На сегодня нет необходимости убеждать кого-либо в том, какое огромное значение для всего человечества играют вопросы, связанные с проблемой охраны окружающей среды. Эта проблема сложна и многопланова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические.

В основе процессов, обусловливающих современное состояние биосферы, лежат химические превращения веществ. Химические аспекты проблемы охраны окружающей среды формируют новый раздел современной химии, названный химической экологией. Это направление рассматривает химические процессы, протекающие в биосфере, химическое загрязнение окружающей среды и его влияние на экологическое равновесие, дает характеристику основных химических загрязнителей и способов определения уровня загрязнения, разрабатывает физико-химические методы борьбы с загрязнением окружающей среды, проводит изыскание новых экологически чистых источников энергии и др.

Понимание сути проблемы охраны окружающей среды, безусловно, требует знакомства с рядом предварительных понятий, определений, суждений, детальное изучение которых должно способствовать не только более глубокому проникновению в суть проблемы, но и развитию экологического образования. .Геологические сферы планеты, а также структура биосферы и протекающие в ней химические процессы в обобщенном виде представлены на схеме 1 .

Обычно различают несколько геосфер. Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из двух слоев: верхнего, образованного осадочными породами, включающими гранит, и нижнего - базальтового. Гидросфера - это все океаны и моря (Мировой океан), составляющие 71% поверхности Земли, а также озера и реки. Глубина океана в среднем составляет 4 км, а в отдельных впадинах - до 11 км. Атмосфера - слой над поверхностью литосферы и гидросферы, достигающий 100 км. Нижний слой атмосферы (15 км) называют тропосферой . Она включает взвешенные в воздухе водяные пары, перемещающиеся при неравномерном нагреве поверхности планеты. Над тропосферой простирается стратосфера , у границ которой возникают северные сияния. В стратосфере на высоте 45 км расположен озонный слой, отражающий губительное для жизни космическое излучение и частично - ультрафиолетовые лучи. Выше стратосферы простирается ионосфера - слой разряженного газа из ионизированных атомов.

Среди всех сфер Земли особое место занимает биосфера . Биосфера - это геологическая оболочка Земли вместе с населяющими ее живыми организмами: микроорганизмами, растениями, животными. Она включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы (в том числе озонный слой). Границы биосферы определяются верхним пределом жизни, ограниченным интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей, и нижним пределом, ограниченным высокими температурами земных недр; крайних пределов биосферы достигают лишь низшие организмы - бактерии. Особое место в биосфере занимает озонный защитный слой . В атмосфере содержится всего лишь об. % озона, однако он создал на Земле такие условия, благодаря которым на нашей планете зародилась и продолжает развиваться жизнь.

В биосфере осуществляются непрерывные круговороты веществ и энергии. В круговороте веществ постоянно участвуют в основном одни и те же элементы: водород, углерод, азот, кислород, сера. Из неживой природы они переходят в состав растений, из растений - в животных и человека. Атомы этих элементов удерживаются в круге жизни сотни миллионов лет, что подтверждается данными изотопного анализа. Указанные пять элементов называют биофильными (жизнелюбивыми), при этом не все их изотопы, а только легкие. Так, из трех изотопов водорода биофильным является только . Из трех природных изотопов кислорода биофилен только , а из изотопов углерода - только .

Роль углерода в возникновении жизни на Земле поистине огромна. Имеются основания полагать, что при образовании земной коры часть углерода вошла в состав ее глубинных слоев в виде минералов типа карбидов, а другая его часть была удержана атмосферой в виде СО. Понижение температуры на определенных этапах формирования планеты сопровождалось взаимодействием СО с водяным паром по реакции ккал, так что ко времени появления на Земле жидкой воды углерод атмосферы должен был находиться в виде углекислого газа. В соответствии с приводимой ниже схемой круговорота углерода углекислый газ атмосферы извлекается растениями (1), и через пищевые связи (2) углерод попадает в организм животных:

Дыхание животных и растений и тление их останков постоянно возвращают атмосфере и водам океана громадные массы углерода в виде углекислого газа (3, 4). Вместе с тем имеет место некоторый вывод углерода из круговорота за счет частичной минерализации останков растений (5) и животных (6).

Дополнительным, причем более мощным, выводом углерода из круговорота является неорганический процесс выветривания горных пород (7), при котором содержащиеся в них металлы под действием атмосферы переходят в углекислые соли, вымываемые затем водой и переносимые реками в океан с последующим частичным осаждением. По ориентировочным подсчетам ежегодно при выветривании горных пород из атмосферы связывается до 2 млрд т углерода. Такой грандиозный расход не может быть скомпенсирован различными свободно протекающими природными процессами (извержением вулканов, газовыми источниками, действием образующейся при грозах на известняки и т.д.), ведущими к обратному переходу углерода из минералов в атмосферу (8). Таким образом, как неорганический, так и органический этапы круговорота углерода направлены на уменьшение содержания в атмосфере. В этой связи следует отметить, что сознательная деятельность человека существенно влияет на общий круговорот углерода и, затрагивая по существу все направления процессов, протекающих при естественном круговороте, в конечном счете компенсирует утечку из атмосферы. Достаточно сказать, что за счет сжигания только одного каменного угля атмосфере ежегодно (в середине нашего века) возвращалось в виде более 1 млрд т углерода. Принимая во внимание потребление и других видов ископаемого горючего (торфа, нефти и др.), а также ряд промышленных процессов, ведущих к выделению , можно полагать, что эта цифра в действительности еще более высокая.

Таким образом, влияние человека на циклы превращений углерода по своему направлению прямо противоположно суммарному результату естественного цикла:

Энергетический баланс Земли слагается из различных источников, однако главнейшими из них являются солнечная и радиоактивная энергия. В ходе эволюции Земли радиоактивный распад был интенсивным, и 3 млрд лет тому назад радиоактивного тепла было в 20 раз больше, чем сейчас. В настоящее время тепло солнечных лучей, падающих на Землю, значительно превосходит внутреннее тепло от радиоактивного распада, так что основным источником тепла сейчас можно считать энергию Солнца. Солнце дает нам в год ккал тепла. Согласно приведенной выше схеме, 40% солнечной энергии отражается Землей в мировое пространство, 60% поглощается атмосферой и почвой. Часть этой энергии расходуется на фотосинтез, часть идет на окисление органических веществ, а часть консервируется в угле, нефти, торфе. Солнечная энергия возбуждает на Земле грандиозные по своим масштабам климатические, геологические и биологические процессы. Под влиянием биосферы солнечная энергия преобразуется в различные формы энергии, обусловливающие огромные по размерам превращения, миграции, круговорот веществ. Несмотря на свою грандиозность, биосфера является открытой системой, так как постоянно получает поток солнечной энергии.

