Человек и среда обитания

Земля — это планета Солнечной системы. Ее возраст составляет примерно 4,7 миллиарда лет. Земля имеет форму шара и находится в постоянном движении. Она вращается вокруг Солнца со средней скоростью 30 км/с. Период полного обращения вокруг Солнца составляет 365,25 суток. Земля также вращается вокруг собственной оси. Скорость вращения на экваторе равна 465 м/с, по мере удаления от него скорость уменьшается, а на полюсах она равна нулю. Полный оборот Земли вокруг оси занимает 23 часа 56 минут. На расстоянии 384 400 километров вокруг Земли вращается ее спутник — Луна.

Земля обладает магнитным, электрическим, гравитационным полем.

В центре Земли находится ядро. Оно представлено веществом, раскаленным до 5 — 6 тысяч градусов Цельсия. Радиус ядра примерно равен 3,5 тысячи километров. Ядро составляет 16% общего объема Земли. Давление в центре ядра — 3,7 миллиона атмосфер. Ядро окружено толстым слоем мантии, которая составляет 83% общей массы Земли. Далее идет сравнительно тонкая земная кора (рис. 36).

Рис. 36. Строение Земли

Суша представлена материками: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Антарктида, Австралия и множеством островов. Она возвышается над поверхностью Мирового океана в среднем на 875 метров. Леса занимают 30% суши, саванны и редколесье — 20%, ледники — 10%, прочие ландшафты — 10%, пахотные земли и урбанизированные территории — 10%.

• Масса Земли — 5976 × 10²¹ кг.

• Объем Земли — 1083 × 10⁹ км³.

• Средний радиус — 6371,0 км.

• Длина окружности по экватору — 40075,7 км.

• Общая площадь — 510,2 млн. км², в том числе: суша — 149,1 млн. км² (29,2%); вода — 361,1 млн. км² (70,8%).

• Самая высокая точка планеты — гора Эверест — 8848 метров.

• Средняя глубина Мирового океана 3711 метров, наибольшая — 11022 метра.

• Средняя температура приземного слоя воздуха составляет на планете 14°С.

• Среднегодовое количество осадков — 1000 мм.

• Жизнь на Земле зародилась 3,5 миллиарда лет назад. Человек появился на планете примерно 3 миллиона лет назад. На Земле проживает более 6 миллиардов человек.

Земля окутана сплошным толстым слоем атмосферы, которая состоит из смеси газов, водяного пара, капелек влаги, кристалликов льда. Толщина атмосферы составляет примерно 20 тысяч километров. Четкой верхней границы у атмосферы нет, поскольку она постепенно переходит в безвоздушное, межпланетное пространство. С увеличением высоты плотность атмосферы и ее давление убывают. Атмосфера состоит из пяти слоев: тропосферы до 10 километров, стратосферы до 50 километров, мезосферы до 80 километров, термосферы до 800 километров, экзосферы. Примерно половина всей массы атмосферы сосредоточена в околоземном пространстве на высоте до 5 километров.

Биосфера (греч. bios — жизнь, sphaira — шар) возникла под влиянием солнечной энергии в результате длительных биохимических процессов. Она является оболочкой Земли, включающей как область распространения живого вещества, так и само это вещество (рис. 37).

Рис. 37. Строение биосферы

 

В биосферу входят: атмосфера, состоящая из тропосферы и нижней части стратосферы, гидросфера — глубины Мирового океана, и литосфера – верхняя часть оболочки Земли.

Верхней границей служит защитный озоновый экран, который предохраняет живые организмы на Земле от вредных влияний ультрафиолетовых лучей. К биосфере относится и человек.

Биосфера представляет собой грандиозную равновесную систему с непрерывным круговоротом вещества и энергии, в котором активную роль играют микроорганизмы.

Для биосферы характерно:

• присутствие живого вещества;

• наличие значительного количества жидкой воды;

• восприятие мощного потока энергии солнечных лучей;

• присутствие поверхностей раздела между веществами, находящимися в трех фазах (твердой, жидкой и газообразной).

