Реферат: Глобальные перспективы антропогенных вмешательств в естественное распределение микроэлементов

Министерство сельского хозяйства РФ

Департамент научно-технологической политики и образования

ФГБОУ ВО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова»

Реферат

Глобальные перспективы антропогенных вмешательств в естественное распределение микроэлементов

Выполнила Алескерова Е.Н.

Проверила к.п.н., доцент Гармаева С.И.

Улан-Удэ 2017

Содержание

1. Глобальные перспективы антропогенных вмешательств в естественное распределение микроэлементов. Входы промышленной эпохи микроэлементов в педосферу

1.1 Промышленная эпоха ежегодное мировое производство микроэлементов

Заключение

Библиографический список

1. Глобальные перспективы антропогенных вмешательств в естественное распределение микроэлементов. Входы промышленной эпохи микроэлементов в педосферу

1.1 Промышленная эпоха ежегодное мировое производство микроэлементов

загрязнение микроэлемент экологический антропогенный

Выбраны восемь микроэлементов, представляющих наибольший экологический интерес: мышьяк (As), ртуть (Hg), свинец (Pb), кадмий (Cd), хром (Cr), никель (Ni), медь (Cu) и цинк (Zn ). Эти восемь микроэлементов будут обсуждаться в этой главе в порядке их производства и степени экологической озабоченности, как указано выше. Из них известно, что медь и свинец являются самыми ранними металлами, используемыми людьми. Свинец использовался человечеством, по крайней мере, 5000 лет назад (Settle and Patterson, 1980; Adriano, 1986). Производство этих восьми элементов значительно возросло с начала индустриальной эпохи в 1850-х годах (табл. 1.1.).

Таблица 1.1. - Годовой объем промышленного производства отдельных микроэлементов и тяжелых металлов в глобальном промышленном веке в 1880, 1900, 1950, 1990 и 2000 гг. (Млн. Тонн) (Данные, извлеченные из Han et al., 2002a, 2003b)

Сначала мы реконструируем годовые темпы производства и со временем меняем функции производства, начиная с индустриальной эпохи и до настоящего времени (1850-2000). Записи мирового годового объема добычи рудника и ртути датируются 1900 годом для цинка, меди и свинца с 1915 по 1920 год, а для хрома и никеля - с 1930 года. В следующем разделе будет представлена и обсуждена совокупная добыча за весь период. Реконструкция расчетного совокупного производства металлов в промышленном веке проводилась на основе производственных функций, соответствующих годовым данным о производстве. Данные о производстве глобальных микроэлементов были собраны у Адриано (1986), Келли и др. (2002), Войтинским и Войтинским (1953), американским министерством внутренних дел (1978-1980 годы), министерством внутренних дел США и геологической службой США (1994-2000 годы). Производство хрома рассчитывали исходя из производства хромита с учетом средней концентрации 27,03% Cr. Данные по кадмию до 1963 г. были получены из мирового годового производства цинка (кадмий главным образом в качестве побочного продукта цинковой руды и принимал 0,37% цинка (Adriano 1986)). Поскольку выбросы от угольных электростанций представляют собой один из крупнейших источников выбросов ртути в атмосферу (Lindqvist et al., 1991; Nriagu and Pacyna, 1988), также рассчитывается выброс ртути из глобального потребления угля. Среднюю концентрацию 0,17 мг ртути кг-1 в угле использовали для расчета вклада ртути в мировой рекорд по добыче угля (Bragg et al., 1998, Department of Interior и US Geol. Survey, 2002).

