Среда обитания 71

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Среда обитания

учебно-методическое пособие

для выполнения практической работы

по дисциплине «Общая экология»

Уфа-2013

Составители	доцент кафедры ПЭ, к.т.н., Балакирева С.В.
	доцент кафедры ПЭ, к.х.н., МаллябаеваМ.И.

Содержание

		Стр.
	Задание	2
1	Понятие о среде обитания	2
2	Водная среда	4
3	Экологические проблемы гидросферы	6
4	Наземно-воздушная среда	12
5	Почвенная среда	15
6	Живые организмы как среда обитания	27
7	Экологические особенности паразитов	28
	Литература	30

Задание

Работа выполняется группами по 2-4 человека по вариантам.

Рассказать о среде обитания (водной пресной (вариант 1), наземно-воздушной (вариант 2), почвенной (вариант 3), водной соленой (вариант 4)), раскрыв следующие вопросы (можно в форме презентации):

1. Рассмотреть назначение среды обитания.

2. Дать характеристику среде обитания.

3. Рассказать о жизненных формах, экологических группах организмов, характерных для среды обитания.

4. Выявить особенности среды обитания.

5. Рассмотреть существующие природные и антропогенные проблемы в среде обитания.

6. Рассмотреть возможные пути решения проблем.

7. Предложить вопросы, тесты для слушателей, по своему заданию.

ВОПРОСЫ

1. Определить значимые экологических факторов для водной среды обитания?

2. Какие приспособления имеют растения, обитающие в водной среде? Какие факторы формируют эти приспособления?

3. Какие приспособления имеют животные, обитающие в водной среде? Какие факторы формируют эти приспособления?

4. Предложить вариант пищевой цепи, характерной для вводной среды обитания (пресные воды).

5. Предложить вариант пищевой цепи, характерной для вводной среды обитания (соленые воды).

6. Назвать основные причины загрязнения водной среды.

7. Определить значимые экологических факторов для наземно-воздушной среды обитания?

8. Какие приспособления имеют растения, обитающие в наземно-воздушной среде? Какие факторы формируют эти приспособления?

9. Какие приспособления имеют животные, обитающие в наземно- воздушной среде? Какие факторы формируют эти приспособления?

10. Предложить вариант пищевой цепи, характерной для почвенной среды обитания.

11. Назвать основные причины загрязнения наземно-воздушной среды.

12. Как организмы почвы приспособлены к подземной жизни? Какие приспособления им свойственны?

13. Какая из существующих видов почв является наиболее благоприятной для растений? Ответ обосновать.

14. Предложить вариант пищевой цепи, характерной для почвенной среды обитания.

15. Назвать основные причины эрозии почв.

16. Назвать основные причины загрязнения почв.

1. Понятие о среде обитания

Живые организмы всегда находятся во взаимодействии с ок­ружающими их природными образованиями и явлениями. Об историческом единстве живых организмов и их окружения еще в XIX в. писал выдающийся русский физиолог И.М. Сеченов: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существо­вание, невозможен; поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него».

Совокупность природных условий и явлений, окружающих живые организмы, с которыми эти организмы находятся в по­стоянном взаимодействии, называется средой обитания.

Роль среды двояка:

1. живые организмы получа­ют пищу из среды, в которой обитают.

2. различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару. Жаркий и сухой климат пустыни препятствует жизни в ней большинства организмов, точно так же как из-за сильного холо­да в полярных областях обитать в них могут лишь наиболее вы­носливые виды. Именно среда изменяет организмы тем, что спо­собствует их совершенствованию путем естественного отбора. Организмы не просто приспосабливаются к среде, но эволюцио­нируют.

В свою очередь, жизнедеятельность организмов оказывает влияние на среду. Средообразующая роль живых организмов ве­лика. Растения выделяют кислород и тем самым поддерживают его баланс в атмосфере планеты. Высокие растения (деревья и кустарники) затеняют почву, способствуют перераспределению влаги, вместе с травами создают особый микроклимат. Растения и животные оказывают влияние на структуру и свойства почвы.

Если происхождение природных явлений не связано с жиз­недеятельностью ныне живущих организмов, то мы имеем дело с абиотической, или неживой, средой обитания: это различные физические характеристики климата, химические характеристи­ки воды, почвы, характер субстрата, радиационный фон и т.п.

В случае, когда силы и явления природы обязаны своим про­исхождением жизнедеятельности организмов, среда обитания называется биотической, или живой. Это совокупность живых организмов, оказывающих своей жизнедеятельностью влияние на другие организмы.

Несмотря на то что разнообразие жизненных условий на Земле привело к разнообразию сред, в которых могут обитать организмы, можно выделить специфические среды, для которых характерны общие черты и признаки.

