Элементов и пестицидов

В метаболических процессах живых организмов принимают участие различные катионы. Содержащиеся в довольно значительных количествах калий, натрий, кальций, магний относятся к категории макроэлементов. Другие содержатся в малых количествах (миллионные доли сухого вещества), но тем не менее жизненно необходимы. Это катионы железа, цинка, меди, марганца и др., относимые к микроэлементам.

Главным источником биогенных катионов на суше служит почва, в которую они поступают в процессах разрушения горных пород. Через корневую систему они попадают в растения, а в составе растительных тканей – в организмы растительноядных животных и высшие звенья пищевых целей. Минерализация экстрементов и мертвых организмов возвращает биогенные элементы в почву и делает их доступными для включения в повторный круговорот.

Этот простой цикл нарушается выносом биогенных элементов с поверхностным стоком в реки и, наконец, в моря (соли кальция и магния). Выщелачивание дождевыми водами приводит к ослаблению корневых систем растений. Особенно заметно этот процесс проявляется во влажном климате; в умеренной зоне это приводит к оподзоливанию почв. В сельском хозяйстве вынос биогенных элементов при уборке урожая неизбежен; компенсация его внесением органических и минеральных удобрений решает проблему лишь частично.

Второстепенные элементы - это элементы, которые не представляют особой ценности для организма. Есть элементы, которые не будучи биогенными, могут концентрироваться в тканях живых организмов и при достижении определенных концентраций становятся опасными для жизнедеятельности.

Одним из таких элементов является Sr-90. При изучении осадочного цикла установлено, что около 7% всего осадочного материала, стекающего вниз по рекам, составляет кальций, а на каждую тысячу атомов кальция приходится 2-4 атома стронция. Одним из продуктов расщепления ядер урана является Sr-90, который имеет длительный период полураспада и, попав в биосферу, может участвовать в круговороте. Его источники – ядерные взрывы и АЭС. Стронций вместе с кальцием мигрирует по пищевым цепям и, попав в организм, контактирует с кровью и накапливается в костных тканях до опасных концентраций.

Другой опасный продукт деления атомного ядра – радиоактивный изотоп цезий – Cs-137, обладающий канцерогенными свойствами. По своим свойствам Cs-137 близок к калию и поэтому способен вместе с последним циркулировать по пищевым целям.

Еще один пример элемента, который загрязняет окружающую среду исключительно благодаря промышленной деятельности человека – ртуть. Особенно опасны для живых организмов органические производные ртути – метил- и диметилртуть. В круговороте ртути эти соединения образуются благодаря деятельности микроорганизмов, способных инициировать процесс метилирования металлической ртути.

Круговорот пестицидов в настоящее время также приобрел глобальный характер. В зависимости от условий применения этих токсинов некоторое их количество испаряется и переносится в виде аэрозолей на значительные расстояния. При попадании на растения не все пестициды включаются в метаболизм. Большая их часть попадает в почву. Значительная часть внесенных пестицидов может сорбироваться почвой и под воздействием водно-эрозийных процессов попадает в гидрографическую сеть, достигая морей и океанов, где накапливается в живых организмах. Пестициды, которые при попадании на растения включаются в метаболизм, после разложения растительных остатков могут включаться в различные биогеохимические циклы.

Таким образом, круговорот пестицидов в некоторой степени связан с атмосферой и осадочным циклом. В круговороте принимают участие только те пестициды, которые имеют большой период разложения (хлорорганические, ртутьсодержащие). Поэтому в настоящее время для предотвращения накопления пестицидов в природной среде запрещено производство и применение пестицидов, стойких к разложению.

6.8. Ресурсный цикл как антропогенный

круговорот вещества

Для того чтобы создать необходимую продукцию, получить энергию, сырье, человек находит и добывает природные ресурсы, перевозит их к местам переработки, производит из них предметы, которые в итоге поступает в пользование или в виде средств производства или в виде готовых изделий. Таким образом, человек вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл.

Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ на всех этапах использования его человеком. Слово „цикл” предполагает замкнутость процесса. Однако, ресурсный цикл, который иногда называют антропогенным круговоротом вещества, фактически незамкнут, т.к. использованные ресурсы не возвращаются в места изъятия.

На каждом этапе ресурсного цикла (добыча, заготовка, транспортировка, переработка) неизбежны потери вследствие либо особенностей технологии, либо субъективных причин, При добыче часть сырья остается в местах залегания, а в отвалы идет так называемая „пустая порода”. Если ресурс (например, каменный уголь) используется как топливо, то при его сгорании образуется большое количество золы, шлаков, оксидов, выбрасываемых в атмосферу или отвалы на поверхность Земли (например, терриконы, открытые карьеры).