Развитие биосферы определяет Космос, откуда поток энергии поступает на Землю. Доминирующим источником энергии для Земли является Солнце.

Энергия Солнца расходуется на:

• физические и химические процессы, происходящие в атмосфере, гидросфере и литосфере;

• перемещение воздушных масс;

• испарение воды;

• выделение и поглощение газов;

• растворение веществ.

В биосфере энергия солнечного излучения расходуется, трансформируется, связывается. Накопителями энергии являются органические вещества. Общее количество солнечной энергии, достигающей верхней границы атмосферы, составляет в среднем 700 ккал/см2 в сутки. Около 55 ккал/см2 в год видимой части солнечного спектра достигает поверхности Земли и используется организмами. Составные части биосферы можно условно разделить на живую и неживую природу.

Системы взаимодействий живой (биоценоз) и неживой природы получили название экологических систем или биогеоценозов.

Основными компонентами биоценоза являются три группы организмов: растения, животные и микробы.

В экосистему леса входят все деревья, кустарники, травы, лишайники, грибы, животные, микроорганизмы, почва с ее обитателями, газы атмосферы и соли, растворенные в почвенной воде.

Экосистему озера или моря составляют все растения, животные и микробы водоема, вся водная масса с растворимыми в ней веществами, грунты с органическими и минеральными частицами. Вещества движутся от одного компонента к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе, например, движение атмосферного кислорода. Все организмы потребляют его при дыхании, а выделяют кислород в окружающую среду только растения. Весь запас свободного кислорода, необходимого для жизни на нашей планете, создают растения в процессе фотосинтеза, т. е. под воздействием солнечной энергии. Ежегодно зеленый покров Земли усваивает 170 млрд. т. воды и выделяет около 115 млрд. т. кислорода. Используя ядовитую для большинства живых существ углекислоту, зеленые растения создают органические вещества, т. е. пищу для всех других групп организмов.

В реальных экосистемах круговорот обычно бывает незамкнутым, так как часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть — поступает извне. В целом же круговорот в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере. Жизнь на Земле возникла около 3 млрд. лет назад. Если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, запасы бы давно исчерпались и жизнь прекратилась.

Развитие биосферы связано с появлением человека на Земле. Жизнь живых организмов, в том числе и человека, невозможна без окружающей среды, без природы. Человеку свойственен обмен веществ с окружающей средой, который является основным условием существования любого живого организма.

Организм человека во многом связан с компонентами биосферы — растительностью, насекомыми, животными, микроорганизмами. Он входит в глобальный круговорот веществ. Человеческий организм, как и организмы других животных, подвержен суточным и сезонным ритмам, реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, активности солнечной радиации. Человек обладает уникальной способностью самопознания, познания и преобразования окружающего мира.

Человек стал главной силой, изменяющей процессы в биосфере. Научно-технический прогресс значительно опередил наши знания законов биосферы, что привело к заметному нарушению биосферного равновесия, превышению возможностей природных систем по самоочищению. Необходимо изучать законы природы, чтобы предотвратить ее разрушение, найти пути разумного использования природных ресурсов и сбалансированного природопользования.

Атмосфера и ее загрязнение.Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощает атмосфера, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.

Из общего количества солнечной энергии атмосфера отражает — 35%, поглощает — 19% и пропускает к Земле — 46%.

Атмосфера предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности Земли в течение суток колебалась бы в интервале 2000 С. Благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере.

В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу. Газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов.

В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она является средой, где распространяется звук. Из-за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружает Землю, вращается вместе с ней.

Основной (по массе) компонент воздуха — азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,09%. В газообразном состоянии азот инертен, а в соединениях в виде нитратов он играет важную роль в биологическом обмене веществ.

Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы — кислород. Содержание его в атмосфере составляет около 20,94%. Кислород поглощают животные в процессе дыхания и выделяют растения как обычный продукт фотосинтеза.