Четыре среды обитания для живых организмов:

1) водная;

2) наземно-воздушная;

3) почвенная;

4) сами живые организмы, заселенные паразитами, полупаразитами и симбионтами (организ­мы, существующие совместно и извлекающие пользу от сожитель­ства, например водоросли или цианобактерии, образующие вместе с грибами единый организм — лишайник).

Первые три разновидности среды обитания составляют абиотическую среду, четвертая — биотическую.

1	водная;	} абиотическая среда
2	наземно-воздушная;
3	почвенная;
4	сами живые организмы, заселенные паразитами, полупаразитами и симбионтами.	биотическая среда

Организмы могут существовать:

- в одной (рыбы обитают только в воде, кроты - в почве)

-в нескольких средах жизни (некоторые птиц обитают в воде, наземно-воздушной средах).

Человек, некоторые птицы, млекопитающих, деревья, покрытосе­менные растения обитают в наземно-воздушной среде.

Многие на­секомые и земноводные начинают свой жизненный путь в одной среде, а продолжают в другой (личинки комаров развиваются в во­де, взрослые насекомые обитают в наземно-воздушной среде). Не­которые насекомые для продолжения рода нуждаются в почвенной и наземно-воздушной средах (майский жук, бронзовка).

2. Водная среда

Водная оболочка нашей планеты (совокупность океанов, морей, вод континентов, ледниковых покровов) называется гид­росфера. В более широком смысле в состав гидросферы включа­ют также подземные воды, лед и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых орга­низмах.

2.1 СВЕДЕНИЯ О ВОДЕ

Общие сведения
1	Общий объем природных вод	около 1,39 млрд км3 (1/780 объема планеты)
2	Общая площадь вод	71 % поверхности планеты (361 млн км2)
Запасы воды на планете (% от общего количества)
1	Океаны		97,2
2	Поверхностные воды:
	- пресные озера		0,009
	- соленые озера и внутренние моря		0,008
	- русла рек		0,0001
3	Подземные воды		0,62
4	Ледники и ледниковые шапки		2,15
5	Атмосфера		0,001
	Итого		100

Распределение водных масс в гидросфере Земли

(по М.И.Львовичу, 1986)

Часть гидросферы	Объем во­ды, 103 км3	% от об­щего объе­ма
Мировой океан	1 370 000	94,0
Подземные воды	60 000	4,0
в т.ч. зоны активного водообмена	4 000	0,3
Ледники	24 000	1,7
Озера	280	0,02
Почвенная влага	80	0,01
Пары атмосферы	14	0,001
Реки	1,2	0,0001
Вся гидросфера	1 454 000	100,0

2.2 ФУНКЦИИ ГИДРОСФЕРЫ

Вода — составная часть всех элементов биосферы, не только водоемов, но и воздуха, почвы, живых существ. Это самое рас­пространенное на планете природное соединение. Без воды не­возможно существование ни животных, ни растений, ни человека. Для выживания любого организма ежедневно требуется опреде­ленное количество воды, поэтому свободный доступ к воде — жизненная необходимость.

Жидкая оболочка, покрывающая Землю, отличает ее от со­седних с ней планет. Гидросфера важна для развития жизни не только в химическом смысле. Велика ее роль и в поддержании относительно неизменного климата, что позволило жизни вос­производиться в течение более трех миллиардов лет. Поскольку для жизни необходимо, чтобы преобладающие температуры бы­ли в диапазоне от 0 до 100 °С, т. е. в пределах, которые позволя­ют гидросфере оставаться в основном в жидкой фазе, можно сделать вывод, что температура на Земле на протяжении боль­шей части ее истории отличалась сравнительным, относитель­ным постоянством.

Гидросфера служит планетарным аккумулятором неоргани­ческого и органического вещества, которое приносится в океан и другие водоемы реками, атмосферными потоками, а также об­разуется самими водоемами. Вода — великий распределитель те­пла на Земле. Нагретая Солнцем у экватора, она переносит тепло гигантскими потоками морских течений в Мировом океане.

Вода входит в состав минералов, содержится в клетках расте­ний и животных, влияет на формирование климата, участвует в круговороте веществ в природе, способствует отложению оса­дочных пород и образованию почвы, является источником полу­чения дешевой электроэнергии: ее используют в промышленно­сти, сельском хозяйстве и для бытовых нужд.

