Текст книги "Яды в нашей пище"
Автор книги: Вольфдитрих Эйхлер
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 19 страниц)
34. Фтор как токсикант окружающей среды
Целесообразность фторирования питьевой воды для профилактики кариеса остается спорной, однако здесь эта мера обсуждаться не будет, тем более что она, безусловно, тщательно контролируется.
Фтор может причинять вред скоту как в стойле, так и на пастбище. В стойле это имеет место в том случае, если в сточные лотки насыпают суперфосфат с целью связать азот в навозной жиже и устранить ее запах. Если животное его наглотается, это приведет к отравлению фтором. На пастбище вблизи алюминиевых заводов у скота может наблюдаться повреждение костей, так как эти заводы выбрасывают фтористые соединения.
Однако для человека главная угроза со стороны фтора как токсиканта природной среды заключается совсем в другом. Дело в том, что в результате применения хлор– или фтор-органических соединений в качестве хладагентов и газов-вытеснителей в холодильниках и аэрозольных баллонах они попадают в атмосферу; будучи весьма устойчивыми соединениями, эти легкие газы поднимаются все выше в тропосферу и даже в стратосферу. В связи с этим возникает опасение, что там под воздействием атомов хлора может начаться процесс каталитического расщепления O3 и в результате может быть полностью или хотя бы частично разрушен слой озона. Самое меньшее, что тогда могло бы ожидать нас в будущем, – это, вероятно, рост заболеваемости раком кожи, так как сейчас слой озона надежно защищает нас от ультрафиолетового излучения Солнца.
Пагубное воздействие этих хлор– и фторорганических соединений расценивается как куда более серьезный фактор, чем воздействие окиси азота из выхлопных газов реактивных сверхзвуковых самолетов, хотя бы уже потому, что продолжительность жизни этих соединений составляет около 30 лет. В связи с этим неоднократно выдвигались требования полностью запретить применение аэрозольных баллонов.
В слое озона действительно обнаруживаются значительные периодические и непериодические изменения. Несомненно, теория разрушения озона под действием хлорфторметана в принципе верна, так как все данные, говорящие в ее пользу, хорошо согласуются между собой. Исходя из нынешнего содержания хлорфторметана в атмосфере, было подсчитано, что убыль озона должна составить не более 1...2%. К прогнозам необходимо относиться серьезно, так как следует учитывать длительный характер процесса: если бы однажды редукция озонового слоя возросла настолько, что ее удалось бы четко зарегистрировать, то даже в случае немедленного полного отказа от дальнейшего применения хлорфторметана разрушение озона продолжалось бы еще по меньшей мере 10 лет и только после этого очень медленно пошло бы на убыль. В целом может пройти 40...50 лет, прежде чем большая часть молекул хлорфторметана перейдет в стратосферу, разрушится там и хлор-катализатор в форме неактивных молекул HCl возвратится с дождями в тропосферу. Но, разумеется, точные прогнозы, так же как и результаты измерений, пока еще в большой мере перегружены факторами неопределенности. Поэтому Фабиан (Fabian, 1980) полагает, что для устранения всех неясностей относительно веществ, содержащихся в атмосфере в следовых количествах, необходима еще весьма значительная исследовательская работа.
35. CO и CO2 в воздухе
Окись углерода сама по себе – наиболее ядовитая составная часть выхлопных газов автомобильных двигателей (а также светильного и печного газов). Вместе с промышленными газовыми выбросами эти источники повышают естественную равновесную концентрацию СО в атмосфере.
Воздействию СО на психические функции и поведение человека и животных особое внимание уделено в докладе Вейсса и Лэтиеса (Weiss, Laties) на совещании по токсикологии поведения.
