Антропогенное использование природных ресурсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Введение

Конец XX века характеризуется мощным рывком в развитии научно-технического прогресса, ростом социальных противоречий, резким демографическим взрывом, ухудшением состояния окружающей человека природной среды. Поистине наша планета никогда ранее не подвергалась таким физическим и политическим перегрузкам, какие она испытывает на рубеже XX - XXI веков. Человек никогда ранее не взимал с природы столько дани и не оказывался столь уязвимым перед мощью, которую сам же создал.

К экологии часто относят большое количество смежных отраслей знаний, главным образом из области охраны окружающей среды.

Охрана окружающей человека среды - это комплекс международных, государственных, региональных и локальных (местных) административно - хозяйственных, технологических, политических, юридических и общественных мероприятий, направленных на обеспечение социально - экономического, культурно - исторического, физического, химического и биологического комфорта, необходимого для сохранения здоровья человека. Здоровье человека - критерий состояния окружающей среды, а организм человека - это инструмент, позволяющий оценивать это состояние.

Антропогенные источники

гидросфера литосфера биосфера загрязнение

Что такое антропогенные источники? Какова роль азотных минеральных удобрений в загрязнении нитратами объектов окружающей среды? Какой вклад вносят органические удобрения и отходы животноводческих комплексов в загрязнение нитратами почв, воды и продукции? Как влияют отходы производства на поступление нитратов в окружающую среду?

Антропогенные источники нитратов подразделяются на аграрные (минеральные и органические удобрения, животноводческое производство), индустриальные (отходы промышленного производства и сточные воды) и коммунально-бытовые.

Роль каждого из этих источников в отдельных страна, регионах, областях неодинакова, что зависит от природных условий, соотношения аграрного и промышленного секторов, интенсивности их развития и масштабов производства, степени концентрации точечных источников нитратов и других факторов.

Об интенсивности поступления промышленных и сельскохозяйственных отходов в окружающую среду в индустриально развитых странах можно судить по количеству образуемых в США азотсодержащих органических материалов. Из 730 млн. т. сухого вещества получаемых ежегодно отходов 53,7% составляют послеуборочные остатки, 21,8 - навоз, 18,1 - городские отходы, 4,5 - отходы деревообрабатывающей промышленности, 1 - индустриальные отходы. 0,5 и 0,4% - осадок сточных вод и пищевые остатки. все из перечисленных органических веществ используются в той или иной мере в сельском хозяйстве.

Азотные удобрения представляют собой главный антропогенный источник азота, который по своим масштабам приближается к биологической его фиксации на суше и по некоторым прогнозам уже в ближайшие десятилетия превысит ее.

Азотные удобрения в основном производят в виде концентратов, при этом в их ассортимента наибольшее место занимают мочевина и аммиачная селитра. Преимущественное использование аммонийных и амидных форм азотных одобрений в земледелии не снижает опасности значительных потерь азота из почвы в силу быстрой нитрофикации аммонийного азота.

Хотя масштабы производства и применения азотных удобрении постоянно возрастают, сохраняется тенденция неравномерного распределения технического азота как по отдельным странам мира, так и в их пределах. Уровень применения азотных удобрений в экономически развитых странах значительно выше, чем в развивающихся.

По своему характеру действия на экологическую обстановку традиционные виды органических удобрений (навоз), применяемые в умеренных нормах (20-50 т/га), можно рассматривать как диффузный источник нитратов, который, обеспечивая определенный вклад в нитратный бюджет агроландшафтов, не приводит к выраженному загрязнению природных объектов нитратами.

Однако постоянное увеличение поголовья скота, использование комплексов промышленного типа для репродукции и откорма животных, образование скоплений экскрементов и отходов с достаточно высоким содержанием азота в пределах ограниченной территории ставит вопрос об экологически безопасной утилизации отходов, в том числе в виде органических удобрений.

Отходы животноводческого производства, главные образом сточные воды и активный избыточный ил, отличаются высоким содержанием общего азота (38-1500 мг/л), большая часть которого представлена органической и аммонийной формами.

