6.1. Основные критерии нормирования факторов окружающей среды. Основные понятия и термины.

Одна из задач экологии предусматривает установление количественных пределов развития техносферы с учетом порога выносливости живой природы Земли. С определением порога выносливости живой природы связаны понятия – загрязнение и самоочищение природной окружающей среды. Загрязняющие агенты могут быть физическими, химическими, биологическими и информационными.

Загрязняющие вещества – это экологические факторы в основном антропогенного происхождения. Их действия, как и природных факторов, подчиняется Закону (лимитирующего фактора) В. Шелфорда.

Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров среды: температурно-энергетических (тепловое загрязнение) и волновых (световое, виброакустическое, электромагнитное загрязнение), радиационных (радиационное загрязнение).

Химическое загрязнение – это распространение в окружающей среде химических веществ, отсутствующих в этой среде ранее или изменяющих естественную концентрацию.

Биологическое загрязнение (биотическое и микробное) определяется привнесением в среду и размножением в ней организмов. Биотическое загрязнение – это распространение в среде биогенных веществ (выбросы мясокомбинатов, молокозаводов, пивоваренных заводов, производств антибиотиков; трупы и выделения животных). Микробное загрязнение – это массовое размножение микроорганизмов.

Загрязнение окружающей среды может возникнуть как в результате воздействия естественных природных факторов (извержение вулканов, землетрясения, селевые потоки, ураганы и др.), так и в результате производственн-хозяйственной деятельности человека: промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, строительство и т.п.

Чаще всего наблюдается небольшое, но длительное действие загрязнителей, когда неблагоприятные изменения в среде происходят постепенно. При мощном неблагоприятном воздействии изменения в окружающей среде могут проявляться очень быстро, почти мгновенно. Длительное воздействие загрязнителей на окружающую среду(ОС) нередко приводит к нарушению естественной сбалансированности биосферных процессов. В современных условиях индустриального общества пагубные изменения в природной окружающей среде связаны в основном с деятельностью человека. В настоящее время, когда антропогенная деятельность сказывается буквально в каждой точке нашей планеты, поддержание желаемого качества окружающей среды требует нормирования дифференцированной допустимой антропогенной нагрузки, для каждого региона.

В самом широком смысле под допустимой антропогенной нагрузкой на окружающую природную среду можно понимать нагрузку, складывающуюся из отдельных однородных и разнородных воздействий, которая не меняет качество окружающей природной среды или меняет его в допустимых пределах, то есть не влечет за собой разрушение существующей экологической системы и возникновение неблагоприятных последствий у важнейших, в первую очередь у человеческой, популяций.

Для того чтобы понять процессы, происходящие между животными организмами и окружающей их средой следует рассмотреть взаимоотношения и взаимодействия, имеющее место в биосфере.

Хищническое истребление природных ресурсов, техногенное загрязнение окружающей среды приводит к невозможности выполнения самоочищающей функции природными средами (отмасферный воздух, вода, почва). Самоочищение природных сред – это естественный процесс восстановления природных сред.

Известно, что самоочищение атмосферного воздуха происходит в результате рассеивания (разбавления) загрязнителей; вымывания загрязняющих веществ атмосферными осадками. Очищение водных объектов осуществляется в основном за счет разбавления загрязнителя. Растительность самоочищается путем транспирации (смыва) токсикантов с поверхности листвы и стеблей и за счет листопада. Специфические особенности почвы заключаются в том, что она менее подвижна, чем атмосфера и вода, поэтому почти не располагает таким мощным фактором самоочищения как разбавление. В результате в почве идет накопление загрязнителей, эффекты суммируются, имеет место синтез более токсичных продуктов (например, нитрозамины – канцерогены, образующийся при трансформации в почве азота содержащегося в удобрениях). Загрязнители почвы не редко поступают в грунтовые воды. Миграция ксенобиотиков (экзогенных химических веществ) в почве происходит медленно, вызывая сильное загрязнение вплоть до возникновения искусственных геохимических районов.

