Экологическое состояние водных источников и особенности экологической и биологической безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологическое состояние водных источников и особенности экологической и биологической безопасности

Юнусов Х.Б., Солтанов С.Х., Лялина И.Ю., Кривошея И.В.

Московский государственный областной университет

Работа посвящена вопросам экологической и биологической безопасности, а также рискам, распространяющимся через водную среду под действием различных факторов. Сделан анализ экологического состояния пресноводных источников. Описаны пути загрязнения основных водных источников России. Определены показатели обеспечения экологической и биологической безопасности.

Ключевые слова: ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, ВОЛГА, БАЙКАЛ, БИОКАТАСТРОФЫ, БИОТЕРРОРИЗМ, БИОТЕХНОЛОГИЯ, ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, ИНФЕКЦИИ

Обеспечение экологической и биологической безопасности является целью всех стран мира ради сохранения природы для будущих поколений, но на 100% это обеспечить невозможно.

Научный подход должен объединять теоретические и практические основы защиты человека от искусственных и естественных факторов биоопасности. Биологическая безопасность (биобезопасность) (РФ ГОСТ 22.0.04-95) - защищенность людей, сельскохозяйственных растений и животных, окружающей природной среды от опасностей, вызванных или вызываемых источником биолого-социальной чрезвычайной ситуации. Более полное определение биологической безопасности сформулировал С.В.Нетесов: «Биологическая безопасность как инженерная дисциплина - система медико-биологических, организационных и инженерно-технических мероприятий и средств, направленных на защиту работающего персонала, населения и окружающей среды от воздействия патогенных биологических агентов» [1].

Экологическая безопасность - комплекс условий, который обеспечивает стабильное, на протяжении многих поколений, существование биосферы и человечества как составной её части [1-3].

Национальная биологическая безопасность характеризуется как система организационных и технических мер, которые направлены на предотвращение ущерба и достижение защищенности личности, общества и государства от потенциальных и реальных биологических угроз [2].

В данной работе рассмотрим угрозу экологической и биологической безопасности, исходящую от водной среды. Ввиду специфики водной среды обеспечение экологической безопасности является сложной проблемой, требующей больших финансовых и материальных расходов, а также использования современных технологий и технических средств.

Благодаря своей физико-химической активности, вода на Земле является средой обитания и составляет гидросферу. Кроме этого, вода входит в состав атмосферы, почвы и всех почвообразующих компонентов, а, самое главное, - занимает первое место среди веществ, входящих в состав клетки всех живых организмов, и является жизнеобеспечивающим элементом всех известных форм жизни на планете.

Уникальным является присутствие воды в трех агрегатных состояниях (газообразное, жидкое и твердое). Среди всех распространенных в природе веществ у воды - самая высокая теплоемкость. Молекулы воды обладают полярностью, благодаря чему она является активным растворителем. Эти и многие другие свойства воды обеспечивают комфортные температурные условия на планете для поддержания жизни.

Все биохимические реакции в клетке идут в средах, основу которых составляет вода, или она сама является средой. Уменьшение количества воды приводит к замедлению хода физико-химических процессов и их качественному изменению, а при дальнейшей потере воды - к болезням и гибели живой клетки.

Организмы из внешней среды воду получают с примесями, но в клетку она должна попадать в чистом виде, и тут возникает вопрос: как связаны свойства воды в клетке с ее химическим составом?

Попробуем ответить: - наличие тяжелых металлов способствует образованию комплексных химических соединений, которые препятствуют процессу осмоса; - присутствие активных металлов повышает концентрацию щелочных соединений, что напрямую изменяет ход многих процессов; - органические примеси, в зависимости от класса соединения, влияют на ход биохимических процессов как в клетке, так и вне ее пределов; - микроорганизмы (бактерии, вирусы и др.), попадая в организм с водой, угнетают жизнедеятельность клетки, что приводит к их гибели, и др.

Таким образом, для протекания всех биохимических реакций и физико-химических процессов в живых организмах требуется наличие чистой воды, которой в окружающей природной среде все меньше, в том числе в результате деятельности человека.

В последние годы в числе факторов, загрязняющих водную среду, на первое место выходят последствия деятельности человека, и это обстоятельство требует от нас изменения потребительского подхода к природе. Человек должен чувствовать себя по-настоящему хозяином на Земле, поставив перед собой целью сохранение всех экологических параметров развития экосистемы ради продолжения жизни на планете. Для достижения такой цели одним из основополагающих направлений является сохранение устойчивого развития гидросферы (гомеостаза), начиная от маленького водоема до просторов океанов.

Причиной загрязнения наземных и подземных источников воды, преимущественно, являются антропогенные факторы. В XXI веке использование очищенной воды для различных целей становится необходимостью, поскольку состояние пресной воды резко ухудшилось в связи с ростом благосостояния человека. Это плата за более высокий уровень жизни и развитие цивилизации.

Россия занимает одно из первых мест по запасам пресной воды, но по обеспечению населения чистой питьевой водой имеются большие проблемы (количество пресной воды пока достаточное, но загрязненность ее вызывает беспокойство). В числе причин уменьшения пригодной для употребления воды основными являются снижение общего количества пресной воды и загрязнение за счет антропогенных факторов. Как отмечает профессор В.А.Черников, снижение количества пресной воды приводит к увеличению концентрации загрязняющих компонентов, что существенно ухудшает и без того тяжелую ситуацию с использованием чистой питьевой воды.

Проблемы водных источников России связаны с индустриализацией, развитием сельского хозяйства, а также низкой экологической компетентностью населения во взаимоотношениях с окружающей средой обитания. Как результат, загрязнены важнейшие источники пресной воды: - самая большая река Волга; - подземные источники; - под угрозой - сохранение озера Байкал.

По данным ЮНИДО (специализированное учреждение ООН, занимающееся вопросами промышленного развития), основные причины загрязнения реки Волга и ее притоков: - неочищенные и недостаточно очищенные сбросы сточных вод (сосредоточено около 45% промышленного производства России); - неконтролируемые (диффузные) источники сельскохозяйственных территорий (в бассейне Волги находится примерно 50% сельскохозяйственных производств); - талые и ливневые стоки (количество загрязненных стоков, попадающих в бассейн реки Волга, - около 38% всех стоков на Европейской территории России).

В результате строительства водохранилищ изменились естественные процессы, и в донных отложениях содержатся тонны химических веществ, которые создают антисанитарные условия, делая некогда (в 50-ые годы XX века вода Волги считалась питьевой) пригодную для употребления воду реки угрозой для здоровья человека [4, 5].

Распространение сине-зеленых водорослей вдоль берегов приводит к появлению органических загрязнителей, большинство из которых являются ядовитыми. Еще одна проблема - вторичное загрязнение фосфор- и азотсодержащими соединениями.

Существенную проблему создают затонувшие и брошенные плавсредства (около 2,4 тыс., включая грузовые с грузом, иногда с ядохимикатами), из которых выделяются остатки топлива, масла и другие загрязняющие вещества [4, 5]. Достаточно часто отмечаются разливы нефтепродуктов, в результате которых страдают все обитатели флоры и фауны бассейна реки.

В проблему превращается сохранение экологических параметров озера Байкал. По оценке экологов, главная проблема - маловодье (в январе 2016 года уровень озера составлял 455,95 м над уровнем Тихого океана, а минимальный уровень весной 2016 года составил 455,71 м, что на 16 см ниже, чем в 2015 году). Решение этой проблемы видится в использовании рекомендаций ученых по принятию правил водопользования на Байкале. Загрязнение Байкала за счет захламления берегов и бесконтрольного сброса сточных вод 195 населенными пунктами, производственными предприятиями (БЦБК и СЦКК), стихийными туристами наносит огромный ущерб.

С этим связывают и эвтрофикацию озера Байкал (распространение несвойственных водорослей - спирогиры), изменения экосистемы в прибрежной зоне и гибель эндемичных организмов [5].

Отсутствие пунктов утилизации отходов и недостаточность причалов способствует загрязнению озера байкальским флотом, который сбрасывает в озеро сточные воды и мусор.

Вышеперечисленные пути (естественные и искусственные) загрязнения пресной воды, связанные с ведением человеком хозяйственной деятельности, представляются актуальной проблемой. Однако в современном обществе происходит множество процессов (политические, социальные и др.), которые создают различные течения, противодействующие нормальному развитию человечества по эволюционному пути. Кроме открытых военных действий различных уровней и качеств, происходят катастрофы, террористические явления и пр. В последние десятилетия биологические и экологические объекты, технологии и знания все чаще используются в террористических актах.

В условиях, когда происходит качественное и количественное загрязнение водных объектов, употребление населением воды без специальной обработки является угрозой здоровью. На первый план выходит разработка новых методов очистки воды от загрязняющих компонентов.

Опасность для жизни человека и его здоровья, связанная с действием на него агентов живой составляющей природы, является сутью экологической и биологической опасности. Отсюда вытекает, что экологическая и биологическая опасность - это отрицательное воздействие биологических патогенов любого уровня и происхождения (все факторы, связанные с живой природой), создающих опасность для нормального развития живых организмов на Земле.

Из основных источников экологической и биологической опасности для населения, животных, окружающей среды, чрезвычайных ситуаций социально-биологического характера можно выделить следующие: патогенные микроорганизмы; патогены, которые возникают из непатогенных и патогенных штаммов микроорганизмов в результате мутации под влиянием естественных и искусственных факторов; продукты жизнедеятельности микроорганизмов, технофильные микроорганизмы и др.; генетически измененные организмы; патогены, которые устойчивы к современным антимикробным препаратам; экопатогены, повреждающие физические объекты окружающей среды [2, 3].

Изучение биологической опасности вызывает большие трудности из-за бурного развития современных технологий и влияния человека на развитие природы, а также внешних и внутренних факторов. Для удобства понимания экологической и биологической опасности в настоящем периоде развития принято условно классифицировать их по четырем основным группам: инфекции, генная инженерия, биокатастрофы, и биотерроризм.

По данным ВОЗ, инфекции занимают в мире первое место среди причин преждевременной смерти человека. Ежедневно от инфекционных болезней погибает 50 тыс. человек. Порядка 50% населения Земли живёт в условиях постоянной угрозы эндемических инфекций [6].

Инфекционную экологическую и биологическую опасность составляют: эпидемии, пандемии, вспышки, эпизоотии и эпифитотии (массовые инфекционные заболевания); природные резервуары патогенных организмов (грызунов, клещей, птиц и др.); искусственные резервуары патогенных микроорганизмов (скотомогильники, биотермические ямы, коллекции штаммов музейных культур в лабораториях, НИИ, биофабриках и др.); генетически модифицированные возбудители инфекционных заболеваний [1-3, 5, 7-11]. Они распространяются через воду, атмосферу и продукты питания.

В последние годы все труднее становится определение источников инфекционных заболеваний и выявление факторов, способствующих появлению инфекций в тех или других регионах. Искусственные и естественные факторы способствуют возникновению болезней под действием патогенных биологических агентов (ПБА) (табл. 1).

водный экологический биологический безопасность

Таблица 1. Примеры возникающих инфекций и вероятные факторы их появления [10]

Отмечаем высокую опасность при работе с ПБА в микробиологических лабораториях и производствах. Известны более 100 случаев утечки ПБА в окружающую среду от биотехнологических производств и несколько тысяч инцидентов, когда происходили заражения сотрудников соответствующих организаций с высокой частотой летальных исходов [6, 11, 12].

В прошлые периоды биологические катастрофы случались по естественным причинам и проявлялись в виде пандемии чумы, эпидемии холеры, натуральной оспы и др. Современное развитие различных направлений биологической промышленности выводит на первый план антропогенные причины возникновения биологических катастроф. В числе таких факторов выступают: аварийные ситуации на биологических заводах, военных НИИ, естественнонаучных лабораториях и др.; экологическая опасность в ходе добычи полезных ископаемых, исследованиях Крайнего Севера с целью извлечения из недр Земли древних бактерий и других древнейших организмов; потери контроля при селекции и отборе устойчивых к антибиотикам патогенных штаммов микроорганизмов и др.; естественные природные катастрофы в виде цунами, наводнений, извержений вулканов и др., которые приводят к вспышкам инфекционных заболеваний [2, 3].

К числу наименее контролируемых и наиболее опасных угроз для развития живых существ относятся биотерроризм и «экологические войны» (различные искусственные процессы, приводящие к изменению климата, выпадению опасных осадков; нашествие различных вредителей и др.) [1, 3, 6].

Развитие биологических наук, биомедицинских технологий и нанобиотехнологий, а также уже совершенные террористические акты (самыми известными случаями биотерроризма являются вспышка сальмонеллеза в штате Орегона в 1984 году, когда в салат была добавлена сальмонелла, и распространение сибирской язвы в почтовых письмах 11.10.2001 года) дают возможность признать биотерроризм угрозой международной безопасности [8, 13, 14]. К концу XX века было отмечено 157 случаев применения ПБА, половина из которых закончилась смертельными исходами [8-10]. Военные специалисты считают, что биологическое оружие представляет наибольшую опасность среди всех видов оружия массового поражения (ОМП) (100 кг спор сибирской язвы даст больший эффект поражения, чем взрыв водородной бомбы мощностью 1 Мт) [7].

Биологическое и химическое оружие имеют много общего, но по использованию в террористических целях имеют и отличия (табл. 2).

Таблица 2. Отличия химического и биологического терроризма [1, 9]

Что делает привлекательным биологическое оружие? Легкая доступность (возбудители опасных заболеваний находятся в природе), простота изготовления, наличие микробиологических лабораторий и производств, которые при необходимости можно легко преобразовать для производства биологического оружия, удобство хранения и транспортировки.

Биологическое оружие имеет следующие поражающие эффекты: возможность предсказуемо регулировать действие на используемой территории; устойчивость и приспособляемость к природной среде и высокое распространение заболеваний; сложность идентификации в объектах окружающей среды после применения и отсутствие на начальном этапе средств экстренной профилактики и лечения заболевания [2].

По мнению большинства специалистов, сегодня наибольшую опасность представляет биомолекулярное оружие, которое влияет на организм путем изменения биохимических процессов в живой клетке [11, 12].

Биотехнология, в частности, генная инженерия, будучи величайшим достижением молекулярной биологии и молекулярной генетики, широко используется для решения ряда фундаментальных и прикладных задач, а именно: в лечении наследственных заболеваний и создании лекарственных препаратов; в получении новых сортов сельскохозяйственных культур и трансгенных животных с заданными свойствами; и др. Парадокс, но эти же достижения генной инженерии представляют экологическую и биологическую опасность для человечества, поскольку возможны различные неконтролируемые течения процессов, например, трансграничный перенос патогенов, представителей фауны и флоры, которые опасны для экосистем.

К неопределенностям относятся: - перестроения фрагмента ДНК в геном растений при слабом понимании механизмов и функций генов растений; - поведение чужеродного фрагмента ДНК и стабильность развития организма при удалении «технологического мусора», способствующего доставке основной модификации и обеспечивающего устойчивость к антибиотикам); - аллергические и токсические эффекты чужеродного белка [8-10].

Одним из наиболее развитых направлений является производство генномодифицированных продуктов. Их производство решает важную проблему обеспечения населения Земли продуктами питания, что становится важным, так как численность населения растет (прогнозируется, что к 2050 году может достигнуть 10 млрд. человек), а это потребует увеличения производства продуктов питания на 60-70 %.

Необходимо обеспечение полного контроля на всех этапах производства генномодифицированных продуктов, сертификация соответствия безопасности и качества продуктов питания.

Сегодня ответственность за безопасность генномодифицированных продуктов возложена на их производителей, что несет в себе как положительные, так и отрицательные эффекты.

С развитием наноиндустрии в мире активно стали проводить исследования по использованию наночастиц в биомедицине, косметологии, химической промышленности с целью получения высокой эффективности благодаря специфическим действиям наночастиц. Однако мы предполагаем, что любые ошибки в этом направлении могут вызвать экологическую и биологическую опасность из-за того же специфического действия наночастиц: токсичность; влияние на ДНК, воздействие на наследственные механизмы; влияние на злокачественные новообразования; легкое проникновение в живую клетку и возможное нарушение регуляции процессов жизнедеятельности; нарушение традиционных путей поступления и миграции химических элементов в организме, а также биохимических процессов из-за изменения количественных и качественных параметров [1, 3].

Это проблемы глобальные, и для их решения необходимо объединение самых высоких достижений в области политических, социально-экономических, научно-исследовательских и других направлений, развитие техники и технологий, способствующих сохранению и восстановлению экологии среды обитания.

Список использованных источников

1. Химическая и биологическая безопасность. Информационно-аналитический журнал // ВИНИТИ, ФГУП «ЦНИИХМ». - 2008, №№ 1-2 (37-38).

2. Онищенко Г.Г., Пальцев М.А., Зверев В.В. и др. Биологическая безопасность. - М.: ОАО «Издательство «Медицина». - 2006. - 304 с.

3. Пальцев М.А., Гинцбург А.Л., Белушкина Н.Н. Биологическая безопасность. Глоссарий. - М.: Издательский дом «Русский врач». - 2006. - 448 с.

4. Агроэкология. Черников, В.А., Соколов, О.А., Байбеков, Р.Ф. Экологические основы качества воды и здоровье человека. - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН. - 2004, 151 с.

5. Козлов Д.В., Айдаров И.П., Раткович Л.Д., Румянцев И.С. и др. Вода или Нефть? Создание Единой Водохозяйственной Системы / Под общей редакцией проф., д.т.н. Козлова Д.В.. - М: МППА БИМПА. - 2008. - 4546 с.

6. http://whqilibdoc.who.int/publications/2004/9241546506.htm (26.08.2016).

7. Биотерроризм: статистика и философия. Экология и Жизнь. - 2001. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecolife.ru/news/info20-11-01.shtml (08.09.2016).

8. Biological Safety: Principles and Practices. 4 Ed.: D.O.Fleming, D.L.Hunt. - Washington D.C. ASM Press. - 2006. - 624 p.

9. Henderson D.A. The Looming Threat of Bioterrorism. Science. - 1999. V 283. № 5406. - Р. 1279-1282. [Электронный ресурс]. URL: http://5fan.ru/wievjob.php?id=23442 (12.09.2016).

10. Morse S.S. Factors in the emergence of infectious diseases // Emerg. Infect. Dis. - 1995. V. 1. № 1. - Р. 7-15.

11. http://www.tehdoc.ru/files.1735.html (12.08.2016).

12. http://www.plib.ru/library/book/14084.html (01.09.2016).

13. Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories. U.S. Department of Health and Human services. 4-th Edition. Ed: J.Y. Richmond, R.W. McKinney. - Washington. - 1999. - 250 p.

14. Biological Safety: principles and practices. Ed.: D.O.Fleming, D.L.Hunt. - Washington D.C. ASM Press. - 2000. - 784 p.

Размещено на Allbest.ru