Геолого-физико-химические признаки состояния окружающей среды

 

Представление об окружающей среде будет неполным, если не учитывать влияние на человека горных пород, грунтов, гравитации, геомагнитного поля Земли, искусственных электромагнитных полей, шума, вибрации, химических элементов. Поэто­му при оценке реальной обстановки с позиций демоцентрического подхода необходимо считаться, наряду с географической, и с геофизикохимической составляющей окружающей среды.

С верхней частью литосферы — геологической средой, ха­рактеризующейся прежде всего свойствами горных пород, непо­средственно связана активная производственная деятельность человека. Как известно, подземное строительство (тоннели, мет­рополитен, АЭС и т. п.) осуществляется на глубинах до 100 м и более. Максимальная глубина карьеров достигает 1 км, шахт — 4, эксплуатируемых скважин — 7, промышленных ядерных взры­вов — 2,4 км. Самая глубокая в мире Кольская скважина приос­тановлена на отметке 12 262 м.

Для прогнозирования процессов, которые могут возникнуть в результате инженерной деятельности человека, в конкретной обстановке определяют характерные признаки геологической среды. В зависимости от состава и структуры горных пород раз­личают пять основных типов геологической среды:

1 — суглинки, глины, галечники, пески с поровой структурой;

2 — переслаивающиеся толщи преимущественно глин, пес­ков с поровой структурой;

3 — интрузивные (магматические) горные породы (гранит, диорит, сиенит и др.) с региональной трещиноватостью и текто­ническими нарушениями;

4 — карбонатные горные породы (известняк, мрамор, доло­мит, мергель) с региональной трещиноватостью и закарстованностью;

5 — сложное строение: сверху рыхлые породы, ниже — пере­слаивающаяся толща песчано-глинистых и карбонатных пород, прорванных интрузиями (внедрениями магматических тел).

Основные техногенные воздействия на геологическую среду проявляются в виде открытых (карьеры, разрезы), подземных (шахты, штольни), скважинных разработок полезных ископае­мых. Это приводит к различным региональным изменениям гео­логической среды. Например, возникают трансформации физи­ко-механических свойств горных пород (разуплотнения, сдвиже­ния, обрушения, уплотнения, изменения температуры), мульды оседания земной поверхности, техногенные отложения (отвалы, терриконы), гидродинамические аномалии — депрессионные во­ронки (снижение свободной или напорной поверхности подзем­ных вод), ореолы (зоны) загрязнения, изменения состава и мине­рализации подземных вод.

На примерах влияния на человека звука (шума), вибрации, электромагнитных полей и других явлений рассмотрим основ ные признаки состояния геофизической составляющей окру­жающей среды.

Звук (как и шум) — это воспринимаемое слухом физическое явление, порождаемое колебательными движениями (сгущения­ми и разрежениями) частиц воздуха, воды или другой среды. Ос­новные источники шума в городе — автотранспорт, рельсовый и воздушный транспорт, промышленные предприятия, мотороис-пытательные станции. Шум в больших городах сокращает про­должительность жизни человека на 8—12 лет. Воздействие по­стоянного сильного шума может отрицательно влиять на слух, сердечнососудистую систему, а также вызывать звон в ушах, го­ловокружение, головную боль, повышение усталости, неврозы, уменьшение продолжительности и глубины сна. Шум может усиливать токсический эффект воздействия вредных веществ, что актуально для 40% работающих на предприятиях России лю­дей. Для нормальной жизнедеятельности уровень шума не дол­жен превышать 40—50 дБ. Внешний же шум на улицах и автома­гистралях достигает 80—90 дБ. Обычный уровень шума на дис­котеке составляет 80—100 дБ, а сила звука плейера достигает 100-114 дБ.

Звук очень низкой частоты, называемый инфразвуком, вы­зывает резонанс в различных внутренних органах человека, бо­лезненные ощущения в грудной клетке, иногда появляется ощу­щение растерянности, неясной тревоги, безотчетного страха, чувство слабости. Инфразвуки у жителей городов вызывают нервную усталость.

Опасность для здоровья населения представляет вибрация. Вибрацию грунта, жилых и промышленных зданий вызывают транспорт, промышленные установки и механизмы.

В современном городе население находится в условиях ис­кусственных электромагнитных полей, созданных различными радиопередающими устройствами, телевизионными комплекса­ми, вычислительными центрами, электрофицированными транс­портными линиями и линиями электропередачи (ЛЭП), транс­форматорными подстанциями. Биологическое действие электро­магнитных полей радиочастот, особенно УКВ, неблагоприятно влияет на нервную и сердечнососудистую системы, состав кро­ви, обмен веществ. Радиоволны распространяются в пространст­ве в виде электромагнитного поля. Основные источники высоко­частотной энергии в окружающей человека среде — радио- и телепередающие центры и радиолокаторы. Для снижения уровня облучения населения разработаны требования к размещению объектов, излучающих в окружающую среду электромагнитную энергию радиоволн. При этом актуально создание территориальных систем электромагнитной безопасности людей. Например, правительство Москвы утвердило жесткие санитарные правила и нормы защиты населения г. Москвы от электромагнитных по­лей передающих радиотехнических объектов, а также новый по­рядок строительства зданий вблизи источников электромагнит­ного загрязнения окружающей среды.

