· мутуалізм – представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному, наприклад комахи, збираючи нектар, запилюють квіти; мурашки, опікаючи попелиць, живляться їх солодкими виділеннями;

41

· коменсалізм – коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому, наприклад, рибка-прилипайко знаходить захист і живиться біля акул (мутуалізм і коменсалізм називають ще симбіозом);

· аменсалізм, якщо одна популяція (аменсал) зазнає пригнічення росту і розмноження, а друга (інгібітор) ні. Аменсалізм відомий тільки у бактерій, грибів і рослин.

· паразитизм – одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів, наприклад, кліщі, блощиці, воші, глисти, омела, деякі гриби тощо;

· хижацтво – така взаємодія між популяціями, при якій одна з них, несприятливо впливаючи на іншу, отримує вигоду від цієї взаємодії. Жертва вбивається хижаком і з'їдається повністю або частково;

· алелопатія – одні організми виділяють речовини, шкідливі для інших, наприклад, фітонциди, що виділяються деякими вищими рослинами, пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів; токсини, що виділяються під час "цвітіння" води у водоймищах, отруйні для риби та інших тварин.

III. Антропогенні фактори – це сукупність впливів людини на життя організмів. Залежно від характеру впливу вони діляться на дві групи:

а) фактори прямого впливу – це безпосередня дія людини на організм (скошування трави, вирубка ліси, відстріл тварин, вилов риби і так далі);

б) фактори непрямого впливу – це вплив людини фактом свого існування (щорічно в процесі дихання людей в атмосферу поступає 1,1∙1012 кг вуглекислого газу, з довкілля у вигляді їжі вилучається 2,7∙1015 ккал енергії) і через господарську діяльність (сільське господарство, промисловість, транспорт, побутова діяльність і так далі).

Залежно від наслідків впливу обидві ці групи антропогенних факторів у свою чергу ще підрозділяються на позитивні фактори (посадка і підгодівля рослин, розведення і охорона тварин, охорона довкілля і так далі), які покращують життя організмів або збільшують їх чисельність, і негативні фактори (вирубування дерев, забруднення довкілля, руйнування місць проживанняя, прокладення доріг і інших комунікацій), які погіршують життя організмів або знижують їх чисельність.

4.1.3. Загальні закономірності дії факторів середовища на організми Незважаючи на різноманітність екологічних факторів, в характері їх впливу на

організм і в реакціях живих істот у відповідь можна виділити деякі закономірності, які є значною мірою універсальними (загальними) по відношенню до організмів. До таких закономірностей відносять правило оптимуму, правило взаємодії факторів, правило лімітуючих факторів і деякі інші.

Правило оптимуму. Відповідно до цього правила для екосистеми, організму або певної стадії його розвитку є діапазон найбільш сприятливого (оптимального) значення фактора.

Сприятлива сила впливу називається зоною оптимуму екологічного фактора або просто екологічним оптимумом для організму цього виду. Оптимальними умовами слід вважати ті, при яких особини даного виду проявляють максимальну життєдіяльність (ростуть і розвиваються) і залишають найбільше число нащадків, тобто виявляються найбільш пристосованими до умов середовища існування.

42

Зменшення або збільшення сили впливу фактора відносно меж оптимального діапазону знижує життєздатність організмів. І чим сильніше відхилення оптимуму, тим більш виражений пригнічуючий вплив цього фактора на організм.

Максимальне і мінімальне переносимі значення фактора – це критичні точки, за межами яких існування організму вже неможливе, настає смерть. Вони називаються верхнім і нижнім межами або екологічним мінімумом і екологічним максимумом. Діапазон сили фактора між екологічним мінімумом і максимумом називається межами витривалості або межами толерантності. В межах толерантності життєдіяльність організму сильно варіює залежно від ступеню вираженості фактора і графічно описується куполоподібною кривою (рис.4.1).

Рис 4.1. Залежність реакції у відповідь організму від ступеню вираженості екологічного фактора

Як видно на представленому рисунку, в межах толерантності виділяють декілька зон

залежно від ступеню прояву життєдіяльності організму при різній силі фактора. Ці зони наступні:

1. (F – F) – зона оптимуму – це діапазон сили фактора, в межах якого організм проявляє максимальну життєдіяльність і спостерігається його ріст, розвиток і розмноження;

2. (C – F, F – C) – зона нормальної життєдіяльності – це діапазони сили фактора, в межах яких організм проявляє нормальну життєдіяльність і спостерігається його ріст і розвиток, але розмноження вже неможливе;

3. (S – C, C – S) – зона виживання – це діапазони сили фактора, в межах яких організм проявляє знижену життєдіяльність, здатну забезпечити тільки його існування, але недостатню, щоб забезпечити його ріст, розвиток і розмноження;

4. (A – S, S – A) – зона пригнічення або зона песимуму – це діапазони сили фактора, в межах яких фактор чинить пригнічуючу дію на організм і життєдіяльність його настільки знижена, що зрештою може статися загибель організму.

Розмноження

Ріст особин

Виживання особин

"Успішність" життєдіяльності

організмів даного виду

A S

C F

A S

C F Інтенсивність

фактора

Зона екологічної толерантності (валентності)

Екологічний мінімум

Екологічний максимум

43

Здатність видів адаптуватися до того або іншого діапазону факторів середовища називається екологічною пластичністю або екологічною валентністю виду, тобто здатністю організмів пристосуватися до змін умов середовища.

Кількісно екологічна валентність охватує діапазон значень фактору від нижнього песимуму (екологічний мінімум на шкалі фактору) до верхнього песимуму (екологічний максимум).

Чим ширше діапазон коливання фактора, в межах якого даний вид може існувати, тим більше його екологічна валентність і тим ширше у нього межі витривалості.

В цьому полягає сутність закону екологічної валентності (екологічної толерантності), сформульованого В. Шелфордом (1913 р.): діапазон значень зміни фактору від екологічного мінімуму до екологічного максимуму, при якому організм здатний пристосуватися до змін умов середовища, визначає межі витривалості організму.

Екологічна валентність різних видів може сильно відрізнятися. Так, північні олені витримують коливання температури повітря від –55 до +20…+30°С, а тропічні корали гинуть вже при зміні температури на 5–6°С.

За екологічною валентністю організми поділяються на стенобіонтів і еврибіонтів. Еврибіонти ("еури" – широкий; біос – життя) – організми, що можуть жити при

значних змінах факторів середовища. Такі організми мають широкі межі витривалості і є більш витривалими. До еврибіонтів належать колорадський жук, пацюки, вовки, таргани, очерет тощо.

Стенобіонти ("стенос" – вузький) – організми, що здатні існувати при невеликих відхиленнях фактора від оптимального значення, екологічно непластичні і є маловитривалими. Вони мають вузькі межі толерантності. До стенобіонтів належать орхідеї, тропічні корали, далекосхідний рябчик, форель, качкодзьоб та ін.

Біонтність організму до того або іншого фактора позначається додаванням до назви фактора приставки еври- або стено-. Наприклад:

· стенотермний або евритермний (по відношенню до температури); · стеногідричний або евригідричний (по відношенню до вологості); · стеногалінний або евригалінний (по відношенню до солоності); · стенофагний або еврифагний (по відношенню до їжі); · стеноойкний або евриойкний (по відношенню до середовища існування).

Правило лімітуючих факторів. Суть цього правила полягає в тому, що фактор, який

знаходиться в нестачі або надлишку (поблизу точок екологічного мінімуму чи максимуму) негативно впливає на організми і, крім того, обмежує можливість прояву сили дії інших факторів, у тому числі і тих, що знаходяться в оптимумі.

Для нормального існування організму необхідний певний набір факторів. Якщо хоч один із життєво необхідних факторів відсутній або дія його недостатня, організм не може існувати, нормально розвиватись і давати потомство. Це явище називають правилом мінімуму, або законом Лібіха, а фактор, дії якого недостатня для нормального життя організму – лімітуючим.

Закон Лібіха або інакше закон обмежуючого фактору (правило мінимуму): в комплексі факторів сильніше діє той, який блище до межі витривалості.

44

Фактор, значення (рівень, доза) якого наближається до межі витривалості організму називається лімітуючим. Найчастіше лімітуючими факторами є температура, світло, тиск, біогенні речовини тощо.

Лімітуючі фактори зазвичай обумовлюють межі поширення видів (популяцій), їх ареали. Від них залежить продуктивність організмів і співтовариств. Тому вкрай важливо своєчасно виявляти фактори мінімального і надлишкового значення, унеможливлювати їх прояв (наприклад, для рослин – збалансованим внесенням добрив).

Організми пристосовуються самі і змінюють фізичні умови середовища так, що можуть послабити лімітуючий вплив температури, світла, води та інших факторів.

Правило лімітуючого фактору лежить в основі теоретичного обгрунтування величини гранично допустимої концентрації (ГДК) забруднювачів. Порогові значення фактору, при яких в організмі ще не відбуваються ніякі необоротні патологічні зміни, прийматися в якості ГДК.

Правило взаємодії факторів. Суть його полягає в тому, що деякі фактори можуть

посилювати або пом'якшувати силу дії інших факторів. Наприклад, надлишок тепла може в якійсь мірі пом’якшуватись зниженням вологості повітря, нестача світла для фотосинтезу рослин – компенсуватися підвищеним вмістом вуглекислого газу в повітрі і т. п. З цього, проте, не витікає, що фактори можуть взаємозамінюватися. Вони не взаємозамінні.

Правило рівнозначності умов життя. Суть його полягає в тому, що всі природні

умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначні ролі. Правило сукупної дії екологічних факторів. Суть його полягає в тому, що в природі

екологічні фактори діють комплексно. Оцінюючи вплив хімічних забруднювачів, "сумаційний ефект" дуже змінює умовні значення ГДК (на негативну дію однієї речовини накладається негативна дія інших, а також вплив стресової ситуації, шумів, різних фізичних полів).

4.2. Екологічна система 4.2.1. Організація екосистем Екологічна система або екосистема – основна одиниця біосфери, яка є об'єктом

вивчення екології. Цей термін запровадив англійський біолог А. Тенслі у 1935 році. Екосистема – єдиний і цілісний природний або природно-антропогенний комплекс,

утворений живими організмами та середовищем їх існування, в якому живі та неживі компоненти поєднані між собою причинно-наслідковими зв'язками, обміном речовин і розподілом потоку енергії.

Екосистеми є відкритими функціонально цілісними системами, що існують за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії та частково речовини і які здатні до саморегулювання та самовідновлення.

В кожній екосистемі можна виділити такі компоненти: · неорганічні речовини (вуглець, азот, вуглекислий газ, вода і ін.), які вступають в

колообіг;

45

· органічні речовини (білки, вуглеводи, гумінові речовини, ліпіди та ін.), які поєднують біотичну та абіотичну частини екосистеми;

· клімат (температура, вологість, тиск та ін.); · продуценти (переважно рослини); · консументи (переважно тварини); · редуценти (деструктори – деякі безхребетні, бактерії і гриби). Всі організми в екосистемах представлені видовими популяціями. Термін популяція

запозичений з демографії В. Іогансеном у 1905 році для позначення групи особин одного виду, а інколи навіть однорідної сукупності особин різних видів.

Вид (біологічний) – сукупність організмів із спорідненими морфологічними ознаками, які можуть схрещуватися один з одним і мають спільний генофонд та ареал (територію поширення). Види мають морфологічні, фізіолого-біохімічні, еколого-географічні (біогеографічні) та генетичні характеристики. Вид підпорядкований роду і поділяється на підвиди і популяції.

Популяція – це сукупність особин одного виду, що мешкають на спільній території у схожих екологічних умовах, які вільно схрещуються і здатні підтримувати свою чисельність необмежено тривалий час, відносно ізольовані від інших популяцій.

Популяції різних видів в природних умовах об'єднуються в системи вищого рангу – співтовариства і біоценози.

Термін «біоценоз» був запропонований німецьким зоологом К. Мебіусом і позначає організовану групу популяцій рослин, тварин і мікроорганізмів, пристосованих до спільного проживання в межах певного об'єму простору.

Будь-який біоценоз займає певну ділянку абіотичного середовища – біотоп. Біотоп – простір з більш менш однорідними умовами, заселений тим або іншим співтовариством організмів.

Таким чином біоценоз – спільнота живих організмів, що мешкають в межах одного біотопу.

Функціональними складовими біоценозу є: · фітоценоз – стійке співтовариство рослинних організмів (продуцентів) даного

біотопу – вищі рослини, водорості, автотрофні бактерії; · зооценоз – сукупність взаємозв'язаних видів тварин (консументів); · мікробіоценоз – співтовариство мікроорганізмів (редуцентів) – бактерій і грибів-

сапротрофів. При цьому в чистому вигляді ні фітоценоз, ні зооценоз, ні мікробіоценоз в природі не

зустрічаються, як і біоценоз у відриві від біотопа. Біоценоз формують міжвидові зв'язки, що забезпечують структуру біоценозу, –

чисельність особин, розподіл їх в просторі, видовий склад і тому подібне, а також структуру харчової мережі, продуктивність і біомасу.

4.2.2. Функціональна, або екологічна, структура біоценозу Функціональна структура характеризує розподіл особин біоценозу на групи за

функціями, що вони виконують. У кожному біоценозі організми виконують різні функції,

46

завдяки яким здійснюється колообіг біогенних речовин. Залежно від ролі, яку відіграє організм в цьому колообігу, він відноситься до певної функціональної групи.

Виділяють наступні функціональні групи: 1. Продуценти (виробники) – це організми, що створюють органічну речовину з

неорганічної (біогенні речовини) з використанням сонячної енергії. Продуценти є первинною ланкою ланцюгів живлення. До них належать:

а) фототрофи: усі зелені рослини, ціанобактерії, зелені і пурпурні сіркобактерії; б) хемотрофи: нітрифікуючі бактерії, залізобактерії та ін. 2. Консументи (споживачі) – це організми, що споживають живу органічну речовину і

передають енергію, що міститься в ній, по трофічним (харчовим) ланцюгам. До них належать тварини. Залежно від виду органічної речовини, що споживається, вони підрозділяються на порядки:

Консументи I порядку (рослиноїдні) – організми, що споживають продуцентів. Консументов I порядку споживають консументи II порядку (м'ясоїдні або хижаки нижчого рангу) і так далі. Кількість порядків обмежена і визначається об'ємом біомаси продуцентів.

3. Редуценти (руйнівники) – це організми, що розкладають відмерлу органічну речовину (детрит) до біогенних речовин, які потім поглинаються продуцентами. Редуценти – заключна ланка ланцюгів живлення.

Як продуценти, так і консументи на певній стадії життєвого циклу відмирають і утворюють детрит, який під впливом редуцентів через декілька етапів перетворюється на біогенні речовини. Розрізняють три порядки редуцентів :

Редуценти I порядку (механічні руйнівники) здійснюють механічне руйнування детриту, практично його не розкладаючи. До них відносяться комахи і їх личинки, черв'яки, землерийні ссавці.

Редуценти II порядку (гумінізатори) частково розкладають детрит, перетворюючи його на гумус. Цю функцію виконують гриби, найпростіші і великі мікроорганізми (більше 0,1 мм).

Редуценти III порядку (мінералізатори) забезпечують повне розкладання гумусу до біогенних речовин. До них відносяться мікроорганізми менше 0,1 мм.

Усі порядки редуцентів, відмираючи, також перетворюються на детрит. Усі функціональні групи в біоценозі між собою взаємозв'язані, завдяки чому

здійснюється біогенний колообіг (див. схему на стор. 57).

Залежно від способу отримання і використання енергії та поживних речовин всі організми поділяються на автотрофи і гетеротрофи.

Автотрофи (грец. autos + trophe – їжа, харчування) – це організми, які створюють органічні речовини з неорганічних у процесі фотосинтезу, використовуючи сонячну енергію. До автотрофів належать зелені вищі рослини, лишайники, водорості і бактерії, що мають фотосинтезуючі пігменти. В екології автотрофи називають також продуцентами.

Гетеротрофи (грец. heteros – різний + trophe – живлення) – це організми, що одержують енергію за рахунок харчування автотрофами чи іншими консументами. До них належать рослиноїдні тварини, хижаки й паразити, а також хижі рослини та гриби.

47

4.2.3. Біогеоценоз як елементарна екосистема біосфери Елементарними екосистемами, з яких складається біосфера, є біогеоценози – замкнені

екосистеми, здатні до саморегуляції. Біогеоценозом називають однорідну ділянку земної поверхні з певним складом живих

(бактерій, рослин, тварин, грибів) та неживих (абіотичних) компонентів, які динамічно взаємодіють між собою в процесі обміну речовинами та енергією і утворюють єдину природну систему. Складовими компонентами біогеоценозу (рис.4.2) є біотоп – однорідний за абіотичними факторами середовища простір – і біоценоз – сукупність усіх представлених у межах даного біотопу організмів.

Межі біогеоценозу визначаються межами фітоценозу, тобто контурами однорідної рослинності, оскільки саме рослини-продуценти є першою ланкою трофічних ланцюгів біогеоценозу. Біогеоценози водойм називають також біогідроценозами.

Як правило, виразних, різких меж між біогеоценозами не існує, а один поступово переходить в інший. Будь-який біогеоценоз являє собою систему елементів, що взаємодіють, – популяцій живих організмів.

Рис. 4.2. Схема будови біогеоценозу (за В.М. Сукачовим) 4.2.4. Класифікація екосистем За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми, мезоекосистеми і

глобальні екосистеми. У мікроекосистемах невеличкі, тимчасові біоценози, що називаються синузіями,

перебувають у обмеженому просторі. До таких екосистем належать трухляві пеньки, мертві стовбури дерев, мурашники тощо.

Найбільш поширеними серед екосистем є мезоекосистеми або біогеоценози, в яких біоценози займають однотипні ділянки земної поверхні з однаковими фізико–географічними умовами і межі яких, як правило, збігаються з межами відповідних фітоценозів.

Біотоп

Мікро- організми

(мікробоценоз)

48

Макроекосистеми охоплюють величезні території чи акваторії, що визначаються характерним для них макрокліматом і відповідають цілим природним зонам. Біоценози таких екосистем називаються біомами. До макроекосистем належать екосистеми тундри, тайги, степу, пустелі, саван, листяних і мішаних лісів помірного поясу, субтропічного і тропічного лісів, а також морські екосистеми. Прикладом глобальної екосистеми є біосфера нашої планети.

За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на природні, антропогенні та антропогенно–природні.

У промислово розвинутих країнах екосистем на захоплених людською діяльністю територіях майже не залишилося, хіба що в заповідниках. Лісові насадження, луки, ниви – все це антропогенно–природні екосистеми, які хоча й складаються майже виключно з природних компонентів, але створені й регулюються людьми.

4.2.5. Антропогенні екосистеми До антропогенних екосистем належать екосистеми, в яких переважають штучно

створені антропогенні об'єкти і в яких, крім людей, можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувалися до цих специфічних умов. Прикладом таких антропогенних екосистем є міста, промислові вузли, села (в межах забудови), кораблі тощо.

Антропогенні екосистеми представляють єдиний, цілісний природно-антропогенний комплекс, утворений людиною і середовищем її існування, в якому живі і неживі компоненти поєднані причинно-наслідковими зв'язками, обміном речовин і розподілом потоку енергії.

В антропогенних системах існує рівновага при умові постійного втручання людини.

Залежно від роду діяльності людини, антропогенні екосистеми поділяють на: · промислові екосистеми (екосистеми металургійного заводу, харчового

виробництва, тощо), · сільськогосподарські екосистеми (агроценози, сади, птахофабрики, тваринницькі

ферми, тощо), · міські екосистеми (екосистеми комунального господарства, житлового будинку і

ін.). Крім того, доцільно виділяти антропогенні екосистеми гетеротрофного (міста,

промислові зони, тощо) і автотрофного (агроекосистеми) типу. Це залежить від переважання авто- або гетеротрофного компоненту у таких угрупованнях.

Агроценози – це ценози, що утворюються і підтримуються людиною завдяки розробленій нею системою агротехнічних та агрохімічних заходів. Вони характеризуються видовою бідністю і одноманітністю.

У відповідності з законом грунтостомлення: поступове зниження природної родючості грунтів відбувається через тривале їх використання й порушення природних процесів грунтоутворення, а також внаслідок тривалого вирощування монокультур (в результаті накопичення токсичних речовин, що виділяються рослинами, залишками пестицидів і мінеральних добрив).

В агроценозах здійснюється антропогенний обмін речовин, який є незамкненим і екологічно недосконалим.

49

Агроценози не можуть довго існувати і в них не відновлюється внутрішня рівновага після будь-якого природного або антропогенного впливу без втручання людини.

4.3. Екологічна ніша організму Для сукупної характеристики фізичного простору, що займають організми виду, їх

функціональної ролі в біотичному місці проживання (у співтоваристві), включаючи вид їжі, час і спосіб живлення (трофічний статус), спосіб життя (місць розмноження, укриттів) і взаємовідносини з іншими видами, їх відношення до факторів середовища (умови існування), що обумовлюють їх морфологічну пристосованість, фізіологічні реакції і поведінку американським ученим Дж. Гринелом в 1928 р. був введений термін «екологічна ніша».

Екологічна ніша – це сукупність · усіх вимог організму до умов місця проживання (складу і режимам екологічних

факторів) і місце, де ці вимоги задовольняються; · усієї множинності біологічних характеристик і фізичних параметрів середовища,

що визначають умови існування того або іншого виду, перетворення ним енергії, обмін інформацією з середовищем і собі подібними.

Таким чином, екологічна ніша характеризує міру біологічної спеціалізації виду. Екологічна специфічність видів підкреслюється аксіомою екологічної адаптивності: кожен вид адаптований до строго визначеної, специфічної для нього сукупності умов існування – екологічної ніші.

Оскільки види організмів екологічно індивідуальні, то вони мають і специфічні екологічні ніші.

Таким чином, скільки на Землі видів живих організмів – стільки ж і екологічних ніш.

Екологічну нішу організму визначають за такими критеріями: · простір, що займає організм, · функціональну роль в співтоваристві (наприклад, трофічний статус), · толерантність по відношенню до факторів середовища. За цими критеріями можна визначити такі екологічні ніші: 1) просторова ніша, або ніша місцепроживання – це те місце, де живе організм, де

його зазвичай можна зустріти; 2) трофічна ніша – це сукупність усіх видів їжі, якою живиться організм

(характеризує особливості харчування і роль організму в співтоваристві); 3) багатовимірна ніша – це область в гіперпросторі, вимірами якого є ставлення виду

до різних екологічних факторів (сукупність усіх вимог до абіотичних факторів середовища).

Розрізняють фундаментальну (потенційну) і реалізовану (реальну) екологічні ніші. Фундаментальна ніша – об’єм багатовимірного простору, вимірами якого є

екологічні факторів і в якому може існувати певний вид. Фундаментальна ніша являє собою всю сукупність необхідних для виду (оптимальних) умов місцепроживання без будь-

50

якого тиску з боку іншого виду і відповідає максимально можливій експансії з боку першого

Не в усьому об’ємі фундаментальної ніші може існувати організм, а лише в певній її частині. Ця частина називається реалізованою екологічною нішею.

Реалізована екологічна ніша – об’єм фундаментальної ніші, у межах якого організм (вид) може існувати за будь-якої комбінації факторів. Реалізована ніша, це частина існуючої фундаментальної ніші, яка фактично зайнята видом в біотопі (фактичний діапазон умов існування організму).

На рис. 4.3 зображене взаємне розташування фундаментальної (потенційної) і реалізованої (реальної) ніші.

Рис. 4.3. Графічне зображення фундаментальної (потенційної) і реалізованої (реальної) ніші

у трьохвимірному просторі факторів: Х1, Х2, Х3, – фактори;

Sf – фундаментальна ніша; Sr – реалізована ніша; 21XXS , 31XXS – двовимірні ніші в просторі факторів

Х1, Х2 та Х1, Х3 відповідно Якщо організми займають різні екологічні ніші, вони не вступають зазвичай у

конкурентні відносини, сфери їх діяльності і впливу розділені. У такому разі стосунки розглядаються як нейтральні.

В той же час в кожній екосистемі є види, які претендують на одну і ту ж нішу або її елементи (їжу, укриття і ін.). У такому разі неминуча конкуренція, боротьба за володіння нішею.

Організми, що ведуть подібний спосіб життя, як правило, не можуть існувати спільно тривалий час із-за міжвидової конкуренції. Згідно зі встановленим в 1934 р. радянським біологом Г.Ф. Гаузе (1910-1986) принципу конкурентного взаємовиключення: два конкурентні види не можуть займати одну і ту ж екологічну нішу, тобто для існування конкурентних видів необхідні відмінності їх екологічних ніш.

31 XXS

21XXS

X2

X1

X3 Sr

Sf

51

Іноді, наприклад, щоб зняти гострі конкурентні відносини, одному організму (тварині) досить змінити час живлення, не міняючи самого виду їжі (якщо конкуренція виникає на грунті харчових стосунків), або знайти нове місце проживання (якщо конкуренція має місце на грунті цього фактора) і т.п.

Конкуренція відіграє роль потужного еволюційного фактору, що призводить до розподілу ніш, спеціалізації видів і виникнення видового різноманіття.

Явище розподілу екологічних ніш в результаті міжвидової конкуренції називають екологічною диверсифікацією. Екологічна диверсифікація між існуючими разом видами може здійснюється за такими параметрами:

§ просторове розміщення, § харчовий раціон, § розподіл активності в часі. Досить одного з перелічених параметрів, аби ослабилась або повністю зникла

конкуренція. Коли два організми різних видів використовують одні і ті ж ресурси, їх ніші

перекриваються. Коли ніші повністю розділені, види, що населяють їх не конкурують один з одним.

Перекриття може бути повним, частковим. Якщо ресурсів недостатньо, то при перекритті ніш виникає конукренція, яка тим інтенсивніша, чим більше це перекриття.

· Коли екологічні ніші частково співпадають, види співіснують завдяки специфічності їх пристосувань (наприклад, особини одного виду займають схованки, недоступні для більш активного конкурента).

· Коли ніша одного виду включає повністю в себе нішу іншого виду (повністю перекриваються), відбувається конкурентне виключення одного з видів або витіснення домінуючим конкурентом свого суперника на периферію зони пристосування.

У природі діє правило обов'язковості заповнення екологічних ніш: порожня

екологічна ніша завжди і обов'язково буде заповнена. У природному співтоваристві, що давно сформувалося, зазвичай усі ніші зайняті.

Саме у такі співтовариства, наприклад у довгоіснуючі (корінні) ліси, вірогідність введення нових видів дуже мала.

4.4. Динаміка та розвиток екосистем. Сукцесії Зміни, які відбуваються в екосистемах, в одних випадках можуть повторюватися, в

інших же мають однонапрямлений, поступальний характер і обумовлюють розвиток екосистеми в певному напрямі.

Динаміка екосистеми визначається серією співтовариств організмів, які змінюють один одного.

Динаміку, що періодично повторюється, називають циклічними змінами або флуктуаціями, а спрямовану динаміку називають поступальною або розвитком екосистем. Для останнього виду динаміки характерним є або введення в екосистеми нових видів, або зміна одних видів іншими. У кінцевому ж рахунку відбуваються зміни

52

біоценозів і екосистем в цілому. Цей процес називають сукцесією (лат. сукцесіо – спадкоємність).

Екологічна сукцесія (сукцесійне заміщення або біологічний розвиток) – розвиток, при якому в межах однієї і тієї ж території (біотопу) відбувається послідовна зміна одного біоценозу іншим у напрямку підвищення стійкості екосистеми. Ланцюг біоценозів, що змінюють один одного, утворюють сукцесійний ряд.

Сукцесія завершується формуванням співтовариства, найбільш адаптованого по відношенню до комплексу кліматичних умов, що склалися. Таке співтовариство було назване Ф. Клементсом клімакс-формацією або просто клімаксом (від грец. klimax – сходи), іноді зустрічається і інший термін-синонім – зріле співтовариство.

За загальним характером сукцесії поділяють на первинні і вторинні. Первинні сукцесії починаються на субстраті, не зміненому (або майже не зміненому)

діяльністю живих організмів, тобто на місці, позбавленому життя (скелі, піщані дюни, вулканічна лава, наноси річок і т.п.).

Так, через серію проміжних співтовариств формуються стійкі співтовариства на скелях, пісках, обривах, застиглій вулканічній лаві, глинах після відступу льодовика або проходження селя і тому подібне.

Одна з основних функцій сукцесії такого роду – поступове накопичення органічних залишків і, як результат, створення (або зміна) грунту первинними колоністами. Далі міняється гідрологічний режим і відбуваються інші зміни місцепроживання. При первинних сукцесіях швидкість зміни біоценозів, як правило, невелика. Первинна сукцесія від голої скельної породи до, наприклад, зрілого лісу (тобто до досягнення стану клімаксу) може зайняти від декількох сотень до тисяч років.

Вторинні сукцесії – це сукцесії, які починаються на місці зруйнованого біоценозу (екосистеми). Наприклад, після вирубування лісів, лісових пожеж, повені, при заростанні площ, що знаходилися під сільськогосподарськими угіддями. У сучасних умовах вони спостерігаються повсюдно.

Основна відмінність цих сукцесій полягає в тому, що вони протікають незрівнянно швидше за первинні, оскільки починаються з проміжних стадій (трав, заростей кущів або дерев) і на фоні більш багатих грунтів.

Розрізняють також автотрофні і гетеротрофні сукцесії. Розглянуті вище приклади

сукцесій відносяться до автотрофних, оскільки усі вони протікають в екосистемах, де центральною ланкою є рослинний покрив. З його розвитком пов'язані зміни гетеротрофних компонентів. Такі сукцесії потенційно безсмертні, оскільки увесь час поповнюються енергією і речовиною, що утворюються або фіксуються в організмах у процесі фотосинтезу або хемосинтезу. Завершуються вони, як відзначалося, клімаксною стадією розвитку екосистеми.

Таким чином, автотрофні сукцесії залежно від місця, на якому вони починаються, можуть бути первинними і вторинними.

До гетеротрофних відносяться ті сукцесії, які протікають на субстратах, де відсутні живі рослини (продуценти), а беруть участь лише тварини (гетеротрофи).

Цей вид сукцесій відбувається до тих пір, поки є запас готової органічної речовини (забруднені водоймища, купи компостів, печери, трупи тварин, гниле дерево і ін.), в якому змінюються різні види організмів-деструкторів. По мірі розкладання органічної речовини і

53

вивільнення з неї енергії сукцесійний ряд закінчується, система розпадається. Таким чином, ця сукцесія за природою своїй деструктивна.

4.5. Трофічні ланцюги

У природі не існує такого виду, який не був би пов'язаний з іншим. Живлячись за рахунок інших істот, організми отримують енергію. Внаслідок цього у природі виникають ланцюги живлення. Саме на базі трофічних зв'язків виникають ланцюги живлення. Ряди взаємопов'язаних видів, в яких кожний попередній є об'єктом живлення наступного, називають ланцюгами живлення або трофічними ланцюгами (грец. "трофо" – живлення).

При дослідженні трофічної структури екосистеми виділяють трофічні рівні (ланки трофічного ланцюга) – сукупність організмів, які отримують енергію від рослин через однакове число організмів-посередників:

§ перший трофічний рівень: первинні продуценти, або автотрофи – зелені рослини;

§ другий трофічний рівень: первинні консументи, або гетеротрофи 1-го порядку – травоїдні тварини (зайці, олені тощо);

§ третій трофічний рівень: вторинні консументи, або гетеротрофи 2-го порядку – хижаки або паразити; (і так далі).

§ останній трофічний рівень в основному представлений організмами, поживою яких є мертва речовина – редуценти або сапробіонти (сапрофаги, некрофаги та копрофаги).

Оскільки потік енергії від одного трофічного рівня до вищого супроводжується її втратами (до 95%), кількість трофічних рівнів не може бути необмеженою і лише в енергетично багатих екосистемах (екваторіальні ліси, морські планктонові екосистеми) може досягати 5–6 (рис. 4.4).

Існують два головні типи трофічних ланцюгів – пасовищні (або "виїдання") та детритні (або "розкладання").

1). У пасовищних трофічних ланцюгах перший трофічний рівень займають зелені рослини, другий – пасовищні тварини (термін "пасовищні" охоплює усі організми, що живляться рослинами), а третій – хижаки. Так, пасовищними харчовими ланцюгами є:

РОСЛИННИЙ МАТЕРІАЛ (наприклад, нектар) => МУХА => ПАВУК =>

ЗЕМЛЕРИЙКА => СОВА 2). Сукупність потоків енергії, що міститься у відмерлих частинах рослин,

екскрементах консументів та їх трупах, називають детритним циклом. Детритний цикл – основа процесу продукування гумусу.

Велику роль у трансформації енергії в детритному циклі відіграють сапрофаги (редуценти, детритні консументи) – живі організми, що живляться неживим органічним матеріалом, який можна метаболізувати для отримання енергії. У наземних екосистемах сапрофаги споживають до 90–95% усієї чистої первинної продукції. До них належать такі великі тварини, як грифи, ворони, краби, а також черв'яки, кліщі, бактерії та гриби.

54

Детритная трофічний ланцюг починається з детриту за схемою:

ДЕТРИТ => ДЕТРИТОФАГ => ХИЖАК

Характерними детритними трофічними ланцюгами є:

ЛИСТЯНА ПІДСТИЛКА ЛІСУ => ДОЩОВИЙ ЧЕРВ'ЯК => ЧОРНИЙ ДРІЗД => ЯСТРУБ-ПЕРЕПЕЛЯТНИК

МЕРТВА ТВАРИНА => ЛИЧИНКИ ПАДАЛЬНОЇ МУХИ => ТРАВ'ЯНА ЖАБА =>

ЗВИЧАЙНИЙ ВУЖ.

Рис. 4.4. Трофічні ланцюги біоценозу по Н.Ф. Реймерсу : узагальнена (а) і реальна (б).

Стрілками показаний напрям переміщення енергії, а цифрами – відносна кількість енергії,

що приходить на трофічний рівень

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю. Біомаса – загальна маса живих організмів, яка нагромаджена в популяції, біоценозі чи біосфері на будь-який момент часу. Вона виражається в одиницях

Рослини-автотрофи (продуценти)

Рослиноїдні тварини (первинні консументи)

Дрібні м’ясоїдні тварини (вторинні консументи)

Більш сильні м’ясоїдні тварини

(третинні консументи)

Мікроорганізми-деструктори органічної речовини

(редуценти)

Паразити

Суперпаразити

1500

15

1,5

0,3

0,05

Рослиноїдні простіші

Мікроводорості

Хижі простіші

Безхребетні

Мальки риб

Хижі риби

Рибоїдні птиці та ссавці

Редуценти

55

сирої чи сухої маси або енергії на одиниці поверхні (гектар або квадратний чи кубічний метр). Найбільшу біомасу на суші серед гетеротрофів мають безхребетні та грунтові організми (біомаса дощових червів може сягати 1000-1200 кг/га). Близько 90% біомаси біосфери припадає на біомасу наземних рослин.

4.6. Екологічні піраміди Співвідношення чисельності організмів, величини біомас або зв'язаної в біомасі

енергії зображають у формі екологічних пірамід. В основі піраміди розміщуються відповідні значення першого трофічного рівня екосистеми, а на вершині – останнього. Екологічні піраміди наглядно характеризують не тільки кількість біомаси, але й інтенсивність її переробки.

Є три основних типи екологічних пірамід: 1). Піраміда енергії – відповідає величині потоку енергії або "продуктивності" на

послідовних трофічних рівнях. В екологічних системах (біогеоценозах) у процесі еволюції в ланцюгах живлення

визначилась важлива закономірність, що отримала назву правило екологічної пірамади: кількість рослинної маси приблизно в 10 разів більша за масу рослиноїдних тварин, маса яких у стільки ж разів більша за масу хижаків (рис. 4.5а).

Завдяки тому що при переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої втрачається до 80-90% зв'язаної енергії у вигляді тепла, довжина ланцюгів невелика. Найбільш ефективною є передача енергії від одного консумента до іншого (до 20%), і тому ці ряди найдовші.

Рис. 4.5. Піраміди енергії і продукції для екосистем суші і океану – а і біомас для екосистем океану – б

2). Піраміда біомаси – характеризує загальну суху вагу, калорійність або іншу міру

загальної кількості живої речовини; Піраміди біомас схожі з такими для енергії і продукції, але тільки для сухопутних

екосистем. Для водних екосистем закономірності співвідношення біомас на різних трофічних рівнях мають свою специфіку. Тут піраміда біомас як би перевернута (рис. 4.5б), тобто біомаса тварин, споживаючих рослинну продукцію, більше біомаси рослинних організмів. Причина цього – різкі відмінності в тривалості життя організмів порівнюваних рівнів. Перший рівень (продуценти) представлений в основному фітопланктоном з дуже коротким періодом життя (декілька днів або годин), другий – організмами, що більш довго живуть – зоопланктоном або іншими тваринами, що живляться фітопланктоном і зоопланктоном (риби, молюски, кити і т. п.). Вони накопичують біомасу роками і десятиліттями.

а

б

56

3). Піраміда чисельності – показує чисельність окремих організмів. Піраміда чисельності свідчить, що кількість організмів, як правило, зменшується від основи до вершини. Це правило не абсолютне і застосовується в основному до ланцюгів живлення, які не включають редуцентів. Прикладом може служити харчовий ланцюг: комахи і їх личинки – комахоїдні тварини-хижаки.

Піраміди чисельності і біомаси можуть бути оберненими (або частково оберненими),

тобто основа може бути меншою, ніж один або кілька верхніх поверхів. Так буває, коли середні розміри продуцентів менші, ніж розміри консументів.

Навпаки, піраміда енергії завжди звужується вгору за умови, що будуть враховані усі джерела енергії живлення в системі.

Будь-яку забруднюючу речовину, що потрапила до екосистеми, можуть поглинати живі організми. З рослин-автотрофів, які акумулюють забруднюючі речовини, починається забруднення всієї трофічної мережі екосистеми.

Концентрація токсичних речовин у живих організмах збільшується з кожним наступним трофічним рівнем (рис. 4.6), оскільки величина біомаси в екологічних пірамідах закономірно зменшується приблизно в 10 разів при переході на новий трофічний рівень. Тому навіть незначна концентрація забруднюючих речовин у рослинах може викликати токсикацію тварин вищих трофічних рівнів.

Завдяки живим організмам забруднення залучається до колообігу мінеральних

речовин і виведення їх з екосистеми ускладнюється.

4.7. Природний колообіг речовин У біосфері постійно здійснюється безперервний колообіг речовин, що сприяє перебігу

всіх процесів життєдіяльності організмів. Нескінченна взаємодія абіотичних факторів середовища та живих організмів екосистем супроводжується безперервним обміном речовиною між біотопом і біоценозом у вигляді органічних та мінеральних сполук, які по черзі змінюють одні одних.

Рис. 4.6. Піраміда біомас (а) та концентрація забруднень (б) на трофічних рівнях геосистеми:

І – ІV – трофічні рівні; 1 – біомаса; 2 – логарифм концентрації забруднень

IV

III

II

I

IV

III

II

I

а б

1 2

57

Колообіг речовин – це повторюваний процес взаємопов'язаного перетворення, переміщення речовин у природі, який має циклічний характер і відбувається за обов'язкової участі живих організмів.

Розрізняють малий біологічний та великий геологічний колообіги речовин; Малий, або біологічний колообіг речовин відбувається в межах певного біогеоценозу.

Відповідно до закону біогенної міграції атомів (В.І. Вернадський): міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється під переважаючим впливом живої речовини, організмів.

Співіснування в кожній з таких екосистем живих організмів (продуцентів, консументів і редуцентів), пов’язаних обміном речовин, зумовлюють безперервно повторюваний колообіг основних елементів, необхідних для живої клітини (див. схему).

У кожній системі відбувається колообіг речовин, як результат взаємодії автотрофів і

гетеротрофів у ланцюгу живлення. Різні види організмів споживають речовини, які необхідні їм для задоволення життєвих потреб: для підтримання процесів життєдіяльності, росту та відтворення. При цьому вони безперервно виділяють у навколишнє середовище більш або менш складні органічні та мінеральні продукти метаболізму.

Частина біологічного колообігу, що складається з колообігів карбону, води, нітрогену, фосфору, сульфуру і інших біогенних речовин, називають біогеохімічним колообігом. Біогеохімічний колообіг – обмін хімічних елементів в вигляді органічних речовин і неорганічних сполук між живими організмами і абіотичним середовищем.

Схема колообігу речовин та енергії у біосфері

58

Карбон, оксисен , гідроген, нітроген , фосфор, сульфур та інші елементи, які необхідні для побудови простої клітини, безперервно перетворюються в органічні речовини або споживаються в вигляді неорганічних йонів автотрофними рослинами, а потім редуцентами. Останні розкладають органічні залишки на розчинні мінеральні елементи або газоподібні речовини (NH3, H2S, CH4 і ін.). Утворені неорганічні сполуки повертаються в грунт, воду та атмосферу. Таким чином, здійснюється безперервна циркуляція біогенних елементів. Вони розчиняються в континентальних поверхневих водах, виносяться в моря та попадають в атмосферу.

Колообіги речовин від продуцентів до консументам різних рівнів, потім до редуцентів, а від них знов до продуцентів замкнуті не повністю. Якби в екосистемах існувала їх повна замкнутість, то не виникало б жодних змін середовища існування, не було б грунту, вапняків і інших гірських порід біогенного походження.

Між грунтом, водою та атмосферним повітрям відбувається постійний газообмін. Таким чином здійснюється великий (геологічний) колообіг між океанами і континентами в межах всієї планети.

Деяка кількість речовини може на якийсь час вибувати з біологічного колообігу (осідати на дні океанів, морів, випадати в глибини земної кори і т.п.) і потрапляти до так званого резервного фонду. Проте в результаті протікання тектонічних і геологічних процесів (вулканічної діяльності, підйому і опускання земної кори, зміни кордонів між сушею і водою і ін.) осадові породи знову включаються в геологічний цикл.

Резервний фонд – це велика маса в основному не пов’язаної з організмами речовини, яка повільно рухається. На відміну від резервного, обмінний фонд являє собою швидкий обмін речовиною між організмами та їх безпосереднім оточенням.