Важная составляющая часть атмосферы — диоксид углерода (СО2), который составляет 0,03% ее объема. Он существенно влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида в атмосфере не постоянно. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляется растениями, хорошо растворяется в воде В небольших количествах в атмосфере содержатся: оксид углерода (СО), инертные газы (аргон, гелий, неон, криптон, ксенон). Из них больше всего аргона — 0,934%. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.

Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом (лед, снег), жидком (капли) и газообразном (пар) состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров в атмосфере происходит за 9 — 10 суток.

Первичным источником энергии атмосферного тепла для Земли служит Солнце. Поверхности Земли достигает малая доля лучистой энергии Солнца. Часть энергии, достигшей поверхности, отражается, а остальная поглощается, превращаясь в тепловую. Эта энергия вызывает конвективное движение в атмосфере. Так как 71% поверхности Земли заняты водой, поглощение солнечной энергии сопровождается испарением. Теплота, затраченная на испарение, освобождается в атмосфере, способствуя ее перемещению.

Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения.

По происхождению загрязнения делят на природные, вызванные естественными, часто аномальными процессами в природе, и антропогенные, связанные с деятельностью человека (рис. 38).

 

Рис. 38. Классификация загрязнений атмосферы

 

С развитием производственной деятельности человека все большая доля в загрязнении атмосферы приходится на антропогенные загрязнения. Их подразделяют на локальные и глобальные. Локальные загрязнения связаны с городами и промышленными регионами. Глобальные загрязнения влияют на биосферные процессы в целом на Земле и распространяются на огромные расстояния. Так как воздух находится в постоянном движении, вредные вещества переносятся на сотни и тысячи километров. Глобальное загрязнение атмосферы усиливается в связи с тем, что вредные вещества из нее попадают в почву, водоемы, а затем снова поступают в атмосферу.

Загрязнители атмосферы разделяют на механические, физические и биологические (рис. 39).

 

 

Рис. 39. Классификация загрязнителей атмосферы

 

Механические загрязнения — пыль, фосфаты, свинец, ртуть. Они образуются при сжигании органического топлива и в процессе производства.

К физическим загрязнениям относят:

• тепловые (поступление в атмосферу нагретых газов);

• световые (ухудшение естественной освещенности местности под воздействием искусственных источников света);

• шумовые (как следствие антропогенных шумов);

• электромагнитные (от линий электропередач, радио и телевидения, работы промышленных установок);

• радиоактивные, связанные с повышением уровня поступления радиоактивных веществ ватмосферу.

Биологические загрязнения в основном являются следствием размножения микроорганизмов и антропогенной деятельности (теплоэнергетика, промышленность, транспорт, действия вооруженных сил).

Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта.

Сущность этого явления заключается в том, что ультрафиолетовое солнечное излучениедостаточно свободно проходит через атмосферу с повышенным содержанием СО2 и метана СН4. Отражающиеся от поверхности инфракрасные лучи задерживаются атмосферой с повышенным содержанием СО2, что приводит к повышению температуры, а следовательно, и к изменению климата.

Загрязняющие вещества проникают в организм человека через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воздуха для одного человека составляет 6 — 12 м3. При нормальном дыхании с каждым вдохом в организм человека поступает от 0,5 до 2 литров воздуха.

Вдыхаемый воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, где происходит газообмен между кровью и лимфой. В зависимости от размеров и свойств загрязняющих веществ их поглощение происходит по-разному.

Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных путях и, если они не токсичны, могут вызывать заболевание, которое называется полевой бронхит. Частицы пыли могут привести к профессиональному заболеванию, которое носит общее название пневмокониоз.

Человек может долго жить без пищи 30 — 45 суток, без воды — 5 суток, без воздуха — только 5 минут. Вредные воздействия разнообразных и пылевидных промышленных выбросов на человека определяются количеством загрязняющих веществ, поступающих в организм, их состоянием, составом и временем воздействия. Атмосферные загрязнения могут оказывать на здоровье человека малое влияние, а могут привести к полной интоксикации организма.

Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества.