Мышьяк (As): Мышьяк становится все более важной экологической проблемой из-за его потенциальных канцерогенных свойств (Goyer et al., 1995). Как природные, так и антропогенные источники As представляют угрозу для здоровья человека и глобальной сельскохозяйственной и социальной устойчивости (Adriano, 1986). Многие развивающиеся страны в Южной и Юго-Восточной Азии, а также в Центральной и Южной Америке (Бангладеш, Индия, Камбоджа, Таиланд, Вьетнам, Китай, Пакистан, Аргентина, Бразилия, Чили и Мексика) И сильная токсичность мышьяка у человека и домашнего скота. Во всем мире миллионы людей подвержены риску рака, вызванного As, и других заболеваний, связанных с мышьяком. В последнее время Агентство по охране окружающей среды США (USEPA) объявило о снижении допустимого стандарта для питьевой воды с 50 до 10 мкг L-1 (USEPA, 2002a). Соответствие этому стандартному уровню требует применения высокоэффективных технологий очистки, а также ограничения источников загрязнения. Тем не менее, As сильно диспергирован во время добычи, плавки, переработки, переработки, утилизации отходов в промышленности и промышленности по борьбе с вредителями и применения, как в сельском хозяйстве, так и в лесном хозяйстве (Han et al., 2003b, Loebenstein, 1994). Nriagu и Pacyna (1988) оценили загрязнение воздуха, воды и почв следами металлов, основанными на известных путях. Совсем недавно Matschullat (2000) рассмотрел как циклы и потоки в геосфере и прилегающих средах окружающей среды. Освобождение As от недр путем добычи подземных вод и из других природных источников As действительно представляют собой острую угрозу для здоровья людей во всем мире, особенно в Бангладеш, Индии и Европе. Естественные входы в мировые почвы являются важными источниками мышьяка, которые, как сообщается, в 1,5 раза больше антропогенного происхождения (Matschullat, 2000). Тем не менее, обсуждение входов натурального As выходит за рамки данной главы, в которой основное внимание уделяется. Однако обсуждение входов натурального As выходит за рамки данной главы, которая фокусируется на антропогенных источниках As.

Рисунок 1.1. - Измеренный и подогнанный глобальный годовой промышленный возраст как производство. A) путем добычи; (Б) выделяется при сжигании угля; (В) выделяется при сжигании нефти; И d) валовой годовой выброс в окружающую среду (см. Пояснения в тексте) (после Han et al., 2003b). Перепечатано из Naturwissenschaften, 90, Han FX, Su Y., Monts DL, Plodinec MJ, Banin A., Triplett GB, Оценка глобального промышленного антропогенного загрязнения мышьяком, pp 396-397, Copyright (2003), с любезного разрешения Springer Science and Business Media)

Самые ранние записи мирового годового отчета As добыча из горных работ датируется 1900 г. (Kelly et al., 2002) (рис.1.1.a). Мировая добыча As из горного дела резко увеличилась с 1900 по 1930 год. Изменение производства описывается экспоненциальным уравнением наилучшего соответствия: Y = 63,66 e 0,083 X, где Y является мировым годовым. Поскольку добыча руды в тоннах и X - это число лет с 1849 года (R2 = 0,846, значимость при уровне вероятности 5%). С 1850 по 1900 год и между 1906 и 1909 годами измеренные записи отсутствовали, и они оценивались путем экстраполяции и интерполяции соответственно, используя экспоненциальное уравнение, полученное для данных между 1900 и 1930 годами (рис.1.1.a). После 1930-х годов мировая добыча значительно изменилась и, как общая тенденция, уменьшилась (рис.1.1.a). Это может быть связано с уменьшением сельскохозяйственного использования As в качестве пестицида, который достиг своего пика в 1940-х годах и составлял более 90% от потребления мышьяка (Loebenstein, 1994). Тем не менее, мировое производство As в 2000 году в 4,5 раза больше, чем за 1900 год (рис. 1.1.a).

Большинство из них было получено и извлечено из дымовой пыли, шпата и шлама, связанных с выплавкой медных, свинцовых, золотых и серебряных руд, содержащих As (Loebenstein, 1994). Поскольку As является побочным продуктом добычи и переработки цветных металлов, оценки мировых объемов производства характеризуются высокой степенью неопределенности (Loebenstein, 1994) по сравнению с тяжелыми металлами. Исходя из предположения, что примерно 6,5 кг на тонну меди (Edelstein, 1985) и расчетное суммарное накопление постиндустриального возраста в мировом производстве меди (Han et al., 2002a), альтернативный накопительный постиндустриальный возраст As производства до 2000 года оценивается примерно в 3,0 млн. Тонн. Эта оценка на основе Cu (3,0 млн. Тонн) находится в отличном согласии с общим кумулятивным объемом добычи As (3,3 млн. Тонн), основанным главным образом на оценках, сделанных в Бюро горнорудной промышленности США, и на модели, рассмотренной выше.

Другие крупные антропогенные источники As в окружающей среде, от сжигания угля (Nriagu and Pacyna, 1988) и нефти. Мышьяк испаряется из обожженного угля, но может быть сконденсирован вниз по течению в тонкодисперсных материалах (Clarke and Sloss, 1992). Поскольку ранние мировые записи по добыче угля не являются непрерывными (Woytinsky and Woytinsky, 1953, United Nations, 1976, 1978, Energy Information Administration, 2001, 1999), три наиболее подходящих показательных уравнения (Y = 93,35 e 0,0421X, R2 = 0,988; Y = 473,76 e 00131X, R2 = 0,897, Y = 16,35 e 00407X, R2 = 0,844, где Y - объем производства в тоннах, а X - число лет с 1849 года), были использованы для оценки годового производства угля в мире, когда он отсутствовал: за 1850-1910 годы, 1911-1975 годы и 1976-1990 годы, соответственно. Концентрация мышьяка в угле варьируется в широких пределах от 0,3 до 93 мг кг-1 (Bowen, 1979) или от 0,34 до 130 мг кг-1 (Piver, 1983). Некоторые угли из Европы, Нового Южного Уэльса, Новой Зеландии и США содержат от следов до 200 мг кг-1 (Baur and Onishi, 1969). Некоторые угли из Китая даже имеют несколько тысяч мг в кг-1. Ежегодные вклады As были оценены от добычи угля во всем мире (рис.1.1. (b)), считая, что средняя концентрация As в мировом угле составляет 5 мг кг-1 (Bowen, 1979).

Нефть была известна в Азии и на Кавказе еще до христианской эры. Однако коммерческое производство началось только в 1857 году в Румынии и в Соединенных Штатах до 1859 года (Войтинский и Войтинский, 1953). Мировая добыча нефти экспоненциально возросла с 1950-х годов. Поскольку концентрация в нефти относительно низкая, она колеблется от 0,0024 до 1,63 мг / кг (Pacyna, 1987). Среднюю концентрацию As 0,26 мг кг-1 (Bowen, 1979) использовали для оценки вклада As в выбросы в окружающую среду в результате сжигания нефти (рис. 1.1. (c)).

Мировой годовой вынос за счет угля и нефти составлял 80-86% относительно низкого мирового валового производства как в 1850-х годах. Когда в 1900-1930 гг. объем добычи мышьяка резко увеличился, доля поступлений от ископаемого топлива уменьшилась и достигла 10-15% от общей суммы в 1925-1945 гг., а затем в 2000 г. увеличилась до 46% (рис. 1.2.а). Обратите внимание, что мышьяк, образующийся из нефти, составлял менее 6% от общего количества, как от угля, так и от нефти. Объемы производства мышьяка в горнодобывающей промышленности и в мировой угольной и нефтяной промышленности достигли в 2000 году 51,8 тыс. Тонн, что в 5,2 раза больше, чем в 1900 году (рис. 1.1. (d), табл. 1.1.). Возможно, между прочим, эта оценка очень похожа на нижнюю границу ежегодного всемирного выброса As в почву (52 x 106 кг в год в 1988 г.), оцененная Nriagu и Pacyna (1988) путем суммирования в качестве вкладов от различных известных путей. При полной диссипации общей суммы As антропогенно произведенный до 2000 года, среднегодовая скорость диссипации As в педосфере в индустриальном возрасте составляет 26,5х106 кг в год, что близко к предыдущей оценке антропогенной эмиссии As (23,6-28x106 кг в год) (Hutchinson and Meema, 1987; Chilvers and Peterson, 1987) и антропогенных факторов в педосфере (28,4 x 10 6 кг в год, Matschullat, 2000). Педосфера, как сфера, взаимодействующая между литосферой, атмосферой и гидросферой, - это место, где живут, прежде всего, люди. Тем не менее, общий вклад As в почву (94 x 106 кг в год), оцененный Нриагу и Пасиной (1988 год), выше, чем оценки, представленные здесь с использованием подхода, основанного на источниках. Это несоответствие может быть обусловлено другими природными источниками, как обсуждалось выше, что не рассматривается здесь.

Ртуть (Hg): ртуть используется в течение последних 2500 лет благодаря уникальным химическим и физическим свойствам. Ртуть выделяется в окружающую среду в значительных количествах, как естественными процессами, так и антропогенной деятельностью, и доказано, что она является мощным нейротоксином и глобальным ядовитым загрязнителем. Ртуть использовалась во многих промышленных процессах и коммерческих продуктах, включая лабораторное оборудование для измерения температуры и давления, электроды, ультрафиолетовые лампы, диффузионные насосы, стоматологические препараты, батареи, взрывчатые вещества, катализаторы и восстановление драгоценных металлов путем слияния. Ртуть также широко используется в антисептиках, слимицидах, фунгицидах и необрастающих красках. Он широко распространен в окружающей среде. Большой вклад Hg в окружающую среду привел к повсеместному появлению Hg во всей пищевой цепи (Adriano, 2001).

Рисунок 1.2. - (A) Проценты годовых и кумулятивных сумм, полученных от мировой угольной и нефтяной промышленности по всему глобальному валовому производству. (Б) Проценты годовых и кумулятивных процентов, полученных от мировой нефтяной промышленности за Аs, полученные как из угольной, так и из нефтяной промышленности (после Han et al., 2003b). Перепечатано из Naturwissenschaften, 90, Han FX, Su Y., Monts DL, Plodinec MJ, Banin A., Triplett GB, Оценка глобального промышленного антропогенного загрязнения мышьяком, pp 396-398, Copyright (2003), с любезного разрешения Springer Science and Business Media)

Рисунок 1.3. - Измеренное и установленное глобальное годовое промышленное производство ртутного рудника и производство ртути из мировой угольной промышленности (по данным Han et al., 2002a). Перепечатано из Naturwissenschaften, 89, Han FX, Banin A., Su Y., Monts DL, Plodinec MJ, Kingery WL, Triplett GB, Индустриальный возраст антропогенного вклада тяжелых металлов в педосферу, p 500, Copyright (2002), с любезного разрешения Springer Science and Business Media)

Было подсчитано, что ежегодный антропогенный вклад ртути в окружающую среду достигает 6х106 кг / год (Nriagu and Pacyna, 1988). Антропогенная эмиссия ртути находится в диапазоне 50-75% общего годового выброса ртути в атмосферу (Ebinghaus et al., 1999; Fitzgerald, 1995). Объединив как антропогенные источники, так и природные источники, в атмосферу было выпущено в общей сложности около 741х106 кг ртути, 118х106 кг, выпущенных в воду, и 806х106 кг, выпущенных в почву (Nriagu, 1979, 1991). Горно-обогатительные работы составляют 12% глобальных антропогенных выбросов ртути в воздух (Van Horn, 1975). За последние 100 лет атмосферная загрузка Hg увеличилась в три раза (Fitzgerald, 1995).

Переносимость ртути на большие расстояния от сжигания ископаемого топлива и сжигание твердых отходов привела к повышению Hg в пресной воде и биоте. Согласно оценкам, в Соединенных Штатах сжигание ископаемых видов топлива для выработки электроэнергии составляет около 30% общего выброса ртути в атмосферу (Harriss and Hohenemser, 1978). Каждое третье озеро в Соединенных Штатах и ??почти одна четверть рек страны содержат различные загрязнители, включая Hg (CNN, 2004). Сорок штатов в США выпустили рекомендации для метилртути на отобранных водоемах, а 13 штатов располагают рекомендациями для всего или всех видов спортивной рыбы из рек или озер (USGS, 2000). Рекомендации по потреблению рыбы для метилртути составляют более трех четвертей всех рекомендаций по потреблению рыбы.

Воздействие ртути может нанести серьезный вред здоровью человека, в больших дозах оно может даже оказаться фатальным. Токсичность ртути обычно связана с почками и/или расстройствами нервной системы (центральная нервная система и нейроповеденческие изменения). Загрязнение ртутью было обнаружено в более чем 70 федеральных участках с загрязненными ртутью отходами.