Фотосинтез включает сложный комплекс различных по природе реакций. В этом процессе происходит перестройка связей в молекулах и , так что вместо прежних связей углерод-кислород и водород-кислород возникает новый тип химических связей: углерод-водород и углерод-углерод:

В результате этих превращений возникает молекула углевода, которая представляет собой концентрат энергии в клетке. Таким образом, в химическом отношении сущность фотосинтеза заключается в перестройке химических связей. С этой точки зрения, фотосинтезом можно называть процесс синтеза органических соединений, идущий за счет световой энергии. Суммарное уравнение фотосинтеза показывает, что кроме углеводов образуется также и кислород:

но это уравнение не дает представления о его механизме. Фотосинтез - это сложный, многоступенчатый процесс, в котором с биохимической точки зрения центральная роль принадлежит хлорофиллу - органическому веществу зеленого цвета, которое поглощает квант солнечной энергии. Механизм процессов фотосинтеза может быть представлен следующей схемой:

Как видно из схемы, в световой фазе фотосинтеза избыточная энергия "возбужденных" электронов порождает для процесса: фотолиз - с образованием молекулярного кислорода и атомарного водорода:

и синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и фосфорной кислоты (Ф). В темновой фазе идет синтез углеводов, для осуществления которого расходуется энергия АТФ и атомов водорода, возникающих в световую фазу в результате преобразования световой энергии Солнца. Общая продуктивность фотосинтеза огромна: ежегодно растительность Земли связывает 170 млрд т углерода. Помимо того, растения вовлекают в синтез миллиарды тонн фосфора, серы и других элементов, в результате чего ежегодно синтезируется около 400 млрд т органических веществ. Тем не менее при всей своей грандиозности природный фотосинтез - медленный и малоэффективный процесс, поскольку зеленый лист использует для фотосинтеза всего 1% падающей на него солнечной энергии.

Как отмечалось выше, в результате поглощения углекислоты и дальнейших ее преобразований в ходе фотосинтеза образуется молекула углевода, которая служит углеродным скелетом для построения всех органических соединений в клетке. Органические вещества, возникшие в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но энергия, аккумулированная в конечных продуктах фотосинтеза, недоступна для непосредственного использования ее в химических реакциях, протекающих в живых организмах. Перевод этой потенциальной энергии в активную форму осуществляется в другом биохимическом процессе - дыхании . Основная химическая реакция процесса дыхания - это поглощение кислорода и выделение углекислого газа:

Однако процесс дыхания очень сложный. Он включает активацию атомов водорода органического субстрата, освобождение и мобилизацию энергии в виде АТФ и генерации углеродных скелетов. В процессе дыхания углеводы, жиры и белки в реакциях биологического окисления и постепенной перестройки органического скелета отдают свои атомы водорода с образованием восстановленных форм. Последние при окислении в дыхательной цепи освобождают энергию, которая аккумулируется в активной форме в сопряженных реакциях синтеза АТФ. Таким образом, фотосинтез и дыхание - это различные, но весьма тесно связанные стороны общего энергообмена. В клетках зеленых растений процессы фотосинтеза и дыхания тесно сопряжены. Процесс дыхания в них, как и во всех других живых клетках, идет постоянно. Днем наряду с дыханием в них происходит фотосинтез: растительные клетки преобразуют световую энергию в химическую, синтезируя органическое вещество, а в качестве побочного продукта реакции выделяя кислород. Количество кислорода, выделяемого растительной клеткой в процессе фотосинтеза, в 20-30 раз больше, чем поглощение его в одновременно идущем процессе дыхания. Таким образом, днем, когда в растениях идут оба процесса, воздух обогащается кислородом, а ночью, когда фотосинтез прекращается, сохраняется только процесс дыхания.

В организм человека необходимый для дыхания кислород поступает через легкие, тонкие и влажные стенки которых имеют большую поверхность (порядка 90 ) и пронизаны кровеносными сосудами. Попадая в них, кислород образует с гемоглобином, заключенным в красных кровяных клетках - эритроцитах, - непрочное химическое соединение - оксигемоглобин и в таком виде красной артериальной кровью разносится ко всем тканям тела. В них кислород отщепляется от гемоглобина и включается в различные обменные процессы, в частности окисляет органические вещества, поступившие в организм в виде пищи. В тканях к гемоглобину присоединяется углекислый газ, образуя непрочное соединение - карбгемоглобин. В таком виде, а также частично в виде солей угольной кислоты и в физически растворенном виде углекислый газ с током темной венозной крови поступает в легкие, где и выводится из организма. Схематически этот процесс газообмена в организме человека можно представить следующими реакциями:

Обычно вдыхаемый человеком воздух содержит 21% (по объему) и 0,03% , а выдыхаемый - 16% и 4% ; за сутки человек выдыхает 0,5 . Аналогично кислороду реагирует с гемоглобином угарный газ (СО), причем образующееся соединение Гем. СО значительно более прочно. Поэтому даже при небольших концентрациях СО в воздухе значительная часть гемоглобина оказывается связанной с ним и перестает участвовать в переносе кислорода. При содержании в воздухе 0,1% СО (по объему), т.е. при соотношении СО и 1: 200 гемоглобином связываются равные количества обоих газов. В силу этого при вдыхании отравленного окисью углерода воздуха смерть от удушья может наступить, несмотря на наличие избытка кислорода.

Брожение как процесс распада сахаристых веществ в присутствии особого рода микроорганизмов настолько часто протекает в природе, что спирт, хотя и в ничтожных количествах, является постоянной составной частью почвенных вод, а пары: его всегда в небольших количествах содержатся в воздухе. Простейшая схема брожения может быть представлена уравнением:

Хотя механизм процессов брожения сложен, все же можно утверждать, что чрезвычайно важную роль в нем играют производные фосфорной кислоты (АТФ), а также ряд ферментов.

Гниение - сложный биохимический процесс, в результате которого экскременты, трупы, останки растений возвращают почве ранее взятый из нее связанный азот. Под влиянием особых бактерий в конечном счете этот связанный азот переходит в аммиак и соли аммония. Кроме того, при гниении часть связанного азота переходит в свободный азот и теряется.

Как следует из приведенной выше схемы, часть солнечной энергии, поглощаемой нашей планетой, "консервируется" в виде торфа, нефти, угля. Мощные сдвиги земной коры погребали под слоями горных пород громадные растительные массивы. При разложении отмерших растительных организмов без доступа воздуха из них выделяются летучие продукты распада, а остаток постепенно обогащается углеродом. Это соответствующим образом сказывается на химическом составе и теплотворной способности продукта разложения, который в зависимости от его особенностей называют торфом, бурым и каменным углем (антрацитом). Подобно растительной, животная жизнь минувших эпох также оставила нам ценное наследство - нефть. Современные океаны и моря содержат громадные скопления простейших организмов в верхних слоях воды до глубины примерно 200 м (планктон) и в придонной области не очень глубоких мест (бентос). Общая масса планктона и бентоса оценивается громадной цифрой (~ т). Будучи основой питания всех более сложных морских организмов, планктон и бентос в настоящее время вряд ли накапливаются в виде останков. Однако в далекие геологические эпохи, когда условия для их развития были более благоприятными, а потребителей намного меньше, чем сейчас, останки планктона и бентоса, а также, возможно, и более высокоорганизованных животных, массами гибнувших в силу тех или иных причин, могли стать основным строительным материалом для образования нефти. Сырая нефть представляет собой нерастворимую в воде маслянистую жидкость черного или коричневого цвета. В ее состав входят 83-87% углерода, 10-14% водорода и небольшие количества азота, кислорода и серы. Ее теплотворная способность выше, чем у антрацита, и оценивается величиной 11000 ккал/кг.