Хлор наносит урон органам зрения и дыхания. Фториды, попадая в организм человека, вымывают кальций из костей и снижают содержание его в крови. При вдыхании фториды отрицательно воздействуют на дыхательные пути. Гидросулъфид поражает роговицу глаз и органы дыхания, вызывает головные боли. При высоких концентрациях возможен летальный исход. Дисульфид углерода является ядом нервного действия и может вызвать психическое расстройство.

Острая форма отравления приводит к наркотической потере сознания. Опасны для вдыхания пары или соединения тяжелых металлов. Вредны для здоровья соединения бериллия. Диоксид серы поражает дыхательные пути. Оксид углерода препятствует переносу кислорода, отчего наступает кислородное голодание организма. Продолжительное вдыхание оксида углерода может оказаться смертельным для человека.

Опасны в малых концентрациях в атмосфере альдегиды и кетоны. Альдегиды оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками, разрушающими нервную систему, нервную систему поражают также фенольные соединения и органические сульфиды.

Загрязнения атмосферы вредно сказываются и на растениях. Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова. Наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.

Загрязняющие атмосферу вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения, как за счет непосредственного отравления зеленой массы, так и интоксикации почвы.

Загрязнение атмосферы промышленными выбросами существенно усиливает эффект коррозии. Кислотные газы способствуют коррозии стальных конструкций и материалов. Диоксид серы, оксиды азота, гидрохлорид при соединении с водой образуют кислоты, усиливая химическую и электрохимическую коррозию, разрушают органические материалы (резину, пластмассы, красители). На стальные конструкции отрицательно действуют озон и хлор. Даже незначительное содержание нитратов в атмосфере вызывает коррозию меди и латуни. Аналогично действуют и кислотные дожди: снижают плодородие почв, отрицательно воздействуют на флору и фауну, сокращают сроки службы электрохимических покрытий, особенно хромоникелевых красок, снижается надежность работы машин и механизмов, под угрозой находятся более 100 тыс. используемых видов цветного стекла.

Изменение климата оказывает влияние на сельское хозяйство. При потеплении увеличивается продолжительность вегетационного сезона (на 10 дней при повышении температуры на 1⁰С). Повышение концентрации диоксида углерода приводит к повышению урожайности.

К антропогенным процессам относятся разрушения озонного экрана, которые вызываются:

• работой холодильников на фреоне и аэрозольных установках;

• выделением NO₂ в результате разложения минеральных удобрений;

• полетами самолетов на большой высоте и запусками ракетоносителей спутников (выброс оксидов азота и паров воды);

• ядерными взрывами (образования оксидов азота);

• процессами, способствующими проникновению в стратосферу соединений хлора антропогенного происхождения, а также метилхлороформа, четыреххлористого углерода, хлористого метила.

По оценкам ученых, в настоящее время содержание озона уменьшается ежегодно примерно на 0,1%. Это существенно может изменить климат и вызвать другие негативные последствия.

Развитие техники сопровождается ростом числа и мощности источников ионизирующего излучения, к которым относятся АЭС, предприятия, добывающие и перерабатывающие ядерное топливо, хранилища отходов, научно-исследовательские институты, испытательные полигоны.

Развитие атомной энергетики сопровождается ростом радиоактивных отходов, образующихся при добыче и переработке ядерного топлива. Активность этих отходов нарастает с каждым годом, и в недалеком будущем составит серьезную опасность для окружающей среды.

Вода и ее загрязнение.Вода — это составная часть биосферы, от которой зависит состояние животного и растительного мира.

Более 98% всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, которые малопригодны для хозяйственной деятельности.

На долю пресных вод планеты приходится около 28 млн. км3, из которых 4,2 млн км³ доступны для хозяйственного использования, что составляет 0,3% объема всей гидросферы.

Распространены ресурсы пресной воды неравномерно: большая их часть находится в малоосвоенных районах, что создает дефицит пресных вод в развитых регионах.

Подземные воды составляют 14% запасов пресных вод. В связи с усиливающимся загрязнением поверхностных вод их роль как источника водоснабжения будет возрастать.

Мировой океан является практически неисчерпаемым водным резервуаром. В перспективе он может стать одним из основных источников пресной воды, но для этого необходимы производительные и надежные опреснительные установки.

