Мониторинг и инженерные методы охраны окружающей среды

Міністерство освіти і науки України Рівненський державний технічний університет

`.P.l`0mJb, q.a.opn0emjn, k.`.q`akPi

МОНIТОРИНГ ТА IНЖЕНЕРНI МЕТОДИ ОХОРОНИ ДОВКІЛЛЯ

Рекомендовано вченою радою РДТУ як навчальний посібник для студентів спеціальностей 6.092600 “Водопостачання та водовідведення”, 6.092100 “Теплогазопостачання і вентиляція” та інших будівельного і природоохоронного профілю

РІВНЕ ВАТ «Рівненська друкарня» 2000

УДК 628.3 Мацнєв А.І., Проценко С.Б., Саблій Л.А. Моніторинг та інженерні методи охорони довкілля.: Навч. посібник. - Рівне: ВАТ “Рівненська друкарня”, 2000. - 504 с.: іл.

У навчальному посібнику з позицій системного підходу викладені основи екологічних знань, розглянуті принципи функціонування екосистем, наведені загальні відмості про природно-ресурсний потенціал та його використання людством, антропогенний вплив на атмосферні, водні і земельні ресурси. Розглядаються інженерні методи охорони довкілля, зокрема, технологічні схеми та споруди для очищення стічних вод, а також газових викидів і аспіраційного повітря. Значну увагу приділено питанням моніторингу навколишнього природного середовища як ефективного засобу вивчення стану довкілля, визначення тенденцій його змін та прийняття управлінських рішень щодо раціонального природокористування. Для студентів спеціальностей 6.092600 “Водопостачання та водовідведення”, 6.092100 “Тепло-газопостачання і вентиляція”, а також може бути корисним для студентів інших спеціальностей будівельного і природоохоронного профілю. Табл. 52. Іл. 52. Бібліогр.: 116 назв.

Рецензенти: М.М.Гіроль, завідувач кафедри охорони праці і екології в будівництві Рівненського державного технічного університету, професор, доктор техн. наук; Ю.В.Ширко, перший заступник начальника державного управління екології та природних ресурсів в Рівненській області.

ISBN 966-7358-02-X.

Scribitur ad narrandum, non ad probandum. Пишуть для того, щоб розповісти, а не для того, щоб довести.

ПЕРЕДМОВА До найбільш актуальних проблем сьогодення, що торкаються кожного жителя планети, й від яких залежить майбутнє людства, слід віднести проблеми екологічні - проблеми раціонального використання природних ресурсів, гармонізації взаємин людини і природи, охорони навколишнього середовища. В процесі своєї життєдіяльності людство намагається брати від природи якомога більше, не рахуючись з її потенційними можливостями. Це призводить до порушення природної рівноваги, а не рідко й до необоротних процесів, що в результаті веде до деградації навколишнього середовища. Вихід з такого становища можна знайти тільки у збалансованому, науково обґрунтованому використанні можливостей довкілля. Вирішення складних завдань раціонального використання природних ресурсів та охорони навколишнього середовища вимагає розробки принципово нових, високопродуктивних та економічних схем очищення стічних вод та викидів забруднюючих речовин, обробки відходів виробництва та споживання, впровадження безвідходних і маловідходних технологічних процесів, вибору оптимальних варіантів технічних та технологічних рішень, планування розвитку господарства з урахуванням екологічного резерву та економічних можливостей. Для цього потрібні кваліфіковані спеціалісти з високим рівнем екологічної свідомості і науковим поглядом на природу, як на єдине ціле. Тільки системний, міжпредметний підхід до комплексного вирішення проблем раціонального природокористування, збереження і відновлення природних ресурсів допоможе ефективно вирішувати екологічні проблеми. Необхідно, щоб кожен студент правильно розумів закони розвитку природи, оволодів науково обґрунтованими принципами і методами пізнання та раціонального використання природних ресурсів, їх збереження і відновлення. Особливу увагу слід приділити набуванню та вдосконаленню студентами навичок і знань в галузі екологічного законодавства, економіки природокористування, оцінки екологічного впливу та ризику, а також методів врегулювання конфліктних ситуацій. Метою вивчення курсу “Моніторинг та інженерні методи охорони довкілля” є теоретична і практична підготовка спеціалістів до вирішення найгостріших проблем природокористування. Методи досліджень сучасної екології є дуже різноманітними - це нові фізичні, хімічні, біофізичні, біоіндикаційні, біохімічні, радіобіологічні, метеорологічні та кібернетичні методи, наземний, повітряний та космічний екомоніторинг, найновіші комп’ютерні та геоінформаційні технології з їх можливостями аналізу, систематизації, моделювання та прогнозування стану екосистем. Методи, які розглядаються в курсі, охоплюють комплекс практично всіх природничих, економічних та екологічних 3

наук і покликані забезпечити можливість всебічного аналізу характеру й сили споконвічних збалансованих взаємозв’язків між усіма явищами і процесами, що відбуваються в біосфері й геосферах планети, співставлення їх з необхідністю забезпечення потреб людства та розвитку найбільш раціональних шляхів взаємодії людини і природи. У навчальному посібнику викладено основи екологічних знань, узагальнено та висвітлено найголовніші положення сучасної методології моніторингу навколишнього природного середовища та охорони довкілля, використано найновіші екологічні наукові, нормативні та фактичні матеріали, наведено численні приклади екологічних ситуацій в Україні та за її межами. Навчальний посібник розрахований на поглиблену, ґрунтовну підготовку студентів спеціальностей “Водопостачання та водовідведення”, “Теплогазопостачання і вентиляція” та інших будівельних спеціальностей з питань екології, раціонального природокористування та природоохоронної діяльності. Нормативні матеріали наведені за станом на 1 жовтня 2000 р. Розділ 4 написаний Мацнєвим А.І. разом з Проценком С.Б., розділ 5 Саблій Л.А. разом з Проценком С.Б., розділи 1-3 та 6-8 - Проценком С.Б. Автори висловлюють глибоку вдячність рецензентам книги, завідувачу кафедри охорони праці і екології в будівництві РДТУ, професору, доктору техн. наук М.М.Гіролю та першому заступнику начальника державного управління екології і природних ресурсів в Рівненській області Ю.В.Ширку, а також співробітникам держуправління екоресурсів за численні поради і рекомендації, які дозволили відчутно поліпшити структуру і зміст посібника. Окрему подяку автори складають керівництву Рівненської обласної державної адміністрації (М.П.Сорока, В.М.Берташ, Е.Ф.Абдуллаєв), обласної ради (Б.М.Корилкевич), обласного державного управління екології та природних ресурсів (М.М.Гуйдаш, Ю.В.Ширко, І.Г.Окунєва,) та членам постійної комісії обласної ради з питань екології і охорони навколишнього середовища (голова комісії М.Х.Шершун) за розуміння проблем фахової підготовки майбутніх інженерів-будівельників та виділення у надсутужних фінансових умовах коштів, необхідних для видання цього посібника. Навчальний посібник видано за кошти Фонду охорони навколишнього природного середовища Рівненської обласної ради.

4

Правда очищує. Закон екології (й не тільки...)

1. Місце і роль моніторингу в системі управління природокористуванням Спостереження за довкіллям набули практичного значення ще на початку розвитку людства, оскільки кожному індивіду, щоб вижити, необхідно було мати певну суму знань про навколишнє середовище - сили природи, рослинний і тваринний світ. Цивілізація власне й виникла тоді, коли людина навчилася використовувати вогонь та інші засоби і знаряддя, які дозволяють їй змінювати і пристосовувати середовище існування для власних потреб. Завдяки науково-технічному прогресу людство, здавалося б, вже менш підвладне силам природи, і дехто схильний забувати, що людина продовжує залежати від енергетичних, мінерально-сировинних, біологічних, водних й інших природних ресурсів та умов. Основні закони природи не втратили свого значення, а із збільшенням антропогенних навантажень лише змінилася їх відносна роль та ускладнилася залежність людини від них. Найбільш вдало, у вільній, напівжартівливій, белетристичній формі основні закони природи були сформульовані американським екологом Баррі Коммонером (1974) у вигляді чотирьох положень: • все пов’язане з усім - це твердження близьке за змістом до закону внутрішньої динамічної рівноваги і повторює відому діалектико-матеріалістичну тезу про загальний зв’язок речей та явищ; • все мусить кудись діватися - неформальне перефразування фундаментального фізичного закону збереження матерії; • природа “знає” краще - це положення розпадається на дві відносно незалежні тези: першу, що солідаризується з лозунгом “назад до природи”, та другу, яка застерігає від самовпевненості і закликає бережливо ставитися до природи; • ніщо не минається даремно, або за все треба платити - цей закон об’єднує три попередні - він знову торкається проблем, що узагальнюються законами внутрішньої динамічної рівноваги, константності та розвитку природної системи. За Б.Коммонером, “глобальна екосистема являє собою єдине ціле, в її рамках нічого не можна виграти чи втратити, вона не може служити джерелом загального покращання, все видобуте з неї людською працею має бути відшкодоване”. За четвертим законом Б.Коммонера ми повинні повертати природі все, що беремо в неї, інакше нас неминуче очікує катастрофа. До законів природи Б.Коммонера зазвичай додають ще одне положення про необхідність отримання своєчасної та об’єктивної інформації щодо існуючого екологічної ситуації - “правда очищує”. I дійсно, розробка ефективних програм управління якістю навколишнього 5

природного середовища вимагає, насамперед, адекватної оцінки існуючого стану довкілля, а також прогнозу змін цього стану в майбутньому. Отримання такої інформації є основним завданням моніторингу (від лат. monitor - той, хто нагадує, стежить, застерігає) - системи спостережень, оцінки і прогнозування стану природного середовища, яке знаходиться під дією антропогенних факторів1, в першу чергу забруднень. Наявність детальної об’єктивної інформації про стан довкілля дозволяє правильно орієнтувати господарство, раціонально використовувати різноманітні природні ресурси, забезпечувати збереження і розвиток природної спроможності відтворення цих ресурсів, тобто оптимізувати взаємини людського суспільства і природи. Введення в еколого-економічних системах контуру негаНавколишнє Господарська Вплив тивного зворотного зв’язку2 природне діяльність на основі моніторингу (рис.1.1) середовище людини забезпечує сталість цих систем, Спостеможливість оперативного реження управління ними залежно від Управлінські рішення ступеня антропогенних впливів Оцінки, та їх ефектів. Розуміння й усвіпрогнози, рекомендації домлення дійсного та майбутЕкологічне Моніторинг управління нього стану навколишнього середовища на підставі об’єктивної інформації, оцінок Рис.1.1. Введення в еколого-економічних та екологічних знань, які дає системах контуру негативного зворотного науково обґрунтована система зв’язку на основі моніторингу моніторингу, є найважливішою запорукою забезпечення екологічної сталості біосфери. Інформація про стан навколишнього середовища та його зміни, обумовлені, головним чином, природними факторами, збирається і використовується людством вже протягом багатьох років. Прикладами такої інформації є дані про погоду та її зміни, стан поверхні морів і океанів, клімат різних регіонів тощо. Відчуваючи на собі руйнівну дію вод, вітру, землетрусів, снігових лавин, людина здавна реалізовувала елементи моніторингу, накопичуючи досвід передбачення погоди та стихійних лих. Знання такого роду завжди були і залишаються досі надзвичайно актуальними для зменшення шкоди і, що найважливіше, запобігання людським втратам від екстремальних природних збурень. Природні зміни стану довкілля, як короткочасні, так і довготривалі, вже 1

Антропогенні фактори (від гр. ánthropos - людина та génes - походження, виникнення) - фактори впливу на навколишнє середовище, зумовлені техногенною та господарською діяльністю людини. 2 Див. розділ 2.2.2. 6

здавна фіксуються існуючими в різних країнах геофізичними службами: метеорологічною, гідрологічною, агрометеорологічною, сейсмічною, іоносферною тощо. Останнім часом в результаті широкого розвитку виробництва і сільського господарства та збільшення обсягів використання природних ресурсів почали інтенсивно проявлятися негативні наслідки антропогенних впливів на навколишнє середовище. На відміну від порушень біосфери, викликаних природними чинниками, її зміни під впливом антропогенних факторів відбуваються надзвичайно швидко і можуть стати необоротними. В умовах зростаючого впливу людини на довкілля і загрози істотних негативних наслідків такого впливу виникла нагальна потреба в отриманні детальної інформації про зміни екологічної ситуації. Щоб виділити антропогенні зміни на фоні природних, додатково до існуючих геофізичних служб у світі розпочато створення спеціальної системи спостережень і контролю рівня забруднення довкілля, як в місцях інтенсивного антропогенного впливу, так і в глобальному масштабі. Така система періодично повторюваних спостережень одного і більше елементів навколишнього природного середовища у просторі й часі з певною метою згідно наперед розробленої програми виявлення змін стану біосфери під впливом людської діяльності отримала назву моніторингу1. Метою моніторингу є розробка заходів щодо охорони навколишнього середовища, раціонального використання природних ресурсів та виявлення критичних ситуацій, небезпечних для здоров’я людей, існування живих організмів, їх угруповань2, природних об’єктів та комплексів. Першочергова увага в системі моніторингу надається спостереженням за антропогенними змінами у природі. Достатньо глибоко вивчається й малопорушена природа як еталон для порівняння при оцінці антропогенних змін довкілля. У процесі моніторингу широко застосовуються найсучасніші методи одержання та оперативного оброблення інформації: дистанційні (аерокосмічні) спостереження, експрес-аналізи, електронно-обчислювальна техніка, автоматизовані аналітичні системи, державні та міждержавні банки даних, геоінформаційні системи тощо. Моніторинг є дієвим засобом природоохоронної політики, але лише за умови оперативного та регулярного надходження екологічної інформації до відповідних управлінських структур і громадськості.