Наряду с рассмотренными выше аграрными источниками увеличение уровня нитратов в агроландшафтах может быть обусловлено и иными формами сельскохозяйственной деятельности. Так, замена традиционных систем земледелия с участием и чередованием разнообразных культур более интенсивными и специализированными технологиями, которые способствуют усилению минерализации органического вещества почвы и разрушению ее структуры, ограничение площадей, занятых травами, распашка кормовых угодий под постоянную пашню, утяжеление машин и их использование на постоянных технологических колеях, отсутствие защитных зон вокруг полей приводят в конечном счете к усилению внутрипочвенного и поверхностного выноса азота.

Введение в севообороты чистых паров способствует интенсивному образованию и накоплению нитратов в почве, которые могут теряться при продолжительном выпадении осадков или кратковременных, но обильных ливней. Потери нитратов из почвы возрастают при насыщении севооборотов пропашными культурами, агротехника которых требует большого числа междурядных обработок.

В качестве косвенного фактора, увеличивающего вероятность выноса нитратов с дренажным стоком из почвы, можно рассматривать известкование почвы, стимулирующее минерализационные процессы. Концентрация нитратов в водоемах возрастает при мелиорации переувлажненных земель и в первые годы их сельскохозяйственного использования. Наиболее высокий уровень нитратов обнаруживается в магистральных водостоках, принимающих дренажные воды.

Длительное сельскохозяйственное использование осушенных земель приводит к некоторому повышению содержания нитратов и в грунтовых водах. Потенциальное значение осадка сточных вод как источника нитратов определяется способом его утилизации, нормой внесения в почву и скоростью минерализации азотсодержащих соединений.

Наиболее распространенный путь утилизации осадков сточных вод заключается в приготовлении на его основе компостов, непосредственном внесении в почву в норме от 100 до 400 м /га с целью мелиорации земель или в качестве удобрения. На первых этапах компостирования осадка сточных вод преобладают процессы аммонификации. В целом роль илов, шламов как источника нитратов невелика, так как основное количество азота в них находится в трудногидролизуемых соединениях. Негативные последствия для окружающей среды осадков сточных вод связаны в основном с загрязнением природных объектов тяжелыми металлами и патогенными микроорганизмами.

Антропогенное загрязнение атмосферы

Жизнь на Земле всегда сопровождалась природным загрязнением атмосферы, которое связано с различными испарениями, вулканизмом, дегазацией глубинных расплавов (магм) и растворов.

Антропогенное загрязнение атмосферы обусловлено сжиганием всех видов природного топлива, деятельностью металлургических, химических предприятий.

К примеру, в настоящее время в атмосферу Земли выбрасывается примерно 20 млрд т углекислого газа, 150 млн т окиси серы (36 млн т за счет природных источников), до 53 млн т окиси азота (30 млн т природное поступление), миллионы тонн фтористых соединений, ртути, фреонов и других токсичных и вредных ЭВВ.

Основными антропогенными загрязнителями атмосферы являются углекислый и угарный газы, различные углеводороды, окись серы, окись азота, тяжелые металлы (свинец, цинк, медь, хром, ртуть и др.), различные аэрозоли, фотохимические окислители, озон, метан (от сельскохозяйственной деятельности) и др.

В результате загрязнения атмосферы может возникнуть “парниковый эффект”, в создании которого участвуют углекислый газ и водяные пары. Необходимо помнить, что углекислый газ играет большое значение в определении температуры на Земле. Так, если из атмосферы Земли убрать углекислый газ, то температура воздуха понизится примерно на 21 ° C, а если удвоить, то температура повысится на 4 ° C.

Основным регулятором углекислого газа в атмосфере являются океанические воды, которые поглощают углекислый газ, но его погружение в глубины океана происходит очень медленно.

Кроме углекислого газа, на возникновение парникового эффекта оказывают влияние метан, закись азота, фреон и др. “Парниковый эффект” может привести к серьезной “разбалансировке” климата Земли.

В истории Земли известны резкие изменения температур и последствия таких явлений прогнозируются очень плохо. Но можно предполагать, что глобальное потепление приведет к таянию льдов и подъему уровня океана.

За XX в. выброс углекислого газа в атмосферу увеличился примерно на 25% и для стабилизации климата Земли необходимо сократить использование природного топлива на 60%, которое является основным источником углекислого газа в атмосфере. Если этого не сделать, то использование природного топлива в энергетике в ближайшие 40 лет удвоится, что может привести к глобальным изменениям климата Земли.