Качество воды в природе определяется совокупностью различных факторов (климат, рельеф местности, почвенный покров, характер прибрежной растительности, площадь стока, особенность его строения, лесистость), а также зависит от биологических процессов, протекающих в водоеме, и деятельности человека (регулирование речного стока, сброс сточных вод, судоходство).

Состав природных вод оценивается по физическим, химическим и санитарно-гигиеническим показателям.

Физические показатели — температура, содержание взвешенных веществ, цветность, запах и привкус.

Температура подземных вод относительно стабильна в течение года: 8 —12°С, а поверхностных вод колеблется по сезонам года в интервале 0,1 — 30°С. Прозрачность и мутность характеризуют наличие в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей). Цветность воды обусловлена присутствием органических веществ (гумусовых, дубильных, белковых, углеводоподобных, жиров, органических кислот, входящих в состав зоо- и фитопланктона вод и являющихся продуктами их метаболизма или распада).

Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного и искусственного происхождения. Различают четыре основных вкуса воды: соленый, горький, сладкий и кислый. Их оттенки, складывающиеся из основных вкусовых ощущений, называют привкусами.

К запахам естественного происхождения относятся землистый, рыбный, болотный, гнилостный, сероводородный, ароматический, глинистый, тинистый; искусственного — хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлор-фенольный, аммиачный, запахи нефтепродуктов.

Химический состав вод характеризуется ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной реакцией водородных ионов (рН), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, сероводорода, активного хлора, свободной углекислотой.

Токсические вещества (мышьяк, стронций, бериллий, свинец, ртуть и другие тяжелые металлы), а также радионуклиды, в основном, являются антропогенными продуктами.

Растворенные в воде газы — кислород, углекислота, сероводород, метан, аммиак — обусловливают запахи и коррозионную активность воды по отношению к трубопроводам и оборудованию.

Важное значение воды не исчерпывается ее физиологической ролью. Большое количество воды необходимо для предприятий различных отраслей промышленности, хозяйственно-бытовых нужд, создания должного санитарно-технического режима, лечебно-профилактических учреждений, предприятий общественного питания, для проведения оздоровительных и физкультурных мероприятий. В городах много воды расходуется на мойку улиц и полив зеленых насаждений.

Интенсивное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), около 80% всех инфекционных болезней в мире связаны с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение поверхности водоемов пленками масла, жиров, смазочных материалов препятствует газообмену воды и атмосферы, что снижает насыщенность воды кислородом, отрицательно влияет на состояние фитопланктона и приводит к массовой гибели рыбы и птиц.

По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наименований продукции, из которых 100 тыс. являются химическими соединениями, в том числе 15 тыс. — потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80% всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники.

Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км³ сточных вод, которые в состоянии сделать непригодной к употреблению около 7 тыс. км3 чистой воды, что в 1,5 раза больше всего речного стока стран СНГ.

К сожалению, наука еще не в состоянии дать полную картину нанесенного воде ущерба. Например, по данным совета Национальной академии наук США, токсикологи обладают относительно полной информацией о влиянии на здоровье человека лишь 10% используемых пестицидов и 18% используемых лекарств. По меньшей мере 1/3 пестицидов и лекарств не проходила испытаний на токсичность.

В отношении используемых химикатов проблема еще серьезнее: 80% из них не проходили испытаний. Эта ситуация в сочетании с участившимися утечками, выбросами и авариями техногенного характера потенциально чревата серьезным загрязнением гидросферы планеты и возможностью пагубного воздействия на здоровье населения.

В настоящее время самый крупный потребитель воды рек и водохранилищ — сельскохозяйственные нужды (60 — 70% всех ресурсов). На втором месте стоят промышленность и энергетика, на третьем — коммунальное хозяйство.

Особое место в использовании водных ресурсов занимает потребление воды населением. На хозяйственно-питьевые цели в нашей стране приходится 10% общего водопотребления.

Наибольшее значение вопросы качества приобретают для так называемой хозяйственно-питьевой воды, идущей человеку на питьевые, хозяйственно-бытовые и культурные нужды.

