Глава 6. Загрязнение окружающей среды

6.1.Понятие о загрязнении

Любая деятельность любой системы, направленная на поддержание организованности внутри нее, вызывает снижение организованности вне системы. Системы существуют за счет экспорта энтропии вовне. Для неравновесной динамической системы, каковыми являются все биологические системы, существовать, не нарушая ничего в мире, невозможно. Это относится и к любому живому организму, и к надорганизменному образованию, и к человеческому обществу. Необходимо различать нарушения окружающей среды, производимые человеком как биологическим объектом, и нарушения окружающей среды, производимые человеком, как частью созданной им техносферы.

Интуитивно каждый понимает – что такое загрязнение, но когда речь заходит о том, чтобы дать четкое его определение, мы сталкиваемся с множеством формулировок:

· загрязнение можно определить как поступление любого вещества или материала в неположенное место (Петров, 1998).

· загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ (Рамад, 1981).

Но наиболее приемлемым остается, все-таки, давно известное человечеству понимание того, что «загрязнение – все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия, отличается от обычно наблюдаемой нормы и/или желательного для человека» (Реймерс, 1994).

Одна из причин, по которым мы отвергли определение загрязнения как «связанного с человеческой деятельностью» – то, что загрязнители попадают в окружающую среду не только в результате деятельности человека, но и «естественным путем». Отходы деятельности любой системы являются загрязнителями для остальных. Но в процессе эволюции биосферы возникли механизмы утилизации этих загрязнений и теперь продукты жизнедеятельности одних подсистем биосферы служат источниками существования других. В биосфере не существует «ресурсов», используемых для «продукции» (в обыденном понимании этих слов), как и не существует отходов. Производство органического вещества и его разложение в биосфере сбалансированы с точностью порядка 10^–7. Отходы жизнедеятельности животных (продукты выделения, фекальные массы, трупы животных) перерабатываются другими животными, минерализуются микроорганизмами и возвращаются в биотический круговорот. То же происходит с отмершими растениями. Углекислота, образуемая гетеротрофными организмами в процессе дыхания, повторно используется растениями для воссоздания органического вещества с помощью солнечной энергии. Кислород, побочный продукт, образуемый растениями в ходе фотосинтеза, изначально был ядовит для живых организмов, но жизнь выработала механизм его обезвреживания. Этот механизм оказался очень эффективным способом трансформации энергии и теперь распространен почти повсеместно в биосфере. Нам он известен как дыхание.

Природное загрязнение окружающей среды включает в себя и катастрофы. Наиболее яркими примерами здесь могут служить извержения вулканов. При этом необходимо помнить, что вулканическая активность обеспечивает и возврат в круговорот биосферы химических элементов из мантии Земли. Можно упомянуть и космические катастрофы, например, гипотетический гигантский метеорит с которым связывают массовое вымирание динозавров.

Очень многие вещества, рассматриваемые нами в данном курсе как загрязнители, поступают в окружающую среду, как в результате техногенной активности, так и из природных источников. Биогенные вещества, главным образом соединения азота и фосфора – важнейшие компоненты бытовых и сельскохозяйственных сточных вод и естественные продукты метаболизма животных. Окислы серы и бенз(а)пирены попадают в атмосферу в ходе природных пожаров, многие металлы – благодаря вулканической активности, окись азота образуется при вспышках молний, нефть попадает в водоемы в районах естественных нефтепроявлений. Большое количество дисперсных веществ поступает в атмосферу естественным путем. Таковы продукты выветривания горных пород, частички почвы, морская соль.

Эруптивные газы вулканов (выделяющиеся при извержениях) содержат углекислый газ, сероводород, сернистый газ, соединения галогенов. Фумаральные газы (выделяемые в спокойном состоянии) – сернистый, углекислый, сероводород, метан. Естественные гейзеры и геотермальные источники поставляют в атмосферу окиси углерода и серы в количествах, сопоставимых с выбросами тепловых электростанций. Только один такой источник может поставлять в среду ежегодно 200 тыс. т хлора, 100–1000 т аммиака, фтора, серной кислоты, 1000–10000 т сероводорода (Сытник и др., 1987).