Несмотря на кажущееся достаточное количество воды на планете, пресной воды, необходимой для жизни человеку и мно­гим другим организмам, катастрофически не хватает. Из всего количества воды в мире 97—98 % составляет соленая вода морей и океанов. Конечно, использовать эту воду в быту, сельском хо­зяйстве, промышленности, для производства пищевых продук­тов невозможно. И все же гораздо серьезнее другое: 75 % пре­сной воды на Земле находится в виде льда, значительную ее часть составляют подземные воды, и лишь 1 % доступен для жи­вых организмов. И эти драгоценные крохи человек нещадно за­грязняет и беспечно расходует, при том что потребление воды непрерывно возрастает. Загрязнение гидросферы происходит прежде всего в результате сброса в реки, озера и моря промыш­ленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод.

Пресные воды — не только незаменимый питьевой ресурс. Орошаемые ими земли дают около 40 % общемирового урожая; на ГЭС производится примерно 20 % всей электроэнергии; из потребляемой людьми рыбы 12 % составляют речные и озерные виды.

Особенности водной среды проистекают из физико-химических свойств воды. Так, важное экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды. Удельная масса воды соиз­мерима с таковой тела живых организмов. Плотность воды при­мерно в 1000 раз больше плотности воздуха. Поэтому водные ор­ганизмы (особенно активно передвигающиеся) сталкиваются с большой силой гидродинамического сопротивления. Эволюция многих групп водных животных по этой причине шла в направ­лении формирования формы тела и типов движения, снижаю­щих лобовое сопротивление, что приводило к снижению энерго­затрат на плавание. Так, обтекаемая форма тела встречается у представителей различных групп организмов, обитающих в во­де, — дельфинов (млекопитающих), костистых и хрящевых рыб.

Высокая плотность воды способствует также тому, что в ней хорошо распространяются механические колебания (виб­рации). Это имело важное значение в эволюции органов чувств, ориентации в пространстве и коммуникации между водными обитателями. Вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эхолокационных сигналов.

В связи с высокой плотностью водной среды многие ее обита­тели лишены обязательной связи с субстратом, которая характер­на для наземных форм и обусловлена силами гравитации. Есть це­лая группа водных организмов (как растений, так и животных), которые всю свою жизнь проводят в плавучем состоянии.

Вода обладает исключительно высокой теплоемкостью. Теп­лоемкость воды принята за единицу. Теплоемкость песка, на­пример, составляет 0,2, а железа — лишь 0,107 теплоемкости воды. Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колеба­ния на прибрежных участках Земли в различные времена года и в различные поры суток: вода выступает своего рода регулято­ром температуры на планете.

Назначение (функции) водной среды обитания:

1. - основная составляющая часть всех живых организмов (тело человека, например, на 70% состоит из воды, а некоторые организмы, такие как медуза или огурец, на 98-99%);

2. - с участием воды осуществляются многочисленные процессы в экосистемах (например, обмен веществ, тепла);

3. -вода - один из важнейших видов минерального сырья, основной природный ресурс, потребляемой человечеством (сегодня воды используется в тысячи раз больше, чем нефти или угля).

4. -огромную роль играет гидросфера в формировании поверхности Земли, ее ландшафтов, в развития экзогенных процессов (выветривание горных пород, эрозия, карст и др.), в переносе химических веществ, в том числе и загрязнителей окружающей среды.

5. -для многих организмов вода - это среда их обитания.

6. -поддержании относительно неизменного климата,

7. -планетарный аккумулятор неоргани­ческого и органического вещества,

8. -распределитель те­пла на Земле,

9. -участвует в круговороте веществ,

10. -способствует отложению оса­дочных пород и образованию почвы,

11. -является источником полу­чения дешевой электроэнергии: ее используют в промышленно­сти, сельском хозяйстве и для бытовых нужд,

12. - перемещение грузов по воде,

13. -источник пищевых ресурсов (рыбы),

14. -источник непищевых ресурсов (песок),

15. -место отдыха, оздоровления,

16. - др.

2.3 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГИДРОСФЕРЫ

К ним относятся:

1 Загрязнение гидросферы

2. Проблема нехватки пресной воды

1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ

Виды загрязнения:

• физическое, 

• химическое, 

• биологическое 

• тепловое.