Еще больше внимания обращается на антропогенное увеличение концентрации двуокиси углерода (CO2) в атмосфере ввиду ее несомненного значения для теплового режима Земли и для всей органической жизни. Следует опасаться изменений климата: если бы начали таять полярные льды, то вода в результате поднятия уровня океанов затопила бы все прибрежные низменности, а у полюсов уже никогда больше не образовался бы ледяной покров. Эта необратимость вытекает из того, что темная поверхность открытого моря отражает меньше солнечных лучей, чем ледяной панцирь, а вместо этого поглощает их. Вода нагревалась бы сильнее, и ее повторное замерзание было бы затруднено. Это обстоятельство климатологи рассматривают как действие положительной обратной связи.
Однако же эту теорию оспаривают, ссылаясь на то, что последствия роста концентрации CO2, возможно, компенсируются без всякого сдвига температуры в результате изменения количества водяных паров или изменения облачности. Кроме того, существуют расчеты, заставляющие усомниться в том, что повышение содержания CO2 в воздухе может повлиять на климат. Мы, в сущности, пока еще очень мало что знаем о естественном круговороте CO2 в атмосфере.
Сейчас мы исходим прежде всего из того, что уровень CO2 в атмосфере определяется химическими свойствами георезервуара океан – атмосфера. Однако, прежде чем молекула CO2 попадет в океан, проходит в среднем 6 лет; и перемешивание вод океана тоже идет очень медленно!
Поэтому, пожалуй, лучше допустить, что в настоящее время еще невозможно предсказать характер климатических изменений при повышении содержания CO2 в воздухе. Быть может, дело обстоит так: когда вследствие повышения концентрации CO2 атмосфера нагревается, начинает испаряться больше воды и в атмосфере возрастает количество водяных паров, что могло бы вести к дальнейшему подъему температуры. Однако увеличение влажности атмосферы могло бы также способствовать усиленному образованию облаков, сильный экранирующий эффект которых в свою очередь оказывал бы значительное обратное влияние на баланс радиации атмосферы с тенденцией к охлаждению. Такие эффекты обратной связи, которые действуют то в одном, то в другом направлении, мы не в состоянии полностью предусмотреть даже с качественной стороны!
Установлено, что на протяжении трех последних десятилетий содержание CO2 в атмосфере возрастало примерно на 0,0001% в год. Однако за тот же период времени средние температуры в мире, несмотря на развитие промышленности, снизились приблизительно на ГС. Возможно, это объясняется тем, что повышенное содержание аэрозолей (и другой тонкодисперсной пыли) в атмосфере сильно уменьшило интенсивность солнечной радиации, однако ожидаемое в связи с этим похолодание было частично скомпенсировано в результате повышения уровня CO2.
Рис. 23. Изменение содержания CO2 в атмосфере по данным, полученным обсерваторией в районе Мауна-Лоа (Гавайи) (По Machta, in: Barney, 1980)
Таким образом, в нынешней дискуссии по поводу CO2 выдвигаются довольно различные расчеты и предположения. Правда, согласно данным японского Института метеорологических исследований, аномальные погодные условия 1980 г. на всем земно шаре уже, вероятно, обусловлены растущим загрязнением земной атмосферы двуокисью углерода и пылью.
Во всяком случае, содержание CO2 в земной атмосфере возросло за последнее столетие с 258 мг/кг (1890 г.) до 340 мг/кг; не исключено, что при дальнейшем росте потребления каменного угля и нефти содержание двуокиси углерода к 2050 г. достигнет даже 600 мг/кг. Таким образом, в ближайшие 50 (или 100) лет приходится ожидать, что нынешняя концентрация CO2 почти удвоится, если только выброс двуокиси углерода в атмосферу в дальнейшем будет возрастать такими же темпами, как до сих пор. Но в таком случае это, вероятно, приведет к всеобщему потеплению земной поверхности! При этом приверженцы теории теплового воздействия CO2 ожидают в ближайшие 100 лет подъема средней земной температуры в пределах 2,5°C. Так называемый «тепличный эффект» связан с тем, что CO2 задерживает инфракрасное излучение земной поверхности в области от 12 до 18 мкм, а как раз в этой области спектра лежит максимум излучения Землей энергии во Вселенную.