1

Класичне визначення терміну “моніторинг” відомого еколога Ю.Iзраеля (1975) [29]. Угруповання - сукупність видів живих організмів, зв’язаних між собою певними взаємовідносинами, спільною територією та однаковими умовами існування. 7

2

Тільки виразне розуміння суті процесів, що відбуваються у навколишньому середовищі, чітке усвідомлення результатів впливу на нього дозволяє приймати несхибні, вірні рішення. Без знань навряд чи вдасться подолати традиційний егоїзм - національний, регіональний, особистий. Без цих знань будь-які плани організації раціонального використання ресурсів нашої планети будуть або авантюризмом, або манілівськими благими намірами. Акад. М.М.Моісеєв

2. Екологія як наукова основа раціонального природокористування Одна з основних причин напруженої екологічної ситуації та протиріч, що склалися нині у світі в цілому та в Україні зокрема - незбалансованість економіки і екології. Прагнення у найкоротші терміни вирішити економічні проблеми, забезпечити господарство і населення енергетичними та сировинними ресурсами сприяло тому, що природокористування довгий час проводилося без урахування можливих негативних наслідків втручання у природне середовище. Тривале нераціональне природокористування здійснювалося, виходячи з помилкової соціально-психологічної настанови про “невичерпність” природних ресурсів, про їх “повну” відтворюваність, про порівняно незначні збитки, що завдаються природі антропогенними впливами. Економіка колишнього СРСР, зазвичай, ігнорувала необхідність створення системи раціонального природокористування. Промислові об’єкти в багатьох регіонах розміщувалися без урахування екологічного навантаження, свідомо або помилково занижувались очікувані екологічні збитки природним системам. Ситуація ускладнювалася і продовжує ускладнюватися нині через низький рівень впровадження екологічно чистих технологій, нестачу капітальних вкладень, недостатню екологічну свідомість суспільства. Внаслідок цього значна кількість господарських об’єктів і навколишнє природне середовище в Україні знаходяться сьогодні у критичному стані. Незважаючи на спад економічної діяльності в багатьох регіонах, техногенний вплив на природне середовище залишається досить значним. Поки що немає підстав говорити про екологічну кризу, але вкрай небезпечна екологічна ситуація відзначається вже в багатьох регіонах країни. Згідно даних О.В.Яблокова [112], 20 % населення колишнього СРСР проживає сьогодні в зонах екологічного лиха, а 40 % - в екологічно несприятливих умовах. Невпинне зростання захворюваності населення обумовлене, в першу чергу, погіршенням стану всіх компонентів навколишнього середовища, адже здоров’я людей безпосередньо залежить від якості довкілля, включаючи чистоту води й повітря, своєчасне видалення і знешкодження відходів та достатню кількість доброякісної їжі. Інтенсивна господарська діяльність, нераціональне природокористування, нехтування законами природи спричиняють тяжкі, часто необоротні, зміни в навколишньому середовищі, як у масштабах планети в цілому, так і на рівні 8

окремих ландшафтів та екосистем. Внаслідок недалекоглядного, нерозумного і необґрунтованого ставлення до природи в Україні загинули сотні малих річок, деградують Чорне та Азовське моря, спотворений забрудненими водосховищами Дніпро, винищена значна частина лісів Карпат, еродована більша частина хлібної ниви, задихаються від промислових і автомобільних викидів усі великі й малі міста країни. Певною мірою наслідки нерозважливого господарювання, а точніше нехтування законами природи з боку людської спільноти, позначилися й на активізації стихійних явищ, від яких зрештою страждає і сама людина. Досить, наприклад, згадати, що у 60-х роках кожного року в середньому потерпало від посухи близько 18.5 млн. осіб, від повеней - 5.2 млн. осіб, тоді як у 70-х роках ці показники зросли відповідно до 24.4 та 15.4 млн. осіб [43] і продовжували зростати й надалі. Наведемо лише один приклад того, як природа “помстилася” людині за нехтування її законами. Загальновідомо, що непродумане знищення лісів у басейнах річок (особливо в гірській місцевості) може призводити до виникнення повеней та посилювати руйнівну дію води. Так, великої шкоди господарству України було завдано повенями на р. Дністер та інших річках західного і прикарпатського регіонів наприкінці 60-х років. Значною мірою повені були зумовлені вирубуванням карпатських лісів, які відіграють водорегулюючу роль у цьому регіоні. Довелося витратити багато коштів і зусиль для відновлення зведених лісів. Здавалося б, людина повинна зробити належні висновки з уроків природи. Проте наприкінці 90-х років у нових економічних умовах в гонитві за швидкими прибутками знову розпочалося безгосподарне, хижацьке, неконтрольоване вирубування лісів уздовж берегів річок, що призвело до повторення трагедії в цьому регіоні в листопаді 1998 р. Екологічні проблеми не знають державних кордонів, від них тією чи іншою мірою потерпають усі нації. Через цілісність та єдність географічної оболонки Землі, існування єдиної системи взаємообміну речовиною та енергією, що поширюється далеко за межі певного регіону, деякі екологічні проблеми набули сьогодні глобального масштабу, їх вирішення вимагає величезних ресурсів та скоординованих довготривалих зусиль усієї світової спільноти. Перший в історії людства сигнал тривоги про кризу загальносвітового масштабу - “кризу між людиною і навколишнім середовищем” пролунав в 1969 р. у відомій доповіді Генерального секретаря ООН У.Тана “Людина і навколишнє середовище”. З того часу відношення міжнародної громадськості до цієї проблеми істотно змінилося. Безпосередньою причиною цього факту є поступова деградація довкілля, яка підтверджує правдивість висновку У.Тана про те, що “колишні локальні проблеми стали сьогодні загальносвітовими, і для їх вирішення необхідні спільні зусилля всіх народів”. Постійне загострення ситуації і збільшення обсягів забруднення вод і повітря, руйнування озонового шару, масове знищення лісів, активізація про9

цесів ерозії ґрунтів, розширення опустелювання планети, збіднення її загального генофонду1, падіння природної родючості ґрунтів і, зрештою, посилення стихійних явищ, пов’язаних з нераціональним використанням природних ресурсів (посухи, повені та ін.), - свідчать про зростаючу загрозу екологічної катастрофи. Саме тому завдання охорони навколишнього середовища та раціонального використання природних ресурсів визнане глобальною проблемою сучасного світу на рівні з такими проблемами, як голод, безробіття, загроза ядерного конфлікту та інші. Серед найбільш гострих екологічних проблем глобального рівня, що створюють загрозу самому існуванню людської спільноти на Землі, ООН визначає наступні: • зміни клімату, зокрема загальне його потепління; • руйнування стратосферного озону - захисної “парасолі” Землі; • забруднення атмосферного повітря та зміни його газового складу (зокрема, порушення киснево-вуглекислотного балансу); • порушення системи кругообігу води через кількісне виснаження та якісне погіршення стану водних ресурсів; • деградацію земель та опустелювання; • руйнацію і деградацію лісів; • втрату біологічного різноманіття (вимирання біологічних видів2 та збіднення генофонду); • зростання ризику техногенних аварій з тяжкими екологічними наслідками; • накопичення та неконтрольоване переміщення токсичних хімічних речовин і відходів; • хімічний та радіаційний мутагенез в органічному світі. Весь світ нині страждає від “перемог”, одержаних над природою: розвинені та високорозвинені країни - від перезабруднення середовища, виснаження природних ресурсів і деградації екосистем (через суперіндустріалізацію й зверхспоживання), а країни, що розвиваються, - від голоду, деградації ґрунтів і наступу пустель (через бідність, хижацьке знищення лісів, перенароджуваність населення, нерозумне природокористування). Проте найбільш гостро негативні наслідки небезпечних процесів проявляються у районах з екстремальними природними умовами та нестійкими геосистемами (особливо у приполяр’ї або в зонах пустель), а також на територіях із соціально-економічними негараздами, де у населення відсутні реальні можливості (фінансові, ма-

1

Генофонд - вся сукупність видів живих організмів з їх виявленими та потенційними спадковими здібностями. 2 Біологічний вид - сукупність організмів із спорідненими морфологічними ознаками, які можуть схрещуватися один з одним і мають спільний генофонд. Вид - це основна структурна одиниця в системі живих організмів. Вид підпорядкований роду, але має підвиди й популяції. 10

теріальні) для ефективної протидії несприятливим екологічним ситуаціям, що повною мірою стосується й території України. Таким чином, існує дуже важливий зворотний зв’язок між економічним розвитком людства і навколишнім середовищем1. В опублікованій в травні 1992 р. доповіді Світового Банку “Розвиток і навколишнє середовище” стверджується, що охорона довкілля є невід’ємною частиною прогресу. Без достатньої охорони навколишнього природного середовища неможливий економічний розвиток, а без розвитку, в свою чергу, не буде достатньо коштів для відповідних інвестицій у природоохоронну діяльність. Таким чином, людство приходить до поняття сталого розвитку (або екорозвитку2), під яким розуміють такий шлях невпинного і бажаного розвитку господарства, який не порушує істотно і необоротно оточення людини, не призводить до деградації біосфери нашої планети, і який здійснюється відповідно до законів природи, економіки та суспільства. На конференції ООН з охорони навколишнього природного середовища і розвитку, що пройшла у Ріо-де-Жанейро в червні 1992 року, де зустрічалися представники 179 країн світу3, було визначено, що економічний розвиток не може зупинитися, але його потрібно спрямувати в іншому напрямку, щоб припинити активну руйнацію навколишнього середовища [39]. Збереження людської цивілізації залежить від наших знань про природу і дій, спрямованих на збереження та поліпшення довкілля шляхом розумного втручання, а не руйнування його в процесі нераціонального використання. Усе згадане змусило людей переосмислити ставлення до природи, розпочати глибоке вивчення генезису та розвитку складних взаємозв’язків і процесів у навколишньому середовищі, шукати шляхів гармонізації взаємин людського суспільства та природи, збалансованого розвитку людства, в якому поєднуються інтереси подальшого технічного прогресу та захисту довкілля. У найближчому майбутньому завдяки розвитку екології та всебічній екологізації виробництва природокористування буде ґрунтуватися не лише на економічних принципах, але й на принципах екологічної та медичної доцільності, коли інтересам охорони природи і здоров’я людей надаватиметься перевага перед виробничо-економічною рентабельністю.

1

Див. розділ 2.2.2. Екорозвиток - форма соціально-економічного розвитку суспільства, яка враховує екологічні обмеження і спрямована на збереження (або у всякому разі не на виснаження) ресурсів середовища життя. До складу екологічних обмежень входять не тільки порушення середовища, але й небезпечні (реальні чи потенційні) генетичні, психологічні та інші зміни самої людини. 3 Представниками більше 100 країн були голови держав та урядів, зокрема й лідери “великої сімки”. Учасниками конференції були також принц Чарльз, Жак Iв Кусто, Джейн Фонда, Тед Тернер, далай-лама, Елтон Джон, Стінг та інші, всього близько 30 тис. осіб. 11 2

Екологія стала покаянням людства, яке спочатку діяло за принципом “Там побачимо”, а тепер кається у своїх діяннях, спрямованих на погіршення життя усього живого на планеті. Акад.О.Л.Яншин 2.1. Предмет, завдання та складові екології

Ще у працях Гіппократа, Арістотеля й інших давньогрецьких філософів містилися відомості екологічного характеру, проте суто екологічні дослідження почали проводитися лише у XX сторіччі, особливо з кінця 60-х - початку 70-х років, коли перед людством надзвичайно гостро постали проблеми забруднення природного середовища, зростання кількості населення, збільшення відходів виробництва і споживання, нестачі мінеральних та енергетичних ресурсів тощо. Змінився з часом і зміст терміну “екологія”. Німецький біолог-еволюціоніст Ернст Геккель (1834-1919), який запровадив цей термін у науку в 1866 р., під екологією (від гр. óikos - домівка, житло, місце проживання і lógos - слово, вчення) розумів суму знань про взаємовідносини тварини з навколишнім середовищем, передусім - із живими істотами, з якими вона контактує. Слідом за Е.Геккелем багато біологів розглядали екологію як науку про місце існування живих організмів. Нині ж під екологією розуміють науку про взаємовідносини живих організмів із середовищем їх існування. Так, відомий еколог Ю.Iзраель у передмові до книги Ф.Рамада [96] відзначає: “Екологія - це наука про взаємовідносини між живими організмами, біологічними системами (надорганізмового рівня1) і середовищем існування, фактично - наука про структуру і функції природи”. Через істотний антропогенний вплив на всіх рівнях біосфери роль екології як одного з найважливіших наукових напрямів ще більше зростає, і цілком закономірно екологію часто визначають як науку, що досліджує закономірності функціонування організмів у природному середовищі їх існування з урахуванням змін, які вносяться у це середовище діяльністю людини. Таким чином, екологія - це комплексна наука, що вивчає структуру та функціонування біологічних систем надорганізмового рівня (популяційних систем, екосистем та біосфери в цілому) в умовах антропогенного впливу. В основу екології покладені енергетичний та балансовий принципи існування екосистем, теорія трофічних (харчових) рівнів і ланцюгів, які забезпечують можливість вивчення потоків речовини, енергії та інформації в екосистемах, зміни їх структури і діяльності під впливом факторів середовища, в тому числі й спричинених діяльністю людини [109].