Розрізняють три основних типи біогеохімічних колообігів: § колообіг газоподібних речовин з резервним фондом в атмосфері або гідросфері, § осадовий цикл з резервним фондом в земній корі, § колообіг води. Резервний фонд в атмосфері й гідросфері більш доступний. Тому біогеохімічні

колообіги, які пов’язані з цим фондом, стійкіші. Осадові цикли, в яких бере участь фосфор і залізо, менш стабільні. На них більше впливають різні місцеві зміни. Це пояснюється тим, що основна маса речовини знаходиться в малоактивному і малорухомому резервному фонді земної кори. Тому якщо надходження речовин з обмінного фонду в резервний здійснюється швидше, ніж їх вихід, то частина речовини вилучається з колообігу. Завдяки наявності в атмосфері та гідросфері резервного фонду карбону, нітрогену, оксигену, сульфуру колообіги можуть швидко саморегулюватися. Існування біогеохімічних циклів сприяє саморегуляції всієї екосистеми та надає їй більшої стійкості.

Колообіг карбону

У біосфері карбону понад 12000 млрд т. Колообіг вуглецю відбувається фактично між живою речовиною та двоокисом карбону. У процесі фотосинтезу, здійснюваного рослинами, диоксид карбону і вода за допомогою енергії сонячного світла перетворюються на різні органічні сполуки. Щорічно вищі рослини і водорості при фотосинтезі поглинають 200 млрд т карбону. Якби карбон не повертався в атмосферу, його запас у ній (700 млрд т) швидко б вичерпався. Відмерлі рослини і тваринні організми розкладаються грибами і мікроорганізмами на СО2, який теж повертається в атмосферу. Повний цикл обміну

59

атмосферного карбону здійснюється за 300 років. Але частина карбону вилучається у вигляді торфу, нафти, вугілля, вапняку, мармуру, викопних відкладів і осадових порід.

Колообіг оксигену

Щорічно лісові масиви виробляють 55 млрд т оксигену. Він використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях в атмосфері, літосфері й гідросфері. Циркулюючи через біосферу, оксиген перетворюється то на органічну речовину, то на воду, то на молекулярний оксиген. Весь оксиген атмосфери кожні 2 тис. років проходить через живу речовину біосфери. За час свого існування людство безповоротно втратило близько 273 млрд т оксигену. У наш час щорічно на спалювання вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається величезна кількість оксигену. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку.

Колообіг нітрогену, фосфору, сульфуру

Діяльність людини прискорює колообіг цих елементів. Головна причина прискорення – використання фосфору в добривах, що призводить до еутрифікації – надудобрення. При евтрифікації відбувається бурхливе розмноження водоростей – "цвітіння" води. Це призводить до зменшення кількості розчиненого у воді кисню. Продукти обміну водоростей знищують рибу та інші організми. Сформовані екосистеми при цьому руйнуються. Індустрія і двигуни внутрішнього згоряння викидають в атмосферу щорічно багато нітратів і сульфатів. Потрапляючи на землю разом з дощами, вони засвоюються рослинами.

Колообіг води

Вода покриває 3/4 поверхні Землі. За одну хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується 1 млрд т води. Після охолодження пари утворюються хмари, випадає дощ і сніг. Опади частково проникають у грунт. Грунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин, джерела, насоси тощо. Діапазон швидкістей циркуляції води дуже великий: вода океанів поновлюється за 2 млн років, ґрунтова вода – за рік, річкова – за 12 діб, пара в атмосфері – за 10 діб. Двигуном колообігу є енергія Сонця.

Щорічно для створення первинної продукції біосфери використовують при фотосинтезі 1 % води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина тільки для побутових і промислових потреб використовує 20 мм опадів – 2,5 % загальної їх кількості за рік. Безповоротний щорічний водозабір тепер становить 5,5 куб. м. Щорічно він збільшується на 4–5 %.

4.8. Ресурсний цикл в антропогенних екосистемах До недавнього часу, приблизно до середини 18 ст, коли людина користувалась

природними ресурсами, як і всі інші живі організми, її ресурсний цикл включався в загальний природний колообіг речовини та енергії і не порушувалася динамічна рівновага в біосфері. Мінеральні сполуки, які не використовувалися живою речовиною біосфери, накопичувалися в вигляді родовищ мінеральних ресурсів в природних кладових.

60

Значне зростання населення планети пов`язане з небувалим зростанням його потреб – людина почала залучати природні ресурси до ресурсного циклу.

Під ресурсним циклом розуміють сукупність перетворень і просторових переміщень певної речовини або групи речовин на всіх етапах використання її людиною (включаючи її пошук, підготовку для експлуатації, добування з природнього середовища, переробку, перетворення, повернення в природу).

Природний ресурсний цикл є відносно замкнутим. В ньому майже всі хімічні речовини (вода, гази, метали), що входять до складу живої речовини, рухаються по замкнутому циклу. Якби цей цикл не був замкнений, то речовини вичерпалися б як ресурс і перейшли б у якийсь інший стан.

Якщо в природному колообігу речовин карбон, спожитий рослинами в вигляді вуглекислого газу, в процесі синтезу зазнає ряд біохімічних перетворень в органічні речовини і в кінцевому результаті за допомогою редуцентів знову перетворюється у вуглекислий газ і споживається тими ж рослинами, то в антропогенних екосистемах цього не відбувається. Добутий карбон з родовищ в вигляді кам`яного вугілля спалюється людиною для отримання певного виду енергії, яка використовується для виготовлення різних продуктів з природної сировини. В результаті спалювання вугілля отримують також диоксид карбону, який включається в природний колообіг вуглецю і використовується рослинами, а не в антропогенному ресурсному циклі, тому що для останнього потрібен вуглець в вигляді мінерального палива. А щоб відбулося утворення кам`яного вугілля, знадобиться багато мільйонів років. Отже, використання вуглецю в антропогенному ресурсному циклі відбувається значно швидше, ніж його відтворення в природі.

Таким чином, характерною ознакою ресурсного циклу в антропогенних екосистемах є його незамкнутість. Природні ресурси безперервно поступають в цикл, перетворюються в певний продукт, який споживає людина. Отже, для функціонування цього циклу необхідне постійне втручання людини, яка б здійснювала постійне постачання природних ресурсів.

4.9. Основні екологічні закони Закон біогенної міграції атомів (або закон Вернадського): міграція хімічних

елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється під переважаючим впливом живої речовини, організмів. Так відбувалося й в геологічному минулому, мільйони уроків тому, так відбувається й в сучасних умовах. Жива речовина або бере участь у біохімічних процесах безпосередньо, або створює відповідне, збагачене оксигеном, диоксидом карбону, гідрогеном, нітрогеном, фосфором та іншими речовинами середовища. Цей закон має важливе практичне й теоретичне, значення. Розуміння всіх хімічних процесів, що відбуваються в геосферах, неможливе без урахування дії біогенних факторів, зокрема – еволюційних. Нині люди впливають на стан біосфери, змінюючи її фізичний і хімічний склад, умови збалансованої віками біогенної міграції атомів. У майбутньому це спричинить дуже негативні зміни, які набувають здатності саморозвиватися й стають глобальними, некерованими (опустелювання, деградація грунтів, вимирання тисяч видів організмів). За допомогою цього закону можна свідомо й активно запобігати розвитку таких негативних явищ, керувати біогеохімічними процесами, використовуючи «м'які» екологічні методи.

61

Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та динамічні якості окремих природних систем і їх ієрархії дуже тісно пов'язані між собою, так що будь-яка зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структурних змін інших, але при цьому зберігаються загальні якості системи – речовинно-енергетичні, інформаційні та динамічні. Наслідки дії цього закону виявляються в тому, що після будь-яких змін елементів природного середовища (речовинного складу, енергії, ін формації, швидкості природних процесів тощо) обов'язково розвиваються ланцюгові реакції, які намагаються нейтралізувати ці зміни. Слід зазначити, що незначна зміна одного показника може спричинити сильні відхилення в інших і в усій екосистемі.

Закон генетичної різноманітності: все живе генетично різне й має тенденцію до збільшення біологічної різнорідності.

Закон мaє важливе значення в природокористуванні; особливо в сфері біотехнології (генна інженерія, біопрепарати), коли не завжди можна передбачити результат нововведень під час вирощування нових мікрокультур через виникаючі мутації або поширення дії нових біопрепаратів не на ті види організмів, на які вона розраховувалася.

Закон константності (сформульований В. Вернадським): кількість живої речовини біосфери (за певний геологічний час) є величина постійна. Цей закон тісно пов'язаний з законом внутрішньої динамічної рівноваги. За законом константності будь-яка зміна кількості живої речовини в одному з регіонів біосфери неминуче призводить до такої ж за обсягом зміни речовини в іншому регіоні, тільки із зворотним знаком.

Наслідком цього закону є правило обов'язкового заповнення екологічних ніш. Закон кореляції (сформульований Ж. Кюв'є): в організмі як цілісній системі всі його

частини відповідають одна одній як за будовою, так і за функціями. Зміна однієї частини неминуче ви кликає зміни в інших.

Закон максимізації енергії (сформульований Г. і Ю. Одумами та доповнений М. Реймерсом): у конкуренції з іншими системами зберігається та з них, яка найбільше сприяє надходженню енергії та інформації й використовує максимальну їх кількість найефективніше. Для цього така система, здебільшого, утворює накопичувачі(сховища) високоякісної енергії, частину якої витрачає на забезпечення надходження нової енергії, забезпечує нормаль ний кругообіг речовин і створює механізми регулювання, підтримки, стійкості системи, її здатності пристосовуватися до змін, налагоджує обмін з іншими системами. Максимізація – це підвищення шансів на виживання.

Закон максимуму біогенної енергії(закон Вернадського – Бауера): будь-яка біологічна та «біонедосконала» система з біотою, що перебуває в стані «стійкої нерівноваги» (динамічно рухливої рівноваги з довкіллям), збільшує, розвиваючись, свій вплив на середовище.

У процесі еволюції видів, твердить Вернадський, виживають ті, які збільшують біогенну геохімічну енергію. На думку Бауера, живі системи ніколи не перебувають у стані рівноваги й виконують за рахунок своєї вільної енергії корисну роботу проти рівноваги, якої потребують закони фізики та хімії за існуючих зовнішніх умов.

Разом з іншими фундаментальними положеннями закон максимуму біогенної енергії є основою для розробки стратегії природо користування.

Закон мінімуму (сформульований Ю. Лібіхом): стійкість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. Якщо кількість і якість екологічних факторів близькі до необхідного організму мінімуму, він виживає, якщо менші

62

за цей мінімум, організм гине, екосистема руйнується. Тому під час прогнозування екологічних умов або виконання експертиз дуже важливо визначити слабку ланку в житті організмів.

Закон обмеженості природних ресурсів: усі природні ресурси, в умовах Землі вичерпні. Планета є природно обмеженим тілом і на ній не можуть існувати безконечні складові частини.

Закон однонаправленості потоку енергії: енергія, яку одержує екосистема й яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їх біомасою необоротно передається консументам першого, другого, третього та інших порядків, а потім редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні в результаті процесів, які супроводжують дихання. Оскільки в зворотний потік (від редуцентів до продуцентів) потрапляє дуже мало початкової енергії (не більше 0,25 %), термін «кругообіг енергії» є досить умовним.

Закон оптимальності: ніяка система не може звужуватися або розширюватися до безконечності. Ніякий цілісний організм не може перевищити певні критичні розміри, які забезпечують підтримку його енергетики. Ці розміри залежать від умов живлення та факторів існування.

У природокористуванні закон оптимальності допомагає знайти оптимальні з точки зору продуктивності розміри для ділянок полів, вирощуваних тварин, рослин. Ігнорування закону – створення величезних площ монокультур, вирівнювання ландшафту масовими забудовами тощо – призвело до неприродного одноманіття на великих територіях і викликало порушення в функціонуванні екосистем, екологічні кризи.

Закон розвитку довкілля: будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально-енергетичних й інформаційних можливостей навколишнього середовища. Абсолютно ізольований саморозвиток неможливий – це висновок з законів термодинаміки.

Дуже важливими є наслідки закону. 1. Абсолютно безвідхідне виробництво неможливе. 2. Будь-яка більш високоорганізована біотична система в своєму розвитку є

потенційною загрозою для менш організованих систем. Тому з біосфері Землі неможливе повторне зародження життя – воно буде знищене вже існуючими організмами.

3. Біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх і космічних ресурсів.

Закон зменшення енерговіддачі в природокористуванні: у процесі одержання з природних систем корисної продукції з часом (у історичному аспекті) на її виготовлення в середньому витрачається дедалі більше енергії (зростають енергетичні витрати на одну людину). Так, нині витрати енергії на одну людину за добу майже в 60 разів більші, ніж у часи наших далеких предків (кілька тисяч років тому). Збільшення енергетичних витрат не може відбуватися безконечно. Його можна й слід розраховувати, плануючи свої стосунки з природою з метою їх гармонізації.

Закон сукупної дії природних факторів (закон Мітчерліха–Тінемана–Баулє): обсяг урожаю залежить не від окремого, не хай навіть лімітуючого фактора, а від усієї сукупності екологічних факторів одночасно. Частку кожного фактора в сукупній дії нині можна підрахувати. Закон має силу за певних умов – коли вплив монотонний і максимально виявляється кожний фактор за незмінності інших у тій сукупності, що розглядається.

63

Закон грунтостомлення (зменшення родючості): поступове зниження природної родючості грунтів відбувається через тривале їх використання й порушення природних процесів ґрунтоутворення, а також внаслідок тривалого вирощування монокультур (в результаті накопичення токсичних речовин, що виділяються рослинами, залишків пестицидів й мінеральних добрив).

Закон фізико-хімічної єдності живої речовини (сформульований В.І. Вернадським): уся жива, речовина Землі має єдину фізико-хімічну природу. З цього випливає, що шкідливе для однієї час тини живої речовини шкодить й іншій її частині, тільки, звичайно, різною мірою. Різниця полягає лише в стійкості видів до дії того чи іншого агента. Крім того, через наявність у будь-якій популяції більш чи менш стійких до фізико-хімічного впливу видів швидкість відбору за витривалістю популяцій до шкідливого агенту прямо пропорційна швидкості розмноження організмів і чергування поколінь. Через це тривале вживання пестицидів екологічно неприпустиме, бо шкідники, які розмножуються значно швидше, швидше пристосовуються й виживають, а обсяги хімічних за бруднень доводиться дедалі збільшувати.

Закон екологічної кореляції: в екосистемі, як і в будь-якій іншій, всі види живої речовини й абіотичні екологічні компоненти функціонально відповідають одне одному. Випадіння однієї час тини системи (виду) неминуче призводить до вимикання пов'язаних з нею інших частин екосистеми й функціональних змін.

Науковій громадськості широко відомі також чотири закони екології американського вченого Б. Коммонера:

1) все пов’язане з усім; 2) все мусить кудись діватися; 3) природа «знає» краще; 4) ніщо не минається даремно (за все треба платити). Як зазначає М. Реймерс, перший закон Б. Коммонера близький за змістом до закону

внутрішньої динамічної рівноваги, другий – до цього ж закону та закону розвитку природної системи за рахунок довкілля, третій – застерігає нас від самовпевненості, четвертий – знову торкається проблем, які узагальнюють закон внутрішньої динамічної рівноваги, закони константності й розвитку природної системи. За четвертим законом Б. Коммонера ми повинні повертати природі те, що беремо в неї, інакше катастрофа з часом неминуча.

Таким чином, коло завдань сучасної екології дуже широке й охоплює практично всі питання, що торкаються взаємовідносин людського суспільства та природного середовища, а також проб леми гармонізації цих відносин. З суто біологічної науки, якою була екологія всього якихось 30–40 років тому, сьогодні вона стала багатогранною комплексною наукою, головною метою якої є розробка наукових основ порятунку людства й середовища його існування – біосфери планети, раціонального природокористування та охорони природи. Нині екологічним вихованням охоплюються всі верстви населення на планеті. Пізнання законів гармонії, краси й раціональності природи допоможе людству знайти вір ні шляхи виходу з екологічної кризи. Змінюючи й надалі природні умови (суспільство не може жити інакше), люди будуть змушені робити це обдумано, виважено, передбачаючи далеку перспективу й опираючись на знання основних екологічних законів.

64

Запитання для самоперевірки

1. Які екологічні фактори Ви знаєте та в чому виражається їх прояв? 2. Що таке стенобіонти і еврибіонти? Як їх поділяють в залежності від конкретного

фактора? 3. В чому полягає зміст лімітуючого фактора? 4. Розкрийте зміст "сумаційного" ефекту при комплексній дії екологічних факторів. 5. В чому полягає принцип конкурентного виключення (принцип Гаузе)? 6. Що таке екологічна ніша? Дайте визначення і наведіть приклади. 7. Які критерії визначення екологічної ніші Ви знаєте? 8. Що таке фундаментальна і реалізована ніші? 9. Що називають екологічною диверсифікацією? 10. Що називається екосистемою? 11. Яка структурна будова біоценозу і яка може бути його найпростіша структурна

будова? 12. Що називається біоценозом, біотопом і біогеоценозом, видом, популяцією? 13. Що таке автотрофи і гетеротрофи? 14. Які види екосистем Ви знаєте? Наведіть приклади. 15. В чому полягає сутність сукцесії? 16. Що називається трофічним ланцюгом (сіткою). 17. Від чого залежить біомаса біосфери, екосистеми? 18. В чому полягає сутність колообігу речовин (води, вуглецю, кисню, азоту,

фосфору, сірки)? 19. В чому полягає різниця ресурсного циклу в природній і антропогенній

екосистемах? 20. В чому полягає сутність біологічної та екологічної рівноваги в біосфері?

65

РОЗДІЛ 5. ЗАБРУДНЕННЯ БІОСФЕРИ

5.1. Забруднення та їх класифікація

Внесення в природне середовище, або виникнення в ньому нових, зазвичай нехарактерних, фізичних, хімічних, інформаційних або біологічних агентів, або перевищення в даний час природного середнього багаторічного рівня впливу перерахованих агентів на середовище, що призводить до негативних (з позицій людини) наслідків, називають забрудненням.

Надлишок одних речовин в природному середовищі або присутність інших призводять до зміни екологічних факторів (змінюються склад атмосфери, води, ґрунту та ін.). При цьому порушуються процеси обміну речовин, знижується інтенсивність асиміляції продуцентів і біопродуктивність біогеоценозу в цілому.

Речовини, які спричиняють забруднення навколишнього природного середовища називають забруднювачами або полютантами.

Забруднення поділяються на: § природні, викликані будь-якими природними, катастрофічними чинниками

(повені, виверження вулканів, селевий потік і ін.), § антропогенні, які виникають внаслідок діяльності людей. За масштабами дії розрізняють такі забруднення біосфери: § локальне – характерне для міст, крупних промислових і транспортних

підприємств, районів видобутку корисних копалин, крупних тваринницьких комплексів і т. п.;

§ регіональне – охоплює значні території і акваторії як результат впливу крупних промислових районів;

§ глобальне – поширюється на великі відстані від місця виникнення і справляє несприятливий вплив на крупні регіони, аж до загальнопланетарного впливу (найчастіше пов'язане з викидами в атмосферу).

5.2. Природне забруднення біосфери. Екологічні кризи та катастрофи Забруднення біосфери в кінцевому підсумку призводить до екологічної кризи чи

катастрофи. В історії планети багато прикладів екологічних криз і катастроф різного масштабу, які

були наслідком виникнення різних природних ситуацій, раптових істотних змін умов існування, різких змін фізичних, хімічних чи біологічних факторів, як окремих, так і разом узятих, шо спричиняли загибель багатьох видів і популяцій живих організмів і навіть цілих екосистем, а також істотно змінювали генотипічний склад біосфери.

Екологічні кризи і катастрофи – це порушення природної екологічної рівноваги, втрата стійкості біологічними системами.

Екологічна криза – це ситуація, що виникає в природних системах в результаті порушення рівноваги під дією стихійних природних явищ або в результаті дії антропогенних факторів, не руйнує систему повністю, а приводить її в стан нестійкості, з

66

якого можливий вихід до зміни рівня функціонування або управління системою, або до загибелі системи. Таким чином, криза може бути і оборотною.

Екологічна катастрофа – це необоротний комплекс змін в природній системі, які ведуть до її руйнування і зникнення. При катастрофі порушується одночасно велика кількість взаємозв'язків, припиняє функціонувати системоформуючий фактор, і система, як така, перестає існувати.

Катастрофи в біосфері за час її існування бували рідко і не залишали генотипічних слідів, бо призводили до вимирання великої кількості видів. Після цього вимирання відбувалися великі еволюційні перебудови, з'являлися нові види, що значно відрізнялисяза своєю організацією від попередніх.

Причинами катастроф були безповоротні природні явища (локальні посухи, мори), а також перебудови (передусім кліматичні) в усій біосфері, пов'язані з періодами горотворення, глобальних потеплінь або похолодань, утворення, руху або танення льодовиків. Під час тих древніх катастроф вимирало більше половини усіх видів, що живуть на Землі, причому зникали клімаксні (стійкі) співтовариства і планета заселялася як би наново, вже іншими видами, якими починалися нові (первинні) сукцесійні ряди.

В наші дні більше 90% світових стихійних лих приходиться на повені, урагани, землетруси і посухи. 10%, що залишилися, в сумі складають сіли, цунамі, торнадо, снігопади і т. п. За матеріальними збитками для людини найбільш значущими є повені, а за числом людських жертв – урагани.

Природні катастрофи спричиняються екзогенними й ендогенними факторами, тобто зовнішніми навколоземними або космічними та внутрішніми силами Землі, зумовленими процесами в її надрах. Зовнішні та внутрішні сили тісно пов´язані між собою, розвиток одних часто стимулює появу інших.

До зовнішніх сил природи, здатних призвести до катастрофічних наслідків для екосистем, належать:

§ зміни магнітного, електричного, гравітаційного полів і радіаційного поясу, спричинені явищами, що відбуваються в космічному просторі (спалахи наднових зірок, проходження поблизу Землі великих космічних тіл);

§ падіння на Землю великих метеоритів; § урагани; повені; цунамі; сильні посухи; страшні зливи; зсуви; осипи; селі;

обвали. Внутрішніми силами Землі викликаються надзвичайні екологічні ситуації: § виверження вулканів; § землетруси; § переміщення велетенських мас гірських порід через утворення в земній корі

великих розломів тощо. Наслідками найбільших катастроф були регіональні або глобальні кліматичні зміни,

загибель багатьох живих істот, зміни розвитку різних видів, популяцій і родів, мутації організмів. Палеонтологам і палеогеографам добре відомі такі «критичні епохи» в розвитку біосфери – на початку й наприкінці палеозойської ери, на межі мезозою й кайнозою та ін.

Різкі кліматичні зміни, а також катастрофічні зміни геофізичних полів Землі можуть

бути наслідком таких грізних космічних явищ, як спалахи наднових зірок: деякі зірки

67

раптово спалахують і починають випромінювати світла в мільйони разів більше, ніж до спалаху.

Визначено, що вибух наднової зірки супроводжується дуже потужними потоками ультрафіолетового й рентгенівського випромінювання, згубного для всього живого, а також космічних променів високої енергії.

На біосферу Землі має значний вплив, перш за все, сонячна активність. Внаслідок

періодичних вибухів на Сонці, спалахів у його хромосфері відбувається збурення геофізичних полів Землі, що є причиною появи полярних сяйв, магнітних бур та ін.

Багато неспростованих даних свідчать про те, що багато явищ на Землі і в біосфері тісно пов’язані з активністю Сонця. Так, різке збільшення чисельності окремих видів і популяціїй (“хвилі життя”) – це результат зміни сонячної активності. Існує думка, що сонячна активність впливає також на багато геологічних процесів (катастрофи, катаклізми), а також на соціальну активність людського суспільства.

На розвиток життя має великий вплив магнітне поле Землі. Магнітне поле захищає

життя на планеті від йонізуючого сонячного і космічного випромінювання, яке згубно впливає на тканини та генетичний апарат організмів. Під дією зменшення напруженості магнітного поля в тканинах організмів виникають необоротні зміни та розвивається безпліддя.

Як засвідчують геофізики, в геологічній історії Землі, магнітне поле неодноразово зменшувало напруженість і навіть північний і південний полюси мінялися місцями. Такі інверсії відбувалися неодноразово.

За останні століття щільність магнітного поля Землі значно знизилася. Вплив цього в 1989 році відчули на собі жителі сходу Канади. Сонячні вітри прорвалися через слабкий магнітний щит і викликали значні пошкодження в електричних мережах, залишивши Квебек без світла на дев'ять годин.

Без магнітного поля сонячний вітер і плазма від сонячних спалахів досягатимуть верхніх шарів атмосфери, нагріваючи її і викликаючи катастрофічні зміни клімату.

Крім того, це призведе до стрибкоподібного підвищення рівня сонячної радіації. Космічні промені уб'ють усе живе або викличуть мутації. З ладу вийдуть усі електричні, навігаційні і комунікаційні прилади і супутники, що знаходяться на земній орбіті. Мігруючі тварини, птахи і комахи втратять здатність до орієнтації.

З давніх часів до наших днів на Землі періодично відбуваються грандіозні катастрофи,

спричинені падінням космічних тіл (великих метеоритів, астероїдів, комет). Учені виявили на поверхні Землі багато слідів таких катастроф у вигляді велетенських метеоритних кратерів – лійкоподібних заглиблень діаметром у десятки й навіть сотні кілометрів.

Наприклад, в Україні, біля села Болтишка Кіровоградської області, знайдено заповнений осадовими породами кратер діаметром 25 км – слід падіння метеорита, що сталося близько 100 млн. років тому.

Ще більший кратер – діаметром близько 100 км – знайдено в Сибіру, в басейні річки Хатанга. Підраховано: енергія цього колосального удару, внаслідок якого уламки скель діаметром до 20 м було розкидано на відстань понад 40 км від кратера, дорівнювала енергії

68

вибуху 120 млн. атомних бомб, що за потужністю відповідають скинутим на Хіросіму й Нагасакі.

Учені вважають, що більшість космічних тіл падала у Світовий океан, і це також призводило до значних катастроф (утворення велетенських хвиль – цунамі, небачені за силою й тривалістю зливи, грози, запилення атмосфери й пов´язані з цим кліматичні зміни).

Останній досить великий метеорит упав на Землю в районі Аризони (США) 50 тис. років тому. Тут утворився кратер діаметром 1200 м і завглибшки 180 м.

Тунгуське явище в Сибіру 1908 р. (деякі вчені вважають, що це було не падіння метеорита, а вибух в атмосфері ядра невеликої комети) спричинило величезну пожежу й виламування лісу в тайзі на площі в кілька сотень квадратних кілометрів. Лише безлюдність сибірської тайги врятувала від трагічних наслідків.

Такі катастрофічні події природного характеру, як землетруси, виверження

вулканів, тайфуни та інші, мають локальний характер і вплинути на еволюцію біосфери в цілому не можуть. Урагани (тайфуни, тропічні циклони) утворюються над теплими водами Світового океану, в його тропічній зоні, й найбільшої шкоди завдають країнам басейну Карибського моря, Бангладеш, Індонезії, Філіппінам. За даними світової статистики, лише за 1960–1980 рр. 20 ураганів у різних районах світу позбавили життя 350 тис. чоловік і завдали матеріальних збитків на суму понад 5 млрд. доларів.

5.3. Антропогенне забруднення біосфери Основними джерелами антропогенного забруднення навколишнього природного

середовища є промисловість, сільське та комунальне господарство. Серед забруднювальних промислових об'єктів найбільший внесок роблять підприємства енергетичної галузі (ТЕС, ГРЕС, АЕС, котельні), промислові об'єкти металургійної, нафтопереробної, хімічної та целюлозно-паперової промисловості, а також цементні та інші заводи будівельної індустрії. Великими забрудниками довкілля є військово-промисловий комплекс, гірничозбагачувальна промисловість та автомобільний, повітряний, морський, річковий і залізничний види транспорту.

Антропогенні забруднення за типом походження поділяють на механічні, хімічні, фізичні й біологічні.

Механічі забруднення – це різні предмети у воді й ґрунті, а також тверді частинки різної величини.

Хімічні забруднення – це різноманітні чужі природні штучні хімічні речовини (рідкі, тверді та газоподібні), які утворилися в наслідок хімічної реакції в хімічній, металургійній чи інших галузях господарства.

Біологічні (мікробіологічні) забруднення – різні організми, що з’явилися завдяки життєдіяльності людства (бактеріологічна зброя, нові віруси), а також катастрофічне розмноження рослин чи тварин, переселених з одного середовища в інше людиною.

Фізичні забруднення – це зміни теплових, електричних, радіаційних та світлових полів у природному середовищі, а також шуми, вібрації і гравітаційні сили, спричинені людською діяльністю.

69

Згідно іншої класифікації техногенні забруднення поділяють на дві основні групи: матеріальні та енергетичні. До матеріальних належать викиди в атмосферу (газоподібні, рідкі, тверді і мішані), стічні води (умовно чисті й брудні) та тверді відходи (не токсичні і токсичні). До енергетичних віднесені теплові викиди, шум, вібрація, ультразвук, електромагнітні поля, світлове, лазерне, інфракрасне, ультрафіолетове, іонізуюче та електронне випромінювання.

5.3.1. Характеристика хімічних забруднювачів Оксид вуглецю (СО) або чадний газ – немає кольору та запаху й є одним з

найпоширеніших забруднювачів повітря. При концентрації в повітрі більше 1% він негативно впливає на рослини, тварин і людину, понад 4% – спричиняє смерть. Токсичність чадного газу полягає в тому, що потрапляючи в кров, він позбавляє еритроцити (червоні кров’яні тільця) здатності транспортувати кисень, настає кисневе голодування, задуха, запаморочення й навіть і серцево-судинної систем, а також сприяє розвитку атеросклерозу.

Оксиди азоту (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5) – для людини значно небезпечні, ніж оксид вуглецю. У повітря викидаються переважно підприємствами, що виробляють азотну кислоту, целулоїд, анілінові фарби та віскозний шовк. З’єднуючись з водою в дихальних шляхах, вони утворюють азотну та азотисту кислоти, що спричиняє сильні подразнення слизових оболонок і тяжкі захворювання. Вони поглинаються листям рослин, які втрачають після цього кормові якості та хворіють.

Токсичні вуглеводні (парафіни, нафтени, ароматичні, бензпірен і ін.). Надзвичайно шкідливими є ненасичені (олефінові) вуглеводні, які складають 35% загальної кількості вуглеводневих викидів. Вуглеводневі сполуки спричиняють утворення смогу – фотохімічного туману у великих містах.

Сірчаний ангідрид (SO3) Сірчаний ангідрид присутній в районах хімічної, нафтохімічної та металургійної промисловості, ТЕС, котелень, коксохімічних і цементних заводів. Сірчаний ангідрид дуже шкідливий і для рослин, оскільки легко ними засвоюється та порушує їх життєдіяльність.

Сірчистий ангідрид (SO2) При високих концентраціях швидко зникає хлорофіл в рослинах, клітини розриваються і спостерігається некроз тканин, які набувають коричневого кольору. При інтенсивнішій дії сірчаного газу може спостерігатися майже повний некроз молодих голок хвойних дерев і їх повне опадіння. Диоксид сірки і інші її сполуки подразнюють слизову оболонку очей і дихальні шляхи. Тривала дія малих концентрацій цього газу призводить до виникнення хронічного гастриту, гепатопатії, бронхіту, ларингиту і інших хвороб.

Сірководень (H2S) і сірковуглець (CS2) Характерною ознакою цих забруднювачів є різкий, неприємний, подразливий запах і висока токсичність (вони в 100 разів токсичніші за сірчаний газ). В атмосфері сірководень повільно окислюється до сірчаного ангідриду.

Сірководень утворюється в природі в результаті діяльності вулканів та сульфатредукуючих бактерій. Дія останніх спостерігається в місцях з недостатнім киснем – донні виклади річок, боліт, озер і морів, в портах і районах стоку забруднених вод з суші, в каналізаційних мережах міст. Якщо цей сірководень утворює чорні сульфідні сполуки, то він не шкідливий. Вільний сірководень дуже небезпечний. Він має різкий запах тухлих яєць, добре розчиняється у воді. У значних кількостях він призводить до запалення трахеї,

70

бронхів, легенів і навіть до смерті. Внаслідок тривалої дії незначних концентрацій сірководню виникають подразнення шкіри, сип, фурункули. Одне-два вдихання газу високих концентрацій викликає параліч органів дихання та смерть.

Сполуки хлору В атмосфері ці сполуки знаходяться у вигляді молекулярного хлору та хлориду водню; 84% сумарної кількості сполук хлору і атмосфері сконцентровано в районах, де сильно розвинена промисловість. Вільний хлор і його сполуки діють на нюх, світлову чутливість очей, порушують ритм дихання.

Сполуки фтору В повітрі вони містяться у вигляді газоподібних HF або пилуватих часток флюориту. Надлишки фтору (накопичуються в рослинах, а через рослинний корм – у тваринах) призводять до швидкого псування зубів, кісток, зниження діяльності молочних залоз, некрозу нирок, пошкодження кишок. Сполуки фтору викликають різке подразнення шкіри і слизових оболонок. При їх тривалій дії можливе виникнення носових кровотеч, нежиті, кашлю, пневмоскмеротичних змін в легенях.

Важкі метали: Свинець може міститься в ґрунтах, воді і в повітрі. Сполуки свинцю, які дуже

шкодять здоров’ю людини, знаходяться також у свинцевих фарбах, свинцевих покриттях водогінних труб, різних прокладках, ізоляціях електрокабелів тощо. Наявність незначної кількості свинцю призводить до тяжких захворювань, зниження інтелектуального розвитку, перезбудження, розвитку агресивності, неуважності, глухоти, безпліддя, затримки росту, порушень вестибулярного апарату тощо. З м’яких тканин свинець поступово виводиться, а з кісток скелета – дуже повільно (десятки років). Органічні сполуки свинцю надходять у організм людини через шкіру, слизові оболонки, з водою та їжею, а неорганічні – через дихальні шляхи.

Кадмій є досить отруйною речовиною, незначні концентрації якої призводять до серйозних захворювань нервової системи, кісткових тканин, а тривала дія навіть до смерті. Виявлено, що в природне середовище кадмій надходить переважно в результаті антропогенної діяльності. Потрапляючи в ріки, кадмій далі виноситься в море, де накопичувається в морських рослинах, планктоні, кістках риб.

Ртуть Особливо токсичними є органічні сполуки ртуті: метілртуть, етилртуть тощо. Потрапляючи в організм, вона циркулює з кров’ю і, з’єднуючись білками, частково відкладається в печінці, селезінці та тканинах мозку. Ртуть, що потрапила в організм внаслідок разового отруєння, виводиться сечогінними засобами дуже повільно – протягом трьох-чотирьох місяців.

Дуже небезпечними для здоров’я людини є радіонукліди. Постійна дія радіоактивних речовин навіть в малих дозах порушує нервову діяльність, функції полових залоз, шлунково-кишечного тракту, органів дихання, викликає розлад в роботі надпочечників, гіпофізу і щитовидної залоз, змінює формені елементи крові і діяльності серцево-судинної системи, а в деяких випадках виникає і канцерогенний ефект.

5.3.2. Фізичні забруднення біосфери Фізичне забруднення пов'язане з відхиленням за межі нормального діапазону

коливань параметрів (рівня) фізичних абіотичних факторів середовища існування. Теоретично це відноситься абсолютно до всіх кліматичних і топографічних екологічних факторів. Реально у наш час відчувається антропогенна дія на такі фізичні фактори, як

71

температура, рівень звуку і вібрації, інтенсивність різних електромагнітних випромінювань, включаючи іонізуюче і світлове.

Теплове забруднення. Воно є результатом розсіювання в природному середовищі теплоти, що виділяється в різних теплових процесах, перш за все пов'язаних із спалюванням палива. За існуючими оцінками щороку в світі спалюється до 5 млрд т вугілля, 3,2 млрд т нафти, тобто вивільняється більше 2×1020 Дж теплової енергії, яка міняє температурний режим повітряного і водного середовища, а також динаміку процесів, що відбуваються там.

Шумове (акустичне) забруднення. Воно виникає в результаті відхилення (в основному збільшення) інтенсивності і повторюваності звукових коливань за межі природного діапазону. Шумом називають будь-які звуки, що заважають життєдіяльності організмів.

Загалом шум – це хаотичне накопичення звуків різної частоти, сили, висоти, тривалості, які виходять за межі звукового комфорту. Одиницею вимірювання шуму є Бел – відношення діючого значення звукового тиску до мінімального значення, котре сприймається вухом людини. На практиці використовується десята частина цієї фізичної одиниці – децибел (дБ).

Оскільки адаптація організмів до шуму практично неможлива, шуми є серйозним забрудником середовища існування.

Для людини шум – загальнобіологічний подразник, який за певних умов може впливати на всі органи і системи організму (включаючи нервову систему, зір, вестибулярний апарат, травлення, обмін речовин і т. п.).

Вібраційне забруднення. Вухо людини звукові хвилі частотою нижче 16 Гц сприймає не як звук, а як вібрацію.

Вібрації – це тремтіння або струс всього тіла чи окремих його частин під час різних робіт (бетоноукладання, пневмо-електроподрібнення порід чи шляхового покриття, роботи в шахтах з відбійним молотком, розпилювання матеріалів тощо).

Таке забруднення є близьким до шумового і характеризується значною мірою аналогічними показниками. Основна відмінність полягає в тому, що вібрація поширюється лише в твердих тілах, а звук – в будь-яких середовищах. Тому на живі організми вібрація впливає лише при поверхневому контакті через опорні поверхні. У людини під дією вібрації розвивається особлива вібраційна хвороба.

Електромагнітне забруднення. Воно виникає в результаті зміни властивостей середовища і значного (деколи в сотні разів) перевищення інтенсивності випромінювання антропогенних джерел відносно природного фонового випромінювання.

Потужні антропогенні джерела електромагнітного випромінювання – сучасні високовольтні лінії електропередач (ЛЕП) з відкритими розподільними пристроями, електротранспорт, телерадіоцентри і ретранслятори, радіолокатори, радіотехнічне і радіотрансляційне устаткування систем управління повітряним рухом, навігацією і посадкою в авіації, об'єкти систем протиповітряної оборони, а також інші цивільні і військові пристрої і об'єкти.

Спеціальні дослідження показали, що технічно найперспективнішими є лінії надвисокої та ультрависокої напруги (750–1150 кВ), які становлять небезпеку. Навколо них утворюються потужні електромагнітні поля, які негативно впливають на людину, порушують природну міграцію тварин, процеси росту рослин тощо.

72

Іонізуюче (радіаційне) забруднення біосфери. Це забруднення пов'язане з перевищенням природного рівня іонізуючого випроміненя. Воно з’явилось в 1933 р., коли приступили до планомірних робіт по вивченню радіоактивності.

Іонізуюче забруднення включає і радіоактивне забруднення середовища внаслідок перевищення природного рівня вмісту радіоактивних речовин.

Нині головними джерелами радіоактивних забруднень біосфери є радіоактивні аерозолі, які потрапляють в атмосферу під час випробувань ядерної зброї, аварій на АЕС та радіоактивних виробництвах, а також радіонукліди, що виділяються з радіоактивних відходів, захоронених на суші й на морі, з відпрацьованих атомних реакторів і устаткування.

За силою та глибиною впливу на організм іонізуюче випромінювання вважається найсильнішим. Різні організми мають неоднакову стійкість до дії радіоактивного опромінення, навіть клітини одного організму мають різну чутливість. Кінцевий результат опромінення (крім віддалених наслідків) залежить не стільки від повної дози, скільки від її потужності, тобто часу, протягом якого вона накопичена, а також від характеру її розподілу.

Використання атомної енергії тягне за собою великі проблеми, головні з яких, – утилізація відпрацьованого ядерного палива і аварії з витоком в природне середовище радіоактивних речовин.

Проблема переробки радіоактивних відходів виникла одночасно з початком освоєння атомної енергії, але до цього часу не знайдено промислових методів утилізації найбільш небезпечних видів радіоактивних відходів.

5.4. Нормування якості навколишнього середовища Система екологічних нормативів включає: § нормативи екологічної безпеки:

- гранично допустимі концентрації забруднюючих речовин у навколишньому середовищі,

- гранично допустимі рівні акустичного, електромагнітного, радіаційного та іншого шкідливого впливу на навколишнє середовище,

- гранично допустимий вміст шкідливих речовин у продуктах харчування, § гранично допустимі викиди та скиди у навколишнє середовище

забруднювальних хімічних речовин, § рівні шкідливого впливу фізичних та біологічних факторів. Нормативи гранично допустимих концентрацій забруднювальних речовин у

навколишньому середовищі та рівні шкідливих фізичних впливів на нього є єдиними для всієї території України.

Для послаблення впливу шкідливих речовин на організм людини, для визначення ступеня забрудненості довкілля та впливу на рослинні та тваринні організми, проведення екологічної експертизи стану навколишнього середовища або окремих об’єктів чи районів нині в усьому світі користуються таким поняттям, як якість природного середовища.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) належать до показників якості навколишнього середовища стосовно здоров’я людини. ГДК вмісту шкідливих речовин, а

73

також шкідливих мікроорганізмів та інших біологічних речовин належать до нормативів санітарно-гігієнічного характеру.

Цей вид нормування охоплює не тільки екологічну, але й виробничу, житлово-побутову сфери життя людини.

Гранично допустима концентрація (ГДК) – показник безпечного рівня вмісту шкідливих речовин в навколишньому середовищі.

Відповідає максимальній кількості шкідливої речовини в навколишньому середовищі (в одиниці об’єму повітря, води; маси харчових продуктів, ґрунту), яка не викликає будь-яких змін в організмі людини і несприятливих спадкових змін у нащадків при постійному контакті або взаємодії за певний проміжок часу, а також не призводить до порушення нормального відтворення основних ланок екологічної системи природного об'єкта.

В основу нормування всіх забруднювачів у нормативах різних країн покладено визначення ГДК у різних середовищах. За основу приймають найнижчий рівень забруднення, що ґрунтується на санітарно-гігієнічних нормах.

Для різних середовищ ГДК одних і тих самих токсикантів різняться. Нормативи ГДК у нашій країні єдині і обов’язкові для усіх підприємств і структур,

незалежно від форм власності й підпорядкованості. Під час визначення ГДК враховують не лише ступінь впливу на здоров’я людини, але

і їх дію на диких та свійських тварин, рослини, гриби, мікроорганізми й природні угруповання в цілому.

Результати найновіших досліджень свідчать, що нижніх безпечних меж впливів канцерогенів та іонізуючої радіації не існує. Будь-які дози, що перевищують звичайний природний фон, є шкідливими.