36. SO2 в воздухе
Проблема SO2 – результат того, что при сжигании ископаемого топлива и при обработке серусодержащих руд сернистый газ улетучивается в воздух. К тому же и предприятия, производящие полимерные материалы, выпускают его в воздух тоннами. Подсчитано, что США ежегодно «выдыхают» в атмосферу 26 миллионов тонн; равным образом причастна к этому и Европа, выпускающая 60 миллионов тонн. При этом 93% поступающего в атмосферу SO2 выбрасывается в северном полушарии и только 7% – в южном. За время с 1960 по 1965 г. общее количество приблизительно удвоилось. [Правда, несмотря на все возрастающий выброс при сжигании топлива, сейчас в целом еще преобладают серусодержащие компоненты (другие соединения серы!), происходящие из природных источников.]
Все чаще происходит выпадение «кислотных дождей». Из SO2 и влаги воздуха в конечном счете образуется серная кислота, составляющая около 60% всех содержащихся в дождевой воде кислот. Остальные 35% представлены азотной кислотой, которая, по всей вероятности, образуется из окислов азота, выбрасываемых с выхлопными газами автомобилей. В какой степени к этому причастно также и применение азотистых удобрений, пока еще не выяснено. Во всяком случае, почвенные микроорганизмы, преобразуя удобрения, вероятно, могут выделять в атмосферу газообразный азот, который способен соединяться с кислородом, образуя окислы азота.
Метеорологи, занимающиеся вопросами охраны окружающей среды, дают для Средней Европы следующую модель нынешней ситуации с кислотными дождями:
После образования антициклона над Средней Европой вредные вещества в течение нескольких дней концентрируются в нижней части атмосферы. Затем, когда область высокого давления сдвигается к востоку, образовавшиеся тем временем кислотные туманы перемещаются вместе с общей циркуляцией воздуха через Северное море к Скандинавии и там выпадают в виде дождей. Этот процесс может повторяться до 20 раз в году (и всегда затрагивает одни и те же территории).
Воздействие кислотных дождей особенно губительно в Скандинавии, прежде всего потому, что там почвы из-за своего химического состава плохо нейтрализуют или даже вовсе не в состоянии нейтрализовать выпадающую кислоту.
Рис. 24. Закисление пресных вод на юге Швеции. Снижение pH до 5,5 за последнее десятилетие означает, что уже достигнута критическая пороговая величина для большинства организмов – обитателей озер (Из журнала «Космос», 1981, Штутгарт)
Рис. 24а. Районы выброса серы и районы выпадения кислотных дождей. Ежегодный выброс серы (слева): светлые треугольники – от 3 до 30 т/км2; черные треугольники – более 30 т/км2. Дожди (справа): светлые кружки – pH около 4,5; полузачерненные кружки – pH около 4,0.
Рис. 25. Чувствительность различных деревьев и кустарников к дыму, содержащему SO2.
Особенно пагубно воздействие подкисленной воды на популяции рыб. Уже относительно небольшие отклонения от нормального нейтрального pH вызывают замедление роста или гибель молоди. Первыми начинают страдать форель и другие лососи. Новое подселение мальков в водоемы с нарушенными условиями не решает проблемы, так как рыбы в таких водоемах больше не размножаются. Там, где в Швеции подобный дождь с низким pH (вплоть до рН 2!) попадал в озера с ложем из кислых пород, это нередко приводило к уничтожению всей популяции рыб.
В Норвегии имеет место сходная ситуация. Озера и реки южной Норвегии в результате кислотных дождей уже несколько лет назад почти полностью потеряли свои рыбные запасы – теперь там имеются тысячи озер, в которых больше не водится никакая рыба (Hendrey, 1981).
Это прямое воздействие кислотного дождя еще усугубляется благодаря непрямому сопутствующему эффекту. Тяжелые металлы, например ртуть, которые могут содержаться в почве и горных породах, не вымываются обычной дождевой водой, но зато вымываются кислыми растворами (опять-таки с фатальными последствиями для рыб).