1

Згідно концепції рівнів організації живого виділяють: угруповання, популяцію, організм, орган, клітину, ген. Екологія вивчає біологічні системи рівнів, вищих за організм (від популяції до біосфери в цілому). 12

Найважливішим завданням сучасної екології є розробка шляхів регулювання і гармонізації взаємин людського суспільства з природою, зокрема, вирішення проблем: • зростання народонаселення; • парникового ефекту; • кислотних дощів і озонової діри; • повної утилізації відходів промисловості; • екологічно чистої енергетики; • дехімізації сільського господарства; • екологічно чистого транспорту; • демілітаризації біосфери планети; • ресурсозбереження й рекультивації літосфери. Сьогодні екологія складається з низки наукових галузей та дисциплін. Так, за розмірами об’єктів вивчення екологію поділяють на: • аутоекологію (організм та його середовище); • демекологію (популяція1 та її середовище); • синекологію (біотичне угруповання та його середовище); • географічну, або ландшафтну екологію (крупні геосистеми, географічні процеси за участю живої речовини та їх середовище); • мегаекологію, або глобальну екологію (вчення про біосферу Землі). По відношенню до предметів вивчення екологію поділяють на екологію мікроорганізмів, грибів, рослин, тварин, людини, сільськогосподарську, промислову (інженерну), загальну екологію (як теоретично узагальнюючу дисципліну). За середовищем і компонентами вивчення вирізняють екологію суходолу, прісних водойм, морську, Крайньої Півночі, високогірну, хімічну (геохімічну, біогеохімічну) тощо. За підходами до предмету вирізняють аналітичну і динамічну екологію. З точки зору фактора часу розглядають історичну та еволюційну екологію. В системі екології людини виділяють соціальну екологію (взаємовідносини соціальних груп суспільства із середовищем їх життя), екологію індивіда та екологію людських популяцій. Таким чином, коло завдань сучасної екології дуже широке і охоплює практично всі питання, що торкаються взаємовідносин людського суспільства та природного середовища, а також проблеми гармонізації цих відносин. Із суто біологічної науки, якою екологія була всього якихось 30-40 років тому, сьогодні вона перетворилася на багатогранну комплексну науку, головною метою якої є розробка наукових засад порятунку людства і середовища його 1

Популяція - сукупність особин одного виду з однаковим генофондом, яка живе на спільній території протягом багатьох поколінь. 13

існування - біосфери планети, раціонального природокористування та охорони природи. Нині екологічним вихованням охоплюються всі верстви населення планети. Пізнання законів гармонії, краси і раціональності природи допоможе людству знайти вірні шляхи виходу з екологічної кризи. Змінюючи й надалі природні умови (а суспільство не може жити інакше), люди будуть змушені робити це обдумано, виважено, передбачаючи далеку перспективу й спираючись на знання основних екологічних законів. Велике значення у становленні екології як наукової дисципліни мали класичні дослідження В.I.Вернадського (вчення про біосферу та ноосферу), основні положення яких розглядаються нижче. Біосфера - це і мешканці, і дім, і ми в нім. М.Б.Вассоєвич 2.2. Вчення про біосферу

Найближче до сучасного розуміння терміну “біосфера” підійшов у 1802 р. французький природознавець Ж.Б.Ламарк, який сформулював першу цілісну концепцію еволюції живої природи (ламаркізм), запровадив у вжиток термін “біологія” і виявив значний вплив живих організмів на процеси, що відбуваються на земній поверхні. Проте Ж.Б.Ламарку так і не вдалося достатньо чітко сформулювати поняття власне “біосфери”. Вперше ж термін “біосфера” (від гр. bíos - життя та spháira - куля) з’явився в роботі відомого австрійського геолога Е.Зюсса “Походження Альп” (1875), в якій він виділив поняття: атмосфера, гідросфера, літосфера та біосфера. Проте спеціальним вивченням біосфери Е.Зюсс не займався, поняття про неї не розвивав і розглядав її тільки як частину земної кори, утворену осадовими породами органогенного генезису. Основи вчення про біосферу як складну багатокомпонентну планетарну систему пов’язаних між собою біотичних, хімічних і геологічних процесів, що відбуваються на Землі, обґрунтував і розвинув наш великий співвітчизник, засновник та перший президент Академії наук України Володимир Iванович Вернадський (1863-1945). Наукові ідеї, покладені в основу вчення про біосферу, В.I.Вернадський розвивав в окремих статтях, а пізніше - в лекціях, прочитаних у 1922-1923 рр. в Карловому університеті в Празі та в Сорбонні. Він запровадив термін “біосфера” у вжиток і розробив гармонійне вчення про біосферу як сферу поширення життя, особливу оболонку нашої планети. Геніальні дослідження В.I.Вернадського набули важливого значення, зокрема, стали підґрунтям для вирішення однієї з найважливіших проблем сучасності - проблеми охорони і раціонального використання навколишнього природного середовища. Поверхню Землі В.I.Вернадський розглядав як якісно своєрідну загальнопланетарну оболонку, склад, будова, енергетика і розвиток якої зумовлені ми14

нулою та сучасною діяльністю всієї сукупності живих організмів на Землі. Суть вчення про біосферу полягає в тому, що найвища форма розвитку матерії на Землі - життя - усереднює інші планетарні процеси, тобто сукупна діяльність живих організмів (у тому числі й людини) проявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу і значення. В.I.Вернадський розглядав біосферу не як просту сукупність живої та неживої природи, а як єдину термодинамічну систему, в якій повсякчас відбувається взаємодія всього живого з неорганічними умовами навколишнього середовища. Біосфера є складною, цілісною, організованою, здатною до саморегулювання екологічною системою, в якій під дією живих організмів відбувається акумуляція, трансформація і перерозподіл величезних ресурсів речовини та енергії. Біосфера існує завдяки біологічному кругообігу речовин і формує життя у всьому його різноманітті, сталості та здатності до прогресивного розвитку. Як зазначав відомий французький еколог Ф.Рамад [96], “біосферу можна представити як частину планети, що включає сукупність живих істот, і в якій можливе постійне життя”. Середовище активного життя на Землі охоплює нижні шари атмосфери (зокрема, всю тропосферу та нижню частину стратосфери), всесвітній океан (гідросферу), поверхню суходолу з біогенними ландшафтами і, нарешті, верхній шар твердої земної кори (літосфери), в якому на глибині в сотні й тисячі метрів у підземних водах існують мікроорганізми. Межі біосфери, зазвичай, визначають від рівня 20-22 км над земною поверхнею до 11 км в глибину океану. Нижня (термічна) межа біосфери зумовлена високими температурами глибинних верств земної кори і, як правило, не опускається нижче 5 км, верхня (промениста) - наявністю короткохвильового ультрафіолетового випромінювання, від якого живі організми на Землі захищені озоновим екраном. Серед численних характеристик біосфери головними є: • наявність води у рідкому стані; • постійне надходження сонячної радіації - головного джерела енергії. Від усіх інших геосфер біосфера відрізняється найбільш енергійним перебігом процесів хімічних перетворень речовин, які відбуваються з використанням сонячної енергії за участю організмів-фототрофів, в клітинах яких міститься хлорофіл. Руїни одного необхідні вічно живій природі для життя іншого. Г.Лессінг

2.2.1. Склад біосфери Основними компонентами біосфери, за В.I.Вернадським (1926), є: • жива речовина (біомаса) - сукупність живих організмів, що населяють Землю; 15

• біогенна речовина - органічні та органо-мінеральні продукти, утворені живими організмами в процесі їх життєдіяльності протягом геологічної історії планети (осадові породи органогенного походження: крейда, вапняк тощо, а також продукти трансформації сонячної енергії, заховані в надрах Землі: сапропель1, торф, вугілля, горючі сланці, нафта та інші нафтиди); • косна речовина2 - гірські породи магматичного та неорганічного генезису, вода, а також речовини космічного походження (космічний пил, метеорити тощо), які являють собою субстрат або середовище існування живих організмів; • біокосна речовина - результат синтезу живої і косної речовини, або продукт розкладу і переробки гірських та осадових порід за участю живих організмів. Біокосна речовина утворюється в результаті спільної діяльності організмів та абіогенних процесів. Так, наприклад, біокосними речовинами є мули, ґрунти, які складаються одночасно з живих та косних (неорганічних) тіл - мінералів, води, повітря. Співвідношення між живими та неорганічними компонентами у біокосній речовині варіюється у широких межах. Загальний об’єм живої речовини біосфери оцінюється приблизно в 2.5 тис.км3, а маса - в (2.4-3.6)·1012 тонн, або 0.0001 % маси земної кори3 [98]. Ця жива речовина зосереджена у біосфері об’ємом 1.4 млн.км3 і розподілена в ній дуже нерівномірно. Якби всю живу речовину розподілити по поверхні Землі рівномірно, то вона утворила би плівку завтовшки всього 5 мм [48]. I хоч маса живої речовини значно поступається перед масою атмосфери (5·1015 т), гідросфери (1.4·1018 т), а тим більше - земної кори (3·1019 т), вона відіграє надзвичайно важливу роль у планетарних процесах. Жива речовина перетворює енергію сонячних променів у потенційну, а потім - у кінетичну енергію біохімічних процесів. Живі організми виконують особливі геохімічні функції: окисно-відновну, газообмінну, концентраційну, будівельну та руйнівну. Діяльністю живих організмів обумовлені хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері, утворення та руйнування гірських порід і мінералів в літосфері, перерозподіл хімічних елементів в біосфері. За підрахунками О.Перельмана [77], загальна маса живої речовини, що утворювалася і руйнувалася, почина-

1 Сапропель (від гр. saprós - гнилий та pelós - мул) - мулисті відклади прісноводних водойм, що містять велику кількість органічної речовини (лігніно-гумуси, вуглеводи, бітуми) у колоїдному стані, а також кальцій, залізо, фосфор у вигляді солей. Використовується як ефективне органічне добриво, а деякі його різновиди - для мінерального підживлення сільськогосподарських тварин, а також як лікувальні грязі. 2 Терміни косна та біокосна речовина введені у біогеохімію В.I.Вернадським (1926). 3 Слід зазначити, що тут і далі по тексту наведені оціночні, наближені дані, які за різними літературними джерелами можуть дещо різнитися. 16

ючи з другої половини девону аж до наших днів, становила щонайменше 3.5·1019 т, тобто перевищувала сучасну масу земної кори. За існуючими класифікаціями весь сучасний органічний світ Землі прийнято поділяти на чотири царства: прокаріотів1 (світ бактерій та синьо-зелених водоростей), грибів, рослин та тварин. Нині на нашій планеті існує біля 30 млн. видів живих організмів, з них описані лише 1.5 млн. видів, з яких 750 тис. складають комахи, 41 тис. - хребетні та 250 тис. - рослини, решта - безхребетні, гриби та мікроорганізми. У загальній структурі живої речовини переважає фітомаса (97-99 %), яка приблизно у 2.5 тисячі разів перевищує зоомасу. У той же час видова диференціація рослин в 6 разів менша, ніж тварин. Серед останніх більшість становлять безхребетні організми - 90-95 %. Живі організми утворюють закономірні системи - життєві угруповання, що формуються протягом тривалого часу шляхом пристосування організмів один до одного та до умов навколишнього середовища. Подібні відносно стійкі угруповання рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяють більшменш однорідну ділянку поверхні (або біотоп2), називають біоценозами (від гр. bíos - життя та koinós - загальний). Домінуючу роль у біоценозах відіграють рослини, що виступають виробниками органічної речовини (продуценти), але обов’язковими учасниками таких угруповань є тварини, які, на відміну від рослин, виступають споживачами органічної речовини (консументи), а також різноманітні мікроорганізми, життєва роль яких у біоценозах полягає головним чином у руйнуванні органічних решток (редуценти або деструктори). Біоценози характеризуються надзвичайно складною будовою та переплетінням взаємозв’язків між організмами і навколишнім середовищем, завдяки чому в межах одного біоценозу можуть співіснувати сотні й навіть тисячі різноманітних видів організмів. Біоценоз, як сукупність живих організмів, разом з біотопом утворюють єдину систему, яку прийнято називати біогеоценозом3. Саме біогеоценози розглядаються як найменші (елементарні) ділянки біосфери, в межах яких відбувається біогеохімічна робота і речовинно-енергетичні кругообіги. Рослинні і тваринні організми, взаємодіючи між собою, прямо зв’язані і з умовами навколишнього середовища, в яких вони існують. Як зазначав В.I.Вернадський, “все живе являє собою неподільне ціле, закономірно пов’язане не тільки між собою, але й з навколишнім косним середовищем біосфе1 Прокаріоти (від лат. pro - замість, натомість та гр. káryon - ядро) - організми, клітини яких не мають відокремленого мембраною ядра, що призводить до змішування або розподілу їх ядерного матеріалу в усьому об’ємі цитоплазми клітини. На відміну від еукаріотів, клітини яких містять чітко оформлене ядро з оболонкою, і спадкова інформація яких зосереджена у хромосомах, у прокаріотів вона реалізується і передається через ДНК. 2 Біотоп (від гр. bíos - життя та tópos - місце) - неорганічний субстрат, на якому розвиваються організми (їх угруповання), або ділянка земної поверхні (суші чи водойми) з однотипними умовами середовища, зайнята певним угрупованням організмів - біоценозом. 3 Термін запроваджений соратником В.I.Вернадського В.Н.Сукачевим. 17