Таким образом, получается, что загрязнение среды образуют... природные ресурсы. Не случайно существует афоризм: загрязнение среды – это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте. Не умея пока использовать ресурсы полностью или многократно, человек вынужден добывать и перерабатывать в убыстряющемся темпе все новые и новые их порции, создавая проблему их же исчерпаемости.

К природным ресурсам относятся все материальные и энергетические ресурсы, используемые человеком для создания материальных и культурных потребностей общества. По степени истощаемости ресурсы делятся на неисчерпаемые (солнечная энергия, морские приливы, ветер, текущая вода, атмосфера) и исчерпаемые, - ресурсы, количество которых неуклонно уменьшается по мере их добычи или изъятия из природной среды. Последние в свою очередь подразделяются на возобновимые (воздух, вода, почва, растительность, животный мир, биосфера, наконец, сам человек) и невозобновимые (горные материалы, руды, минералы, осадочные породы, ископаемое топливо).

Минеральные ресурсы, почти все виды которых относятся к практически невозобновимым, современной горной промышленностью используются далеко не полностью. В большинстве стран остается в недрах или выбрасывается в отвалы 12-15% руд черных и цветных металлов. Так называемые плановые потери каменного угля составляют 40%, нефти – в среднем 56%. При разработке полиметаллических руд из них, как правило, извлекаются 2-3 металла, которые в настоящий момент особенно нужны, а остальные сопутствующие металлы выбрасываются вместе с породой. Из общего объема тяжелых металлов, добытых из природных источников, попадают в биосферу, %: селена – более 90, кадмия – 60, ртути – 55, титана, алюминия, сурьмы, молибдена и свинца – более 30. При добыче калийных солей и слюды в отвалах остается до 80% сырья.

Считается, что на всех этапах ресурсного цикла в окружающей среде рассеивается в среднем около 90 % добываемого сырья. При этом темпы прироста объема образующихся отходов составляют в настоящее время 5 – 10 % в год.

На каждую тонну производимого калийного удобрения образуется 3 – 4 т галитовых отходов, в основном содержащих хлорид натрия. На каждую тонну экстракционной фосфорной кислоты получается 4 – 5,5 т отходов в виде фосфогипса. Количество отходов на каждую тонну добываемого сырья составляет: нефть – 1, железная руда – 6, угля – 7, бокситы – 7 т.

Проблема исчерпаемости природных ресурсов с каждым годом приобретает все большую актуальность. Это связано как с осознанием факта их ограниченности, так и с интенсивно увеличивающимся потреблением. Темпы роста потребления ресурсов примерно в 10 раз превышают темпы роста численности населения. И хотя человечество на протяжении всей своей истории сталкивается с ограниченностью природных ресурсов, оно до сих пор не осознало последствий их бесконтрольного использования. Так, ископаемое топливо при современных объемах энергопотребления, по разным оценкам, в среднем иссякнет через 150-160 лет, в том числе: нефть – через 80-90 лет, природный газ через 100-140, уголь – через 400-500 лет.

Прогнозные данные по срокам исчерпания других природных ресурсов выглядят следующим образом. Запасов железной, марганцевой и хромовых руд, фосфатного сырья должно хватить еще на 100-300 лет, запасов полиметаллических руд, содержащих никель, медь, свинец, цинк, олово, вольфрам, кобальт, молибден – на 30-60 лет, запасов асбеста, сурьмы, ртути – на 10-15 лет.

По данным ООН, ресурсы 18 важнейших минералов оказалось на грани полного исчерпания, даже в условиях введения рециркуляции и обновления. Среди них – золото, ртуть, свинец, олово, цинк, вольфрам.

В настоящее время усилия ученых направлены на то, чтобы сделать ресурсный цикл замкнутым, т.е. с одной стороны, разрабатываются и совершенствуются высокоэффективные процессы, связанные с рациональным использованием и комплексной переработкой минеральных ресурсов, а с другой – обусловливается возвращение их в измененном виде в производство для повторного и неоднократного использования.

Повторное использование материальных ресурсов (рециркуляция) имеет исключительно большое значение с точки зрения сохранения или продления времени эксплуатации важнейших мировых запасов руд (исчерпаемых ресурсов). Так, в случае рециркуляции 50% металлов из сферы потребления в сферу производства обеспеченность важнейшими металлами (в частности, железом, алюминием, медью, хромом, титаном, молибденом) возрастает в 3-3,5 раза, а при 95-98%-ной степени рециркуляции – в 5-6 раз.