• Радиационное,

• дампинг отходов

№	Вид загрязнения	Источник	Негативное воздействие
1	физическое	накопление нерастворимых примесей - песка, глины, ила с водосборного бассейна (промышленность, населенные пункты, сельское хозяйство, свалки…) и стоков рек; попадания пыли, которая переносится ветром при сухой погоде	Твердые частицы -снижают прозрачность воды, -подавляют развитие водных растений, - забивают жабры рыб и других водных животных, -ухудшают вкусовые качества воды, - делают непригодной для потребления
2	химическое	поступления со сточными водами предприятий и населенных пунктов вредных неорганических (кислоты, щелочи, минеральные соли) и органических (нефть и нефтепродукты, моющие  средства, пестициды и т.д.) соединений, смывы с полей, 3аварии при перевозках нефти, химических грузов, аварии на трубопроводах в местах водных переходов,  химические, нефтеперерабатывающие и целлюлозно-бумажные комбинаты, крупные животноводческие комплексы, горнорудная промышленность	- вредное воздействие токсичных веществ, попадающих в водоемы, усиливается за счет так называемого кумулятивного эффекта, - вредные вещества накапливаются по пищевым цепям, - нефтяная пленка препятствует газообмену между водой и атмосферой и снижает содержание в воде кислорода, - сгустки тяжелых нефтепродуктов, оседая на дно, убивают бентос - микроорганизмы, участвующие в процессе самоочищения воды, - при гниении донных осадков, загрязненных органическими веществами, выделяются вредные соединения (сероводород), отравляющих воду, - загрязнение воды веществами, содержащими фосфор (из синтетических моющих веществ), способствует бурному размножению сине-зеленых водорослей и «цветению» водоемов, которое сопровождается резким снижением в воде содержания кислорода, «заморам» рыбы, гибелью других водных животных
3	биологическое	поступление сточными водами ЖКХ, сахарных заводов, мясокомбинатов, предприятий по обработке кожи, деревообрабатывающих комбинатов различных микроорганизмов (бактерий, вирусов), спор грибов, яиц гельминтов и т. д.	-многие из них являются болезнетворными для человека, животных и растений, опасно биологическое загрязнение водоемов в местах массового отдыха людей (курортные зоны на побережье морей).
4	тепловое	спуска в водоемы подогретых вод от ТЭС, АЭС и других энергетических объектов	- изменяется термический и биологический режимы водоемов, вредно влияет на обитателей водоемов: вода, нагретая до 26-30 ° С, действует на рыб и других обитателей водоемов подавляющи, до 36 ° С - рыба гибнет.
5	радиационное	военные и мирные атомные взрывы, аварии на атомных объектах
6	дампинг отходов	сброс и захоронение отходов в океан и моря (химических, ТБО, радиоактивных) В Тихом океане течения выносят пластиковый мусор в его центральную часть, где расположен мощный Северо-Тихоокеанский субтропический водоворот, образованный в месте пересечения течений (Куросио, Аляскинское, Калифорнийское, северные пассатные, межпассатные противотечения), плавающий мусор в нем концентрируется и остается навеки. Пластиковый мусор плавает на поверхности воды, зависает в ее толще и опускается на дне. Суммарная масса накопившихся отходов между Гавайскими островами и Калифорнийским побережьем составляет 3,5 млн. т, по площади - более 1 млн. км2 [6]. Из 260 млн. т. ежегодно производимого пластика, около 10% попадает в океаны. Концентрация пластиковых отходов возрастает. С середины 50-х годов ХХ века в Тихом океане регистрируются дрейфующие мусорные острова площадью до нескольких десятков квадратных метров.	со временем тара (металлические бочки) приходит в негодность из-за коррозии, загрязнение вод

Загрязнение:

• физическое, 

• химическое, 

• биологическое 

• тепловое.

• Радиационное,

• дампинг отходов

Физическое загрязнение воды происходит в результате: накопление в ней нерастворимых примесей - песка, глины, ила в результате смывания дождевыми водами с распаханных участков (полей); поступления суспензий с предприятий горнорудной промышленности; попадания пыли, которая переносится ветром при сухой погоде и т.д. Твердые частицы снижают прозрачность воды, подавляют развитие водных растений, забивают жабры рыб и других водных животных, ухудшают вкусовые качества воды, а иногда делают ее вообще непригодной для потребления. Химическое загрязнение происходит из-за поступления в водоемы со сточными водами различных вредных примесей неорганического (кислоты, щелочи, минеральные соли) и органического (нефть и нефтепродукты, моющие  средства, пестициды и т.д.) состава. Вредное воздействие токсичных веществ, попадающих в водоемы, усиливается за счет так называемого кумулятивного эффекта (прогрессирующее увеличение содержания вредных соединений в каждой последующей звене трофической цепи. Так, в фитопланктоне концентрация вредного соединения часто оказывается в десятки раз выше, чем в воде, в зоопланктоне (личинки, мелкие рачки и т.д.) - в десятки раз выше, чем в фитопланктоне, в рыбе, которая питается зоопланктоном, - еще в десятки раз выше . А в организме хищных рыб (таких, как щука или судак) концентрация яда увеличивается еще в десять раз и, следовательно, будет в десять тысяч раз выше, чем в воде. Особого вреда водоемам наносят нефть и нефтепродукты, которые образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой и снижает содержание в воде кислорода. В результате разлива 1 т нефти пленкой покроется 12 км2 воды. Сгустки мазута, оседая на дно, убивают донные микроорганизмы, участвующие в процессе самоочищения воды.Вследствие гниения донных осадков, загрязненных органическими веществами, выделяются вредные соединения, в частности сероводород, отравляющих всю воду в реке или в озере.