ри”. З цієї тези випливають принаймні два надзвичайно важливі геоекологічні висновки: • по-перше, нерівномірність розподілу і концентрації живої речовини в різних частинах географічної оболонки Землі; • по-друге, чутлива реакція біосфери на будь-які зміни у “неживих” сферах навколишнього середовища. В останній період геологічної історії Землі значення потужного екологічного та геохімічного фактора планетарного масштабу набула діяльність людини. В результаті антропогенного впливу істотно перетворюються величезні території, розорюються цілинні землі, будуються міста, дороги та промислові підприємства, видобуваються корисні копалини, споруджуються канали, водосховища тощо. Частка людства нині становить лише 0.0002 % загальної маси живої речовини на планеті, але через бурхливу діяльність воно перетворилося на потужну силу, спрямовану переважно на знищення природного середовища. Якщо найближчим часом зростання антропогенного забруднення біосфери та знищення її ресурсів не припиниться, глобальна екологічна криза стане неминучою, а з нею - й загибель нашої цивілізації. Метод є важливішим за відкриття, оскільки правильний метод дослідження приводить до нових, ще більш цінних відкриттів. Акад. Л.Д.Ландау

2.2.2. Сучасна методологія наукового вивчення біосфери Сучасна методологія наукового вивчення навколишнього природного середовища та практики раціонального природокористування ґрунтується на системному, ієрархічному, інформаційному підходах та принципах історизму й емерджентності [77]. Системний підхід орієнтує процес пізнання на розкриття цілісності об’єкту дослідження, на виявлення в ньому різноманітних типів зв’язків і зведення їх у єдину теоретичну картину. За влучним висловом акад. М.М.Моісеєва, “системний підхід відображає природне прагнення дослідника найбільш повно (в межах його можливостей) вивчити явище”. Відповідно до системного підходу всі природні об’єкти розглядаються як системи, цілісні утворення, що складаються із взаємозв’язаних частин. I дійсно, всі явища природи перебувають у певному взаємозв’язку і взаємній обумовленості: одне явище є наслідком іншого і, в свою чергу, спричинює третє. Отже, природу не можна розглядати як випадкову сукупність предметів і явищ, це - цілісна система, що розвивається за властивими їй законами. Якщо розташувати основні рівні організації життя у ієрархічному порядку1, то на кожному рівні в результаті взаємодії живої речовини з фізичним се1

Ієрархія (від гр. hierós - священний та arche - влада) - розташування частин або елементів цілого у порядку від вищого до нижчого. 18

редовищем утворюються характерні функціональні системи. У цьому полягає суть ієрархічного підходу - розташування та функціональне підпорядкування складових цілісної системи в порядку від вищого рівня до нижчого (або навпаки). При цьому під функціональним підпорядкуванням розуміють входження менших і простіших елементів у більш крупні та складні сукупності - менші підсистеми складають великі системи, що самі є підсистемами більш крупних надсистем (наприклад, елементарні частинки складають атоми, останні - молекули і т.д.). Ієрархічність - одна з основних властивостей природних систем і найважливіший принцип управління. Для кожного ієрархічного рівня організації життя характерний свій власний кругообіг речовини та енергії, який є незамкненим. Кожний екологічний рівень взаємодіє з іншими рівнями, тому між ними неможливо визначити чіткі границі. У деяких випадках системи та їх надсистеми виявляються відносно незалежними утвореннями (наприклад, особина у популяції), в інших випадках ця самостійність значно менша (наприклад, орган в організмі, клітина у живій тканині). Проте незалежність підсистеми обмежена певним часом - особина, відокремлена від популяції, не може жити довго, так само як і ізольований орган не може тривалий час зберігатися як самодостатня одиниця без свого організму. Подібним чином угруповання не може існувати без надходження енергії зовні. Урахування цього факту надзвичайно важливе при аналізі великих природних систем, які тільки здаються автономними. Цей самий довід справедливий і для спростування хибного уявлення про те, що нібито людство може існувати незалежно від світу природи. Оскільки природа являє собою складну ієрархію систем, то в процесі її пізнання початкове сприйняття природи в цілому замінюється сприйняттям її частин, і чим глибше ми намагаємося проникнути у сутність явищ, тим дрібнішими стають системи (об’єкти) дослідження. Наприклад, сприймаючи спочатку ліс в цілому як особливе природне явище (на відміну, скажімо, від поля, луків чи боліт), поступово переходять до розділення його на дрібніші поняття: за складом деревостану (ліс хвойний, листяний, мішаний), його домінуючих порід (сосновий, ялиновий, дубовий тощо), а далі - до віку дерев, густоти крон, характеру підліску (чагарники, трави тощо) і т.д. Цілком зрозуміло, що процес такого подрібнення в суті своїй безмежний - воно зростає і поглиблюється з розвитком потреб суспільства і можливостей науки. Зрозуміло також, що без такого подрібнення обійтися неможливо, адже саме на найнижчих, найдрібніших щаблях пізнається суть природних явищ, їх кількісні та якісні особливості. Разом з тим, чим дрібнішим стає об’єкт дослідження, тим далі ми відходимо від розуміння природи як єдиного цілого. Саме в цьому полягає своєрідний дуалізм (подвійність) процесу пізнання: розуміння цілого неможливе без вивчення його складових частин, тоді як заглиблення в сутність частин віддаляє нас від сприйняття цілого. Таким чином, об’єкти природи повин19

ні досліджуватися на різних рівнях, проте пізнання природи як єдиного цілого неможливе без генералізації (узагальнення) результатів досліджень. Важливий наслідок ієрархічної організації життя полягає в тому, що по мірі об’єднання компонентів у більш крупні функціональні одиниці у новостворених одиниць виникають властивості, відсутні на попередньому рівні організації. У цьому полягає суть принципу емерджентності (від англ. emergent - те, що раптово виникає) - системне ціле набуває якісно нових, особливих властивостей, які відсутні у його підсистем і не дорівнюють сумі властивостей елементів, не об’єднаних системоутворюючими зв’язками. Стисле античне визначення принципу емерджентності: ціле більше суми його частин. У даному випадку спостерігається не просто перехід кількісних змін у якісні, а особлива форма інтеграції, що підкоряється іншим законам формоутворення, функціонування та еволюції. Наприклад, механічне скупчення усіх необхідних для побудови організму молекул, і навіть окремих органів, не дає властивостей цілісного організму; одне дерево не становить лісу, рідкостій також ще не ліс, і окремі групи дерев - теж, адже ліс утворюється лише при сукупності певних умов: достатній щільності деревостанів, відповідній флорі й фауні, сформованих ценозах та ін. Емерджентні властивості виникають в результаті взаємодії компонентів, а не зміни їх природи. Такі якісно нові, емерджентні властивості екологічного рівня важко передбачити, виходячи з властивостей компонентів, що складають цей рівень. Принцип емерджентності має надзвичайно важливе значення для екології, його обов’язково необхідно враховувати при екологічній експертизі та екологічному прогнозуванні. З нього витікає, що цілісна система може формуватися, розвиватися та існувати лише за умови єдності її складових частин: зміна будь-якого з компонентів природи на певній території неодмінно призведе до зміни інших компонентів, що спричинить порушення всього природного середовища. Принцип емерджентності позбавляє сенсу галузевий, однокомпонентний підхід до природних явищ. Успішне вивчення природного середовища можливе лише за умови, що природа або її складові частини розглядаються у русі (в динаміці) - у цьому полягає принцип історизму. Природа безперервно змінюється в часі і розвивається - цей процес не має ні початку, ні кінця, бо рух матерії вічний і невичерпний, як і сама матерія. Без уявлення про еволюцію біосфери важко аналізувати як сучасний стан її складових, так і його можливі зміни внаслідок порушення природно-історичної рівноваги під впливом антропогенних факторів. Характеризуючи навколишнє середовище, необхідно розглядати не тільки речовинний склад та енергетику екосистем, але й властиві їм інформаційні процеси. Так, на думку російського біолога О.Пресмана, біосфера - це система, в якій речовинно-енергетичні взаємодії підпорядковані інформаційним. Інформація - дуже важлива складова природних систем, оскільки живі орга20

нізми в результаті взаємодії з навколишнім середовищем отримують і переробляють інформацію (зорову, звукову, хімічну, електромагнітну) та будують на її основі свою поведінку. Кожний організм, окрім своїх звичних функцій (дихання, обмін речовин тощо), виконує також певні функції, пов’язані з життєдіяльністю всієї екосистеми. В ізольованому стані організм високоорганізованої екосистеми довго жити не може - він існує лише в умовах співробітництва та кооперації з іншими організмами. Власне, вся сукупність організмів в екосистемі являє собою ніби єдиний суперорганізм, де на перший план виступають інформаційні зв’язки, що регулюють злагоджену діяльність усієї системи. Iнформаційні процеси, що відбуваються у навколишньому середовищі, поділяють на ентропійні1 - спрямовані на втрату інформації, зменшення складності, різноманітності, організованості, впорядкованості систем, та негентропійні (антиентропійні) - такі, що призводять до збільшення складності, різноманітності, впорядкованості, накопичення інформації [77]. Результат функціонування екосистем полягає у накопиченні інформації, передачі її від клітини до клітини, від організму до організму. Втрати інформації відбуваються із зникненням видів та незворотними генетичними перебудовами. Доведено, що генетична інформація порушується під впливом мутагенних факторів: радіації, активних хімічних речовин, таких як пестициди, тощо. А між тим навколишнє середовище дедалі більше забруднюється цими факторами внаслідок технологічної діяльності людства, отже, чи не готуємо ми самі собі “генетичну катастрофу”? Iнформація є одним з найважливіших природних ресурсів і одночасно суспільним надбанням - весь розвиток людства є результатом набування та переробки інформації, що отримується з навколишнього середовища і накопичується суспільством. В процесі використання інформація може бути об’єктом зберігання, передачі та перетворення. Особливо важливою є інформація, що лежить в основі механізмів негативного зворотного зв’язку, які підтримують сталість екосистем. При вивченні складних систем застосовують метод системного аналізу, основною процедурою якого є побудова узагальненої моделі, що відображає реальні взаємозв’язки в досліджуваній системі. Першочергову увагу при системному аналізі приділяють виявленню прямих та зворотних зв’язків. Прямий зв’язок можна умовно зобразити відношенням А → В,

1 Ентропія (від гр. entropía - поворот, перетворення) - термодинамічна функція стану системи, що є мірою її невпорядкованості. Чим більша невпорядкованість системи, тим вища її ентропія, і навпаки. 21

тобто одне явище А (причина) впливає на інше В (наслідок). Прикладом прямого зв’язку може бути вплив сонячного випромінювання на процеси, що відбуваються на земній поверхні. Зворотний зв’язок умовно зображається відношенням А ↔ В, тобто не тільки явище А (причина) впливає на явище В (наслідок), але й наслідок В, в свою чергу, впливає на причину А. Якщо результат процесу підсилює його, і система віддаляється від свого вихідного стану, то такий зворотний зв’язок називають позитивним (рис. 2.1а). Так, утворення льодовиків збільшує відбивання сонячних променів від земної поверхні і сприяє подальшому її охолодженню, збільшенню зледеніння. На основі позитивних зворотних зв’язків відбувається еволюція. Діапазон сталості екосистеми

а)

б)

в)

Рис.2.1. Умовне зображення зворотних зв’язків та гомеостатичного плато а - позитивний зворотний зв’язок; б - негативний зворотний зв’язок; в - гомеостатичне плато

Якщо результат процесу послаблює його і стабілізує систему, повертаючи її до вихідного стану, то такий зворотний зв’язок називають негативним (рис.2.1б). Негативні зворотні зв’язки дуже характерні для біосфери. Наприклад, надходження вуглекислого газу в атмосферу в періоди активного вулканізму сприяло різкому збільшенню фітомаси і, як наслідок, виведенню частини вуглецю з кругообігу в результаті процесів торфо- та вугленакопичення, що, зрештою, призвело до зменшення вмісту СО2 в атмосфері. Виявлення негативних зворотних зв’язків дуже важливе, оскільки таким чином можна зрозуміти причини сталості екосистем і біосфери в цілому, що необхідне для успішного вирішення питань охорони навколишнього середовища. В.I.Вернадський вбачав у біосфері певну систему автоматичного регулювання практично всіх процесів, що в ній відбуваються. Висловлюючись сучасною термінологією, біосфера має всі характерні агрегати та компоненти типової системи автоматизованого регулювання: чутливі елементи, які фіксують відхилення характеристик стану системи від номінальних значень, підсилюючі пристрої, регулюючі органи - як позитивні, так і негативні зворотні зв’язки. Всі екосистеми існують тривалий час, причому чисельність деяких популяцій збільшується, інших - зменшується, але система знаходиться у рівнова-

