До недавнего времени (приблизительно до XIII в., когда численность населения составляла 300—350 млн. человек) природа активно перерабатывала все поступления веществ в биосферу, то есть происходила самоочистка. Продукты жизнедеятельности всех организмов, включая и человека, были преимущественно органического происхождения. После превращения их редуцентами на неорганические соединения они включались в природный круговорот веществ. Орудия труда или предметы употребления, хоть и имели неорганическую природу, использовались в относительно небольшом количестве, и это не составляло угрозы для окружающей природной среды. Однако в дальнейшем, с ростом численности населения, значительно увеличивались его потребности, для удовлетворения которых человечество начало привлекать много новых веществ (порох, кислоты, соли, позже — разные химические препараты для борьбы с вредителями сельского хозяйства и тому подобное), которые были не свойственные природе и за относительно небольшой промежуток времени она не успевала к ним адаптироваться, то есть они не включались в естественный процесс кругооборота веществ. Это привело к их накоплению и в дальнейшем стало наносить значительный вред экосистемам в целом и человеку в частности.
Следовательно, загрязнение — это внесение в окружающую среду или возникновение в нем новых, обычно не характерных химических и биологических веществ, агентов или внесение в избыточном количестве любых уже известных веществ, которые оказывают вредное влияние на природные экосистемы и человека и от которых природа не способна избавиться самоочищением. Загрязнение биосферы означает не просто внесение в почву, воду или воздух тех или других инородных компонентов. В любом случае объектом загрязнения является биогеоценоз. Избыток одних веществ в природной среде или наличие других приводит к изменению экологических факторов (изменяются состав атмосферы, воды, почвы и тому подобное). При этом нарушаются процессы обмена веществ, снижается интенсивность ассимиляции продуцентов и биопроизводительность биогеоценоза в целом.
Загрязнение разделяют на природные, вызванные любыми природными, обычно катастрофическими факторами (наводнения, извержения вулканов, селевой поток и тому подобное), и антропогенные, что возникают в результате деятельности людей. Антропогенные загрязнения по типу происхождения разделяют на механические, химические, физические и биологические.
К механическим загрязнениям принадлежат разные предметы в воде и почве, а также твердые дольки разного размера. Химические загрязнения — это разнообразные посторонние искусственные химические вещества (жидкие, частицы и газообразные), которые образовались в результате химической реакции в химической, металлургической или других отраслях хозяйства. Они попадают в биосферу и нарушают установленные природой процессы кругооборота веществ и энергии. Физические загрязнения разделяют на тепловые, электрические, радиационные и световые, а также шумы, вибрации и гравитационные силы.
В биосферном и биологическом круговоротах участвует огромное количество химических элементов и соединений, но важнейшими из них являются те, которые определяют современный этап развития биосферы, связанный с хозяйственной деятельностью человека. К ним относятся круговороты углерода, серы, азота и фосфора. Оксиды первых трех являются главными загрязнителями атмосферы, а фосфаты — загрязнителями водных бассейнов. Большое значение имеет знание круговоротов ряда токсичных элементов и, в частности, ртути (загрязнитель пищевых продуктов) и свинца (компонент бензина, который выступает как загрязнитель почвы и атмосферы). В круговороты вовлекаются многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и др.), которые наносят вред биоте и здоровью человека.
Круговорот углерода. Этот круговорот — один из важнейших круговоротов веществ в биосфере. Изменения глобального масштаба круговорота углерода, вызванные антропогенной деятельностью, приводят к неблагоприятным для биосферы последствиям. С процессом круговорота углерода напрямую связаны содержание кислорода в атмосфере и его круговорот в биосфере, изменения климата и погодных условий на земной поверхности и т.д.
Углерод участвует в большом и малом круговоротах вещества. Его соединения в биосфере постоянно возникают, испытывают превращения и разлагаются. Основной путь миграции углерода — от углекислого газа в атмосфере в живое вещество и из живого вещества в атмосферную углекислоту. При этом часть углерода выходит из круговорота, растворяясь в гидросфере и осаждаясь в форме карбонатных пород, а часть остается в почве.
Считают, что наибольшую опасность для биосферы представляет нарушение круговорота углерода.
В современную эпоху, в отличие от прошлых геологических периодов, поток углерода в атмосферу увеличился за счет антропогенных выбросов, а растительность полностью его усвоить оказалась не в состоянии. Вследствие этого снизилось самоочищение атмосферы от оксида углерода, т.е. от угарного газа.
Самоочищение воздуха от оксида углерода происходит в результате миграции СО в верхние слои атмосферы, где в присутствии диоксида азота и озона он окисляется до СО2. Установлено, что если бы прекратилось постоянное поступление в атмосферу техногенного оксида углерода, то она бы очистилась от него в течение нескольких лет.
Азот, как и углерод, участвует в большом и малом круговоротах. Источником азота в биологическом круговороте являются нитраты и нитриты, которые поглощаются растениями из почвы и воды. У растений отсутствует возможность извлекать азот непосредственно из атмосферы. Растительноядные животные создают из аминокислот растительных белков протоплазму своих клеток. Гнилостные бактерии переводят соединения азота в отмерших остатках растений и животных в аммиак. Затем нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в нитриты и нитраты. Часть азота благодаря денитрифицирующимся бактериям вновь поступает в атмосферу. Если бы отсутствовал дополнительный источник пополнения запасов азота в почве, то произошло бы азотное голодание растений и как следствие — разрушение биосферы, так как в процессе денитрификации свободный азот выводится из биологического цикла.
Потеря азота непрерывно восполняется поступлением его с суши, в результате постоянного перемешивания вод, выпадения аммиака из атмосферы и разложения остатков растений и животных в поверхностных частях водоемов зависит от кислотности почвенного раствора.
В почве и природных водах фосфор всегда находится в дефиците. Соотношение фосфора и азота в природных водах составляет в среднем 1: 23 (в реках и ручьях 1: 28), в биомассе 1: 16. Это определенным образом тормозит биологическую продуктивность Земли. Хотя часть фосфора из Мирового океана естественным путем возвращается на сушу птицами и с выловленной рыбой, общий объем возврата фосфора явно меньше количества выноса его в гидросферу.
Литература
1. Киселев В.Н. Основы экологии. Мн.:Універсітэцкае, 1998. – 367с.
2. Зарубинский О. и др. Как улучшить экологическую ситуацию в Украине?// Наш край №1, 2005г.
3. Запольський А.К., Салюк А.І. Основи екології. К.: В.ш., 2004. – 382с.
4. Назарук М.М. Основи екології та соціоекології.— Львів: Афіша, 2000. — 256 с.
5. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М.: Агентство «ФАИР», 2006,— 320 с
6. Выступление начальника Госуправления экологии и природных ресурсов в Донецкой области С.С. Куруленко на парламентских слушаниях.// Наш край, №2, 2004 год
7. Джигирей В.С. и др. Основи екології та охорона навколишнього природного середовища (екологія та охорона природи). Л.: Афіша, 2001. – 272с.
8. Сугой О. Экономическая экология.// Наука и жизнь, №5, 2007г. С29