Это обусловлено тем, что вода может быть причиной развития разных изменений в организме и способствовать возникновению инфекционных и неинфекционных заболеваний человека.

Примеси, от которых зависит безопасность ресурсов питьевой воды, подразделяются на три категории:

• неорганические химические вещества, к числу которых относятся ртуть, кадмий, нитраты, свинец и их соединения, а также соединения хрома, меди;

• органические химические соединения — нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы;

• болезнетворные микроорганизмы, паразиты.

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, а также поверхностным стоком с прилегающих территорий.

Значительное количество биогенных и органических веществ попадает в воду с сельскохозяйственных угодий, пастбищ и животноводческих ферм.

Возможность переноса с водой носителей острых кишечных инфекций очень велика, что грозит нарушению здоровья и вызывает массовый характер заболевания. Доказана возможность передачи через воду холеры, брюшного тифа и сальмонеллезов, дизентерии, туляремии, бруцеллеза, вирусного гепатита (болезнь Боткина) и ротавирусного энтерита. В источниках водоснабжения могут находиться вирусы полиомиелита, различные аденовирусы и энтеровирусы.

Патогенные микробы попадают в водоисточники с выделениями людей и животных.

Наиболее подвержены бактериальному загрязнению поверхностные водоемы, особенно в густонаселенных и урбанизированных районах. Крайне опасны в этом отношении необеззараженные стоки инфекционных и ветеринарных больниц, городские бытовые стоки и отходы предприятий по переработке животного сырья.

Патогенные микробы проникают в открытые водоемы при сбросе нечистот с речных судов, при загрязнении берегов и смывании загрязнений с поверхности почвы атмосферными осадками, при водопое скота, стирке белья и купании.

Вода может стать также источником заражения человека животными паразитами — гельминтами или глистами. С загрязненной фекалиями водой к человеку могут попасть их яйца, которые в кишечнике превращаются во взрослых паразитов — аскариды, власоглав, острицы и др. Заражение человека животными-паразитами происходит и более сложным путем, через так называемого промежуточного хозяина (рачка-циклопа, рыбу при дифиллоботриозе и описторхозе).

Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год. Поэтому качество воды является одной из важнейших проблем.

Серьезная опасность для здоровья населения связана также с химическим составом воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

Большое влияние на состав природных вод как поверхностных, так и подземных оказывает их техногенное загрязнение. Поэтому роль воды в развитии заболеваний неинфекционной природы определяется содержанием в ней химических примесей, наличие и количество которых обусловлено техногенными и антропогенными факторами.

Экспериментальные и клинико-медицинские исследования установили неблагоприятное влияние на организм жесткости воды, вызванное суммарным содержанием солей кальция и магния. Высокая жесткость может играть этиологическую роль в развитии мочекаменной болезни человека. Урологи выделяют так называемые «каменные» зоны — территории, на которых уролитиаз может считаться эндемическим заболеванием.

В последние годы высказано предположение, что воды с низким содержанием солей жесткости способствуют развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

В настоящее время широко известно возникновение патологических изменений в организме, связанных с повышенным количеством в воде нитратов. Последние (при их восстановлении в нитриты) способствуют образованию в крови метгемоглобина, препятствующего нормальному окислительному процессу в организме. Результатом является метгемоглобинемия (токсический цианоз), весьма тяжелое заболевание. Особенно страдают от метгемоглобинемии грудные дети, питающиеся пищевой молочной смесью, приготовленной на воде с повышенным содержанием нитратов. В последние годы внимание ученых привлекают нитрозамины — вещества, образующиеся при взаимодействии нитратов с алифатическими и ароматическими аминами. Эти соединения широко используют в промышленности; доказана возможность их синтеза в природных водоемах, а также в организме человека. Нитрозамины являются весьма активными канцерогенами. Многообразие путей проникновения их в питьевую воду, хорошая растворимость, а также высокая стабильность делают воду одним из основных источников поступления нитрозаминов в организм человека.

