|
| |
Самарский государственный аэрокосмический университет
Кафедра химии
Доклад по экологии
на тему:
Проблема загрязнения Мирового океана
выполнил студент группы 525 Харчев В.В.
преподаватель: Мальчиков Т.К.
Самара 1997
Содержание
1. Нефть и нефтепродукты
2. Пестициды
3. Синтетические поверхностно-активные вещества.
4. Соединения с канцерогенными свойствами.
5. Тяжелые металлы.
6. Сброс отходов в море с целю захоронения (дампинг).
7. Тепловое загрязнение.
Нефть и нефтепродукты
Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый
цвет и обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из
насыщенных алифвтических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты
нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:
1. Парафины (алкены). . (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества,
молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие
парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.
2. Циклопарафины. . ( 30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические
соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в
нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти
соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.
3. Ароматические углеводороды. . (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные
циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода
меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в
виде одинарного кольца ( бензол, толуол, ксилол) , затем бициклические
( нафталин) , полуциклические ( пирен).
4. Олефины (алкены). . - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические
соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в
молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.
Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими
веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало
около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи. Наибольшие потери
нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив
за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает
присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. В период за
1962-79 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т.
нефти. За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в
Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин
оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. т. нефти.
Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.
Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн. т. /год . Со стоками
промышленности ежегодно попадает 0, 5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду,
нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По
цвету пленки можно определить ее толщину:
Внешний вид Толщина,мкм Количество нефти, л./кв. км.
Едва заметна 0.038 44
Серебристый отблеск 0.76 88
Следы окраски 0.152 176
Ярко окрашенные разводы 0.303 352
Тускло окрашенные 1.016 1170
Темно окрашенные 2.032 2310
Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду
света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 11-10% (280
нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм 0полностью полностью поглощает
инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов:
прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные
капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей,
содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть
образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности,
переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
Пестициды
Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для
борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие
группы:
1. инсектициды для борьбы с вредными насекомыми,
2. фунгициды и бактерициды - для борьбы с бактериальными болезнями растений,
3. гербициды против сорных растений.
Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным
организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит
проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим
(экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5
млн. т. пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1, 5 млн. т. этих веществ
уже вошло в состав наземных и морских экосистем золовым и водным путем.
Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого
количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще
других встречаются представители инсектицидов, фунгецидов и гербицидов.
Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлороорганические,
фосфороорганические и карбонаты.
Хлороорганические инсектициды получают путем хлороирования ароматических и
гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его производные, в
молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном
присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиена
(элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и
очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются
полихлорбифенилы - производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210
гомологов и изомеров. За последние 40 0лет использовано более 1, 2 млн. т.
полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов,
конденсаторов. Полихлорбифенилы ( ПХБ) попадают в окружающую среду в результате
сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках.
Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными
осадками выпадают во все районах земнего шара. Так в пробах снега, взятых в
Антарктиде, содержание ПБХ составило 0, 03 - 1, 2 кг. /л.
Синтетические поверхностно-активные вещества.
Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное
натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств ( СМС), широко
применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в
материковые воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых
растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных
организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты,
пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В
зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на
анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не
образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются
анионоактивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в
мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с
использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение
продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения
нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском
хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.
Соединения с канцерогенными свойствами.
Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие
трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные
(нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в
организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к
ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и
изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными
свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и
особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). . Максимальное
количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км
массы сухого вещества) 0обнаружено в тентонически активных зонах, подверженным
глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в
окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных
материалов, древесины и топлива.
Тяжелые металлы.
Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк, ) относятся к числу
распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются
в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные
мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах
довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через
атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть
переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании
осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3, 5 тыс. т. ртути. В составе
атмосферной пыли содержится около 121тыс. т. 0ртути, причем значительная часть -
антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства
этого металла ( 910 тыс. т. /год) различными путями попадает в океан. В районах,
загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях
сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в
высокотоксичную метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к
ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 0жертв
болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству
хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась
хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в
залив Минамата. Свиний - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех
компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах,
атмосфере, живых организмах. Наконец, свиний активно рассеивается в окружающую
среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с
промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с
выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с
континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С
континентальной пылью океан получает ( 20-30)*10^3 т. свинца в год.
Сброс отходов в море с целю захоронения (дампинг).
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных
материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах,
бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов,
взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений
составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой
океан. Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к
переработке большого количества органических и неорганических веществ без
особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг
рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству
технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные
органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем
содержит ( на массу сухого вещества) 32-40% 0органических веществ; 0,56% азота;
0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0, 085% свинца; 0,001% ртути; 0, 001% кадмия. Во
время сброса прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ
переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси
и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие
органических веществ чисто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и
не едко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в
растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества
органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в
которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы
металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются
организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих
нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода.
Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и
органах гидробиантов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс
материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность приданной воды
приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб,
моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий
питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При
организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет
определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и
донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо
проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.
Тепловое загрязнение.
Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морскихакваторий
возникает в результате сброса нагретых сточных водэлектростанциями и некоторыми
промышленными производствами. Сброснагретых вод во многих случаях обуславливает
повышение температуры водыв водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь пятен
нагретых вод вприбрежных районах может достигать 30 кв. км. Более
устойчиваятемпературная стратификация препятствует водообмену поверхностным
идонным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление еговозрастает,
поскольку с ростом температуры усиливается активностьаэробных бактерий,
разлагающих органическое вещество. Усиливаетсявидовое разнообразие фитопланктона
и всей флоры водорослей. Наосновании обобщения материала можно сделать вывод ,
что эффектыантропогенного воздействия на водную среду проявляются
наиндивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительноедействие
загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы. Списоклитературы
1. Р.Кэррингтон; Биология моря; Ленинград; 1966 год
2. Детская энциклопедия
3. В.В Плотников. «На перекрестках экологии». М.:Мысль, 1985.
| |
|