Под биомассой понимается совокупность всех живых организмов биосферы, т.е. количество органического вещества и заключенной в нем энергии всей совокупности особей. Биомассу обычно выражают в весовых единицах в пересчете на сухое вещество на единицу площади или объема. Накопление биомассы обусловливается жизнедеятельностью зеленых растений. В биогеоценозах они как производители живого вещества играют роль "продуцентов ", растительноядные и плотоядные животные как потребители живого органического вещества - роль "консументов ", а разрушители органических остатков (микроорганизмы), доводящие распад органического вещества до простых минеральных соединений, - "редуцентов ". Особой энергетической характеристикой биомассы является ее способность к размножению. По определению В.И. Вернадского, "живое вещество (совокупность организмов) подобно массе газа растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление в окружающей среде, обходит препятствия, мешающие его продвижению, или ими овладевает, их покрывает. Это движение достигается путем размножения организмов". На поверхности суши увеличение биомассы происходит в направлении от полюсов к экватору. В этом же направлении возрастает и количество видов, участвующих в биогеоценозах (см. ниже). Биоценозы почв покрывают всю поверхность суши.

Почва - это рыхлый поверхностный слой земной коры, изменяемый атмосферой и организмами и постоянно пополняемый органическими остатками. Мощность почвы наряду с поверхностной биомассой и под ее влиянием увеличивается от полюсов к экватору. Почва плотно заселена живыми организмами, и в ней происходит непрерывный газообмен. Ночью при охлаждении и сжатии газов в нее проникает некоторое количество воздуха. Кислород воздуха поглощается животными и растениями и входит в состав химических соединений. Проникший с воздухом азот улавливается некоторыми бактериями. Днем при нагревании почвы из нее выделяются аммиак, сероводород и углекислый газ. Все процессы, происходящие в почве, входят в круговорот веществ биосферы.

Гидросфера Земли , или Мировой океан , занимает более 2/3 поверхности планеты. Физические свойства и химический состав вод океана весьма постоянны и создают среду, благоприятную для жизни. Водные животные выделяют при дыхании , а водоросли при фотосинтезе обогащают воду . Фотосинтез водорослей происходит главным образом в верхнем слое воды - на глубине до 100 м. На долю планктона океана приходится 1/3 фотосинтеза, происходящего на всей планете. В океане биомасса в основном рассеяна. В среднем биомасса на Земле, по современным данным, составляет примерно т, масса зеленых растений суши - 97%, животных и микроорганизмов - 3%. В Мировом океане живой биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше. Использование солнечной энергии на площади океана - 0,04%, на суше - 0,1%. Океан не так богат жизнью, как это предполагалось еще недавно.

Человечество составляет лишь небольшую часть биомассы биосферы. Однако, овладев различными формами энергии - механической, электрической, атомной, - оно стало оказывать громадное влияние на процессы, протекающие в биосфере. Человеческая деятельность превратилась в столь мощную силу, что эта сила стала соизмеримой с естественными силами природы. Анализ результатов деятельности человека, влияния этой деятельности на биосферу в целом привел академика В.И. Вернадского к выводу о том, что в настоящее время человечество создало новую оболочку Земли - "разумную". Вернадский назвал ее "ноосферой ". Ноосфера - это "коллективный разум человека, сконцентрированный как в его потенциальных возможностях, так и в кинетических воздействиях на биосферу. Эти воздействия, однако, на протяжении веков носили стихийный, а подчас и хищнический характер, и следствием такого воздействия стало угрожающее загрязнение окружающей среды, со всеми вытекающими отсюда последствиями".

Рассмотрение вопросов, связанных с проблемой охраны окружающей среды, требует уточнения понятия "окружающая среда ". Под этим термином понимается вся наша планета плюс тонкая оболочка жизни - биосфера, плюс космическое пространство, окружающее нас и воздействующее на нас. Однако часто для упрощения под окружающей средой подразумевают лишь биосферу и часть нашей планеты - земную кору. По В.И. Вернадскому, биосфера - это "область существования живого вещества". Живым веществом называют совокупность всех живых организмов, включая человека.

Экология как наука о взаимоотношениях организмов между собой, а также между организмами и средой обитания особое внимание уделяет изучению тех сложных систем (экосистем), которые возникают в природе на основе взаимодействия организмов между собой и неорганической средой обитания. Отсюда экосистемой называется совокупность живых и неживых компонентов природы, находящихся во взаимодействии. Это понятие применяется к единицам различной протяженности - от муравейника (микроэкосистема) до океана (макроэкосистема). Сама биосфера является гигантской экосистемой земного шара.

Связи между компонентами экосистемы возникают прежде всего на основе пищевых связей и способов получения энергии. По способу получения и использования питательных материалов и энергии все организмы биосферы разделяются на две резко различающиеся группы: автотрофы и гетеротфоры. Автотрофы способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений (, и др.). Из этих бедных энергией соединений клетки синтезируют глюкозу, аминокислоты, а затем и более сложные органические соединения - углеводы, белки и т.д. Главными автотрофами на Земле являются клетки зеленых растений, а также некоторые микроорганизмы. Гетеротрофы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Они нуждаются в доставке уже готовых органических соединений. Гетеротрофами являются клетки животных, человека, большинства микроорганизмов и некоторых растений (например, грибов и зеленых растений, не содержащих хлорофилла). В процессе питания гетеротрофы в конечном счете разлагают органическое вещество до углекислоты, воды и минеральных солей, т.е. веществ, пригодных для повторного использования автотрофами.

Таким образом, в природе возникает непрерывный круговорот веществ: необходимые для жизни химические вещества извлекаются автотрофами из окружающей среды и через ряд гетеротрофов вновь в нее возвращаются. Для осуществления этого процесса необходим постоянный приток энергии извне. Его источником служит лучистая энергия Солнца. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, и оно может быть использовано вновь и вновь, тогда как энергия в этих процессах представлена однонаправленным потоком. Энергия Солнца лишь трансформируется организмами в другие формы - химическую, механическую, тепловую. В соответствии с законами термодинамики такие превращения всегда сопровождаются рассеиванием части энергии в форме тепла. Хотя общая схема круговорота веществ сравнительно проста, в реальных условиях природы этот процесс принимает очень сложные формы. Ни один вид гетеротрофных организмов не способен сразу расщеплять органическое вещество растений до конечных минеральных продуктов (, и др.). Каждый вид использует лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии, доводя его распад до определенной стадии. Непригодные для данного вида, но еще богатые энергией остатки используются другими организмами. Таким образом, в процессе эволюции в экосистеме сложились цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества. Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, генерируемого зелеными растениями.