22

зі. Цей стан рухомо-стабільної рівноваги називають гомеостазом1, а діапазон сталості екосистеми - гомеостатичним плато, яке знаходиться між верхньою границею позитивного та нижньою границею негативного зворотного зв’язку (рис.2.1в). Екосистема може функціонувати тільки в таких межах порушення зворотних зв’язків, коли її елементи ще можуть компенсувати відхилення, визначені позитивним зворотним зв’язком (наприклад, при введенні забруднення у водну екосистему вона самоочищується). В межах дії зворотних зв’язків екосистема за рахунок компенсуючих регуляторів зберігає сталість, причому в умовах антропогенних навантажень для сталого функціонування екосистеми людина повинна сама відігравати роль компенсуючого регулятора (наприклад, здійснюючи заходи по озелененню поверхні землі, очищенню повітря, води тощо). Таким чином, для характеристики природного середовища з екологічної точки зору на перше місце слід ставити аналіз типів і особливостей існуючих в ньому взаємозв’язків між усіма природними процесами та явищами (досліджуваного об’єкта, району, ландшафту чи регіону), а також характеру впливу на такі процеси людської діяльності. При цьому дуже важливо використовувати сучасні методи вивчення взаємозв’язків між населенням, господарством і довкіллям, приділяти особливу увагу причинам і наслідкам виникнення так званих ланцюгових реакцій у природі. Важливо також дотримуватися принципу комплексної оцінки екологічних ситуацій на основі побудови ланцюгів причинно-наслідкових зв’язків на різних стадіях прогнозу із залученням до вирішення проблем представників різних галузей знань, перш за все - географів, геологів, біологів, економістів, медиків, юристів, хіміків, математиків тощо. Вивчаючи особливості основних складових природного середовища, необхідно пам’ятати, що всі вони тісно пов’язані між собою, залежать одне від одного і чутливо реагують на будь-які зміни, а довкілля - це дуже складна, багатофункціональна, споконвічно збалансована єдина система, яка живе і постійно самовідновлюється завдяки своїм особливим законам обміну речовин та енергії. Ця система розвивалася і функціонувала мільйони років, але втручання людини в процесі своєї діяльності в біосферні взаємозв’язки, про значення яких вона здебільшого не має правильного уявлення, часто призводить до небажаних наслідків. На сучасному етапі своєю діяльністю людина настільки розбалансувала природні зв’язки всієї глобальної екосистеми, що остання почала активно деградувати, втрачаючи здатність до самовідновлення.

1

Гомеостаз - стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи (екосистеми), що підтримується регулярним відновленням її основних елементів і речовинно-енергетичного складу, а також постійним функціональним саморегулюванням компонентів. Гомеостаз є характерним і необхідним для всіх природних систем - від атома й організму до космічних утворень. 23

Еволюцію світу можна порівняти з видовищем феєрверку у той момент, коли він вже закінчується: декілька червоних жаринок, попіл та дим... Стоячи на холодному попелі, ми бачимо повільно згасаючі сонця та намагаємося воскресити зниклу розкіш початку світів. Ж.Леметр

2.2.3. Еволюція біосфери За різними джерелами, вік біосфери коливається від 4.25 до 3.5-3 млрд. років. До виникнення живих організмів та кисню в атмосфері Земля була подібна до інших планет Сонячної системи. В атмосфері були присутні азот, аміак, водень, оксид вуглецю, метан та водяна пара, а також хлор, сірководень та інші гази, отруйні для більшості живих організмів (табл.2.1). Склад атмосфери визначався, головним чином, надходженням вулканічних газів, адже вулканічна діяльність на ранній стадії розвитку нашої планети була значно активнішою, ніж у наступний геологічний час. Табл.2.1. Порівняльна характеристика складу атмосфери Землі та Марсу (за Дж.Лавлоком, 1979) Компоненти CO2 N2 O2

атмосфера Землі у даний час 0.03 79 21

Вміст компонентів, % атмосфера Землі до виникнення біосфери 98 1.9 сліди

атмосфера Марсу 95 2.7 0.13

Через відсутність кисню не існувало озонового шару - екрану, що захищає живі організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання. Проте, як це не парадоксально, вважається, що саме ультрафіолетове випромінювання призвело до виникнення таких складних органічних сполук, як амінокислоти, що послужили своєрідними “блоками” для побудови перших примітивних біосистем. Відомо, що під впливом короткохвильового випромінювання кисень перетворюється на озон. Невелика кількість кисню могла утворитися шляхом дисоціації водяної пари під дією ультрафіолетового випромінювання. Але поки в атмосфері було мало кисню та озону, примітивні форми життя могли розвиватися лише під захистом шару води. Першими живими організмами були дріжджеподібні анаеробні1 мікроорганізми, які отримували необхідну для дихання енергію шляхом бродіння - процесу розщеплення органічної речовини без використання кисню під дією мікроорганізмів або виділених ними ферментів. Оскільки бродіння енергетично менш ефективний процес ніж кисневе дихання, примітивне життя не могло еволюціонувати далі одноклітинної стадії прокаріотів, тобто організмів, що не мають оформленого клітинного яд1

Анаероб - організм, здатний жити у безкисневому середовищі. 24

ра. Живлення прокаріотів, очевидно, відбувалося за рахунок органічних речовин, які повільно опускалися донизу з верхніх шарів води, де відбувався їх синтез під дією сонячної радіації. Осередками життя могли бути придатні для функціонування мікроорганізмів придонні частини невеликих континентальних водойм та мілководних морів, живлення яких відбувалося за рахунок термальних джерел, багатих на хімічні речовини. Поступове збільшення вмісту кисню у воді внаслідок життєдіяльності організмів та його дифузія з води в атмосферу викликали приблизно 2 млрд. років тому (у протерозої) істотні зміни хімічного складу біосферного середовища і зробили можливим утворення та розвиток еукаріотів, що мали оформлене клітинне ядро. Це, в свою чергу, призвело до еволюції більш крупних та складних біосистем. З моменту виникнення автотрофних1 водоростей і процесу фотосинтезу2 еволюція йшла шляхом утворення все більш складних та різноманітних біосистем, які контролювали склад атмосфери й містили все більш крупні та високоорганізовані види багатоклітинних. Із збільшенням вмісту кисню в атмосфері озоновий шар ставав більш потужним і здатним затримувати ультрафіолетові промені. Життя тепер могло розвиватися у приповерхневих частинах водойм. Потім відбулося “озеленення” суходолу. Аеробне дихання зробило можливим розвиток складних багатоклітинних організмів. Вважається, що при вмісті кисню в атмосфері близько 8 % (у протерозої - на початку кембрію) з’явилися перші багатоклітинні організми: губки, корали, молюски, черви, предки хребетних тварин та насіннєвих рослин тощо. Протягом порівняно короткого часу (590 млн. років тому), тобто у палеозойську, мезозойську та кайнозойську ери життя розповсюдилося не тільки на морські, але й на континентальні ландшафти. В середині палеозою, у девонському періоді (близько 410 млн. років тому) вміст кисню в атмосфері Землі досягнув рівня, що близький до сучасного. У кам’яновугільному періоді (350 млн. років тому) відбулося деяке зменшення вмісту кисню і підвищення вмісту двоокису вуглецю в атмосфері, що призвело до виникнення парникового ефекту3, бурхливого розвитку рослинності та заховання величезних мас органічної речовини в надрах землі у вигляді ка-

1 Автотроф (від гр. autós - сам та trophé - їжа, харчування) - організм, який синтезує органічну речовину з неорганічних сполук за рахунок енергії Сонця (фотосинтез) або енергії, яка вивільнюється при хімічних реакціях (хемосинтез), наприклад, при окисленні сполук заліза чи сірки. 2 Фотосинтез - асиміляція зеленими рослинами, водоростями, фотосинтезуючими бактеріями вуглекислоти з утворенням вуглеводів за рахунок енергії сонячного світла та при каталітичній дії хлорофілу чи інших фотосинтетично активних пігментів. 3 Парниковий ефект - розігрівання планети, спричинене збільшенням вмісту в атмосфері вуглекислого газу, який діє як скло в парнику - пропускає сонячне світло, але затримує тепло розігрітої Сонцем поверхні Землі. 25

устобіолітів1. Наприкінці кам’яновугільного періоду концентрація СО2 дещо знизилася, що супроводжувалося зледенінням. Деякі дослідники вважають, що з того часу співвідношення вмісту в атмосфері Землі кисню та двоокису вуглецю істотно не змінювалося і відображає стан, який можна назвати осцилюючим стаціонарним (проте інтенсивне антропогенне забруднення атмосфери може зробити цей стан “нестаціонарним”). Подальший процес еволюції живих організмів призвів до появи людини найвищого біологічного виду, який, розвиваючись, дедалі більше впливає на природу. Якби на Землі не існувало життя, обличчя її було б таким же незмінним і хімічно інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил. Акад. В.I.Вернадський

2.2.4. Біологічний контроль стану природного середовища Як показано вище, еволюція біосфери відбувається під впливом алотигенних (зовнішніх) сил, таких як геологічні і кліматичні зміни, та аутигенних (внутрішніх) процесів, зумовлених активністю живих компонентів. Загальновідомо, що абіотичні фактори2 контролюють діяльність організмів, але й самі організми, в свою чергу, впливають на абіотичне середовище та контролюють його розвиток, оскільки між біотопом та біоценозом відбувається постійний обмін речовиною та енергією. Організми, віддаючи в абіотичне середовище нові сполуки та енергію, постійно змінюють фізико-хімічну природу неорганічних речовин. Так, на певній стадії розвитку біосфери організми почали і продовжують контролювати стан атмосфери Землі. Отже, весь хід розвитку біосфери дозволяє говорити про те, що організми, особливо мікроорганізми, разом з абіотичним середовищем утворюють складну систему регулювання, яка підтримує на Землі умови, сприятливі для життя. Організми не тільки самі пристосовуються до фізичного середовища, але й пристосовують його до своїх біологічних потреб. Слід зазначити, що всі функції живих організмів у біосфері - утворення газів, окисні й відновні процеси, перетворення кінетичної енергії сонячних променів на потенційну енергію органічних речовин, концентрація хімічних елементів тощо - не можуть виконуватися організмами якогось одного виду, а 1 Каустобіоліти (від гр. kaustós - горючий, bíos - життя та líthos - камінь) - горючі корисні копалини органічного походження, які утворилися в результаті перетворення залишків рослинних і тваринних організмів під дією геологічних та геохімічних процесів. За умовами утворення їх поділяють на каустобіоліти вугільного ряду (вугілля, торф, горючі сланці) та нафтового ряду (нафта, асфальт, озокерит). 2 Абіотичні (фізико-хімічні) фактори - температура, світло та інша променева енергія, вологість і газовий склад повітря, атмосферний тиск, опади, сніговий покрив, вітер, солевий склад води, ґрунтові, орографічні та гідрологічні фактори, тобто фактори неживої природи які прямо чи опосередковано впливають на живі організми, визначаючи їх існування. 26

лише їх комплексом. Звідси виходить надзвичайно важливе положення, розроблене В.І.Вернадським: біосфера Землі сформувалася із самого початку як складна система, з великою кількістю видів організмів, кожен з яких виконує свою роль у загальній системі. Без цього біосфера взагалі не могла б існувати, тобто її сталість була відразу започаткована її складністю. Таким чином, існування людина залежить від усієї сукупності інших організмів, що населяють середовище її буття. Поширення тези про біологічний контроль довкілля на глобальний рівень стало підґрунтям розробки так званої “гіпотези Геї” (Гея - давньогрецька богиня Землі), згідно якої Земля розглядається як єдина система з біологічними механізмами регулювання. Американські вчені Дж.Лавлок та Л.Маргуліс (1973, 1979) прийшли до висновку, що склад атмосфери Землі з її унікально високим вмістом кисню та низьким вмістом двоокису вуглецю, а також помірні температурні умови і кислотність середовища на поверхні планети неможливо пояснити, якщо не враховувати, що основну роль в процесі еволюції біосфери відіграла буферна активність ранніх форм життя (в археї-протерозої, тобто приблизно 2-3 млрд. років тому). Вона продовжилася координованою діяльністю рослин та мікроорганізмів, що пом’якшувала дію фізичних факторів, які б проявилися за відсутності добре організованих біосистем. Так, наприклад, аміак (NH3), що виділяється організмами, підтримує в ґрунтах та донних відкладеннях концентрацію водневих іонів (активну реакцію рН) сприятливою для життєдіяльності різноманітних мікроорганізмів. Без цього продукту життєдіяльності організмів значення рН в ґрунтах та донних відкладеннях були б настільки низькими, що тільки деякі організми змогли б жити у такому кислому середовищі. Процеси фотосинтезу, які схематично можна зобразити сумарним рівнянням світло nCO2 + nH 2 O хлорофіл,  → Cn H 2 n On + nO2 , (2.1) підтримують баланс між такими важливими компонентами, як кисень та вуглекислий газ. Тільки завдяки цим процесам в геологічному минулому став можливим не тільки кисневий склад атмосфери Землі, але й найважливіший фактор існування біосистем - озоносфера, що захищає живі організми від згубної дії ультрафіолетових променів. Людина намагається змінити умови навколишнього середовища для задоволення власних потреб, не помічаючи при цьому, що “рубає гілку, на якій сидить”, адже знищення біотичних компонентів, фізіологічно необхідних для нашого існування, призводить до порушення глобальної рівноваги. Гіпотеза Геї вказує на важливість вивчення та збереження регулюючих механізмів, які дозволяють біосфері пристосовуватись до деякого рівня забруднення середовища (наприклад, оксидом вуглецю, оксидами азоту, “теплом” тощо). Знищуючи високоорганізовані види рослин і тварин (тобто конкурентів менш організованих організмів - прокаріотів), повертаючи у біосфе27