Большой вред атмосфере наносит такое токсичное соединение, как угарный газ, источником которого являются металлургия и автотранспорт. Соединения углекислого и угарного газов с гемоглобином крови образуют карбоксигемоглобин, который распадается в 300 раз медленнее оксигемоглобина (соединение кислорода с гемоглобином), в результате гемоглобин крови теряет способность присоединять кислород, что ведет к нарушению процесса дыхания и тяжелому состоянию организма человека: угару и параличу дыхания, т. е. к летальному исходу.

Загрязнение тропосферы оказывает влияние на озоновый слой, защищающий Землю от мощного воздействия ультрафиолетовых лучей. Озоновый слой образуется в тропиках и распространяется в Северном и Южном полушариях благодаря перемещению воздушных потоков. Отмечается, что каждые 10 лет толщина озонового слоя уменьшается на 2%. В последние годы увеличилось проявление озоновых дыр, что объясняется появлением фреона в стратосфере Арктики и Антарктиды. Выделяют две причины нарушения озонового слоя:

1. Антропогенное химическое загрязнение гидросферы

При воздействии внешней среды на гидросферу образуется круговорот воды на Земле, который включает:

океаническое звено - при испарении с поверхности океанических вод влага поступает в атмосферу и в виде осадков выпадает на поверхность Земли, попадая в речные, подземные стоки, а затем вновь в океанические воды;

атмосферное звено, обеспечивающее образование и выпадение осадков и их распределение на поверхности Земли.

Атмосферная влага, частично стекая с поверхности Земли, пополняет ресурсы поверхностных вод и формирует речную сеть и водоемы.

Поверхностные воды образуют: почвенную влагу, идущую на развитие растений; зону аэрации - это зона, насыщенная воздухом и влагой (находится между земной поверхностью и грунтовыми водами); обильные и устойчивые горизонты, не обладающие напором и образованные грунтовыми водами в рыхлых отложениях долин рек, озерных впадин; артезианские бассейны, обладающие высоким напором (образуются в слоистых толщах осадочных пород).

2. Антропогенное загрязнение почвы

Почва - природное образование, состоящее из генетически связанных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. Почва - это образование, которое обеспечивает население всего мира продуктами питания.

Рост народонаселения в ХX в. потребовал увеличения производства продуктов питания, что вызвало сдвиги в сельском хозяйстве: произошла “зеленая революция”. Все объясняется тем, что достигнут предел биологической продуктивности почвы и дальнейшее повышение урожайности возможно применением большого количества минеральных удобрений. Сейчас в почвах мира хранится примерно 50 млн. т. минеральных удобрений и порядка 3 млн. т различных ядохимикатов, которые смываются поверхностными водами, разносятся ветром и в результате создают геохимические аномалии.

Растениям необходимы азот, фосфор, калий, кальций и множество различных микроэлементов. Так, в почвах мира содержится 150 млн. т. азота, который необходим растениям. Но часто его вносится такое количество, которое растениям не требуется, что ведет к появлению большого количества окислов азота, вовлекаемых в круговорот. В результате наблюдаются такие экологические нарушения, как накопление нитратов в пищевых продуктах, кормах для животных, разрушение трофических цепей и т. д.

Нитраты - соли азотной кислоты, а нитриты - соли азотистой кислоты. Нитриты легко окисляются в соответствующие нитраты. Концентрация нитритов в окружающей среде довольно низка, а нитратов - высока. Среди нитратов наиболее известны нитраты аммония, натрия, калия, кальция, обычно называемые селитрами. Все селитры широко используются в качестве удобрений.

В результате в природе образуются канцерогенные нитрозоосоединения, которые приводят к онкологическим заболеваниям, мутагенным явлениям.

В сельском хозяйстве нашли широкое применение пестициды для борьбы с насекомыми, плесневыми грибами и др., уничтожающими урожай и в поле, и при его сборе, погрузке, транспортировке и хранении. В случае успешной борьбы с насекомыми и болезнями растений ежегодная прибавка урожая зерновых составила бы порядка 200 млн. т. зерна, что хватило бы для пропитания 1 млрд. человек. Насчитывается порядка 1000 химических соединений, обладающих этими свойствами. К ним относится и дихлортрифенилтрихлорэтан - ДДТ (дуст), разработанный швейцарским химиком Паулем Миллером (1938). Уже первые результаты применения этого “чуда-оружия” были ошеломляющими: рост урожайности, новые эффективные средства борьбы с насекомыми, переносящими инфекции.