Суммарно лишь 1% лучистой энергии Солнца, падающей на растения, превращается в энергию синтезированных органических веществ, которые могут быть использованы гетеротрофными организмами. Большая же часть энергии, содержащейся в растительной пище, расходуется в организме животных на различные процессы жизнедеятельности и, превращаясь в тепло, рассеивается. При этом только 10-20% этой энергии пищи идет непосредственно на построение нового вещества. Большие потери полезной энергии предопределяют то, что цепи питания состоят из небольшого числа звеньев (3-5). Другими словами, в результате потерь энергии количество образующегося органического вещества на каждом последующем уровне пищевых цепей резко уменьшается. Эта важная закономерность называется правилом экологической пирамиды и на диаграмме представляется пирамидой, в которой каждому последующему уровню отвечает плоскость, параллельная основанию пирамиды. Имеются различные категории экологических пирамид: пирамида чисел - отражающая число особей на каждом уровне пищевой цепи, пирамида биомассы - отражающая соответственно количество органического вещества, пирамида энергии - отражающая количество энергии в пище.

Любая экосистема состоит из двух компонентов. Один из них - органический, представляющий комплекс видов, образующих самоподдерживающуюся систему, в которой осуществляется круговорот веществ, который называется биоценозом , другой - это неорганический компонент, дающий пристанище биоценозу и называемый биотоном :

Экосистема = биотон + биоценоз.

Другие экосистемы, а также геологические, климатические, космические воздействия по отношению к данной экологической системе выступают как внешние силы. Устойчивость экосистемы всегда связана с ее развитием. Согласно современным воззрениям, экосистема обладает тенденцией развиваться в направлении к ее устойчивому состоянию - зрелой экосистеме. Это изменение называется сукцессией . Ранние стадии сукцессии характеризуются незначительным видовым разнообразием и небольшой биомассой. Экосистема в начальной стадии развития очень чувствительна к нарушениям, и сильное воздействие на основной поток энергии может ее разрушить. В зрелых экосистемах флора и фауна увеличиваются. В этом случае повреждение одного компонента не может оказать сильного влияния на всю экосистему. Отсюда зрелая экосистема имеет высокую степень устойчивости.

Как отмечалось выше, геологические, климатические, гидрогеологические и космические воздействия по отношению к данной экологической системе выступают как внешние силы. Среди внешних сил, оказывающих влияние на экосистемы, особое место занимает воздействие человека. Биологические законы строения, функционирования и развития природных экосистем связаны только с теми организмами, которые являются их необходимыми компонентами. В связи с этим человек как в социальном (личность), так и в биологическом (организм) плане не входит в состав природных экосистем. Это вытекает хотя бы из того, что любая природная экосистема в своем возникновении и развитии может обходиться без человека. Человек не является необходимым элементом этой системы. Кроме того, возникновение и существование организмов обусловлено только общими закономерностями экосистемы, тогда как человек порождается обществом и существует в обществе. Человек как личность и как биологическое существо является компонентом особой системы - человеческого общества , которая обладает исторически меняющимися экономическими законами распределения продуктов питания и других условий его существования. При этом элементы, необходимые для жизни, такие, как воздух и вода, человек получает извне , поскольку человеческое общество - это открытая система, в которую энергия и вещество поступают извне. Таким образом, человек является "внешним элементом" и не может вступать в постоянные биологические связи с элементами природных экосистем. С другой стороны, выступая в качестве внешней силы, человек оказывает большое влияние на экосистемы. В этой связи следует указать на возможность существования двух типов экосистем: естественных (природных) и искусственных. Развитие (сукцессия) естественных экосистем подчиняется законам эволюции или законам космических воздействий (постоянству или катастрофам). Искусственные экосистемы - это совокупности живых организмов и растений, живущих в условиях, которые создал человек своим трудом, своей мыслью. Сила воздействия человека на природу проявляется именно в искусственных экосистемах, которые охватывают сегодня большую часть биосферы Земли.

Экологическое вмешательство человека, очевидно, всегда имело место. Всю предшествующую деятельность человека можно рассматривать как процесс подчинения многих или даже всех экологических систем, всех биоценозов потребностям человека. Вмешательство человека не могло не влиять на экологическое равновесие. Еще древний человек, выжигая леса, нарушал экологическое равновесие, но делал он это медленно и в относительно малых масштабах. Такое вмешательство носило больше локальный характер и не вызывало глобальных последствий. Другими словами, деятельность человека того времени проходила в условиях, близких к равновесным. Однако сейчас воздействие человека на природу в силу развития науки, техники и технологии приняло такой размах, что нарушение экологического равновесия стало угрожающим в глобальном масштабе. Если бы процесс воздействия человека на экосистемы не был стихийным, а подчас и хищническим, то вопрос об экологическом кризисе не стоял бы так остро. Между тем деятельность человека на сегодня стала настолько соизмерима с мощными силами природы, что сама природа уже не в состоянии справляться с испытываемыми ею нагрузками.

Таким образом, основная сущность проблемы охраны окружающей среды заключается в том, что человечество благодаря своей трудовой деятельности превратилось в столь мощную природообразующую силу, что ее влияние стало проявляться много быстрее, чем влияние естественной эволюции биосферы.

Хотя термин "охрана окружающей среды" на сегодня весьма распространен, он все же не строго отражает существо дела. Физиолог И.М. Сеченов в свое время указывал, что живой организм не может существовать без взаимодействия с окружающей средой. С этой точки зрения, по-видимому, более строгим является термин "рациональное использование окружающей среды". В целом же проблема рационального использования окружающей среды заключается в поиске механизмов, обеспечивающих нормальное функционирование биосферы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение понятия "окружающая среда".

2. В чем состоит основная сущность проблемы охраны окружающей среды?

3. Перечислите различные аспекты проблемы охраны окружающей среды.

4. Дайте определение термина "химическая экология".

5. Перечислите основные геосферы нашей планеты.

6. Укажите факторы, определяющие верхний и нижний пределы биосферы.

7. Перечислите биофильные элементы.

8. Прокомментируйте влияние деятельности человека на естественный цикл превращений углерода.

9. Что Вы можете сказать о механизме фотосинтеза?

10. Приведите схему процесса дыхания.

11. Приведите схему процессов брожения.

12. Дайте определение понятий "продуцент", "консумент", "редуцент".

13. В чем отличие "автотрофов" от "гетеротрофов"?

14. Дайте определение понятия "ноосфера".

15. В чем сущность правила "экологической пирамиды"?

16. Дайте определение понятий "биотон" и "биоценоз".

17. Дайте определение понятия "экосистема".

Система "человек - окружающая среда" находится в состоянии динамического равновесия, при котором поддерживается экологически сбалансированное состояние природной среды, при котором живые организмы, в том числе человек, взаимодействуют друг с другом и окружающей их абиотической (неживой) средой без нарушения этого равновесия.

В эпоху научно-технической революции возрастающая ролью науки в жизни общества нередко приводит к всевозможным негативным последствиям использования научных достижений в военном деле (химическое оружие, атомное оружие), промышленности (некоторые конструкции атомных реакторов), энергетике (равнинные ГЭС), сельском хозяйстве (засоление почвы, отравление речных стоков), здравоохранении (выпуск лекарств непроверенного действия) и других областях народного хозяйства. Нарушение равновесного состояния между человеком и окружающей его средой может иметь уже в настоящее время глобальные последствия в виде ухудшения среды обитания, разрушения природных экологических систем, изменения генофонда населения. По данным ВОЗ 20-40% здоровья людей зависят от состояния среды, 20-50% - от образа жизни, 15-20% - от генетических факторов.

По глубине реакции окружающей среды различают:

Возмущение, временное и обратимое изменение среды.

Загрязнение, накопление поступающих извне или генерируемых самой средой в результате антропогенного воздействия примесей техногенного характера (веществ, энергии, явлений).

Аномалии, устойчивые, но локальные количественные отклонения среды от состояния равновесия. При длительном антропогенном воздействии могут наступить:

Кризис среды, состояние, при котором параметры ее приближаются к допустимым пределам отклонений.

Разрушение среды, состояние, при котором она становится непригодной для обитания человека или использования в качестве источника природных ресурсов.

Чтобы предотвратить настолько пагубное действие антропогенного фактора, было введено понятие ПДК (предельно допустимые концентрации веществ) - концентрация веществ, которая не оказывает на человека прямого или косвенного влияния, не снижает работоспособности, не сказывается на здоровье и настроении.

ПДК некоторых загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны

Для оценки токсичности определяют свойства вещества (растворимость в воде, летучесть, рН, температурные и другие константы) и свойства среды, куда оно попало (климатические характеристики, свойства водоема и почвы).

Мониторинг - наблюдение (слежение) за состоянием среды с целью обнаружения изменения этого состояния, их динамики, быстроты и направления. Получаемые в результате длительных наблюдений и многочисленных анализов сводные данные позволяют прогнозировать экологическую обстановку на ряд лет вперед и принимать меры для устранения неблагоприятных воздействий и явлений. Этой работой профессионально занимаются специальные организации - биосферные заповедники, санэпидемстанции, экологические стационары и др.

Отбор пробы воздуха.

Биопроба воздуха может быть относительно небольшой;

В лабораторных условиях биопробу из воздуха формируют в жидком состоянии;

Биопробу отбирают, используя улавливающее устройство: аспиратор для отбора проб, поглотительный прибор Рыхтера с поглотительным раствором. Срок хранения отбираемых проб не более 2 суток;

В замкнутом пространстве пробу воздуха забирают в центре комнаты, на высоте 0,75 и 1,5 м. от пола

Отбор пробы воды.

Пробы отбирают при помощи пипеток, бюреток, мерных колб (демонстрация учащимся).

Отбор пробы жидкости из замкнутого объема проводят после ее тщательного перемешивания.

Отбор биопробы гомогенной жидкости из потока производят через определенные интервалы времени и в разных местах.

Биопробы природной воды для получения достоверных результатов необходимо анализировать в течение 1-2 ч после отбора.

Для отбора биопроб на разной глубине используют специальные пробоотборные устройства - батометры, основной частью которых является цилиндрический сосуд вместимостью 1-3 л, снабженный сверху и снизу крышками. После погружения в жидкость на заданную глубину крышки цилиндра закрывают, и сосуд с пробой поднимают на поверхность.

Отбор пробы твердого вещества.

Биопроба твердых веществ должна быть представительной по отношению к исследуемому материалу (содержать максимально возможное разнообразие в составе исследуемого материала‚ например‚ для контроля качества таблеток целесообразно анализировать не отдельную таблетку‚ а смешивать определенное их количество и отбирать из этой смеси пробу‚ соответствующую средней массе одной таблетки).

При отборе пробы стремятся к возможно большей гомогенизации материала‚ достигаемой механическим способом (растирание‚ размельчение).

Биопробы из твердых биосубстратов преобразуют в жидкофазную биопробу.

Для этого используют специальные технологические приемы: подготовка растворов, взвесей, коллоидов, паст и других жидкообразных сред.

Приготовление водной почвенной вытяжки.

Ход работы: пробу почвы тщательно растереть в ступке. Взять 25 г почвы, перенести в колбу на 200 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно взболтать и дать отстоятся в течение 5-10 мин, а затем после кратковременного взбалтывания отфильтровать в колбу на 100 мл через плотный фильтр. Если фильтрат получился мутный, повторить фильтрование через этот же фильтр до получения прозрачного фильтрата.

Определение показателей‚ характеризующих органолептические свойства воды.

Органолептические свойства нормируются по интенсивности их восприятия человеком. Это запах, привкус, цветность, прозрачность, мутность, температура, примеси (пленка, водные организмы).

Опыт № 1. Определение прозрачности воды.

Реактивы: 3 пробы воды (из разных районов г. Пензы).

Оборудование: 3 мерных цилиндра, пластинка из пластмассы, маркер.

Ход работы. В мерный цилиндр налить разные пробы воды. На дно каждого цилиндра поместить пластинку из белой пластмассы с нанесенными на нее черным несмывающимся крестом. Перед замером воду взболтать. Прозрачность, зависящая от количества взвешенных частиц определяется высотой столба воды в цилиндре (в см), сквозь, который просматривается контур креста.

Определение запаха воды.

Естественные запахи воды связаны с жизнедеятельностью растений и животных или гниением их остатков‚ искусственные запахи с попаданием производственных или сточных вод.

Различают ароматический, болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневелый, рыбный, сероводородный, травянистый и неопределенный запахи.

Силу запаха определяют по 5-бальной системе:

балл - запаха нет или очень слабый (обычно не замечается).

балла - слабый (обнаруживается, если на него обратить внимание).

балла - заметный (легко замечается и может вызвать неодобрительные отзывы о воде).

балла - отчетливый (способный вызвать воздержание от питья).

баллов - очень сильный (настолько сильный, что вода совершенно непригодна для питья).

Определение цветности воды.

Цветность - это природное свойство воды‚ обусловленное наличием гуминовых веществ‚ которые придают ей окраску от желтоватого до коричневого цвета. Гуминовые вещества образуются при разрушении органических соединений в почве‚ вымываются из неё и поступают в открытые водоёмы. Поэтому цветность свойственна воде открытых водоёмов и резко увеличивается в паводковый период.

Реактивы: пробы воды, дистиллированная вода.

Оборудование: 4 химических стакана, лист белой бумаги.

Ход работы: Определение проводится путем сравнения ее с дистиллированной водой. Для этого берут 4 одинаковых химических стакана, заполняют их водой - один дистиллированной, другие - исследуемой. На фоне листа белой бумаги сравнить наблюдаемый цвет: бесцветная, светло-бурая, желтоватая.

Определение показателей‚ характеризующих химический состав и свойства воды.

Такие показатели, как сухой остаток‚ общая жесткость‚ рН‚ щелочность‚ содержание катионов и анионов: Ca 2+ , Na + , HCO 3 - , Cl - , Mg 2+ характеризуют природный состав воды.

Определение плотности воды.

Определение рН (водородного показателя).

На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроокисей, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и т.п. Данный показатель является индикатором загрязнения открытых водоемов при выпуске в них кислых или щелочных сточных вод. В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяться, и этот показатель следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на месте отбора.

Обнаружение органических веществ.

Ход работы: Возьмите 2 пробирки, в одну из них налейте 5 мл дистиллированной воды‚ в другую - исследуемую. В каждую пробирку прибавьте по капле 5% -ного раствора перманганата калия.