Концентрацію наявних у повітрі, воді чи ґрунті шкідливих домішок на певний час на певній території називають фоновою концентрацією. Контроль за якістю біосфери здійснюється зіставленням фонової концентрації з гранично допустимою:

1£ГДКСф

Гранично допустимима концентрація шкідливих речовин у повітрі

Нормативами забруднення повітря визначені граничні межі вмісту шкідливих речовин як у виробничій зоні (призначена для розташування промислових підприємств, дослідних виробництв, науково-дослідних інститутів тощо), так і у селітебній зоні (призначена для розташування житлового фонду, громадських будівель і споруд тощо) населених пунктів.

Для повітряного середовища існує декілька видів ГДК. Так, передусім відрізняють нормативи ГДК шкідливих речовин в повітрі робочої зони (ГДКр.з.) і ГДК тих же речовин в атмосферному повітрі населеного пункту (ГДКн.п.).

Гранично допустима концентрація шкідливої речовини в повітрі робочої зони (ГДКр.з.) – це така її концентрація, яка за щоденного 8-годинного перебування на роботі (або іншій тривалості робочого дня, однак не більше 41 години на тиждень) не призводить до зниження працездатності чи захворювання в період трудової діяльності та у наступний період життя, а також не справляє негативного впливу на здоров'я нащадків.

Робочою зоною вважається простір заввишки 2 м над рівнем підлоги або робочої площини, на якій розташовані місця постійного або тимчасового перебування працюючих.

74

Для повітря на території підприємства вважається допустимим присутність шкідливих речовин з максимальною концентрацією не більше 30% від їх допустимої концентрації в робочій зоні, тобто:

ГДКт.п. = 0,3 · ГДКр.з.

Це дозволяє використовувати атмосферне повітря поза виробничими приміщеннями для вентиляції робочих зон усередині них.

Гранично допустима концентрація в атмосферному повітрі населених пунктів

(ГДКн.п.) – це максимальна концентрація шкідливої речовини в атмосфері, віднесена до певного часу усереднювання, яка при періодичній дії або упродовж усього життя людини не чинить на нього шкідливої дії, включаючи віддалені наслідки, а також не впливає на довкілля в цілому. ГДКн.п. враховує перебування людей цілодобово.

Значення нормативів ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі санаторно-курортних зон приймається чисельно на 20% менше, ніж для звичайних населених пунктів:

ГДКс.к.з = 0,8 · ГДКн.п.

ГДКн.п. менша за ГДКр.з., оскільки ГДКн.п. визначає безпечне перебування людини при необмеженому в часі вдиханні забруднюючої речовини, а ГДКр.з. – обмежене перебування людини в забрудненій зоні.

Всі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони порівнюються з

максимальними разовими (протягом 20 хв.), а в повітрі населеного пункту – із середньодобовими за 24 години.

Для більшості речовин, що забруднюють атмосферу, встановлюють дві гранично

допустимі концентрації – максимально разову (ГДКм.р.) та середньодобову (ГДКс.д.). Максимально разова ГДК шкідливої речовини в атмосферному повітрі – це така її

концентрація у повітрі, яка не викликає рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, зміни біоелектричної активності головного мозку, світлової чутливості очей тощо) при короткочасному вдиханні повітря протягом 20 хвилин.

Поняття ГДКм.р. використовується при встановленні науково-технічних нормативів гранично допустимих викидів забруднюючих речовин. Внаслідок розсіювання шкідливих домішок у повітрі за несприятливих метеорологічних умов на межі санітарно-захисної зони підприємства концентрація шкідливої речовини в будь-який момент часу має не перевищувати ГДКм.р.

Середньодобова ГДК шкідливої речовини в атмосферному повітрі – це така її концентрація в повітрі, яка не справляє на людину та майбутні її покоління прямого або опосередкованого негативного впливу, не знижує працездатності, не погіршує самопочуття та санітарно-побутові умови життя при щоденному необмежено тривалому споживанні людиною повітря.

Отже, середньодобова ГДК встановлюється для запобігання негативного впливу на людський організм протягом цілодобового використання повітря.

ГДКс.д. розрахована на всі групи населення і на невизначено довготривалий період впливу, а отже, як наслідок, є найжорсткішим санітарно-гігієнічним нормативом, який

75

встановлює концентрацію шкідливої речовини у повітряному середовищі. Саме тому величина ГДКс.д. застосовується для оцінки стану повітряного середовища в селітебній зоні населеного пункту.

За ступенем дії на організм людини шкідливі речовини поділяються на чотири класи небезпеки:

§ I клас – надзвичайно небезпечні – ГДКр.з. < 0,1 мг/м3; § II клас – високонебезпечні – ГДКр.з. 0,1–1,0 мг/м3; § III клас – помірно небезпечні – ГДКр.з. 1,1–10,0 мг/м3; § IV клас – малонебезпечні – ГДКр.з. > 10,0 мг/м3. За наявності в повітрі (чи воді) кількох забруднювачів, які можуть справляти подібний

несприятливий вплив на організм, враховують ефект сумації їх шкідливої дії, або синергізму. Його мають фенол і ацетон; валеріанова і капронова кислоти; озон, діоксид азоту і формальдегід; сірчистий ангідрид та сірководень та ін.

Якщо у повітряному середовищі одночасно знаходиться декілька речовин, які чинять подібний несприятливий вплив або одна речовина підсилює негативну дію іншої, санітарний стан повітря визначають за правилом сумуючої дії, згідно з яким сума відношень фактичних концентрацій до ГДК не повинна перевищувати 1.

С1/ГДК1 + С2/ГДК2 + … + Сn/ГДКn ≤ 1,

де С1, С2, …, Сn – фактичні концентрації забруднювачів, мг/м3 (мг/дм3); ГДК1, ГДК2, …, ГДКn – ГДК забруднювачів, мг/м3 (мг/дм3). Дуже шкідливою є сумарна дія таких полютантів, як сірчаний газ, діоксид азоту,

фенол, аерозолі, сірчана H2SO4 та фтористоводнева НF кислоти. Якщо сума відношень більша за 1, то це означає, що санітарний стан не

відповідає нормативним вимогам.

Гранично допустима концентрація шкідливих речовин у воді водних об’єктів

ГДК забруднюючої речовини у водному середовищі – це така її концентрація, при перевищенні якої вода стає непридатною для водокористування певного виду.

Як і для атмосферного повітря, встановлено окреме нормування якості води, хоча принцип тут інший і пов’язаний із категорією водокористування:

1. Господарсько-питного водопостачання населення і підприємств харчової промисловості;

2. Культурно-побутового призначення (для купання, спорту, відпочинку населення); 3. Рибогосподарського призначення – для збереження і відтворення цінних видів риб,

які мають високу чутливість до кисню; 4. Рибогосподарського призначення для інших видів риб. Гранично допустима концентрація забруднюючої речовини у воді водойм

господарчого, культурно-побутового призначення – це така її максимальна концентрація, яка не повинна спричиняти прямої або опосередкованої дії на організм людини протягом усього життя та на здоров’я майбутніх поколінь, і вона не повинна погіршувати гігієнічні умови водокористування.

76

Гранично допустима концентрація забруднюючої речовини у воді водойм рибогосподарського призначення (ГДКвр) – це концентрація шкідливої речовини у воді, яка не повинна чинити шкідливого впливу (безпосередньо або опосередковано) на популяції риб, у першу чергу промислових, або інших водних організмів.

Гранично допустима концентрація шкідливих речовин у грунтах

Гранично допустима концентрація шкідливих речовин у ріллі – це така їх концентрація у поверхневому шарі ґрунту, яка не повинна (безпосередньо або опосередковано) шкідливо впливати на здоров’я людей, на якість продукції, що вирощується людиною для споживання, а також на здатність грунту до самоочищування.

У ґрунтах ГДК шкідливих речовин визначають переважно для орного шару (рілля). Ці норми розроблені для речовин, які можуть мігрувати в атмосфері, ґрунтових водах і негативно впливають на якість сільгосппродукції.

Гранично допустима концентрація шкідливих речовин

у продуктах харчування Для контролю за якістю продуктів харчування встановлюються: § ДЗК (допустимі залишкові кількості) – це максимальні кількості речовини, які

надходячи в організм протягом всього життя, не викликають ніяких порушень у здоров’ї дорослих та дітей.

§ ГДКпр – це гранично допустима концентрація шкідливої речовини в продуктах харчування, яка протягом необмеженого часу (при щоденному впливі) не викликає захворювань або відхилень у стані здоров’я людини.

Санітарно-гігієнічні норми вмісту шкідливих речовин у продуктах харчування стосуються, перш за все, пестицидів та залишків агрохімікатів, а також вмісту важких металів.

Нормування викидів забруднювальних речовин

у навколишнє середовище З метою визначення токсичних речовин, що містяться в атмосферному повітрі у

вигляді газів, пари, аерозолів і пилу, проводять дослідження атмосферних забруднень. Взагалі забруднення токсичними речовинами, які можуть міститися в складному поєднанні, нелегко дослідити і проаналізувати. Дослідження атмосферного повітря пов'язані з визначенням мікрограмових кількостей речовин, тому для його аналізу слід застосовувати високочутливі методи. Проте для оцінки забруднення атмосферного повітря самих визначень концентрації забрудників, нехай навіть і точних, недостатньо. Потрібно ще визначити ГДК, щоб мати можливість порівняти, наскільки визначена концентрація домішок перевищує допустиму межу. Як вже зазначалося, для повітря встановлені ГДКр.з. – гранично допустимі концентрації робочої зони – та ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених місць.

Гранично допустимі концентрації дають змогу сформулювати вимоги до очисних споруд та визначити санітарно-захисну зону. Тому ГДК можна розглядати як один із шляхів запобігання надмірним забрудненням атмосфери. Однак ГДК санкціонують на законних засадах забруднення атмосферного повітря до певної межі. Крім того, слід завжди пам'ятати, що ГДК встановлені для однієї речовини, а на практиці в повітря

77

викидається кілька одночасно. Їх спільну дію не вивчено. Крім того, визначення ГДК проводили на тваринах, і ці дані переносять на людей. А тому все це слід враховувати в практичних умовах, зокрема визначати сумаційний ефект комплексу забруднювальних речовин.

Нормування викидів забруднювальних речовин у навколишнє середовище

виконується шляхом встановлення гранично допустимих викидів (ГДВ) цих речовин в атмосферу.

ГДВ – це маса викидів шкідливих речовин за одиницю часу від одного або сукупності джерел забруднення атмосфери міста чи іншого населеного пункту з урахуванням перспективи розвитку промислових підприємств і розсіювання шкідливих речовин в атмосфері, що створює приземну концентрацію, яка не призводить до перевищення гранично допустимих їх концентрацій (ГДКм.р.) на межі санітарно-захисної зони.

ГДВ (г/с) встановлюється для кожного джерела забруднення атмосфери і для кожного інгредієнту, який надходить до атмосфери з цього джерела.

Розрахунок гранично допустимих викидів проводиться залежно від одночасної роботи кількох джерел викидів (група джерел та одиночне джерело), температури газоповітряної суміші, що виходить з джерела викиду (холодний чи гарячий викид), а також в залежності від форми отвору джерела викидів (круглий чи прямокутний отвір, аераційний ліхтар).

Крім того, при визначенні ГДВ для джерела забруднення атмосфери враховують одержані розрахунковим або експериментальним методом значення фонових концентрацій забруднювальних речовин у повітрі від інших джерел (у тому числі і від автотранспорту) міста або іншого населеного пункту.

Санітарно-захисні зони (СЗЗ) – це ділянки землі навколо підприємств, що

відокремлюють їх від житлових масивів, з метою зменшення їх шкідливого впливу на здоров’я людини.

Ширина СЗЗ залежить від характеру і потужності виробництва, досконалості технологічних процесів, рівня несприятливих чинників, рози вітрів, застосування газо- і пилоочисних пристроїв, наявності протишумових, противібраційних і інших захисних заходів.

Територія СЗЗ повинна бути озеленена, що сприяє зменшенню атмосферних забруднень і зниженню рівня шуму.

При перебуванні промислового підприємства усередині жилої забудови і неможливості забезпечити дотримання розмірів СЗЗ відповідно до нормативів, необхідно забезпечити ступінь очищення пилогазових викидів до рівня ГДК на межі підприємства.

Згідно з санітарними нормами промислові підприємства, теплові і атомні електростанції, санітарно-технічні споруди і інші об'єкти розділені на 5 класів з шириною СЗЗ від 50 до 1000 м (Табл.5.1):

78

Таблиця 5.1. Розміри санітарно-захисних зон

Клас промислових

об'єктів СЗЗ, м Промислові об'єкти

1А 3000 особливо небезпечні об'єкти (АЕС тощо)

1Б 1000

хімічні, нафтопереробні, паперово-целюлозні та металургійні заводи й підприємства, що займаються випалюванням коксу, вторинною переробкою кольорових металів, видобутком нафти, природного газу та кам'яного вугілля

2 500 цементні, гіпсові, вапнякові та азбестові заводи і підприємства, що виробляють свинцеві акумулятори, пластичні маси, видобувають горючі сланці, кам'яне, буре та інше вугілля

3 300

підприємства з виробництва скловати, керамзиту, толю й рубероїду, вугільних виробів для електропромисловості, різних лаків та оліфи, ТЕЦ, заводи залізобетонних виробів, асфальтобетонні, кабельні заводи

4 100

підприємства металообробної промисловості, машинобудівні заводи, електропромисловість з невеликими ливарними цехами, виробництва неізольованого кабелю, котлів, цегли, металевих електродів, будівельних матеріалів з відходів ТЕС

5 50

підприємства легкої промисловості, металообробної промисловості з термічною обробкою без ливарних цехів, виробництва лужних акумуляторів, приладів для електротехнічної промисловості без застосування ртуті й лиття, друкарні, виробництва харчової промисловості, пункти очищення й промивання цистерн, виробництво стиснутих і зріджених продуктів розділення повітря

Межі СЗЗ вздовж траси ліній електропередач (ЛЕП) у населеній місцевості наведені в

таблиці 5.2. Таблиця 5.2. Межі санітарно-захисних зон вздовж траси ЛЕП

Напруга ЛЕП, кВ

Відстань від проекції на землю крайніх фаз проводів,

м

Напруга ЛЕП, кВ

Відстань від проекції на землю крайніх фаз проводів,

м 1150 300 (55) 220 25 750 250 (40) 110 20 500 150(30) 35 15 300 75 (20) до 20 10 (1) Примітка. Значення наведені в дужках є винятковими для сільської місцевості.

79

Нормування скидів забруднювальних речовин у навколишнє середовище

Нормування скидів забруднювальних речовин у навколишнє середовище виконується шляхом встановлення гранично допустимих скидів речовин із стічними водами у водні об’єкти (ГДС).

ГДС – це маса речовин у стічних водах, максимально допустима до відведення з установленим режимом у даному пункті водного об’єкта за одиницю часу з метою забезпечення норм якості води у контрольному пункті.

ГДС – межа витрат стічних вод і концентрації в них шкідливих домішок – встановлюється з урахуванням ГДК шкідливих речовин у місцях водокористування (залежить від виду водокористування), асимілюючої (самоочисної) здатності водного об'єкту, перспектив розвитку регіону і оптимального розподілу шкідливих речовин, що скидаються, поміж водокористувачами, які скидають стічні води.

ГДС встановлюється для кожного джерела забруднення і кожного виду шкідливих домішок з урахуванням їх комбінованої дії.

Гранично допустимий скид (г/с) визначається для всіх категорій водокористування як добуток максимальних годинних витрат стічних вод g (м3/с) на максимально допустиму концентрацію забруднюючої речовини в них Ссm (мг/м3) згідно формули:

q×= стСГДС В основі визначення ГДС (за аналогією з ГДВ) лежить методика розрахунку

концентрацій забруднюючих речовин, створюваних джерелом у контрольних пунктах – розрахункових створах – з урахуванням їх розбавлення, впливу інших джерел, перспектив розвитку (проектування джерела забруднення) тощо.

Величина ГДС має гарантувати досягнення встановлених норм якості води

(санітарних та рибогосподарських) при найгірших умовах розбавлення у водному об'єкті. При скиданні стічних вод або інших видах господарської діяльності, які впливають на

стан водних об'єктів, та які використовуються для господарсько-питних і культурно-побутових потреб, склад і властивості поверхневих вод (або їх природний склад і властивості у випадку перевищення цих норм) повинні відповідати нормативним вимогам починаючи зі створів, розташованих на один кілометр вище від найближчого за течією пункту водокористування (тобто водозабір для господарсько-питного водопостачання, місця для організованого відпочинку населення, територія населеного пункту тощо); а на непроточних водоймах – по акваторії в радіусі одного кілометра від пункту водокористування. Найближчі пункти водокористування визначаються органами санітарно-епідеміологічної служби.

При скиданні стічних вод або інших видах господарської діяльності, які впливають на стан рибогосподарських водотоків або водойм, норми якості поверхневих вод (або їх природний склад і властивості у випадку природного перевищення цих норм) мають дотримуватися протягом всієї ділянки водокористування, починаючи з контрольного створу, який визначається в кожному конкретному випадку органами Держеконагляду, але далі, як на відстані 500 м від місця скидання стічних вод або розташування інших джерел забруднення поверхневих вод (наприклад, місця добування корисних копалин, виконання певних робіт на водному об'єкті тощо).

80

Для скидання стічних вод у межах населеного пункту відповідно до "Правил охорони поверхневих вод" ГДС встановлюють нормативні вимоги безпосередньо до самих стічних вод. При цьому потрібно керуватись тим, що використання водних об'єктів у межах населених пунктів віднесене до категорії комунально-побутового водокористування.

У випадку, якщо значення ГДС за об'єктивних причин не може бути досягнуто, то таким підприємствам (джерелам забруднення) встановлюють тимчасово узгоджені обсяги скидів шкідливих речовин (ТУС) і вводять плани поетапного зменшення показників скидів шкідливих речовин до значень, які забезпечували б дотримання ГДС.

У зв'язку з поліфункціональним використанням водойм та різноманітністю форм

впливу на організми (контактний, дія через внутрішні органи, дія на органи чуття) введений лімітуючий показник шкідливості.

Лімітуючий показник шкідливості – відображає пріоритетність вимог до якості води, тобто встановлено окреме нормування якості води, пов'язане з категорією водокористування:

§ для господарсько-питного водопостачання населення і підприємств харчової промисловості – встановлюються загальносанітарні та органолептичні ліміти;

§ для культурно-побутового призначення (для купання, спорту, відпочинку населення) – встановлюються санітарно-токсикологічні ліміти;

§ для рибогосподарського призначення – встановлюються токсикологічні та частково органолептичні ліміти.

Екологічний стан водних об'єктів залежить не лише від забруднюючих речовин, але і від характеристик: вмісту завислих частинок; температури; кількості розчиненого кисню; кислотності тощо. Їх величини також встановлюються для різних типів водокористування.

Нормативи викидів і скидів для підприємства встановлюються в сукупності значень

ГДВ (ГДС) для окремих діючих і тих джерел забруднення, що проектуються чи підлягають реконструкції. Для останніх нормативи визначаються на різних стадіях проектування об’єктів. Для тих об’єктів, що вводяться в дію, нормативи ГДВ і ГДС повинні бути забезпечені на момент прийняття їх в експлуатацію.

При викидах (скидах) у навколишнє середовище речовин, для яких не встановлено ГДК, органи охорони природи мають право прийняти рішення про зупинення роботи підприємств або їхніх окремих виробництв. Введення в експлуатацію нових виробництв, у викидах (скидах) яких містяться речовини без встановлених ГДК, заборонено.

ГДВ встановлюються для кожного джерела забруднення атмосфери на діючому підприємстві за умови, що викиди шкідливих речовин від одного або сукупності джерел населеного пункту з урахуванням перспективи промислового розвитку і розсіювання забруднювальних речовин в атмосфері не створять приземну концентрацію, що перевищує ГДК. У разі, коли значення ГДВ з об’єктивних причин на підприємстві не можуть бути забезпечені, виконується поетапне скорочення викидів забруднювальних речовин до значень, які забезпечують додержання ГДВ.

Для неорганізованих викидів і сукупності дрібних джерел (вентиляційні викиди з одного виробничого приміщення) встановлюють сумарні значення ГДВ. При визначенні ГДВ для джерела забруднення атмосфери враховують одержані розрахунковим або експериментальним методом значення фонових концентрацій забруднювальних речовин у

81

повітрі від інших джерел (у тому числі і від автотранспорту) міста або іншого населеного пункту.

Значення фонового забруднення атмосфери включає забруднення, яке виникло в результаті транскордонного переносу шкідливих речовин, що має певне значення для прикордонних регіонів.

Нормування накопичення відходів

Рівень накопичення відходів на території підприємства встановлюється за такими показниками: гранична кількість токсичних промислових відходів на території підприємства та граничний вміст токсичних сполук в промислових відходах.

Гранична кількість відходів на території підприємства – це така їх кількість, яку можна розмістити при умові, що можливе накопичення шкідливих речовин у повітрі не перевищує 30% ГДК в повітрі робочої зони, тобто ГДКрз.

Гранична кількість відходів визначається шляхом: § вимірювання вмісту токсичних речовин у повітрі (з врахуванням ефекту

сумації); § отриманням середньозваженої концентрації; § поділом її на відповідне значення 0,3 ГДКрз. Якщо це відношення більше

одиниці, тобто: 1

3,0

_

£× РЗГДК

C

, (_С – середньозважена концентрація токсичних

речовин в повітрі), то кількість відходів, що знаходяться на території є граничною і вони повинні бути негайно вилучені.

Граничний вміст токсичних сполук у відходах визначає клас небезпеки цих відходів.

5.5. Екологічне навантаження Для оцінки рівня забруднення навколишнього середовища використовують гранично

допустиме екологічне навантаження (ГДЕН) та техногенне навантаження на природні об’єкти.

Гранично допустиме екологічне навантаження – це сукупність окремих впливів, які або не впливають на якість середовища, або змінюють її в допустимих межах, тобто не руйнують екосистем і не викликають несприятливих наслідків для найважливіших популяцій.

Техногенне навантаження характеризується модулем техногенного навантаження (МНТ), під яким розуміють річний обсяг стічних вод та твердих відходів промислових й комунальних об’єктів (вимірюються в тис. т/км2 на рік), що приходиться на квадратний кілометр території.

Модуль техногенного навантаження застосовується для характеристики техногенного навантаження:

§ техногенно-напруженні регіони мають МНТ 100–1000 тис.т/км2 – до них належать Київська область (має максимальний МНТ 1000 тис.т/км2 за рік.), Донецька, Дніпропетровська і Запорізька області;

82

§ середні техногенне навантаження (10–50 і 50–100 тис.т /км2 за рік) мають Львівська, Івано-Франківська, Хмельницька, Вінницька, Одеська, Черкаська, Полтавська, Харківська, Луганська, Херсонська та Автономна Республіка Крим;

§ мінімальне техногенне навантаження (1–10 тис.т/км2 за рік) характерне для Волинської, Рівненської, Житомирської, Чернівецької, Тернопільської, і Закарпатської областей.

Недолiком показника МНТ є те, що в ньому не враховується викидання газових викидiв в атмосферне повiтря, а останнi спричиняють значнi забруднення середовища. Тому модуль техногенного навантаження (МТН) доцiльно визначити як рiчний обсяг полютантiв в газових викидах в атмосферне повiтря, стiчних водах у водойми та неутилiзованих твердих вiдходах антропогенноi дiяльностi, що вимiрюється в тис т/км на рiк.

5.6. Екологічний моніторинг і якість природного середовища Екологічний моніторинг – це комплексна науково-інформаційна система

спостережень, оцінки і прогнозу зміни стану навколишнього середовища та живих організмів під впливом антропогенних факторів.

Основні елементи моніторингу полягають в: · спостереженні за факторами впливу і станом оточуючого природного середовища; · прогнозі майбутнього стану середовища; · оцінці фактичного й прогнозованого стану природного середовища. Розрізняють три рівні стеження за станом навколишнього середовища: · глобальні космічні спостереження з супутників або пілотованих кораблів за

станом біосфери; · реґіональні аероспостереження за окремими великими реґіонами, здійснювані з

літаків; · наземні спостереження окремих районів. З отриманої iнформацiї на першому етапi роблять аналiз ефектiв впливу рiзних

факторiв на оточуюче природне середовище, в тому числi визначення видiв заподiяної шкоди та виявлення критичних факторiв. На другому етапi визначають екологiчнi навантаження на природнi екосистеми i на третьому – розраховують гранично допустимi екологiчнi навантаження (ГДЕН) на дану екосистему з урахуванням економiчних i соцiальних факторiв.

Функцiї забезпечення екологiчної безпеки бiосфери виконує система фонового монiторингу. Штучнi супутники Землi ведуть спостереження за станом бiосфери, а ЕОМ обробляють отриману iнформацiю.

Нацiональний (у межах держави), регiональний (у межах району) i імпактний (у межах населеного пункту або пiдприємства) монiторинги забезпечують постiйний контроль за ступенем забруднення оточуючого природного середовища, що дозволяє вчасно вживати запобiжнi заходи для забезпечення задовiльної якостi середовища.

83

Запитання для самоперевірки

1. Що називається забрудненням оточуючого середовища? 2. Які методи класифікації забруднень Ви знаєте? Дайте характеристику і наведіть

приклади. 3. Що називається “екологічною кризою” і “екологічною катастрофою”? 4. Які фізичні забруднення біосфери Ви знаєте? Дайте пояснення на приклад 5. Які природні забруднення біосфери Ви знаєте? Наведіть приклади. 6. Що називається шумовим забрудненням та які діапазони шумів допускаються в

приміщеннях різного призначення? 7. Які джерела радіаційного забруднення ви знаєте? В чому полягає їх небезпека. 8. Що таке ГДК полютанта та як вона визначається? 9. Що таке модуль техногенного навантаження і від чого він залежить? 10. Що називається екологічним моніторингом? Які види моніторингу Ви знаєте? 11. Від чого залежить якість природного середовища?

84

РОЗДІЛ 6. ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА АТМОСФЕРИ

6.1. Забруднення атмосфери Атмосфера завжди містить певну кількість домішок, котрі зумовлюються природними

та антропогенними джерелами. До числа домішок, котрі виділяються природними джерелами, відносяться: пил (рослинного, вулканічного, космічного походження, внаслідок ерозії ґрунту, частинки морської солі тощо); туман, дим, гази від лісових та степових пожеж; гази вулканічного походження; різноманітні продукти рослинного, тваринного та мікробіологічного походження.

Природні забруднювачі бувають розподіленими, наприклад, випадання космічного пилу, або короткочасними стихійними, наприклад, лісові та степові пожежі, виверження вулканів тощо.

Під забрудненням атмосфери розуміють рідкі й тверді часточки та газоподібні речовини, що надходять в атмосферу внаслідок побутової та промислової діяльності людей, а також фізіологічного життя людей і тварин у понаднормовій кількості.

Основними джерелами забруднення атмосфери є природні, промислові і побутові процеси, їх об'єднують у такі групи:

– забруднювачі природного походження (мінеральні, рослинні, тваринні, мікробіологічні);

– забруднювачі, які утворюються при згоранні палива для потреб промисловості, опалення житлових будинків, при роботі всіх видів транспорту;

– забруднювачі, які утворюються в результаті промислових викидів; – забруднювачі, зумовлені згоранням і переробкою побутових і промислових відходів. Різні джерела забруднення природного та антропогенного походження наведені в

табл. 6.1. Найбільш поширеними токсичними речовинами, котрі забруднюють атмосферу, є:

оксид вуглецю СО, діоксид вуглецю СО2, діоксид сірки SO2, оксид азоту NO2, вуглеводні CnHm та пил. Основні джерела забруднення атмосфери та їх щорічні викиди наведено в табл. 6.2.

Щороку в атмосферу внаслідок спалювання палива та з інших джерел потрапляє до 25 млрд т оксиду карбону (IV), понад 200 млн т оксиду карбону (II), близько 200 млн т оксиду сульфуру (IV), понад 50 млрд т різних вуглеводнів. До 2050 р. вміст вуглекислого газу в атмосфері може подвоїтись порівняно з 1978 р. У 1988 р. в колишньому СРСР викиди в атмосферу від стаціонарних джерел становили 64 млн т, а викиди транспорту досягали 37 млн т.

Основними джерелами забруднення є енергетика (теплові та електричні станції), промислові підприємства, транспорт (у першу чергу автомобільний), комунальне й сільське господарство та військово-промисловий комплекс.

При цьому частка різних джерел дуже різниться. Внаслідок спалювання палива утворюється 15 % вуглеводнів, 60 – оксидів нітрогену, 80 – сірчистого ангідриду і 26 % – пилу; від автотранспорту – 50 % вуглеводнів, 15 – оксидів нітрогену, 21 – пилу і 1 % – вуглекислого газу.

85

Таблиця 6.1. Види забруднень і джерела забруднення атмосфери

Види забрудненнь Джерела забруднення Га

зи

Вуглекислий газ Вулканічна діяльність, дихання живих організмів, спалювання (викопного) палива

Оксид вуглецю (ІІ) Вулканічна діяльність, двигуни внутрішнього згорання

Вуглеводні Рослини, бактерії, двигуни внутрішнього згорання Органічні сполуки Хімічна промисловість, спалювання відходів, різне

паливо Сірчистий газ та інші похідні сірки

Вулканічна діяльність, морські бризи, бактерії, спалювання викопного палива

Похідні азоту Бактерії, горіння Радіоактивні речовини Атомні електростанції, атомні вибухи

Твер

ді ч

асти

нки Важкі метали та мінеральні

сполуки Вулканічна діяльність, метеорити, вітрова ерозія, водяний пил, промисловість, двигуни внутрішнього згорання

Органічні речовини, природні і синтетичні

Лісні пожежі, хімічна промисловість, різне паливо, спалюваня відходів, сільське господарство (пестициди)

Радіоактивні речовини Ядерні вибухи, аварії на атомних електростанціях

Таблиця 6.2. Кількість щорічних викидів до атмосфери Землі

Речовина Викиди, млн. тонн Частка антропогенних

домішок від загальних надходжень природні антропогенні

Тверді частки 3700 1000 27 SOx 650 100 13,3 NOx 770 53 6,5 CO 5000 304 5,4

CnHm 2600 8 3,3 CO2 485000 18300 3,6

Вихлопні гази автомобільного транспорту містять у середньому 4–5 % оксиду

карбону (II), а також ненасичені вуглеводні й альдегіди з неприємним запахом, сірковмісні сполуки та сполуки плюмбуму в разі застосування етильованого бензину. До їх складу входять також канцерогенні сполуки. Легковий автомобіль під час руху викидає до 3 м3 за годину оксиду карбону (II) СО, а вантажний – 6 м3 і більше. Щороку понад 200 млн автомобілів викидають в атмосферу близько 200 млн т оксиду карбону (II), 40 млн т вуглеводнів, 20 млн т оксидів нітрогену та значну кількість свинцю.

Значною мірою забруднюють атмосферу літаки. Так, викиди чотиримоторного реактивного літака на злеті з повним навантаженням еквівалентні вихлопу 6850 автомобілів марки «фольксваген». У цих вихлопах міститься багато бензпірену.

86

В портових містах джерелом забруднення є суднові дизельні двигуни, які споживають до 2 т палива за годину.

Одним із головних забрудників повітря є спалювання палива в теплоенергетиці. Під час спалювання 1 т вугілля в трубу викидається до 23 кг попелу, 15 кг оксиду сульфуру (IV) і значна кількість сажі. Теплові електростанції світу щороку викидають 120 млн т попелу і приблизно 60 млн т оксиду сульфуру SО2.

Найпоширенішими забрудниками, що надходять з промисловими викидами, є попіл, сажа, оксид цинку, силікати, хлорид плюмбуму, сірчистий і сірчаний ангідриди, гідрогенсульфід, меркаптани, альдегіди, вуглеводні, смоли, оксиди нітрогену, аміак, озон, оксиди карбону, фторид і хлорид гідрогену, силікофторид натрію, радіоактивні гази та аерозолі.

Теплові електростанції викидають в атмосферу гази, що містять оксиди сульфуру і нітрогену, оксиди карбону й металів, попіл та радіонукліди. Підприємства чорної металургії викидають гази, що містять пил і оксиди карбону, сульфуру, нітрогену та металів. На 1 т виплавленого чавуну припадає 4,5 кг пилу; 2,7 кг SО2; 0,1-0,5 кг мангану, а також сполуки арсену, фосфору, стибію, плюмбуму, меркурію, рідкісних металів та смолистих речовин.

Агломераційні фабрики викидають гази з великим вмістом пилу та оксиду сульфуру (IV) (до 190 кг SО2 на 1 т руди). Мартенівські і конверторні цехи викидають гази з великою кількістю пилу. На 1 т мартенівської сталі викидається 3000-4000 м3 газів з пиловмістом 0,5 г/м3, 60 кг СО і 3 кг SО2. Коксохімічні виробництва забруднюють атмосферу пилом і леткими сполуками.

Підприємства кольорові металургії викидають запилені гази, що містять флуориди, оксид сульфуру (IV) та оксиди кольорових і важких металів. З 1 т пилу, що викидається в атмосферу під час виплавляння мідних руд, можна вилучити до 100 кг міді й трохи менше свинцю та цинку.

Хімічні виробництва забруднюють атмосферу пилом, що містить органічні та неорганічні сполуки, а також різними газами.

Підприємства з виробництва будівельних матеріалів викидають пил, фториди, оксиди сірки (IV) та азоту (IV).

У викидах нафтодобувної та нафтопереробної промисловості містяться різні вуглеводні, гідрогенсульфід і гази з неприємним запахом (стирол, дивініл, толуол, ацетон, ізопрен та ін.).

Під впливом атмосферних опадів, сонячної радіації, перенесення повітряних мас, взаємодії з гідросферою й літосферою та діяльності мікроорганізмів атмосферне повітря позбавляється від сторонніх домішок. Цей процес називають самоочищенням атмосфери. Проте в результаті антропогенної діяльності утворюється така велика кількість забруднень, що атмосфера вже не здатна самоочищатися і відбувається значне накопичення забруднювальних речовин у повітрі.

87

6.2. Класифікація забруднень атмосфери За агрегатним станом забруднювальні речовини поділяють на газуваті, рідкі, тверді та

змішані. Промислові викиди в атмосферу також поділяють: § за організацією відведення й контролю – на організовані і неорганізовані; § за температурою викидних газів – нагріті, температура яких вища від

температури атмосферного повітря, та холодні; § за локалізацією – в основному, допоміжному та підсобному виробництвах; § за ознаками очищення – викиди без очищення (організовані і неорганізовані) та

після очищення (організовані). Під очищенням газу розуміють відокремлення від газового потоку або переведення в нешкідливий стан забруднювальних речовин.

Організований промисловий викид – це викид, який надходить в атмосферу через спеціально споруджені газоходи. Неорганізованим називають промисловий викид, що надходить в атмосферу у вигляді неспрямованих потоків газу внаслідок порушення герметичності обладнання, відсутності або незадовільної роботи обладнання для відсмоктування газу в місцях завантаження, вивантаження та зберігання продукту, а також через повітряні ліхтарі цехових приміщень.

Промислові викиди в атмосферу поділяють на первинні й вторинні. Первинні – це викиди, що надходять в атмосферу безпосередньо від джерела, вторинні є продуктами хімічних перетворень первинних, вони можуть бути більш токсичними й небезпечнішими, ніж первинні (наприклад, перетворення деяких речовин у результаті фотохімічного окиснення).

Всі існуючі джерела забруднення атмосферного повітря можна розподілити на природні та штучні, або антропогенні:

Класифікація забруднень атмосферного повітря (за Г.В. Стадницьким і А.І. Радіоновим)

88

Усі джерела забруднення атмосферного повітря промисловими викидами можна класифікувати за такими ознаками:

§ за призначенням: · технологічні, що складаються з хвостових газів після вловлювання на

установках, продування апаратів та повітряних витяжок; · вентиляційні викиди – місцеві відсмоктування від обладнання та

загальнообмінна витяжка; § за місцем розташування:

· незатінені, або високі, що знаходяться в зоні недеформованого вітрового потоку (високі труби і точкові джерела, що видаляють забруднення на висоту, більшу від висоти будівлі в 2,5 раза);

· затінені, або низькі, розташовані на висоті, меншій у 2,5 раза від висоти будівлі;

· наземні, розміщені близько до земної поверхні (відкрито розташоване обладнання, каналізаційні колодязі, пролиті токсичні речовини і скиди відходів виробництва);

§ за геометричною формою: · точкові (труби, шахти, дахові вентилятори), · лінійні (аераційні ліхтарі, відкриті вікна, близько розташовані витяжні

шахти й факели); § за режимом роботи: безперервні і періодичної дії, залпові та миттєві. Залпові

викиди можливі під час аварій, спалювання швидкогорючих відходів виробництва на спеціальних площадках знищення. Миттєві викиди забруднення викидаються впродовж часток секунди інколи на значну висоту. Вони трапляються під час підривних робіт і аварій;

§ за місцем розташування: · внутрішньоплощеві, коли викинуті в атмосферне повітря забруднення

залишаються у високій концентрації на території промислової зони, тоді як у житлових районах забруднень не спостерігається;

· позаплощеві, коли вони можуть спричинювати значні забруднення повітря на території житлового району.

6.3. Екологічний вплив забруднень атмосфери

Гігієнічне значення атмосфери полягає в забезпеченні процесів життєдіяльності киснем. Людина повинна постійно споживати в спокійному стані 8-10 л за одну хвилину, 500 л за годину і 12 000 л (15 кг) за добу свіжого повітря. При фізичних навантаженнях споживання повітря збільшується в десятки разів. Так, під час ходьби зі швидкістю 8 км/год – 5200 л (5 кг).

Ступінь дисперсності твердих часточок, що містяться в повітрі, впливає як на їх властивості (леткість, розчинність, електричні та оптичні властивості тощо), так і на глибину їх проникнення в органи дихання та затримку в легенях. Якщо розмір часточок становить більш як 10 мкм, вони осідають з наростаючою швидкістю зі збільшенням їх

89

розмірів. Якщо їх розміри знаходяться в межах 0,1-10 мкм, то вони осідають зі сталою швидкістю. Часточки пилу розміром менш як 0,1 мкм зовсім не осідають і перебувають у постійному броунівському русі.

При надходженні до легенів часточки пилу затримуються на поверхні легеневої тканини, що спричинює їх накопичення, створюючи високу концентрацію токсичних речовин. Маючи велику активну поверхню, самі часточки не тільки мають негативний вплив, а й адсорбують на своїй поверхні велику кількість різних речовин (газів, золів тощо), що також спричинює накопичення токсинів та їх негативну дію на організм..

Аеродисперсії змінюють клімат, особливо освітленість. Вплив аеродисперсій визначається їх кількістю, дисперсністю, хімічним складом та іншими фізико-хімічними властивостями. Чим менші розміри часточок, тим слабкіше вони затримуються. В альвеолах легенів найкраще затримуються часточки розміром близько 1 мкм. Гігроскопічні часточки здатні коагулювати і збільшувати свої розміри. Поглиблене дихання, наприклад, під час значних фізичних навантажень, збільшує ступінь затримання пилу в легенях. Часточки неправильної форми осідають повільніше. Легше сорбуються в легенях часточки сферичної форми. Часточки з гострими гранями можуть спричинювати мікротравми дихального епітелію, порушувати його бар'єрну функцію, сприяти проникненню мікроорганізмів та розвитку пневмоконіозів.

Більшість твердих часточок несуть на собі негативний або позитивний заряд, що посилює їх здатність затримуватися в легенях. Від хімічних властивостей пилу залежить їхня біологічна активність, зокрема алергенні властивості, фіброгенність, подразнювальна дія тощо. До особливо агресивних фіброгенних речовин належить оксид силіцію (IV), здатний викликати фіброз легенів. На поверхні дихальних шляхів оксид силіцію (IV) утворює силікатну кислоту, яка спричинює силікоз. Шкідливим є пил з кислотними або лужними властивостями, оскільки він зумовлює зміну рН і порушує роботу епітелію. Пил з алергенними властивостями (пил борошна, соломи, льону, бавовни, шовку, шерсті, фруктів, хрому) призводить до появи бронхіальної астми.

У разі сорбції пилом кисню він стає легкозаймистим і може викликати вибух. Вибухонебезпечність пилу залежить від його концентрації, дисперсності, вологості, наявності летких сполук тощо. Найнебезпечнішим є органічний пил.

Забруднення атмосферного повітря призводить до погіршення санітарно-гігієнічних показників: збільшується частота туманів, зменшується видимість і прозорість для ультрафіолетового випромінювання, погіршуються санітарно-побутові умови життя населення, спостерігається негативний вплив на розвиток рослин та організм людини.

Забруднення споруд і будинків попелом, сажею та смолами призводить до того, що сірчисті сполуки руйнують будівельні матеріали і зумовлюють корозію металів.

Забруднення атмосфери вражають дерева, ліси, сільськогосподарські культури та трав'яний покрив. Для рослин особливо небезпечними є сірчистий газ, хлор, фтор, пил і смолисті речовини. Отруйні гази токсично діють на протоплазму рослинних клітин, сірчистий газ пригнічує процеси фотосинтезу. Пил і сажа закупорюють продихи клітин рослин, ускладнюють доступ сонячних променів до хлоропластів. У лісах, які задимлюються промисловими підприємствами, зникають бджоли, птахи та звірі.

90

6.4. Трансформація забруднень в атмосфері

Атмосферне повітря завдяки нерівномірному нагріванню сонячним промінням у різних широтах, особливо між полярними й екваторіальними зонами, інтенсивно циркулює. Циркуляція повітря усереднює склад компонентів у ньому та сприяє переміщенню водяної пари з океанів у континентальні райони і забруднень на великі відстані.

Крім переміщення забруднень відбуваються їх різноманітні хімічні перетворення. В атмосфері під дією іонізуючих випромінювань відбуваються фотохімічні процеси з утворенням оксидів нітрогену, озону та ін. Озон утворюється у повітрі під впливом УФ-випромінювання з довжиною хвилі 253 нм, а оксид нітрогену – до 100 нм.

Поверхні Землі досягають лише промені з довжиною хвилі близько 290 нм. При цьому можливе перетворення оксиду нітрогену (II) на оксид нітрогену (IV), утворення та накопичення озону в атмосфері тощо. Під час взаємодії вуглеводнів з озоном або атомарним оксигеном утворюються вільні пероксидні високоактивні речовини, здатні вступати в реакцію з оксидами нітрогену та іншими сполуками і утворювати складні комплексні сполуки з окиснювальними властивостями – оксиданти.