Антропогенное загрязнение отличается, пожалуй, в первую очередь, большей концентрацией загрязняющих веществ. Возникают необычные для биосферы сгущения обычно разреженных элементов, такие как свалки, отвалы, места захоронения отходов. Кроме того, современная цивилизация вынуждает биосферу к включению в биотические кругообороты экзотических веществ, таких как, например, алюминий, синтетические элементы, ксенобиотики. Большая часть загрязнителей рассеивается и разлагается, и их концентрация снижается до безопасного уровня.

 

Виды загрязняющих веществ

Мы определили загрязнение как то, что находится не там, не тогда и не в том количестве, в котором ему положено быть. Любое инородное вещество как вредное, так и нейтральное, не оказывающее вредного воздействия на окружающую среду, можно определить как примесь или чужеродное вещество, в англоязычной, а по ее примеру теперь и в отечественной литературе называемое контаминантом (contaminant, англ. – примесь, инородное вещество, постороннее вещество, грязь).

Если вещества вызывают деградацию окружающей среды, они называются загрязнителями. Теперь и в русскоязычных публикациях загрязнители достаточно часто называют поллютантами (pollutant, англ. – загрязняющий агент, загрязняющая примесь, загрязнение, токсичная составляющая).

Однако, техногенные отходы, попадающие в природную среду, далеко не обязательно являются загрязнителями. Они могут служить пищей или субстратом для развития организмов, выигрывающих от их присутствия. Такие вещества становятся загрязнителями только в том случае, если их концентрации настолько велики, что они вызывают стресс у организмов или экосистем. Даже в этом случае некоторые специфические организмы могут выигрывать от присутствия этих отбросов.

Загрязнители воздействуют на природу несколькими путями.

Некоторые из них токсичны, оказывая прямое действие на метаболизм организмов. Такие вещества называются токсикантами [4], или ядовитыми веществами. Практически нет загрязнителей токсичных для всех видов организмов (разве что высококонцентрированные вещества). Гораздо более обычно непрямое действие – неблагоприятное для организмов изменение физических или химических свойств среды. Сильное загрязнение полностью уничтожает жизнь и, соответственно, экологические системы. Для большинства типов и концентраций токсикантов, тем не менее, такое экстремальное воздействие не характерно. В большинстве случаев токсиканты избирательно удаляют чувствительные виды, создавая болееблагоприятные условия для других видов за счет появления новых источников пищи, новых местообитаний, исчезновения конкурентов или хищников. Таким образом, загрязнения вызывают экологические сдвиги. Это часто наблюдается в областях воздействия постоянных источников загрязнения. Среда в таких случаях постоянно изменена. Временные воздействия, как правило, не вызывают таких последствий.

Специфическую группу загрязнителей составляют мутагены – генетически активные вещества, вызывающие мутации (изменения) наследственной информации подвергающихся их действию организмов. В потомстве этих организмов могут проявляться мутантные – генетически измененные особи. Мутагенное действие, как правило, сопряжено с канцерогенным для многоклеточных растений и животных.

Канцерогены – вещества, стимулирующие рост злокачественных новообразований (раковых опухолей) у обработанных ими организмов. Иногда их называют онкогенами.

Кроме того, ряд веществ способен нарушать нормальное развитие эмбрионов многоклеточных организмов, вызывая появление измененных дефектных особей. Их не следует путать с мутантными особями. Такие вещества называются тератогенами.

Все вещества, составляющие хемосферу[5] можно объединить в 4 группы:

1. Безвредные для человека.

2. Действующие опосредованно, делая среду обитания менее комфортной (запахи, мусор).

3. Прямо действующие на человека как на живой объект, отравляя его.

4. Вещества неопределённого характера действия, так как нет достаточных достоверных сведений об их действии.

Находясь в природе вещества, могут трансформироваться под действием света, кислорода, рН, температуры, радиации и т. д. Например, нетоксичный гербицид симазин превращается в ядовитое производное N-нитрозосимазин:

Возможность трансформаций значительно расширяет спектр воздействия веществ на окружающую среду и компоненты биосферы и значительно усложняет задачу изучения и оценки их воздействия.

