ОСНОВИ ХІМІЧНОЇ ЕКОЛОГІЇ

Лекція 1 Предмет та завдання екологічної хімії Активний розвиток екологічної хімії у державах СНД припав на кінець 80-х - початок 90-х рр ХХ століття, коли в більшості університетів і політехнічних інститутів були створені кафедри екологічної хімії, а також екотехнології і охорони навколишнього природного середовища. Особливість ситуації на сьогоднішній день полягає в тому, що зміни в навколишньому середовищі випереджають темпи розвитку методів контролю та прогнозування її стану. Поки що людина лише констатує несприятливі екологічні явища і не може їм запобігти. Необхідний якісно новий підхід до опису стану навколишнього середовища як динамічної хіміко-біологічної системи. Наукові дослідження в галузі охорони навколишнього середовища повинні бути спрямовані на зниження можливих негативних наслідків того чи іншого виду господарської діяльності, на розробку ефективних методів очищення газових викидів і стічних вод, на обґрунтування норм допустимих впливів на природні екосистеми. Необхідні дані про те, як поводять себе, які запускають перетворення, до яких наслідків призводять ті чи інші хімічні речовини, що потрапляють в біосферу. З констатації змін, що відбуваються в природі, необхідно переходити до їх прогнозування і управління якістю середовища проживання. При цьому традиційні методи фізико-хімічного та біологічного аналізів є підмогою в оцінюванні стану і динамічних характеристик природних екосистем. У цій ситуації зростає природоохоронна роль хімії. Пов'язано це з необхідністю створення екологічно чистих хімічних виробництв і використання досягнень хімії для вирішення проблем очистки стічних вод і газових викидів, утилізації та переробки відходів, із застосуванням методів фізичної хімії та хімічної кінетики для оцінки рівня забруднень і допустимих навантажень на природні об'єкти за хімічними забруднюючих речовинах . Крім того, необхідно мати на увазі, що в основі процесів життєдіяльності, як і в основі зміни хімічного складу навколишнього середовища, лежить хімічна реакція. Будь-який хіміко-біологічний процес являє собою сукупність хімічних актів, що визначають механізми процесу. Відповідно, для опису та управління динамічно рівноважним станом екосистем в умовах масштабів людської діяльності необхідне знання хімічних механізмів взаємодії між людиною, середовищем проживання і окремими екологічними підсистемами. Біологічний аспект такої взаємодії перебуває у віданні хімічної екології як "науки про хімічну взаємодію між живими організмами або між живою і неживою природою". Хімічний аспект стосується в основному якісного і кількісного складу хімічних забруднень і їх перетворень у навколишньому середовищі. Ці питання знаходяться в компетенції екологічної хімії. Терміни "хімічна екологія" і "екологічна хімія" підкреслюють взаємозв'язок хімії та екології. Кожна з цих наук являє собою систему наукових дисциплін. Екологія, як наука про закономірності взаємозв'язків і взаємодії організмів і їх систем один з одним і з середовищем існування трансформувалася в науку про структуру природи. Хімія, як наука про речовини, їх будову і перетвореннях описує склад і властивості компонентів природи на атомно-молекулярному рівні. Обидві ці дисципліни, взаємно доповнюючи одина другу покликані створити наукові основи природокористування та охорони природи, сприяти оптимізації взаємодії людини з природою. У науковій літературі, що присвячена проблемам екології і хімії, немає однозначного визначення науки, яка вивчає хімічні перетворення у живій природі, зв’язки живої і неживої природи. Поняття «хімічна екологія» з’явилося в 70-х роках у публікаціях англійських вчених. Ковальський В. В. пропонує термін «геохімічна екологія», під яким автор розуміє розділ біогеохімії та екології, науку про залежність життя від місця проживання, умов довкілля та умов існування, про взаємодію організмів та їхніх угруповань з геохімічним середовищем у біосфері як єдиній системі організмів і середовища. Екологічну хімію Ковальський В. В. визначає як галузь знань, що вивчає вплив хімізації, штучного впливу на біосферу. Екологічна хімія, за Ковальським В. В. − це галузь знань, що вивчає складні біологічні пристосування організмів до інших організмів і видів, до життя в угрупованнях (популяції, біоценози), які основані на виробленні організмами в процесі філогенезу відстрашуючих, отруйних та інших сигнальних речовин. Під «хімічною екологією» Реймерс М. Ф. визначає комплексну дисципліну, що досліджує всю сукупність хімічних зв’язків у живій природі та хімічні взаємодії, пов’язані з життям. За Корте Ф. екологічна хімія – це наука про хімічні процеси та взаємодії у довкіллі (екосфері), а також про наслідки цих взаємодій; хімічна екологія – це наука, що вивчає природні матеріали (аллелохімікати), використання матеріалів лише в природних умов, досліджує обмінні процеси й механізми регулювання в організмах. У Дедю І. І. знаходимо визначення цілої низки термінів, а саме: екологічна біохімія, хімічна екологія, фітохімічна екологія, під якими автор розуміє міждисциплінарний напрям досліджень біохімічних основ взаємовідносин рослин і тварин. Відомі також інші