Під дією сонячної радіації утворюються електронно-збуджені молекули: А + hv → А*,

відбувається дезактивація за рахунок флуоресценції: А* → А + hv

та дезактивація шляхом зіткнення з іншими молекулами: A* + Q → A + Q'

також дисоціація: А* → В + С

де: hv – енергія фотона, випромінюваного Сонцем; v – частота, пов'язана з певним фотоном; h = 6,62∙10-34 Дж∙с – стала Планка.

Хімічні перетворення в тропосфері й стратосфері ініціюються продуктами фотолізу

молекул О3, О2, Н2О, N2O і NO2. В атмосфері на висоті 80 км і вище утворюється атомарний оксиген:

О2 + hv → 2O, який утворює озон:

О + О2 + М2 → О3 + 2М, де М – речовина, що приймає надлишок енергії. Озон зазнає фотохімічної дисоціації:

О3 + hv → О2 + О. Оксиди нітрогену антропогенного походження здебільшого потрапляють в атмосферу

у вигляді NO. Далі відбуваються такі перетворення: 2NO + О2 → 2NO2; NO2 + hv → NO + О; О3 + NO → NO2 + O2.

Можливі й інші численні реакції за участю речовин, що містять кисень і азот:

О + NO2 → NO + O2; О + NO2 + M → NO3 + M; О + NO + M → NO2 + M;

NO3 + NO → 2NO2; 2NO2 + O3 → N2O5 + O2; NO3 + NO2 + M → N2O5 + M.

91

Далі утворюється нітратна кислота: 4NO2 + 2Н2О + О2 → 4HNO3.

Оксид нітрогену (IV) може гідролізуватися в газовій фазі: 3NO2 + H2O D 2HNO3 + NO.

Нітратна кислота реагує з йонами металів, утворюючи нітрати. Атомарний оксиген і озон можуть взаємодіяти з органічними сполуками з утворенням органічних і неорганічних вільних радикалів. Для олефінових вуглеводнів можливий перебіг реакції

О3 + RСН = СНR → RСНО + RО* + НСО*, де RО* і НСО* – вільні радикали. Утворений альдегід RСНО може зазнавати фотодисоціації за реакцією:

RСНО + hv → R* + НСО*.

Крім альдегідів фотохімічно активні також кетони, пероксиди й ацилнітрати. Поглинаючи сонячну енергію, вони також утворюють пероксидні радикали:

R* + О2 → ROO*. Ці радикали здатні окиснювати NO до NO2 за реакцією

ROO* + NO → NO2 + RO*. Може утворюватися також озон за реакцією пероксидних радикалів з киснем:

RОО* + О2 → RО* + О3. Наявність вільних радикалів в атмосферному повітрі призводить до утворення смогу.

Основними продуктами фотохімічних реакцій є альдегіди, кетони, оксиди карбону, органічні нітрати та оксиданти. Останні включають озон, оксид нітрогену (IV), сполуки типу пероксіацетилнітратів (ПАН) тощо. ПАН подразнює слизові оболонки дихальних шляхів і пошкоджує рослинність. Подразнювальною речовиною, що міститься в смозі, є також пероксибензоїлнітрат (ПБН).

За наявності NO2 і SO3 відбувається фотодисоціація NO2 з утворенням атомарного оксигену й озону, а далі оксид сульфуру (IV) взаємодіє з атомарним оксигеном за реакцією:

SO2 + О + М → SO3 + М. Сірчаний ангідрид, сполучаючись з водяною парою, утворює пароподібну сульфатну

кислоту, при взаємодії з йонами металів – сульфати.

Аерозолі Аерозолі – це дисперсні системи, що складаються з дрібних твердих або рідких

частинок та дисперсійного газового середовища в якому ці частинки завислі. У забрудненій атмосфері за одночасної наявності SO3, NO, NO2 та вуглеводнів, під час

опромінення олефінів і ароматичних сполук утворюються значні кількості аерозолів. Аерозолі (пил, дим, тумани) є забрудниками атмосфери.

Аерозольні частки потрапляють в атмосферу або в готовому виді в результаті діяльності вулканів, пожеж, морської солі, пилу або при спалюванні палива і з відхідними газами промислових виробництв, або утворюються безпосередньо в атмосфері в результаті хімічних реакцій між компонентами газових викидів, причому доля антропогенної запиленості складає 10–20% від загального поступання твердих часток в атмосферу. Основна доля світового викиду зважених часток – близько 94% – доводиться на Північну півкулю; максимальна їх кількість поступає з території промислово розвинених країн.

92

Наявність аерозолів порушує тепловий баланс атмосфери. Поява при смозі блакитного серпанку супроводжується погіршенням видимості, і є наслідком утворення твердих аерозольних часток. Запиленість атмосфери відіграє особливу роль в загальнопланетарних теплових процесах: її зростання веде до збільшення альбедо Землі і, як наслідок, до зменшення поглинання сонячній радіації.

Утворення аерозолів з твердими частками в повітрі міст часто викликається діоксидом сірки SO2, що перетворюється на сірчану кислоту H2SO4, яка у свою чергу вступає в реакцію з аміаком NH3, утворюючи частки сульфату амонію (NH4)2SO4.

Більша частина аерозолів, що викидаються в атмосферу, залишається в тропосфері, причому до 80% на висотах до 1 км. Час їх перебування в повітрі залежить від розміру часток і на висоті до 1 км не перевищує 3 діб, а у верхніх шарах – 30 діб. Кількість аерозолів зменшується з підвищенням відносної вологості повітря.

Широко відомі випадки масових отруєнь людей внаслідок короткочасного підвищення рівня забруднення атмосферного повітря. У 1930 р. в Бельгії в долині річки Маас внаслідок виникнення токсичного туману захворіли тисячі людей, померло 60 чоловік. У 1948 р. в США в місті Донора захворіло 50% населення (6 тис. чол.), 20 чоловік померли. У 1952 р. внаслідок утворення токсичного туману в Лондоні померло 4 тис. чоловік.

Смог (від англ. smoky fog – «димовий туман») – аерозоль, що складається з диму,

туману і пилу, один з видів забруднення повітря у великих містах і промислових центрах. Спочатку під смогом мали на увазі дим, утворений спалюванням великої кількості

вугілля (змішування диму і діоксиду сірки SO2). Смог буває наступних типів: крижаний, радіаційний, фотохімічний і вулканічний. Вулканічний смог. Утворюється при виверженні вулканів, коли в повітрі досягається

висока концентрація сірчистого газу. Крижаний смог або смог аляскинського типу. Утворюється при низьких температурах

з пари опалювальних систем і побутових газових викидів. Цей смог складається з величезної кількості найдрібніших крапельок води або кристалів льоду, що знаходяться в зваженому стані в повітрі безпосередньо у поверхні землі. Такі крижані тумани спостерігаються часто в Арктиці, на Алясці і інших північних районах.

Радіаційний туман. З'являється в результаті радіаційного охолодження земної поверхні і маси вологого приземного повітря до утворення найдрібніших крапельок води. Як правило, радіаційний туман виникає вночі в умовах антициклону при безхмарній погоді і слабкому вітрі. Часто радіаційний туман виникає в умовах температурної інверсії, що перешкоджає підйому повітряної маси.

Зазвичай різні забрудники, що потрапили в атмосферу, поступово розсіюються в повітрі. Повітряні потоки, спрямовані від землі, виносять забруднення у верхні шари атмосфери, де дощі і вітри розсіюють їх. Іноді холодні маси повітря безпосередньо біля поверхні землі, що містять забруднюючі речовини, «накриті» згори теплішим повітрям і не можуть піднятися вгору і розсіятися в атмосфері.

У промислових районах може виникнути крайня форма радіаційного туману – смог, який дістав назву «лондонський». Названий на честь міста Лондон, в якому уперше з'явилися такі тумани, через те, що жителі міста топили каміни вугіллям, яке при згоранні

93

виділяло шкідливі речовини. При цьому типі смогу не утворюється нових хімічних шкідливих речовин.

Лондонський (вологий) смог – це поєднання газоподібних і твердих домішок з туманом – результат спалювання великої кількості вугілля (чи мазуту) при високій вологості атмосфери. Згодом в ньому практично не утворюються які-небудь нові речовини. Таким чином, токсичність цілком визначається початковими забрудниками.

При повному згоранні викопного палива (вугілля або вуглеводнів) утворюються досить нешкідливі продукти – діоксид вуглецю і вода, проте в умовах нестачі кисню утворюється отруйний монооксид вуглецю. Якщо кисню ще менше, серед продуктів згорання з'являється вуглець (у вигляді сажі).

Забруднення повітря можуть викликати і домішки, що входять до складу палива, в першу чергу, сполуки сірки. Її вміст в деяких видах вугілля може досягати 6%. При спалюванні такого палива утворюється діоксид сірки. Розчиняючись в крапельках води, які конденсуються навколо часток диму, діоксид сірки істотно знижує її рН.

Сажа і діоксид сірки, що утворюються безпосередньо при спалюванні палива, є первинними забрудниками повітря. В умовах вогкості і туману, характерних для зимового Лондона, вони стали причинами тривалих смогів.

Смог спостерігається зазвичай при слабкій турбулентності повітря, і отже, при стійкому розподілі температури повітря по висоті, особливо при інверсіях температури, при слабкому вітрі або штилі.

Фотохімічний (сухий) смог Лос-Анджелеського типу. Являє собою стійкий блакитний серпанок з їдких газів без туману. Такий смог формується в атмосфері під дією сонячного світла за відсутності вітру і низької вологості з компонентів, характерних для вихлопних газів автомобілів. Вперше такий смог був зафіксований в 1944 р. в Лос-Анджелесі, коли в результаті великого скупчення автомобілів було паралізовано життя одного з найбільших міст США.

Автомобільні вихлопні гази і забруднюючі викиди підприємств в умовах температурної інверсії вступають в хімічну реакцію з сонячним випромінюванням. В результаті фотохімічних реакцій утворюються сполуки, ще більш небезпечні, ніж вихідні (озон, нітрити, органічні перекиси, перекиси нітратів та ін.), що викликають в'янення і загибель рослин, сильно подразнюють слизові оболонки дихальних шляхів і очей.

Смог Лос-Анджелеського типу посилює корозію металів, руйнування будівельних конструкцій, гуми і інших матеріалів. Окислювальний характер такому смогу надають озон і інші речовини, що утворюються в ньому. Дослідження, проведені в 50-х роках в Лос-Анджелесі, показали, що збільшення концентрації озону пов'язане з характерною зміною відносного вмісту NО2 і NO.

Фотохімічний смог є результатом змішування в повітрі наступних забруднюючих речовин:

§ оксиди азоту, наприклад, діоксид азоту (продукти горіння викопного палива); § тропосферний (приземний) озон; § леткі органічні речовини (пари бензину, фарб, розчинників і інших хімікатів); § перекиси нітратів. Усі перераховані речовини зазвичай мають високу хімічну активність і легко

окислюються, тому фотохімічний смог вважається однією з основних проблем сучасної цивілізації.

94

Отже, фотохімічний туман є багатокомпонентною сумішшю газів і аерозольних часток первинного і вторинного походження. До складу основних компонентів цього смогу входять озон, оксиди азоту і сірки, численні органічні сполуки перекисної природи, які у сукупності називаються фотооксидантами.

Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забрудників, інтенсивній сонячній радіації і безвітря або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при потужній і тривалістю не менше доби підвищеній температурній інверсії. Стійка безвітряна погода, що зазвичай супроводжується інверсіями, потрібна для створення високої концентрації реагуючих речовин. Такі умови створюються частіше в червні–вересні і рідше взимку.

При тривалій ясній погоді сонячна радіація викликає розщеплювання молекул діоксиду азоту з утворенням оксиду азоту і атомарного кисню. Атомарний кисень з молекулярним киснем дають озон. Здавалося б, останній, окислюючи оксид азоту, повинен знову перетворюватися на молекулярний кисень, а оксид азоту – в діоксид. Але цього не відбувається. Оксид азоту вступає в реакції з олефінами вихлопних газів, які при цьому розщеплюються за подвійним зв'язком і утворюють осколки молекул, і надлишок озону. В результаті тривалої дисоціації нові маси діоксиду азоту розщеплюються і дають додаткові кількості озону. Виникає циклічна реакція, в результаті якої в атмосфері поступово накопичується озон.

Інтенсивне забруднення атмосфери внаслідок антропогенної діяльності призвело до

глобальних екологічних криз, пов'язаних з потеплінням планети, появою кислотних дощів та руйнуванням озонового шару.

6.5. Парниковий ефект

Упродовж усього історичного періоду планети її клімат неодноразово змінювався. Однак ці зміни, як свідчать дослідження, відбувалися поступово. Останнім часом у результаті швидкого зростання населення планети та його потреб відбувається інтенсивний розвиток промисловості й енергетики. Усе це призвело до утворення й викиду в атмосферу величезної кількості забруднень та невикористаної теплоти.

За підрахунками, внаслідок спалювання значної кількості палива в атмосферу викидається понад 3∙1014 МДж теплоти, яка розсіюється в навколишньому середовищі.

Потепління планети відбувається головним чином внаслідок забруднення атмосфери парниковими газами – переважно вуглекислим газом і меншою мірою метаном, оксидами нітрогену та ін.

У земній атмосфері оксид карбону (IV) та деякі інші гази діють подібно до скла в парнику: вони пропускають сонячне світло, але затримують теплоту розігрітої сонцем поверхні Землі, що зумовлює розігрівання поверхні планети. Це явище дістало назву «парникового ефекту».

Появі «парникового ефекту» сприяють також оксид нітрогену N2O, метан СН4, водяна пара Н2О, фторхлорметани – фреони (CFCl3, CF2Cl2 та ін.).

95

Річне зростання концентрації «парникових» газів в атмосферному повітрі становить,:

оксиду карбону (IV) – 0,5 % оксидів нітрогену – 1,0 % метану – 0,7 % фторхлорвуглеців – 0,3 %

За останні 40 років кількість викидів оксиду карбону (IV) зросла на 35%. Збільшення

вмісту вуглекислого газу в атмосфері спричинює також інтенсивне вирубування лісів . У другій половині XX ст. температура Землі збільшувалася за кожні 10 років на 0,3

°С. За даними підрахунків ООН, до 2100 р. температура зросте на 3°С. Це може призвести до танення льодовиків Антарктики, Арктики та гірських, що зумовить підняття рівня вод Світового океану на 2-3 метри і затоплення багатьох прибережних районів. Можуть зникнути під водою густонаселені міста і навіть цілі країни.

Потепління спричинить істотну зміну клімату майже на всій планеті, що може мати негативні і навіть катастрофічні наслідки. Основні кліматичні зони змістяться на північ на 400 км. Настане потепління в зонах тундри, збільшиться посушливість у середніх широтах, де розвинуте зернове землеробство (деякі штати США, Україна, Кубань, чорноземні зони Росії). Клімат тут стане напівпустельним, що призведе до значного зниження врожаїв та підвищення собівартості сільськогосподарської продукції на 10-20%.

Збитки, заподіяні майбутнім потеплінням клімату, оцінюють приблизно в 1013 доларів. Людство не має таких коштів. А тому з метою запобігання впливу «парникових» газів на всесвітній конференції ООН у Токіо в 1998 р. було прийняте рішення про квотування викидів «парникових» газів. Це має на меті обмежити зростання викиду їх в атмосферу.

6.6. Кислотні опади

Оксиди сульфуру і нітрогену, що потрапили в атмосферу, окиснюються і, сполучаючись з водою, утворюють туманоподібні краплини сульфатної та нітратної кислот. Переносячись вітрами на значні відстані, вони згодом випадають разом з дощем, який має кислу реакцію.

Кислотними називають взагалі будь-які опади – дощ, сніг, туман, якщо значення їх рН становить менш ніж 7,0. Кислотні дощі мають значення рН частіше в межах 4,1–2,1, а в деяких випадках навіть менш як 2,1.

Спостереження свідчать, що ще 100 років тому дощова вода мала рН = 7,0, тобто опади були нейтральними. Вперше кислотні дощі зареєстровані в Англії в 1972 p., вони були наслідком потрапляння в атмосферу оксидів сульфуру і нітрогену.

У Західній Європі кислотність дощів у 1990 р. знизилась на 0,2 одиниці рН порівняно з 1989 р. В Україні кислотні дощі часто випадають у Сумській, Черкаській та Рівненській областях, де в повітря викидається значна кількість оксидів сульфуру і нітрогену. Україна забруднена також за рахунок транскордонного перенесення цих оксидів з країн Західної Європи.

Під впливом кислотних опадів відбувається закиснення водойм і ґрунтів, вимивання з ґрунту калію, магнію і кальцію та зменшення врожайності сільськогосподарських культур на 3-8%, деградація флори і фауни. У закиснених водоймах гине риба і численні види комах.

96

Внаслідок випадання кислотних дощів гинуть ліси, особливо букові, тисові та кедрові. Загибель лісів зумовлює гірські зсуви та селі.

Кислотні опади прискорюють руйнування житлових будинків і архітектурних пам'яток, оздоблених мармуром і вапняком. Кислотний сніг завдає ще більшої шкоди, ніж дощ, оскільки він може накопичуватись упродовж тривалого часу, що призводить до значного закиснення ґрунту під час танення снігу навесні. Кислотність талої води в десятки разів вища від кислотності дощової.

У багатьох країнах кислотні дощі завдають значних збитків. Так, у Швейцарії від кислотних дощів гине третина лісів, у Великій Британії висихають 69 % букових і тисових лісів. Від кислотних опадів особливо потерпають закриті водойми – озера й ставки. У Швеції в 4 тис. озер риба повністю зникла. В Україні за останні 35 років площа кислих ґрунтів зросла на 33 %.

6.7. Руйнування озонового шару Розташований в атмосфері на висоті 20-35 км озоновий шар є природним захисним

бар'єром від проникнення на поверхню Землі жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця з довжиною хвилі 325-400 нм. Цей шар має відносно невелику товщину, він надійно захищає живу речовину біосфери від згубного впливу такої радіації. Якби не існувало озонового шару, то життя на суходолі Землі було б неможливим, як це було на світанку його зародження.

Як уперше помітили метеорологи США (М. Моліна і Ш. Роуленд), останнім часом озоновий шар атмосфери зазнає руйнування. Цей небажаний і небезпечний процес інтенсивно відбувається під дією деяких хімічних речовин – хлор- і бромпохідних вуглецю (фреони), тетрахлориду карбону, метилхлороформу та ін. Особливо небезпечними є фреони (CFCl3 – фреон 11, C2FCl – фреон 12, CF2ClBr – галон 1211), які широко застосовують у техніці й побуті як холодоагенти, розпорошувачі в аерозольних упаковках тощо.

Під дією ультрафіолетового випромінювання фреони розкладаються з виділенням атомарного хлору, який є ефективним каталізатором розщеплення озону на кисень. Так, один атом хлору призводить до розкладання 100 тис. атомів озону. Руйнування озонового шару спричинюють також космічна і ракетна техніка та сучасні надзвукові літаки. Викиди продуктів згоряння палива з їхніх двигунів розкладають озон до кисню та інших сполук.

Внаслідок руйнування озонового шару концентрація озону почала зменшуватися, а в деяких місцях, зокрема над Антарктидою, в ньому часто виникає «пульсуюча дірка». Вміст озону в ній менший від звичайного на 40-50%. Ця «дірка» чітко виявляється із серпня по жовтень (антарктична весна), а нині вона не затягується і влітку і має надзвичайно велику площу, що дорівнює площі Антарктиди. Внаслідок цього в країнах південної півкулі Землі спостерігається підвищений ультрафіолетовий фон. Це спричинює збільшення кількості захворювань людей на рак шкіри та катаракту.

«Озонову дірку» виявлено і в північній півкулі над Антарктикою (Шпіцберген). За оцінками НАСА (США), з 1978 по 1990 рік кількість озону в озоновому шарі зменшилася на 45 %.

97

Цей процес зменшення концентрації озону невпинно триває. Як показали супутникові спостереження, за останні 15 років ультрафіолетове випромінювання на поверхні Землі зросло більш ніж на 10 %, а в районах Антарктиди – більш ніж на 40 %.

Це призводить до зниження імунітету та збільшення частоти інфекційних захворювань людей і тварин. Як стверджує «Грінпіс», зменшення товщини озонового шару на 10 % призводить до збільшення захворювань на рак шкіри 300 тис. населення.

6.8. Очищення промислових газодимових викидів З метою зменшення забруднення атмосферного повітря пилом та іншими шкідливими

домішками потрібно на всіх промислових підприємствах організувати ефективне очищення відхідних газових викидів. Усі методи очищення можна розподілити на три групи: механічні, фізико-хімічні й хімічні.

Вибір методу очищення залежить від кількості відхідних газів та їхнього складу. Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. В них пил відокремлюється під дією сили гравітації, інерції або відцентрової сили.

Вибираючи систему пиловловлювання, слід враховувати швидкість газового потоку, вміст пилу та його фізико-хімічні властивості, розмір часточок і наявність водяної пари. Існує два види пиловловлювання: сухе і мокре. З екологічного й економічного погляду досконалішими є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

Механічне сухе пиловловлювання здійснюють в осаджувальних камерах, циклонних сепараторах, механічних та електричних фільтрах. В осаджувальних камерах очищають гази з грубодисперсними часточками пилу розміром від 50 до 500 мкм і більше (рис. 6.1, а). Ефективнішою є осаджувальна камера Говарда (див. рис. 6.1, б), в якій газовий потік розбивається горизонтальними пластинами на окремі секції. Незважаючи на незначний аеродинамічний опір і невисоку вартість, ці апарати застосовують рідко через труднощі їх очищення. З них відхідні гази направляють в інші, ефективніші апарати для подальшого очищення.

Значно поширеніші циклонні сепаратори (рис. 6.2). У них запилений газ, обертаючись по спіралі, відкидає часточки пилу на стінки апарата 3, 4, звідки вони потрапляють у пилоосаджувальну камеру 5. Циклонні сепаратори ефективно очищають гази, що містять часточки розміром не менш як 25 мкм. Коефіцієнт корисної дії циклонів залежить від концентрації пилу і розмірів його часточок. Середня ефективність знепилення газів у циклонах становить 78-86 % для пилу розміром 30-40 мкм. Основний недолік циклонів – значне абразивне спрацювання частин апарата пилом. Тому ці частини вкривають синтетичними матеріалами або зносостійкими сплавами, що здорожує конструкцію апарата. Циклони використовують для очищення запилених газів і повітря з великими часточками в різних галузях промисловості.

98

У фільтрах газовий потік проходить крізь пористий матеріал різної щільності й

товщини. Очищення від грубодисперсного пилу здійснюють у фільтрах, заповнених коксом, піском, гравієм, насадкою різної природи й форми. Для очищення від тонкодисперсного пилу використовують фільтрувальний матеріал типу паперу, повсті або тканини різної щільності. Папір використовують для очищення атмосферного повітря або газів з низьким вмістом пилу. В промислових умовах застосовують тканини або рукавні фільтри. Вони мають форму барабана, тканинних мішків або кишень, що працюють паралельно. їх очищують струшуванням або продуванням повітря. Останнім часом як фільтрувальні тканини широко використовують синтетичні матеріали та скловолокно, що можуть витримувати температуру 150–250 °С, вони хімічно і механічно стійкіші і менш вологоємні порівняно з шерстю та бавовною. Останні дають змогу очищати гази з температурою не вище за 100 °С. Головною перевагою рукавних фільтрів є висока

99

ефективність очищення, яка досягає 99 % для всіх розмірів часточок. Для тонкого очищення застосовують керамічні фільтри, фільтри з пластмас або скла. Ефективність пиловловлювання в них може досягати 99,99 %, а температура очищуваного газу – 500 °С.

Для тонкого очищення газів від пилу використовують електрофільтри (рис. 6.3). Крім пилу вони можуть також очищати гази від аеро- та гідрозолів, тобто вловлювати більш дисперговані часточки. Електрофільтр складається з коронувального (негативного) 2 і осаджувального (позитивного) 1 електродів. Останній виготовляють у вигляді трубки або пластини. Електрофільтр живиться постійним струмом високої напруги (50-100 кВ). При напруженості електричного поля між електродами 15 кВ/см повітря йонізується і створює позитивні та негативні заряди. Заряджені частинки осідають на часточки пилу, внаслідок чого вони рухаються до протилежно заряджених електродів і осідають на них. У сухих електрофільтрах для очищення поверхні електродів від пилу використовують струшувальні пристрої 5 ударно-молоткового типу. За допомогою електрофільтрів очищають значні об'єми газів від пилу з розміром часточок 0,01- 100 мкм за температури газів до 500 °С. Фільтри ефективно працюють при невеликих газових потоках, досягаючи ступеня очищення 99,9 %.

У мокрих пиловловлювачах запилений газ зрошується рідиною або контактує з нею.

Найпростішою конструкцією є промивна башта, заповнена кільцями Рашіга, скловолокном або іншими матеріалами. До апаратів такого типу належать скрубери та труби Вентурі. Часто для видалення шламів, що утворюються, труби Вентурі доповнюють циклонами. На рис. 6.4 зображено порожнистий форсунковий скрубер. Він являє собою циліндричну (або прямокутну) башту, виготовлену з металу, цегли чи залізобетону.

Рис. 6.4. Порожнистий форсунковий скрубер: 1 – корпус; 2 – форсунки

Скрубери працюють за принципом протитечії: газ рухається знизу вгору, а

поглинальна рідина (частіше вода) розпилюється форсунками згори вниз. Швидкість газу в скруберах – 1,0–1,5 м/с. Ефективність очищення газів залежить від змочуваності пилу і

100

досягає 96–98 %. Для вловлювання важко-змочуваного пилу, наприклад вугільного, у воду добавляють поверхнево-активну речовину (ПАР). Скрубери можна застосовувати для холодних і гарячих газів, які не містять токсичних речовин (кислот, хлору тощо), оскільки вони видаляються в атмосферу разом з очищеним газом у вигляді туману.

У барботажних апаратах запилений газ пропускають крізь рідину (воду). їх доцільно використовувати для очищення гарячих газів з часточками пилу розміром понад 5 мкм. Барботаж використовують також у пінних апаратах. Для створення піни у воду добавляють ПАР. Ефективність очищення в цих апаратах досягає 97–99 %.

Недоліком мокрого очищення газів є те, що вловлений пил перетворюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати шламову каналізацію, що здорожує конструкцію. Мокрі пиловловлювачі типу труби Вентурі характеризуються значними витратами електроенергії для подавання й розбризкування води, особливо для уловлювання пилу з розміром часточок менш як 5 мкм. Під час очищення деяких газів можлива лужна або кислотна корозія. Значно погіршуються умови розсіювання через заводські труби відхідних газів, зволожених під час охолодження в апаратах цього типу.

В апаратах інерційного пиловловлювання різко змінюється напрямок потоку (рис. 6.5). Часточки пилу за інерцією вдаряються об поверхню, осаджуються і через розвантажувальний пристрій видаляються з апарата. Усередині апаратів розміщені пластини або кільця, об які вдаряється газ. Зверху апарати можуть зрошуватися водою. Тоді пил з них видаляється у вигляді шламу.

Ультразвукові апарати використовують для підвищення ефективності роботи

циклонів або рукавних фільтрів. Ультразвук сприяє адгезії і закріпленню часточок пилу. Ці апарати ефективні у разі високої концентрації пилу в очищуваному газі. Для збільшення ефективності роботи апарата його зрошують водою. Такі апарати в комплексі з циклоном застосовують для уловлювання сажі, туману різних кислот тощо.

До фізико-хімічних методів очищення газових викидів належать абсорбція і

адсорбція. Абсорбція – це процес хімічного осадження або зв'язування забруднювальних речовин під час пропускання очищуваного газу крізь рідкий поглинач. Апарати для такого

101

очищення називають абсорберами. В цих апаратах очищуваний газ і абсорбувальна рідина рухаються назустріч один одному. Абсорбцію застосовують для очищення повітря і відхідних газів, що містять токсичні забруднення – кислотні тумани, оксиди карбону (IV) і (II), ціанідну або ацетатну кислоти, сірчистий газ, оксиди нітрогену, різні розчинники тощо. Як поглинач використовують суспензії, що містять оксиди магнію і кальцію або вапняк:

СаО + NO2 → CaNO3; CaO + СО2 → СаСО3; MgO + SO2 → MgSO3; CaO + SO2 → CaSO3;

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑.

Ефективність очищення становить 90-95 %. Шлами після очищення можуть використовуватись для подальшого перероблення й отримання продуктів. Недоліком цих апаратів є ускладнення процесу видалення шламів у разі утворення важкорозчинних речовин.

Адсорбційний метод очищення газів – це сорбція газуватих речовин на поверхні або в об'ємі мікропор твердого тіла. Тверду речовину, на поверхні або в об'ємі пор якої відбувається концентрування очищуваних речовин, називають адсорбентом. Поглинювані забруднювальні речовини, що перебувають у газовій або рідкій фазі, називають адсорбтивом, а після переходу в адсорбований стан – адсорбатом. У техніці використовують тверді адсорбенти з сильнорозвинутою внутрішньою поверхнею. Найчастіше як адсорбент використовують активоване вугілля, силікагель та глини, що мають велику поверхню. Один грам активованого вугілля має поверхню близько 5 км2. Вилучені з очищуваних газів речовини – адсорбтиви, які в подальшому видаляють шляхом десорбції, можуть бути використані для тих чи інших цілей. Цей процес називають регенерацією адсорбента і здійснюють здебільшого нагріванням перегрітою парою.

Апарати, в яких здійснюють адсорбцію, називають адсорберами. Їх виконують вертикальними, горизонтальними і з кільцевими полицями, на яких розташовують адсорбент. За розміром і формою часточок активоване вугілля буває гранульованим і порошкоподібним. Гранульоване вугілля виготовляють у формі циліндриків діаметром від 2 до 5 мм, причому висота циліндрика завжди більша від діаметра. Гранульоване вугілля застосовують переважно в установках зі стаціонарним шаром адсорбенту. Для збільшення поверхні та інтенсивності масообміну гранульоване вугілля подрібнюють і розсівають на фракції. Подрібнене вугілля використовують у процесах зі стаціонарним, рухомим і киплячим шаром адсорбенту. В цьому разі процес здійснюють у безперервному режимі і з застосуванням гранул вугілля з підвищеною міцністю проти стирання. Перевагою безперервного процесу є повна його автоматизація, можливість здійснювати хроматографічне розділення суміші компонентів поряд з їх виділенням з газу, зменшення витрат теплоти на регенерацію вугілля. Недоліком методу є великі енергетичні витрати через високий опір шару адсорбенту.

Адсорбцією на активованому вугіллі очищають відхідні гази від гідрогенсульфіду у виробництві штучного волокна. За допомогою адсорбції на силікагелі очищають газові викиди від оксидів нітрогену. Цей метод широко застосовують для очищення викидних газів від багатьох інших шкідливих домішок.

102

Хімічні методи очищення викидних газів засновані на хімічному зв'язуванні шкідливих забруднювальних речовин. До цих методів можна віднести термічні та каталітичні методи.

Термічні методи засновані на здатності горючих токсичних компонентів окислюватися до менш токсичних при наявності кисню і високої температури газової суміші. Застосовуються при великих об’ємах газів з концентрацією домішок не менше 0,03%. При спалюванні газів, в яких містяться галогени, фосфор, сірка, утворюються набагато токсичніші речовини, ніж на вході.

Термічні методи поділяють на: § пряме спалювання – використовується для знешкодження горючих вуглеводнів,

що не використовуються у виробництві. З економічного погляду це малоефективний процес, оскільки теплота не використовується і тільки призводить до теплового забруднення навколишнього середовища. Крім того, температура самозапалення суміші дуже висока, зазвичай більше 1000 °С, що може призводити до утворення оксидів азоту з азоту повітря.

§ термічне окиснення – використовується при недостатній для горіння концентрації горючих речовин. При цьому очищуваний газ спалюють у полум'ї пальника при температурі 600–800 °С.

Каталітичні процеси окиснення, відновлення та розкладання використовують для перетворення токсичних компонентів викидів у нешкідливі речовини шляхом введення у систему каталізаторів.

Наприклад, вихлопні автомобільні гази очищають від оксиду карбону (II) шляхом його окиснення до вуглекислого газу на мідно-мангановому каталізаторі, що являє собою суміш оксидів мангану і купруму:

.2COO2CO 2рКаталізато

2 ¾¾¾ ®¾+ Каталітичне відновлення оксидів нітрогену до N2 здійснюють за допомогою

відновників – водню, метану або аміаку за наявності платино-паладієво-родієвих каталізаторів.

Запитання для самоперевірки

1. Види забруднень атмосфери і їх характеристика; 2. Які шкідливі речовини викидає в атмосферу автотранспорт? 3. Які об`єми і яких забрудників викидає в атмосферу щороку чорна металургія і

енергетика? 4. Типи викидів в атмосферу, приклади; 5. Класифікація джерел забруднення атмосферного повітря, приклади; 6. Наслідки забруднення атмосферного повітря; 7. Шляхи зменшення забруднення атмосфери; 8. Методи очищення відхідних газів; 9. Поняття "забрудненість атмосфери"; 10. Розрахунок концентрацій полютантів в атмосфері; 11. Поняття "самоочищення атмосфери".

103

РОЗДІЛ 7. ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ГІДРОСФЕРИ

7.1. Споживачі води Вода входить до складу всіх організмів біосфери, в тому числі і до складу тіла

людини. В ньому вона виконує роль структурного компонента, розчинника і переносника поживних речовин, учасника біохімічних процесів, регулятора теплообміну з оточуючим середовищем. Вода регулює клімат планети, забезпечує господарську та промислову діяльність, являючись її умовами та об’єктом. Від забезпеченості водою залежить життя та здоров’я людей.

Основними споживачами води є сільське і комунальне господарство та промисловість. Усі галузі господарства за відношенням до водних ресурсів поділяють на користувачів і споживачів.

Споживачі забирають воду з джерела, використовують її за призначенням (пиття, приготування їжі, вирощування сільськогосподарської продукції, здійснення технологічних процесів на виробництві, обігрівання приміщень тощо), а потім повертають, але в іншому місці, в іншій кількості і якості.

Користувачі – воду з джерела не забирають, а використовують її як середовище (водний транспорт, рибальство, туризм, спорт), або як джерело енергії (ГЕС), проте можуть змінювати якість води (водний транспорт).

В багатьох випадках вода після використання частково або повністю повертається до джерел, але з зміненою якістю. Найбільше (до 70%) споживає прісної води сільське господарство. Особливо велика кількість води витрачається в зрошувальному землеробстві.

Якість води в кожному конкретному випадку визначається вимогами споживача. Якість води – це сукупність фізичних, хімічних, біологічних і бактеріологічних

показників, які задовольняють вимоги споживачів. Вимоги до якості води нормуються державними галузевими стандартами або технічними умовами.

7.2. Джерела забруднення гідросфери У результаті інтенсивного використання людством водних ресурсів відбуваються

значні кількісні й якісні зміни в гідросфері. Кількісні зміни полягають у тому, що в певних районах змінюється кількість води, придатної для господарських потреб, водний баланс, режим рік тощо. Якісні зміни зумовлені тим, що більшість річок і озер є не лише джерелом водопостачання, а й тими басейнами, куди скидаються промислові, сільськогосподарські й господарсько-побутові стоки. Це призвело до того, що нині на Землі вже практично не залишилося великих річкових систем з гідрологічним режимом і хімічним складом води, не спотвореним діяльністю людей.

Забруднення гідросфери поділяють на хімічне, фізичне, біологічне й теплове. Фізичне забруднення відбувається внаслідок накопичення у воді нерозчинних

домішок – піску, глини, мулу внаслідок змивання дощовими водами з розорених ділянок (полів), надходження суспензій з підприємств гірничодобувної промисловості, потрапляння пилу, що переноситься вітром в суху погоду тощо. Тверді частинки погіршують прозорість води, пригнічують розвиток водних рослин, тварин, забивають

104

зябра риб, погіршують смакові якості води, а іноді роблять її взагалі непридатною для споживання.

Хімічне забруднення відбувається через надходження у водойми зі стічними водами різних шкідливих домішок неорганічної (кислоти, луги, мінеральні солі та добрива) та органічної (нафта, нафтопродукти, миючі засоби, органічні добрива тощо) природи. Шкідлива дія токсичних речовин, що потрапляють у водойми, посилюється завдяки так званого кумулятивного ефекту (прогресуюче збільшення вмісту шкідливих сполук у кожній наступній ланці трофічного ланцюга). Наприклад, в фітопланктоні вміст шкідливої сполуки буде.в десять разів більшим, ніж у воді, в зоопланктоні (рачки, личинки тощо) – підвищиться ще вдесятеро, в рибі, яка харчується зоопланктоном,– ще вдесятеро. У результаті в тканинах хижої риби (щука, судак) концентрація отрути може в тисячі разів перевищувати її концентрацію у воді, що небезпечно для птахів, тварин і людей.

Згубно впливають на стан водойм стічні води, що містять розчинені органічні речовини або суспензії органічного походження. Більшість цих речовин сприяє зниженню вмісту кисню у воді. Особливої шкоди водоймам завдають нафта й нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообміну між водою та атмосферою і знижує вміст кисню у воді. В результаті розливу 1 т нафти плівкою покривається 12 км2 води. Згустки мазуту, осідаючи на дно, вбивають донні мікроорганізми, які беруть участь у процесі самоочищення води. Внаслідок гниття донних осадів, забруднених органічними речовинами, виділяються шкідливі хімічні сполуки, зокрема сірководень, які отруюють всю воду у водоймі.

Основними постачальниками органічних речовин у стічних водах є підприємства целюлозно-паперової промисловості, нафтопереробні заводи, великі тваринницькі комплекси тощо.

Велику кількість органічних сполук, яких раніше не було в природі, містять стоки хімічних підприємств. Багато з цих речовин біологічно активні, дуже стійкі й важко видаляються із стоків. Останнім часом особливе місце серед них посідають синтетичні миючі засобе – детергенти. Більшість з них містить фосфор. Зростання кількості фосфатів у річках, озерах і морях спричинює інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей, «цвітіння» водойм, що супроводжується різким зниженням вмісту у воді кисню, «заморами» риб, загибеллю інших водних тварин. Детергенти також надзвичайно утруднюють роботу каналізаційних споруд, уповільнюючи процеси коагуляції під час очищення стічних вод.

Особливу небезпеку для всього живого становлять радіоактивні домішки, що потрапляють у водойми завдяки викидам АЕС (особливо під час аварій), з частками золи від працюючих ТЕС тощо.

Біологічне забруднення водяного середовища полягає в надходженні до нього із стічними водами різних мікроорганізмів (бактерій, вірусів, спор грибів, яєць гельмінтів тощо), багато з яких є хвороботворними для людей, тварин і рослин, а також рослин і тварин, яких раніше ньому не було. Серед біологічних забруднювачів перше місце посідають комунально-побутові стоки, а також стоки м'ясокомбінатів, підприємств з оброблення шкіри, деревообробних комбінатів, цукрові заводи.

Теплове забруднення водойм є особливим видом забруднення гідросфери. Воно спричиняється спуском у водойми теплих вод від ТЕС, АЕС та інших енергетичних установок. Тепла вода змінює термічні та біологічні режими водойм і шкідливо впливає на

105

їхніх мешканців. Як показали дослідження гідробіологів, вода, нагріта до температури 26-30°С чинить на мешканців водойм і пригнічуючу дію, а якщо температура води піднімається до 36°С, риба гине. Найбільшу кількість нагрітої води у водойми скидають АЕС. АЕС, як правило, скидають у водойми воду, нагріту до 45°С. У водоймах, які розташовані нижче від діючих ТЕС і АЕС, порушуються умови нересту риб, гине зоопланктон, риби уражуються хворобами й паразитами. Вчені-гідробіологи встановили таку характерну послідовність дії підвищених температур на мешканців озер і штучних водойм:

до 26°С – шкідливого впливу не спостерігається

понад 30°С – шкідлива дія на біоценози

26–30°С – пригнічення життєдіяльності риб

34–36°С – гине риба й деякі види інших організмів

Основними джерелами забруднення і засмічення водойм є: § стічні води промислових та комунальних підприємств; § відходи від розробок рудних і нерудних копалин; § води рудників, шахт, нафтопромислів; § відходи деревини при заготівлі, обробці, сплаві лісових матеріалів (кора, тирса,

тріска, колоди, хмиз та ін.); § викиди водного, залізничного та автомобільного транспорту; § первинна переробка льону, коноплі та інших технічних культур. Найінтенсивнішими забруднювачами поверхневих вод є великі целюлозно-паперові,

хімічні, нафтопереробні, харчові та текстильні підприємства, гірничорудні і металургійні комбінати, а також сільськогосподарське виробництво.

Дуже небезпечним є сплавляння лісу, обробленого сильнодіючими отрутохімікатами – антисептиками, що застосовуються в лісовій промисловості. Вода стає непридатною для споживання і для життя водних організмів. Під час сплавляння розсипом багато деревини тоне і загниває на дні, що також призводить до підвищення смертності живих організмів водного середовища.

Сільське господарство – один з найбільших споживачів і, одночасно, забруднювачів природних вод внаслідок використання мінеральних добрив, пестицидів та інших хімікатів, функціонування великих тваринницьких комплексів, зрошування земель.

Особливо небезпечним для здоров'я людини є забруднення природних вод побутовими стоками. Така забруднена вода зовсім непридатна для постачання населенню, оскільки містить збудники різноманітних інфекційних захворювань (паратиф, дизентерія, інфекційний вірусний гепатит, туляремія та ін.).

Стічні води

Стічні води – води, які відходять після використання в побутовій, промисловій та сільськогосподарській діяльності людини або які пройшли через будь-яку забруднену територію чи об'єкт.

За походженням виділяють наступні види стічних вод: 1). Поверхневі стічні води – формуються за рахунок дощових і талих (сніг, град)

вод, а також поливальних вод при мокрому прибиранні територій із штучним покриттям (асфальтованим, бетонним і т. п.). Відводяться як правило через

106

систему зливової каналізації. Діляться на дощові і талі. Забруднені зазвичай завислими речовинами органічного та мінерального походження, нафтопродуктами, біогенними речовинами та важкими металами.

