Загрязнение — один из видов деградации экосистемы. Загрязнение окружающей среды — это антропогенное привнесение в экосистему агентов различной природы, воздействие которых на живые организмы превышает природный уровень. В числе этих агентов могут быть как свойственные экосистеме, так и чуждые ей.
В соответствии с данным определением загрязнения классифицируют по виду воздействия, способу поступления действующих агентов в окружающую среду и по характеру воздействия на нее выделяют следующие виды загрязнения окружающей среды:
1) механическое — загрязнение окружающей среды агентами, которые оказывают механическое воздействие (например, захламление мусором разных видов);
2) химическое — загрязнение химическими веществами, оказывающими токсическое действие на живые организмы или вызывающими ухудшение химических свойств объектов окружающей среды;
3) физическое — антропогенное воздействие, вызывающее негативные изменения физических свойств окружающей среды (тепловых, световых, шумовых, электромагнитных и др.);
4) радиационное — антропогенное воздействие ионизирующего излучения радиоактивных веществ, превышающее природный уровень радиоактивности;
5) биологическое загрязнение отличается большим разнообразием и включает:
- привнесение в экосистему чуждых ей живых организмов (животных, растений, микроорганизмов);
- поступление биогенных веществ;
- привнесение организмов, вызывающих нарушение баланса популяций;
- антропогенное нарушение исходного состояния присущих экосистеме живых организмов (например, массовое размножение микроорганизмов или негативное изменение их свойств).
Химическое загрязнение представляется наиболее опасным, его негативное действие на живые организмы закрепляется на генетическом уровне, загрязняющие вещества вызывают глобальный эффект.
Среди химических загрязняющих веществ различают минеральные и органические. И те и другие поступают с различными бытовыми и производственными отходами: с продуктами сгорания ископаемого топлива и продуктами внутреннего сгорания транспортных средств, с отходами металлургии, химических производств, пищевой промышленности и животноводства, с шахтными отвалами и терриконами, с продуктами нефтедобычи и нефтепереработки, с пестицидами и удобрениями, аварийными сбросами в акватории, с бытовыми стоками и мусором и прочие.
Давая определение понятия о химических загрязняющих веществах, необходимо характеризовать как источники, так и размеры их поступления. Химические загрязняющие вещества — это вещества, поступающие в окружающую среду из антропогенных источников в количествах, превышающих природный уровень. Сам факт превышения природного уровня поступления любых химических веществ — свидетельство нарушения свойственного экосистеме биогеохимического цикла химических элементов, что не может не сказаться на состоянии живых организмов, так как именно они являются главными участниками биогеохимических циклов этих элементов.
Среди загрязняющих веществ можно выделить вещества, встречающиеся в природе и чуждые ей. Химические элементы, относящиеся к обязательным составляющим всех природных сред в их естественном состоянии, не могут быть названы токсичными только потому, что обнаруживаются в техногенных условиях. К опасным для живых организмов или загрязняющим их относят только в том случае, когда они поступают в окружающую среду в количествах, превышающих их региональные фоновые уровни. Превышение природного уровня содержания химических веществ в почве, воде и воздухе может представлять опасность для живых организмов вследствие поражения экосистемы, нарушения свойственных ей сбалансированных потоков вещества.
Загрязняющие вещества можно классифицировать по следующим основным признакам:
- химическая природа вещества (органические, минеральные, естественного или искусственного происхождения);
- токсичность для живых организмов;
- технофильность;
- характер воздействия на почву;
- источники поступления в окружающую среду;
- режим поступления в окружающую среду;
- фазовое состояние;
- дальность распространения.
Количество поступающих в экосистему химических веществ из антропогенных источников зависит от степени вовлечения их человеком в производственный процесс. Потребность общества в различных веществах неодинакова. Однако оценить ее на основании абсолютных количеств использования этих веществ трудно. Более информативными оказываются относительные показатели.
Высоко информативным показателем потребления химических элементов человеком является технофильность (этот термин предложен А. И. Перельманом). Коэффициент технофильности химического элемента — показатель использования его человеком в хозяйственной деятельности — определяется как отношение средней ежегодной мировой добычи элемента (в тоннах) к кларку этого элемента в литосфере. Чем интенсивнее элемент вовлечен в использование человеком, тем выше уровень этого показателя. При равных объемах потребления химических элементов коэффициент технофильности тем выше, чем ниже его содержание в литосфере. Коэффициент технофильности непостоянен, его изменение со временем связано с развитием производства, науки и техники.
Причины высокого потребления человеческим обществом разные для разных химических элементов. Наибольший уровень технофильности установлен для углерода, основного компонента органических веществ. Углерод-содержащие природные органические вещества составляют основу различных видов топлива. Уголь, нефть, газ, будучи аккумуляторами солнечной энергии, во все времена активно использовались как топливо. Масштабы ежегодной добычи угля, нефти измеряются миллиардами тонн. Высоко потребление человеком хлорида натрия, помимо производственных целей эта соль потребляется человеком с пищей. Высокий уровень технофильности имеет золото, являющееся мерой стоимости людского труда. Ценность золота как международной валюты обусловлена его высокой химической инертностью. Высокий показатель технофильности у многих элементов, которые содержатся в горных породах в низких количествах, но широко применяются в различных производствах (Bi, Sb, Pb, Mo, W, Sn, N, Cr, Cu, S, Zn, P, Ca).
Кларк — среднее содержание элемента в литосфере. Термин был предложен А. Е. Ферсманом в 1923 г. в честь американского ученого Ф. У. Кларка, посвятившего свою жизнь вычислению средних показателей содержания химических элементов в литосфере и других природных средах.
Показатель технофильности химических элементов динамичен. Анализ изменения во времени добычи (потребления) химических элементов, проведенный А. Е. Ферсманом еще в 1934 г., свидетельствует о постоянном росте показателя технофильности. По мере развития человеческой деятельности растет количество добываемых человеком из недр химических элементов и вовлечение их в хозяйственное использование. В древности человек использовал лишь 8 элементов, в XVIII в. число их увеличилось до 28, в XIX в. достигло 62. Добыча основных металлов за XIX в. увеличилась на два порядка. В настоящее время человеком используются не только все 107 химических элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева, но и радиоактивные изотопы известных элементов и не известные природе трансурановые элементы.
Рост технофильности элементов группы железа был связан с использованием железных руд в черной металлургии (Fe, Mn, Mo, W, Cr, Ni). Развитие электротехники вызвало рост технофильности Al, Cu, а химизация сельского хозяйства — широкое использование N, Р, К в качестве удобрений.
Особое внимание с экологической точки зрения привлекают ксенобиотики — вещества, не свойственные живой природе. По своей структуре они чужды природе и получены в результате химического синтеза. Среди них могут быть вещества, близкие к природным, например ароматические вещества, используемые в парфюмерии, или перетроиды, близкие к природным инсектицидам, а также вещества, не имеющие аналогов в природе.
Особую группу составляют радиоактивные вещества. Опасность их для живых организмов связана не с химическим действием, а с действием ионизирующего излучения, возникающего при их распаде.
В настоящее время в мире производится около 80 тыс. видов химических продуктов. Каждый год на рынок поступает более тысячи новых. В мире используется около 250 млн т органических химических веществ, значительная часть которых после использования бесконтрольно попадает в окружающую среду. Колоссальные количества веществ антропогенной природы не могут не изменять состав природных сред на планете. Большого внимания заслуживают тяжелые металлы и металлоиды.
Химические вещества классифицированы по степени их опасности для экосистемы. Класс опасности химических веществ устанавливается по ряду показателей. В нашей стране эти показатели определены ГОСТом.
Класс опасности устанавливается при его соответствии не менее чем трем показателям из вышеназванных шести. Важнейшим является показатель токсичности ЛД50. Он показывает летальную дозу препарата в мг действующего вещества на 1 кг живого веса, вызывающую гибель 50 % подопытных животных.
Перечень опасных химических веществ для различных природных сред близок в разных странах. В Программе СКОПЕ (ООН) наиболее опасными элементами названы Cd, Pb, Hg, As. В программе США по окружающей среде контролю в водах подлежат Sb, As, Ba, Be, Cd, Cr, Cu, Fe, Zn, Hg, Ni, Ag. В воздухе контролируется содержание As, Be, Cd, F, Pb, Hg, эти же вещества контролируются в почве.
Для оценки меры экологической опасности различных химических воздействий (индивидуальных или комплексных) на основе экспертных оценок их классифицирует по стресс-индексам. Руководитель токсикологической группы Программы МАБ Ф. Корте в число наиболее опасных химических веществ (стресс-индикаторов) включил пестициды, тяжелые металлы, оксиды углерода и азота.