Использование ДДТ против комаров - переносчиков малярии резко снизили смертность от этого заболевания и уже в 1965 г. в Индии не было зарегистрировано ни одного случая летального исхода от малярии. Но выявились и негативные свойства этого препарата и других пестицидов.

Применение ДДТ привело к глобальному загрязнению окружающей среды, так как его влияние на среду географически значительно шире, чем территория его непосредственного применения в результате перехода из почвы в воду и воздух, из воздуха в воду и т. д., переноса биотой, воздушными массами и океаническими течениями. Таким образом, сегодня загрязнение окружающей среды ДДТ приняло повсеместный характер.

Комплексное антропогенное воздействие на литосферу

Литосфера - это верхняя твердая оболочка Земли в пределах 50-200 км. Верхняя часть литосферы является составной частью биосферы Земли.

Огромное влияние на литосферу оказывает хозяйственная деятельность человека. К настоящему времени освоено порядка 55% природных ландшафтов, 20 % суши претерпели коренные изменения вследствие застройки, мелиорации, возведения различных инженерных сооружений. Большое количество земель отчуждается, освобождается от деревьев, кустарников в интересах связистов (кабельные линии связи, НУПы, антенные поля и др.), в интересах энергетиков - ЛЭП и т. д.

Площадь планеты составляет примерно 510 млн. км2, а суши-149 млн. км2. В настоящее время порядка 200 млн. га из этих земель отведены под застройки и площади застройки продолжают увеличиваться.

Техногенное воздействие человека захватывает верхнюю часть земной коры, которая рассматривается как геологическая среда, т. е. среда, развиваемая человеком (тоннели, шахты, подземные этажи крупных городов, метро и т.д.).

Взаимодействие человека с литосферой осуществляется следующим образом:

Разработка богатых и крупных месторождений полезных ископаемых, что ведет к истощению минеральных запасов

Изменение рельефа земной поверхности, вследствие искусственного, изменения естественных ландшафтов.

Изменение баланса веществ в верхней части литосферы и на ее поверхности вследствие антропогенного загрязнения атмосферы, почвы и т.д.

Изменение состояния (режима, качества, распределения) наземной и подземной гидросферы (гидротехнические сооружения и др.).

Нарушение геостатического поля в верхней части литосферы.

Изменения водно-теплового баланса земной поверхности.

Изменение свойств горных пород в результате строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Геофизические изменения, т.е. возникновение в литосфере различных наведенных физических полей (блуждающие токи - электрические токи, протекающие в земле при использовании ее в качестве токопроводящей среды), что приводит к коррозии металлических предметов в земле и их разрушению; сейсмические, акустические волны, электромагнитные поля и т.д.

Важнейшей проблемой современного мира являются захоронения в литосфере особо опасных, опасных и вредных отходов гражданского, химического и военного производств. Так, на территории России оказалось больше 50 % химических захоронений бывшего СССР. На территории России имеется значительное количество хранилищ отработанного топлива АЭС, которые не всегда содержатся в должном состоянии.

Антропогенное энергопотребление как критерий устойчивости биосферы

К концу второго тысячелетия человечество приобрело принципиально новые знания об окружающем его мире, следствием которых стал крах культивируемой в течение многих веков и тысячелетий антропоцентрической системы жизни. Это новое знание можно сформулировать следующим образом: ни один биологический вид, включая человека, не имеет долговременной возможности выхода из отведенной ему эволюцией биосферы экологической ниши, определяющей долю потребления этим видом продукции биоты и других материальных и энергетических ресурсов Земли.

Фактически к концу ХХ столетия человек как биологический вид далеко превысил отведенные ему пределы, что привело к выходу из устойчивого равновесия и процессам разрушения биосферы Земли.

Нагрузка на биосферу складывается из двух связанных между собой видов антропогенного воздействия: биопотребления - потребления части биоты в виде пищи (человеком и домашними животными) и древесины; энергопотребления - потребления энергии, в основном ископаемого топлива, в результате всех видов хозяйственной деятельности - промышленного и сельскохозяйственного производства, транспортных перевозок и т.п.