2). Господарсько-побутові стічні води – утворюються в житлових приміщеннях, а також в побутових приміщеннях на виробництві (наприклад, душові кабіни, туалети), відводяться через систему господарсько-побутової каналізації або по загальносплавній. Забруднені головним чином миючими засобами та екскрементами. Велика частина завислих твердих речовин має целюлозну природу, а інші забруднюючі органічні речовини включають жирні кислоти, вуглеводи і білки. Неприємний запах побутових стічних вод обумовлений розкладанням білків в анаеробних умовах. Склад господарсько-побутових стічних вод відносно постійний і характеризується в основному органічними забруднюючими речовинами (близько 60%) в нерозчиненому, колоїдному та розчиненому стані, а також різними бактеріями і мікроорганізмами, у тому числі й патогенними.

3). Сільськогосподарські стічні води – поділяються на стічні води від тваринницьких комплексів і поверхневі стічні води з полів. Перший тип стічних вод містить велику кількість органічних забруднюючих речовин, другий містить агрохімічні речовини, що використовують в якості добрив і засобів захисту рослин від шкідників.

4). Шахтні і рудничні стічні води – утворюються в процесі видобутку та переробки корисних копалин, тому часто мають високу мінералізацію, кислу реакцію середовища, велику кількість рудничних елементів, що знаходяться в розчиненій і завислій формах.

5). Промислові (виробничі) стічні води – утворюються в результаті використання води в технологічних процесах на промислових підприємствах або видобутку корисних копалин, відводяться через систему промислової або загальносплавной каналізації. Найбільш характерними і небезпечними забруднюючими речовинами промислових стічних вод є екстрагуючі речовини (переважно нафтопродукти), феноли, синтетичні поверхнево-активні речовини, важкі метали, органічні речовини з тривалим терміном розкладання, в тому числі різні пестициди. Виділяють брудні та умовно чисті промислові стічні води. § Умовно чистими або “оборотними" стічними водами вважають води після

охолодження технологічного обладнання, компресорів, турбін, теплообмінних апаратів і іншого устаткування. Оборотна вода є теплоносієм і не контактує безпосередньо з сировиною чи рідинами, що циркулюють у технологічних установках. Після використання оборотні води охолоджують в градирнях чи охолоджувальних ставках, в деяких випадках звільняються від завислих речовин, і знову повертають на охолодження. Цю воду використовувати багато разів, не скидаючи у водотоки.

§ Брудними стічними водами є води, які використовували для виготовлення різних емульсій, електролітичних розчинів, промивки сировини, обладнання та інші води різні за складом забруднень, що визначаються технологією виробництва:

107

- реакційні води, що виділяються в процесі реакцій. Вони забруднені залишками сировини і продуктів реакції;

- промивні води після промивки сировини, продуктів, обладнання, тари, маточні водні розчини;

- води, які поступають з сировиною в вигляді вільної та зв'язаної води; - водні екстрагенти і абсорбенти

7.3. Поведінка забруднень у водоймах

7.3.1. Самоочищення води В природних водоймах, розташованих подалі від населених пунктів, розвиваються

типові для даних місцевостей біоценози: водорості, бактерії, гриби, найпростіші, вищі, рослини та тварини. Якщо хімічний склад та інші властивості стічних вод постійні, в водоймі складається угруповання організмів, відповідне новим умовам. В результаті складних біохімічних процесів бактерії та інші мікроорганізми розкладають вуглеводи, білки та жири з використанням кисню на більш прості сполуки. Кінцевими продуктами є мінеральні солі (сульфати, нітрати, фосфати), гази (вуглекислий газ, водень, сірководень, аміак) і вода. Ці сполуки споживають із води водорості та вищі рослини. Водорості в присутності сонячного проміння засвоюють вуглекислий газ і виділяють кисень, який використовується для окиснення органічних сполук.

Дуже важливу роль в процесі самоочищення відіграють нижчі види тварин: найпростіші та ракоподібні. Вони живляться водоростями, грибами і бактеріями, запобігаючи нaдмірний розвиток останніх і можливість вторинного забруднення. Так замикається ланцюг біологічних змін, пов’язаних з самоочищенням водойм. Якщо розклад органічних речовин відбувається повністю, а продукти розкладу використовуються для побудови нової органічної матерії, надлишок її постійно видаляється із води.

Однією з найважливіших умов, необхідних для протікання біологічних і біохімічних процесів в напрямку самоочищення води, є наявність в ній розчиненого кисню. Якщо кількість кисню достатня для біологічних перетворень органічних забруднень, процес самоочищення води відбувається безперервно з підтриманням в середовищі достатнього вмісту кисню. Якщо ж кисню в воді вміщається недостатньо, його може не вистачити для підтриммання життєвих процесів: аеробне середовище в такому випадку перетворюється в анаеробне. Органічні сполуки замість окиснення піддаються анаеробному розкладу з виділенням сірководню, метану, аміаку, водню, діоксиду вуглецю, які призводять до вторинного забруднення водойми.

Швидкість біологічних процесів у водоймі залежить від багатьох факторів. Так, з підвищенням температури швидкість їх зростає, що супроводжується більш швидкою витратою кисню у водоймі. Це спричиняє певну небезпеку для водойм в разі скиду в них великої кількості стічних вод влітку або теплих стоків. Влітку кисень витрачається значно швидше, ніж взимку.

108

7.3.2. Евтрофікація водойм Під евтрофікацією вод розуміють збагачення їх біогенними елементами, особливо

азотом і фосфором або речовинами, що їх містять. Евтрофікація (грец. еу – добре, трофе – живлення) – багате живлення вод.

Наслідки евтрофікації – інтенсивне зростання водоростей і інших рослин, накопичення у водоймищах органічних речовин і інших продуктів відмирання організмів. Це створює умови для збільшення чисельності організмів-редуцентів, що живляться мертвою органічною речовиною і розкладаючих його до початкових мінеральних елементів і вуглекислого газу. Редуценти в процесі життєдіяльності інтенсивно поглинають кисень. Кінцевий результат таких явищ – знекиснення водного середовища і заміна аеробних (за участю кисню) процесів на анаеробні, що протікають у безкисневому середовищі. Результат анаеробних процесів – виділення у середовище сірководню, метану, аміаку та інших отруйних забруднюючих речовин. Таким чином, збагачення вод необхідними для життя хімічними елементами викликає вторинний вкрай негативний екологічний і санітарно-гігієнічний ефект.

Негативні наслідки евтрофікації вод посилюються при їх тепловому забрудненні. Останнє сприяє прискореному збідненню води киснем як в результаті його меншої розчинності у міру підвищення температури, так і внаслідок інтенсифікації біохімічних процесів.

Роль природних і антропогенних чинників в евтрофікації вод. Евтрофікація викликається як природними, так і антропогенними чинниками. Відмінності в їх дії пов'язані не лише з інтенсивністю, але і з механізмом окремих процесів.

Природна евтрофікація протікає, як правило, повільно і залежить від хімізму і мінералогічного складу порід і грунтів, що оточують водоймища. Водоймища з великими запасами води і розташовані серед кристалічних порід мало схильні до евтрофікації. Вони протягом тисячоліть можуть залишатися в оліготрофному (бідному поживними речовинами) стані, а отже, з чистою водою. Приклад такого водоймища – озеро Байкал.

Повільна евтрофікація характерна також для озер льодовикового походження. Це основні резервуари озерної чистої води. Такі водоймища в той же час через малу насиченість життям і низьку температуру мають слабку здатність до самоочищення. Тому вони дуже чутливо реагують на забруднення.

Невеликі водоймища, що живляться з водозборів, добре забезпечених рухливими формами азоту і фосфору, схильні до інтенсивної евтрофікації. Вони швидко переходять із стану молодості (оліготрофні) до зрілості (мезатрофні) і старості (евтрофні) при наступному перетворенні на болота, а потім і в сушу з торф'янистими субстратами.

До антропогенної евтрофікації нині схильні практично усі внутрішні водоймища і деякі моря. Основними чинниками її являються мінеральні добрива, а у ряді випадків миючі засоби, компоненти яких – поверхнево-активні речовини виготовляються на фосфорній основі.

Джерелами евтрофікації вод є також побутові і промислові стоки, тваринницькі комплекси, підігріті води, рекреаційні впливи, перетворення проточних вод у стоячі і т.п.

Процеси, супутні евтрофікації вод. У бідних поживними речовинами (оліготрофних) природних водах група організмів-продуцентів представлена в основному великими рослинами (макрофітами). Ці рослини розміщуються в придонній частині водоймищ і своїми коренями витягають необхідні їм біогенні елементи з донних структур. Кисень, що

109

виділяється в процесі фотосинтезу, розчиняється в глибинних шарах води. Поверхневі шари води збагачуються киснем, що піднімається з придонних шарів і в результаті поглинання з повітря. Обидва процеси збалансовані, і вода залишається чистою.

У евтрофних водах створюються сприятливі умови для поглинання рослинами біогенних елементів безпосередньо з води, що їх оточує. Це сприяє інтенсивному накопиченню фітопланктону у верхніх шарах води і загибелі донних рослин через нестачу кисню. Він тут поглинається організмами-редуцентами, що переробляють органічні речовини планктону після його відмирання.

Таким чином, в процесі евтрофікації змінюється не лише хімізм води, але і видовий склад організмів. За цим йде збіднення глибинних шарів води киснем, зміна аеробних процесів анаеробними, забруднення води отруйними речовинами.

Зони сапробності

Будь-яке водоймище – це складна біологічна система з різноманітними мешканцями. Зміна ступеню забруднення водоймища веде до зміни умов існування водних організмів і зміни їх видового складу. У кожному водоймищі виникають зони з різною ступінню забруднення. В процесі самоочищення концентрація забруднень і ступінь мінералізації змінюються. Зони водоймища з різною ступінню мінералізації органічних речовин визначають розвиток відповідних водних організмів (сапробіонтів) і називаються зонами сапробності (сапробність – ступінь насичення води органічними речовинами). Розрізняють полі-, мезо– і олігосапробні зони.

Полісапробна зона – зона найсильнішого забруднення. У ній різко виражені гнильні анаеробні процеси, т. е. процеси розкладання білків, амінокислот і інших органічних азотистих речовин, а також бродіння вуглеводів, пектинових речовин і т.п. У цій зоні розвиваються організми, стійкі до підвищених концентрацій органічних речовин і продуктів обміну, – кислот, сірководню, метану, аміаку, вуглекислого газу. У полісапробній зоні майже повністю відсутній кисень, тому переважають анаеробні процеси.

У мезосапробній зоні тривають процеси мінералізації речовин і починають переважати процеси аеробного окислення. Зменшення загальної кількості органічних речовин в цій зоні обумовлює посилене окислення аміаку з утворенням нітритів і нітратів, а також утворення сульфатів з сірководню. Вода полі- і мезосапробної зон водоймища містить велику кількість мікроорганізмів.

Олігосапробна зона – це зона чистої води, позбавленої органічних речовин. Вона містить мало мікроорганізмів. Нітрити, нітрати і сульфати в ній також майже не утворюються. Найбільш значні тут процеси окислення солей заліза (II) під впливом залізобактерій, які є показником олігосапробної зони.

7.4. Нормативні вимоги до якості води

Під забрудненістю розуміють такий стан водного об’єкту, при якому спостерігається відхилення від норми в бік збільшення вмісту тих або інших компонентів. Критерієм забрудненості води слугує погіршення її якості внаслідок зміни її фізичного складу, органолептичних властивостей і вмісту шкідливих речовин для людей та рослинних і

110

тваринних організмів, а також підвищення температури води, що несприятливо впливає на умови життєдіяльності водних організмів.

Поняття “забрудненість води” не є абсолютним. Воно відноситься до певного місця водойми і до конкретного водокористувача. Тому водний об’єкт поза місцем водокористувача не вважається забрудненим, навіть в випадку повної руйнації екосистеми внаслідок скиду шкідливих речовин.

Лімітуючі показники шкідливості забруднювальних домішок у стічних водах

встановлюють за органолептичними, токсикологічними, радіологічними, санітарно-гігієнічними, санітарними та бактеріологічними показниками.

Органолептичні показники визначають за запахом, смаком, забарвленістю, завислими речовинами, спливаючими речовинами, рН, мутністю, загальною твердістю, загальною мінералізацією, сухим залишком, вмістом магнію, марганцю, заліза, хлоридів, сульфатів, нафтопродуктів тощо.

Температура води має велике значення при використанні її у виробничих процесах (на охолодження, живлення парових котлів тощо).

Температура води поверхневих джерел залежить від температури повітря, його вологості, швидкості й характеру руху води, ряду інших факторів.

Для господарсько-питних потреб температура повинна знаходитись у межах 5–16°С. Таку температуру мають підземні води не дуже глибокого залягання; в річках температура води коливається в межах 0–25°С.

Каламутність води обумовлюється наявністю в ній зважених речовин. Каламутність питної води не повинна перевищувати 2 мг/л і відповідно до цього її прозорість має бути не менше 30 см шару за шрифтом.

Прозорість води. Важливим показником є прозорість води, яка обумовлює інтенсивність фотосинтезу, глибину проникнення світла в товщу води. Питна вода повинна бути прозорою, не містити суспензованих часточок, які спричиняють каламутність.

Запах води. Властивість води викликати у людини і тварин специфічне подразнення слизової оболонки носових проходів обумовлена її запахом. Якісна вода запаху не має. Наявність запаху обумовлюється як біологічними факторами (живими й відмерлими організмами, рослинними залишками, специфічними речовинами, що виділяються деякими водоростями й мікроорганізмами), так і наявністю хімічних речовин (присутність у воді розчинних газів – хлору, аміаку, сірководню, меркаптанів або органічних і хлорорганічних забруднень). Тому запах може бути природний і штучний. Природними вважають запахи землі, болота, трави, дерева, риби. Запах штучного походження називають за відповідними речовинами, що знаходяться у воді: фенольний, хлорфенольний, камфорний, бензиновий, смолистий, хлорний тощо.

Смак води. Розрізняють чотири головні смакові відчуття: кисле, солоне, гірке і солодке. Всі інші смакові відчуття називають присмаками (в’яжучий, гірко-солоний, лужний, терпкий, металевий). Природні води мають, як правило, тільки солонуватий або гіркуватий присмак. Солоний смак обумовлений вмістом хлориду натрію, гіркий – сульфату магнію. Кислий смак воді надає велика кількість розчинної вуглекислоти. Вода може мати також чорнильний або залізистий присмак, викликаний солями заліза й марганцю, або в’яжучий, викликаний сульфатом кальцію. Неприємний присмак зумовлюють продукти розпаду органічних речовин, стічні води, флора і фауна в період їх

111

розвитку. Підземні води часто мають специфічний присмак, який залежить від наявності заліза, марганцю, магнію, натрію, калію, хлору. Інтенсивність смаку оцінюють описово або за 5-бальною системою.

Спливаючі речовини. Стічні води не повинні містити мінеральних масел та інших спливаючих речовин у таких кількостях, які здатні утворювати на поверхні водойми плівку, плями тощо.

Мінеральний склад. Визначається за вмістом неорганічних речовин, зокрема хлоридів, сульфатів та інших мікрокомпонентів. Питна вода повинна містити не більше 1 г/л (в деяких випадках допускається 1,5 г/л) солей.

Показник водневих іонів (рН) – являє собою десятковий логарифм абсолютної концентрації водневих іонів (водневе число), узятий зі зворотним знаком, тобто рН – lg(H). Водневим числом називається концентрація водневих іонів будь-якого розчину, виражена в грам-іонах на літр розчину. Величина рН – один з найважливіших показників якості води. Від її величини залежать розвиток і життєдіяльність водоростей, стійкість різних форм елементів, агресивна дія води на метали і бетон. Величина рН води також впливає на процеси перетворення різних форм біогенних елементів, змінює токсичність забруднюючих речовин.

Твердість води. Властивість природної води, що залежить від наявності в ній, головним чином, лужноземельних металів кальцію і магнію та їх солей.

Лужноземельні метали, зв’язані із слабкою вугільною кислотою, утворюють тимчасову або так звану карбонатну твердість, а зв’язані із сильними кислотами (сірчаною і соляною) утворюють сульфати та хлориди кальцію і магнію, що створює постійну твердість (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2). Загальна твердість складається із суми карбонатної і постійної твердості.

У природних умовах іони кальцію, магнію та інших лужноземельних металів, що спричиняють твердість води, надходять у воду в результаті взаємодії розчиненого діоксиду вуглецю з карбонатними мінералами та в результаті інших процесів розчинення і хімічного вивітрювання гірських порід. Джерелом цих іонів є також мікробіологічні процеси, що протікають у ґрунтах на площі водозбору, у донних відкладеннях, а також у стічних водах різних підприємств.

Твердість води вимірюється в міліграмеквівалентах на 1 л води (мг-екв/л). М’якою вважається вода із твердістю 1,5–3,0 мг-екв/л, помірно твердою – 3–6, твердою – 6–9 і дуже твердою – понад 9 мг-екв/л.

Зазвичай переважає твердість, обумовлена іонами кальцію (до 70 %), однак в окремих випадках магнієва твердість може досягати 50–60 %.

Висока твердість води погіршує її органолептичні властивості, надаючи їй гіркуватого смаку і впливаючи на органи травлення.

Токсикологічні показники води визначають за вмістом фтору, ПАР (поверхнево-

активних речовин), фенолу, ціаніду, міді, свинцю, цинку, хлору, нікелю. Санітарно-гігієнічну оцінку води проводять за наявністю у ній солей азотовмісних

сполук – азотної HNO3 і азотистої HNO2 кислот і аміаку NH3 органічного походження. Наявність аміаку, як продукту розпаду органічних речовин у воді, вказує на свіже забруднення, наявність солей азотистої кислоти – на відносно недавнє забруднення, а

112

наявність азотної кислоти – на вже ліквідоване забруднення. Воду із вмістом аміаку і азотистих сполук не можна використовувати для господарсько-питних потреб.

Радіологічні показники води контролюють за вмістом радіонуклідів цезію-137,

стронцію-90 та сумарною бета-активністю. Санітарні показники оцінюють за вмістом розчиненого кисню, хімічним

споживанням кисню (ХСК) та біологічним споживанням кисню (БСК). Вміст розчиненого кисню. Чисті, незабруднені води відкритих водойм зазвичай

насичені киснем. Глибинні підземні води, як правило, не містять кисню і швидко поглинають його при контакті з повітрям.

Розчинність у воді кисню залежить від її температури, атмосферного тиску, парціального тиску кисню, сольового складу води та її забрудненості органічними речовинами. З підвищенням температури води кількість розчиненого у ній кисню зменшується. У кип’яченій воді кисню немає зовсім. З підвищенням атмосферного тиску (або парціального тиску кисню) кількість кисню, розчиненого у воді, збільшується.

Чим більше забруднена вода, тим більша кількість кисню витрачатиметься на окислення органічних речовин і тим менше розчиненого кисню міститиметься у воді. Вміст розчиненого кисню – дуже важливий показник при санітарній оцінці води відкритих водойм. У поверхневих шарах незабруднених річок, озер, водосховищ загальна кількість розчиненого кисню повинна бути дещо меншою від тієї кількості, яка може розчинятися за певних температури і тиску. Порівнюючи визначену при дослідженні кількість розчиненого у воді кисню з кількістю, яка повинна міститися за даних умов, можна зробити висновок про ступінь забруднення води відкритих водойм.

Якісна питна вода при середній температурі містить 6–8 мг/л кисню. При зниженні вмісту кисню у воді до 4 мг/л втрачається її властивість до самоочищення, а при вмісті 1 мг/л – призводить до масової загибелі риби.

За хімічним складом і кількістю домішок у воді розраховують потребу в кисні на окиснення і визначають ступінь загрози евтрофікації. Для цього використовують такі показники, як:

Хімічне споживання кисню – це кількість міліграмів кисню, яка необхідна для хімічного окиснення органічних та неорганічних сполук, що містяться в 1 дм3 води, що аналізується. Хімічне споживання кисню в пітній воді не нормується.

Біологічне споживання кисню – кількість міліграмів кисню, що витрачається за певний проміжок часу на аеробне біохімічне окиснення (розклад) нестійких органічних сполук, що містяться в 1 дм3 води, що аналізується.

Бактеріологічні показники при оцінці якості води визначають за мікробним числом

(загальна чисельність бактерій в 1 см3 води) та колі-індексом (кількість кишкових паличок в 1 см3 води) або колі-титром (об`єм води в кубічних сантиметрах, що припадає на одну кишкову паличку).

У таблиці 7.1. розглянуті загальні вимоги до складу та властивостей води, що скидається у відкриті водойми господарсько-питного та культурно-побутового призначення.

113

Таблиця 7.1. Загальні показники якості промислових вод, що скидаються у відкриті водойми господарсько-питного та культурно-побутового призначення

Показники складу та

властивостей води Категорії водокористування

Для господарсько-питного водопостачання

Для купання, спорту та відпочинку населення

Завислі речовини Вміст завислих речовин не повинен збільшуватися більш, ніж на:

0,25 мг/дм3 0,75 мг/дм3 Плаваючі домішки На поверхні водойми не повинно бути плаваючих плівок, плям

мінеральних масел та скупчень інших домішок Запахи Вода не повинна набувати невластивих їй запахів інтенсивністю

більше 1 бала Колір Не повинен виявлятися у стовпчику

20 см 10 см Температура Літня температура води внаслідок спуску стічних вод не має

перевищуватися більш ніж на 3 °С порівняно із середньомісячною, а зимня – більш ніж на 5 °С

Водневий показник (рН)

6,5 8,5

Мінеральний склад Не повинен перевищувати з сухим залишком 1000 мг/дм3, в т.ч. хлоридів – 350 мг/дм3, сульфатів – 500 мг/дм3

Розчинений кисень Не має бути меншим за 4 мг/дм3 у будь-який період року у пробі, взятій о 12 годині дня

БСКповне Не має перевищувати при 20°С 3,0 мг О2/дм3 6,0 мг О2/дм3

ХСК Не має перевищувати 15,0 мг О2/дм3 30,0 мг О2/дм3

Збудники захворювань Вода не має містити збудників захворювань Лактопозитивні кишкові палички

Не більше 10000 в 1 дм3 Не більше 5000 в 1 дм3

Коліфаги у бляшкоутворюючих одиницях

Не більше 100 в 1 дм3 Не більше 100 в 1 дм3

Життєздатні яйця гельмінтів та найпростіших кишкових

Не повинні міститись в 1 дм3

Хімічні речовини Не мають міститись в концентраціях, що перевищують ГДК або ОДР (орієнтовно допустимі рівні)

114

Вимоги щодо якості питної води Питна вода повинна: а) бути прозорою, по можливості безколірною, приємною на смак, без будь-якого

присмаку та запаху, мати освіжаючу температуру (5–16°С); б) не містити домішок отруйних речовин, вище гранично допустимої кількості; в) не містити патогенних мікроорганізмів, яєць гельмінтів та їх личинок; г) не бути забрудненою стічними водами (фекальними, побутовими та промисловими). У таблиці 7.2. наведені вимоги щодо вмісту забруднювальних речовин та показники

якості питної води.

Таблиця 7.2. Показники якості питної води

Показники Норма, не більше Запах при температурі 20°С і нагріванні до 60°С, балів

2,0

Смак і присмак при 20°С, балів 2,0 Колір, градусів 20,0 Каламутність за стандартною шкалою 0,5 Прозорість, м 0,3 Водневий показник, рН 6,5 – 8,5 Сухий залишок, мг/дм3 1000,0 Твердість загальна, мг∙екв/дм3 7 Азот амонійний (NH3 та NH4

+), мг/дм3 1,5 Алюміній, мг/дм3 0,2 Барій, мг/дм3 0,1 Залізо загальне, мг/дм3 0,3 Марганець, мг/дм3 0,1 Миш’як, мг/дм3 0,01 Мідь, мг/дм3 1,0 Нікель, мг/дм3 0,1 Нітрати, мг/дм3 45,0 Поліфосфати залишкові (РО4), мг/дм3 – Свинець, мг/дм3 0,01 Селен, мг/дм3 0,01 Стронцій, мг/дм3 – Сульфати, мг/дм3 250,0 Фтор, мг/дм3 1,5 Хлор залишковий вільний, мг/дм3 0,3 – 0,5 Хлориди, мг/дм3 250,0 Хлор залишковий зв’язаний, мг/дм3 0,8 – 1,2 Хлорфеноли, мг/дм3 0,0003 Цинк, мг/дм3 – Ціаніди, мг/дм3 –

115

Продовження табл. 7.2.

Показники Норма, не більше Бензабірен, мг/дм3 0,00001 Дибромхлорметан, мг/дм3 0,01 Пестициди (сума), мг/дм3 0,001 Тетрахлорвуглець, мг/дм3 0,002 Тригалометани (ТГМ, сума), мг/дм3 0,1 Хлороформ, мг/дм3 0,06 Загальний органiчний вуглець 3,0 Перманганатна окислюванiсть 4,0 Загальна об'ємна активність альфа-випромінювачів, Бк/дм3

0,1

Загальна об'ємна активність бета-випромінювачів, Бк/дм3

1,0

Кількість мікроорганізмів в 1 мл води, мікробне число, КУО*/см3

100

Кількість бактерій групи кишкової палички в 1 л води, колі-індекс, КУО/дм3

3

Кількість води (найменша), в якій допускається одна бактерія групи кишкової палички, колі-титр, см3

300

* КУО – колонієутворюючі одиниці

7.5. Очищення стічних вод

В основу технології очищення води від домішок кожної групи закладені процеси, які відбуваються під дією сил, що найбільш ефективно впливають на дану дисперсну систему.

Всі методи очищення поділяють на такі основні групи:

Механічні методи Фізико-механічні Хімічні методи Фізико-хімічні Біохімічні проціджування відстоювання

спливання фільтрація

центрифугування

флотація зворотній осмос ультрафільтрація

діаліз

нейтралізація окислювання

коагуляція флокуляція екстракція

сорбція іонний обмін

анаеробне аеробне

7.5.1. Механічне очищення стічних вод Механічне очищення стічних вод використовується як попередній етап очищення від

зважених часток і зниження органічних забруднень. Механічне очищення дозволяє видалити зважені частки на 90-95%, а органіку (за БСК) на 20–25%.

116

Проціджування призначається для відділення великих нерозчинних домішок розміром до 20 мм. Це перша стадія очищення будь-яких стоків. Устаткування: решітки і сітки (пропускна здібність решіток – 12-280 м3 за добу).

Відстоювання – процес видалення із стічних вод завислих грубодисперсних домішок концентрацією до 500 мг/л, в основі якого лежить осадження твердих часток у рідині. При відстоюванні може відбувається як вільне осадження часток, що не зліплюються, так і седиментація схильних до коагуляції часток.

Вільне осадження спостерігається в стічних водах з концентрацією завислих грубодисперсних домішок не більше 2,6 кг/м3, якщо концентрація більше, то можлива коагуляція.

Устаткування: пісковловлювачі і відстійники. Для підвищення ступеня осадження у відстійники можуть додаватися різні реагенти:

коагулянти і флакулянти. Великі горизонтальні відстійники будують із залізобетону довжиною до 36 м і

шириною – від 6 до 18 м, глибиною – до 5 м. Радіальні відстійники мають діаметр від 18 до 60 метрів і глибину – до 6 м.

Тривалість відстоювання становить близько 1,5–2 год. Горизонтальні відстійники використовують при витратах стічних вод до 20 тис м3 на добу, радіальні – понад 20 тис м3.

Спливання застосовують для очищення стічних вод від нафтопродуктів у нафтовловлювачах, від жиру – в жироловках.

Для цих цілей можуть також використовуватися флотатори і пристрої для диспергування повітря, а також флотація з застосуванням реагентів.

Фільтрація – використовується для видалення тонкодисперсних домішок, а також органічних речовин.

Фільтруванням називають процес розділення неоднорідних систем (суспензій) за допомогою пористих перетинок і шарів, котрі затримують одну (тверду) фазу цих систем і пропускають іншу (рідку). Фільтрування зазвичай застосовують як заключну стадію механічного очищення.

Устаткування: сітчасті фільтри або фільтри з зернистим шаром. Під час фільтрування стічних вод, які містять завислі речовини, через шар

допоміжних матеріалів (пісок, діатоміт, дерев’яна мука і ін.) може відбуватися відкладання завислих речовин на поверхні фільтруючого шару (плівкове фільтрування) або в порах фільтруючого шару, а також одночасне утворення плівки і відкладання завислих речовин в порах загрузки.

Фільтрування з затриманням осаду – процес розділення суспензій, при якому завдяки створенню різниці тиску з різних сторін перегородки, здійснюється транспортування рідини через перегородку і затримання осаду на ній.

Фільтрування з закупоркою пор – процес розділення суспензій, при якому тверді частинки проникають в пори фільтрувальної перегородки, затримуються в них і утворюють осад.

При значному нагромадження зважених речовин на поверхні фільтра в процесі фільтрації може відбутися винос забруднень у фільтрат. Тривалість роботи до проскакування називаються часом захисної дії завантаження.

Центрифугування – використовують для інтенсифікації процесу осадження зважених часток у стічних водах. Устаткування: гідроциклони і центрифуги.

117

Гідроциклони застосовуються при швидкості осадження часток до 0,02 м/с. Характеризуються високою продуктивністю.

Застосовують відстійні та фільтруючі центрифуги. Відстійні центрифуги застосовуються для поділу дрібно- і грубодисперсних систем (суспензій), які важко фільтруються; коли потрібно провести поділ суспензій по фракціях. Фільтруючі центрифуги використовують при виділенні дрібнодисперсних фракцій, коли неможливе застосування реагенту; при наявності коштовного осаду, при виникненні процесу цементації осаду (це не можна допустити).

7.5.2. Фізико-механічні методи очищення стічних вод Мембранні методи очищення. В основі мембранних методів очищення лежить

процес відділення дисперсної фази від дисперсійного середовища за допомогою напівпроникних мембран.

Мембрани – плівки, пластинки, порожні нитки полімерів, скла, металів, що вибірково пропускають окремі компоненти розчинів і колоїдних систем. Мембрани поділяються на гомогенні і гетерогенні.

Класифікація мембранних методів: · мікрофільтрація, · ультрафільтрація, · зворотній осмос, · діаліз, · електродіаліз. На практиці в більшості застосовують зворотний осмос, ультрафільтрацію і

електродіаліз. Переваги мембранних методів: · не вимагаються спеціальні хімічні реагенти, продукти очищення не є джерелами

забруднення, · процес очищення проходить без зміни фазової сполуки води і домішки, · технологічне устаткування малогабаритне і просте. Осмосом називають процес однобічної дифузії розчинника (води) у розчин через

напівпроникну мембрану. Зворотний осмос (гіперфільтрація) – процес фільтрування стічних вод через

напівпроникні мембрани, які пропускають розчинник (воду) і затримують розчинені речовини (гідратовані іони і молекули органічних сполук), під тиском. При концентрації солей 2-5 г/л повинен бути тиск до 1 МПа, а при концентрації солей 10–30 г/л – близько 10 МПа.

Ультрафільтрація – процес відділення дисперсної фази від дисперсійного середовища шляхом фільтрування колоїдних розчинів через напівпроникні мембрани.

При ультрафільтрації колоїдні частки осідають на поверхні фільтра, а фільтрат, що містить розчинені речовини переходив у розчинник. Щоб прискорити процес фільтрації, його проводять під вакуумом або під тиском. Тоді над фільтром створюється надлишковий тиск.

Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярних речовин, завислих частинок та колоїдів.

118

В процесі зворотного осмосу завислі речовини залишаються в об’ємі, а при ультрафільтрації – осідають на фільтрі.

Діаліз – процес дифузії солі через пористу перегородку з розчину з більшою концентрацією в розчин з меншою, під дією градієнта концентрації. Щоб здійснити перенесення іонів з менш концентрованого розчину в більш концентрований, тобто проти градієнту концентрації, необхідно прикласти різницю потенціалів.

Електродіаліз – це процес перенесення іонів електроліту через селективні іонообмінні мембрани під дією постійного електричного струму. Швидкість перенесення визначається силою електричного струму.

Основним обладнанням є електродіалізатори, що складаються з катіонітових та аніонітових мембран. Електродіалізний апарат почергово розділяється на камери аніоно- і катіонообмінними мембранами. Відстань між ними складає 0,5 – 1,5 мм. У міжмембранному просторі міститься негативний розчин. Через іонообмінні мембрани мігрують аніони, через катіонообмінні – катіони. В одній камері здійснюється знесолювання розчину, а в іншій – його концентрування. На кінцях апарата розташовані електроди, на які подають постійний електричний струм. На практиці використовуються багатокамерні електродіалізатори.

Електродіаліз застосовується, коли концентрація розчинених речовин у стоках знаходиться в інтервалі 1–10 г/л, якщо концентрація вище 10 г/л, то економічно вигідніше проводити просте випаровування, якщо концентрація менша 1 г/л – застосовують іонообмінний метод.

Електродіаліз застосовується для демінералізації стічних вод. За допомогою електродіалізу із стічних вод вилучають кольорові, благородні і інші метали (мідь, цинк, нікель, золото, срібло і ін.).

Флотація – процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода – повітря, вода – тверда речовина). Процес очищення ПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає в утворенні системи "частинки забруднень – бульбашки повітря", що спливає на поверхню та утилізується.

Флотаційне очищення стічних вод здійснюють в апаратах двох типів, які відрізняються способом диспергування повітря:

· турбіною насосного типу (повітря розпилюється біля дна, бульбашки спливають і виносять з собою домішки забруднень, піна з забрудненням знімається з поверхні),

· напірною флотацією з додаванням коагулянту (аерація води здійснюється під тиском).

Оптимальний розмір домішок складає 10-5 – 10-3 м. Дрібнодисперсні частинки величиною менше 5 – 10 мкм флотуються дуже погано, тому їх попередньо укрупнюють за допомогою коагуляції або флокуляції.

Флотаційне очищення використовується при видаленні нафтопродуктів, різних олій, смол, гідроксидів, дрібнодисперсних часток, для поділу мулових сумішей при біохімічному очищенні. Ефективність флотаційного очищення досягає 85-95%.

Для того, щоб інтенсифікувати процес утворення агрегату пухирець-частка у воду додають спеціальні реагенти: збирачі, піноутворювачі і регулятори, що збільшують гідрофобність поверхні часток, дисперсність і стійкість газових пухирців.

Залежно від способу насичення води пухирцями розрізняють: · флотація з видаленням повітря з розчину – вакуумна і напірна флотація,

119

· флотація з механічним диспергуванням повітря – безнапірна і пневматична флотація,

· барботажна флотація – подача повітря через спеціальні перфоровані труби чи пори,

· електрофлотація, · хімічна флотація, · біологічна флотація. 7.5.3. Хімічні методи очищення стічних вод Хімічне очищення використовується як самостійний метод або як попередній перед

фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують для зниження корозійної активності стічних вод, видалення з них важких металів, очищення стоків гальванічних дільниць, для окислення сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.

Хімічне очищення засноване на проведенні різних хімічних реакцій у результаті яких відбувається нейтралізація зважених речовин, їх руйнування, переведення у твердий (осад) чи газоподібний стан. На відміну від механічних методів очищення, при хімічному відбувається якісна зміна речовин.

Методи нейтралізації

Нейтралізація застосовується для видалення мінеральних кислот, лугів і солей металів. Нейтралізацію проводять для попередження корозії очисного устаткування, для виділення солей металів із стічних вод, для уповільнення біохімічних процесів у стічних водах.

Нейтралізація здійснюється шляхом: · змішування кислих стічних вод з лужними – взаємна нейтралізація, · додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак

тощо) – реагентна нейтралізація, · фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда,

вапняк тощо) – нейтралізація фільтруванням. При використанні взаємної нейтралізації враховують характер осаду, що утвориться, і

утворення токсичних газів. При нейтралізації стічних вод, що містять H2SO4 не рекомендується використовувати вапно, оскільки розчинність CaSO4, що утворюється, при 40оС складає 3 г/л.

Враховуючи дефіцитність реагенту і токсичність продуктів, що утворюються, при нейтралізації лужних стічних вод використовують технічні кислоти, зазвичай H2SO4 і кислі гази: CO2, NO2.

Кислі продукти стічних вод гасять технічним NH3, меленим вапняком, гашеним вапном, іноді додають NaOH, кальциновану соду.

Методи окислення

Окислення застосовується для знезараження стічних вод, очищення від токсичних домішок (мідь, цинк, сірководень, сульфіди, ціаніди), а також від органічних сполук. Окислювачами є хлор, озон, кисень, хлорне вапно, гіпохлорид кальцію тощо.

120

Хімічне окислювання стічних вод здійснюють шляхом введення в них речовин, що містять хлор і кисень: газоподібний Cl, діоксид Cl, хлорне вапно, гіпохлориди Ca, Na, озон, пероксид водню і кисень.

Хлорування проводять для очищення стоків від бактеріальних забруднень, від ціанідів, фенолів, сірководню.

Озонування проводять озоном, перекисом водню, при цьому видаляються запахи і присмаки. Ефективне при видаленні бактеріальних забруднень, нафтопродуктів, фенолів, сірководню, ціанідів, барвників, ароматичних вуглеводнів, пестицидів.

Озонування значно дорожче, ніж хлорування, перевагою є те, що не відбувається збільшення концентрації мінеральних солей і немає продуктів реакції, що забруднюють навколишнє середовище.

Термоокисления. Ці методи засновані на окислюванні при підвищених температурах. Застосовується метод при очищенні висококонцентрованих стоків.

Парофазне окислювання використовується при спалюванні негорючих стічних вод. Сутність методу – стічні води розпорошуються в топкові гази, що мають температуру 900…1000оС. Вода повністю випаровується, окислюються органічні домішки і утворюються газоподібні продукти реакції.

Електрохімічні методи окислювання. У їх основі лежить процес електролізу (електрохімічне окислювання стічних вод). Окислювання домішок відбувається в результаті проходження через стічні води постійного електричного струму.

Устаткування: електролізери. У електролізерах відбувається очищення стічних вод від іонів різних металів: очищення від фенолів, ціанідів, сульфат-іонів.

Недоліком є велика витрата електроенергії і токсичність продуктів реакції. 7.5.4. Фізико-хімічні методи очищення стічних вод Коагуляція – процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші за

допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, а для негативно заряджених – катіони. Коагулянтами є вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Коагулююча здатність солей тривалентних металів в десятки разів вища, ніж двовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.

Коагуляцію застосовують для видалення з стічних вод найдрібніших колоїднодисперсних глинистих частинок, білкових речовин та інших високомолекулярних сполук. Застосовують для інтенсифікації процесів осадження чи флотації Коагуляцію здійснюють шляхом введення в забруднену воду невеликої кількості електролітів-коагулянтів Al2(SO4)3, FeSO4. Для того, щоб активізувати процес коагуляції (наприклад, при низькій температурі), можуть вводитися флокулянти.

Фізико–хімічна сутність цього процесу в спрощеному вигляді полягає в тому, що коагулянт, гідролізуючись, утворює позитивно заряджені аквагідроксокомплекси алюмінію і заліза, які адсорбуються на поверхні від'ємнозаряджених колоїдних домішок і нейтралізують їх заряд. Чим більший заряд аквагідроксокомплексів, утворених при гідролізі коагулянтів, тим менші їх витрати на коагуляцію. В результаті збільшення розмірів частинок під час адсорбції вони осідають у відстійниках під дією сили тяжіння. Одночасно йде процес адсорбції на поверхні осаду домішок органічних забарвлених речовин, в результаті чого вода знебарвлюється.

121

Електрокоагуляція – вплив електричним струмом, безреагентна коагуляція за рахунок пропущення стічних вод між Al і Fe пластинами, підключеними до джерела постійного струму. У результаті анодного розчинення металів при електрокоагуляції і взаємодії катіонів, що утворюються, з водою утворюються хлоп’я Al(OH)3 чи Fe(OH)3.

Цей метод використовують при невеликих потоках стічних вод і для концентрування та видалення токсичних металів, смол та інших речовин, шлам яких необхідно повторно використовувати.

Ефективність очищення до 90% (очищення вод з концентрацією зважених часток від 500-8000 г/м3).

Флокуляція – процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами є активна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічні полімери (поліакриламід, поліоксиетилен, поліакрила-ти, поліетиленаміни тощо).

Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти, наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакриламід ППА. Коагуляція та флокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.

При очищенні води використовується і електрокоагуляція – процес укрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.

Екстракція базується на неоднаковому розподілі компонентів розчину між двома взаємонерозчинними фазами, з яких одна – вода, інша – органічний розчинник (екстрагент – бензол, бутилацетаттриетиламін, діетилметиламін, діпропіламін та ін.).

За допомогою екстракції із стічних вод видаляють феноли, жирні кислоти, іони металів, різні олії та інші органічні сполуки.

Сутність методу полягає в тому, що забруднювачі переходять у екстрагент, що потім відокремлюється від очищених стоків відстоюванням.

Установки, у яких проводять екстракцію – екстрактори, повинні мати спеціальну камеру, у якій відбувається відстоювання. Екстрагент зазвичай регенерується перегонкою, продуктивність екстракційних установок може перевищувати 1000 м3/год.

Сорбція – процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, селікагелем, активною глиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від структури пор, їхньої величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активність сорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинаються на одиницю їхнього об'єму або маси (кг/м3).

Пристрої для вилучення зі стічних вод або розчинів за цим методом виготовляють у вигляді фільтрів.

Розрізняють три види сорбційних процесів очищення стоків: абсорбція, адсорбція, хемосорбція.

При абсорбції поглинання забруднень здійснюється всією масою (об'ємом) абсорбованої речовини.

При адсорбції поглинання забруднювачів відбувається тільки поверхнею адсорбента за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.

При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається з утворенням на поверхні розподілу нового компонента або фази.

122

Вибір сорбента визначається характером та властивостями забруднень. Процес очищення стоків різними видами сорбентів здійснюється в спеціальних колонах, заповнених сорбентами.

Адсорбція використовується для глибокого очищення вод замкненого водоспоживання і для доочищення стічних вод від розчинених органічних домішок. Як сорбент використовуються дрібнодисперсні речовини: іл, зола, торф, глина, шлаки, активоване вугілля.

Відпрацьоване активоване вугілля регенерують відгонкою адсорбованих домішок парою, якщо вони використовуються, або деструктивною регенерацією, якщо адсорбовані домішки знешкоджуються.

Застосування принципу завислого (киплячого) шару адсорбенту для сорбції забруднюючих органічних речовин дозволяє вирішити проблему безперервної заміни адсорбенту в установці, спрощує регенерацію відпрацьованого вугілля. При цьому можна запобігти замулюванню шару адсорбенту і застосовувати дрібні фракції активованого вугілля (0,2 – 0,5 мм), що дозволяє значно скоротити час досягнення адсорбційної рівноваги. Адсорбція може здійснюватися, як в одному адсорбері, так і в блоці двох або трьох послідовно з’єднаних апаратів.