Значение микроэлементов для жизни человека и животных определяется их биологической ролью, так как они участвуют в минеральном обмене и влияют на общий обмен веществ в природе как катализаторы биохимических процессов. В воде обнаружено до 65 микроэлементов.

Наиболее изучено влияние на организм человека фтора. Недостаток фтора в рационе способствует развитию кариеса зубов, при котором нарушается связь между органическими и неорганическими элементами эмали и дентина зубов.

При повышенном поступлении в организм фтора развивается флюороз, характеризующийся появлением пятен и эрозии эмали на зубах, повышением их стираемости и хрупкости.

Большие количества фтора могут нарушать обмен веществ в организме, вызывать изменения в костях (типа остеосклероза) и тугоподвижность суставов.

Из других микроэлементов, которые способны вызывать патологические изменения в организме человека, можно назвать свинец, мышьяк и стронций.

За последние десятилетия во всем мире отмечается интенсивный рост техногенного химического загрязнения водоемов, используемых населением. Развитие химической промышленности, химизация сельского хозяйства, широкое использование новых препаратов в быту и на производстве резко обострили вопрос о предупреждении попадания повышенных концентраций этих веществ в организм человека с водой.

Основные источники химического загрязнения водоемов — промышленные предприятия, и в первую очередь химические производства, предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, производства новых синтетических материалов, ядохимикатов, моющих средств, заводы по термической обработке твердого и жидкого топлива. Их сбросы неочищенных или плохо очищенных стоков могут представлять значительную угрозу здоровью населения.

Уровень загрязнения воды определяется присутствием органических отходов (пестициды, нитраты, фосфаты, полихлорбифенилы). Источниками таких отходов могут быть фабрики, заводы, города, сельское хозяйство.

Известны случаи острых отравлений тяжелыми металлами, возникающие в результате промышленного загрязнения природных вод. Массовое отравление кадмием наблюдалось в Японии среди жителей побережья р. Инитай; заболело около 200 человек, причем в половине случаев со смертельным исходом. Причиной отравления послужили сточные воды кадмиевого рудника, использовавшиеся для орошения рисовых полей. Описаны случаи возникновения дерматитов при пользовании подземной водой, загрязненной солями хрома в Венгрии. Массовые отравления ртутью в Японии были вызваны сбросом промышленных сточных вод в Иокогамский залив и р. Агано, что привело к накоплению ртути в промысловой рыбе — основном продукте питания местного населения.

Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники поверхностными и ливневыми стоками, с территорий, не отвечающих санитарным требованиям, с сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на ухудшение качества питьевой воды, особенно в период весенних паводков.

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. К середине 90-х гг. уже выявлено более 1000 очагов загрязнения подземных вод, 75% из которых приходится на самую заселенную часть России. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

Почва и ее загрязнение.Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95 — 97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км², или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают около 15 млн. км2 (10% суши), луга и пастбища — 37,4 млн. км2 (25% суши).

Общая пахотнопригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км².

Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой и газообразных фаз.

Для всех почв характерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.

Горизонт А1 — темноокрашенный, содержащий гумус, обогащен минеральными веществами и имеет для биогенных процессов наибольшее значение.

Горизонт А2 — элювиальный слой, имеет обычно пепельный, светло-серый или желтовато-серый цвет.

Горизонт В — элювиальный слой, обычно плотный, бурой или коричневой окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.

Горизонт С — измененная почвообразующими процессами материнская порода.

Горизонт D — исходная порода.

Образование почв происходит на Земле с момента возникновения жизни и зависит от многих факторов.

Продолжительность процесса почвообразования для различных материков и широт составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их плодородия. Под влиянием человека меняются параметры и факторы почвообразования — рельефы, микроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.

На больших площадях снижается продуктивность почв из-за уменьшения содержания гумуса. Земля сегодня может прокормить 15 млрд. человек. Бережное и грамотное обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.

Техногенная интенсификация производства способствует загрязнению и дегумификации, вторичному засолению, эрозии почвы.

Основными загрязнителями почвы являются пестициды, применяемые для борьбы с сорняками.

Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической