Переработка ядерных отходов на территории Уральского региона

Между тем исторически сложилось так, что все предприятия горнорудного и металлургического комплексов приурочены к запасам полезных ископаемых и полностью определяются экономическими предпосылками (наличие источников энергии, транспортной сети, свободной рабочей силы и т.д.), а не спецификой эколого-климатических условий. Часто экологически опасные производства располагаются в зонах экологически наименее устойчивых. Речь идёт о таких районах высокой концентрации промышленности, как Ревдинско - Первоуральский. Нижнетагильский и др.

В горнопромышленных ландшафтах, связанных с добычей, обогащением, переработкой руды и выплавкой металлов, резко изменяются характер и интенсивность поступления токсических химических элементов в водные экосистемы.

Особым является и водный режим Урала. Наш регион - водораздел рек Волжского и Обского бассейнов. Промышленное загрязнение верховий рек Чусовой, Исети и других неизбежно сказывается на чистоте рек Камы, Иртыша, Оби. С другой стороны, Уральский регион уже давно испытывает дефицит водных ресурсов, столь необходимых для работы многочисленных промышленных предприятий. Всё это с особой остротой ставит проблему защиты от загрязнений его рек и водоёмов.

1.4. Урбанизации территории.

Уральский регион характеризуется высокой степенью урбанизации. Урбанизация (от латинского urbo - город)- повышение роли городов и городского населения в развитии общества.

Урбанизация - уникальное явление в эволюции Земли -- историческое по длительности происходящих процессов и соизмеримое с масштабами геологических преобразований. Существует прямая связь между численностью городского населенья и степенью его влияния на природу. Показательна с этой точки зрения динамика роста населения - крупнейшего города Среднего Урала - Екатеринбурга. Первые упоминания о численности населения юрода относятся к 1723 году, когда в городе насчитывалось 4 тыс. жителей. Несмотря на то, что увеличение численности городского населения России носило общий характер, отмеченные демографические процессы особенно ярко выражены на Урале. Здесь городское население только с 1939-юда по 1983 годы увеличилось с 59,6% до 85,9%. Современный город представляет собой комплекс материальных и энергетических блоков, взаимосвязанных с существующими в биосфере потоками вещества и энергии, и локально изменяющих их. Главный механизм регуляции потоков вещества и энергии в природных экосистемах связан с почвенными горизонтами. В городе естественный почвенно-растительный покров заменяется искусственным покрытием, неспособным выполнять роль естественной почвы. Это ведёт к изменению основных параметров городской среды. При этом наблюдается увеличение поверхностного стока воды, повышенный уровень подземных вод, снижение общего запаса влаги в почвах, более контрастные температурные перепады. Воздух городов содержит высокие концентрации аэрозолей на фоновой территории. Действующие в городах многочисленные источники тепла сильно влияют на температурный режим. Все перечисленные факты означают, что городское население, входящее в состав естественных ландшафтов и природных комплексов, уже своим присутствием изменяет естественные потоки вещества и энергии в таких системах, влияя тем самым на среду обитания человека. Уже сейчас человек всё с большим трудом приспосабливается к новой для него городской урбанизированной среде.

Говоря о подобной преобразующей роли городских агломераций, необходимо отметить, что их воздействие выходит далеко за пределы самой городской постройки. Приведём некоторые оценки такого влияния. Город Екатеринбург с его населением свыше 1 млн. человек занимает по площади около 20 тыс. га. За 1 год такая территория при хорошем озеленении производит 20-30 тыс. тонн кислорода. Однако для обеспечения жизнедеятельности населения города требуется не менее 10 млн. тонн этого элемента. Для получения такого количества кислорода необходима площадь, занятая растительностью не менее на 1500-2000 тыс. га, т.е. «зелёной» площади, почти в 100 раз превышающей городскую площадь.

Тот же город потребляет в год не менее 450-500 млн. куб. м. воды. Для воспроизводства такого кол-ва воды требуется площадь водосборного бассейна в среднем 2000 тыс. га., т.е. тоже превышающая площадь города в 100 раз. Таким образом, интенсивный па Урале процесс урбанизации выступает в качестве мощного экологического фактора, преобразующего его природную среду.

Глава П. Состояние атмосферного воздуха.

Атмосферный воздух является важнейшим компонентом окружающей среды, степень загрязнения которого прямо влияет на состояние природных экосистем и здоровья человека.

Миллионы лет в атмосферу поступал дым в результате извержения вулканов, природных пожаров, пыльных бурь. Биосфера способна была удалять и поглощать все эти естественные загрязнители. Например, угарный (СО) и сернистый (SO2) газы превращаются в углекислый газ и сульфат, усвояемые растениями.

С тех пор, как люди научились пользоваться огнём, к природным источникам загрязнения атмосферы добавились новые. Природа длительное время справлялась с этим избыточным поступлением загрязнителей, сохраняя качество атмосферного воздуха. Однако естественная циркуляция воздушных потоков очищала места повышенной плотности промышленности и не создавала критической ситуации.

С середины XX века, особенно в связи с развитием транспорта, крупные города и смежные территории оказались в условиях интенсивного загрязнения воздуха. Естественная циркуляция часто не справлялась с очищением атмосферы, и, как следствие, возросла заболеваемость населения хроническими респираторными заболеваниями (типа астмы, эмфиземы). Выбросы в атмосферу загрязняющих вещество от антропогенных источников в 10-100 раз превышали их поступление от естественных источников. Стало очевидно, что человек перенасытил атмосферу загрязняющими веществами, и биота Земли уже не могла справиться с этим избытком.

Прямым следствием этих процессов явились глобальные изменения в состоянии окружающей среды. К числу таких обще-планетарных явлений относится парниковый эффект, кислые осадки, истончение озонового слоя.

2.1. Природа и значение парникового эффекта.

Люди тысячелетиями стремились воздействовать на погоду. Сегодня мы оказались на пороге крупнейшею изменения погодных условий, вызванных человеческой деятельностью. Это связано с увеличением в атмосфере углекислого и некоторых других газов. Речь идём о так называемом парниковом эффекте.

Хорошо известно, что в парниках и теплицах температура воздуха всегда выше, чем снаружи. Причина в том, что солнечный свет проникает через прозрачную плёнку или стекло и нагревает землю внутри теплицы. Нагретая земля выделяет тепло в виде длинноволнового инфракрасного (тёплого) излучения. В отличие от видимого света эти лучи не могут проникать обратно в атмосферу через прозрачные стенки и остаются поглощенными внутри теплицы. Это явление получило название парникового эффекта. В масштабах всей атмосферы углекислый газ и некоторые другие (метан, окислы азота и др.) выполняют роль стекла и плёнки, препятствующих охлаждению земной поверхности. Чем выше концентрация _углекислого и других газов, тем больше инфракрасного излучения будет отражено от этого экрана, тем выше будет околоземная температура.

В течение длительной эволюции биосферы, фотосинтезирующие растения поглощали углекислый газ из атмосферы, обеспечивая стабильность его концентрации. Приземная температура воздуха в течение последних 650 млн. лет изменилась не более чем на 10 градусов С. Человек, нарушил это равновесие, с одной стороны, вырубая леса, с другой   широко используя ископаемое топливо. Ежегодно на Земле сжигается около 2 млрд. т. ископаемого топлива, что ведём к поступлению в атмосферу почти 5.5 млрд. т. углекислого газа. В результате его концентрация в атмосфере, составлявшая в начале XX века около 0.0024%, к настоящему времени достигла 0.035% (возросла почти на 20%). Парниковый эффект усиливается также за счёт других газов, особенно метана, хлорфтороуглеводов. оксидов азота, которые поглощают инфракрасные лучи ещё в большей степени.

К чему может привести вызванное этими процессами потепление климата? Учёные считают, что средний рост приземной температуры составляет около 0.3 градусов С за 10 лет и к 2025 году возрастёт на 1 градус С. Наиболее существенно это потепление скажется па полярных районах. Возможно более интенсивное таяние горных ледников и полярных льдов, достаточное для поднятия уровня Мирового океана за это время на 20 см. Если же температура возрастёт на 4-5 градусов С, это грозит затоплением значительных территорий и необходимостью покинуть людьми обжитые места (миллионы беженцев!). Вероятно, более сильным окажется влияние потепления па сельское хозяйство. Произойдёт изменение общей циркуляции влаги в атмосфере и перераспределение осадков. В некоторых районах их количество увеличится, в некоторых -- уменьшится. Возможно, что сельское хозяйство со временем сможет приспособиться к новым условиям, например, за счёт смещения посевных площадей. Однако и в этом случае основная трудность заключается в необходимости более или менее точного прогноза таких изменений.

2.2. Кислотные осадки.

Одним из последствий токсического загрязнения является появление кислотных осадков -- дождей, туманов, снега, - кислотность которых выше нормальной, а так же выпадение из атмосферы сухих кислотных частиц. Отметим, что в незагрязненной атмосфере дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН=5.6), обусловленную нормальной концентрацией легко растворимого углекислого газа и угольной кислоты. В районах с загрязненной атмосферой рН выпадающих осадков достигает 4.5 и даже ниже. Химический анализ кислотных осадков показал, что они состоят, главным образом, из серной и азотной кислот. Известно, что при сжигании топлива, при металлургическом производстве, в выхлопных газах транспорта присутствуют оксиды серы и азота, которые реагируют с влагой воздуха, образуя кислоты:

SO2 +H2O = H2SO4; NO2 +H2O = HNO3

Эти кислоты и определяют низкий рН атмосферных осадков.

Уже более 100 лет кислотные осадки признаются серьезной проблемой в промышленных и прилегающих к ним районах. Вследствие обильного их выпадения отмечают подкисление воды поверхностных водоемов. Значение рН водной среды чрезвычайно важно, так как от этой величины зависит активность фактически всех ферментов, гормонов, белков, регулирующих метаболизм, развитие и рост организмов. Если крупные животные частично защищены от внешнего влияния кислотных осадков за счет наружных покровов и специальных систем поддержания постоянства состава их внутренней среды, то яйцеклетки, сперма и молоть водных организмов защищены недостаточно. Когда среда водных экосистем подкислена, практически все организмы быстро вымирают, часто не из-за прямого токсического влияния, а в силу невозможности размножения.

Кислотные осадки влияют на состояние лесных экосистем. Один из механизмов токсическою действия связан с прямым кислотным нарушением защитного воскового покрова листьев, делая растения наиболее уязвимыми для насекомых, грибковых заболеваний и других наземных организмов. Вторым механизмом неблагоприятного воздействия является вымывание биогенов, что ведет к обеднению почв. Этому способствует снижение активности микроорганизмов в почвах. Образовавшийся дефицит биогенов ведет к замедлению роста деревьев и увеличивает их уязвимости для естественных врагов леса. Отметим также связанные с кислыми осадками процессы мобилизации токсических элементов. В качестве примера растворим алюминий. Этот элемент широко распространен в окружающей среде: он присутствует в больших количествах практически во всех горных породах и почвенных минералах. При нейтральном значении рН алюминий слабо растворим и поэтому безвреден. Увеличение кислотности почвенной влаги ведет к высвобождению свободных форм этого элемента. Этот процесс называется мобилизацией. Он характерен и для других металлов, например ртути и свинца. Ионная форма этих элементов обладаем высокой токсичностью по отношению к растениям и животным. Сочетание перечисленных последствий влияния кислотных осадков в целом создают условия для токсического поражения лесных экосистем.

2.3. Нарушение озонового слоя.

Известно, что с видимым светом Солнце излучает также жесткие ультрафиолетовые лучи. Обладая высокой энергией, это излучение проникает через атмосферу и поглощается тканями животных организмов. Если бы все ультрафиолетовое излучение, падающее на верхний слой атмосферы, достигало поверхности Земли, то вряд ли на ней было бы возможно существование жизни, ведь сегодня до нас доходит менее 1% всего потока этих лучей. Жизнь на Земле возможна благодаря мощному экрану, состоящему из озона, расположенного на высоте около 25 км. Необходимость сохранения этою озонового слоя сегодня очевидна. Однако некоторые загрязняющие атмосферу вещества разрушают этот экран. Эти вещества называют озоноразрушающими, к ним относятся хлорфторуглероды, широко используемые в холодильной технике, кондиционерах, парфюмерной промышленности (аэрозольные баллончики) и в производстве пористых пластмасс. В 70-х годах нашего столетия была высказана гипотеза о озоноразрушающей роли этих соединений. Лишь в 1985 году после обнаружения со спутников огромной «озоновой дыры» над Южным полюсом, мировая общественность забила тревогу. Ведь если бы это истончение озонового слоя почти на 50% произошло не над полюсом, а над другой территорией Земли, последствия могли быть трагичнее. Предполагается, что при низких температурах в облаках стимулируемся высвобождение атомов хлора и хлорфторуглеродов. За время холодной арктической зимы накапливается значительное количество активного хлора, который под влиянием весеннего солнца поднимается на большие высоты, разрушает молекулы озона, ослабляя тем ультрафиолетовый экран. В 1989 году аналогичное истончение озонового экрана отмечено уже над Арктикой. Это вызнало особое беспокойство. По оценкам ученых, появление «озоновых дыр» даже в этих широтах чревато значительными потерями морского фитопланктона, что неизбежно скажется на жизни практически всех арктических животных. В 1985 году в Вене была подписана Конвенция о защите озонового слоя, которая к 1992 году ратифицирована 82 государствами. Российская Федерация получила финансовые инвестиции от Глобального экологического фонда па реконструкцию основных предприятий потребителей озоноразрушающих веществ, производство которых с 1990 года снизилось в России в 10 раз. Сезонный цикл озона над Уралом характеризуется весенним максимумом. Так, в 1995 году содержание О3 над Уралом превысило средние значения на 10%, а в октябре отмечено снижение на 7%. Отмечая особое значение озонового экрана, укажем, что этот газ может образовываться и в приземном слое атмосферы. В этом случае его появление в воздухе - прямое указание на неблагополучие городской атмосферы. Антропогенный О3 образуется в сильно загрязнённых условиях при интенсивной солнечной радиации и наличии в воздухе окислов азота. NO2 = NO + О; здесь О: -активный радикал кислорода. Чаще всего образование озона происходит при загрязнении среды выхлопными газами транспорта. Образующийся в приземной атмосфере озон ни в коей мере не восполняет потери озонового экрана. Он выступает в качестве активного токсического агента, пагубно влияющего на животных и особенно на растения.