В электропоездах (электричках, поездах метро, трамваях, троллейбусах) уровень электромагнитного поля превышает есте­ственный фон в сотни тысяч раз, а напряженность магнитного поля может превысить безопасный уровень в 5000 раз. Воздейст­вие таких полей может служить пусковым механизмом для пато­логических процессов у людей, страдающих сердечнососудистыми заболеваниями.

Геохимические признаки состояния окружающей среды обусловлены механической, физико-химической, биогенной, техногенной миграцией и концентрацией химических элемен­тов.

Измельчение, истирание вещества и его дифференциация (в частности, золота, платины, олова) — это выражение механи­ческой миграции химических элементов. Диффузия, растворе­ние, осаждение — это процессы физико-химической миграции веществ. Биогенная миграция калия, фосфора, азота связана с биогеохимической и биохимической функциями организмов. Техногенная миграция вещества обусловлена деятельностью че­ловечества.

К самым серьезным загрязнителям окружающей среды отно­сятся тяжелые металлы, уступающие место только пестицидам (химическим средствам защиты растений, зернопродуктов, дре­весины и т. д.). В настоящее время ртуть и ее соединения, несмо­тря на высокую токсичность, применяются в промышленности, медицине, быту (люминесцентные лампы, термометры и т. п.). Существует «свинцовая» опасность для людей, употребляющих в пищу растительную продукцию, выращенную на расстоянии до 100 м от автодороги. Установлено, что салат — рекордсмен среди огородных культур по накоплению свинца (РЬ).

Широкое применение свинца при производстве электриче­ских кабелей, аккумуляторов, хрусталя, эмалей, лаков, пиротех­нических изделий, в химическом машиностроении, для защиты от излучения в атомной промышленности обусловливают его по­падание в водную и воздушную среду. Весьма опасен кадмий (Cd), который, как и ртуть, легко образует пары. В организме че­ловека в наибольших количествах он накапливается в легких, почках, печени, вызывая нарушения их функций. Кадмий ис­пользуется при создании никель-кадмиевых аккумуляторов и бытовых батареек, регулирующих стержней для атомных реак­торов, в качестве составной части входит в сплавы, катализато­ры, красители, стабилизаторы. К числу весьма опасных металлов при превышении их пороговой концентрации относятся мышьяк (As), медь (Си), стронций (Sr), никель (Ni), цинк (Zn) и др. Ши­рокий спектр металлов выносится с частицами сажи, золы из труб при сжигании топлива (угля, мазута).

В качестве надежных геохимических критериев экологиче­ского состояния окружающей среды рассматриваются локаль­ные нарушения биогеохимических потоков и циклов жизненно важных химических элементов, которые устанавливаются по соотношениям: углерод/азот в почвах, поверхностных водах, растениях, рационах животных; кальций/фосфор, кальциий/ стронций в растениях и кормах; а также по уровню содержания биологически важных микроэлементов в укосах растений и рас­тительных кормах (в мг/кг воздушно-сухого вещества).

В связи с техногенным воздействием на геохимическую сре­ду в различных регионах мира, в местах расположения рудников, обогатительных фабрик, заводов, перерабатывающих руду, у лю­дей появились новые заболевания: бериллиозы, ванадиевые ток­сикозы, силикозы, фторные остеопорозы, свинцовые поражения нервной системы, ртутные поражения желудочно-кишечного тракта и почек.

Рассматривая геофизикохимические признаки состояния окружающей среды, особо следует упомянуть о влиянии радио­активности, вызванной поступлением в окружающую среду радионуклидов. По мнению известного российского эколога А. В. Яблокова, любая работающая АЭС загрязняет окружаю­щую среду радионуклидами, поступающими с газоаэрозольными выбросами («через трубу»), с жидкими отходами, с твердыми ра­диоактивными отходами, образующимися в ходе эксплуатации. В атомном реакторе посредством деления атомов урана обра­зуется около 300 различных радионуклидов. Одни из них живут доли секунды, другие — миллионы лет. Оказавшись в окружаю­щей среде радионуклиды включаются в биохимические и биофи­зические процессы, протекающие в живых организмах.

Радионуклиды попадают в организм человека с пищей, во­дой и вдыхаемым воздухом. Ионизирующее излучение радио­нуклидов нарушает структуру ДНК, влияя на наследственность, вызывая мутации. Мутации нарушают биохимические процессы в организме, инициируют раковые заболевания.