Исследование не затронутой деятельностью человека природы показывает, что распределение в потреблении и переработке биоты имеет пропорции, показанные на рис. 1.

Рис. 1 - Значение видового разнообразия биоты в сохранении устойчивости биосферы (пунктиром показано превышение человеком своей доли в глобальном экологическом балансе)

Из него видно, что в естественных сообществах млекопитающие потребляют не более 1 % продукции биоты (в энергетическом эквиваленте это составляет 1012 Вт = 1 Твт энергии в год). Оставшиеся 99 % (~99 ТВт) потребляются остальными видами сообщества, которые и содержат окружающую среду в равновесном состоянии. На сегодняшний день человек примерно в 7 раз превысил "разрешенную" ему долю в глобальном экологическом балансе.

Человек с ростом производства и потребления энергии, главным образом за счет невозобновляемых ископаемых органических ресурсов и древесины, уже в начале века вывел биосферу из области устойчивости в зону разрушения. Дальнейшее наращивание производства энергии даже втрое приведет к пересечению климатического предела и полному разбалансированию биосферы с катастрофическими последствиями. В настоящее время для оценки антропогенного воздействия на биосферу отдельно взятой страны предложен индекс антропогенной нагрузки на биосферу I. Его можно представить как отношение плотности мощности нагрузки (то есть часть нагрузки, приходящейся на единицу площади страны - квадратный километр) для определенного государства к плотности мощности нагрузки для всей суши планеты (без Антарктиды). Плотность мощности антропогенной нагрузки складывается из плотностей мощности биопотребления Pб и энергопотребления Pэ. Таким образом,

где Pб и Pэ - мощности биопотребления и энергопотребления для страны;

S - ее площадь; Pб0, Pэ0, S0 - то же для суши планеты.

Индексы антропогенной нагрузки на биосферу для крупных стран образуют следующую последовательность:

Япония -15,8;

ФРГ (бывшая) -14,5;

Великобритания -12,7;

Италия - 8,1;

Франция - 5,3;

Индия - 4,0;

США -2,8;

Китай -1,9; мир в целом - 1,0;

СССР (бывший) - 0,8;

Бразилия - 0,3.

Из этих данных следует, что в разрушение биосферы наибольшую долю вносят высокоразвитые страны с рыночной экономикой, а также густонаселенные государства (низкие показатели для СССР и США обусловлены их большой площадью). Интересно отметить, что для большинства высокоразвитых стран отношение Pэ /Pб > 1, для США оно максимально и достигает 10; для таких же стран, как Китай, Индия, Бразилия, оно составляет ~0,8, то есть биопотребление превышает в них энергопотребление.

Основных причин, способствующих стремительному росту энергопотребления, две: во-первых, продолжающийся с огромной скоростью рост населения планеты; во-вторых, быстрое развитие мирового промышленного и сельскохозяйственного производства с ростом общего уровня потребления. Рассмотрим каждую из этих тенденций.

Заключение

Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказались в центре внимания мировой общественности, встал вопрос: сколько времени в запасе у человечества? Когда оно начнет пожинать плоды пренебрежительного отношения к окружающей его среде? Ученые рассчитали: через 30-35 лет. Это время настало. Мы стали свидетелями глобального экологического кризиса, спровоцированного деятельностью человека. Вместе с тем последние тридцать лет не прошли даром: создана более твердая научная основа понимания проблем окружающей среды, образованы регламентирующие органы на всех уровнях, организованы многочисленные общественные экологические группы, приняты полезные законы и постановления, достигнуты некоторые международные договоренности.

Однако ликвидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения. Например, люди применяют все новые средства борьбы с загрязнениями на автомобилях и стараются добывать все больше нефти вместо того, чтобы поставить под вопрос саму необходимость удовлетворения чрезмерных потребностей. Человечество безнадежно стремится спасти от вымирания несколько видов, не обращая внимание на собственный демографический взрыв, стирающий с лица земли природные экосистемы.

Литература

1. Борисов В.А. Экологические проблемы накопления нитратов в окружающей среде. 2007.

2. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.: Мир, 2003.

3. Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 2008.

Размещено на Allbest.ru