означення, розроблені такими дослідниками, як Богдановський Г. А., Скуратов Ю. І. і Дука Г. Г., Фелленберг Г., Куратова О. В. та ін. У світлі сказаного екологічну хімію слід визначати як науку про процеси, що визначають хімічний склад і властивості об'єктів навколишнього середовища. В основі екологічної хімії лежить розгляд процесів у навколишньому середовищі в їх хімічному аспекті з урахуванням впливу антропогенних впливів як на біотичні, так і на абіотичні компоненти природного середовища. Стан зовнішнього середовища проживання можна оцінити за сукупністю фізичних і хімічних параметрів. Під впливом антропогенних впливів може відбуватися зміна як фізичних характеристик (температура, освітленість, масоперенос), так і хімічного складу середовища. Відносини між екологічною хімією і хімією довкілля є відносинами частини і цілого. Прикметник «екологічна» вказує на те, що даною наукою вивчаються процеси, що в кінцевому рахунку визначають умови існування живих організмів (включаючи людину) на нашій планеті. У поле зору екологічної хімії потрапляють ті частини геосфер, в яких спостерігаються або можуть відбуватися антропогенно обумовлені зміни хімічних процесів. За межами біосфери, але у фокусі уваги екологічної хімії знаходяться верхня тропосфера і стратосфера Землі. У практичному плані можна виділити три головні завдання екологічної хімії, від вирішення яких залежить збереження середовища існування: 1. Зміна існуючих технологічних процесів, спрямована на зниження енерго- і ресурсоємності виробництв, зведення до мінімуму викидів в атмосферу і гідросферу. Йдеться про розробку нових і модифікації існуючих технологій з урахуванням вимог охорони навколишнього середовища. Вирішення цього завдання досягається одночасно кількома шляхами: інженерно-організаційними (комплексне використання сировини, безвідходне виробництво, водо-оборотні схеми і т.д.) і хіміко-технологічними (підвищення селективності і оптимізація режиму процесів, проведення реакцій в м'яких умовах, розробка нових каталізаторів , заміна окремих стадій процесів на екологічно чистіші і т.д.). 2. Витрати на очищення відходів пов'язані з економікою виробництв і залежать від необхідної глибини очищення. Існує межа очищення, після якої виробництво стає нерентабельним. Значить, необхідне збільшення ефективності роботи очисних споруд при збереженні, а краще - при зниженні витрат на очищення. Резерви хімії тут ще великі, а можливості далеко не вичерпані. Мова йде як про локальне очищення викидів окремих цехів і підприємств, так і про очищення міських стічних вод, утилізації твердих і рідких відходів, 3. Оцінка впливу на навколишнє середовище забруднюючих речовин. Тут виникають два аспекти: з одного боку, проблема токсичності для довкілля забруднюючих речовин, з іншого - міграція і трансформація речовини під впливом природних факторів. Роль екологічної хімії полягає в оцінці швидкості трансформації забруднюючих речовин в залежності від факторів середовища. У полі зору екологічної хімії знаходяться такі напрямки досліджень: 1) розробка рекомендацій щодо зниження рівня хімічного забруднення навколишнього середовища найбільш небезпечними речовинами; 2) вдосконалення технологічних процесів переробки сировини, утилізації відходів, очищення газових викидів і стічних вод; 3) прогнозування поведінки хімічних забруднень в навколишньому середовищі під впливом природних і антропогенних факторів; 4) розробка способів управління станом забруднення об'єктів природного середовища. Таким чином, загострення екологічної ситуації, яке прийняло в багатьох районах світу характер кризи, що має тенденцію до розширення і глобалізації, призвело до виділення з комплексу таких дисциплін як біохімія, аналітична, фізична хімія, хімія поверхні і сорбції, фотохимия нової наукової дисципліни - екологічної хімії. Крім того, екологічна хімія володіє і притаманними їй особливостями комплексної науки про хімічні процеси в навколишньому середовищі. Вона покликана описувати динаміку екохімічних процесів в об'єктах навколишнього середовища, а також в штучних екосистемах, прогнозувати і регулювати екологічні наслідки антропогенних впливів на природне середовище. Література 1. Богдановский Г. А. Химическая экология : [учебное пособие] / Г. А. Богдановский. – М. : Изд-во МГУ, 1994. – 237 с. 2. Дедю И. И. Экологический энциклопедический словарь / И. И. Дедю. – Кишинев : Гл. ред. МСЭ, 1989. – 408. 3. Ковальский В. В. Геохимическая экология / В. В. Ковальский. – М. : Знание, 1973. – 64 с. 4. Куратова Е. В. Понятийный аппарат химической экологии / Е. В. Куратова, В. В. Сорокин // Химия в шк. – 1995. – No 4. – С. 26–32. 5. Реймерс Н. Ф. Природопользование: словарь-справочник / Н. Ф. Реймерс. – М. : Мысль, 1990. – 637 с. 6. Скурлатов Ю. И. Введение в экологическую химию / Ю. И. Скурлатов, Г. Г. Дука, А. Мизити. – М. : Высшая шк., 1994. – 400 с. 7. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды: Введение в экологическую химию / Гюнтер Фелленберг ; [пер. с нем. А. В. Очкина]. – М. : Мир, 1997 – 232 с. 8. Экологическая химия / [Корте Ф., Бахадир М., Клайн В. и др.] ; под ред. Фридгельма Корте ; пер. с нем. В. В. Соболя. – М. : Мир, 1997 . – 396 с.