Іонний обмін полягає в видаленні із стічних вод іонів розчинених солей за рахунок обміну іонами між ними та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз "розчин – смола".

Використовують іонообмінний метод для одержання з розчину дорогоцінних металів, нікелю, ртуті, хрому, цинку, радіоактивних ізотопів, а також для пом'якшення (коли концентрація домішок менша 1 г/л) і знесолення води.

Устаткування: іонітові фільтри чи адсорбери. За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, які мають відповідно

кислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними. Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилікатів, гідроокислів та солей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітні синтетичні іонообмінні смоли.

Іоніт являє собою 3-х мірну полімерну сітку, що містить функціональні групи, здатні до електролітичної дисоціації у воді. Ці функціональні групи можуть бути як кислотного, так і лужного характеру. Якщо відбувається обмін катіонами, то такі іоніти називаються катіонітами, якщо аніонами – аніонітами.

Основною властивістю іонітів є їх поглинальна здатність – обмінна ємність (кількість грам-еквівалентів у стічній воді, що поглинається 1 м3 іоніту до повного насичення).

7.5.5. Біохімічні методи очищення стічних вод Ефективним методом вилучення органічних домішок з води є біохімічний. Методи

біологічного очищення грунтуються на застосуванні різних мікроорганізмів. Розрізняють аеробний процес, який здійснюється в присутності кисню, й анаеробний – без доступу кисню. Анаеробне очищення застосовують як перший ступінь для підготовки до наступного аеробного очищення стічних вод з високою концентрацією органічних забруднень.

Біологічне аеробне очищення здійснюють в біофільтрах, аеротенках, на зрошувальних полях та у біологічних ставках. Біофільтри будують в вигляді залізобетонних резервуарів

123

діаметром до 30 м і висотою: низькі – 1,5…2 м; високі – 2…4 м й баштові – 10…20 м. На дірчасте днище резервуару накладають щебінь, гальку, керамзит або гратчасті блоки з пластмаси. На поверхні укладених матеріалів поселяють мікроорганізми, живленням котрих слугують органічні домішки стічних вод. Мікроорганізми перетворюють органічні речовини в неорганічні (переважно у вуглекислий газ і воду або метан, аміак та інші). Біофільтри доцільно застосовувати у районах з теплим кліматам для стічних вод з БСК не більше 400 – 500 мг О2/л, ХСК – не більше 1500 мг О2/л.

Аеротенки являють собою резервуари довжиною до 100 м і більше, шириною до 10 м і глибиною до 5 м. В аеротенки постійно нагнітають повітря. Стічні води очищають методом ”чистих культур” або за допомогою активного мулу. “Чиста культура” – це вирощені популяції мікроорганізмів, які живляться певними речовинами (наприклад фенол, роданіди і ціаніди концентрацією до 100 мг/л і більше). Активний мул – це різноманітні бактерії, які живляться органічними домішками стічних вод. В мулі залежно від виду виробництва розвиваються певні групи мікроорганізмів. Проте певна частина їх є спільною для всіх видів мулу : завжди присутні неспороносні бактерії роду псевдомонас, сарцини, а також інші бактерії і мікрококки. Для очишення стічних вод харчових виробництв використовують також різні водорості, для очищення стічних вод нафтохімічної промисловості – мікроорганізми з роду нокардія і культури дріжджів. Приріст активного мулу періодично виводиться з апарату і після знезаражувальної обработки може використовуватися як добриво.

Поля зрошення, поля фільтрації та біологічні ставки належать до грунтових методів біологічного очищення. На полях зрошення одночасно з очищенням стічних вод вирощують різні культури рослин. Якщо на ділянках не вирощують рослини, а тільки очищають стічні води, то вони називаються полями фільтрації. Цей спосіб знайшов обмежене застосування, поскільки потребує рівні ділянки грунтів, які добре фільтрують.

Біологічні ставки облаштовують каскадом по 3 – 5 водойм глибиною 1 – 1,5 м. У зв’язку з повільністю процесів біологічного очищення, вода в ставках повинна перебувати не менше 20 днів. Біологічні ставки частіше використовують після попереднього очищення іншими методами як буфер перед водоймою, в яку скидають очищену воду.

Запитання для самоперевірки

1. Поняття споживачів води, основні споживачі, коротка характеристика; 2. Користувачі води, приклади; 3. Поняття якості води; 4. Основні джерела забруднення вод Світового океану; 5. Що називають стічними водами? Класифікація стічних вод; 6. Суть процесу самоочищеня водойм; 7. Поняття евтрофікації водойм; 8. Умови скиду стічних вод у водойми; 9. Нормативи ГДС, ГДН на водойми, ГДК токсикантів; 10. Контроль і управління якістю води; 11. Нормативні вимоги щодо якості води; 12. Поняття ХСК і БСК; 13. Методи очищення стічних вод, загальна характеристика.

124

РОЗДІЛ 8. ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ЛІТОСФЕРИ

8.1. Забруднення літосфери

До складу літосфери входить суходол, який займає 29,2% (148 млн кв км) поверхні Землі і включає ґрунти різноï категоріï та корисні копалини на поверхні та в надрах.

· льодовики займають – »10% площі суші (Антарктида, Гренландія та ін.), · сільськогосподарські угіддя – займають 33,1%, · ліси – займають 30,1%, · гори, тундра, болота, пустелі, промислові об'єкти та населені пункти – займають

36,8% площі. Загальна площа орних земель становить біля 1,5 млрд га, що складає близько 11%

площі суші, пасовиськ і сінокосів. Сьогодні на кожного мешканця планети припадає близько 0,4 га орної землі.

Ґрунти перерозподіляють велику кількість атмосферноï вологи і таким чином

регулюють водний баланс суші. Ґрунти є біологічним фільтром і нейтралізатором багатьох антропогенних забруднень

і здатні до самоочищення. Самоочищення рослин від токсикантів здійснюється як за рахунок їх транспірації з поверхні листя і стебля, так і завдяки щорічному опаду листя, що може сприяти вторинному забруненню ґрунту в місцях накопичення листя.

8.1.1. Види забруднення ґрунтів Забруднення ґрунтів відбувається як природним шляхом, так і внаслідок

антропогенної діяльності. Під впливом природних процесів, які відбуваються в Космосі та земній корі і супроводжуються стихійними лихами (падінням метеоритів, землетрусами, буревіями, повені тощо), руйнуються природні ландшафти, господарські будівлі, сільськогосподарські угіддя тощо. Внаслідок чого гинуть представники флори й фауни, руйнуються об'єкти господарської діяльності, що призводить до значних матеріальних втрат.

Aнтропогенне забруднення ґрунтів відбувається внаслідок діяльності різних галузей промисловості та сільського господарства, транспорту, військової діяльності, енергетики та комунально-побутових господарств.

За величиною зон та рівнем забруднення ґрунтів його поділяють на фонове, локальне, регіональне, глобальне.

§ фоновим вважається такий вміст забруднюючих речовин у ґрунті, котрий відповідає або близький до його природного складу.

§ локальним вважається забруднення ґрунту одним або декількома джерелами забруднення.

§ регіональним забруднення ґрунту, яке виникає внаслідок переносу забруднюючих речовин на відстань не більше 40 км від техногенних та більше 10 км від сільськогосподарських джерел забруднення.

125

§ глобальним називають забруднення ґрунту, яке виникає внаслідок переносу забруднюючої речовини на відстань 1000 км і більше від будь-якого джерела забруднення.

Ґрунти також забруднюються відпрацьованими газами тракторів, комбайнів,

автомобілів, мастилами та паливом, які з них виливаються під час роботи на полях. У ґрунт потрапляють і техногенні забруднювачі від промислових підприємств – сульфати, окиси азоту, важкі метали (нікель, свинець, хром, кобальт, ванадій тощо) та інші сполуки.

Негативний бік мають і такі важливі для сільського господарства роботи, як зрошення та осушення земель. Зрошувані землі дають близько 30% продукції рослинництва, але створення водойм і зрошення великої території призводять до підняття ґрунтових вод і зміни їхнього хімічного складу. Виникає засолення ґрунтів, заболочування, підвищується сейсмічність території.

За рівнем забруднення ґрунти поділяють на сильно забруднені, середньо забруднені і

слабо забруднені. У сильно забруднених ґрунтах кількість забруднювальних речовин у декілька разів перевищує ГДК. Вони мають низьку біологічну продуктивність та істотні зміни фізико-хімічних, хімічних та біологічних властивостей, внаслідок чого вміст хімічних речовин у вирощуваних культурах перевищує встановлені норми. У середньо забруднених ґрунтах перевищення ГДК незначне, що не призводить до помітних змін їх властивостей. У слабо забруднених ґрунтах вміст хімічних речовин не перевищує ГДК, але перевищує фонову концентрацію.

Особливо небезпечним є зменшення площі родючих ґрунтів. Внаслідок розорювання,

меліорації і широкомасштабного застосування хімічних препаратів у сільському господарстві (пестицидів, ядохімікатів тощо) ґрунти деградують та перенасичуються шкідливими речовинами – фосфором, азотом, фтором, стронцієм, ураном та ін.

Розораність сільгоспугідь в Україні становить більше 80%, в той час як в Європі розорані землі становлять 31%, Африці – 9, Франції – 48, Угорщині-37, Англії – 25, США – 20, Китаї – 8,2, Канаді – 2,4, Австралії – 1,2.

Внаслідок гірничовидобувних робіт, промислової та житлової забудови, будівництва автомобільних та залізничних шляхів щорічно втрачається до 70 тис км2 орної землі.

За рахунок зрошення (яке призводить до заболочення й засолення) в усьому світі щорічно втрачається для сільського господарства 2 – 3 тис км2 ріллі.

За свою історію внаслідок нераціональноï господарської діяльності людство втратило 20 млн км2 орних земель, що значно перевищує площу обробляємих нині земель (біля 15 млн км2). Щорічні втрати ґрунту в Украïні внаслідок ерозійних процесів складають близько 600 млн т, у тому числі 24 млн т гумусу (110 кг/га). Усього еродовані 17 млн га земель.

Відтворення ґрунтів відбувається в природі протягом тривалого часу. Так, для утворення чорнозему товщиною в один метр у лісостеповій зоні України потрібно близько 7000 років.

Деякі види антропогенних впливів на ґрунти, котрі зумовлюють зміну їх родючості,

наводяться в табл. 8.1.

126

Таблиця 8.1. Наслідки антропогенних впливів на грунти

Вид впливу Основні зміни ґрунтів Щорічне розорювання Посилена взаємодія з атмосферою, вітрова та водна

ерозія, зміна чисельності ґрунтових організмів Сінокоси, збирання врожаю

Вилучення деяких хімічних елементів, підвищення випаровування

Випас худоби Ущільнення ґрунту, знищення рослинності, котра скріплює грунт, ерозія, збіднення фунтів рядом хімічних елементів, висушування, удобрення гноєм, біологічне забруднення

Випалювання старої трави

Знищення ґрунтових організмів в поверхневих шарах, підсилення випаровування

Зрошення При неправильному поливанні відбувається заболочення та засолювання ґрунтів

Осушення Зниження вологості, виникнення вітрової ерозії Застосування отрутохімікатів та гербіцидів

Загибель ряду ґрунтових організмів, зміни ґрунтових процесів, накопичення небезпечних для живих організмів отрут

Створення промислових та побутових звалиш

Зниження площі придатної для сільського господарства землі, отруєння ґрунтових організмів на прилеглих ділянках

Робота наземного транспорту

Ущільнення ґрунту при русі поза дорогами, отруєння ґрунтів відпрацьованими газами та сипкими матеріалами

Стічні води Зволоження грунтів, отруєння грунтових організмів, забруднення органічними та хімічними речовинами, зміна складу ґрунтів

Викиди в атмосферу Забруднення грунтів хімічними речовинами, зміна їх кислотності та складу

Знищення лісів Посилення вітрової та водної ерозії, посилення випаровування

Вивезення органічних відходів виробництва та фекалій на поля

Забруднення грунтів небезпечними організмами, зміна їх складу

Шум та вібрація Сповільнення росту рослин, загибель живих організмів

Енергетичні випромінювання

Сповільнення росту рослин, забруднення грунтів

8.1.2. Ерозія грунтів Ерозією (від лат. erosіo- роз'їдання) називають порушення ґрунту і гірських порід

потоками води або вітру, а також внаслідок механічного впливу. Ерозію поділяють на водну, вітрову (дефляцію), іригаційну, промислову, берегову і ін. Ерозія призводить до

127

зниження родючості ґрунту, його порушення і в кінцевому підсумку – до повного знищення.

Внаслідок ерозії на планеті щорічно змивається до 60 млрд т ґрунту, або 134 т з 1 км2. Впливу водноï та вітровоï ерозіï у світі зазнає 65% суші. За останнє століття ерозія зруйнувала 27% сільськогосподарських земель (23 млрд га). Кожні 10 років людство втрачає біля 7% верхнього шару ґрунту внаслідок вітрової та водної ерозії.

Внаслідок ерозії в ґрунтах зменшується вміст фосфору, азоту, калію та інших мікроелементів. Під час пилових буревіїв із кожного гектара ріллі виноситься 30 кг азоту, 22 кг фосфору і більше 30 кг калію. Ерозія також призводить до посухи.

Під дією антропогенної діяльності та посух відбувається спустелювання. Спустелені території не самовідновлюються. Щорічно площі пустель зростають на 60 тис км² і до цього часу запустелено вже біля 5 млрд га.

Промислова ерозія ґрунту виникає внаслідок діяльності промислових підприємств, особливо при добуванні корисних копалин відкритим способом. На місці лісових масивів та сільгоспугідь з'являються кар'єри та велетенські відвали гірських порід. При цьому змінюється склад ґрунтового повітря, яке збагачується сірководнем, оксидами вуглецю, азоту та сірки.

Залежно від характеру й швидкості процесу руйнування верхніх шарів ґрунту і

материнської породи розрізняють ерозію: · геологічну, · прискорену. Геологічна ерозія пов'язана з еволюцією Землі і відбувається повільно в природних

умовах, не завдаючи особливої шкоди родючості ґрунту. Прискорена ерозія переважно зумовлена антропогенною діяльністю. Вона може бути

викликана безконтрольним вирубуванням лісів, непомірним випасом худоби, розорюванням схилів, ущільненням ґрунту під час обробки, технологією вирощування польових культур, будівництвом трубопроводів та шляхів, незадовільною технологією меліоративних робіт тощо.

8.1.3. Протиерозійні заходи З метою запобігання ерозії грунтів здійснюють комплекс заходів, які дозволяють

припинити або зменшити змивання і здування грунтів до розмірів, за яких можливе природне їх відтворення.

Всі протиерозійні заходи поділяють на: · організаційно-господарські, · агротехнічні, · лісомеліоративні, · гідротехнічні. Організаційно-господарські заходи включають спеціалізацію господарства і його

підрозділів, раціональний розподіл землі за угіддями, запровадження правильної структури посівних площ (до 50% багаторічних трав), диференційоване розташування полів сівозмін і захисних лісових насаджень, склад і чергування сільськогосподарських культур,

128

використання системи обробітку грунту та удобрення, які забезпечували б надійний захист грунтів від ерозії.

Агротехнічні протиерозійні заходи передбачають зменшення водної ерозії шляхом уповільнення поверхневого стоку і збільшення водопоглинаючої здатності грунтів. Для цього застосовують сівбу впоперек схилів, терасування схилів у гірських районах, оптимальні терміни і способи сівби, вапнування кислих і гіпсування засолених грунтів, мінімальний обробіток грунту, грунтозахисні сівозміни та регулювання сніготанення.

Лісомеліоративні грунтозаходи спрямовані на створення полезахисних, водорегулюючих, прияружних і прибалкових лісових смуг і масивів.

Для зменшення втрат родючих земель під час гірничовидобувних робіт здійснюють їх рекультивацію. Рекультивація – це система прийомів відновлення порушених ландшафтів з метою поновлення родючості грунту. Вона включає три етапи робіт: підготовчий, гірничотехнічний і біологічний.

В процесі підготовчого етапу обстежують порушені території, складають техніко-економічне обгрунтування і розробляють проект рекультивації.

Гірничо-технічний етап полягає в підготовці порушених земель до наступного їх використання в господарстві. Передбачає вирівнювання насипів з покриттям порід грунтом, який знімався під час відкриття кар’єрів, влаштування терас, будівництво котлованів для водойм у місцях добування торфу, проведення хімічної меліорації.

Види технічної рекультивації: · Сільськогосподарська – підготовка земель до використання як

сільськогосподарські угіддя, · Лісогосподарська – підготовка земель до лісопосадки, · Будівельна – підготовка земель до промислового та цивільного будівництва, · Водогосподарська – підготовка земель до створення водоймищ, зокрема для

розведення риби, · Рекреаційна – підготовка земель під об’єкти відпочинку, · Санітарно-гігієнічна – консервація порушених земель при недоцільності їх

рекультивації з іншою метою. Етапи технічної рекультивації: 1. Планування поверхні порушеної землі 2. Формування відкосів, відвалів і бортів кар’єрів 3. Зняття, перевезення, зберігання та повторне нанесення грунтів 4. Будівництво доріг, гідротехнічних і меліоративних споруд Біологічний етап здійснюється з метою відновлення родючості рекультивованих

земель і перетворення їх у лісові або сільськогосподарські угіддя та рекреаційні зони. Зменшення опустелювання земель досягають шляхом закріплення рухомих пісків і

попередження заносів сільськогосподарських угідь механічним, хімічним і біологічним методами.

Біологічні методи передбачають засівання травами і посадку дерев та чагарників. При хімічному захисті від рухомих пісків використовують різні хімічні речовини:

емульсії бітуму, рідке скло, нерозин, вапно тощо.

129

8.1.4. Відходи антропогенної діяльності Відходи від антропогенної діяльності умовно поділяють на три категорії: · промислові, побутові, сільськогосподарські. Промислові відходи. Головна маса промислових відходів утворюється на

підприємствах таких галузей: · гірничної і гірничо-хімічної (відвали порід, шлаки, "хвости" після збагачення і ін.); · чорної металургії (шлаки, шлами, колошниковий пил і ін.); · металообробних галузей промисловості (стружка, браковані вироби, ливарні

відходи і ін.); · лісної і деревообробної промисловості (лісозаготівельні відходи, відходи

лісопилення та переробки деревини і ін.); · енергетичного комплексу (шлаки, попіл та ядерні відходи і ін.); · хімічної та суміжних галузей промисловості (фосфогіпс, галіт, цементний пил,

гумотканні матеріали, пластмаса та ін.); · харчової промисловості (шерсть, кістки і ін.); · легкої і текстильної промисловості. У промислових твердих і рідких відходах зустрічаються різні токсичні речовини, які

несприятливо впливають на здоров'я людей та на розвиток рослин і тварин. Так, у відходах металургійної промисловості присутні солі та оксиди заліза, кольорових і важких металів. Відходами машинобудування є металобрухт, ваграночні шлаки, травильні розчини та гальванічні стоки, в яких вміщаються ціаніди, хром, нікель, залізо, мідь, цинк, миш'як, берилій тощо. У виробництві пластмас і синтетичного волокна утворюються відходи бензолу, фенолу, метанолу, скипидару, кубові залишки-відходи целюлозно-паперової промисловості.

Спалювання кам'яного вугілля в теплоенергетиці пов'язане з утворенням великої кількості шлаків, попелу та сажі. В великих кількостях викидаються в атмосферне повітря оксиди сірки, азоту та радіонукліди, які з атмосферними опадами в кінцевому підсумку потрапляють у ґрунти.

Побутові відходи. Великими забрудниками літосфери є житлово-комунальне господарство та військово-промисловий комплекс. Житлово-комунальне господарство здійснює інтенсивне будівництво житла, доріг та інших господарських об'єктів, що пов'язане з відторгненням родючих земель та утворенням величезної кількості будівельного сміття. Серед забруднюючих речовин переважають побутове сміття, харчові відходи, фекалії, відходи котелень, непридатні предмети домашнього вжитку, сміття установ, лікарень, їдалень та інших закладів.

Сільськогосподарські відходи. Великий обсяг забруднень потрапляє в ґрунти та водойми з тваринницьких ферм. В районах свино- і птахоферм природне середовище забруднюється продуктами розкладу й гниття великої кількості екскрементів (до 2,5 тис м3/добу), шкідливими газами (аміак, сірководень) та органічними кислотами. На 1,5 км навколо комплексів розносяться яйця гельмінтів та патогенних мікробів.

130

8.2. Контроль і управління якістю ґрунтів

Ґрунти суттєво менш рухомі, ніж атмосферне повітря чи поверхневі води, а тому не мають такого природного самоочищення, яке властиве іншим середовищам, як розбавлення. Антропогенні забруднення, що потрапили до ґрунту, накопичуються, а ефекти сумуються з одночасним можливим утворенням більш токсичних речовин, ніж вихідні компоненти.

Міграція ксенобіотиків відбувається дуже повільно, що викликає сильне забруднення. При цьому можливе протікання анаеробних процесів розкладання забрудників, пов'язані з утворенням токсичних розчинів та неприємнопахнучих речовин.

Грунти безпосередньо не впливають на здоров'я людини, як атмосферне повітря чи вода, які люди споживають безпосередньо. Несприятливий вплив ґрунтів проявляється в тому, що шкідливі речовини, які потрапили у ґрунт, далі потрапляють у сільськогосподарські рослини і накопичуються в них. Тому на практиці використовують інший норматив – допустима залишкова кількість (ДЗК) полютантів у ґрунтах, харчових і кормових продуктах. Ïї величина виражається в міліграмах на кіліграм маси продукту.

Гігієнічна діагностика ґрунтів включає санітарно-топографічне обстеження місцевості, фізико-механічний аналіз, санітарно-бактеріологічне, вірусологічне, гельмінтологічне, ентомологічне, а за необхідності – санітарно-токсикологічне і радіометричне дослідження.

Санітарний контроль забруднення ґрунтів здійснюють органи санепідемслужби. Для забезпечення санітарної охорони ґрунтів, своєчасного збору й видалення промислових та побутових відходів, вторинної сировини проводять попереджувальний та поточний санітарний нагляд. Під наглядом санітарних служб, окрім збору, знаходяться також транспортування відходів, місця їх захоронення та переробки.

Фізико-хімічні дослідження полягають у визначенні відношення загального азоту до органічного, кислотності, біохімічного споживання кисню, окислюваності, сухого залишку, сульфатів і хлоридів та ін. Ці дослідження стосуються переважно ґрунтових витяжок.

Санітарно-ентомологічні дослідження включають підрахунок чисельності синантропних мух у всіх фазах їх розвитку (лялечки, лічинки, дорослі) в приміщеннях, на відкритому повітрі, в ґрунтах і відходах.

Санітарно-гельмінтологічні дослідження мають на меті виявлення яєць гельмінтів, що паразитують в органах людини, в місцях частого знаходження населення.

Санітарно-бактеріологічні дослідження передбачають повний, короткий і спеціальний аналізи. При цьому визначають наявність бактерій кишечної групи (колі-титр). Спеціальні аналізи проводять з метою виявлення представників дизентерійної й тифозної груп та збудників деяких інших хвороб.

131

8.3. Утилізація та переробка відходів господарської діяльності

Всі способи знешкодження, утилізації й захоронення токсичних відходів, які використовують нині, можна поділити на три групи: термічні, хімічні та методи іммобілізації.

Термічні методи. Засновані на тепловій обробці відходів, під час якої відбувається окиснення або газифікація горючих компонентів, термічне розкладання або від-новлення деяких шкідливих речовин з утворенням нешкідливих або менш шкідливих.

Сутність вогневого способу полягає в спалюванні горючих відхо-дів або вогневій обробці негорючих відходів високотемпературними продуктами палива (вище 1000°С). Токсичні компоненти при цьому окиснюються, піддаються термічному розкладу і іншим хімічним перетворенням з утворенням нешкідливих газів (CO2, H2, N2 тощо) та твердих залишків (оксидів металів і солей).

Рідкофазне окиснення засноване на тому, що окиснення киснем повітря органічних і елементоорганічних домішок в рідинах відбувається при температурі 150-350°С в автоклавних умовах (за тиску 2 – 28 МПа). Газифікацію використовують для переробки твердих, рідких та пастоподібних відходів з отриманням горючих газів, смоли і шлаку. Отримані горючі гази та смоли можуть бути використані як паливо і хімічна сировина.

Термохімічний піроліз здійснюється в печах з побічним нагріван-ням відходів з використанням систем для відведення й уловлювання продуктів піролізу (смол і важких масел). Утворені гази також очищаються в електростатичних фільтрах та кислотних і лужних промивниках. Плазмовий метод заснований на тому, що при температурах вище 4000°С відходи трасформуються в гази та порошкоподібний матеріал, які не вміщають шкідливих речовин.

Методи переробки токсичних відходів

Термічні Хімічні Іммобілізація Вогневий метод Фізико-хімічна

переробка: Компостування

коагуляція Рідкофазне окиснення адсорбція Локалізація екстракція Газифікація флотація Депонування йонування Піроліз електрохімія Плазмовий метод Хімічне очищення: нейтралізація окиснення Йонообмінний метод Мембранні методи Електрохімічні методи

132

Фізико-хімічні методи переробки, як то коагуляція, адсорбція, екстранція, флотація, йонний обмін, мембранний та електрохімічні методи тіж самі, що при очищенні стічних вод (див. розділ 7).

Методи іммобілізації. Іммобілізація токсичних відходів заснована на закріпленні, фіксації або хімічному зв'язуванні токсикантів. Для цього відходи обробляють спеціальними речовинами, в результаті чого відбувається хімічне перетворення шкідливих речовин в нетоксичні сполуки або трансформація токсикантів у нерозчинні міцні штучні утворення (гранули, моноліти тощо). Використовують наступні методи іммобілізації: компактування, локалізацію, депонування.

Компактування токсичних і радіоактивних відходів засновано на зв'язуванні за допомогою різних в'яжучих речовин в штучні утворення досить високої стійкості й непроникності, щоб виключити шкідливий вплив на довкілля. В якості зв'язуючих матеріалів можуть бути використані термопластичні бітумні, органічні та неорганічні матеріали (полімери, бетони тощо).

Оброблені таким чином відходи потім можна безпечно зберігати та транспортувати до місця їх подальшої переробки. Пропонують здійснювати компактування токсичних відходів за допомогою органо-мінеральних в'яжучих контактного твердіння, що забезпечує високу концентрацію відходів (до 90%) у гранулах, повну водостійкість і непроникність.

В тих випадках, коли в токсичних відходах вміщаються цінні компоненти, використовують локалізацію.

Одним із самих простих і надійних способів знешкодження і захоронення токсичних відходів є їх депонування у виробництві будівельних матеріалів (бетону, кераміки, скла тощо). Сутність методу полягає в тому, що токсичні відходи вводять в сировинні суміші у виробництві будівельних матеріалів. Захоронення токсичних відходів є надзвичайно трудним, оскільки вимагає повного виключення можливості проникнення токсичних газів в атмосферне повітря, а розчинів – в природні води.

Одним із можливих шляхів ефективного вирішення цієї проблеми є створення спеціальних полігонів захоронення відходів. Територія, вибрана для полігону, підстилається твердими й напівтвердими водостійкими відкладами. Вона повинна бути ізольованою від оточуючого простору кільцевим валом з глини та каналом для перехвату стоків з поверхні полігону.

Всю територію полігону ділять на декілька ділянок: для захоронення відходів гальванічних виробництв, органічних рідких відходів (кубові залишки ректифікаційних колон, лакофарбові відходи, фенольні води, а також тверді відходи виробництва пластмас, обрізки плівки тощо), особливо шкідливих відходів (сполуки синильної кислоти, ртуті, фтору та ін.), а також термічний підрозділ із циліндричними обертовими печами для спалювання горючих відходів і рекуперації тепла.

Відходи гальванічних виробництв попередньо нейтралізують і випаровують у котловині глибиною 11-12 м, після чого засипають двохметровим шаром кембрійської глини. Органічні відходи приймають у котловини глибиною 15 м. Особливо токсичні відходи зберігають у герметичних бетонних або металевих контейнерах. Після засипки котловини глиною зверху наносять шар родючого ґрунту й територію озеленяють.

133

Запитання для самоперевірки 1. Проаналізуйте екологічну ситуацію довкілля регіону, в якому Ви проживаєте. 2. Охарактеризуйте основні забруднювачі літосфери. 3. Назвіть основні джерела забруднення ґрунтів. 4. Поясніть причини зменшення врожайності ґрунтів. 5. Як здійснюється самоочищення літосфери в природних умовах? 6. Поясніть сутність ерозії ґрунтів. В чому проявляються її негативні наслідки? 7. Поясніть причини деградації ґрунтів. 8. Як Ви розумієте процес відтворення ґрунтів? 9. Чому постійно знижується площа орних земель на Землі? 10. Як здійснюється контроль і управління якістю ґрунтами? 11. Які методи утилізації та переробки відходів Ви знаєте? Наведіть приклади. 12. Охарактеризуйте сучасні методи знешкодження й переробки токсичних відходів.

134

РОЗДІЛ 9. РАЦІОНАЛЬНЕ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

9.1. Антропогенний ресурсний цикл

Раціональне природокористування – це мінімальні витрати відновлюваних і невідновлюваних природних ресурсів для задоволення обґрунтованих життєвих потреб людського суспільства при мінімальній шкоді природному середовищу.

З появою в біосфері людини і значним зростанням її потреб виникла необхідність в значному залученні природних ресурсів. Так виник антропогенний колообіг речовин та енергії, який оснований на споживанні відновлюваних і невідновлюваних природних ресурсів. Цей колообіг незамкнений. В ньому значна частина використаних природних ресурсів (первинної матеріальної сировини) розсіюється в навколишнє середовище.

Невпинно зростаючі розсіюванні відходи антропогенного ресурсного циклу переважно поступають в біосферу та частково в Космос як забруднювачі і тільки незначна їх частина використовується для самовідтворення. Лише 2-6% природних ресурсів використовується для виробництва готової продукції, а 94-98% накопичуються в навколишньому природному середовищі у вигляді відходів. Така велика кількість відходів пояснюється недосконалістю існуючих технологій переробки матеріальних ресурсів. В результаті відходи антропогенного ресурсного циклу утворюються дуже швидко, а трансформуються і включаються в біогеохімічні цикли значно повільніше. Це призводить до накопичення їх в біосфері. Відходи виступають основними забруднювачами довкілля, але водночас вони є важливими резервами ресурсозбереження.

В антропогенному ресурсному циклі промислових екосистем в результаті переробки первинної матеріальної сировини, окрім основної продукції, на всіх етапах виробництва і споживання готової продукції утворюється п’ять видів розсіюваних відходів:

· перші два види – на стадії заготівлі, добування та переробки первинної матеріальної сировини, якою є відновлювані і невідновлювані природні ресурси: газові викиди в атмосферу, стічні води в гідросферу та тверді й рідкі відходи виробництва, що потрапляють в літосферу.

· третій вид відходів утворюється на стадії споживання продуктів виробництва: відходи життєдіяльності людей (екскременти, побутові газові викиди та стічні води, використані одяг, взуття та предмети побуту тощо), які також потрапляють у всі три середовища біосфери.

· четвертий вид розсіюваних відходів є наслідком переробки вторинних матеріальних ресурсів на стадії збирання та переробки утилізовуваних відходів від переробки первинної сировини і споживання виробленої продукції. Утилізовувані відходи – це вторинні матеріальні ресурси, які після збирання та оброблення у вигляді вторинної матеріальної сировини знову повертаються у виробництво. В процесі збирання та оброблення вторинних матеріальних ресурсів утворюються також неутилізовувані відходи, які після знешкодження та захоронення утворюють вторинні розсіювані відходи (п’ятий вид).

135

Таким чином, залежно від джерела утворення відходи поділяють на дві групи: · відходи виробництва · відходи споживання. Відходи виробництва – це залишки сировини, матеріалів, напівфабрикатів, що

утворилися під час виробництва і частково або повністю втратили свої початкові споживчі властивості. До них належать також продукти фізико-хімічної чи механічної переробки сировини, отримання котрих не було метою виробничого процесу і котрі в подальшому можуть бути використані в господарстві, як готова продукція після відповідної обробки або в якості сировини для подальшого перероблення (металева стружка, тирса, буряковий жом, фруктові вичавки, молочна сироватка тощо).

Відходи споживання – це різного роду продукція і вироби, що втратили свої споживчі властивості і не придатні для подальшого використання. Ці відходи ділять на:

· промислові – обладнання, що вийшло з ладу; вироби технічного призначення з резини, пластмаси, скла тощо;

· побутові – харчові відходи, зношені вироби побутового призначення (одяг, взуття і ін.), різного роду використані вироби (аудіо – та відеотехніка, пакувальні матеріали, скляна і інші види тари), побутові стічні води і ін.

Класифікація відходів: · за місцем утворення відходи поділяють на промислові, агропромислові та

побутові. · за можливістю переробки всі відходи можна поділити на:

- вторинні матеріальні ресурси (утилізовувані), які переробляються або переробка яких планується; - відходи, переробка яких на даному етапі розвитку техніки та економіки недоцільна.

· за агрегатним станом відходи діляться на тверді (гравій, пісок тощо), рідкі (розчини, емульсії, суспензії, шлаки тощо) та газоподібні (гази та їх суміші, водяна пара, парогазова суміш).

· за токсичністю відходи класифікують залежно від небезпечності отруєння на чотири класи (І – надзвичайно небезпечні, ІІ – високо небезпечні, ІІІ – помірно небезпечні, ІV – мало небезпечні).

Виходячи з визначення раціонального природокористування, антропогенний ресурсний цикл буде тим ефективнішим, чим менше утворюється розсіюваних відходів і споживається природних ресурсів.

Коефіцієнт корисної дії цього циклу визначається різницею між кількістю спожитих первинних матеріальних ресурсів (ПМР) і кількістю розсіюваних відходів (РВ):

ККД = (ПМР – РВ)·100 / ПМР, %.

Отже, чим менше утворюється розсіюваних відходів, тим менше буде безповоротно вилучатися з природи первинних матеріальних ресурсів та менше забруднюватиметься природне середовище.

Зменшення кількості розсіюваних відходів та споживання первинних природних матеріальних ресурсів можна досягти шляхом раціонального природокористування.

136

Основні напрями ресурсозбереження: · застосування безвідходних та маловідходних технологій з одночасною

комплексною переробкою; · комплексна переробка газодимових викидів та стічних вод з використанням

продуктів газо- і водоочищення; · рекуперація та утилізація відходів виробництва; · застосування замкнених водообігових циклів; · раціональне використання енергоресурсів та енергозбереження; · розробка нових ефективних технологічних процесів; · організація територіально-виробничих комплексів. З метою зменшення кількості розсіюваних відходів та споживання первинних

природних матеріальних ресурсів розробляються ефективні безвідходні і маловідходні технології.

На промислових підприємствах будують складні очисні споруди для газодимових викидів і стічних вод. Розробляються технології комплексної раціональної переробки сировини, з мінімальним використанням енергетичних ресурсів та інших допоміжних матеріалів. Кількість розсіюваних відходів на одиницю виготовленої продукції стає все меншою, проте загальний об’єм шкідливих викидів зростає, оскільки невпинно зростає чисельність населення на планеті, а отже і його потреби.

Найбільш ефективним шляхом зменшення кількості розсіюваних відходів є використання безвідходних та маловідходних технологій.

9.2. Безвідходні та маловідходні технології

Безвідходна технологія це практичне застосування знань, методів і засобів з тим, щоб забезпечити в межах людських потреб якнайраціональніше використання природних ресурсів і енергії та захист навколишнього середовища.

Маловідходна технологія – спосіб виробництва продукції, при якому частина сировини і матеріалів переходить у відходи, але шкідливий вплив на навколишнє середовище не перевищує санітарних норм.

Абсолютно безвідходне виробництво неможливе, тому поняття “безвідходна технологія” є умовним і наповнюється змістом залежно від розвитку техніки на даному етапі розвитку.

Основні напрями, в яких розвиваються безвідходні технології: 1) розроблення різних видів безстічних технологічних схем і водообігових циклів; 2) створення і впровадження систем перероблення відходів виробництва і споживання

їх як вторинних матеріальних ресурсів; 3) розроблення і впровадження принципово нових процесів добування речовин із

зменшеним об’ємом відходів; 4) створення територіально-виробничих комплектів із замкненою структурою

матеріальних потоків сировини та відходів усередині комплексу, включаючи комплексну переробку сировини.

5) раціональне використання енергоресурсів і енергозбереження.

137

9.3. Раціональне використання водних ресурсів

Залежно від призначення у виробництві води поділяють на декілька категорій: · вода, яку використовують для охолодження в теплообмінних апаратах

(нагрівається, але не забруднюється сторонніми домішками), · вода, яку використовують як транспортуючий засіб, наприклад: при збагаченні

руд, при гідроподачі цукрових буряків на виробництво тощо (не нагрівається, але забруднюється механічними й розчиненими домішками);

· підігріта вода, наприклад, для миття харчової сировини, тари тощо. · вода як розчинник, · вода як реагент. Води, що використовують для охолодження та транспортування, використовують у

водообігових циклах. Для цього охолоджувальні води охолоджують, води для транспортування – очищують, підігріті води для миття сировини, тари та ін. – охолоджують і очищують. Далі до охолоджених та очищених вод додається додаткова кількість свіжої води (підживлення системи) для компенсації втрат після чого їх знову повертають у виробництво.

Зворотне водопостачання в 10-50 разів зменшує споживання чистої природної води та забруднення гідросфери, тобто зменшує надходження кількості розсіюваних відходів в природне середовище.

9.4. Рекуперація відходів та комплексна переробка сировини

Згідно другого напряму безвідходних технологій відходи виробництва використовують як вторинні матеріальні ресурси, які після збирання та обробки поступають знову у виробництво в якості вторинної матеріальної сировини. До останньої відносять:

§ залишки сировини і матеріалів, що утворюються в процесі виготовлення продукції;

§ продукти фізико-хімічної переробки сировини; § продукти, які отримують при добуванні і збагаченні корисних копалин; § вироби і предмети, що вийшли з вжитку або морально застаріли; § продукти очищення газодимових викидів і стічних вод; § відпрацьоване та побічне тепло, енергетичний потенціал якого може бути

використаний в інших процесах. Відходи споживання включають відходи виробничого споживання (брухт,

відпрацьовані скати, склобій, вироби з пластмас, шкіри тощо) і відходи побутового споживання (харчові відходи, макулатура, зношені одяг та взуття і т.п.). На сучасному етапі розвитку техніки відходи майже повністю переробляються металобрухт, склобій, макулатура та вироби з шерсті, текстилю, частково – вироби з пластмас, гуми, шкіри та ін.

Отже рекуперація відходів – це основа раціонального використання сировини. Вторинне використання матеріалів вирішує низку питань з охорони навколишнього середовища:

138

· зменшується потреба в первинній сировині; · зменшується забруднення природного середовища; · вивільняються трудові ресурси з процесів переробки сировини. Враховуючи виснаження резервів первинної сировини, великого значення в усьому

світі набуває проблема використання вторинної сировини. Отримання паперу з макулатури взамін деревини потребує енергії на 60% менше,

зменшує забруднення повітря на 15% і води на 60%. Сталь, що виготовили з металобрухту, на 70% дешевша від отриманої з руди.

Поки що недостатньо утилізуються відходи із пластмас. Останні природним шляхом розкладаються надзвичайно повільно або зовсім не розкладаються. Під час їх спалювання відбувається значне забруднення атмосфери отруйними речовинами.

На сьогодні утилізується невелика частка пластмас, що виготовляються щорічно в світі. Так, Британські фірми переробляють тільки 10% всієї виробленої поліетиленової плівки. Більше 70% цих матеріалів представлено пластмасовими пляшками і автомобільними акумуляторами. Після переробки вони трансформуються в початковий матеріал. В США рециклінг пластмас передбачається збільшити від 1 до 25%, а у подальшому – 50–60%. В Японії ще в 1988 р. із загального обсягу виробництва пластмас об’єм продукції з вторинної сировини становив 44%. На сьогодні в Україні вироби з пластмас майже не утилізуються.

Оптимальним шляхом вирішення проблеми утилізації полімерних відходів є створення екологічно чистих біодеградабельних пластмас. Їх отримують шляхом змішування синтетичних матеріалів з полісахаридами або синтезують за допомогою мікроорганізмів. Проте більш раціональним шляхом вирішення цієї проблеми є застосування склотари, технологія утилізації якої добре розроблена й використовується багатьма країнами.

Комплексна переробка сировини направлена не тільки на раціональні витрати природних ресурсів, але й на зменшення викидів розсіюваних відходів в природне середовище. При цьому передбачається максимальний вихід продукту на кожній стадії переробки, що підвищує економічну ефективність виробництва і зменшує утворення неутилізованих та розсіюваних відходів.

9.5. Раціональне використання енергоресурсів

Шляхи раціонального використання енергоресурсів: § реструктуризація енергомістких галузей господарства (використання менш

енергоємних процесів і технологій); § економія енергоресурсів в усіх галузях господарської діяльності; § використання нетрадиційних джерел енергії; § використання вторинних енергетичних ресурсів (утилізація відходів тепла і

енергії). Враховуючи вичерпність викопного палива та забруднення біосфери відходами

енергетики, дедалі більше зростатиме значення відновних джерел енергії. Згідно прогнозів до 2020 р. ці джерела замінять біля 2,5 млрд. т палива. Їх доля у виробництві електроенергії і теплоти складатиме 8%. Отже дедалі більше використовуватимуть енергію Сонця

139

(геліостанції), енергію вітру (вітродвигуни), геотермальні теплові електростанції, енергію океанів у вигляді тепла, енергії течій, хвиль і припливів.

Для виробництва електричної і теплової енергії в лісопереробній промисловості використовують біомасу – енергоносії рослинного походження. У Бразилії при використанні біомаси на спиртових заводах одержують спирт, який є дешевшим нафти. Тільки з цукрової тростини можна отримати 50% енергії, яка виробляється зараз всіма джерелами 80 країн, що розвиваються, і вирощують цю культуру.

Синтетичне паливо, зокрема етанол, на думку американських вчених, може стати важливим джерелом енергії в XXI віці. Його виробляють шляхом ферментації цукру, який отримують з біомаси (цукрової тростини, кукурудзи та ін.)