Весьма заметным и в связи с этим неоднократно подвергавшимся публичному обсуждению следствием загрязнения воздуха SO2 является «выпадение ели», которое наблюдается не только в Баварском Лесу или Рудных горах (и в соответствующих лесах на чехословацкой стороне), но происходит почти в мировом масштабе – всюду, где только в хвойные леса попадают в больших количествах отработанные промышленные газы. Опасность тем больше, чем ниже pH кислого гумуса в лесной почве, так как SO2 в этом случае не разлагается. Так называемое «выпадение пихты» обусловлено той же причиной.
Рис. 26. Повышение смертности в связи со смогом 5...9 декабря 1959 года в Лондоне. (Hodges, 1977.)
Путем направленного разведения устойчивых пород хвойных деревьев или замены хвойных пород лиственными можно смягчить симптомы, не затрагивая причин.
Относительно механизма действия SO2 на хвойные породы деревьев предложена теория, которая отводит главную роль закислению почвы при попадании в нее SO2 с кислотными дождями. В результате просачивания такой дождевой воды в лесную почву в минеральном грунте высвобождается связанный под гумусовым горизонтом алюминий. Образующиеся при этом токсичные ионы алюминия разрушают жизненно важную для питания дерева систему тонких корешков и открывают бактериям путь к корням и стволу. Они создают в комле дерева патогенное мокрое ядро, которое блокирует транспорт воды в верхние части дерева. Это «драматическое нарушение водного баланса» (Schütt) объясняет, почему ель отмирает снизу вверх и изнутри кнаружи (а не наоборот). А сразу после сильных морозов в задымленных еловых насаждениях гибнет необычно большое число деревьев.
В периоды засух и раньше наблюдались случаи закисления почвы, и тогда тоже высвобождались ионы алюминия. Однако раньше деревья могли вновь «отдохнуть» после засухи, чему сегодня препятствуют промышленные загрязнения. Закисляющему эффекту SO2 могло бы противодействовать известкование почвы, но во многих местах это мероприятие проводят слишком поздно.
В ФРГ в федеральной земле Северный Рейн-Вестфалия даже вдали от Рурской области лесам угрожает серьезная опасность. В результате двухлетних обстоятельных исследований было обнаружено, что в 58% еловых насаждений обрастание хвоей так резко отличается от нормы, что «следует считаться с реальной угрозой для лесов». В лиственных лесах по соседству с такими еловыми насаждениями отмирание лишайников на древесной коре сигнализирует и об опасности для дубов: на коре 57% обследованных дубов лишайники уже отсутствуют!
Так как именно хвойные насаждения столь чувствительны к SO2, Пауке и соавторы (Pauke et al.) предложили заменить их «экологически более стабильными буковыми насаждениями». Авторы, очевидно, сознают свое бессилие и намереваются бороться только с симптомами, но не с причинами, из породившими.
С начала 80-х годов было отмечено колоссальное усыхание лесов в Средней Европе (включая и лиственные насаждения) что вызвало острые дискуссии о его причинах (даже среди экспертов): с одной стороны, утверждали, что причиной гибели лесов будто бы является какой-то возбудитель болезни, о чем свидетельствуют эпидемиологические данные; с другой стороны, Шютт (Schutt) в своем выступлении по радио 12 февраля 1984 года в Западном Берлине решительно оспаривал мнение, что какой-то биотический компонент может быть единственной или основной причиной гибели лесов, – он утверждал, что скорее это еще не изученные компоненты воздушного загрязнения (возможно, тяжелые металлы?) во взаимодействии с другими вредными веществами (скорее всего сернистым газом).
В результате в ФРГ (1983) распространилось мнение о том, что, прежде чем принимать какие-либо меры, следует тщательно изучить причины гибели леса. Я считаю такой подход демагогическим и опасным. Если в Японии за последние 8 лет (до 1983 г.) удалось снизить загрязнение воздуха сернистым газом над островами при помощи специальных очистных установок с 1 500 000 до 80 000 тонн в год (т.е. почти на 95%), то это должно послужить стимулом и для Европы в ее борьбе с кислотными дождями! Это непременно скажется благотворным образом и на состоянии лесов. А между тем своим чередом должно идти тщательное исследование причин, выяснение того, какие еще факторы причастны к гибели лесов и что еще можно и нужно сделать, чтобы ей воспрепятствовать.