К основным загрязнителям воды относятся химические, нефтеперерабатывающие и целлюлозно-бумажные комбинаты, крупные животноводческие комплексы, горнорудная промышленность. Среди загрязнителей воды особое место занимают синтетические моющие средства.Эти вещества чрезвычайно устойчивы, сохраняются в воде годами. Загрязнение воды веществами, содержащими фосфор, способствует бурному размножению сине-зеленых водорослей и «цветению» водоемов, которое сопровождается резким снижением в воде содержания кислорода, «заморам» рыбы, гибелью других водных животных. Во время «цветения» Каховского и других «рукотворных» морей на Днепре стоит смрад, а волны выбрасывают на берег трупы рыбы, задохнулась. Биологическое загрязнение водоемов заключается в поступлении к ним со сточными водами различных микроорганизмов (бактерий, вирусов), спор грибов, яиц гельминтов и т. д., многие из которых являются болезнетворными для человека, животных и растений. Среди биологических загрязнителей первое место занимают коммунально-бытовые стоки (особенно, если они не очищены или очищенные недостаточно), а также стоки сахарных заводов, мясокомбинатов, предприятий по обработке кожи, деревообрабатывающих комбинатов. Особенно опасно биологическое загрязнение водоемов в местах массового отдыха людей (курортные зоны на побережье морей). За плохого состояния канализационных систем и очистных сооружений в последние годы нередко закрывались пляжи в Одессе, Мариуполе и других городах на побережьях Черного и Азовского морей, поскольку в морской воде были обнаружены возбудители таких опасных заболеваний, как холера, дизентерия, вирусный гепатит и др. Тепловое загрязнение воды происходит в результате спуска в водоемы подогретых вод от ТЭС, АЭС и других энергетических объектов. Теплая вода изменяет термический и биологический режимы водоемов и вредно влияет на их обитателей. Как показали исследования гидробиологов, вода, нагретая до температуры 26-30 ° С, действует на рыб и других обитателей водоемов подавляемое, а если температура воды поднимается до 36 ° С, рыба гибнет.Наибольшее количество теплой воды сбрасывают в водоемы атомные электростанции.

Радиационное- военные и мирные атомные взрывы, аварии на атомных объектах,

Дампинг отходов- сброс и захоронение отходов в океан и моря (химических, ТБО, радиоактивных)- со временем тара (металлические бочки) приходит в негодность, загрязнение вод

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКЕАНА ПЛАСТИКОВЫМ МУСОРОМ

В Тихом океане течения выносят пластиковый мусор в его центральную часть, где расположен мощный Северо-Тихоокеанский субтропический водоворот, образованный в месте пересечения течений (Куросио, Аляскинское, Калифорнийское, северные пассатные, межпассатные противотечения), плавающий мусор в нем концентрируется и остается навеки. Пластиковый мусор плавает на поверхности воды, зависает в ее толще и опускается на дне.

Суммарная масса накопившихся отходов между Гавайскими островами и Калифорнийским побережьем составляет 3,5 млн. т, по площади - более 1 млн. км² [6]. Из 260 млн. т. ежегодно производимого пластика, около 10% попадает в океаны. Концентрация пластиковых отходов возрастает. С середины 50-х годов ХХ века в Тихом океане регистрируются дрейфующие мусорные острова площадью до нескольких десятков квадратных метров.

Источниками полимерных загрязнений океана являются: селитебные зоны и промышленные центры, расположенные на побережье Северной и Южной Америки, Японии и Китая; реки, несущие воды в океан; выбросы океанских лайнеров (через Гавайские острова проложены оживленные транспортные и круизные маршруты); нефтяные платформы; брошенные орудия рыбного промысла. Пластиковый мусор в водах Тихого океана представлен: полиэтиленовыми пакетами разного размера, обломками пластиковых изделий, пластиковыми бутылками и тарой, кусками пенопласта и пр.

Внимание общественности и ученых к факту существования мусорного пятна привлек Чарльз Мур, капитан флота и океанолог, он полагает [6], что мусорный водоворот содержит около 100 млн. тонн плавучих отходов.

Свалка мусора необычна [6] - в Северо-Тихоокеанский водоворот (нейтральные воды) веками затягивало обломки кораблей, древесину, водоросли, трупы животных, а с начала 50-х гг. ХХ века - пластик. Из-за обилия гниющей массы отходов вода насыщена сероводородом, превратилась в «мертвую воду». В воде проживают колонии зоопланктона, отсутствуют промысловые рыбы, млекопитающие и птицы. Сегодня плавающий мусор на 90% состоит из пластика. Фрагменты пластика плавают на поверхности воды и в глубине от одного до сотни метров, более 70% всего попадающего сюда пластика опускается в придонные слои. Пластик прозрачен и со спутника мусорный водоворот не обнаруживается.

