"High-Tech" - мусор как наиболее опасный вид антропогенного загрязнения биосферы в эпоху нанотехнологий

Цель настоящей работы – анализ наиболее значимых антропогенных факторов, влияющих на состояние биосферы. Одно из важнейших направлений антропогенного воздействия на биосферу - это загрязнения. Особенно опасны современные формы высокотехнологичного мусора, очень токсичного и практически неуничтожимого. Вредное действие "high-tech" - мусора может проявляться не сразу, а только в последующих поколениях, действуя на иммунную и репродуктивные системы организмов.

В данной работе предпринята попытка проследить основные источники современного high-tech мусора, его миграцию, концентрацию и воздействие на живые организмы.

Биосфера (греч. bios — жизнь + сфера) - зона существования живых организмов. Термин ввёл Э.Зюсс в 1875. Включает в себя нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Состояние биосферы определяет возможность существования тех или иных организмов. При изменении состояния биосферы изменяется видовой состав и динамика существования организмов. Некоторые виды могут исчезать (динозавры).

В. И. Вернадский (1926) рассматривал биосферу как об активную оболочку Земли, где взаимодействие живых организмов, включая человека, является геохимическим фактором планетарного масштаба.

Антропогенез (греч. anthropos – человек + genesis – возникновение) процесс возникновения и развития человека как биологического вида сопровождался всё более и более активным антропогенным воздействием на природу [2,13]. В отличии от любых других живых существ, только человечество смогло обрести способность полностью уничтожить себя и свою среду обитания.

Антропогенные воздействия на биосферу. Можно выделить несколько направлений воздействия человека на биосферу.

Первый тип воздействия - это использование (изымание) ресурсов, которые могут успевать восстанавливаться за счёт естественных процессов.

Второй тип воздействия - это когда человек пытается "улучшить",т.е. приспособить под свои сиюминутные конкретные нужды окружающую среду. Например, выжигаются леса для создания посевных площадей, осушаются болота, строятся плотины на равнинных реках, меняются русла рек и т.п. По мере увеличения масштабности подобных воздействий, могут возникать необратимые изменения климата вплоть до экологических катастроф, когда гибнет всё живое.

Третий тип воздействия, на котором и останавливается внимание в данной работе - это загрязнение (засорение, замусоривание) окружающей среды как результат деятельности человеческого общества.

Загрязнение — это приводящее к отрицательным (по принятым экологическим критериям) попадание в биосферу новых, физических, химических, информационных или биологических объектов или значимое повышение их уровня относительно базового (определяемого для экосистем обычно по статистическим законам [3].

Различают несколько видов загрязнений [3,6,7,8]:

• Механическое — механическое действие на биосферу - химически неактивный мусор, вытаптывание травы, постройка плотин, насыпей, изменение русла реки и т.п. Сюда же относится космический мусор и техника, бесконтрольно брошенная после окончания использования.
• Биологическое — загрязнитель - ранее чуждый экосистеме организм (кролики в Австралии).
• Микробиологическое — привнесение в место разлива нефти нефтеядных бактерий, созданных в лаборатории.
• Химическое — загрязнитель - опасное химическое соединение, существующее в форме аэрозолей, макро-, микро-, нано- частиц. нано- частиц.
• Физическое - загрязнитель - физический процесс: тепловое, электромагнитное, световое, Шумовое, Радиоактивное.

Иногда выделяют экзотические виды загрязнений, например, визуальное - когда мусор, постройки, ЛЭП, заборы, реклама и т.п. ухудшают эмоциональное впечатление от рассматривания какого-либо объекта, например пейзажа, исторического комплекса, здания и т.п.

Каждый отдельный объект в биосфере загрязняется обычно сразу из нескольких источников и различными видами загрязнений. Для получения адекватной картины суммарного эффекта необходимо рассматривать процесс загрязнения комплексно.

В качестве примера можно рассмотреть комплексную картину загрязнения водного объекта (объект гидросферы) (рис.2), построенную по методике, указанной в Водном кодексе Российской Федерации. Здесь загрязнение водного объекта представлено как система, включающая в себя источники воздействия (внутренние, внешние), их происхождение (природные, антропогенные) локализация (точечные, линейные, площадные), носители, вид загрязнения, продолжительность воздействия на объект (постоянное, периодическое, эпизодическое, разовое). Этот подход может быть применён не только к гидросфере, но и атмосфере, литосфере.

МУСОР КАК КОМПЛЕКСНАЯ ФОРМА АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ.

Мусор эпохи технической революции. Техническая революция началась, когда человечество научилось вырабатывать энергию [5]. Это была энергия пара, получающаяся сжиганием всего того, что может гореть, энергия горящей в двигателе внутреннего сгорания нефти и электроэнергия, которую стало возможно передавать от места выработки фактически в любой конец Земли. Мусор также стал трансформироваться. Нефтяные лужи появились около скважин и, постепенно растекаясь стали попадать в реки, моря и Мировой океан. Вдоль железных дорог вырастали кучи золы из топок паровозов. Химики синтезировали не только новые вещества нужные промышленности, создали удобрения, в которых нуждалось сельское хозяйство, новые лекарства, но и химическое оружие, которого, прежде чем его успели запретить, изготовили столько, что до сих пор не знают, как от него избавиться. Ведь, кроме всего прочего, места их захоронения являлось одной из самой охраняемой государственных тайн. Где его теперь искать?

К сожалению, многие из этих веществ оказались чрезвычайно стойкими и чрезвычайно ядовитыми. Сочетание этих свойств привело к возникновению нового типа мусора - химического, крайне опасного и трудно уничтожаемого.

Заканчивается этот период, видимо, освоением атомной энергии, что теоретически решало проблемы получения достаточного количества энергии для всей планеты. Но, к сожалению, человечество применило эти открытия для создания атомного оружия, организовав эффектную демонстрацию в Японии. Так что, загрязнение, характеризующее 20-й век, это, конечно - радиоактивное. Неограниченные возможности производства энергии (вечная мечта человечества) обернулись болезнями и гибелью сотен тысяч человек. (Мы не говорим здесь даже о применении атомных бомб). Атомные станции на практике оказались весьма опасными и население требует их закрытия, что уже си сделано нескольких странах.

При захоронение неразлагающихся токсичных и ядерных отходов часто не учитывали, что контейнеры, в которых они хранятся, могут проржаветь всего через несколько десятков лет, что приведёт к массовому выбросу. Процесс разрушения таких контейнеров, видимо, уже пошёл. Совсем недавно обнаружены разлагающиеся контейнеры, в спешке затопленные в Чёрном море при отступлении от немцев во время Великой Отечественной Войны..

Мусор современности. Конец 20-го и начало 21-го века - это эпоха космоса, микроэлектроники, полимеров, нанотехнологий и психологии одноразового использования.

Где искать современный мусор и что он собой представляет? Что можно сделать с мусором теоретически? Можно: сложить рядом с собой, спрятать в недоступное место, вывезти к соседу, уничтожить, вновь пустить в дело (утилизировать). Рассмотрим эти возможности по порядку.

Открытые мусорные свалки. На них мусор просто сваливается в кучу, покрывающую иногда значительную площадь. За размещение своего мусора на такой свалке хозяин платит большие деньги хозяину свалки, который, прежде чем принимать мусор, должен получить на это разрешение от государства. Хозяин свалки обещает, что мусор не принесёт вреда окружающей среде. Что из этого иногда получается, можно увидеть на примере одной из крупнейшей свалки мира - свалки на берегу Средиземного моря в пригороде Бейрута (рис.3) [7].

Мусорные горы поднимаются на высоту до 40 метров. В тёплом средиземноморском климате мусор быстро разлагается с выделением газов и жидких фракций. Газы отравляют воздух зловонием, ветром несёт в близко расположенный город. Жидкие фракции стекают в море, прихватывая с собой частицы мусора. Но эти дело не заканчивается. Течениями и ветрами мусор переносится по Средиземному морю на побережья других стран. Характерные компоненты этой мусорной свалки обнаруживаются на пляжах не только африканского материка - В Сирии, Тунисе, Египте, но и в Турции, и европейских Греции, Италии и его несёт всё дальше и дальше.