Античные сооружения Акрополя в Афинах за время 1960 по 1980 г. пострадали от загрязнения воздуха больше чем за два с половиной предыдущих тысячелетия. Причина этого в том, что SO2, выделяемый, например, цементным заводом в Пирее и муниципальными газовыми заводами, с дождями выпадает на землю в форме серной кислоты и превращает классический мрамор произведений искусства в крошащийся гипс. В настоящее время пытаются разработать защитную смесь для сооружений, которым угрожает воздействие серной кислоты.
На электростанциях ГДР для удаления сернистых соединений пробуют добавлять при сжигании каменного угля известняк из отвалов. В СССР работают с магнезитом, в Польше применяют аммиачный способ.
Наводивший ранее страх лондонский смог исчез, после того как в результате ряда строжайших мер снизилось содержание SO2 в бытовых и промышленных отработанных газах.
Для того чтобы оценить воздействие двуокиси серы, окислов азота и хлористого водорода на постройки, Цоллернский институт при Немецком музее горного дела провел следующую работу: вблизи исторических сооружений (возле замка Нейшванштейн, Кельнского и Любекского соборов и др.) на открытом воздухе выдерживали в течение года образцы природного камня. Оказалось, что в местах с сильным загрязнением воздуха SO2 (где в среднем за год осаждалось до 126 мг SO2 на 1 м2 в сутки) «на образцах появились заметные растрескивания и эрозии». За год пробы потеряли 3...4% своего веса.
В настоящее время в Швеции пробуют рассыпать с самолетов известь над озерами, ставшими особенно кислыми, с целью смягчить последствия кислотных дождей. Благодаря установкам, улавливающим серу, в Японии удалось за 8 лет (до начала 80-х годов) снизить выброс серы с 1,5 млн до 0,08 млн тонн в год.
С 1978 года и в Альпах отмечается возрастающая гибель леса. В южной Швейцарии страдает прежде всего благородный каштан. В Австрии все больше разрушается покров альпийских высокогорных лугов, и это, вероятно, связано с влиянием «кислого снега» (там, где выпадают кислотные дожди, должен быть и кислый снег!); правда, здесь еще не проведен достаточно детальный анализ причин, как это имело место в Рудных горах.
После опытов, проведенных в теплицах (так называемом «экодроме») Института сельского хозяйства и экологии растений университета Хоэнхейм (Штутгарт, ФРГ), в последнее время стало ясно, что наряду с двуокисью серы причиной гибели леса является и озон. Основным источником повышенного содержания озона в нашем воздухе служат выхлопные газы: с ними в атмосферу поступают окислы азота, из которых под Действием солнечного света образуется озон. Согласно обобщению Службы охраны окружающей среды ФРГ, в 1984 г. в густонаселенных областях Средней Европы содержание озона в 1 м3 воздуха составляло 600 мкг, а во многих других местах 200 мкг – однако и это слишком много для чувствительных растений (не только для лиственниц и сосен, но и для ржи, ячменя, овса, картофеля, томатов и винограда).
37. Прочие аспекты загрязнения воздуха
В целом загрязнение воздуха составляет одну из самых неотложных проблем, связанных с отравлением нашей природной среды, так как воздействия вредных примесей являются здесь глобальными (как по вертикали, так и по горизонтали) и мы не можем их избежать. Поэтому данная проблема еще более серьезна, чем загрязнение питьевой воды – тут все-таки можно переключиться на минеральную воду.
Для ФРГ на 1970 г. приводятся следующие данные о годичном загрязнении воздуха: 7 тыс. тонн Pb, 7 млн тонн СО, 5 млн тонн SO2, 2,5 млн тонн копоти и пыли. Подобные отходы осаждаются также и на плодах и овощах как при их выращивании (особенно вблизи промышленных предприятий и автодорог), так и при раскладке на рынках или перед магазинами. Из указанных количеств загрязнителей половина имеет своим источником автомашины, а до четверти приходится на долю промышленности и домашнего хозяйства.