Пластиковый мусор может нанести серьезный ущерб дикой природе механически и химически.

Опасность пластиковых отходов для гидробионтов заключается в попадании пластиковых изделий и их фрагменты в пищеварительный тракт или в дыхательные пути рыб, живот­ных и птиц, что вызывает нарушение жизненных функ­ций, иногда их полное блокирование [1].

Согласно данным исследований Токийского универ­ситета, в пищеварительном тракте у 37 (из 372) рыб, 14 (из 17) морских черепах, выловленных вблизи берегов Японии, содержались частицы плас­тика. Чайки проглатывают крышки и кольца от бутылок, черепахи засасывают полиэтиленовые пакеты, принимая их за медуз. На побережье Тихого океана в 1980-х гг. происходил массовый выброс и гибель китов, исследования показали, что обрывки полиэтиленовой пленки блокировали их дыхательные органы. На берегу Нормандии во Франции был найден мёртвый кит-полосатик с 224 кг пластиковых мешков в желудке. По данным ЮНЕП, пластиковые отходы ежегодно становятся причиной смерти около 1 млн. птиц, 100 тыс. морских млекопитающих и большого количества рыб.

В рыбах, выловленных в районах океанических круговоротов, обнаружены следы химикатов, использованных при изготовлении пластмасс, количество морских водорослей и планктона в этих районах уменьшилось.

Распространенным является мнение, что изделия из крупнотоннажных термопластов и реактопластов практически не разлагаются в природной среде. Наверное, это справедливо для пластиковых отходов, спрессованных и практически не подвергающихся воздействию кислорода, влаги и других природных факторов на полигонах ТБО. Однако морская среда оказывается достаточно агрессивной для некоторых видов пластиков.

По данным, представленным на национальной конференции Американского химического общества (АХО) (марте 2009 г., Калифорния), пластики на основе поликарбоната и эпоксидных смол разлагаются в морской воде с выделением бисфенола-А (4,4'-дигидрокси-2,2-дифенилпропан, дифенилолпропан технический, ДФП). Также на конференции АХО были представлены сведения о быстром разложении в морской воде при обычных для океана температурах более легких пластиков.

В пробах, взятых в морях, омывающих берега Юго-Восточной Азии и Северной Америки, концентрации бисфенола-А достигали 50 частей на миллион (приблизитель­но 50 г на 1 м³ воды), это представляет серьезную опасность для моллюсков, ракообразных и амфибий.

Продуктами фотодеградации некоторых полимеров в поверхностных слоях воды являются химические вещества, в том числе бисфенол-А

Бисфенол-А используется в течение 50 лет в качестве отвердителя в изготовлении пластмассы, а также продуктов на основе пластмасс.

В 2010 г. FDA (Food and Drug Administration – Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств, агентство Министерства здравоохранения и социальных услуг США) официально признало вред бисфенола-А для здоровья человека. Губительны даже следовые количества. Бисфенол-А из-за структурной схожести с женским половым гормоном эстрогеном оказывает негативное влияние на мозг и репродуктивную систему, служит причиной ряда онкологических заболеваний, аутизма и деформации ДНК, угнетает репродуктивную функцию и эндокринную систему, задерживает развитие мозга, развивает сахарный диабет, ожирение и сердечнососудистые заболевания. При нагреве или при длительном хранении пищевых продуктов в посуде, бисфенол-А переходит из пластика в пищу.

В мировом сообществе существует разное отношение к безопасности бисфенола-А. Канада официально внесла бисфенол-А в список опасных химических веществ (сентябрь 2010 г.), несколько американских штатов (Коннектикут, Массачусетс, Вашингтон, Нью-Иорк, Орегон) запретили его использование. Однако EFSA (European Food Safety Authority) повторно (30 сентября 2010 г.) признала безопасным для здоровья человека использование бисфенола-А для покрытия емкостей, контактирующих с напитками и продуктами питания, хотя позднее (26 ноября 2010 г.) Еврокомиссия запретила кормить младенцев из бутылочек с бисфенолом-А. ВОЗ признала 13 ноября 2010 г. бисфенол-А безопасным.

К существующим основным способам предотвращения (или снижения скорости) накопления пластиковых отходов относятся: качественный (полный) сбор пластикового мусора, запрет на использование некоторых изделий из пластика, снижение массы упаковки и оптимизация ее конструкции, использование биоразлагаемых полимеров (биополимеры), разложение накопленных на свалках синтетических пластиков.