Щорічний об’єм органічних відходів (біомаси) в країнах СНД становить 500 млн т. З неї можна отримати до 150 млн. т умовного палива щорічно. При цьому можна виробити до 120 млрд м3 біогазу (100–110 млн. т палива) і 30–40 млн. т етанолу. За рахунок використання біогазу до 2010 року можна отримати річну економію органічного палива близько 18 млн. т.

Суттєвим резервом економії енергії є використання вторинних енергетичних ресурсів (теплових відходів). На машинобудівних підприємствах тепловими відходами є фізична теплота викидних газів, охолодження нагрівних і термічних печей та вагранок, теплота відпрацьованої пари ковальсько-пресового обладнання та ін.

В чорній та кольоровій металургії до теплових ВЕР належить фізична теплота основної продукції та відходів виробництва, теплота викидних газів мартенівських і доменних печей, конверторів, нагрівних печей прокатного виробництва, а також відведена теплота після охолодження агрегатів.

В хімічній промисловості в великих кількостях ВЕР утворюються в результаті виробництва сірчаної та азотної кислот, аміаку, каустичної соди, добрив, хімічних волокон і пластмас. Це теплота викидних газів, фізична теплота охолоджувальних рідин промивних ванн, теплообмінників, теплота відпрацьованої пари, конденсату тощо.

Вторинні енергетичні ресурси є також на тепло- і електростанціях (ТЕС і ГЕС). На ТЕС – це теплота охолоджувальної води конденсаційних пристроїв, на ГЕС – відходи тепловиділення в електрогенераторах. Джерелами ВЕР є викидні димові гази котелень або відведені продукти спалювання в газотурбінних установках, нагріта охолоджувальна вода із системи охолодження генераторів електростанцій, на АЕС – теплота конденсату і охолоджувальних систем.

Утилізацію відходів тепла і енергії здійснюють шляхом безпосереднього використання їх в процесах, які були джерелом цих відходів, або в інших, та за допомогою теплообмінних пристроїв різної конструкції – рекуператорів, регенераторів, котлів-утилізаторів тощо. Відпрацьована пара і гаряча вода зазвичай використовуються безпосередньо (без трансформації в інші енергоносії) для опалення та гарячого водозабезпечення. Тепло викидних газів можна використати для сушіння, випаровування, дистиляції та інших процесів.

В хімічній та деяких інших галузях промисловості утилізоване тепло продуктів реакції, що виходять з реакційних апаратів, використовують для попереднього нагрівання сировини (реагентів), що поступають в ті ж самі апарати. Таке нагрівання здійснюють в рекуператорах, регенераторах і теплообмінниках. Реагенти поступають в теплообмінник , де нагріваються за рахунок тепла гарячих продуктів, які виходять з реакційного апарату, а

140

потім подаються в реактор. За цією схемою теплообмін між гарячими і холодними продуктами відбувається через стінки труб теплообмінника. Апарати подібного типу називають рекуператорами (теплообмінниками).

Регенератори застосовують для утилізації тепла газів. Вони складаються з періодично діючих камер, що заповнені насадкою зазвичай з вогнетривкої цегли. Для створення безперервного процесу необхідно мати не менше двох регенераторів. За організації такої періодичної роботи регенераторів забезпечується постійне нагрівання холодного газу за рахунок тепла гарячого газу, який викидається.

Використання вторинних енергетичних ресурсів підвищує коефіцієнт використання енергії, який визначається згідно формули

ηе= Wт · 100/Wпр, %

де Wт і Wпр – відповідно кількість енергії, яку витрачено теоретично і практично на отримання одиниці продукції.

Ефективність використання тепла визначаються тепловим коефіцієнтом корисної дії ηт, згідно формули

ηт = Qт · 100/Qпр, %

де Qт і Qпр – відповідно кількість тепла, яка теоретично і практично витрачаються на здійснення процесу. Чим більші he і hт , тим ефективніше використовуються енергія і теплота для здійснення різних процесів.

Запитання для самоперевірки

1. Загальні принципи раціонального природокористування, приклади; 2. Поняття природно-ресурсного потенціалу; 3. Антропогенний ресурсний цикл; 4. Безвідходні і маловідходні технології, приклади; 5. Класифікація відходів; 6. Раціональне використання водних ресурсів; 7. Поняття вторинної матеріальної сировини; 8. Рекуперація і утилізація відходів; 9. Комплексна переробка сировини, приклади; 10. Сутність раціонального споживання енергоресурсів; 11. Енергозберігаючі технології, приклади.

141

Роздiл 10. ОРГАНІЗАЦІЙНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ДОВКІЛЛЯ

10.1. Екологічний аудит та експертиза

Незалежна й об'єктивна екологічна експертиза слугує ефективним механізмом держави і суспільства створення нормальних умов для функціонування екосистем і біосфери в цілому та гарантує їх екологічну безпеку. Екологічна експертиза – це науково-практична діяльність спеціально уповноважених державних органів, еколого-експертних формувань та об'єднань громадян, що грунтується на міжгалузевому екологічному дослідженні, аналізі та оцінці передпроектних, проектних та інших матеріалів чи об'єктів, дія яких може негативно впливати або впливає на стан довкілля та здоров'я людей.

Екологічна експертиза проводиться з метою підготовки висновків про відповідність запланованої чи здійснюваної діяльності того чи іншого об'єкта господарювання нормам і вимогам законодавства про охорону навколишнього природного середовища, раціонального використання природних ресурсів і забезпечення екологічної безпеки. Екологічна експертиза повинна сприяти попередженню появи нових, обмеженню та ліквідації виявлених негативних джерел дії на довкілля та здоров'я людей, а також дозволяє оцінити ступінь екологічної безпеки господарської та екологічної діяльності на окремих територіях чи об'єктах.

Основними завданнями екологічної експертизи є визначення ступеня екологічного ризику й безпеки суб'єкта господарської діяльності; встановлення відповідності вимогам екологічного законодавства; оцінка впливу різних об'єктів на довкілля, здоров'я людей і стан ресурсів та можливих негативних екологічних наслідків; оцінка природоохоронних заходів; підготовка обгрунтованих висновків.

Основними принципами екологічної експертизи є : § гарантування безпечного життя довкілля; § збалансованість екологічних, економічних, медико-біологічних і соціальних

інтересів; § наукова обгрунтованість і незалежність, об'єктивність і гласність, варіантність і

превентивність; § державне регулювання; § доцільність реалізації об'єктів експертизи; § законність. Розрізняють такі форми екологічної експертизи: державну, громадську, спеціальну і

додаткову. Додаткова незалежна екологічна експертиза проводиться за ініціативою зацікавлених організацій і осіб, а також за рішенням центральних та місцевих органів влади. Державну екологічну експертизу об'єктів загальнодержавного і міжобласного значення проводить управління екологічної експертизи Мінекоресурсів України, об'єктів місцевого значення – відділи екологічної експертизи обласних управлінь екологічної безпеки. Для врахування громадської думки щодо реалізації плануємої проектом господарської діяльності проводять громадську екологічну експертизу. Її здійснюють з ініціативи громадських організацій на добровільних засадах еколого-експертні формування з представників громадськості, преси і незалежних фахівців.

142

Екологічній експертизі підлягають всі види інвестиційних програм, проектів, схем розвитку й розміщення продуктивних сил, розвитку окремих галузей виробництва, генеральних планів населених пунктів, проектів на будівництво і реконструкцію, проекти нормативно-правових актів, документація щодо впровадження нової техніки, матеріалів і технологій.

Законом "Про екологічну експертизу", прийнятого Верховною Радою України в 1995 році, передбачено державне регулювання і управління в галузі екологічної експертизи, статус експерта, обов'язки замовників експертизи, порядок проведення експертизи, її фінансування, відповідальність за порушення та міжнародне співробітництво.

Для підготовки висновків державної екологічної експертизи залучають спеціалізовані науково-дослідні, навчальні і проектні інститути, окремих висококваліфікованих спеціалістів та експертів міжнародних організацій. При цьому одночасно враховується думка громадськості шляхом залучення громадських організацій і окремих громадян до підготовки висновків експертизи. Висновки громадської експертизи направляються в органи, що здійснюють державну екологічну експертизу, центральні і місцеві органи влади, замовнику проекта та висвітлюються в засобах масової інформації.

Для встановлення фактичного екологічного стану підприємства, визначення відхилень від норми і вимог діючого природоохоронного законодавства або міжнародних стандартів та накреслення заходів щодо приведення виробничої діяльності підприємства у відповідність з цими вимогами проводять екологічний аудит, тобто екологічне обстеження. Отже, екологічний аудит – це інструмент управління, який системно охоплює всі питання екологічної оцінки діяльності підприємства, удосконалення системи регулювання впливу на довкілля та його інвестиційної привабливості.

Характерними особливостями екологічного аудиту є його незалежність, конфіденційність, об'єктивність, системність, компетентність, ліцензійність та відповідність цілям, що визначаються замовником при укладанні договору на проведення аудиту. Згідно з міжнародними стандартами екологічний аудит є складовою частиною системи екологічного менеджменту. Екоаудит сприяє ефективному проведенню природоохоронних заходів та узгодженню дій державних і громадських органів, місцевих органів влади та підприємств.

Екоаудит організується за ініціативою керівника або господаря об'єкту і має характер екологічного самоконтролю. Він здійснюється незалежно від державної екологічної експертизи. Для проведення екоаудиту залучають спеціалізовані аудиторські організації, які мають відповідний кваліфікаційний сертифікат. Сфера дії екоаудиту – це система екоменеджменту підприємства, його виробничі площі і прилегла територія на відстані 5 км за периметром, основні та допоміжні технологічні процеси, будівлі та обладнання.

В обов'язковому порядку екоаудит проводиться у таких випадках: § в процесі приватизації державних підприємств; § при екологічному страхуванні; § при розробленні планів природоохоронних заходів; § при наданні підприємствам фінансової підтримки з екологічних фондів; § у випадку подачі підприємствами заявок на отримання знаку високого

екологічного стандарту продукції ("зелена мітка"); § та в інших випадках, що пов'язані з визначенням екологічних витрат.

143

Актуальним є застосування екологічного аудиту при приватизації, в інвестиційному процесі, ціноутворенні та впровадженні "зелених" технологій. Розрізняють такі типи екоаудиту:

· екологічна експрес-оцінка інвестиційних ризиків (інвестиційний або фінансовий аудит);

· оцінка екологічного стану ділянки території, власником якої є підприємство, або власник змінюється в процесі приватизації;

· екоаудит продукції на стадії маркетингових досліджень; · технічний аудит на стадії виробничої діяльності; · аудит системи екоменеджменту підприємств.

Екоаудит дозволяє без додаткових бюджетних витрат підвищити ефективність управління охороною довкілля, та поліпшити ефективність державного екоменеджменту. Тому держава зацікавлена в запровадженні екологічного аудиту і створенні відповідних правових та нормативних умов для його здійснення.

В результаті проведення екологічного аудиту формулюється висновок, який є точкою зору екоаудитора. Він базується на отриманих результатах екоаудиту. Висновки екологічного аудиту слугують основою для розроблення перспективних екологічних програм, планів природоохоронних заходів та формування напрямів екологічної політики.

Запровадження екологічного аудиту сприяє: · зменшенню витрат на видалення відходів шляхом зменшення їх кількості; · зменшення витрат на сировину шляхом більш ефективного її використання; · зменшення витрат на виробництво шляхом використання кращих технологій; · покращенню інформації, на якій базується рішення для вибору технології, що

дозволяє вигідніше витрачати кошти; · зменшенню витрат на воду та енергію шляхом більш економного їх

використання; · підвищенню рівня виробництва; · розширенню ринків збуту товарів серед "екологічно свідомих" покупців; · покращенню репутації підприємства.

10.2. Екологізація виробництва та "зелені" технології

З метою подолання екологічної кризи в країні необхідно здійснити екологізацію виробництва.

Екологізація виробництва – це виробництво екологічно чистої продукції при мінімальних витратах природних ресурсів (сировини, енергії, палива та інших матеріалів) з утворенням мінімальної кількості неутилізованих та розсіюваних відходів, які не порушують функціонування природних екосистем та біосфери в цілому.

Екологізація виробництва може здійснюватися різними шляхами: впровадженням раціонального природокористування (заощадження природних ресурсів, економія витрат сировини, палива та енергії тощо) та проникненням екологічних нововведень в промисловість (виробництво продукції тривалого і багаторазового використання, споживання відновлюваних природних ресурсів взамін невідновлюваних, комплексне

144

перероблення сировини та утилізація відходів виробництва і споживання, мінімізація розсіюваних і невідновлюваних відходів, використання нетрадиційних джерел енергії тощо).

Одним із основних шляхів екологізації промисловості є удосконалення і модернізація технології виробництва, в тому числі уловлювання викидів , комплексне перероблення стічних вод і відходів та використання продуктів перероблення в якості вторинної сировини, тобто перетворення забруднюючих речовин у корисні продукти. Другий напрям екологізації виробництва полягає в очищенні викидів і стоків від забруднення і третій – це виробництво обладнання та устаткування для здійснення екологічно безпечних ("зелених") технологій. Очікують, що останній напрям, пов'язаний з виробництвом устаткування для "зелених" технологій, набуватиме дедалі більших масштабів в промисловості розвинутих країн.

Модернізацію виробництва необхідно здійснювати на основі системно-екологічного механізму. Під останнім розуміють процес, що відбувається між вихідним і завершальним еколого-економічними станами виробничої системи, з урахуванням поставлених цілей екологічної модернізації виробництва. Отже, в результаті екологізації виробництва отримують модернізовану модель з поліпшеними еколого-економічними характеристиками, яка може бути одержана лише завдяки застосуванню системного підходу і екологічного менеджменту.

На основі комплексного аудиту, який включає обстеження промділянки, прилеглої місцевості, відходів та системи екологічного менеджменту тощо, розпочинають процеси екологізації виробництва з формулювання завдань та розроблення програми. Після цього перехід від вихідної моделі до кінцевої або модернізованої екологічної моделі здійснюють шляхом екологічного інжинірингу та екологічного маркетингу модернізації діючого технологічного процесу. В результаті у виробництво впроваджуються "зелені" технології, тобто екологічно екологічні технології, що забезпечують випуск екологічно екологічної продукції. Отже, за допомогою екологічного аудиту розробляють програму екологічного та технічного оздоровлення виробництва, за допомогою екологічного маркетингу – управлінські і технологічні рішення, направлених на виконання запропонованих заходів, за допомогою екологічного інжинірингу – здійснюють впровадження всіх запланових заходів у виробництво.

Таким чином, екологічний інжиніринг – це еколого-інженерна діяльність, що має на меті техніко-еколого-економічне обгрунтування комплексу заходів та їх виконання, які направлені на "зелену" модернізацію виробництва. В процесі екологічного інжинірингу проводять технологічні дослідження на пілотному устаткуванні . Наприклад, провіряються технологічні рішення щодо очищення газодимових викидів, стічних вод або перероблення відходів виробництва. Це можуть бути також дослідження різних процесів удосконалюваної технології з метою зменшення витрат сировини, енергії, викидів, стоків та відходів виробництва.

Основними завданнями екологічного інжинірингу є : · проведення пошуку на ринку "зелених" технологій відповідних технічних

рішень, здатних задовольнити можливість виконання програми екологічної модернізації підприємства;

· еколого-економічне обгрунтування запропонованої програми екологізації виробництва;

145

· проведення необхідних технологічних досліджень на пілотних установках щодо доцільності використання запропонованих для модернізації технічних рішень (очищення стоків і викидів, перероблення відходів і ін.);

· розроблення програми впровадження "зеленої" технології в діюче виробництво (програми екологічної модернізації виробництва);

· організація виконання програми впровадження "зеленої" технології; · екологічне навчання персоналу підприємства.

виробництво екологічно безпечної продукції та продуктів ; Екологічне навчання персоналу підприємства проводиться на всіх етапах екологічної

модернізації. Воно має на меті реалізацію програми екологізації виробництва за умови досягнення бажаного ефекту при найменших витратах. Екологічне навчання підвищує інтелектуальний потенціал підприємства та забезпечує свідоме ставлення персоналу до вирішення екологічних задач модернізації виробництва.

Запитання для самоперевірки

1. Екологічна експертиза; 2. Екологічний аудит, функції; 3. Сутність і принципи екологізації виробництва; 4. "Зелені" технології; 5. Поняття екологічний інженерінг.

146

РОЗДІЛ 11. НОВІТНІ ГАЛУЗІ ЕКОЛОГІЇ

11.1. Екологія людини

Тривалий час медична географія вивчала територіальну диференціацію захворювань

і зв’язок їх з неоднорідністю географічної оболонки Землі. З погіршенням якості навколишнього середовища, переважно у другій половині ХХ століття, медична географія стала приділяти особливу увагу територіальній диференціації тих захворювань, що були обумовлені негативними змінами оточуючого середовища. В результаті на основі медичної географії та гігієни сформувався новий розділ екології – екологія людини або антропоекологія.. Вона вивчає взаємодію з природою людини як біологічної істоти на рівні організму та популяції. Об’єктом вивчення екології людини слід вважати систему “людина – навколишнє середовище”, в межах якої однотипна людська популяція (міська, сільська тощо) взаємодіє з відносно однорідним оточуючим природним середовищем і критерієм ефективності функціонування якої є високий рівень здоров’я населення.

До головних завдань екології людини належать: § вивчення стану здоров’я людей; § дослідження динаміки здоров’я в аспектах природно-історичного та соціально-

економічного розвитку; § прогноз стану здоров’я майбутніх генерацій; § вивчення впливу окремих факторів середовища на здоров’я і життєдіяльність

людей; § аналіз глобальних та регіональних проблем екології людини; § розробка шляхів підвищення рівня здоров’я та соціально-трудового потенціалу

населення; § прогнозування можливих змін у характеристиках здоров’я людей під впливом

змін зовнішнього середовища; На сучасному етапі розвитку екології людини до названих завдань додаються багато

конкретних практичних питань, таких як: § складання медико-географічних карт, що відображають територіальну

диференціацію захворювань населення, пов’язаних з погіршенням якості навколишнього середовища;

§ зіставлення медико-географічних карт з картами забруднення навколишнього середовища і встановлення кореляційної залежності між характером і ступенем забруднення різних природних компонентів соціоекосистеми та відповідними захворюваннями населення;

§ визначення науково обґрунтованих значень гранично допустимих техногенних навантажень на людський організм.

11.1.1. Вплив навколишнього природного середовища на здоров’я людей Життєдіяльність організму перебуває у безперервному динамічному взаємозв’язку з

дією факторів навколишнього середовища. Ця взаємодія не повинна порушувати адаптаційних механізмів людини.

147

Під дією різноманітних подразників внутрішнього і зовнішнього середовища людини в її організмі створюються безумовні і умовні рефлекси, що призводить в кінцевому підсумку до створення динамічної рівноваги, в основі якої лежить обмін речовин та енергії між організмом і навколишнім середовищем.

Фактори навколишнього природного середовища повинні ефективно впливати на здоров’я і забезпечувати нормальний розвиток всіх процесів життєдіяльності людини.

Комплексним показником стану людського суспільства є рівень здоров’я самих людей. За сучасними уявленнями здоров’я – це природний стан організму, що характеризується його повною рівновагою з біосферою і відсутністю будь-яких хворобливих змін. Всесвітня організація охорони здоров’я сформулювала таке визначення поняття “здоров’я”:

“Здоров’я – це стан повного фізичного, духовного і соціального добробуту, а не лише відсутність захворювання або фізичних дефектів”.

Стан здоров’я віддзеркалює динамічну рівновагу між природним середовищем і організмом. На здоров’я людини впливають спосіб життя, генетичний фактор та фактори забруднення навколишнього природного середовища. Гомеостазом вважають відносну динамічну постійність внутрішнього середовища і деяких фізіологічних функцій організму людини та тварин, що підтримується механізмами саморегуляції в умовах коливань внутрішніх і зовнішніх подразників.

Здоров’я людини, забезпечене її гомеостазом, може зберігатись і при деякій зміні факторів навколишнього природного середовища. Люди проявляють здатність пристосовуватися до змін зовнішніх умов, тобто адаптуватися до зміни умов навколишнього середовища. Адаптація підтримує стійкість внутрішнього середовища організму, коли параметри деяких факторів навколишнього середовища виходять за межі оптимальних. Процес адаптації залежить від індивідуальної реактивності організму і від сили дії факторів навколишнього середовища. В умовах захворювання наступає компенсація, тобто боротьба організму за гомеостаз. При цьому включаються додаткові захисні механізми, які протидіють виникненню і прогресуванню патологічного процесу.

11.1.2. Негативний вплив на людство антропогенних порушень біосфери Наслідком невідповідності між зростанням чисельності населення на Землі і

обмеженістю природних ресурсів та життєвого простору стає нестача харчових продуктів. В економічно слаборозвинених країнах з дуже швидким зростанням чисельності населення виробництво продуктів харчування не в змозі задовольнити потребу населення, в результаті чого голодування стало постійним явищем. За даними Продовольчої і сільськогосподарської організації ООН у світі голодує понад 400 млн. осіб і спостерігається тенденція до росту цієї цифри. Від голоду у світі щорічно вмирає понад 30 млн. дітей. Загальне недоїдання сприяє виникненню епідемій, інфекційних і паразитарних захворювань.

Не меншу загрозу для людства спричиняє антропогенне забруднення природного середовища. Хімічне, радіоактивне та бактеріологічне забруднення повітря, води, грунту і продуктів харчування, а також шуми, вібрації, електромагнітні поля і інші фізичні забруднення середовища викликають в організмі людей генетичні зміни та тяжкі патологічні явища. Це призводить до поширення захворювань, народження неповноцінних дітей, передчасного старіння й смерті.

148

Забруднення атмосферного повітря призводить до збільшення запальних захворювань органів дихання і очей, захворювань серцево-судинної системи, інфекційних захворювань і раку легенів. В районах з забрудненим атмосферним повітрям частіше хворіють діти. Вони мають низькі масу тіла і рівень фізичного розвитку, а також функціональні відхилення серцево-судинної і дихальної систем. Захворюваність органів дихання становить близько 75% загальної кількості захворювань.

Вода також належить до найважливіших факторів навколишнього середовища. Вона необхідна для забезпечення життєдіяльності людини. Забруднення води є причиною багатьох захворювань. Хвороби, які викликаються хімічним і бактеріологічним забрудненням води, виникають внаслідок попадання у водойми забруднених стічних вод. Найбільшу небезпеку розповсюдження захворювань водним шляхом представляють кишкові інфекційні захворювання (холера, черевний тиф, дизентерія, туберкульоз, лептоспіроз, сибірська виразка тощо). За даними ВООЗ 80% всіх захворювань в економічно слаборозвинених країнах пов’язані з недоброякісною водою і порушенням санітарно-гігієнічних норм.

Забруднення грунтів мінеральними добривами, отрутохімікатами та забрудненими виробничими і побутовими стічними водами призвели до того, що грунт став джерелом захворювань на туберкульоз, бруцельоз, паратифи та інші кишково-шлункові захворювання і гельмінтози. Пестициди і мінеральні добрива є причиною багатьох отруєнь. Потрапляючи у питну воду і продукти харчування, вони порушують діяльність центральної нервової, серцево-судинної та інших систем, викликають ріст злоякісних пухлин і зменшують тривалість життя.

Викиди і відходи промислових підприємств забруднюють грунти сіркою, залізом, свинцем, цинком, ртуттю, міддю, магнієм та багатьма іншими інгредієнтами і стають причиною отруєння через рослинні і тваринні продукти харчування та питну воду.

Особливо небезпечним є забруднення ґрунтів радіонуклідами. Вплив цих забруднень на організм людини проявляється протягом багатьох поколінь. Тривала дія радіації протягом кількох років призводить до променевої хвороби, локальних уражень шкіри, кришталика ока, кісткового мозку, до пневмосклерозу тощо. Малі дози опромінення мають віддалені наслідки. У промислово розвинених країнах кожна 4–6 людина захворює на рак, а у 6-10% новонароджених спостерігаються генетичні порушення.

Трагічні наслідки аварії на Чорнобильській атомній електростанції спричинили загрозу генетичному здоров’ю нації. Радіоактивні продукти розпаду створили високий радіаційний фон і сприяли зовнішньому опроміненню людей. Радіоактивний йод нагромаджується у щитовидній залозі, а потім з її гормонами розповсюджується в організмі, відщеплюється в печінці і частково виводиться через нирки. Радіоактивний цезій відкладається переважно в м’язах, проникає в клітини і опромінює організм. Плутоній трансформується в америцій і поглинається організмом, викликаючи важкі захворювання. Радіоактивним забрудненням уражено понад 600 населених пунктів. Радіоактивні забруднення, які накопичилися в намулах Київського та Канівського водосховищ, забруднюють підгрунтові води.

11.1.3. Харчування людини і нормування якості харчових продуктів Людина відноситься до гетеротрофів і споживає рослинні та тваринні продукти

харчування. Важливою особливістю споживання їжі є її попередня кулінарна обробка, яка

149

може надавати продуктам харчування певних властивостей. Харчові продукти є необхідною умовою життя людини. З харчовими продуктами надходить більшість необхідних для функціонування організму компонентів, і відсутність одного з них може погіршувати стан здоров’я та призводить до серйозних захворювань. Склад їжі визначається кліматичними умовами регіону проживання, національними традиціями і деякими іншими факторами.

З їжею в організм людини надходять не тільки поживні речовини, а й більшість (70-90%) забруднень. Використання мінеральних добрив для вирощування сільськогосподарської продукції призводить до накопичення в продуктах харчування нітратів, нітритів і нітрозамінів. Нітрати зменшують вміст вітамінів в організмі і стійкість організму до онкогенних факторів. Надлишкові нітрити в організмі призводять до утворення нітрозамінів з канцерогенними властивостями.

Забруднення продуктів харчування викликають харчові отруєння, які поділяють на бактеріальні, небактеріальні і мікотоксикози. Бактеріальні отруєння – це токсикоінфекції, тобто отруєння, спричинені мікроорганізмами групи сальмонел. Ці захворювання виникають в результаті споживання заражених мікробами м’ясних, молочних, рибних та рослинних продуктів, качиних і гусячих яєць тощо. До бактеріальних отруєнь відносяться отруєння, що їх викликають стафілококи. Ці захворювання пов’язані з вживанням недоброякісних продуктів (молока, сиру, консервів, кремових виробів, морозива тощо).

Численними є отруєння небактеріальної природи і вони пов’язані з потраплянням у харчові продукти хімічних отруйних речовин і радіонуклідів. Інсектициди та інші отрутохімікати потрапляють з сільськогосподарськими продуктами (зерном, овочами та фруктами). Деякі важкі метали (свинець, цинк, мідь, нікель та ін.) можуть переходити до їжі з посуду, упаковочної тари тощо. Отруїтися можна вживанням отруйних рослин, деяких тварин і ін.

Вода і харчові продукти

Вода є надзвичайно важливим природним ресурсом для задоволення життєвих потреб людини. Вона вживається для пиття (до 1,5–2,5 л на добу на одну людину), для приготування харчових продуктів і напоїв та для задоволення інших потреб.

Забруднюючі речовини можуть поступати в харчові продукти та напої як і з сировиною, з якої вони виготовляються, так і з різними харчовими добавками, які застосовують у харчових технологіях. Сторонні шкідливі речовини, які не властиві натуральним продуктам, можуть викликати небажану зміну їх властивостей в результаті технологічної обробки (нагрівання, сушіння, опромінювання тощо) і зберігання. Вода, яка використовується в технологічних процесах приготування харчових продуктів і напоїв, повинна відповідати вимогам державного галузевого стандарту на питну воду.

Зменшити надходження шкідливих речовин в організм людини можна шляхом зменшення їх надходження їх з питною водою та харчовими продуктами. Всі заходи зменшення надходження небажаних інгредієнтів поділяють на технологічні, сільськогосподарські та нормативні. Технологічні засоби передбачають очищення питної води різними методами . До сільськогосподарських заходів належать облік культур, що вирощуються, технологія обробітку грунту з урахуванням використання добрив та технологія зберігання сільськогосподарської продукції, яку використовують як сировину харчових виробництв. Нормативні заходи передбачають встановлення гранично

150

допустимих рівнів вмісту різних домішок-полютантів в сільськогосподарській продукції, обмеження або заборону використання мінеральних добрив у водоохоронній зоні тощо.

Забруднення харчової сировини і продуктів

В організм людини з їжею надходить до 50-80% сторонніх хімічних речовин. Так, з їжею надходить до 95% пестицидів, тоді як з водою – 4.7 і 0.3% – з атмосферним повітрям. Нітрати і нітрити в кількості до 70% найчастіше потрапляють з овочами, а решта – з водою, м’ясними продуктами та іншими шляхами. Радіонукліди в основному (до 94%) надходять з харчовими продуктами, до 5% – з водою і 1% – з повітрям.

Забруднення потрапляють у харчові продукти з оточуючого природного середовища під час вирощування сільськогосподарської продукції, в результаті використання недосконалої технології виробництва харчових продуктів з некондиційної сировини. При використанні неапробованих добрив, нераціональних доз їх внесення чи зрошування угідь забрудненими стічними водами хімічні речовини в підвищеній кількості потрапляють до продуктів рослинництва і тваринництва, а з них – до харчових продуктів людини. Продукти птахівництва і тваринництва забруднюються неапробованими кормами та різними кормовими добавками (консерванти, стимулятори росту, лікувальні і профілактичні медикаменти тощо). Надходження полютантів може відбуватися з харчових добавок – консервантів, ароматизаторів, барвників, антиоксидантів і ін.

Шкідливі домішки можуть також надходити із упаковки та утворюватися в результаті протікання небажаних біохімічних і фізико-хімічних процесів під час транспортування і зберігання харчової продукції. Забруднення, які потрапляють з оточуючого середовища, характеризуються різною структурою і властивостями та здатні до біокумуляції. До них належать канцерогенні багатоядерні ароматичні вуглеводні, бензпірен, антрацен, фенатрен тощо Вони можуть потрапляти з атмосферного повітря, викидних газів, коптильного диму, води та сировини.

Багато шкідливих сполук утворюється під час зберігання сировини та в процесі технологічного перероблення. В процесі виробництва харчових продуктів використовують різні барвники, консерванти та підсолоджувачі, що не завжди корисні для людини. Сполучаючись з забрудненнями харчових продуктів, вони підвищують ризик для здоров’я споживача.. Нітрозування може відбуватися під час смаження м’яса нітритного посолу. Нітрозаміни можуть утворюватися в копчених ковбасах і рибі, в сирі, молоці, пиві, грибах тощо.

Необхідно запобігати попадання небажаних сторонніх речовин у харчову сировину і продукти на всіх етапах технологічного процесу від вирощування сировини до споживання готових продуктів. Для цього необхідно забезпечити перш за все чистоту заводських приміщень і технологічного обладнання, організувати високий рівень дослідження властивостей нових харчових продуктів, строго дотримуватись виконання технологічного регламенту.

11.1.4. Вплив забруднюючих речовин на організм людини Забруднені понаднормованими домішками недоброякісні харчові продукти можуть

спричиняти гельмінтози, харчові отруєння мікробного походження та різні інфекційні захворювання. Хімічні речовини в організмі людини розносяться та розподіляються в крові, органах і клітинах, проходять через мембрани і взаємодіють з рецепторами. За

151

участю цих речовин та різних ферментів відбуваються процеси окиснення, відновлення та гідролізу. Сторонні речовини є небезпечними для дітей, коли фізіологічні захисні бар’єри ще недостатньо сформувалися. Особливо небезпечно впливають ці речовини на організм молодих жінок-годувальниць.

Хімічні речовини здатні нагромаджуватися в організмі і проявляти ефект сумації, коли до негативного впливу однієї речовини додається ефект дії іншої. Ці властивості характерні для багатьох речовин і залежать від хімічних та фізичних властивостей (розчинності у воді і жирах та ін.). Хімічні речовини можуть депонуватися у печінці, мозку, надниркових залозах та інших органах. Органічні сполуки цинку, срібла та інших металів можуть розчинятися у жирах і вражати центральну нервову систему.

В процесі метаболізму токсичних речовин можуть утворюватися нові речовини, токсична дія яких може бути сильнішою порівняно з тими речовинами при спільному їх надходженні в організм.

Хімічні речовини, які потрапляють в організм з їжею, можуть спричиняти ракові захворювання шлунку і кишечника. Канцерогенними є мінеральні масла і ароматичні аміни, епоксидні смоли, лактони, пероксидні та деякі аліфатичні органічні сполуки. Вони спричиняють до захворювань на рак шкіри, сечового міхура і інших органів. До хімічних канцерогенних сполук належать також 3,4-бенз(а)пірен, тетрахлорметан та ін. Нітрозодиметиламін та інші нітрозаміни часто зустрічаються в харчових продуктах.

Мікотоксини, які є продуктами життєдіяльності деяких нижчих грибів і рослин, токсично діють на тварин і людей. Усі хімічні речовини токсичні, якщо вони потрапляють в організм у великій кількості. Навіть нешкідливі речовини, якщо вони вживаються в великих дозах, можуть спричиняти несприятливий вплив з небажаними наслідками. Понад 75% всіх захворювань викликають хімічні канцерогени, які потрапляють в організм з повітрям, яке вдихається, їжею та напоями. Особливо небезпечні канцерогенні сполуки миш’яку – гази, пестициди, косметичні засоби, тютюн тощо.

11.1.5. Раціональне харчування Харчування – одна із головних функцій, яка забезпечує процес життєдіяльності. Вона

забезпечується чистим повітрям для дихання, чистою водою для пиття і підтримки водного балансу організму та чистими продуктами харчування для задоволення енергетичних потреб, а всі вони разом задовольняють фізіологічні потреби організму. Повноцінне харчування разом з іншими умовами природного середовища сприяє оптимальному розвитку організму людини, її фізичній і розумовій працездатності, витривалості і забезпечує кращі адаптаційні можливості. І навпаки, недостатнє і нераціональне харчування знижує опірність організму до шкідливих впливів, порушує обмін речовин і призводить до захворювань крові, печінки, підшлункової і щитовидної залоз та інших органів і передчасного старіння.

Сучасна концепція раціонального харчування визнана ВООЗ і науковими установами усіх країн світу. Згідно цієї концепції здорове харчування забезпечується за виконання наступних умов:

§ достатня енергетична цінність (калорійність) добового раціону; § якісна повноцінність, що визначається необхідною кількістю білків, жирів,

вуглеводів, вітамінів і мінеральних речовин;

152

§ раціональний режим харчування, що визначається кількістю прийомів їжі та правильним їх розподілом;

§ забезпечення максимального використання харчових речовин продуктів шляхом раціональної кулінарної обробки;

§ дотримання санітарних правил під час виготовлення, транспортування, зберігання і споживання харчових продуктів.

Енерговитрати організму залежать від маси тіла. Вчені вважають, що добова енергетична цінність раціону для чоловіка з масою тіла 65 кг повинна становити 13955 кДж (3000 ккал), а для жінки – на 2930 кДж (700 ккал) менша. Достатня енергетична цінність добового раціону – 8374 кДж (2000 ккал).

Енергетична цінність харчових продуктів залежить від вмісту в них білків, жирів і вуглеводів. Середня енергетична цінність 1г білків становить 17 кДж (4 ккал), вуглеводів – 16 кДж (3,85 ккал) і жирів – 38 кДж (9 ккал). На здоров’я людини негативно впливає як недостатнє, так і надлишкове харчування. Недостатнє щодо енергетичної цінності харчування (часткове голодування) призводить до зменшення маси тіла, схуднення, швидкої втомлюваності, зниження захисних сил організму і працездатності. Надлишкове харчування викликає ожиріння тіла, сприяє гіподинамії, розвитку атеросклерозу, гіпертонічної хвороби і можливо злоякісних новоутворень.

Разом з енергетичною цінністю харчовий раціон повинен бути збалансованим окрім харчових білків ще й за амінокислотним складом. Існує 20 амінокислот, з яких 12 синтезує організм людини, а 8 незамінних амінокислот поступають тільки з їжею рослинного і тваринного походження. Незамінні амінокислоти містяться в бобових, зернових і овочевих культурах та продуктах тваринного походження.

Обмеженість в харчовому раціоні кількості білків, амінокислоти триптофану, жирів та збільшення вмісту аліментарних антиоксидантів – токоферолів, каротину, флавоноїдів, кварцетину, аскорбінової кислоти сприяють нормальному функціонуванню організму та подовженню тривалості життя людини. Харчовий раціон має включати достатню кількість вітамінів, жирних ненасичених кислот, мінеральних елементів, харчових волокон тощо. Згідно сучасної концепції збалансованого харчування

· харчовий раціон повинен вміщати нормовану кількість жирів (до 25–30% енергетичної цінності раціону, в тому числі не більше 10% за рахунок жирів тваринного походження); складні вуглеводи повинні складати не менше 60%;

· харчовий раціон повинен бути різноманітним за асортиментом і мати достатню кількість свіжих овочів та фруктів (не менше 1257 кДж або 300 ккал щодоби);

· оздоровчий раціон повинен включати помірковану кількість кухонної солі (до 5 г на добу) та цукру (до 8–10% енергетичної цінності раціону);

· енергетичні витрати організму необхідно поповнювати переважно за рахунок рослинних продуктів (не менше ніж на 80%), зокрема зернових – муки грубого помолу, круп та коренеплодів;

· кількість продуктів тваринного походження повинна обмежуватись. Основним постачальником енергії є вуглеводи. Вони повинні забезпечувати добову

потребу в енергії на 55–75%. Продукти, багаті складними вуглеводами, сприяють перистальтиці і стимулюють травлення їжі. Окрім того, продукти рослинного походження,

153

які вміщають крохмаль, неорганічні речовини (зокрема солі кальцію, заліза і цинку), а також жирні кислоти і водорозчинні вітаміни, сприяють більш швидкому виведенню шкідливих речовин з організму.

В продуктах харчування повинна бути окрім волокон достатня кількість ще й пектинових речовин, альгінатів і полісахаридів. При цьому необхідно обмежити споживання чистих вуглеводів – цукру та кондитерських виробів. Харчові волокна та пектинові речовини необхідні для забезпечення функції кишок і обміну речовин. М’ясо практично не містить вуглеводів і є джерелом насичених жирних кислот і холестерину в крові, які обумовлюють розвиток серцево-судинних захворювань і раку. А тому м’ясо доцільно споживати в обмеженій кількості і не більше одного разу на добу. Споживання цукру в надмірних кількостях (понад 25–30 г на добу) сприяє надлишковій масі тіла, ожирінню і в кінцевому підсумку призводить до атеросклерозу та гіпертонії, особливо за умов малоактивного способу життя.

Необхідно обмежити споживання з їжею кухонної солі і обходитись мінімальною її кількістю. Надлишок в організмі кухонної солі може призвести до збільшення холестерину і ліпоїдів у крові. Зменшення її кількості сприяє профілактиці гіпертонічної хвороби і інфаркту міокарда. Необхідно підтримувати співвідношення солей калію і натрію в організмі як 2:1, тобто в організм необхідно вводити вдвічі більше солей калію, ніж натрію. Багато калію вміщають рослинні продукти, зокрема картопля (429 мг на 100 г), хліб (249 мг на 100 г) та бобові (1000 мг на 100 г), а також крупи, капуста, морква, столові буряки, кавуни та дині. Потрібно прагнути поповнювати запаси солі в організмі за рахунок овочів і фруктів.

Отже, в харчовому раціоні перевагу треба віддати зерновим, овочам, фруктам та жирам рослинного походження, зокрема оливковій, кукурудзяній та соняшниковій олії.

11.2. Урбоекологія

Урбанізація у перекладі з латинської означає містоформування. За даними ООН, у наш час у містах більшості розвинених країн мешкає 75–80 % загальної кількості населення. В світі нині вже понад 160 міст з мільйонним населенням, які дуже негативно впливають на навколишнє середовище в радіусі багатьох десятків кілометрів: отруюють атмосферу величезною кількістю пило-газових забруднень від промислових об'єктів, автотранспорту, а грунти й природні води – мільйонами тонн токсичних і стічних вод, виводять з користування тисячі гектарів навколишніх земель, лісів, займаючи їх під будівництво житлових масивів, промислових комплексів, доріг, аеродромів. Найбільш урбанізовані регіони світу (Філадельфійсько–Бостонсько–Йоркський, Токійсько–Йокогамсько–Осакський, Кельнсько–Дюссельдорфський, Манчестер–Бірмінгемський) сконцентрували 20–60 млн. чоловік.

Ступінь поширення багатьох хвороб у великих містах набагато більший, ніж у малих містах чи селах. Такі хвороби, як рак легенів, у великих містах нині реєструються в два-три рази частіше, ніж у сільських місцевостях. Тут набагато більше хворіють бронхітами, астмою, алергічними хворобами. Рівень інфекційних захворювань у містах також удвічі вищий.

154

Мегаполіси споживають велику кількість води, одночасно забруднюючи її. Жителі великих міст уже давно п'ють воду набагато гіршої якості, ніж у селах. Останнім часом у СНД, зокрема в Україні, в більшості таких міст якість питної води не відповідає санітарним нормам (немає можливості як слід очищати величезні об'єми води за браком відповідних технологій та коштів). Meгаполіси створюють свій мікроклімат, під ними на сотні й тисячі метрів углиб змінюється фізичний стан порід.

Шумові, вібраційні навантаження, перенаселення, транспортні проблеми, вплив електричних, магнітних, іонізаційних полів у великих містах стали причиною масових захворювань нервової системи (неврозів, психічних хвороб), підвищеної смертності. В колишньому СРСР у 1990 р. налічувалося понад 500 міст з кризовою екологічною ситуацією.

Вплив убранізації на природу – це об'єктивний складний природний процес, що історично розвивається під дією цілого ряду факторів, причому в різних регіонах планети – по-різному, залежно від характеру природних умов та особливостей розвитку цивілізації. Серед найголовніших факторів, що сприяли розростанню міст, слід назвати такі: послідовно зростаючу концентрацію в сприятливих для проживання географічних районах певних верств населення, зв'язаних спільним виробництвом та реалізацією продуктів виробництва; нарощування обсягів виробництва та розвиток засобів виробництва; інтеграція різних видів виробництва й узагалі діяльності як позитивний чинник підвищення добробуту, збільшення кількості населення завдяки покращенню умов існування; розвиток регіональної та міжнародної торгівлі; розвиток наукових і культурних закладів, центрів.

Одночасно з розвитком міст збільшувався їх негативний тиск на біосферу. Кожне місто – це штучне середовище антропогенного походження, досить складна екологічна система зі своїми специфічними умовами, створеними співвідношенням природних факторів середовища (клімат, рельєф, геологічна будова, фауна й флора) та технічних (особливості промисловості, транспортної мережі, способу життя, суспільної організації).

Одним з найголовніших завдань урбоекології є визначення шляхів поліпшення екологічного стану сучасних міст. До них належать: поступова стабілізація зростання міст; розумний, обгрунтований з еколого-економічних позицій розподіл людей на території держави; вдосконалення господарств природної зони; збільшення площі «зеленої зони» міст (створення парків, скверів, бульварів, захисних зон, зелених насаджень уздовж усіх доріг, максимальне поширення настінної будинкової зелені – плюща чи дикого винограду, створення зелених куточків на плоских дахах будинків, розведення квіткових вазонів, зимових садів усередині приміщень, в установках, лікарнях, інститутах, учбових закладах, створення садків у кожному мікрорайоні, кварталі міста).

Слід зазначити, що грунти в сучасних містах уже не можуть самоочищуватися, вони, як правило, мають підвищену кислотність, містять мало поживних речовин, переущільнені, витоптані.

Проблема забруднення міст автотранспортом може бути вирішена за рахунок упровадження беззупинкової системи руху на перехрестях, більш екологічно чисті двигуни й паливо, максимального використання метро та наземного електротранспорту, створення шумозахисних бар'єрів. Багато може дати екологічно обгрунтована просторова організація й концентрація виробництва, житлових та рекреаційних масивів – розробка генеральних планів розвитку міст на перспективу з урахуванням циркуляції повітря, сучасного екологічного стану й можливостей його поліпшення з максимальним збереженням

155

існуючих зелених зон. Необхідно передбачити створення надійних охоронних зон водозаборів, водосховищ, здійснення жорсткого контролю за станом повітряного та водного середовищ, зменшення всіх видів промислових забруднень за рахунок упровадження нових безвідхідних технологій, систем і фільтрів ефективного очищення газових і рідких викидів та стоків, застосування оборотного водопостачання. Слід створювати зелені санітарно-захисні зони навколо промислових об'єктів.

Найбільш стійким до антропогенних навантажень є мозаїчний ландшафт – чергування природних і видозмінених ділянок на території міста. Треба пам'ятати, що всі «дикі» ділянки в містах та на околицях, непридатні для забудови та інших видів хазяйнування (заболочені ділянки, яри, невеликі зарослі чагарником струмки та річечки), є важливим компонентом урбоекосистеми, вони найбільш стійкі й найдовше протистоять антропогенному впливу. Їх освоєння є екологічно невигідним.

Зелені насадження не лише поліпшують мікроклімат у містах, очищають повітря, виконують рекреаційні функції, вони захищають будинки й тротуари від перегріву, поглинають шуми.

В зв'язку зі зростаючою необхідністю вирішення проблем раціонального планування структури міст, з розвитком ландшафтної архітектури виник новий напрям урбоекології – аркологія. Це екологічна архітектура, що досліджує питання забудови міст з максимальним урахуванням екологічних факторів, збереженням і поширенням зелених зон, створенням сприятливих умов для праці й проживання людини.

11.3. Мілітаристична екологія Останнім часом усьому світові стало відомо не лише про величезні бюджетні витрати,

пов'язані з військовою діяльністю в усіх розвинених країнах, загрозу глобальної ядерної війни, але й про величезну шкоду, якої завдають військові природному середовищу.

Війни завжди були екологічним лихом. Але раніше це було лихо регіонального масштабу, а нині всесвітнього. Після оволодіння ракетно-ядерною технікою виникнення сучасної світової війни загрожує повним знищенням усього живого на нашій планеті.

На військові цілі людство витрачає величезні кошти (в 2,5 рази більші, ніж на охорону здоров'я, в 1,5 рази більші, ніж на освіту), які можна було б використати для поліпшення життя сотень мільйонів людей, що недоїдають, не одержують медичної допомоги, п'ють забруднену воду й мешкають у жахливих умовах.

За повоєнні роки людство витратило на військові справи й озброєння понад шість трильйонів доларів.

У розвинених країнах до 3 % території відводиться для військових потреб, і це переважно родючі землі або лісові масиви.

Тільки на землях Індокитаю залишилося близько 400 тис. американських бомб і 2 млн. снарядів, сотні тисяч воронок від вибухів, тисячі тонн залишків від вибухів речовин, пального, продуктів згорання. Страшної сили бомбардування (бомби масою 6,8 т) лісів, полів, дамб майже повністю знищували природне середовище. Загальна кількість вибухових речовин, які американці використали за сім років війни в Індокитаї, еквівалентна 450 «хіросимським атомним бомбам». На цю землю було скинуто в три рази

156

більше бомб, снарядів й інших боєприпасів, ніж усіма країнами, що воювали в 1941–1945 рр.

Але набагато страшніше лихо могло б трапитися, якби стали вживати ядерну зброю. Вчені підрахували, що після обміну ядерними ударами потужністю 5 000–10 000 Мт одразу загине від 300 млн. до 1 млрд. чоловік, стільки ж буде тяжко поранених, а ті, що залишаться живі, одержать такі дози радіації, що будуть вмирати тяжкою смертю, виникнуть нові хвороби, зміниться клімат на всій планеті, швидко почне необоротно деградувати вся біосфера .

Усьому світові нині стали відомі тяжкі економічні, моральні та загально-екологічні втрати, яких зазнали Афганістан, колишній СРСР і сусідні країни в результаті сумнозвісної війни, що, практично, не закінчилася ще й досі.

А хто підрахує збитки, яких зазнала біосфера планети від палаючих протягом восьми місяців 700 потужних нафтових свердловин Кувейту, навмисне підпалених спецслужбами Саддама Хусейна? Який внесок вони зробили в розвиток парникового ефекту, руйнування озонового шару земної кулі, збільшення кислотних дощів?

Не можна не згадати ще про один жахливий факт, який став широко відомий людству останнім часом. Це розробка таємними військовими лабораторіями (і навіть цілими інститутами) різних психотропних препаратів і засобів (фізико-хімічних, електромагнітних та ін.) для обробки, пригнічення й зміни психіки людей. Результати лабораторних і, за повідомленням засобів масової інформації, не лише лабораторних експериментів по застосуванню цих засобів свідчать, що вже винайдено можливості, препарати, устаткування, які дозволяють масово впливати на психіку людей, підкоряючи їх волю й примушуючи виконувати які завгодно на кази. Цей вид зброї – найбільш антилюдський та протиприродний.

А скільки шкоди людству, біосфері планети завдали наземні, підземні та підводні випробування атомної зброї військовими США та Франції в Тихому океані на мальовничих атолах Бікіні, Еніветок, Муруроа, в преріях штату Невада та ін., колишнього СРСР у Казахстані, Якутії, на Новій Землі, Китаю в пустелі Гобі та ін. З 1945 по 1981 р. у світі було здійснено 1 315 ядерних вибухів (683 – США, 468 – колишній СРСР, решту – Франція, Китай, Англія). Лише у води океану під час цих вибухів було викинуто близько 2 т високоактивних і довгоживучих продуктів розпаду від підводних і надводних вибухів, а також майже 4 т – від наземних. Величезна кількість продуктів розпаду, що надійшла в атмосферу, осі дає ще й досі в усіх куточках земної кулі. Не менше лиха біосфері заподіяли й ще заподіють захоронення радіоактивних відкладів виробництва, відпрацьованих атомних реакторів з АЕС, атомоходів, підводних човнів, зокрема колишнього СРСР (Карське, Баренцеве моря поблизу Нової Землі, де дуже недбало затоплено 12 атомних реакторів та сотні тонн радіоактивного бруду – 11 тис. контейнерів).

Найновіші геофізичні дослідження й аналіз наслідків ядерних вибухів свідчать, що вони можуть спричинювати землетруси, пошкоджуючи земну кору на великих відстанях і зумовлюючи розвиток великих тектонічних тріщин.

Велику небезпеку становлять бактеріологічна та хімічна зброя, арсеналами якої теж володіють військові. На щастя, нещодавно міжнародним співтовариством прийнята й підписана більшістю країн світу угода про заборону та знищення хімічної й біологічної зброї.

157

Уперше трагічні наслідки від вживання хімічної зброї – хлорного газу – люди побачили під час першої світової війни, в районі французького міста Іпра – 5 тис. загиблих від синьо-зеленого туману. Всього тоді від газів, які застосовували проти росіян і французів німці, постраждало понад 1 млн. чоловік, загинуло близько 100 тис.

Важко уявити, які були б наслідки використання німцями в другій світовій війні всіх хімічних отруйних речовин, що вони встигли виробити (всього – близько 300 тис. т). На щастя, тоді їм не вдалося цього зробити, але сьогодні загроза страшної зброї знову посилилася. Справа в тому, що країни-переможці, захопивши склади з німецькою хімічною зброєю, не знаючи, що з нею робити надалі і не маючи безпечних методів знищення хімічних токсикантів, не придумали нічого кращого, як затопити їх у Балтійському морі. Пройшли десятиліття, й хімічна зброя далася взнаки. Морське середовище роз'їло контейнери, ящики, банки, бомби, снаряди, в яких зберігалися хімічні отруйні речовини, й вода навколо почала забруднюватися, стала отруйною риба.

Ще страшнішою є бактеріологічна зброя. В таємних військових лабораторіях Німеччини, Японії, США, колишнього СРСР розроблялися плани й засоби виготовлення та застосування бактеріологічної зброї – бактерій чуми, холери, тифу, сибірської виразки для масових уражень ворожих військ. А в 1951–1955 pp. уже було проведено перші експерименти на людях.

Новий етап розвитку мілітаристичної екології почався з освоєння космічного простору, куди вже запущено тисячі супутників. Ті з них, що відпрацювали свої ресурси, нині становлять серйозну небезпеку для подальшого освоєння Космосу.

Наведемо кілька прикладів негативного впливу військової діяльності в Україні. Від діяльності військових постраждала природа навколо ракетних баз і аеродромів

стратегічних бомбардувальників поблизу Луцька, Узина, Брод, Червонограду, сіл на Житомирщині, Чернігівщині, Сумщині. До речі, американські вчені встановили, що внаслідок постійного потужного реву військових літаків майже 5–10 % дорослого чоловічого населення найближчих сіл страждає на імпотенцію.

Чудовий дендропарк регіонального значення «Олександрія» у Білій Церкві дуже забруднений відходами 30-річної діяльності військової частини, яка розміщена поруч. У озерцях і джерелах виявлено чотиривалентний токсичний хром у кількостях, що в десятки й сотні разів перевищують ГДК, з балочок і ярів витікають нафтопродукти, які періодично ліквідують випалюванням. В Узині, поблизу Білої Церкви, в колодязях сіл, розташованих поруч з аеродромом стратегічних бомбардувальників, замість води люди вичерпують нафтопродукти.

Стали відомі численні приклади знищення військовими природи в Криму поблизу Ялти, в «Червоних печерах», у районі Карадагу (полігони, стрільбища, станції стеження).

Великої шкоди біосфері, завдають військові заводи в усьому світі. В нас вони знаходяться в Жовтих Водах (Дніпропетровська обл.), в Дніпродзержинську, Києві, Павлограді, Житомирі та багатьох інших містах, отруюючи важкими металами повітря, води, грунти, людей.

Велику небезпеку становлять аварії на військових базах і полігонах, які неодноразово мали місце, зокрема й в Україні.

Чи є спосіб зменшити екологічне лихо, заподіяне військовими? Фахівці вважають, що є. Для цього потрібно докласти багато зусиль і розуму, але вихід можливий. Це, по-перше, розширення міжнародного співробітництва й досягнення домовленостей про роззброєння,

158

мирне співіснування, повну заборону ядерних випробувань і знищення арсеналів ядерної зброї, скорочення збройних сил до розумного мінімуму, припинення виробництва й заборону всіх видів зброї масового знищення, по-друге, скорочення військ і озброєнь у найбільш конфліктних районах планети, зменшення кількості військових баз, припинення розробок нових видів озброєнь, у першу чергу психотропних засобів.

11.4. Екологія космосу

З початком освоєння космічного простору, дослідження Місяця, близьких і віддалених планет Сонячної системи з метою використання їх поверхні та ресурсів для потреб землян, вивчення можливостей створення тимчасових і стаціонарних міжпланетних станцій, з широким розвитком космічної зйомки поверхні Землі для господарських і військових потреб загострюється проблема охорони Космосу від земних забруднень, а також вивчення космічного впливу на розвиток і функціонування біосфери Землі. Кожний запуск космічної ракети супроводжується не тільки потужним викидом у атмосферу відпрацьованих газів (двигун працює на висоті 100–400 км), підвищенням температури уздовж траси польоту, але й порушенням структури атмосфери, її складу, щільності.

Дуже сильною, хімічно активною складовою речовин, які викидаються двигунами ракет, є вода, крім неї – окиси азоту, сполуки хлору, інертні гази, вуглеводні. Ці викиди змінюють склад малих атмосферних компонентів на великих висотах, у межах іоносфери. Іоносферу називають «чародійним люстерком планети», бо вона відбиває радіохвилі короткохвильового діапазону, забезпечуючи роботу численних радіосистем. Тому вплив ракетних вихлопів на іоносферу досить шкідливий, часто вони значно змінюють її структуру, склад і особливості, зривають роботу радіостанцій.

Коли запустили супутник «Пегас» на висоті близько 700 км від точки запуску концентрація електронів у максимумі іоносферного шару зменшилася втричі, а висота цього максимуму знизилася на 50 км. Такі порушення у верхніх шарах атмосфери призводять до зміни теплового балансу, емісії, хімічного складу іонів, рівноважних концентрацій електронів, нарешті – порушення всього режиму верхньої атмосфери.

Іншим чинником порушень природної збалансованості стану й процесів верхньої атмосфери, тобто космічного простору, є маневри численних супутників. Для виконання кожного маневру спрацьовують двигуни корекції польоту, й у Космос викидається певна кількість забруднюючих речовин. їх набагато менше, ніж під час запусків ракет-носіїв, але, з урахуванням великої кількості супутників, сумарний негативний ефект є досить великим.

Інший вид забруднень, спричинених космічною апаратурою, – ціленаправлені викиди хімічно активних речовин (пари води, окиси азоту, лужні метали) з ракет та супутників з метою дослідження динамічних процесів у верхній атмосфері. Ці речовини залишають видимий слід, світіння, створюють помітну трасу, що дозволяє вивчати характер переміщення атмосферних мас.

Таким чином, одним із завдань космічної екології є вивчення складу, структури й динаміки верхньої атмосфери, контроль динаміки верхньої атмосфери, хімічних антропогенних забруднень, пов'язаних з запусками різних супутників, ракет і космічних кораблів.

159

Поряд із антропогенними хімічними забрудненнями приземного Космосу мають місце (і дедалі більше зростають) його механічні забруднення – накопичення сотень тисяч уламків, різних залишків від тисяч супутників, що відпрацювали свій ресурс, від зруйнованих космічних апаратів, станцій. Це космічне сміття – частки розміром від кількох міліметрів чи сантиметрів до півметра й більше – є дуже небезпечним для сучасних космічних кораблів, бо у разі зіткнення спричиняють страшенної сили удар.

Вірогідність такої зустрічі нині ще досить мала, але вона стрімко зростає. В міжнародному комітеті з космічних досліджень КОСПАР створено спеціальний відділ, який вивчає космічні уламки. Це поклало початок розвитку нової галузі космічної екології, яку можна назвати екологією ближнього Космосу.

Через антропогенні порушення озонового шару, зміни в іоносфері, а також внаслідок накопичення нових відомостей про значний вплив різних космічних сил на розвиток біосфери Землі в минулі епохи и наші часи (зміни гравітаційних, електромагнітних і радіаційних полів, пов'язані зі змінами орбіт руху планет Сонячної системи на десятки тисяч кілометрів під дією фізичних процесів, що відбуваються в надрах Сонця, наближення чи віддалення Сонячної системи від центра нашої галактики тощо) виникла потреба глибокого вивчення й прогнозу таких явищ. Це необхідно для визначення характеру зв'язків між біосферами та космічними процесами, їх передбачення й можливого відтворення негативного впливу на біоту Землі. Виникло нове відгалуження в екології Космосу – екологія зовнішнього, або далекого, Космосу. Екологічні дослідження, які пов'язані з вивченням можливих умов існування й діяльності людини, а також розвитку та існування інших представників живої природи на планетах Сонячної системи, сформувалися в науку, яка називається екологією планет.

Важливим і ще мало вивченим залишається питання негативного впливу ядерних енергетичних установок на космічних кораблях і станціях.

І, нарешті, виконання глобального та регіонального екологічного контролю стану геосфер за допомогою космічних апаратів і супутників зумовило виникнення ще одного наукового відгалуження – глобального космічного екомоніторингу.

В Україні в 1992 р. теж створено республіканський Центр геокосмічних досліджень при АН України й Національне космічне агентство контролю та досліджень практичного характеру на замовлення, Зокрема, Центром геокосмічних досліджень вже виконується аерокосмічний контроль стану природи: виявляються райони забруднень рослин важкими металами та нітратами за допомогою дистанційних методів і апаратури, що в тисячі раз швидше, ніж наземними методами, й значно дешевше. Визначаються так і ділянки земель і водойм, забруднених важкими металами, нітратами, нафтопродуктами, місця витоку (аварійні) із підземних нафтопроводів, газо- та водопроводів, теплотрас, ділянки активних тектонічних зон і розломів.

11.5. Радіоекологія Наймолодшим серед новітніх розділів загальної екології є, мабуть, радіоекологія,

активний розвиток якої почався, практично, після страшної Чорнобильської катастрофи, яка стривожила весь світ.

160

Коли ядерне лихо спіткало влітку 1945 р. Хіросіму та Нагасакі, жахливі наслідки атомного бомбардування та першого в історії людства вибуху такої сили теж привернули увагу й викликали за непокоєння майже всього людства. Але тоді на фоні трагедії другої світової війни та через недостатню інформованість й відсутність знань про можливі наслідки радіоактивних забруднень і пошкоджень біосфери людство ще не могло об'єктивно оцінити всю серйозність цієї проблеми. Навпаки, під тиском мілітаристичних сил у розвинених країнах небаченими темпами почали нарощувати арсенал ядерної зброї, намагаючись досягти якнайбільшої руйнівної сили.

Але вже через 10–15 років вчені почади розуміти всю недалекоглядність такої політики, зростання загрози світової катастрофи в результаті ядерної війни. Було зроблено перші розрахунки можливих змін екосистем регіонального масштабу, величезних втрат не лише державного, а й світового масштабу. З'явилися перші застереження. З 70-х років нашого століття широкі маси громадськості почали активно включатися в боротьбу за роззброєння, мирне співіснування держав з різним соціально-політичним ладом.

Вивчення радіоактивності почалося з 1933 p., а її згубного впливу як компонента ядерної зброї – з 1945 р. Дослідження з метою визначення глобального впливу на біосферу антропогенної радіації, ядерної зброї, відходів від її виробництва, діючих АЕС, аварій на них, а також прогнозування розвитку атомної енергетики на далеку перспективу були започатковані в 1986 р.

Нині захист організму людини та живої складової біосфери від радіоактивного опромінення в зв'язку із зростаючим радіоактивним забрудненням планети став однією з найактуальніших проблем екологічної науки. Радіація – це невід'ємний елемент нашого буття, один з багатьох факторів навколишнього середовища. Наше життя зароджувалося в «радіоактивній колисці». Всі види флори та фауни Землі протягом мільйонів років виникали та розвивалися під постійним впливом природного радіаційного фону й пристосувалися до нього. Але штучно створені радіоактивні речовини, ядерні реактори, устаткування сконцентрували незначні раніше в природі обсяги іонізуючого випромінювання, до чого природа виявилася не пристосованою.

Зв'язки між життям, здоров'ям людей, станом флори та фауни й сучасним рівнем радіаційного забруднення всієї планети та окремих її регіонів дуже складні. Вивчення й використання їх на благо людини – одне з головних завдань радіоекології.

Основними аспектами радіоекології є вивчення природного радіо активного фону, характеру антропогенних радіоактивних забруднень геосфер, продуктів харчування, організму людини, дослідження ефектів і встановлення нормативів іонізаційного опромінення.

До середини XX ст. основним джерелом іонізаційного випромінювання були природні джерела – гірські породи, Космос. Але й тоді рівні земної радіації в різних регіонах різнилися, досягаючи максимальних значень у районах родовищ уранових руд, радіоактивних сланців, фосфоритів або кристалічних порід, торієвих пісків, радонових мінеральних джерел . В цих місцях рівні природного радіоактивного фону в десятки й сотні разів вищі, ніж у інших.

Нині на Поліссі є великі райони, де вміст цезію-137 у продуктах місцевого виробництва в десятки й сотні разів перевищує середній по країн Це викликане підвищеною міграцією цезію з грунтів, які його не утримують (піщані, малоглинисті, дерново-підзолисті), в рослинні та тваринні організми. В зв'язку з цим у траві, рослинах,

161

грибах, лишайниках, молоці, м'ясі й рибі цезію в декілька разів більше, ніж у інших регіонах, місцями – в 50–100 разів.

Через те, що майже до недавнього часу не було відомостей про наявність тих чи інших відхилень у стані здоров'я й розвитку людей, які проживають у районах з підвищеним природним радіоактивним фоном, показники тривалості життя, кількості мертвонароджених, спотворень, захворювань на лейкоз, рак у жителів цих районів були середньостатистичні нормальні. На підставі нових досліджень й глибокого аналізу проблеми можна зробити висновок, що й раніше, десятки та сотні років тому, підвищений радіаційний фон справляв негативний вплив на населення. Це виявлялося в значному підвищенні кількості хворих з синдромом Дауна (майже в п'ять разів), іншими патологічними проявами, зокрема раковими пухлинами.

Нині головними джерелами радіоактивних забруднень біосфери є радіоактивні аерозолі, які потрапляють в атмосферу під час випробувань ядерної зброї, аварій на АЕС та радіоактивних виробництвах, а також радіонукліди, що виділяються з радіоактивних відходів, захоронених на суші й на морі, з відпрацьованих атомних реакторів і устаткування. Радіоактивні опади залежно від розміру часток і висоти їх виносу в атмосферу мають різні терміни осідання та радіус поширення. За розміром часток вони поділяються на локальні або ближні (понад 100 мкм), тропосферні (кілька мікрометрів і менше) та стратосферні, або глобальні (десяті та сотні частки мікрометра). Радіоактивні частки викидаються на висоту до 10–30 км. Під час аварій атомних реакторів, розгерметизації захоронень радіоактивних відходів радіаційний бруд розповзається на десятки й сотні кілометрів, внаслідок вибухів ядерних бомб – по всій планеті.

За силою та глибиною впливу на організми іонізуюче випромінювання вважається найсильнішим. Різні організми мають неоднакову стійкість до дії радіоактивного опромінення, навіть клітини одного організму мають різну чутливість.

Розрізняють кілька видів іонізуючого випромінювання. Гамма-випромінювання – є найнебезпечнішим джерелом зовнішньої іонізації. Воно діє (проникає) на відстані сотень метрів. Гамма-частки не заряджені й мають електромагнітну природу. Бета-випромінювання проникає в повітрі на відстані кілька метрів, а в живих тканинах – кілька міліметрів. Бета-частки складаються з від'ємно заряджених електронів, що рухаються з величезною швидкістю. Альфа-частки мають найкоротший радіус дії (кілька сантиметрів у повітрі, 0,1 мм у тканинах), а тому небезпечні лише у разі без посереднього контакту з слизовими оболонками очей, шкіри та внутрішнім середовищем організму. Альфа-частки складаються з позитивно заряджених ядер гелію.

Крім типу випромінювання, важливе значення має фізичний стан і хімічні властивості альфа- та бета-активних радіонуклідів. Вони визначають шляхи проникнення всередину організму, а також їх включення в обмінні процеси (метаболізм), швидкість засвоєння та виведення з організму. Головним фізичним процесом, що визначає біологічну дію радіації, є іонізація та збудження атомів і молекул тіла.

Неоднакову радіочутливість (вразливість) мають організми різного віку. Чим молодший організм, тим він чутливіший до радіації.

Ще один важливий висновок – чим складніший організм, тим більше він уражується радіацією. В складно збудованих організмах з їх тонко скоординованими та взаємозалежними функціями численних органів і систем набагато більше й слабких ланок, де виникають ланцюгові реакції дезадаптації та патології .

162

Кількісною оцінкою іонізації організму є доза опромінення. Кількість поглинутої одиницею маси тіла енергії радіації називають поглинутою дозою. За одиницю цієї дози принято грей (Гр).

Для вимірювання ступеня іонізації повітря користуються старою одиницею експозиційної дози – рентгеном (Р). Нині рентген використовується для вимірювання потужності дози рентгенівського та гамма-випромінювання, або рівня радіації (Р/год).

За даними американського радіобіолога Блера, внаслідок одноразового опромінення

людини завдяки репаративним процесам протягом 30 діб відновлюється половина всіх уражень. Це період напіввідновлення. Інша частина відновлюється протягом 2,5–3,5 місяців.

У разі повторного опромінення наслідки визначаються шляхом сумації залишкової дози від попереднього опромінення й одержаної знову.

У результаті багаторічного опромінення всього тіла (або головного мозку) дозами потужністю, наприклад, 0,5–1 Зв на рік (50–100 Бер на рік) і більше може розвинутися хронічна променева хвороба. Чим менша частина тіла зазнає опромінення, тим менші руйнівні наслідки.

Нормами радіаційної безпеки (НРБ–76/87) визначено три групи критичних органів за їх чутливістю до радіації:

§ перша група – все тіло, гонади, статеві органи, червоний кістковий мозок; § друга група – м'язи, щитовидна залоза, жирові тканини, печінка; § третя група – кісткова тканина, шкіра, кисті, литки, стопи. Сила впливу радіонуклідів, які потрапляють усередину тіла, визначається їх фізико-

хімічними властивостями, шляхами (з їжею, через дихання) й часом проникнення, а також здатністю депонуватися та швидкістю виведення. При цьому має значення розмір часток, оскільки крупніші затримуються у верхніх дихальних шляхах і можуть видалятися. Якщо вони надійшли з їжею, то також можуть не потрапляючи в кров, виводитися з організму. Під час внутрішнього опромінення найбільш небезпечними є такі елементи, як радон, калій, радій, полоній та ін.

Ступінь виведення радіонуклідів з організму залежить від швидкості біологічного (метаболічного) виведення та періоду напіврозпаду цих елементів. Чим молодший організм, тим швидше він очищується від радіонуклідів.

Слід пам'ятати, що, розраховуючи величини доз радіаційного опромінення для тієї чи іншої людини, груп людей чи об'єктів, завжди треба вирізняти й враховувати космічне (позаземне), природне радіоактивне земне випромінювання та випромінювання, пов'язане з використанням людиною радіоактивних речовин.

Космічне випромінювання складається з галактичного та сонячного. Енергія космічного випромінювання порівняно з іншими досить мала біля поверхні Землі, але в межах стратосфери, іоносфери та екзосфери її значення в опроміненні дуже зростає

Земних природних джерел випромінювання нині налічується близько 60, зокрема 32 – урано-радієвої та торієвої групи, 11 – з груп інших довгоживучих радіонуклідів, таких, як калій-40, рубідій-87 та ін.

Дослідження, виконані протягом останніх років, свідчать, що будинки, в яких живуть і працюють люди, з одного боку, захищають їх від зовнішніх радіаційних опромінень, а з іншого – збільшують загальну дозу випромінення за рахунок радіонуклідів, які містяться в

163

будівельних матеріалах, і радону, що всередині приміщень. Вже достеменно відомо, що в дерев'яних будинках потужність радіаційної дози в два-три рази менша, ніж у кам'яних, бетонних чи цегляних. А в будинках, споруджених з шлакоблоків (відходи ТЕЦ тощо), потужність радіаційної дози, як правило, в десятки разів більша, ніж у дерев'яних.

Населення міст, особливо великих, у цілому завжди одержує дози, вищі порівняно з жителями сільських місцевостей. Зупинимося на такому факті, як негативний вплив на здоров'я людини радону, який останнім часом привернув увагу вчених у Америці та Європі.

Радон – радіоактивний газ, продукт радіоактивного перетворення урану, торію, радію. Потрапляючи в організм, він одразу ж уражує залози внутрішньої секреції, гіпофіз, кору надниркових органів. Це викликає в третини населення задуху, серцебиття, мігрень, тривожний стан, безсоння. Іноді розвиваються злоякісні пухлини в легенях, печінці, селезінці. Цей газ не має кольору, запаху, смаку.

Він накопичується в приміщеннях, де погана вентиляція, через наявність так званого «ефекту пічної труби», коли важке, збагачене радоном приземне повітря втягується через щілини, вікна, двері в помешкання; Крім того, він виділяється з будівельних матеріалів і конструкцій.

Залежно від розподілу в тканинах організму вирізняють такі радіонукліди: остеотропні – накопичуються в кістках (стронцій, кальцій, барій, радій, ітрій, цирконій, плутоній); ті, що затримуються в печінці (до 60 %) і скелеті (до 25 %) – церій, лантан, прометій; ті, що розподіляються рівномірно (тритій, вуглець, залізо, полоній, інертні благородні гази); ті, що залишаються в м'язах (калій, рубідій, цезій), селезінці та лімфатичних вузлах (ніобій, рутеній), щитовидній залозі (йод). Радіоізотопи йоду в щитовидній залозі концентруються в 100–200 разів більше, ніж у інших тканинах і органах. Руйнування залози починається при дозі опромінення, що дорівнює 100 Гр.

У шлунково-кишковому тракті всмоктування різних радіонуклідів може відрізнятися в 1000–10000 разів. Найкраще всмоктується калій, трітій, натрій, найгірше – цирконій, ніобій, вісмут, полоній та ін.

Цезій і стронцій за своїми хімічними властивостями дуже близькі, відповідно, ізотопи калію та кальцію й у біосфері циркулюють разом з цими елементами.

За даними комісії радіаційного контролю ООН, біологічний період напіввиведення з організму цезію-137 у дорослих становить від 10 до 200 діб (у середньому – 100 діб), і виділяється він переважно з сечею (від 75 до 90 %).

Уповільнюється всмоктування й прискорюється виведення цезію-137 з організму зі збільшенням у раціоні калію та натрію. Дуже добре зв'язує цезій-137 у шлунку протектор-адсорбент берлінська лазур.

Стронцій-90 набагато швидше видаляється з організму, якщо часто вживати молоко (звичайно, чисте від радіонуклідів) і продукти, збагачені кальцієм.

Плутоній виводиться з організму дуже повільно, напівперіод його виведення становить 40–100 років, а з скелету він практично не видаляється взагалі.

Розглянемо наслідки подальшого забруднення біосфери радіоактивними речовинами. По-перше, незважаючи на досить різкий спад гонки ядерних озброєнь і послаблення

загрози глобальної війни, небезпека загибелі живої компоненти біосфери від військових ядерних запасів усе ще існує. Продовжують випробування ядерної зброї, деякі країни намагаються одержати цю зброю, не знищено величезні запаси ядерних бомб, снарядів і

164

ракет, Накопичених за 45 років США, колишнім СРСР, Францією, Англією (їх досить, щоб кілька разів знищити на Землі все живе), ще існують сили в різних країнах, які можуть спровокувати ядерну війну. Немає гарантії, що не станеться нещасний випадок або аварія на військових базах, полігонах, об'єктах, де є ядерні припаси. Не виключена також можливість захоплення й застосування ядерної зброї: терористами або маньяками, фанатично настроєними націоналістичними елементами.

Отже, й надалі на всіх рівнях і в усіх напрямках слід проводити активну роботу проти нарощування ядерної зброї, її випробування, виступати за її повне знищення.

По-друге, не вирішено й проблему атомної енергетики, хоча ставлення до неї після чорнобильської аварії різко змінилося в усьому світі. Удосконалюються конструкції реакторів, підвищується надійність АЕС, але залишається проблема захоронення відходів (залишки збагачення уранової руди, відпрацьовані паливо, реактори та інше устаткування), існує багато сотень небезпечних могильників твердого й рідкого радіоактивного бруду в усьому світі, особливо в Світовому океані.

Для вирішення зазначених проблем необхідні подальше розширення гласності й правдива інформація про все, що пов'язане з атомною зброєю та енергетикою, якнайширша екологічна освіта, особливо в галузі радіоекології, спеціального санітарного радіометричного контролю для населення (щоб кожен міг перевірити радіоактивність продуктів, речей, устаткування), станцій чи пунктів постійного радіаційного контролю за станом повітря, води, грунтів, флори та фауни в усіх населених регіонах. Нарешті, слід розробити досконалі способи захисту від радіації та методи дезактивації природного середовища.

Запитання для самоперевірки

1. Механізми впливу навколишнього середовища на людину; 2. Поняття гомеостазу організму людини; 3. Поняття адаптація, приклади; 4. Вплив на здоров`я населення антропогенних порушень біосфери Землі; 5. Роль продуктів харчування і води у забезпеченні нормальної життєдіяльності

організму; 6. Механізми забруднення харчової продукції і сировини; 7. Основні наслідки забруднення токсикантами харчової продукції для здоров`я

людини; 8. Норматив вмісту полютантів у харчових продуктах, визначення, критерії

встановлення; 9. Контроль якості харчової продукції; 10. Показники екологічно безпечної продовольчої продукції; 11. Сутність раціонального харчування; 12. Шляхи зменшення негативного ефекту радіонуклідів; 13. Радіопротекторне харчування; 14. Методи виведення токсикантів із організму.

165

Список рекомендованої літератури

Базова

1. Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: Навч. посібник – 2-ге вид. – К.: "Знання", 2002. – 203 с.

2. Запольський А.К., Салюк А.І. Основи екології: підручник 4-те доп і переробл. – К.: Вища шк., 2010.- 399 с.

3. Кучерявий В.П. Екологія. – Львів: Світ, 2001.- 500 с. 4. Николайкин Н.И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология: Учеб. для вузов –

3-е изд. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 5. Олійник Я.Б. Основи екології: підручник / Я.Б. Олійник, П.Г. Шищенко, О.П.

Гавриленко. – К.: Знання, 2012. – 558 с.

Допоміжна

1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. Основи екології.- 3-тє вид. - К.: Либідь, 2006.- 408 с.

2. Запольський А.К., Українець А.І. Екологізація харчових виробництв.- К.: Вища школа, 2005.- 423 с.

3. Корсак К.В., Плахотнік О.В. Основи сучасної екології: Навч. посіб. – 4-те вид., перероб. і допов. – К.: МАУП, 2004. – 340 с.

4. Мягченко О. П. Основи екології. Підручник. – К.: Центр учбової літератури, 2010. – 312 с.

5. Стадницкий Г.В. Экология.- 6-е изд.- СПб.: Химиздат, 2001.- 288 с. 6. Чернова Н.И., Былова А.М. Общая экология. М.: Дрофа, 2004. – 416 с.

166

ЗМІСТ

РОЗДІЛ І. ПРИКЛАДНІ АСПЕКТИ ЕКОЛОГІЇ ЯК НАУКИ ……………… 3 1.1. Визначення та основні напрями екології …………………..…………. 3 1.2. Короткий історичний нарис розвитку екології …………………..….. 4 1.3. Зв’язок екології з іншими науками …………………..………………... 6 1.4. Прикладна екологія …………………..…………………..……………… 7 1.5. Інженерна екологія …………………..…………………..………………. 8 1.6. Основні фактори деградації навколишнього середовища ………….. 8 1.7. Екологічний стан в Україні …………………..…………………..…….. 12 РОЗДІЛ 2. ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ І БІОСФЕРА …………………..….. 15 2.1. Людське суспільство та середовище його існування ………………... 15 2.2. Структура природного середовища …………………..……………….. 15 2.2.1. Географічна оболонка …………………..…………………..…….. 15 2.2.2. Структура, склад та особливості літосфери ……………………. 16 2.2.3. Структура, склад та екологічне значення атмосфери ………... 17 2.2.4. Структура, склад та особливості гідросфери …………………... 20 2.3. Структура, склад та особливості біосфери …………………..……….. 21 2.4. Ноосфера …………………..…………………..…………………..………. 25 2.5. Еволюція антропогенної діяльності та взаємовідносин людини з

біосферою ………………………………………………………………………. 26

РОЗДIЛ 3. ПРИРОДНI РЕСУРСИ …………………..…………………..……… 30 3.1. Класифікація природних ресурсів …………………..…………………. 30 3.2. Водні ресурси …………………..…………………..…………………..….. 31 3.3. Атмосферне повітря …………………..…………………..……………… 32 3.4. Енергія …………………..…………………..…………………..………… 32 3.5. Сировина …………………..…………………..…………………..……… 34 3.6. Грунти …………………..…………………..…………………..…………. 35 3.7. Клімат …………………..…………………..…………………..………….. 36 3.8. Простір для життя …………………..…………………..………………... 36 3.9. Продовольство …………………..…………………..……………………. 37 3.10. Генетичний фонд …………………..…………………..………………... 37 РОЗДІЛ 4. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ЗАКОНИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕКОЛОГІЇ ….. 39 4.1. Поняття середовище та екологічні фактори, їх класифікація ……... 39 4.1.1. Середовища, їх типи …………………..…………………..……….. 39 4.1.2. Екологічні фактори та їх вплив на життєдіяльність

організмів ………………………………………………………………….. 39

4.1.3. Загальні закономірності дії факторів середовища на організми …………………..…………………..………………………..

41

4.2. Екологічна система …………………..…………………..………………. 44 4.2.1. Організація екосистем …………………..…………………..…….. 44 4.2.2. Функціональна, або екологічна, структура біоценозу ………... 45 4.2.3. Біогеоценоз як елементарна екосистема біосфери …………….. 47 4.2.4. Класифікація екосистем …………………..…………………..…... 47 4.2.5. Антропогенні екосистеми …………………..…………………..… 48

167

4.3. Екологічна ніша організму …………………..…………………..……… 49 4.4. Динаміка та розвиток екосистем. Сукцесії …………………..……….. 51 4.5. Трофічні ланцюги …………………..…………………..………………... 53 4.6. Екологічні піраміди …………………..…………………..……………… 55 4.7. Природний колообіг речовин …………………..…………………..…... 56 4.8. Ресурсний цикл в антропогенних екосистемах …………………..…... 59 4.9. Основні екологічні закони ……..…………………..……………………. 60 РОЗДІЛ 5. ЗАБРУДНЕННЯ БІОСФЕРИ …………………..…………………... 65 5.1. Забруднення та їх класифікація ……………………..…………………. 65 5.2. Природне забруднення біосфери. Екологічні кризи

та катастрофи ………………………………………………………………….. 65

5.3. Антропогенне забруднення біосфери ……………………..…………… 68 5.3.1. Характеристика хімічних забруднювачів ……………………… 69 5.3.2. Фізичні забруднення біосфери ……………………..…………….. 70 5.4. Нормування якості навколишнього середовища ……………………. 72 5.5. Екологічне навантаження ……………………..………………………... 81 5.6. Екологічний моніторинг і якість природного середовища ………… 82 РОЗДІЛ 6. ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА АТМОСФЕРИ ……………………….. 84 6.1. Забруднення атмосфери ……………………..……………………..……. 84 6.2. Класифікація забруднень атмосфери ……………………..…………… 87 6.3. Екологічний вплив забруднень атмосфери ……………………..……. 88 6.4. Трансформація забруднень в атмосфері ……………………..……….. 90 6.5. Парниковий ефект ……………………..……………………..………….. 94 6.6. Кислотні опади ………………………..……………………..……………. 95 6.7. Руйнування озонового шару ……………………………………………. 96 6.8. Очищення промислових газодимових викидів ………………………. 97 РОЗДІЛ 7. ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ГІДРОСФЕРИ ………………………... 103 7.1. Споживачі води …………………………………………………………... 103 7.2. Джерела забруднення гідросфери ……………………………………… 103 7.3. Поведінка забруднень у водоймах …………………………………….. 107 7.3.1. Самоочищення води ………………………………………………. 107 7.3.2. Евтрофікація водойм ……………………………………………… 108 7.4. Нормативні вимоги до якості води …………………………………….. 109 7.5. Очищення стічних вод …………………………………………………... 115 7.5.1. Механічне очищення стічних вод ……………………………….. 115 7.5.2. Фізико-механічні методи очищення стічних вод ……………… 117 7.5.3. Хімічні методи очищення стічних вод ………………………….. 119 7.5.4. Фізико-хімічні методи очищення стічних вод …………………. 120 7.5.5. Біохімічні методи очищення стічних вод ………………………. 122 РОЗДІЛ 8. ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ЛІТОСФЕРИ …………………………. 124 8.1. Забруднення літосфери ………………………………………………….. 124 8.1.1. Види забруднення ґрунтів ………………………………………… 124 8.1.2. Ерозія грунтів ………………………………………………………. 126 8.1.3. Протиерозійні заходи………………………………………………. 127 8.1.4. Відходи антропогенної діяльності ……………………………….. 129

168

8.2. Контроль і управління якістю ґрунтів ………………………………... 130 8.3. Утилізація та переробка відходів господарської діяльності ………... 131 РОЗДІЛ 9. РАЦІОНАЛЬНЕ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ ………………… 134 9.1. Антропогенний ресурсний цикл ……………………………………….. 134 9.2. Безвідходні та маловідходні технології ………………………………... 136 9.3. Раціональне використання водних ресурсів …………………………. 137 9.4. Рекуперація відходів та комплексна переробка сировини …………. 137 9.5. Раціональне використання енергоресурсів …………………………... 138 РОЗДIЛ 10. ОРГАНІЗАЦІЙНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ

ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ДОВКІЛЛЯ ……………………………………….. 141

10.1. Екологічний аудит та експертиза …………………………………….. 141 10.2. Екологізація виробництва та "зелені" технології ………………….. 143 РОЗДІЛ 11. НОВІТНІ ГАЛУЗІ ЕКОЛОГІЇ ……………………………………. 146 11.1. Екологія людини ………………………………………………………... 146 11.1.1. Вплив навколишнього природного середовища

на здоров’я людей ………………………………………………………… 146

11.1.2. Негативний вплив на людство антропогенних порушень біосфери ……………………………………..

147

11.1.3. Харчування людини і нормування якості харчових продуктів ……………………………………………………….

148

11.1.4. Вплив забруднюючих речовин на організм людини ………… 150 11.1.5. Раціональне харчування ………………………………………… 151 11.2. Урбоекологія …………………………………………………………….. 153 11.3. Мілітаристична екологія ………………………………………………. 155 11.4. Екологія космосу ………………………………………………………... 158 11.5. Радіоекологія ………………………………………………………..…… 159 Список рекомендованої літератури …………………………………………….. 165