В земную атмосферу ежегодно поступает: 100 млн тонн соляной кислоты и других соединений хлора; 300 – 400 млн тонн сероводорода и серного ангидрида; 90 – 400 млн тонн окислов азота; от 80 до 200 млн тонн аммонийных соединений; кроме того, ежегодно высвобождается около 14 млн тонн двуокиси углерода.
Круговорот азота в атмосфере изучен еще совершенно недостаточно. Реакции с участием NO, NO2 и углеводородов из загрязненной атмосферы ведут, что особенно характерно для крупных городов Америки, к образованию «фотохимического смога». При этом взаимодействия между промышленными выбросами и выхлопными газами автомашин могут приводить в результате цепной реакции к образованию озона, который затем может даже стать самым важным токсичным компонентом в смоге крупных городов; кроме того, образуется не менее опасный пероксиацетиленнитрат (ПАН). Оба вещества характерны для так называемого летнего, или лос-анджелесского, смога.
Только что упомянутый ПАН был впервые обнаружен в 1956 году в смоге Лос-Анджелеса. Он образуется фотохимическим путем из углеводородов в результате окисления радикалов ОН в присутствии молекулярного кислорода и окислов азота. Дальнейшие исследования показали, что его концентрация в воздухе всех больших городов составляет примерно 10 нг/кг. Это вещество вызывает слезотечение, придает свинцовый запах белью, висевшему на воздухе. Совсем недавно оно было обнаружено в чистейшем воздухе Тихого океана в концентрации от 10 до 400 нг/кг. Очевидно, оно и здесь образуется фотохимическим путем из углеводородов морской воды. Поэтому есть основание считать это соединение очень распространенным природным веществом, а не только вредным продуктом цивилизации.
В отличие от этого так называемый смог лондонского типа, или зимний, образуется в результате высокой концентрации SO2 и в первую очередь обязан своим возникновением промышленным газообразным отходам.
Уже давно установлено, что фторорганические соединения могут повреждать озоновый слой Земли. В последнее время подобное действие приписывают также одному из оксидов азота (N2O – NO – NO2). Источником этого вещества служат азотные удобрения, применение которых возрастает во всем мире. Таким образом, всемирная борьба за увеличение продовольственных ресурсов, быть может, ставит нас перед выбором: нехватка пищи для голодных или рак кожи для всех без исключения? Правда, научные основы для суждения о возможных последствиях пока еще недостаточно ясны.
Содержание токсичных окислов азота в воздухе ФРГ за последние 20 лет увеличилось в 20 раз.
К ядам в узком смысле слова не относится пыль, но это тоже один из важных факторов загрязнения воздуха. В этом отношении очень опасными загрязнителями воздуха являются, например, цементные заводы – особенно если они повинны в том, что в ночное время открывают заслонки для беспрепятственного выхода цементной пыли, так как фильтровальные установки задерживают отработанный воздух и тем самым мешают производственному процессу.
В Швейцарии содержание пылевых частиц в воздухе за последние 40 лет выросло почти вдвое. Еще более устрашающими выглядят данные об увеличении отложений пыли на ледниках Кавказа и в Гренландии.
ГДР в рамках кооперации СЭВ специализировалась на производстве пылеуловителей, и в связи с этим фильтровальные установки против промышленных пылевых выбросов в последние годы становятся здесь все более эффективными. Таким образом удалось достигнуть уменьшения запыленности воздуха, но все же успехи в этой области пока не настолько велики, чтобы население могло уже отметить существенный сдвиг к лучшему.
Боярышник Crataegus monogyna, посаженный по краям автодорог, особенно сильно поражается тлями Aphis pomi. В связи с этим Флюккигер и Эртли (Flückiger, Oertli) усматривают в загрязнении воздуха выхлопными газами фактор, благоприятствующий массовому поражению растений тлями.