С экологической точки зрения наиболее оптимальным и универсальным методом переработки полимерных отходов является их термическое разложение (сжигание) в процессах пиролиза, термолиза. Химическая деструкция пластика в процессе высокотемпературной плазмы позволяет разложить полимер до атомарного уровня с последующим разделением химических элементов для синтеза новых материалов.

Пиролиз полимерной массы при температурах до 600 ºС даёт в основном жидкие продукты (образуются низкомолекулярные вещества, которые после очищения служат исходным сырьем для получения бензина, керосина, масел, нефти, аммиака), а выше 600 ºС – газообразные, вплоть до технического углерода. При каталитическом термолизе вторичного полимерного сырья образуются мономеры, которые могут быть использованы в процессах полимеризации и поликонденсации.

Сжигания полимерных отходов имеет недостатки. Метод экономически затратен (по оценкам немецкого Института экологической безопасности и переработке энергии, сжигание одной тонны пластиковых отходов обходится в 100 €, а последующее захоронение образовавшихся при сжигании твёрдых отходов – ещё порядка 60 €), опасен для окружающей среды. При сжи­гании отходов образуются вредных веществ (хлористый водород, окси­ды углерода, азота и серы, хлорированные полициклические соединения, тяжелые металлы и др.). При сжигании отходов десяти основных видов многотон­нажных пластиков (ПЭ, ПЭВД, ПЭНД, ПВХ, ПП, ПС и др.) образуется большое количество сажи размером 0,4 - 10 мк, представляющую повы­шенную опасность для человека и природных экосистем. Установки для сжигания отходов - сложные и дорогостоящие сооруже­ния, оснащенные системой очистки выбросов в атмосферу.

Все указанные выше методы требуют предварительной сортировки отходов и отделения таких фракции, как металлы, бумага, стекло, пищевые отходы и др. Процесс сортировки отходов высокозатратен, поэтому в развитых странах твёрдые бытовые отходы собираются и перерабатываются частными предприятиями.

Перспективным направлением является разработка и внедрение биоразлагаемых пластиков природных и синтетических (микробиологически, а затем химически синтезированные полимеры и их сополимеры: полигидроксиалканаты, полилактид, 1,3-пропандиол, эпихлоргидрин, ряд полимеров с низкой молекулярной массой).

На полилактид приходится 90 % всех биополимеров, он экономически доступен, его получают синтетическим способом, а также в процессе брожения сырья растительного происхождения (пшеница, картофель, кукурузы и сусла зерна и др.).

Чешская фирма Fatra, итальянская Novamont SpA и др. работают над созданием биоразлагаемых полимеров, полученных на основе природных высокомолекулярных соединении. Для придания биоупаковке товарных свойств (прочности и др.), в нее добавляют специальные вещества (гидроксикарбоновые кислоты, полигликоли, сополимеры, содержащие сложноэфирные группы, полиолефины и др.).

Параллельно с разработкой и внедрением биоразлагаемых полимеров, большое внимание в мире уделяется вопросу придания свойств биоразложения многотоннажным промышленным полимерам, таким как полиэтилен, полистирол, полипропилен, полиэтилентерефталат и поливинилхлорид. Эти биополимеры должны использоваться в конкретных целях: сезонно (пленки для сельского хозяйства), одноразово (полимерные материалы в детских подгузниках, одноразовые упаковки и емкости, одноразовые столовые приборы).

Полимеры с заданными свойствами получают за счет введения веществ, способных ини­циировать распад основного полиме­ра. Также в структуру полимеров вво­дят функциональные группы, спо­собствующие ускорению их фотодеструкции, превращая, полимеры в разлагае­мые сополимеры. В зави­симости от содержания добавки пол­ное разложение упаковки может длиться от 60 дней до 5 лет. Так, британская компания Sym­phony Environment Ltd при изготов­лении полиэтиленовой пленки вводит в нее специальную добавку на основе органического пероксида, которая под действием света инициирует расщепление полимерных цепей.

Применение биоразла­гаемых материалов не ре­шает проблему загрязнения окружаю­щей среды полимерами, возникают новые экологические проблемы [2]: увеличение выбросов парниковых газов на полигонах и дисбаланс потребительского рынка (растительное сырье выращивают на сельскохозяйственных угодьях, которые ранее использовались для выращивания пищевых зерновых культур).

Анализ ситуации в Великобритании показал, что отслуживший свой срок биопластик, произведенный на основе полимолочной кислоты, может подвергнуть­ся компостированию только в анаэробных установках на специальных полигонах, число которых ограниченно, да и те немно­гие что работают, упаковочные отходы не принимают.