Опыт № 7. Обнаружение хлорид-ионов.

Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико (20-30 мг/л). Незагрязненные грунтовые воды в местах с несолончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлориона. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву, в 1 л могут содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод.

Согласно статистическим данным, экологическая ситуация в северном Крыму оставляет желать лучшего: по уровню загрязнению почв и вод автономия незначительно уступает областям с развитой промышленностью, в том числе Криворожскому и Днепровскому регионам.

Главным виновником сложившийся ситуации многие считают химическую промышленность, представленную в северном Крыму сразу несколькими предприятиями, наиболее крупными из которых являются ЗАО «Крымский титан» и ОАО «Крымский содовый завод».

В настоящее время основные экологические проблемы химической промышленности северного Крыма вызваны нижеперечисленными факторами:

• наличием твердых производственных отходов, подлежащих накоплению, хранению и утилизации;
• загрязнению вод, используемых в технологическом цикле;
• выбросами в атмосферу отработанных газов и пыли.

Косвенными экологическими проблемами химической промышленности северного Крыма являются:

• высокая энергоемкость производств, что сказывается на экологической ситуации в целом;
• использование природных ресурсов в качестве гидроминерального сырья.

В результате вышеперечисленных проблем предприятия химической промышленности вынуждены ограничивать производство. В частности, озеро Красное, используемое «Крымским содовым заводом» в качестве накопителя-испарителя, уже заполнено до разрешенного уровня, что препятствует росту объемов выпуска продукции. Подобная ситуация наблюдается и на «Крымском титане»: площадь накопителей кислот и шлама составляет 42 кв. км, но этого недостаточно для полноценного производства. Кроме того, остро стоит проблема и с утилизацией фосфогипса – одного из видов токсических отходов химического производства.

Вопреки шумихе, поднятой средствами массовой информации вокруг экологических проблем химической промышленности северного Крыма, утверждения о бездеятельности предприятий химотрасли лишены оснований. Доказательством этому служат многомиллионные вложения производителей в решение экологических проблем. На сегодняшний день химпром как никто другой заинтересован в снижении уровня выбросов и в скорейшей утилизации промышленных отходов.

В настоящее время в северной части Крыма осуществляется постоянный мониторинг состояния окружающей среды. Примечательно, что предприятия химотрасли также проводят регулярные проверки силами собственных подразделений. Например, на «Крымском титане» функционирует экологический центр, задачей которого является реализация природоохранных мероприятий и оценка влияния производства на окружающую среду. «Крымский содовый завод» также располагает современной лабораторией, с помощью которой производит инструментальные проверки с целью установления уровня промышленной загрязненности.

Результаты подобных действий легко оценить с помощью цифр. К примеру, в 2010-м году на «Крымском содовом заводе» уровень вредных выбросов был снижен на 30% по сравнению с 2009-м годом, и это при отсутствии спада производства. Подобная динамика наблюдается и на «Крымском титане»: не так давно предприятие получило международный сертификат ISO 14001:2008, удостоверяющий соответствие производства экологическим стандартам.

Недооценивать экологические проблемы химической промышленности северного Крыма нельзя – они есть, и они объективны. Однако решение данных проблем требует участия не только со стороны производителей, но и со стороны государства, до сих пор выполнявшего роль пассивного наблюдателя или карающего органа. Не секрет, что предприятия химической отрасли являются в северном Крыму бюджетообразующими: налоговые отчисления химпрпома измеряются цифрами с десятками нулей. Таким образом, государство имеет прямую заинтересованность в решении экологических проблем, ограничивающих рост производства; тем не менее, государство свою заинтересованность пока не проявляет – по большей части, химпром решает экологические проблемы самостоятельно.

Химическая промышленность – это отрасль народного хозяйства, производящая различные виды химической продукции для всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, сферы потребления. Она производит продукты основной химии – аммиак, неорганические кислоты, щелочи, минеральные удобрения, соду, хлор и хлорпродукты, сжиженные газы; продукты органического синтеза – кислоты, спирты, эфиры, элементоорганические соединения, углеводороды, органические полупродукты, красители; синтетические материалы – смолы, пластмассы, химические и синтетические волокна, химические реактивы, товары бытовой химии и др. Важное место в отрасли занимают нефтеперерабатывающие и нефтехимические производства. Основными выбросами химических предприятий являются газы, пары и пыль химических соединений. В зависимости от агрегатного состояния содержащихся в них примесей, выбросы химических предприятий подразделяются на классы: 1й класс – газообразные и парообразные (SO2, СО, NOx , H2S, CS2, NH3, углеводороды, фенолы и т. д.); 2й класс – жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей, растворы жидких металлов и их солей, органические соединения); 3й класс – твердые (органические и неорганические пыли, сажа, смолистые вещества, свинец и его соединения и т. д.); 4й класс – смешанные (различные комбинации классов). Выбросы химических предприятий содержат чаще всего одновременно несколько групп веществ, основная масса которых обладает неблагоприятным воздействием на компоненты биосферы. Условно эти продукты можно разделить: на вещества, применяемые в технологическом процессе и сохраняющие свои химические свойства при выделении в окружающую среду; продукты побочных реакций или примеси; продукты превращения с изменением первоначальных свойств и появлением новых; вещества, представляющие собой смеси однородных веществ. Повышенное выделение экотоксикантов наблюдается при использовании высоких температур, термоокислительных реакций (пиролиз), процессов фильтрации, транспортировке и затаривании сыпучих материалов, при очистке аппаратуры от остатков сырья и т. д. По степени негативного воздействия на все ее компоненты, следует выделить такие вещества, как CO, NOx , SO2, СО2, SO3 фенолы, нефтяные газы, образующиеся в процессах переработки нефти и нефтепродуктов, ароматические углеводороды, спирты, эфиры, галогенопроизводные углеводородов, кетоны и др., сероводород, сероуглерод, фториды, аммиак, сажа и др. СО получается при неполном сгорании углеродистых веществ, в воздух попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. СО2 является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, способствует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта. SO2 выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд, в цветной и черной металлургии, при химических процессах получения серной кислоты, сульфитов, производства удобрений, целлюлозы, очистке нефтепродуктов и т. д. Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков горнорудных отвалов. SO2 ядовит, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Длительное его вдыхание даже в небольших количествах ведет к развитию хронических заболеваний легких. Находясь в воздухе, он окисляется до SO3 и при соединении с атмосферной влагой образует серную кислоту, которая в виде кислотных дождей наносит вред растительности, особенно хвойным лесам, подкисляет почву и воду, ускоряет процессы коррозии металлов, разрушает конструкции зданий. SO3 образуется при окислении SO2. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. H2S и CS2. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, a также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействие с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до SO3. NOx . Основными источниками выбросов являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. NOx сами по себе весьма токсичны, участвуют в химических реакциях при образовании смогов. NOx способствуют образованию кислотных дождей, существенно влияющих на лито и гидросферу. Избыточное количество соединений азота разрушает структуру почвы, снижает плодородие, вызывает минеральный дисбаланс в растениях, повышает содержание нитритов и нитратов в продуктах растениеводства и животноводства. Основная масса оксидов азота образуется при сжигании всех видов ископаемого топлива в результате окисления азота при высоких температурах в топках котлов и печей. Другим источником поступления NOx в атмосферу являются двигатели внутреннего сгорания. Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений – фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом, являются сильными инсектицидами. Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется природой соединений и их концентрацией. К числу особо опасных веществ, источником которых является химическая промышленность, относятся стойкие органические загрязнители (СОЗ: пестициды – альдрин, хлордан, дильдрин, эндрин, гептахлор, мирекс, токсафен и ДДТ; гексахлорбензол; полихлорированные бифенилы (ПХБ) – соединения, использующиеся в качестве компонентов электротехнических жидкостей, а также образующиеся в качестве побочных продуктов на некоторых химических производствах; полихлорированные дибензопдиоксины и дибензофураны – соединения, которые образуются как побочные продукты в некоторых химических производствах, а также при высокотемпературных процессах или процессах, связанных с использованием хлора (например, при сжигании бытовых отходов, содержащих хлорированные полимеры, при отбеливании бумаги и хлорировании воды и т. д.)), обладающие прямым токсическим действием на все компоненты биосферы, является чрезвычайно медленное разрушение в окружающей среде и способность накапливаться в пищевых цепях.

Нефтехимический синтез – основной технологический процесс нефтехимической промышленности, включающий такие процессы, как пиролиз (расщепление молекул углеводородов нефти и газа при температуре 630–700 °С и повышенном атмосферном давлении), гидратация (присоединение к молекуле олефина воды происходит с подогревом исходного сырья под давлением 70 атм), дегидрирование (отщепление водорода от углеводородов при температуре до 600 °С), алкилирование, полимеризация и т. д.). Многие процессы протекают в присутствии катализаторов (оксидов хрома, никеля, кобальта и др.). Загрязнение различными химическими веществами окружающей среды – главный неблагоприятный фактор переработки нефти. Например: производство синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена – источник непредельных углеводородов, паров аммиака, этилового спирта; производство ацетилена – источник углеводородов, синильной кислоты, диметиламина и муравьиной кислоты, диметилформамида; производство синтетического фенола и ацетона – источник фенола, ацетона, бензола, углеводородов олефинового ряда, ацетонфенола, изопропилбензола и др. Основными причинами загрязнения окружающей среды нефтехимическими производствами являются: недостаточная герметичность коммуникаций, сальникового уплотнения насосов, неплотности во фланцевых соединениях, периодичность процессов и ручных операций, аппараты, работающие под избыточным давлением с подогревом используемого исходного сырья, неудовлетворительная планировка зданий, малая эффективность средств очистки. Методы переработки нефти делятся на первичные и вторичные. Первичные представляют собой физические методы разделения нефти, основанные на разных температурных интервалах кипения ее отдельных фракций –прямая перегонка. Вторичные – химические методы, предусматривающие полное преобразование нефтяного сырья в результате глубоких структурных превращений углеводородов под воздействием повышенных температур и давления с использованием катализаторов. Это различные виды крекинга и риформинга нефтепродуктов.

Зона загрязнения воздуха мощных нефтеперерабатывающих заводов простирается на расстояние 20 и более километров. Количество выделяющихся вредных веществ определяется мощностью НПЗ и составляет: углеводороды – 1,5–2,8; сероводород 0,0025–0,0035 на 1 % серы в нефти; оксид углерода 30–40 % от массы сжигаемого топлива; сернистый ангидрид – 200 % от массы серы в сжигаемом топливе.

• < Назад

Основные проблемы современной химии

2. Химическая промышленность и экологические проблемы химии

Химическая промышленность - одна из наиболее бурно развивающихся отраслей. Она относится к отраслям, составляющим базу современного научно-технического прогресса. В структуре химической промышленности при всем значении основной химии ведущее положение перешло к промышленности пластмасс, химических волокон, красителей, фармацевтических препаратов, моющих и косметических средств.

Производимые химической промышленностью реагенты и материалы широко используются в технологических процессах самых различных отраслей хозяйства. В современную эпоху химическая промышленность явилась своего рода индикатором, определяющим степень модернизации хозяйственного механизма любой страны.

В составе химической промышленности России целесообразно выделить 5 групп производств:

1. Горно-химическая промышленность, включающая добычу первичного химического сырья.

2. Основная химия, специализирующаяся на производстве минеральных удобрений, кислот, соды и других веществ, составляющих как бы «пищу» для других отраслей экономики.

3. Производство полимерных веществ.

4. Переработка полимерных материалов.

5. Разнородная группа прочих, мало связанных между собой отраслей этой индустрии: фотохимическая, бытовая химия и т.д. Зеленин К.Н., Сергутина В.П., Солод О.В. Сдаем экзамен по химии. СПб., 2001. С. 2-3. .

Бытовая химия - подотрасль химической промышленности, получившая в настоящее время существенное развитие. Каждый так или иначе практически постоянно либо пользуется «плодами» химической отрасли промышленности, либо сталкивается с деятельностью, требующей знаний приемов безопасного обращения с веществами. Хорошая хозяйка никогда не поставит бутылочку с уксусной кислотой рядом с другими похожими емкостями для пищевых продуктов. Образованный человек всегда читает инструкцию перед работой с такими бытовыми жидкостями, как хлорный отбеливатель или средства для чистки стекол, и знает, что после покрытия пола новым линолеумом или ковролином всегда необходимо проветривать помещение. Все это -- приемы безопасного обращения с веществами Подробнее см.: Артамонова В. Шампуни: химия и биология в одном флаконе // Химия и жизнь. 2001. №4. С. 36-40. . Умение приготовить растворы, знание способов очистки веществ, свойств наиболее часто встречающихся соединений, влияние их на здоровье человека -- все это подрастающее поколение узнает на уроках химии в школе Подробнее см.: «Круглый стол» на Третьем Московском педагогическом марафоне учебных предметов 8 апреля 2004 г. «С чего начинать изучать химию, или Как заинтересовать химией» // Химия (ИД «Первое сентября»). 2004. №33. С. 3-7..

Основные проблемы развития отрасли связаны с экологией. Следует отметить, что в настоящее время развитие промышленности, в том числе химической, существенно обостряет экологические проблемы. Научно-технический прогресс развивает производительные силы, улучшает условия жизни человека, повышает ее уровень. Вместе с тем растущее вмешательство человека вносит в окружающую среду подчас такие изменения, которые могут привести к необратимым последствиям в экологическом и биологическом смысле. Результатом активного воздействия человека на природу является ее загрязнение, засорение, истощение.

