Физико-химические процессы в техносфере, физика, химия

Введение
Человек использовал всегда внешнюю среду как источник ресурсов, тем не менее в течение очень длительного периода времени эта деятельность не оказывала большого влияния на биосферу. Однако в конце прошедшего столетия изменения биосферы под воздействием хозяйственной деятельности обратили внимание ученых на себя. В начале нынешнего века эти перемены нарастали и сейчас лавиной обрушились на нашу цивилизацию. Стремясь к совершенствованию условий своей жизни, люди постоянно наращивают темпы финансового производства, не задумываясь о их результатах. При таком методе основная часть взятых ресурсов у природы возвращается к ней в форме отходов. Они обычно ядовитые или неприспособленные к утилизации. Это создает опасность и существованию биосферы, а также самого человека.
В чистом переводе определение "биосфера" обозначает место их жизни и в этом смысле он впервые появился в науке в 1875 г. геологом из Австрии и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Но раньше до этого с другими названиями, например "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его суть рассматривалось многими другими людьми.


3
Твердые загрязнители биосферы
Каждый год на поверхность почвы попадает огромное количество различных из атмосферы веществ, при внесении различного вида пестицидов и балластных частиц с удобрениями. Почвенный слой является приемником большинства веществ химических, вовлекаемых в биосферу. Из-за своих свойств почва является главным аккумулятором, сорбентом и разрушителем токсикантов. Из-за того, масштабы таких поступлений постоянно возрастают, возникает проблема загрязнения почвенного слоя.
Особые загрязнителями это твердые загрязнители. Сюда относятся такие загрязнители вроде удобрений, пестицидов, гербицидов, промышленные и бытовые отходы. Все они очень пагубно влияют на состояние почвы.
Удобрения
К минеральным удобрениям относятся неорганические химические соединения, применяемые в сельском хозяйстве в целях повышения плодородия почв. Различают макро- и микроудобрения. Минеральные макроудобрения - вещества, в состав которых входят основные элементы, повышающие плодородие (азот, фосфор, калий). Соответственно макроудобрения делятся на азотные, фосфатные, калийные и комплексные.
Современная технология применения минеральных удобрений предотвращает их максимальное накопление фитомассой сельскохозяйственных растений. Значительная часть удобрений вымывается в подземные воды, мигрирует с поверхностным стоком, разлагается в почве, образуя летучие продукты, поступающие в приземный слой атмосферного воздуха. Сегодня в научной литературе имеется достаточно убедительных данных о том, что при нерациональном использовании минеральных удобрений возникает реальная опасность для здоровья человека и
4
окружающей среды. Наибольшее внимание уделяют азотным удобрениям.
Компоненты азотных удобрений (аммиак, нитраты, мочевина) при чрезмерном внесении в почву могут мигрировать в поверхностные и подземные водоемы, загрязняя их. Так, в Англии за 10 лет концентрация нитратов в речной воде увеличилась на 44-48%, вследствие чего более чем в 100 источниках централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения концентрация нитратов превысила 50 мг/л. Наиболее вероятно поступление нитратов (самой подвижной формы азотных удобрений) в грунтовую воду. В отдельных селах Молдовы содержание нитратов в колодезной воде достигало 100-500 мг/л. При загрязнении воды источников водоснабжения нитратами в концентрациях, превышающих 45 мг/л, у новорожденных, которые находятся на искусственном вскармливании, и людей пожилого возраста может возникнуть водно-нитратная метгемоглобинемия. Так, в Венгрии за период 1968-1979 гг. повышенное содержание нитратов было зарегистрировано в воде колодцев 176 поселений (обследовали 296 сел). За этот период было зарегистрировано 234 случая водно-нитратной метгемоглобинемии у детей.
Нитраты, которые являются компонентами нитратных (натриевая, кальциевая и калиевая селитры) и аммонийно-нитратных (аммиачная селитра) удобрений, а также образовавшиеся в почве из аммиака аммиачных (аммиачная вода), аммония аммонийных (сульфат аммония) и мочевины амидных азотных удобрений, являются предшественниками синтеза в объектах окружающей среды нитрозосоединений, большинство из которых обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. В почве постоянно присутствуют продукты разложения белковых веществ - амины и амиды, а также, при условии чрезмерного использования азотных удобрений, - нитраты и нитриты, из которых во время трансформации в почве могут образоваться нитрозамины и нитрозамиды (N-нитрозодиметиламин, N-нитрозодиэтиламин и др.). Нитрозосоединения могут синтезироваться в
5
фитомассе сельскохозяйственных растений при условии поступления в них избыточного количества нитратов