Человек в результате своей жизнедеятельности постоянно воздействует на окружающую среду. Это влияние может носить как позитивный, так и негативный характер. Как уже говорилось при мощном неблагоприятном воздействии изменения в окружающей среде могут проявляться очень быстро, почти мгновенно, однако чаще всего при небольшом, но длительном действии неблагоприятные изменения в среде происходят постепенно, т.к. экологическая техноемкость окружающей нас среды не бесконечна. Человечество должно учитывать это и соизмерять уровень своего воздействия на природу со степенью ее возможного изменения.

Основные источники антропогенного загрязнения окружающей среды представлены в таблице 1….

По агрегатному состоянию загрязнители могут быть: газообразные; жидкие; твердые.

Таблица 1…

Основные источники антропогенного загрязнения окружающей среды

Задача поддержания высокого или даже достаточного качества окружающей среды определяет ограничения, накладываемые на величину допустимой антропогенной нагрузки, на природную среду. Эти ограничения приводят к понятию предельно-допустимой экологической нагрузки (ПДЭН) на биосферу в целом, отдельную экосистему, сообщество, популяцию и даже на отдельный индивид.

Представляется очевидным, что то или иное качество атмосферного воздуха, воды, почвы может быть оптимальным, например, для человека и в то же время непригодным для каких-либо видов животных или растений. Этот вывод сделан на основании большого экспериментального материала исследований сравнительной чувствительности ряда лабораторных объектов к токсическому, мутагенному и канцерогенному воздействию и подтвержден натурными наблюдениями за состоянием объектов природной среды.

Сегодня экономически, а нередко технически и технологически, невозможно полностью исключить неблагоприятное воздействие человека на природу и ее составляющие части (воздух, воду, почву, биоценоз). Поэтому, для предотвращения негативного антропогенного влияния на окружающую среду или его частичного смягчения, было предложено ввести ряд показателей позволяющих контролировать изменения, происходящие в среде, и определять возможную меру воздействия.

В качестве таких критериев используют:

1. показатели естественного ненарушенного состояния природных комплексов – определенная норма;

2. фоновые параметры среды – начальная точка отсчета;

3. пределы воздействия, в которых возможно более или менее длительное функционирование окружающей среды и биологических объектов без серьезного ущерба.

Получаемые при наблюдении за изменением окружающей среды данные сравнивают с выше перечисленными показателями. Они могут свидетельствовать как о негативных, так и о позитивных тенденциях в ее состоянии. Изменение качества окружающей среды признается допустимыми если воздействие на нее не приводит к ее деградации, не вызывает стойких изменений климата, не становится причиной существенного вреда живым организмам и в том числе здоровью и жизни человека.

Поэтому главной задачей контроля состояния окружающей среды является нахождение пределов толерантности организмов, в том числе человеческого, к негативным факторам, содержащимся в выбросах, сбросах и твердых отходах предприятий и хозяйственно-бытовой деятельности человека. Эти пределы лежат в основе экологических и гигиенических нормативов, которые не должны превышаться в окружающей среде (включая воздух, воду, почву, растительность, пищевые продукты).

Пределы возможного воздействия человека на окружающую среду являются наиболее экологически значимыми показателями, так как они не исключают, а только ограничивают деятельность человека. Эти показатели устанавливают при проведении специальных исследований и утверждают в законодательном порядке. В результате они приобретают статус экологических норм и стандартов, обязательных для соблюдения всеми предприятиями и отдельными гражданами.

Таким образом, экологические и гигиенические стандарты и нормативы – это юридически значимые, научно обоснованные показатели, характеризующие состояние окружающей среды и пределы допустимого воздействия на нее.

Экологическое нормирование предполагает определение допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормативного состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды.

Действие загрязнителей затрагивает либо отдельные организмы, либо популяции, сообщества, экосистемы или биосферу в целом.

На организменном уровне наблюдается нарушение отдельных физиологических функций, снижение темпов роста и развития, снижение резистентности. На уровне популяций – изменение численности и биомассы, рождаемость, и как следствие изменение структуры популяций, годовых циклов миграции и др.

На биоценотическом уровне – изменяется структура и функции сообществ. Меняется количество сообществ в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления новых; изменяется пространственная структура сообществ, превалируют процессы отмирания – над продукцией, происходит деградация экосистем и снижение их положительной роли в формировании биосферы.

Существуют достаточно жесткие нормативы, не соблюдение которых может приводить к негативным последствиям в короткие сроки. Например, значение кислотности (рН) воды, почвы, атмосферных осадков, определяющееся концентрацией ионов водорода (Н⁺) в среде, чрезвычайно важно с экологической точки зрения. Концентрация ионов водорода в определенной мере влияет на кислотность внутренней среды биологических объектов, чем больше концентрация ионов в растворе, тем выше его кислотность. От нее зависит деятельность практически всех ферментов, гормонов, регулирующих обмен веществ, рост и развитие организмов. Многие растения и животные очень плохо переносят изменения привычной кислотности среды обитания, еще хуже они переносят изменения кислотности внутренней среды. Особенно чувствительны к повышению кислотности обитатели водоемов.

К основным экологическим нормам относятся: экологическая техноемкость территории (ЭТТ); предельно допустимая техногенная нагрузка (ПДТН).

Эти нормы предназначены для регламентации территориально хозяйственной деятельности человека. Но так как ЭТТ и ПДТН зависят от очень многих характеристик каждой конкретной территории, то законодательно они как нормативы не утверждены и рассчитываются в каждом конкретном случае отдельно.

В экологии широко используется санитарно-гигиенические нормирование, основанное на знании воздействий, оказываемых химическими и физическими факторами на живые организмы.

К санитарно-гигиеническим нормам в первую очередь относятся:

• предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воздухе, воде, почве и продуктах питания;

• предельно допустимые уровни (ПДУ) физических факторов;

• предельно допустимые выбросы (ПДВ) загрязняющих химических веществ в воздух;

• предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющих веществ в водоемы.

• ОБУВ (ориентировочно безопасный уровень воздействия), МНК (максимально недействующая концентрация), МНД (максимально недействующая доза) и др.

ПДК, ПДУ, ОБУВ, МНК, МДД устанавливаются для конкретных вредных факторов окружающей среды.

ПДВ и ПДС - для конкретного источника загрязнения.

Санитарно-гигиенические нормы характеризуют предел воздействия на среду, которое не вызовет ухудшения здоровья как самого человека, так и его последующих поколений, при длительном (хроническом) воздействии.

Их устанавливают с учетом следующих принципов:

1. Принцип гарантированности - при соблюдении установленных норм должно быть гарантировано отсутствие негативного влияния на человека в настоящее время, и на будущие поколения;

2. Принцип дифференцированности - в зависимости от социальной ситуации, социального заказа для одного и того же фактора могут устанавливаться несколько количественных значений или уровней, а именно: оптимальный, допустимый, предельно переносимый и уровень выживания.

3. Принцип социально-биологической сбалансированности - польза для здоровья от соблюдения норматива не должна превышать сумму ущерба здоровью.

4. Принцип комплексности – гигиеническое нормирование и гигиенические нормативы должны предусматривать возможность одновременного действия нескольких факторов среды, как положительных, так и отрицательных. Величина норматива каждого из факторов должна устанавливаться в зависимости от характера их взаимного влияния друг на друга и на организм в целом.

5. Принцип динамичности - предусматривает периодический пересмотр нормативов с целью их уточнения и повышения способности к обеспечению заданного уровня здоровья.

Все существующие нормы ПДК, ПДУ, ПДВ, ПДС и др. представляют собой компромисс между допустимым и существующим уровнем загрязнения окружающей среды.

Санитарно-гигиеническое нормирование охватывает все среды (воздух, воду, почву), различные пути поступления вредных веществ в организм (через легкие, кожу и др.), хотя редко отражает комбинированное действие (одновременное или последовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления) и не учитывает эффектов комплексного (поступление одного и того же химического вещества в организм разными путями и с различными средами) и сочетанного воздействия (одновременное или последовательное действие всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды).

Санитарно-гигиенические нормы устанавливаются исходя из степени влияния вредных факторов на организм человека, не учитывая реакции других живых организмов (растений, животных). Поэтому, предельно допустимые нормы для человека могут быть опасны для других биологических объектов.

Установление ПДК химических веществ занимается наука токсикология.

Токсины (от греческого – «яд») – вещества, поступающие в организм различными путями (дыхательные органы, кожные покровы, пищеварительные тракт), способные вступать во взаимодействие с жизненно важными структурами организма и вызывать нарушение жизнедеятельности.

Токсикология – наука о потенциальной опасности вредного действия веществ (ядов) на живые организмы и экосистемы, о механизмах действия, диагностике, профилактике и лечении интоксикаций.

Интоксикация – патологическое состояние, вызванное общим действием на организм токсических веществ экзогенного (внешнего) или эндогенного (выработанного организмом) происхождения.

При нормировании вредных веществ по их токсичности изучается: пороговая; токсическые не смертельные и смертельные дозы и концентрации.

Доза – количество яда, поступившего в организм, соотносящегося с массой его тела (мг/кг).

По мнению Парацельса: «Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, одна лишь доза делает яд незаметным». Яды могут оказывать, в зависимости от дозы, как острые, так и хронические отравления. Острые отравления носят преимущественно случайный или преднамеренный характер, хронические – как правило, профессиональный. Острое отравление возникает при однократном поступлении большого количества вредного вещества в организм. Хроническое отравление развивается постепенно при повторном или многократном поступлении вредного вещества в организм в относительно небольших количествах. Поэтому одной из задач при установлении и обосновании ПДК является определение порогов острого и хронического действия ядов при различных путях их поступления в организм. Порог действия яда – это та наименьшая его концентрация, которая вызывает достоверные изменения в организме при однократном или хроническом воздействии.

По величине порога острого действия можно судить о возможности острого отравления веществом и степени его опасности в производственных условиях, в быту, при чрезвычайных ситуациях. Кроме того, величина порога острого действия дает возможность определить так называемую зону острого действия и коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО). Чем уже зона острого действия, тем вещество опаснее.

Порог хронического действия свидетельствует о возможном накоплении либо опасной дозы самого вредного вещества в организме, либо патологического эффекта, вызываемого этим веществом при длительном поступлении его в организм в малых дозах. Именно порог хронического действия является основным показателем при установлении ПДК.

Величины ПДК и ПДУ представлены в нормативных документах действующих на территории Российской Федерации:

• гигиенические нормативы "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест" (ГН 2.1.6.1338-03);

• «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест» (СанПиН 2.1.6.1032-01);

• "Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны" (ГН 2.2.5.1313-03);

• гигиенические нормативы ''Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки" (ГН 2.4/2.1.8.562-96);

• «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы» (СанПиН 2.1.7.1287-03);

• нормы радиационной безопасности (НРБ-99) и др.

Сейчас насчитывается большое количество различных нормативов. Например, только ПДК химических веществ в воде более 1500, в атмосферном воздухе более 600, в почве более 100 и т.д.

При наличии столь внушительного числа показателей ПДК возникает необходимость выделения перечня наиболее важных показателей подлежащих контролю в первую очередь.

К таким показателям относятся ПДК и ПДВ химических веществ, выброс и распределение которых имеет массовый характер:

• для атмосферы (диоксид серы, пыль, оксиды углерода);

• для поверхностных вод (нефтепродукты, фенолы, соединения тяжелых металлов);

• для почв (биоциды: пестициды,гербициды,фунгициды)

а также неблагоприятное воздействие, которых на окружающую среду и здоровье человека носит выраженный характер:

• в воздухе - пятиокись ванадия, сернистый свинец и др;

• в водоемах – соли тяжелых металлов (бериллия, ртути) фенол и др.

Степень загрязнения окружающей среды химическими веществами принято оценивать по кратности превышения ПДК и ПДВ, по классу опасности* и классу токсичности** химических веществ, по допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количеству загрязнителей в среде, продолжительности их воздействия и др.

___________

* Класс опасности – определяет вероятность возникновения отравления химическими веществами при определенных условиях окружающей среды. В настоящее время все химические вещества относятся к одному из 4 классов опасности. Первый класс самый опасный (чрезвычайно опасный).

** Класс токсичности – определяет величину совместимости химического вещества с жизнью. Из 4 классов первый относится к чрезвычайно токсичному.

Действуя на окружающую среду одновременно или последовательно вредные факторы могут: усиливать действие друг друга (суммирование и потенцирование); ослаблять (антагонизм); действовать независимо друг от друга.

Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность. Требования, предъявляемые собственно к источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы. К научно-техническим нормативам относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС), а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предприятиями региона содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.