В результате хозяйственной деятельности человека изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы. Так, при выбросе отходов промышленного химического производства в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц и разнообразных газов. Высокоактивные в биологическом отношении химические соединения могут вызвать эффект отдаленного влияния на человека: хронические воспалительные заболевания различных органов, изменения нервной системы, действие на внутриутробное развитие плода, приводящее к различным отклонениям у новорожденных. Например, по данным Волгоградского центра по гидрометеорологии, за последние 5 лет уровень загрязнения пылью, оксидами азота, сажей, аммиаком, формальдегидом увеличился в 2-5 раз. В основном это происходит из-за несовершенства технологических процессов. Высокое загрязнение хлористым водородом и хлорорганическими веществами в южной промзоне Волгограда объясняется частым отсутствием сырья на химических предприятиях, что приводит к работе оборудования на пониженных нагрузках, при которых очень трудно выдерживать нормы технологического режима См.: Александров Ю.В., Борзенко А.С., Поляков А.В. Здоровье населения как критерий социального и экологического состояния территории // Поволжский экологический вестник: Вып. 4. Волгоград, 2003. С. 34..

Основной вклад в загрязнение атмосферы города Волгограда вносят предприятия нефтехимии (35%). Количество вредных веществ, выбрасываемых предприятиями нефтехимии: сероводород - 0,4 тыс. тонн в год, фенол - 0,3 тыс. тонн в год, аммиак - 0,5 тыс. тонн в год, хлористый водород - 0,2 тыс. тонн в год Там же. С. 35. .

Все указанное объясняется рядом факторов, начиная от низкого качества исходного сырья и заканчивая неудовлетворительным состоянием технологического оборудования и пылегазоулавливающих устройств в целом по предприятиям.

Громадный вред пойме наносят промышленные предприятия, например, ПО «Химпром», «Каустик», азотно-кислородный завод г. Волжского, завод органического синтеза, многочисленные пруды-накопители других предприятий. Особый вред наносится почвам с пониженным содержанием гумуса и органики, а также карбонатным черноземам. В них в качестве клеящих веществ могут преобладать тонкие фракции карбонатов, неустойчивые к воздействию кислотных осадков. А удаление фракции липидов под воздействием органических растворителей, выбрасываемых предприятиями в атмосферу, может вместе с другими факторами привести к потере агрономически ценной структуры поливных земель и к выводу их из сельскохозяйственного употребления. Через почву химические вещества могут попадать в продукты питания, воду и воздух См.: Ковшов В.П., Голубчик М.М., Носонов А.М. Использование природных ресурсов и охрана природы. Саранск, 2002. С. 56. .

Отходы промышленного производства поступают в водоемы и быстро разрушают экологические связи, которые складывались в природе тысячелетиями. При хронических воздействиях происходит деградация водных экосистем, расположенных в районе размещения накопителей жидких отходов. Содержащиеся в сточных водах химические вещества могут мигрировать в подземные воды и далее поступать в открытые водоемы. Так, из накопителей сточных вод в подземные воды поступало более 50%, в Мировой океан -- 38% от числа обнаруженных (в сточных водах) компонентов. Жидкие стоки химических производств оказывают неблагоприятное воздействие и на процессы естественного самоочищения воды морей и океанов Там же.. Таким образом, нарушение регламента очистки сточных вод и размещение сточных вод в накопителях и испарителях сопровождается интенсивным загрязнением объектов окружающей среды, в частности, морей и океанов планеты.

Следует отметить, что в последние 5-7 лет качество вод нашей страны несколько улучшилось. Это объясняется тем, что многие ведущие промышленные предприятия свернули свои производственные программы. Так, в 1980-91 гг. в воде Волги ртуть определялась в пределах 0,013-0,069 мк/л, значительно превышая ПДК. Затем (до 1995 г.) ртуть обнаруживалась в меньших концентрациях - до 0,0183 мкг/л, а после 1996 не обнаруживалась. В настоящее время многие (но не все!) показатели Волги с точки зрения хозяйственного и культурно-бытового водопользования не превышают ПДК.

Экологические проблемы возможно решить лишь при стабилизации экономического положения и создании такого экономического механизма природопользования, когда плата за загрязнение окружающей среды будет соответствовать затратам на ее полную очистку.

В целом, можно выделить следующие направления решения экологических проблем, создаваемых химической промышленностью:

Ш соблюдение нормативов, государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны окружающей среды;

Ш работа очистных сооружений, средств контроля;

Ш выполнение планов и мероприятий по охране окружающей среды;

Ш соблюдение требований, норм и правил при размещении, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации выводе из эксплуатации объектов химической промышленности;

Ш выполнение требований, указанных в заключении государственной экологической экспертизы.

Адипиновая кислота

В связи с ужесточением экологических требований в странах Европы и в США рассматривают возможность замены бензола на глюкозу в производстве ряда химических продуктов (синтез адипиновой кислоты и др.) В журнале «Chem. Brit»(1995.-№3.-С...

Альтернативная водородная энергетика как элемент школьного раздела химии: "Физико-химические свойства водорода"

Воздействие энергетики на окружающую среду разнообразно и определяется видом энергоресурсов и типом энергоустановок. Приблизительно 1/4 всех потребляемых энергоресурсов приходится на долю электроэнергетики...

Диоксины и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания

История "знакомства" человечества с диоксинами восходит к 30-м годам...

Исторический обзор основных этапов развития химии

Конец средних веков отмечен постепенным отходом от оккультизма, спадом интереса к алхимии и распространением механистического взгляда на устройство природы. Ятрохимия. Совершенно иных взглядов на цели алхимии придерживался Парацельс...

Оценка токсичности наночастиц серебра in vitro

Число наименований наноматериалов и объемы их применения в различных областях науки, медицины, энергетики, промышленности стремительно растут...

Получение биотоплива из растительного сырья

Биоэтанол как топливо нейтрален в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2...

Радон, его влияние на человека

В настоящее время остаётся актуальной проблема облучения людей радиоактивным газом радоном. Ещё в XVI веке отмечена большая смертность горняков Чехии, Германии. В 50 - е годы ХХ века появились объяснения этому факту. Было доказано...

Свойства алюминия и области применения в промышленности и быту

Освоение новых месторождений, увеличение глубины скважин выдвигают определенные требования к материалам, применяемым для изготовления деталей и узлов нефте- и газопромыслового оборудования и аппаратуры для переработки продуктов нефти...

Свойства и области применения производных полигуанидинов

Пищевые продукты служат благоприятной средой для развития микроорганизмов. В производственных помещениях с повышенной влажностью микроорганизмы образуют биопленки на поверхности продуктов, производственного оборудования...

Синтез бихромата аммония

(Влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на окружающую среду) Хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки...

Современные тенденции и новые направления в науке о полимерах

Среди проектов по физике и физической химии полимеров следует прежде всего остановиться на работах теоретического плана. Теоретическое полимерное направление традиционно являлось в СССР и остается в России очень сильным...

Усовершенствование адресной доставки БАВ к отдельным органам и клеткам-мишеням

8.1.Экологические проблемы Научно-техническая революция позволила расширить и удешевить сырьевую базу для получения минеральных удобрений, организовать массовую перевозку жидких полупродуктов для удобрений (аммиак, фосфорная кислота)...

Химия как отрасль естествознания

Одним из центральных понятий химии служит понятие «химическая связь». Очень немногие элементы встречаются в природе в виде отдельных, свободных атомов одного сорта...

Эфирные масла

Главная проблема на сегодняшний день -- цивилизованное, научно обоснованное применение эфирных масел для профилактики и лечения различных заболеваний и психологических проблем». Но существует и ряд других трудностей...