Но не все открытые свалки организуются стихийно. В развитых странах они жёстко контролируются государством. Выгоднее оказывается увести мусор куда-нибудь подальше из страны. Особенно, если дело касается особо опасного мусора - мусора 21 века.

Современная цивилизация характеризуется наличием так называемого "high-tech" мусора - мусора высоких технологий. Это остатки компьютеров, гаджетов, телевизоров. Компоненты "high-tech" - мусора с одной стороны содержат опаснейшие вещества - ртуть, кадмий, свинец и т.п., а с другой - не разлагаются тысячелетиями в естественных условиях. "high-tech"-мусор не может быть как-то преобразован самой природой. Цивилизация может погибнуть под его горами.

В последние десятилетия США и некоторые европейские страны организовали централизованный вывоз "high-tech" - мусора сначала в Индию, Пакистан и Китай, а затем - в Латинскую Америку и Африку (рис.4) [8].

Результатом этих действий стало образование в некоторых странах обширных территорий, на которых складируется и в примитивных условиях обрабатывается чрезвычайно токсичный высокотехнологичный мусор со всего мира. На этих территориях нет ничего живого.

Местное население занимается ручной сортировкой мусора, разбивает мониторы, разламывает печатные платы. В результате в почву попадает до 300 кг ртути в почву за час, соляная кислота, мышьяк, тяжёлые металлы. Здесь не растёт трава, в воде нет рыбы, на свалки Агбогблоши не залетают даже птицы, которых на других свалках всегда большое количество. Средний возраст населения Агбогблоши составляет 12-20 лет. Средняя продолжительность жизни 30 лет. Это модель нашего будущего по худшему сценарию.

Захоронение мусора под землёй. Считается, что если мусор закопать, то через некоторое время он разложится и перестанет представлять угрозу [3,4,5,6,7]. Такое складирование (рис. 6) позволяет его хозяевам утверждать, что мусорное тело надёжно изолировано, а для дополнительного контроля установлены датчики и анализаторы температуры, грунтовых вод, метана, выделяющегося из мусорного тела газа.

На практике, однако, оказывается, что такие укрытые свалки рано или поздно всё равно загораются. Кроме того, мусорное тело - это не монолит, оно дышит и деформируется в процессе хранения. Результатом является обрушение защитного слоя иногда приводит к загрязнению среды.

Для снижения опасных свойств мусора, в частности, склонности к распылению верхнего подсыхающего слоя, мусор обрабатывается специальным реагентом (рис.7) [4,5]. К сожалению, такие полигоны зачастую создаются не с учётом экологической безопасности, а в местах, где земля стоит дёшево и есть транспортные магистрали для подвоза мусора на утилизацию.

Обычно это - городская окраина. Ветер около города часто меняет направление и почти всегда город время от времени оказывается с подветренной стороны и подвергается окуриванию уже не газами, выделяющимися из мусора, а реагентами и продуктами химических реакций пассивации мусора. Это не всегда намного лучше, чем дышать исходным воздухом свалки.

Сжигание мусора в печах. Казалось бы, очевидный способ избавления от мусора - сжечь его [5]. Так делалось веками. Однако современный мусор не позволяет так легко от него избавиться. При работе современной мусоросжигающей печи (рис. 8) продукты сжигания (зола и дым) оказываются, зачастую, токсичнее, чем исходный мусор.

Причина - в образовании галогезированных диоксинов. Эти вещества не образуются при естественном горении. При сжигании мусора в молекулу встраиваются элементы, чаще всего - хлор (рис. 9), что придаёт диоксинам высокотоксичные свойства. При сжигании мусора образуется два вида золы - так называемая топочная (печная- её 90%) и летучая (её - 10%), в которой содержание диоксинов в сотни раз выше. Летучая зола существует в виде микрочастиц. Для их улавливания существуют эффективные фильтры, но они могут стоить больше, чем собственно печь. Жители Детройта заплатили более млрд долларов за модернизацию своей печи и в конце концов остановили её.

70-80% загрязнения планеты диоксинами приходится на сжигание мусора. Оба вида золы содержат тяжёлые металлы и диоксины. . Зола же используется для производства блоков из шлакобетона и пыль из них оказывается в квартирах.

Диоксины попадают в пищевую цепочку. Коровы, поедая траву, получают в день столько диоксинов, сколько получит человек, стоя рядом с коровой на протяжении 14 лет. Телята умирают на второй день от проблем с печенью. В молоке обнаруживается неприемлемо высокий уровень диоксинов. Вылитое молоко образует осадок. Земля в полутора км от печи не пригодна для использования [4].

Печи для сжигания мусора, расположенные по всему миру, создают превышения норм по диоксинам до 200 раз. Во Франции уровень диоксина превышал в 1300 раз. Значительно возрасли случаи заболевание раком. На одной из улиц рядом с печью (улицу назвали аллеей рака) заболели 24 из 80 жителей. Одна небольшая печь погубила 350 ферм, было выбраковано 3000 животных, уничтожено 7тыс тонн сена, пропало 13 тонн молока.

Но в суде трудно доказать, что раковые заболевания вызваны именно диоксинами, хотя независимые исследования показывают, что риск заболевания раком во Франции у людей живущих около раковых печей возрастает с 6 до 23%.

Диоксины, однажды попав в организм, не могут быть оттуда выведены, т.к. отсутствуют соответствующие ферменты. Мужчины вообще не могут от них избавиться, а женщина - только с рождением ребёнка. Всё что накопилось в ней за 20-30 лет (а последствия проявляются через это время) попадает в плод в высокой концентрацией. В результате последующие поколения детей имеют проблемы умственного развития, иммунную систему и половое развитие (рис. 10).

Во Вьетнаме джунгли обрабатывали гербицидами (кстати фирма эта сейчас производит ГМО), содержащими диоксины. Имели 4.8 миллиона жертв распыления дефолиантов типа Agent Orange (смесь 1:1 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты) 2,4-D и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4,5-T), так же как и другие вещества (Агент Пурпур, Агент Пинк, Агент Блю, Агент Уайт и Агент Грин) из-за упрощённой технологии синтеза имел высокие содержания диоксинов, которые сильно увеличивают риск рака и вызывают генетические мутации у детей работавших с ними персонала.

В конце 1990-х канадские исследователи взяли пробы почвы, воды, и обитающих в ней рыб и уток, а также образцы человеческих тканей. Они обнаружили, что в зараженных областях концентрация диоксинов в почве превышала норму в 13 раз, а в жировых тканях человеческого организма - в 20 раз.

Японские ученые, которые занимались сравнением зараженных и незараженных территорий, обнаружили, что в зараженных областях в три раза выше риск рождения детей с расщелиной неба, так называемой волчьей пастью, или с лишними пальцами на руках и ногах, в восемь раз чаще встречается пупочная грыжа и в три раза чаще врожденные умственные отклонения.

Загрязнение Мирового океана

В 1997 г. Чарльз Мур - яхтсмен и миллионер предпринял путешествие из Калифорнии (Лонг-Бич, США ) на Гавайские острова. В открытом океане он обнаружил огромное количество мусора. Это так потрясло его, что, вернувшись домой, он продал акции своей химической кампании о основал Фонд по исследованию загрязнения Мирового Океана. Сначала Муру не поверили, т.к. такое количество мусора, как он описал, должно было быть видно из космоса, чего не было [6]. Однако дальнейшие исследования показали, что Мур прав. В мировом океане существуют пять зон с круговыми течениями.

Особенностью таких частиц изначально химически инертного пластика является их биологическая активность. Активация частиц "наномусора" происходит в результате адсорбции на их развитой поверхности элементов пестицидов, гербицидов, продуктов горения, диоксинов. Попадая в тела живых организмов они концентрируются в животных, находящихся на вершине трофической пирамиды.

Исследования, проводимые Чарльзом Муром и его сейчас многочисленными последователями показывают, что океанические течения переносят мусор по всему Мировому океану и концентрируют его в зонах циркуляционных течений. При этом химически инертные пластики переходят в форму микро- и нано- частиц, биологически активируются и становятся чрезвычайно опасным фактором антропогенного воздействия на биосферу.

ОБЩАЯ ОЦЕНКА МАСШТАБОВ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОСФЕРУ

Оценивание уровня и масштабов антропогенного воздействия на биосферу проводится к на региональном, национальном и международном уровнях. Наиболее объективными, видимо, следует считать данные, публикуемые международными организациями и проектами, т.к. на них труднее оказать давление со стороны государств и фирм, заинтересованных в комплиментарном представлении экологической ситуации в биосфере, или наоборот - раздувать выявленные тревожные факты и тенденции.

Всё большую тревогу вызывает мусор, который становится важнейшим антропогенным фактором воздействующим на биосферу.

По оценкам ООН считается [3, 5], что в 2011 году выбросили 41 млн тонн электронного мусора, в 2014 г по оценкам ООН выбросят ещё 50 млн тонн. В космосе находится 17 тыс. тонн мусора - это части космических аппаратов, которых не удалость или не пытались свести с орбиты и сжечь в атмосфере или затопить в океане. Главную часть мусора составляют неразлагающиеся в естественных условиях пластиковые упаковки.

Считается, что в 2014 году будет выброшено более 3 млрд тон пластикового мусора. Ежегодно выбрасывается 200 млрд пластиковых бутылок, 58 млрд одноразовых пластиковых пакетов,и миллиарды одноразовых пластиковых стаканчиков. Этот процесс нарастает по экспоненте. Увеличение количества пластикового мусора стимулируется внедрённой в сознание населения психологией "одноразового потребления" тип "купил-использовал-выбросил". Ремонт обходится дороже, чем производство нового изделия. В пределах срока эксплуатации изделие (во многом благодаря деятельности рекламистов) выходит из моды и "морально устаревает". В результате большая часть продукции оказывается на свалке в течении 6 месяцев после её приобретения.

80% населения Великобритании живут в 2-х км от свалки UK занимает первое место в Европе по количеству свалок.

Пластиковый мусор неконтролируемо переносится течениями и ветрами, преобразуясь в процессе переноса в формы макро- микро- и нано- частиц. Из-за

Мусор оказывает вредное влияние на состояние живых организмов на всей планете. Раскрыты механизмы внедрения наночастиц пластикового мусора в ткани и кровь в том числе в кровь людей.

Существующие методы захоронения и уничтожения мусора, позволяют лишь перевести мусор из одних форм в другие - менее видимые, но, зачастую более опасные, с более высокой концентрацией вредных веществ.

Человечество ещё не осознало глобальности и системности воздействий мусора на биосферу. Одним из популярных методов работы с мусором остаётся его захоронение или вывоз в соседние страны для якобы "утилизации".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. Особенностью антропогенных загрязнений во второй половине 20-го - начале 21 веков становятся появление принципиально новых видов – химического, радиоактивного, и неразлагающихся в естественных условиях полимерных материалов, существующих в виде макро- микро- и нано- частиц.
2. Такие загрязнения должны рассматриваться как неотъемлемая составляющая цивилизации. От высокотехнологического мусора невозможно избавиться традиционными методами. Такой мусор должен рассматриваться как полезные ископаемые нового типа. Необходима разработка возвращения уже накопленного высокотехнологического мусора в производственный процесс в качестве сырья. При разработке новых технологий основной упор следует делать на утилизацию отслуживших свой срок изделий.
3. В настоящее время планетарная цивилизация подходит к «точке невозврата», после которой вернуть биосферу в состояние, пригодное для жизни людей, окажется невозможным.

Список использованных источников антропогенный загрязнение биосфера океан

1. Антропогенные воздействия на биосферу.
2. Понятие о состоянии природной среды и ее загрязнении. [Электронный ресурс] // Глобальные проблемы человечества. – 2006-2013.
3. Загрязнение пресных вод и Мирового океана. [Электронный ресурс] // Экология. – Волгоград, 2007
4. Антропогенное воздействие на биосферу. [Электронный ресурс] // Экологический портал «Природное наследие». – 2008-2013.
5. Oceans. Galatee Films, Pathe, France 2 Cinema, France 3 Cinema, Notro Films, JMY-TSR, 2009
6. Candida Brandy. Trashed. Blenheim Films, 2012
7. С.Родина. Под властью мусора. ВГТРК, 2013
8. Atmospheres - Earth, Air and Water, ВВС, 2008