Химическое загрязнение окружающей среды

Опасность полимерного мусора

XX век считается веком развития химии. Химические вещества, и особенно полимерные соединения, широким фронтом вошли не только в промышленность, но и в быт людей в виде искусственных тканей, различных пластмасс, всевозможных пищевых добавок, например консервантов, позволяющих дольше сохранять пищевые продукты и кулинарные изделия. Удовлетворяя запросы населения, химические предприятия выпускают из искусственных полимеров все больше всевозможных изделий.

Изделия, изготовленные из полимеров
Изделия, изготовленные из полимеров

В результате на Земле стал накапливаться полимерный мусор: изделия, отслужившие срок годности, а также отходы предприятий, производящих эти изделия.

К концу XX века такие отходы и мусор стали подлинной глобальной экологической проблемой. Ухудшение состояния окружающей среды вызвало как нагромождением отходов, так и их утилизацией (удалением), например путем сжигания. При этом продукты сгорания полимерных изделий обнаруживаются не только в воздушной, почвенной, водной среде, но и в телах живых организмов.

Наибольшее распространение получили следующие полимеры: фторопласты, синтетические каучуки, искусственная кожа, полиэтилен, полистирол, нейлон, полихлорвинил, биопрепараты (лекарственные, используемые в пищевой и парфюмерной промышленности, ветеринарии, мероприятиях по борьбе с заболеваниями растений), ядохимикаты (ДДТ, хлорорганические вещества) и др.

Фторопласт

Фторопласт – полимер, характеризующийся очень высокой химической и термической стойкостью, высокой электрической прочностью и низким коэффициентом трения. Благодаря таким свойствам фторопласт чрезвычайно широко используется в различных областях народного хозяйства и в быту.

Впервые фторопласт был получен химиками в 30-х годах XX века. Сейчас его производство занимает одно из ведущих мест в мире. Он применяется для изготовления фильтровальных тканей, защитных космических скафандров, протезов кровеносных сосудов и клапанов сердца, крышек стеклянных банок. Из него изготавливают платы ЭВМ атомных реакторов, различные емкости для химических аппаратов и детали телескопов, лабораторную химическую посуду.

Фторопластовые покрытия различных материалов обеспечивают высокую водо-, термо- и морозостойкость. Они не разрушаются под действием серной, соляной, фтороводородной кислот, щелочей, морской воды, бензина, различных масел и не перерабатываются живыми организмами. Фторопласт – это один из наиболее стойких искусственных полимеров, в ряде случаев оказывающийся в хозяйстве человека более полезным, чем платина и золото.

Однако фторопласт, так же как и многие другие искусственные полимерные соединения (нейлон, капрон, полихлорвинил, полиэтилен, полистирол и др.), не используется в пищу живыми организмами и потому не включается в цепи питания и разложения, а следовательно, не вовлекается в биологический круговорот веществ биосферы. В итоге на Земле происходит постоянное накопление этих соединений.

Полистирол, полиэтилен и их отходы, а также изделия из них после эксплуатации можно измельчать и снова перерабатывать. Такие технологии уже применяются в Японии, Германии, США и России, однако у нас слабо налажен сбор, сортировка и переработка изделий из этих термопластичных полимеров.

Пестициды

Пестициды (от лат. pestis – зараза и caedere – убивать) как специальные химические соединения широко используются человеком для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений и животных. Применяются для привлечения и отпугивания насекомых, а также для предохранения деревянных и других неметаллических материалов от разрушения грибами и бактериями. В мире насчитывается более 100 тыс. наименований пестицидных препаратов.

Действительно, применение пестицидов повышает урожаи сельскохозяйственных культур, экономит затраты труда, позволяет дольше сохранять продукцию, обеспечивает снижение заболеваемости животных и человека. Однако при несомненном положительном эффекте возникают существенные побочные, экологически опасные явления, вызванные неконтролируемым и избыточным применением пестицидов (особенно длительным) в мероприятиях по борьбе с вредителями.

Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и продукты их распада, способные накапливаться в природной среде и вызывать химическое загрязнение почвы, воды и воздуха. Пестициды, мигрируя по водным и воздушным потокам, могут оказываться далеко от мест их применения. Обработанные пестицидами растения, животные и различные микроорганизмы благодаря круговороту веществ транспортируют эти ядовитые соединения по цепям питания и цепям разложения к другим организмам, в результате вызывая их отравление и гибель. При этом значительно сокращается запасы питания для живого населения, что приводит к нарушению экосистемных связей, сдвигу экологического равновесия в биогеоценозах и биосфере. Существенные негативные изменения происходят и в молекулярных системах живых организмов, что обусловливает их массовую гибель.

Инсектицид ДДТ в цепях питания
Инсектицид ДДТ в цепях питания (накапливается в теле дождевых червей, поедающих опавшие листья, что приводит к гибели птиц, питающихся червями)

Применение пестицидов обернулось настоящим бедствием для живых организмов, естественных биогеоценозов нашей планеты.

Диоксины

В последнее время все больше и больше упоминается об органическом соединении диоксине. Диоксин – это не отдельное вещество, а целая группа (несколько семейств) органических соединений, включающая трициклические кислородсодержащие вещества, чуждые для жизнедеятельности организмов. Насчитывается несколько тысяч диоксинов различной степени токсичности. Классическим диоксином и наиболее токсичным из всех ядовитых веществ считается 2,3,7,8-тетрахлордибензолпарадиоксин. Это органическое вещество признано мощным ядом – оно токсичнее стрихнина, кураре и в 150 тыс. раз превышает по своему воздействию смертельную дозу цианистого калия.

Формула диоксина
Модели молекул: 1 – 2,3,7,8-тетрахлордибензолпарадиоксина (диоксина); 2 – тетрахлордиазобензола

Диоксин – это незапланированный побочный продукт химической технологии, то есть примесь, на которую раньше не обращали внимания при производстве хлорфенолов и гербицидов (от лат. herba – трава и caedere – убивать), используемых для борьбы с сорными растениями. Бесцветное, химически инертное кристаллическое вещество без запаха, хорошо растворяющееся в жирах и бензоле, распадается лишь при температуре выше 700–1000 °C.

Первоначально обнаруженные в гербицидах диоксины присутствуют в составе многих промышленных отходов, табачном дыме, выхлопных газах автомобилей. Они образуются фактически везде, где ионы хлора, брома или их сочетания взаимодействуют с активным углеродом в кислородной среде, то есть при горении (например, сжигании листвы), а также при хлорировании воды, содержащей фенол, гуминовые и фульвокислоты, лигнин, образующееся в природе при гниении древесины.

Первое упоминание о диоксинах появилось в 1957 году. Их открытию предшествовал анализ ряда человеческих трагедий – массовых отравлений и профессиональных заболеваний. Учитывая опасность диоксинов, весь цивилизованный мир начал разработку системы предохранительных мероприятий. Во Франции для очистки воды применяют антидиоксиновые фильтры, в Швеции разработали технологию получения бездиоксиновой бумаги, в Германии, США и Японии – метод сжигания отходов, при котором диоксины практически не образуются. В нашей стране также уделяется большое внимание преодолению диоксиновой проблемы, внедряются антидиоксиновые фильтры, разрабатываются технологии по захоронению и разрушению диоксинов.

Проблема устойчивого развития

Деятельность человека, направленная на благоустройство своей жизни, часто оказывается противоречивой и даже весьма вредной для существования живых организмов на нашей планете. Поэтому в общественном сознании все больше укрепляется мысль о том, что существующие способы влияния человека на закономерности природы ведут к катастрофе. В 1987 году Международная комиссия по окружающей среде выдвинула идею устойчивого развития природы и человеческого общества и сформулировала основные меры по его обеспечению. Суть этих мер четко выражена в определении данного понятия: «Устойчивое развитие – это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности». В развитие этой идеи Конференция ООН по проблеме «Планета Земля» (Рио-де-Жанейро, 1992) провозгласила необходимость перехода мирового сообщества к устойчивому развитию (sustainable development) и определила программу этого перехода. Одним из главных условий успешного претворения этой идеи в жизнь является необходимость всеобщего экологического образования населения нашей планеты, развития у него «ноосферного сознания», обеспечивающего понимание жизни как первостепенной ценности, а также формирования экологической культуры – ответственного отношения к окружающей среде, к биосфере в целом и к самому себе как действенному компоненту биосферы.

Биология: