Загрязнение окружающей
среды
– это процесс привнесения в среду или
возникновения в ней новых, обычно не
характерных
для
нее
физических,
химических,
биологических
агентов,
оказывающих негативное воздействие.
Загрязнения
Загрязнители – это любые деструктивные
воздействия человека на природу, либо
любое неблагоприятное для живых
организмов изменение среды.
Типы загрязнений:
1) химическое;
2) физическое;
3) механическое;
4) биологическое.
Химические загрязнители
Предельно допустимая концентрация (ПДК) –
это величина, характеризующая максимальное
количество вещества, которое может находиться
в объекте в момент времени измерений без
вреда для живых организмов, и являющаяся
основной величиной экологического
нормирования содержания токсических веществ
в природной среде.
Эмиссия загрязнений – поступление вредных
веществ в окружающую среду называют.
Иммиссия – накопление вредных веществ после
их поступления из источника эмиссии.
Вредные вещества и отходы
II (высокоопасные)
I (чрезвычайно
опасные)
Класс
опасности
Вредные вещества
Отходы
Воздействие отходов на
окружающую среду
Ванадий
и
его Уголь-поглотитель,
Экологическая
соединения,
оксид загрязненный
ртутью, система необратимо
кадмия, карбонил никеля, асбестовая пыль и волокно, нарушена.
Период
озон, ртуть, свинец и его отработанные
самовосстановления
соединения,
неповрежденные
отсутствует.
терефталевая кислота и свинцовые аккумуляторы с
др.
неслитым электролитом
Оксиды
азота, Оксиды меди, фториды Экологическая
дихлорэтан,
марганец, аммония, соли бария, соли система
сильно
свинец,
пиридин, с цианидами
нарушена.
Период
растворы едких щелочей
восстановления
не
и др.
менее 30 лет после
полного устранения
источников вредного
воздействия.
Вредные вещества и отходы
IV (малоопасные)
III (умеренно опасные)
Класс
опасности
Вредные вещества
Отходы
Воздействие отходов на
окружающую среду
Камфара,
Соляная
кислота, Экологическая система
капролактам,
отработанные аккумуляторные нарушена.
Период
ксилол, полиэтилен щелочи, таблеточная пыль и восстановления
не
низкого давления, др.
менее 10 лет после
метиловый спирт и
снижения
вредного
др.
воздействия
от
существующего
источника.
Аммиак,
ацетон, Отходы
вазелина
с Экологическая система
бензин,
керосин, лекарственными примесями, нарушена.
Период
нафталин,
отходы эмалей, парфюмерно- самовосстановления не
скипидар, доломит, косметическая продукция и менее 3 лет.
окись углерода
сырьё для её производства,
непригодные для дальнейшего
использования
Наиболее распространенные
загрязнители
• газы (двуокись углерода, метан, оксиды азота и
серы);
• тяжелые металлы (кадмий, бериллий, ртуть,
свинец и др.);
• органические вещества: нефть, нефтепродукты,
пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ),
синтетические поверхностно-активные вещества
(ПАВ), полициклические ароматические
углеводороды;
• удобрения: в основном это минеральные
удобрения, содержащие такие биогенные
элементы, как азот, калий и фосфор.
Физическое загрязнение
1) радиоактивное – связано в развитием
атомной энергетики;
2) тепловое – связано с развитием энергетики
в целом, актуально для водоемовохладителей;
3) шумовое загрязнение – транспорт, работа
оборудования на производствах;
4) электромагнитное – электрическая техника;
5) вибрационное.
Механическое загрязнение
засорение веществами / объектами, не
оказывающими физико-химического
воздействия (мусор, пыль).
Биологическое загрязнение
антропогенно индуцированное
преимущественное развитие одного или
нескольких видов, приводящее к структурнофункциональным нарушениям в экосистеме.
К биологическому загрязнению можно
отнести инвазию чужеродных видов;
микробиологическое загрязнение –
растпространение патогенных
микроорганизмов, например со сточными
водами.
Формы взаимодействия
загрязнений:
1) аддитивное действие (эффект суммы равен
сумме эффектов);
2) антагонизм (эффект суммы меньше отдельных
эффектов): действие мышьяка и серы по
отношению к селену;
3) синергизм (эффект суммы больше отдельных
эффектов, но меньше суммы эффектов);
4) сенсибилизация (эффект суммы больше
суммы эффектов): например, усиление кадмием
токсического действия цинка и цианидов,
присутствующих в воде.
Биомониторинг и
биотестирование
Недостатки физико-химических
методов экологического мониторинга:
• не дают информации о вредном или
токсическом воздействии на живые
организмы;
• не учитывают синергетического и
антагонистического действия поллютантов;
• не позволяют получить информацию о
вторичных эффектах действия поллютантов,
вызванных их накоплением и трансформацией
в различных звеньях экосистем.
Биомониторинг – это система наблюдений,
оценки и прогноза различных изменений в
биоте, вызванных факторами антропогенного
происхождения.
2 группы методов биомониторинга:
1) биоиндикация – это определение наличия в
среде того или иного загрязнителя, а также
биологически значимых нагрузок по наличию
или состоянию наиболее чувствительных к
изменению экологической обстановки
организмов и сообществ, населяющих
данную экосистему;
Биоиндикация
• Определение состояния окружающей среды по комплексу
признаков у хвойных, например, осыпание хвои
свидетельствует о газодымовом загрязнении; осыпание
листьев лип и каштанов – при засолении (избыток соли для
таяния льда);
• Оценка чистоты воздуха по состоянию лишайников;
• Оценка фитоаккумуляции загрязняющих веществ;
• Оценка состояния антиоксидантной системы растений
(активность пероксидазы, перекисного окисления липидов,
содержание антиоксидантов);
• Выделение групп микроорганизмов в составе наземных
альгоцианобактериальных разрастаний при «цветении» почв,
бактерии группы кишечной палочки служат показателем
фекального загрязнения среды;
Биоиндикация
• Биоиндикация по соотношению в почве
микромицетов с окрашенным и бесцветным
мицелием;
• Определение активности почвенных ферментов
(инвертазы, каталазы, фосфатазы);
• Определение качества поверхностных вод по
гидробиологическим показателям;
• Выявление флуктуирующей асимметрии
билатеральных морфологических признаков;
• Оценка качества среды по состоянию пыльцы;
• Оценка влияния загрязняющих веществ на клеточные
структуры (цитогенетические исследования) и др.
2) биотестирование – это процедура
установления токсичности среды с
помощью тест-объектов,
сигнализирующих об опасности
независимо от того, какие вещества и в
каком сочетании вызывают изменения
жизненно важных функций у тестобъектов.
Тест-объекты
• – тест штаммы бактерий;
• – простейшие Paramecium caudatum;
• – водоросли Chlorella vulgaris; Scenedesmus guadricauda. На кафедре
клеточной биологии и биоинженерии растений под руководством
профессора В.М. Юрина была разработана установка для
определения токсичности водных растворов, где в качестве тестобъекта используются клетки междоузлий харовой водоросли Nitella
flexilis;
• – ракообразные (Daphnia magna, Ceriodaphnia affmis; гаммарусы),
• – кишечнополостные (гидра),
• - моллюски (пластинчатожаберные и брюхоногие: прудовики,
катушки),
• – черви (планарии, пиявки),
• – рыбы Poecillia reticulata.
Регистрируемые изменения в
биоиндикаторах и тест-объектах:
• молекулярные (экспрессия генов,
целостность ДНК);
• биохимические (ферменты, специфические
белки, индикаторные соединения);
• гисто-цитопатологические (цитологические,
гистопатологические);
• физиологические;
• поведенческие.
Требования к биоиндикаторам и
тест-объектам:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
чувствительность;
специфичность;
достаточно широкая распространенность;
наличие корреляции между реакцией организма и
уровнем воздействия стрессора на экосистему (в
идеале зависимость должна быть линейной);
простота в использовании;
надежность, достоверность и однозначность
реакции;
пригодность для качественного контроля;
пригодность для легкого обучения персонала;
обеспечение необходимыми данными.
Преимущества биологических методов
мониторинга перед физико-химическими:
• суммируют все без исключения биологически
важные данные об окружающей среде и
отражают ее состояние в целом,
• выявляют наличие в окружающей среде
комплекса загрязнителей,
• позволяют судить о степени вредности тех или
иных веществ для живой природы и человека;
• дают возможность контролировать действие
многих синтезируемых человеком соединений;
Преимущества биологических методов
мониторинга перед физико-химическими:
• фиксируют скорость происходящих в окружающей среде
изменений;
• указывают источники поступлений и места скопления
различного рода загрязнений в экосистемах и возможные
пути попадания этих веществ в организм человека;
• помогают нормировать допустимую нагрузку на
экосистемы, различающиеся по своей устойчивости к
антропогенному воздействию, т. к. одинаковый состав и
объем загрязнений может привести к различным реакциям
природных систем в разных географических зонах;
• делают необязательным применение дорогостоящих,
трудоемких физических и химических методов для
измерения биологических параметров.
Биосенсоры
аналитические приборы, состоящие из
биологического чувствительного элемента,
или биомаркера (фермент, антитело, ДНК,
клетка), непосредственно контактирующего с
физическим датчиком (оптический, массовый
или электрохимический), которые вместе
переводят концентрацию анализируемого
загрязнителя в измеримый электрический
сигнал (или измеримое изменение окраски).
Сферы применения биосенсоров:
• скрининг проб на токсичность,
• биомониторинг качества воды,
• биомониторинг качества атмосферного
воздуха,
• биомониторинг загрязнения почвы.