. Нитрозосоединения относительно стабильны в объектах окружающей среды, мало растворимы в воде и большинство из них высоколетучи. По экспертным оценкам, в организм человека с питьевой водой, продуктами питания, атмосферным воздухом может поступить до 5-10 мкг нитрозаминов в сутки. Нитрозосоединения нитрозамины и нитрозамиды могут образовываться в организме человека в результате эндогенного синтеза, достигая 7 мкг/сут. Большинство нитрозаминов и нитро-замидов являются сильными химическими канцерогенами. Некоторые нитрозосоединения (N-нитрозометилмочевина, N-нитрозоэтилмочевина) проникают через трансплацентарный барьер в организм плода, оказывая эмбриотоксическое и тератогенное действие.
Поступление в открытые (поверхностные) водоемы минеральных удобрений, содержащих азот и фосфор, обусловливает их эвтрофикацию (способствует размножению микрофитов и водных растений), стимулирует "цветение" водоемов, ухудшает органолептические свойства воды, разрушает водные биоценозы, нарушает процессы самоочищения водоемов и препятствует использованию их в качестве источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Значительную роль в загрязнении почвы играют фосфатные удобрения. Поглощенные почвой фосфаты малоподвижны и лишь 2% их вымывается из пахотного слоя. Поэтому при чрезмерном применении фосфатных удобрений в почве накапливается Р205 в таком количестве, которое способно тормозить процессы ее самоочищения. Кроме того, фосфаты с поверхностным стоком могут попадать в открытые водоемы и вызывать их эвтрофикацию. Гигиеническое значение имеет тот факт, что фосфатные удобрения содержат примеси фторсодержащих соединений (от 0,2 до 4%), железа, стронция, селена, мышьяка (не менее 0,006%), тяжелых металлов (не менее 0,008%), в
6
том числе кадмия (10-30 мг/кг), радионуклидов (урана, тория). Поэтому при несоблюдении гигиенических норм их применения они загрязняют почву, растения, воду подземных и поверхностных водоемов. Так, с фосфатными удобрениями в почву поступает фтор в количестве 8-20 кг/га; 0,1-0,4% его мигрирует в растения, 25% вымывается в открытые водоемы, а остальное количество накапливается в почве и мигрирует в подземные воды, иногда способствуя увеличению уровня фтора в грунтовых водах до 20 мг/л. Установлено, что при внесении в почву суперфосфата уровень кадмия в картофеле увеличивается в 4 раза по сравнению с контролем.
Калий, входящий в состав калийных удобрений, мигрирует из почвы в контактирующие среды чрезвычайно медленно, не оказывая негативного воздействия на почвенный биоценоз и способность почвы к самоочищению. Вместе с калийными удобрениями в почву поступают хлорида анионы. Если вносят 45-50 кг/га калийных удобрений (в перерасчете на К20), то вместе с ними поступает 30-35 кг/га хлорида аниона, что приводит к искусственному засолению почв. Накопление значительных количеств калия в почве может вызвать нарушение соотношения между калием и натрием в питьевой воде, пищевых продуктах и отрицательно повлиять на здоровье человека - вызвать нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы.
Минеральные микроудобрения вносят в почву в относительно небольших количествах (в 10-100 раз меньше, чем макроудобрений) для повышения ее плодородия. В их состав входят разнообразные микроэлементы. Самыми распространенными являются борные (0,5-1 кг/га), молибденовые, медные (10-15 кг/га), марганцевые (3-5 кг/га), цинковые (3-5 кг/га), кобальтовые (0,1-0,2 кг/га) и полимикроудобрения (ПМУ-7, ПМУ-8 и др.) При превышении норм расхода микроудобрений микроэлементы могут накапливаться в почве и растениях в избыточных количествах, оказывая отрицательное влияние на здоровье населения. В состав микроудобрений входит довольно много
7
свинца (от 0,3 до 1%), иногда - кадмия и мышьяка. Таким образом, при нерациональном использовании микроудобрений существует реальная угроза загрязнения почвы тяжелыми металлами
2.2. гербициды
Гербициды — химические вещества для уничтожения сорняков. Ими обрабатывают растущие сорняки или их всходы или вносят их в почву для уничтожения подземных вегетативных органов и семян сорняков.Различают гербициды наружного действия, вызывающие гибель только тех органов, на которые они попадают, и внутреннего действия, если они вызывают отмирание или поражение всего растения, распространяясь внутрь растений через его сосудистую систему. Разные растения обладают различной чувствительностью к отдельным химическим группам веществ. Поэтому различают гербициды общего действия (например, хлораты), убивающие все растения, и гербициды избирательного действия (селективные), которые при определённых дозировках уничтожают сорняки, но не повреждают те культуры, которые засоряются этими сорняками. Различная чувствительность разных растений к гербицидам зависит от размеров листовой поверхности, биохимических особенностей растений.
В целях борьбы с сорняками гербицид корневого действия может быть внесен в почву на глубину 5-10 см