Новое поколение биоразлагаемой полимерной упаковки, попадая на свалки, выделяет СН₄, как парниковый газ он эффективнее СО₂ в 23 раза. Американское национальное управление по исследованиям океана и атмосферы сообщило о резком увеличении в 2007 г. глобальных выбросов метана.

Архитекторы Елена Пукаревич, Милица Пихлер и Милорад Видоевич предложили строить из мусорного пластика плавающие фабрики по переработке мусора. В надводной части будут размещаться помещения для жизни персонала, в конусообразной подводной части мусор будет перерабатываться в топливный газ.

В Таиланде уже работает небольшое предприятие, на котором пластиковые отходы разлагают на нефть и газ, т.е. возвращают к исходному сырью, из которого они были произведены. Из 10 т отходов получают 28 баррелей жидкого топлива.

Согласно публикации в Co.Exist студенты и ученых под руководством профессора Scott Strobel обнаружили в джунглях Эквадора грибок Pestalotiopsis microspora, который поедает полиуретан, он может работать в анаэробных условиях, т.е. глубоко под землей или в завалах свалок.

В европейских странах в области упаковки и упаковочных отходов руководствуются Ди­рективой 94/62/ЕС Европейского пар­ламента и совета (ЕПС) от 20.12.1994 г. «Об упаковке и упаковочных отхо­дах», в нее были внесены изменения и дополнения в 2004 г. (Директива 2004/12/ЕС ЕПС от 11.02.2004 г.) и в 2005 г. (Директива 2005/20/ЕС ЕПС от 09.03.2005 г.) [4]. Директива устанавливает приоритетные принципы: предотвращение образования упаковочных отходов; повторное использование упаковки, вторичная переработка и другие формы утилизации упаковочных отходов, то есть сокращение конечного объема отходов, подлежащих ликвидации.

С учетом положений Директивы «Об упаковке и упаковочных отхо­дах» в ЕС бы­ли созданы системы сбора и сорти­ровки упаковочных отходов. Наибо­лее развитой является система «Зеленая точка» (товарный знак «Green Dot»). Это знак, свидетельствующий о том, что в стоимость товара были включены затра­ты на сбор и утилизацию упаковки после утраты ею потребительских свойств. Таким образом, законодательно закрепляется поло­жение об ответственности производителя или промышленного потребителя упаковки за ее сбор и переработку.

Проблема управления полимерны­ми отходами возникает во всех стра­нах, развивающихся по модели обще­ства потребления [5]. Многие аф­риканские страны приняли проекты по производству пласти­ков, разлагающихся в природных ус­ловиях, с использованием возобнов­ляемых ресурсов местного происхож­дения, подкрепив их законодательными актами. Так, например, власти Руанды ввели тотальный запрет на произ­водство, импорт, продажу и исполь­зование пакетов и сумок из полиэти­лена низкого давления. Предприятия по производству полимеров, функ­ционирующие в стране, обязаны про­изводить пакеты из полиэтилена высокого давления, которые можно повторно перерабатывать и исполь­зовать.

Во многих странах широко обсуждается практика введения залоговой стоимости на тару и упаковку из полимеров, что позволит привлечь средства в развитие системы раздельного сбора отходов, увеличить процент заготовки и переработки вторичного сырья.

Обращение с пластиковым отходами на уровне стран и даже континентов решается, однако проблема с полимерным мусором в океане остается на месте. Это связано с тем, что в Северо-Тихоокеанском субтропическом водовороте невозможно доказать принадлежность мусора тому или иному государству - это нейтральные воды, следовательно, нет возможности запросить возмещение экологического ущерба. Тратиться на утилизацию чужих загрязнений никто не собирается. Отсутствуют технологии сбора мусора и переработки, его можно было бы перерабатывать на континенте. Добровольцы собирают только мусор, выброшенный на побережье, со дна мусор поднимается водолазами.

Литература:

1. Соловьянов А.А. Пластики и окружающая среда // Твердые бытовые отходы. 2010.- №8, с. 38-41.

2. Биоупаковка: панацея или экологическая проблема / перевод Т.В. Боравская // Твердые бытовые отходы.- 2008. - №10, с. 70-72.

3. Гнедовский О.Б. Пиролизная деструкция говорит свалкам: «нет!» // Твердые бытовые отходы. 2008. - №9, с. 30-32.

4. Боравская Т.В., Плущевский М.Б., Фаюстов А.А. Зарубежные системы обращения с упаковочными отходами // Твердые бытовые отходы. 2008. - №7, с. 48-51.

5. «Пластиковые проблемы» в Африке: стратегические решения / перевод Я. Филимонова // Твердые бытовые отходы. 2010. - №8, с. 57-61.

6. http://www.chaskor.ru/article/musornyj_ostrov_v_tihom_okeane_24649