По пространственному распределению (размеру охватываемой территории) загрязнители различают: глобальные, региональные, локальные, точечные.

Токсикология

Токсикологией называется исследование неблагоприятного действия химических веществ на живые организмы путем изучения природы этого действия и оценки вероятности его возникновения (Matsui, 1991).

Описательная токсикология занимается, главным образом, биотестированием, т. е. определением воздействия тех или иных токсикантов на определенные организмы с тем, чтобы полученные оценки экстраполировать на людей или другие живые существа.

Токсикология механизмов действия исследует механизмы действия токсикантов на живые организмы и пытается установить связь между структурой вещества и механизмом его действия.

Регуляторная токсикология способствует принятию решений о допустимости использования того или иного вещества в хозяйственных целях на основе его токсикологических характеристик.

Токсикология окружающей среды или экотоксикология оценивает воздействие веществ на экосистемы в целом, или на организм человека, через изменение характеристик окружающей среды.

 

Токсичность

Всякое отклонение от физиологической нормы рассматривается как нарушение. Нарушение биологической нормы расценивается как проявление токсического действия, хозяйственной нормы – как результат токсического действия загрязнителей.

В определении критерия токсичности приняты два подхода: медицинский, в основе которого лежит понятие физиологической нормы; биологический, опирающийся на биологическую и хозяйственную нормы.

Самым простым и наглядным критерием токсичности является выживаемость – получение ответа «погиб–выжил».

Критериями токсического действия на водоросли могут служить изменение численности клеток, изменение последовательности прохождения стадий развития, способность клеток к размножению. Для зоопланктона предлагались такие критерии токсичности как выпадение отдельных видов из состава сообщества, нарушение партеногенетических циклов, изменение плодовитости, снижение биомассы. Для рыб предлагалось оценивать токсическое действие по плодовитости, качеству потомства. Можно измерять темпы роста, интенсивность газообмена, сердечный ритм, гематологические показатели, электропроводность тканей. Используют также поведенческие реакции, интенсивность фотосинтеза, плазмолиз, движение протоплазмы, свечение клеток в УФ-свете, люминесценцию светящихся бактерий и многие другие показатели.

Острые опыты продолжаются 1, 2, 4 сут., хронические – от 10 до 90 сут. Наиболее разумным представляется совмещение экспресс-методов и длительных опытов.

Прямая токсичность подразделяется на: острую токсичность, когда большая доза яда за короткий промежуток времени, вызывает быстрый летальный исход, и хроническую токсичность, когда низкая доза яда за длительный промежуток времени приводит к летальному или сублетальному эффекту. Кроме того, выделяют еще кумулятивную токсичность, при которой токсический эффект нарастает или усугубляется с накоплением действующего агента.

Токсическая концентрация вызывает нарушение физиологических функций организма, которое может закончиться либо выздоровлением, либо гибелью организма. Минимально действующая концентрация – та концентрация вещества, которая начинает оказывать отрицательное действие на организм и достоверно изменяет его биологические показатели. Минимально токсическая концентрация вызывает начальные, клинически достоверные признаки отравления. Максимально переносимая концентрация вызывает резко выраженные признаки отравления. Летальная концентрация приводит к гибели организма. При оценке токсического действия любого вещества на графике доза – эффект (концентрация – эффект, экспозиция – эффект) можно выделить три зоны: витальная, сублетальная, летальная.

Существует ряд измерений токсичности:

Полулетальное время (LT₅₀) – время, за которое данная концентрация тестируемого вещества вызывает гибель половины подопытных организмов.

Полулетальная концентрация (CL₅₀) или доза (LD₅₀) – концентрация или доза тестируемого вещества вызывающая за данное время гибель половины подопытных организмов (рис.4).

CL_100acuta – острая летальная концентрация, вызывающая гибель всех подопытных организмов в остром опыте.

CL_100chronica – хроническая летальная концентрация, вызывающая гибель всех подопытных организмов в хроническом опыте (Корте, 1996).

Рис.4. Качественная иллюстрация меры токсич­ности веществ: летальная доза (ЛД₁₀₀), полуле­тальная доза (ЛД₅₀).

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: