|
2003 г. (прогноз) |
|
|
Отдаленная перспектива |
|
|||
|
|
|
Объем вод, |
|
Безвоз |
|
Объем вод, |
|
|
Безвозврат |
|
загрязнен |
|
Стоки |
загрязнен |
||
Водозабор |
Стоки |
Водозабор |
вратный |
|||||
ный расход |
ных |
ных |
||||||
|
|
|
расход |
|
||||
|
|
|
стоками |
|
|
стоками |
||
|
|
|
|
|
|
|||
480 |
160 |
320 |
990 |
1340 |
350 |
990 |
0 |
|
700 |
183 |
517 |
6100 |
400 |
400 |
0 |
0 |
|
200 |
63 |
137 |
400 |
_ |
_ |
_ |
_ |
|
500 |
120 |
380 |
5700 |
400 |
400 |
0 |
0 |
|
3952 |
3510 |
442 |
1470 |
4695 |
4423 |
272 |
750 |
|
3040 |
2610 |
430 |
1290 |
3250 |
3000 |
250 |
750 |
|
112 |
100 |
12 |
180 |
245 |
223 |
22 |
0 |
|
800 |
800 |
0 |
0 |
1200 |
1200 |
0 |
0 |
|
350 |
350 |
0 |
0 |
550 |
550 |
0 |
0 |
|
ПО |
45 |
65 |
0 |
175 |
85 |
90 |
0 |
|
5660 |
4300 |
1300 |
8500 |
7200 |
5800 |
1400 |
750 |
|
тратилось 2500-2800 км3 чистых вод и значительная часть (около 600 км3) очищенных и разбавленных стоков бытового сектора и некоторых про мышленных производств. По ориентировочным подсчетам около 1900 км3 испарялось с поверхности поливочных земель, 500 км3 дренировалось в под земные горизонты. Таким образом, в отличие от промышленности исполь зование вод для орошения резко увеличивает безвозвратные потери на не продуктивное испарение с поверхности поливных земель и создает стоки в виде ирригационных или возвратных вод, которые трудно уловить, очи стить и вновь использовать. В то же время их объем огромен, они насыще ны биофильными (азот, фосфор) и другими легкорастворимыми соединени ями, за счет которых растет минерализация вод, что, в свою очередь, может служить причиной вторичного засоления почв и их деградации, эвтрофика ции* водоемов.
Острую проблему представляют стоки животноводческих ферм. Хотя их общий объем в мировом водопотреблении на нужды сельского хозяйства невелик, они чрезвычайно перегружены органическими соединениями, тру дно восстанавливаются и вызывают особенно быстро эвтрофикацию водо емов. Кратность их разбавления после прохождения через очистные систе мы должна составлять 1:30.
Деградация водных объектов. Потребление пресной воды в мире за по следние 50 лет выросло с 1060 до 4130 км3/год. В Российской Федерации за бор воды вырос с 110 км3/год (1981 г.) до 117 км3/год (1991 г.), что состав ляет 2,7% среднего многолетнего стока (4300 км3) и 2,8% мирового стока,
что соответствует среднемировому значению (население России 2,7% миро вого). Из забираемой воды на промышленность приходится 53%, на ороше ние - 16%, на хозяйственно-питьевые нужды - 15%, сельское водоснабже
ние —4% (12% —прочие).
Основные факторы, способствующие деградации водных объектов:
- гидроэлектростанции. Водохранилища меняют водный режим, сильно влияют на земельный покров [из общей площади водного зеркала водохра нилищ России - 15 млн га (1% всей территории страны) - 60-70% - затоп ленные земли];
-смыв с сельскохозяйственных территорий. Точные данные отсутству ют, но считается, что в водоемы смывается более 50% удобрений и ядохими катов. Особенно опасны в этом отношении животноводческие комплексы;
-сухие и мокрые выделения из атмосферы - соединения серы, аммоний
ный азот, тяжелые металлы, летучая зола и др.; - деградация подземных вод - снижение уровня при заборе воды, вскры
тие подземных вод при строительстве шахт и т.д.
В.И. Данилов-Данильян совершенно справедливо отмечает, что “мас штабы и темпы деградации природных вод России намного выше, чем дру гих природных сред... Мокрые сельскохозяйственные технологии, произ водство пищевых продуктов, источники пищевого водоснабжения и сама питьевая вода стали теми каналами, по которым загрязнители, в том числе токсичные, попадают в организм человека, который и сам организован на основе мокрых технологий”.
2.2.3.1.ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Антропогенная деятельность оказывает влияние на протекание хими ческих процессов в биосфере. В XX в. эта деятельность приобрела такой масштаб, что изменение природных процессов стало сказываться на осно вополагающих для поддержания жизни в биосфере объектах: состоянии климата, составе атмосферы и гидросферы и пр. Становится все более яс ным, что накладывание антропогенной химической нагрузки на естест венные химические процессы в биосфере обусловливает столь серьезные изменения в форме и содержании механизмов поддержания жизни на Зе мле, что без контроля и управления антропологической нагрузкой ход хи мических процессов в биосфере может быть безвозвратно нарушен. Мож но утверждать, что химической составляющей биосферного ресурса, ко торую мы впредь будем обозначать как “химический подресурс”, необхо димо особое внимание.
Изучение антропогенного химического воздействия требует прежде все го глубокого знания природных химических процессов. Для многих людей понятие “химия окружающей среды” полностью ассоциируется с понятием “загрязнение” Это весьма ограниченный взгляд. Предметом изучения но вой науки, получившей название “химия окружающей среды”, является хи мизм природных процессов в условиях возрастающей антропогенной хими ческой нагрузки.
2.2.З.1.1. Как сформировался современный химический состав природной среды на Земле
Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сделать неболь шое отступление о происхождении химических элементов и веществ.
Как предполагает современная наука, во Вселенной, образовавшейся 15-20 млрд лет назад в результате так называемого “Большого взрыва”, не бы ло химических элементов, а лишь элементарные частицы - протоны, электро ны, у-кванты (высокоэнергетические фотоны) и некоторые другие, которые до нашего времени не дожили. Под действием сил тяготения облака разряженно го газа этих частиц начали сжиматься. Этому сжатию ничто не препятствова ло, пока в образовавшихся сгущениях (протозвездах) плотность не достигла значений около 102 г/см3, а температура - около 107 К (повышение температу ры происходило вследствие перехода гравитационной энергии сжатия в тепло вую). В этих условиях протоны приобретали достаточную скорость, чтобы пре одолеть барьер электростатического отталкивания и сблизиться на сверхма лые расстояния, при которых вступают в действие ядерные силы. Поэтому на протозвездах начали происходить реакции ядерного синтеза:
р + р ^ ( р , n ) + е+ + V ,
где р - протон, п - нейтрон, е+ - позитрон (положительно заряженный элек трон); v - нейтрино.
Образовавшиеся составные частицы - дейтроны, т.е. ядра тяжелого изо топа водорода - дейтерия - присоединяли к себе еще один протон, образуя ядра легкого изотопа гелия - Не3
(р, п) + р -» Не3 + у,
где у - у-квант.
Далее реакции ядерного синтеза, как предполагают, развивались по сле дующему сценарию:
Не3 + Не3 -> Не4 + 2р, где Не4 - ядро стабильного изотопа гелия,
Не4 + Не3 -> Be7
и далее до изотопов Li, В, Be.
Пока происходили эти ядерные реакции, дальнейшее сжатие звезды бы ло невозможно, так как ему противодействовало давление излучения, рож дающегося при ядерных процессах. По мере “выгорания” протонов (ядер атомов водорода) давление внутри звезды уменьшалось, и она начинала вновь сжиматься, что вызывало рост плотности и температуры. При плот ности 105 г/см3 и температуре 108 К стали возможны столкновения более тя желых частиц и синтез следующих элементов:
Не4 + Не4 -» Be8 + у, Be8 + Не4 -» С12 + у, С12 + Не4 -» О16 + у, О16 + Не4 -> Ne20 + у.
Когда исчерпывались частицы для этих реакций, продолжалось сжатие, и при плотностях 106 г/см3 и температурах около 109 К происходило образо-
7. Ю.СЮсфин |
97 |
вание ядер следующих элементов в процессах так называемого углеродно азотного цикла:
С12 + Не4 -» N14 + (р, п),
С12 + С12 —» Mg24 + у.
N14 + N14 -> Si28 + у,
О16 + О16 —> S32 + у.
Новое сжатие с достижением плотности 3 • 106 г/см3 и температуры 3 • 109 К и новая цепочка реакции:
Si28 + Si28 -» (Со, Fe, Ni)
с образованием металлов железной группы. Реакции между другими ядрами приводили к образованию всех остальных элементов, занимающих позиции между серой и группой железа.
На более поздних этапах сжатия образовывались более тяжелые эле менты, вплоть до занимающих последние позиции радиоактивных актиния, тория и урана. Эти ядра самопроизвольно распадаются, поэтому только не значительная часть из них просуществовала до нашего времени.
Дальнейшее развитие звезд приводило к гигантским взрывам (сверхно вые и новые звезды), звездное вещество в огромных количествах выбрасы валось в пространство, образовывая облака космического газа и пыли. В этих облаках содержались практически все химические элементы, синтези рованные в результате ядерных реакций в недрах звезд.
Пылевые и газовые облака, вращавшиеся вокруг звезд, постепенно сгу щались, распадаясь на отдельные фрагменты, которые под действием тех же самых гравитационных сил уплотнялись и со временем приобретали сфери ческую, характерную для планет форму. Массы протопланет значительно уступали массе центральной звезды, вокруг которой они вращались, поэто му при сжатии вещества не происходили ядерные реакции - плотности и тем пературы были недостаточны. Однако химические реакции между элемента ми, имеющимися в составе протопланет, происходить могли. И они действи тельно происходили, при этом образовывались химические вещества: окси ды, силикаты, сульфиды, сульфаты и другие более сложные соединения, ко торые широко представлены в веществе нашей планеты и в настоящее вре мя. Считается, что температура на Земле в результате сжатия составляла примерно 2000-3000 °С, т.е. все соединения, образовавшиеся к этому момен ту, находились в расплавленном состоянии. Расплав начал расслаиваться: бо лее плотная и тяжелая его часть, содержащая в основном расплавленные ме таллы - Fe, Ni и т.д., оказалась ближе всего к центру и образовала ядро; бо лее легкая часть, представленная в основном силикатами, окружала ядро 2500-километровым слоем; самая верхняя тонкая (несколько сотен километ ров) оболочка (литосфера) имела наименьшую плотность и содержала алю мосиликаты и другие химические соединения, включающие элементы с не большим атомным весом. Время этих процессов на Земле относят к 4,5-4 млрд лет назад. За последующие несколько сотен миллионов лет по верхность планеты остыла и образовалась хрупкая и очень твердая оболоч ка - земная кора. Температура на поверхности земной коры приблизилась к современной. В результате активной вулканической и тектонической дея-