Экологические и медицинские последствия загрязнения литосферы

1.1 Роль литосферы, почвы в круговороте веществ в природе

Независимо от производственно-бытовой и сельскохозяйственной деятельности человека в естественной среде происходит круговорот веществ - процессы самоочищения. В биогеохимическом круговороте веществ в биоценозе (трофическая структура) участвуют 3 группы: продуценты, консументы деструкторы. Продуценты синтезируют с помощью света из углекислоты и воды, минеральных веществ, органические соединения (автотрофы). Консументы (гетеротрофы) преобразуют органические соединения в специфические формы белков и других ему нужных веществ.

Деструкторы (разрушители) или редуценты органические остатки окисляют до углекислоты и воды, которые снова вовлекаются в круговорот веществ.

Образуется пищевая цепь (цепь питания) - перенос энергии и веществ от автотрофов к потребителям - гетеротрофам-редуцентам.Человек для своей жизнедеятельности и удовлетворения своих растущих потребностей создал город как экосистему с промышленной зоной и агроэкосистему - сельскохозяйственную, с целью получения через литосферу и почву все необходимое. В.И.Вернадский (1926г.) в книге «Биосфера», представленная как единая динамичная система, организованная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью, миграцией химических элементов, участие их в геологических и биологических циклах. Главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений, синтезирующие первичные органические вещества.

Человечество является потребителем этой биогеохимической энергии. Разнообразие и богатство живой природы - есть биоиндикация баланса человек-среда обитания, обеспечивает эффективный круговорот веществ и стабильности популяций, видов. Важнейшую роль в пищевой цепи играют биогеохимические круговороты углерода, кислорода, азота, фосфора, серы.

Углерод распределен в довольно тонком слое земной коры. Основные запасы углерода в минералах и горных породах (известняки, доломиты, ракушечники). Круговорот углерода осуществляется благодаря растениям, через фотосинтез они превращают его в углеводы протеиды. Восполнение ресурсов CO2 идет за счет растворения известняков, вулканической деятельности, использования энергии ископаемого углерода - нефти, газа, сланцев, угля. Идет образование гумуса, минерализация почвы, равновесие атмосфера-почва-вода-известняки, коралловые рифы (H₂CO₃). С углеродом связан процесс возникновения и развития жизни на Земле. Основной запас углерода в форме карбонатов CaCO₃ и гидрокарбонатов Ca(HCO₃)₂. Деятельность человека способствует повышению CO₂ в атмосфере, метана и оксида углерода, оксидов азота и серы. Связывают углерод атмосферы зеленые массивы, растения гидросферы, морские организмы - затем отложения известняков. Судьба углерода непосредственно связана с кислородом.

Кислород вовлечен в циклы органического и неорганического мира. Главным производителем животворного кислорода является зеленое вещество растений, а главный потребитель - человек. Огромная масса кислорода используется для получения тепла при сжигании топлива. Кризис человек-среда обитания заключается в увеличении добычи энергетических ресурсов с одной стороны и уменьшением площади зеленых насаждений. Минимальный гигиенический норматив озеленения - 20% от общей площади. Взрослое дерево за сутки производит 180л O2, а человек потребляет в сутки 360л, а при работе - 700-900л. Легковой автомобиль за 1000км пробега поглощает годовую норму кислорода человека, а реактивный самолет за 3-5 часов сжигает 35-55т O2. Расход кислорода превышает его образование. Ультрафиолетовое излучение образует озоновый экран O2-O3, защитный слой для Земли и жизни на ней.

Азот - особый биогенный элемент, важный строительный материал для белков, нуклеиновых кислот и других соединений. В больших количествах азот находится в биогенных ископаемых (уголь, нефть, битум, торф). В почвах же растворимого азота мало, для роста и развития растений. Эти соединения азота в почве образуются благодаря жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Азот атмосферы - 78%, миллионы тонн инертен, он активен только в химических соединениях - азотнокислых и аммиачных солях. В почву азот из атмосферы попадает при грозовых разрядах вместе с осадками, при вулканической деятельности, и биологической фиксацией газообразного азота клубеньковыми (азотфиксирующими) бактериями и цианкобактериями (арахис, соя, чечевица, горох, фасоль, бобы, люцерна, клевер, люпин и др.). При процессах минерализации и нитрификации азот почвы переходит в азот гумуса (санитарное число Хлебникова). Восполнение почвы азотом для выращивания сельскохозяйственных культур, производит человек - органическими и минеральными удобрениями - до 40-60 млн.т. Азот усваивается растениями в виде нитритов и нитратов и по пищевым цепям поступает в организм человека. В атмосферу азот из почвы поступает благодаря процессам денитрификации почвенными и водными бактериями.

Фосфор участвует в синтезе белка, скелета, тканей мозга. Его круговорот происходит совместно с углеродом, O₂, азотом. Основные запасы фосфора в горных породах, в донных отложениях. В почве его мало, поэтому в агроэкосистемах используются фосфорные удобрения для получения высоких урожаев его необходимо до 60-70кг на гектар. Живое вещество биосферы и суши удерживает огромное количество фосфора - лесные массивы - до 100 кг/га. Добываются фосфорные удобрения из литосферы, апатиты. Круговорот происходит благодаря минерализации органического фосфора.

Сера участвует в биохимических процессах живой клетки. Основную роль в круговороте серы играют специализированные микроорганизмы окисления или восстановления этого элемента. В почве сера находится в виде сульфатов, в воде - в виде ионов. Минерал сера в природе встречается в виде сульфидов, в извержениях вулканов представлен довольно широко. Морские организмы поглощают серу, круговорот совершается благодаря деятельности сульфатредуцирующих бактерий.

Сульфаты морской воды восстанавливаются до сероводорода. На суше сера, после отмирания растений, переходит в почву, микроорганизмы восстанавливают ее до минеральной - сульфаты, которые поглощаются растениями. Добыча топливно-энергетических ресурсов, их сжигание нарушают естественный круговорот серы.

Поступление в атмосферу оксидов серы оценивается 280 млн.т. в год и более, что загрязняет не только атмосферу, но и в виде кислых осадков изменяет pH почвы.

Содержание