ру речовини, що були виведені з неї й захоронені в осадових породах - вуглекислий газ, оксиди сірки, важкі метали, радіоактивні елементи, сполуки азоту, фосфору тощо - ми створюємо таке середовище, де немає місця не лише вищим організмам, але й нам самим. І навпаки, зменшуючи рівень забруднення, людина сприяє збереженню цілісності та буферної здатності системи життєзабезпечення, тобто підтримує функцію біологічного контролю навколишнього середовища біосистемами. Людина вперше реально зрозуміла, що вона - житель планети і може, повинна мислити й діяти в новому аспекті, не лише в аспекті окремої особи, сім’ї або роду, держав або їх союзів, але й в планетарному аспекті. Акад. В.I.Вернадський 2.3. Концепція ноосфери та модель сталого розвитку

Розглядаючи еволюцію біосфери, її перетворення внаслідок антропогенної діяльності, слід зупинитися на такому важливому понятті, як “ноосфера” сфера розуму (від гр. nóos - розум). Термін “ноосфера” запровадили у науку в 1927 р. французькі вчені Е.Леруа та П.Тейяр де Шарден. Теоретичним підґрунтям їх концепції стали лекції В.I.Вернадського в Сорбонні у 1922-1923 роках, в яких він викладав свої погляди на біосферу. Проте французькі вчені розробляли концепцію ноосфери на ідеалістичній основі: ноосфера в своєму розвитку веде до Бога, “геогенез” увінчується “ноогенезом”1. В свою чергу, В.I.Вернадський підійшов до розгляду цього питання з позицій матеріалістичної методології. “Ноосфера є новим геологічним явищем на нашій планеті. В ній вперше людина стає найвизначнішою геологічною силою. Людина може й повинна перебудовувати власною працею та розумом середовище свого життя, перебудовувати докорінно порівняно з тим, що було раніше”. Підкреслюючи роль людини як “потужного геологічного фактору”, В.I.Вернадський висунув концепцію поступового перетворення біосфери у ноосферу. “Ноосфера - останній з багатьох станів еволюції біосфери в геологічній історії - стан наших днів. Хід цього процесу тільки-но розпочинає вияснятися нам з вивчення її геологічного минулого у деяких своїх аспектах” відмічав В.I.Вернадський у відомій роботі “Декілька слів про ноосферу” (1944) [4]. За В.I.Вернадським, людина, “як і все живе, може мислити і діяти у планетарному аспекті тільки в області життя - у біосфері, у певній земній оболонці, з якою вона нерозривно зв’язана і піти з якої не може”. Саме невід’ємність людини від біосфери вказує на головну мету створення ноосфери, що полягає 1

Нині під терміном “ноогенез” розуміють наступний (новий) після біогенезу етап еволюції органічного світу, пов’язаний з появою людини, інтелекту, людського суспільства та його трудової діяльності, яка стає потужною геологічною силою, що управляється людським розумом і впливає на біосферу. 28

у збереженні того типу біосфери, в якому виникла і може існувати людина як вид, зберігаючи своє здоров’я. Тому слова В.I.Вернадського “перебудовувати докорінно” слід розуміти лише в межах основної мети збереження біосфери, придатної для життя людей. В.I.Вернадський показав, що ноосфера є неминучим і закономірним етапом природно-історичного розвитку біосфери, при досягненні якого навколишнє природне середовище буде раціонально перетворене колективним розумом і працею людей для максимального задоволення їх зростаючих матеріальних та духовних потреб, тобто етапом розумного (оптимального) регулювання взаємовідносин природи і людини, виправлення негативних антропогенних впливів. Таким чином, ноосфера - це вища стадія розвитку біосфери, на якій раціональна діяльність людини стає головним визначальним фактором прогресивного розвитку природи і управління біосферними процесами, це етап панування розуму та виключно наукових принципів і методів використання природних ресурсів, що й буде визначати гармонійне співіснування людини і природи. Наукові викладки В.I.Вернадського про ноосферу визнані в усьому світі, проте ще й сьогодні немає єдиної думки стосовно процесу переходу біосфери у ноосферу: деякі автори вважають, що нині зроблені лише перші кроки в цьому напрямку, інші - що процес трансформації вже закінчився, і людство існує тепер в умовах ноосфери. Так, В.I.Вернадським початок ноосфери відлічується з моменту виникнення розуму, який відрізняє людину від інших організованих істот: “З виникненням на нашій планеті наділеної розумом живої істоти планета переходить у нову стадію своєї історії. Біосфера переходить у ноосферу”. Проте В.I.Вернадський дещо ідеалізував можливості людського розуму. Багато вчених вважають, що говорити про ноосферу ще передчасно. Ми ще не маємо достатньої прозорливості, щоб розуміти наслідки нашого втручання у природне середовище. Ми поки що не можемо оперувати з біосферною системою життєзабезпечення, підтримувати її у “робочому” стані та повністю замінити штучною системою. Апробовані природою натуральні процеси є достатньо надійними і не завжди потребують альтернативи. Проте, без таких важливих понять як “ноосфера” і “ноогенез” неможливо розглядати розвиток біосфери в умовах інтенсивних антропогенних впливів нашого часу. Куля, навколо якої можна облетіти за 90 хвилин, вже ніколи не буде для людей тим, чим вона була для наших предків. Артур Кларк

2.3.1. Біотехносфера та техногенез Нове природне середовище, яке сформувалося при визначному впливі людства і є наслідком його соціального та науково-технічного розвитку, найбільш вдало характеризує термін біотехносфера, під яким розуміють частину 29

біосфери, перетворену людиною на технічні та техногенні об’єкти. В багатьох випадках взаємовідносини між природою і людиною нині незбалансовані, вони невигідні навколишньому середовищу і призводять до його деградації. На етапі розумного відношення до природи повинно відбутися поступове перетворення біотехносфери у ноосферу, біогенез повинен перейти в ноогенез. В цьому контексті біотехносферу майбутнього слід розглядати як “практично замкнену” регіонально-глобальну технологічну систему утилізації та реутилізації залучених у господарський обіг природних ресурсів, розраховану на найбільшу ізоляцію господарсько-виробничих циклів від природного обміну речовин та потоку енергії. При цьому слід мати на увазі, що згідно законів термодинаміки повністю ізольоване існування будь-якої системи не може тривати безкінечно довго, інакше будь-яка активність в такій системі з часом припиняється (подібно тому, як закінчується завод годинника). Отже, для існування системи необхідне постійне надходження нової енергії зовні, джерелом якої для Землі є Сонце, а система, зі свого боку, в процесі функціонування неминуче впливатиме на навколишнє середовище. Загальний ефект всієї людської діяльності на Землі полягає у погіршенні якості її ресурсів в цілому, і нашим завданням є зробити наслідки цієї діяльності якнайменш згубними. Біотехносфері, так само як і біосфері, властиві механічні, фізичні, хімічні та біологічні процеси, але вони не визначають її сутності і своєрідності, оскільки найважливішу роль в ній відіграють саме антропогенні процеси. Геохімічна діяльність людини, яку академік О.Є.Ферсман назвав техногенезом, призводить до докорінної перебудови біосфери та утворення нової планетарної оболонки, в якій як потужна геологічна сила панує людство. Ще В.I.Вернадський відмічав, що в давнину використовували лише 18 хімічних елементів, у XVIII сторіччі - 25, наприкінці ХIХ сторіччя - 62, а в 1915 р. - 69. Минуло небагато часу, і людина використовує всі 92 елементи, відомі у біосфері. Людство отримує і використовує елементи, які ніколи не існували у земній корі (нептуній, плутоній, кюрій та інші трансурани), а в перспективі можливе використання й всіх відкритих дотепер 110 хімічних елементів. В межах біотехносфери відбувається грандіозне переміщення елементів, їх розсіювання або концентрація. Так, скупчення вугілля, горючих сланців, нафтидів, металічних руд, накопичені за мільйони років існування біосфери, розсіюються людиною всього за декілька десятків років. I навпаки, у таких штучних екосистемах, як промислові міста, утворюються нові (техногенні) скупчення елементів та їх сполук у невластивих природним екосистемам концентраціях і поєднаннях. Для техногенезу, без якого вже неможливе існування сучасного індустріального суспільства, людство використовує не тільки природні види енергії (сонячну, вітрову, термальну, водну та ін.), але й енергію, накопичену в геологічному минулому у надрах планети (каустобіоліти, радіоактивні елементи). Все це збільшує дійсну енергію біотехносфери і призводить її до ще біль30

шої неврівноваженості. Частина енергії, що використовується людством, виконує корисну роботу, а частина, відповідно до другого закону термодинаміки, неминуче розсіюється в навколишньому середовищі у вигляді тепла і призводить до розігріву біосфери та утворення енергетичних аномалій. В деяких випадках в процесі своєї господарської діяльності людина використовує природні реакції, змінюючи лише їх швидкість (наприклад, фотосинтез в агроекосистемах), в інших - діє всупереч природі, здійснюючи процеси, не властиві біосфері (наприклад, отримання речовин, що не існували в природі - деякі метали у вільному стані, пластмаси, пестициди тощо). Людина не тільки прискорює процеси міграції хімічних елементів в біосфері, але й видобуває елементи, що давно вийшли з біологічного кругообігу (наприклад, при видобуванні з надр та використанні каустобіолітів). Таким чином, однією з істотних відмін біотехносфери від біосфери є прискорений розвиток процесів міграції хімічних елементів під впливом факторів техногенезу. У геохімічному відношенні біотехносфера більш різноманітна, ніж біосфера, яка не знала такої кількості металів, полімерів та інших синтетичних матеріалів. Крім того, розвиток біотехносфери супроводжується “інформаційним вибухом”: зростання різноманітності інформації відбувається за рахунок витрачання величезних обсягів природних та штучних джерел енергії (в основному, викопного палива). У біотехносфері існують такі самі види інформації, що й у біосфері, проте головне значення набуває соціальна інформація. Для попередження всіх небажаних наслідків антропогенної діяльності необхідні заходи, що ґрунтуються на розумінні законів біотехносфери. На даному етапі розвитку продуктивних сил можлива оптимізація біотехносфери, коли, з одного боку, отримується найвищий економічний ефект, а з іншого - не відбувається забруднення екосистем та виснаження природних ресурсів понад певний рівень, перевищення якого призводить до необоротних наслідків. В процесі техногенезу людина знаходиться під сильною дією позитивних зворотних зв’язків (шкідливих наслідків антропогенного впливу на довкілля), яким, отже, повинні бути протиставлені негативні зворотні зв’язки природні (здатність екосистем до самоочищення, саморегулювання) та штучні (моніторинг стану довкілля і прийняття відповідних управлінських рішень). Це сприятиме збереженню внутрішньої сталості екосистем і підтриманню їх функцій на оптимальному рівні, оскільки завдяки негативним зворотним зв’язкам біосфера здатна протистояти антропогенним змінам і повертатися до гомеостатичного сталого стану. Таким чином, ноогенез передбачає розвиток гомеостатичного контролю, усвідомлення людиною свого місця у глобальній екосистемі та її ролі у біогеохімічних циклах, еволюцію уявлень людини про існування певного бажаного ступеня екологічної залежності, при якій вона повинна ділити світ з багатьма іншими живими організмами. Розумна поведінка людини в процесі 31

ноогенезу примушує її вивчати, розуміти закони природи і застосовувати культурну регуляцію там, де природна регуляція недієва. Перехід на модель сталого розвитку - це частина великого шляху, який має пройти людство перед вступом у новий етап свого розвитку - ноосферу. Є.П.Буравлев

2.3.2. Модель сталого розвитку Необхідною умовою створення ноосфери В.I.Вернадський вважав наукове і культурне об’єднання всього людства, вдосконалення засобів зв’язку і обміну, рівність всіх людей та виключення війн: “В геологічній історії біосфери перед людством відкривається величезне майбутнє, якщо людина це зрозуміє і не буде використовувати свій розум на самознищення”. В рамках біосфери склався еволюційний процес, який базується на принципах саморегулювання. Будь-які виділення продуктів метаболізму (відходів) одним з видів живих організмів повністю утилізуються іншими. В системі “суспільство-природа” такої гармонії немає. Внаслідок цього виникає багато екологічних проблем, під тиском яких світова спільнота вимушена прийти до висновку про необхідність трансформації своєї життєдіяльності для здійснення її за правилами, за якими функціонує біосфера. Оскільки існування людства можливе доти, доки основні характеристики навколишнього середовища не зазнають суттєвих змін, повинна бути розроблена стратегія раціонального використання ресурсів Землі та взаємовідносин людини і природного середовища. Ця стратегія втілюється у переліку заходів, програмі дій, метою якої є збереження рівноваги на планеті, тобто такого стану взаємовідносин людини і природи, коли основні характеристики глобальних, загальнопланетарних процесів залишаються практично незмінними. Цілком можливо, що розвиток науково-технічного прогресу приведе в майбутньому до зовсім інших, неочікуваних рішень. Можливо, людина зуміє створити штучне середовище для свого існування, яке буде навіть більш сприятливим для її життя, ніж природне, отримати синтетичну їжу, знайти нові необмежені джерела енергії. Віра в могутність людського генія дозволяє робити подібні й навіть ще більш сміливі припущення. Але мова йде про програму дій, що відповідає рівню наших сучасних знань, нашої сучасної техніки, прогнозам на найближче майбутнє. Ось чому в основі такої програми повинен лежати саме й тільки принцип рівноваги. Всі інші постулати неминуче будуть зв’язані з руйнуванням природної рівноваги довкілля, його біосфери, гідросфери, кліматичних циклів, які утворилися за мільйони років еволюції Землі. Програма дій повинна охоплювати найрізноманітніші аспекти людської діяльності - нові технології, у тому числі й виробництва продуктів харчування, способи відтворення навколишнього середовища, зруйнованого діяльністю людини, наукові дослідження, соціальні питання, і, перш за все, такі, що 32

стосуються освіти, виховання, поведінки людини в умовах обмежених ресурсів тощо. Реалізація такої програма вимагає значних матеріальних витрат та колективних зусиль усієї світової спільноти. Особливе місце в цій програмі повинен займати моніторинг, який, з одного боку, має фундаментальне пізнавальне значення, є джерелом знань про природу, без яких неможливий сталий розвиток людського суспільства, а з іншого боку, дозволяє оцінювати вплив людської діяльності на процеси планетарного і регіонального масштабу, визначати стратегію використання земних ресурсів та захисту навколишнього середовища. Для успішного вирішення цих проблем спостереження за станом навколишнього середовища повинні базуватися на таких принципах: • фундаментальності досліджень та високого рівня професіоналізму, адже тільки дійсно надійні дані можуть бути основою для прийняття ефективних управлінських рішень; • системного характеру досліджень, що означає взаємозв’язаність, інформаційну сумісність та узгодженість спостережень, необхідність координації та управління дослідженнями в різних країнах і регіонах; • орієнтації досліджень на прийняття конкретних рішень - необхідно не тільки вивчати факти, але й використовувати їх для прийняття управлінських рішень глобального і регіонального характеру. Програмою дій на найближче майбутнє є резолюція Конференції ООН з навколишнього середовища та розвитку (Ріо-де-Жанейро, червень 1992 р.), прийнята на основі загального порозуміння представниками 179 країн світу, у т.ч. й України. Цей історичний документ на 700 сторінках під назвою “Порядок денний на ХХI сторіччя” являє собою програму всесвітнього співробітництва, спрямовану на гармонійне досягнення двох цілей: високої якості навколишнього середовища та здорової економіки для всіх народів світу [39]. Конференція чітко показала, що ми вже не можемо розглядати навколишнє середовище та соціально-економічний розвиток суспільства ізольовано один від одного. Резолюція конференції містить принципи, на яких повинні ґрунтуватися майбутні рішення та політика держав, що стосуються наслідків соціально-економічного розвитку для довкілля. Ці принципи визначають права народів на розвиток та їх обов’язки щодо збереження нашого спільного навколишнього середовища. Економіка повинна задовольняти потреби та законні бажання людей, але її розвиток має вписуватися в межі екологічних можливостей планети. За висновком Комісії Брунтланда1, “людство здатне зробити розвиток сталим - забезпечити, щоб він задовольняв потреби нинішнього покоління людей, не піддаючи ризику можливість прийдешніх поколінь задовольняти власні потреби”. 1

Комісія Брунтланда - Всесвітня комісія з навколишнього середовища та розвитку, утворена в 1983 р. Організацією Об’єднаних Націй, що отримала назву за прізвищем її голови. 33

Порядок денний на ХХI сторіччя - це програма того, як зробити розвиток сталим із соціальної, економічної та екологічної точок зору. У програмі запропоновані заходи для досягнення сталої рівноваги між споживанням населення та здатністю Землі підтримувати життя, описані деякі методи та технології, які необхідно розробити для задоволення потреб людей при раціональному використанні природних ресурсів. Програма передбачає заходи для попередження погіршення стану ґрунтів, повітря, води, збереження лісів та різноманіття форм життя. В ній розглядаються проблеми зубожіння та надмірного споживання, охорони здоров’я та освіти, міських та сільських районів тощо. Приймаючи Порядок денний на ХХI сторіччя, промислово розвинені країни світу визнали тим самим, що вони повинні відігравати більш вагому роль у покращанні навколишнього середовища, ніж бідніші країни, які забруднюють його значно менше, і зобов’язалися збільшити фінансову допомогу іншим країнам для досягнення ними розвитку з меншими екологічними наслідками та надавати допомогу у накопиченні знань, потенціалу для планування і реалізації рішень, що стосуються сталого розвитку, включаючи передачу інформації, технологій та професійних навичок. Порядок денний на ХХI сторіччя закликає уряди прийняти національні стратегії сталого розвитку, які повинні розроблятися за широкої участі громадськості, у тісному співробітництві з міжнародними організаціями, діловими колами, регіональною та місцевою владою, неурядовими групами та об’єднаннями громадян. Як зазначається в цьому документі, тільки партнерство в глобальному масштабі може дати всім народам більш безпечне та заможне майбутнє. Країна, що встає на шлях сталого розвитку, повинна ув’язувати свій економічний поступ з екологічною безпекою. Йдеться про розробку та законодавчу підтримку нової еколого-економічної політики, що повинна ефективно та професійно реалізовуватися виконавчою владою. Еколого-економічну трансформацію своїх економік вже розпочали здійснювати провідні промислово розвинені країни світу. Так, основні положення політики сталого розвитку США [3] наведені в табл.2.2. Табл.2.2. Основні положення політики сталого розвитку США [3] Здоров’я та навколишнє середовище

Економічний розквіт

34

Зменшення частки населення, що споживає нестандартизовану питну воду і проживає в умовах, які не відповідають стандартам чистоти повітря. Скорочення виробництва токсичних матеріалів, що негативно впливають на здоров’я людини. Зменшення захворюваності та смертності, спричинених зовнішніми впливами. Зростання внутрішнього валового та чистого національного продукту. Збільшення кількості та підвищення якості робочих місць, рівня заробітної плати. Зменшення частки населення, що живе за межею бідності. Збільшення заощаджень та інвестицій в розрахунку на душу населення. Контроль за виснаженням природних ресурсів та інвестиції в охорону навколишнього середовища. Підвищення продуктивності праці.

Збільшення середнього доходу населення. Розробка показників відхилення Соціальна справедливість стану навколишнього середовища від норми, забезпечення доступу до основних соціальних благ та можливості участі у прийнятті рішень для різних економічних і соціальних груп населення. Підвищення “здоров’я” екосистем. Розробка критеріїв для визначення заЗбереження грози стану природного середовища та масштабів його змін. Зменшення природи кількості видів, що зникають або знаходяться під загрозою зникнення, зменшення негативного впливу на навколишнє середовище через розповсюдження чужоземних видів. Зменшення впливу токсичних речовин та добрив на природні системи. Зменшення емісії газів та речовин, що сприяють парниковому ефекту або руйнують озоновий шар. Зменшення матеріало- та енергоємності виробництва, якнайбільш широке Раціональне використання застосування безвідходних технологій. Зменшення обсягів використання усіх при пріоритеті використання відновних природних ресурсів. природних ресурсів Підвищення подушного доходу та зайнятості населення із зменшенням розСтале риву між доходами мешканців міст та сіл. Зниження криміногенності. соціальне Збільшення інвестування у дитяче населення та соціально незахищених середовище громадян. Удосконалення структури транспорту, створення альтернативних транспортних систем. Впровадження загальнодоступної інформаційної системи. Масова участь населення у виборчих процесах всіх рівнів. Активізація Залучення громадськості участі громадян в громадських та приватних організаціях. Регулювання народжуваності. Підвищення статусу жінок. Скорочення неНаселення легальної імміграції. Збільшення внесків у Глобальний екологічний фонд та в інші природоохоМіжнародна ронні ініціативи, експорт екологічно безпечних технологій в країни, що відповідальрозвиваються. ність Вільний доступ до урядової та державної інформації для широких кіл насеОсвіта лення. Розробка програм перепідготовки та навчання принципам сталого розвитку. Покращання якості та збільшення кількості професійно підготовлених спеціалістів середньої ланки.

Think globally, act locally! Мисли - глобально, дій - локально! Девіз організації Грінпіс

2.3.3. Проблеми переходу України на модель сталого розвитку Проблеми формування державної стратегії переходу до сталого розвитку, що створює передумови для збалансування потреб суспільства і можливостей природи, особливо важливі для України, яка у даний час є країною з перехідною економікою і переживає період загальної еколого-економічної кризи. Концепція сталого розвитку виходить з об’єктивної необхідності гармонізації продуктивних сил, гарантованого задоволення потреб всіх членів суспільства за умови збереження й поступового відтворення довкілля, створення умов для досягнення рівноваги між природно-ресурсним потенціалом, виробничим потенціалом економіки та потребами нинішнього і прийдешніх поколінь. 35

Україна може перейти до сталого розвитку виключно шляхом ефективного використання всіх видів ресурсів (людських, природних, геополітичних), структурно-технологічної трансформації виробництва і наявних конкурентних можливостей (активізація ролі окремої людини в суспільстві, забезпечення соціальної справедливості і соціальної рівності, ефективна зайнятість, екологічна безпека). З урахуванням особливостей перехідного періоду, який нині переживає Україна, пріоритетами сталого розвитку держави повинні стати: • економічне процвітання - забезпечення умов, мотивів і гарантій для праці громадян, високої якості життя, функціонування змішаної економіки, раціонального споживання матеріальних ресурсів; • охорона навколишнього природного середовища - створення умов всім громадянам для життя у здоровому навколишньому середовищі з чистим повітрям, землею, водою, захист і відновлення біорізноманіття, збереження природних ресурсів для майбутніх поколінь; • соціальна справедливість - встановлення гарантій рівності громадян перед законом, забезпечення рівності можливостей для досягнення матеріального, екологічного і соціального благополуччя; • раціональне ресурсокористування - створення системи правових гарантій і політики раціонального використання всіх видів ресурсів на основі необхідності дотримання національних інтересів країни і збереження ресурсів для майбутніх поколінь; • населення - формування ефективної державної політики по збільшенню тривалості життя і стабілізації чисельності населення України, надання всебічної підтримки молодим сім’ям, матерям і дітям; • освіта - забезпечення гарантій для одержання безперервної освіти, збереження інтелектуального потенціалу країни; • міжнародне співробітництво - активна співпраця з усіма країнами і міжнародними організаціями, які мають добрі наміри стосовно України, прагнуть до її економічного, соціального та екологічного процвітання. Слід зазначити, що будь-яка програма є сильною лише тими заходами, які реально здійснюються для її втілення у життя, інакше вона так і залишається благими пориваннями. Тому переходу України до сталого розвитку повинно передувати реформування всього господарського комплексу та внесення певних коректив у систему еколого-економічної політики держави. Серед основних напрямів структурної перебудови головна увага має бути зосереджена на ефективній політиці стосовно природних ресурсів та на регулюванні природокористування, екологічних аспектах приватизації, на створенні безпечної енергетичної системи держави. У даний час ефективна екологічна політика України може формуватися на основі трьох принципів: 36

• мінімізації антропогенних перетворень; • поетапності ліквідації їх негативних наслідків; • вибіркового підходу до проведення природоохоронних заходів з метою підвищення їх ефективності. Першочергові заходи, над якими необхідно працювати у даний час, можна умовно поділити на дві групи. До першої групи належить заборона дій, які негативно впливають не тільки на сьогоднішній, але й на майбутній екологічний стан (насамперед, це заборона залучення до господарського використання нових територій, які ще не порушені практичною діяльністю людини і залишаються “дикою природою”). Друга група - це програма дій, або заходи, спрямовані на зменшення негативного впливу на навколишнє середовище безпосередньо чи опосередковано через скорочення питомого споживання ресурсів. Наша Земля - це дивовижна Round River1. А.Леопольд

2.4. Матеріально-енергетичний баланс у біосфері

Кругообіг речовин на Землі - це закономірний процес багаторазової участі речовин (абіогенних та біогенних) у явищах циклічного характеру, що відбуваються в атмосфері, гідросфері й літосфері, особливо в тих їх частинах, що входять до складу біосфери планети. Кругообіг речовин підтримується потоком енергії, основним джерелом якої є сонячна радіація. Речовина, залучена до кругообігу, не тільки переміщується у просторі, але й зазнає трансформацій, змінюючи свій фізичний або хімічний стан. До процесів кругообігу речовин, зокрема, відносяться: випаровування, переміщення та випадіння у вигляді опадів води, вивітрювання материнських порід, обмін речовиною між глибинними земними оболонками та поверхнею Землі, розчинення у воді продуктів руйнування поверхні Землі, переміщення їх у моря й океани, відкладання на дні та утворення осадових порід - це так званий великий, або геологічний кругообіг речовин. З часу утворення біосфери кругообіг речовин змінився - до фізико-хімічних перетворень додалися біогенні процеси - це так званий біологічний, або малий кругообіг речовин. В процесі біологічного кругообігу відбувається циркуляція речовин між повітрям, ґрунтом, водою, рослинами, тваринами та мікроорганізмами, коли мінеральні речовини, потрібні для життя, поглинаються, трансформуються, переходять з навколишнього середовища до складу рослинних організмів, а від них - через ланцюги живлення у вигляді органічних сполук до тварин, і далі - через ланку редуцентів знову у навколишнє середовище (в ґрунти, води, повітря) у вигляді неорганічних сполук.

1

Round River - міфічна ріка, що не має ні витоку, ні гирла, яку, за американським народним переказом, лісоруб Пол Баньян випадково знайшов на півночі штату Вісконсин. 37

Процес утворення живої речовини пов’язаний з фотосинтезом, який здійснюється наземними рослинами, прісноводними водоростями та океанічним планктоном. Під час фотосинтезу у зеленому листі за рахунок сонячного світла за участю хлорофілу з вуглекислого газу і води синтезуються органічні сполуки та одночасно виділяється вільний кисень. Утворені при цьому органічні речовини і кисень “заряджаються” енергією і набувають підвищеної хімічної активності - кисень виступає як окисник, а органічні сполуки служать потужними відновниками. Органічні речовини з листя надходять у стебла та корені рослин, де взаємодіють з розчиненими мінеральними сполуками (солями, що містять Na, K, Ca, S, P та ін.), які рослина вбирає з ґрунту. Щорічно в результаті фотосинтезу на Землі утворюється близько 150 млрд.т органічної речовини, засвоюється 300 млрд.т СО2 та виділяється близько 200 млрд.т вільного О2, з ґрунту рослинами забирається до 1 млрд.т мінеральних речовин, і приблизно стільки ж їх повертається у ґрунт в результаті розкладу органічних сполук. Характерною рисою біологічного кругообігу речовин є його незамкненість. Так, при відмиранні рослин у ґрунт повертаються не тільки забрані з нього речовини, але й надходять нові сполуки, засвоєні рослинами з атмосфери чи гідросфери. У той же час окремі речовини можуть надовго виходити із системи біологічного кругообігу, затримуючись в ґрунтах у вигляді слаборозчинних сполук чи виносячись з них поверхневими і підземними водами. Таким чином, завдяки постійному надходженню енергії Сонця біологічний кругообіг забезпечує відтворення біомаси та накопичення органічних речовин в поверхневому шарі Землі у вигляді гумусу, сапропелю, торфу, вугілля тощо. Iнтенсивність біологічного кругообігу речовин визначає кількість та різноманіття живих організмів, а також обсяг накопиченої ними органічної продукції, яка може бути використана для задоволення господарських потреб людини. Отже, незамкненість біологічного кругообігу є однією з основних передумов тих змін, що відбуваються у природному комплексі, а відтак і передумовою дальшого розвитку біосфери. Саме ці обставини примушують з особливою увагою ставитися до будь-яких порушень природних біологічних процесів, що виникають під час господарської діяльності людини. Розглядаючи енергетичні процеси, які відбуваються у біосфері, необхідно нагадати, що властивості енергії визначаються законами термодинаміки. Так, згідно першого закону термодинаміки, енергія може переходити з однієї форми в іншу, але вона не може зникати чи утворюватися заново (наприклад, сонячне світло є однією з форм енергії, і його можна перетворити на роботу, тепло або потенційну енергію їжі, але при цьому енергія не зникає). Процеси, пов’язані з перетворенням енергії, можуть самовільно відбуватися тільки тоді, коли енергія переходить з концентрованої форми у розсіяну, тобто деградує (наприклад, тепло гарячого предмету самовільно прагне розсіятися у холодному середовищі). В цьому полягає суть другого закону термо38

динаміки, який можна сформулювати й таким чином: оскільки певна частина енергії завжди розсіюється у вигляді недоступної для використання теплової енергії, то ефективність самовільного перетворення кінетичної енергії у потенційну (наприклад, сонячного світла в енергію хімічних сполук) завжди менша 100 %. Найважливіша властивість організмів та екосистем полягає у створенні й підтриманні високого ступеня внутрішньої впорядкованості, тобто стану з низькою ентропією. Зменшення ентропії досягається постійним і ефективним розсіюванням енергії, що легко використовується (наприклад, енергії світла та їжі), шляхом перетворення її в енергію, що важко використовується (наприклад, у теплову). Екосистеми й організми являють собою відкриті нерівноважні термодинамічні системи, які постійно обмінюються з навколишнім середовищем енергією та речовиною, зменшуючи тим самим ентропію всередині, але збільшуючи зовні відповідно до законів термодинаміки. Всі перетворення в екосистемах завжди відповідають термодинамічній моделі незамкненої системи. Оскільки, на відміну від кругообігу речовин, перетворення енергії йдуть тільки в одному напрямку, для пояснення “поведінки” енергії в екосистемах застосовують поняття “потік енергії”. Навколишнє середовище знаходиться у стані динамічної рівноваги: циклічність потоків речовин та енергії забезпечує постійне відновлення довкілля і підтримання його у стані, придатному для існування живих організмів. За довгий період еволюції біосфери історично сформувалися взаємообумовлені комплекси живих та неживих компонентів однорідних ділянок земної поверхні, зв’язані обміном речовин та енергії - біогеоценози. Вони являють собою складні природні механізми, здатні до саморегулювання, і саме в цьому полягає запорука їх довгої життєздатності. В ранні, доісторичні часи людина теж була частиною біогеоценозів, але з часів палеоліту і особливо неоліту вона своєю діяльністю почала втручатися у добре налагоджений природний механізм. Людині було необхідно регулярно отримувати данину від природи: збирати плоди рослин, полювати на тварин, рибалити, добувати паливо, будівельні матеріали. Деякі компоненти вилучалися з навколишнього середовища майже повністю, порушуючи історично сформований природний уклад біогеоценозів. Утворювалися вторинні штучні біогеоценози, які вже не мали природної рівноваги і опинилися на межі розпаду. Щоб не допустити цього, людина штучно підтримувала їх існування, і відтоді їй безперервно доводиться піклуватися про свої творіння, які вже не можуть існувати без людської підтримки. Без неї в результаті виснаження енергетичних, біологічних і хімічних ресурсів, накопичених природою, навколишнє середовище “втомлюється”, починає “хворіти”, в ньому накопичуються шкідливі речовини. 39

Так, щоб не допустити руйнування та загибелі агроекосистем (штучних біогеоценозів, створених з метою збільшення сільськогосподарської продуктивності), для збереження і підтримання їх у задовільному стані людина вимушена створювати лісові смуги, запроваджувати на полях сівозміни, боротися із шкідниками, здійснювати заходи з охорони ґрунтів і попередження ерозії, повертати на поля у вигляді органічних та мінеральних добрив все те, що було вилучено з врожаєм. Створення штучних біогеоценозів - вимушений крок людства. I в той же час важко звинувачувати людину в тому, що в багатьох районах Землі цей крок мав негативні наслідки - це результат необізнаності, недостатнього досвіду. Необґрунтовані втручання в процеси біогеохімічного кругообігу речовин або в енергетичний баланс призводять до деградації та розпаду екосистем і біогеоценозів, що історично склалися. Тому при вирішенні завдань охорони довкілля особливе місце має зайняти екологічне прогнозування можливих наслідків антропогенного впливу на окремі ланки або швидкість біогеологічного кругообігу речовин та енергії. Ми - діти Сонця. О.Л.Чижевський

2.4.1. Енергетично-речовинні зв’язки в екосистемах За В.I.Вернадським, біосферу можна розглядати як складну здатну до саморегулювання систему, що складається з живої речовин та неживої матерії. За елементарну частку біосфери приймається екосистема - взаємозв’язане місцеве поєднання рослин, тварин, ґрунтів, рельєфу, клімату, вод та ін. Термін “екосистема” (від гр. óikos - житло, місце перебування та система) був запроваджений англійським фітоценологом А.Тенслі у 1935 р. Нині під екосистемою розуміють єдиний природний комплекс, утворений живими організмами і середовищем їх існування, в якому живі й неживі (косні) компоненти зв’язані між собою обміном речовини та енергії. Це відкрита термодинамічна функціонально цілісна система, що існує за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії та частково речовини і саморозвивається. В екосистемі сукупність живих істот та середовище їх існування утворюють єдине функціональне ціле, яке виникає на основі взаємозалежності та причинно-наслідкових зв’язків між окремими екологічними компонентами. Поняття екосистеми застосовують до природних та штучних об’єктів різного ступеня складності і розмірів: від мікроекосистем (наприклад, стовбур гнилого дерева) до мезо- (ліс, став) та макроекосистем (океан, континент тощо). Глобальна екосистема одна - біосфера. В кожній екосистемі відбувається кругообіг речовин та енергії в характерному для неї напрямку, що й робить її певною мірою стабільною в часі. 40

Проте екосистема не є незмінною, подібно до організму вона в своєму розвитку проходить низку послідовних стадій. Кожний компонент екосистеми виконує в ній певні функції. Будь-яка біологічна система містить сукупність живих організмів, які прийнято поділяти на автотрофів та гетеротрофів. Автотрофи - це організми, що самі себе годують - наземні зелені рослини, водорості, здатні до фотосинтезу фототрофні бактерії, а також різноманітні хемотрофні мікроорганізми. Провідну роль серед автотрофів відіграють зелені рослини, здатні шляхом фотосинтезу утворювати з мінеральних компонентів біохімічні субстанції, необхідні для росту і відтворення. Хемопродуценти використовують енергію хімічних реакцій, наприклад, окислення сполук заліза чи сірки, і теж виробляють органічну речовину. Угруповання автотрофів - це первинні продуценти екосистем, адже автотрофи постачають основну масу органічної речовини, що служить їжею для тварин, підтримують вміст кисню і вуглекислого газу у повітрі, приймають участь у кругообігу води в біосфері, призводять до міграції та перерозподілу мінеральних речовин в ґрунтах та ін. Однак головна роль зелених рослин полягає у перетворенні світлової енергії в біохімічну. Гетеротрофи - це організми (тварини, гриби, бактерії), яким для живлення необхідні готові органічні речовини і які, зазвичай, не здатні синтезувати речовини свого тіла з неорганічних складових. Їх поділяють на дві групи: споживачів, або консументів (всі тварини, частина мікроорганізмів, паразитичні та комахоїдні рослини), які, споживаючи живі організми, трансформують та частково розкладають органічні сполуки, та руйнівників, або редуцентів чи деструкторів (головним чином бактерії та гриби), які відповідають за мінералізацію мертвої органічної речовини та відходів життєдіяльності організмів (продуктів метаболізму). Кінцеві продукти розкладу органічних речовин - більш або менш прості неорганічні сполуки (вода, вуглекислий газ, мінеральні солі) - знову беруть участь у кругообігу речовин і використовуються автотрофами. Редуценти - остання ланка екосистем. Вони приймають участь в процесах самоочищення навколишнього природного середовища і використовуються при біологічному очищенні стічних вод. Загроза глобального забруднення навколишнього середовища частково зумовлена тим, що в ряді випадків редуценти не встигають очищувати біосферу від антропогенних продуктів або потенційно не здатні утилізувати синтетичні речовини, які викидає у навколишнє середовище людина. Разом автотрофи та гетеротрофи утворюють так звані трофічні (харчові) піраміди, в основі яких знаходяться автотрофні організми, що використовують для збільшення своєї біомаси процес фотосинтезу, а на більш високих рівнях - гетеротрофи, що живляться органічними речовинами, які виробляють інші організми. З екологічної точки зору автотрофи та гетеротрофи склада41

ють функціональні механізми природи, що характеризуються різними типами живлення і власними джерелами енергії. Таким чином, однією із спільних рис усіх екосистем (наземних, прісноводних, морських, аграрних тощо) є взаємодія автотрофних та гетеротрофних компонентів. Виходячи з цього, Ю.Одум [69] в структурі екосистем виділяє: • верхній автотрофний ярус, або “зелений пояс” рослин чи їх частин, що містять хлорофіл, в якому переважає фіксація сонячної енергії, використання простих неорганічних речовин, синтез і накопичення складних органічних сполук; • нижній гетеротрофний ярус, або “коричневий пояс” ґрунтів, осадів, речовин, що розкладаються, коренів рослин та ін., в якому переважають використання, трансформація та розкладання складних органічних сполук. До першого ярусу приурочені автотрофні, а до другого - гетеротрофні процеси, розділені між собою в просторі і часі, оскільки можливий значний розрив між утворенням органічних речовин автотрофами та їх споживанням гетеротрофами. Так, наприклад, у лісовій екосистемі під час фотосинтезу лише частина утворених продуктів безпосередньо і негайно використовується самими рослинами, рослиноїдними тваринами або паразитами, що уражають листя. Більша ж частина синтезованих речовин переходить у підстилку та ґрунт (в гетеротрофний ярус), і пройдуть роки, поки цей матеріал буде використаний. Продуценти, використовуючи сонячну енергію, виробляють хлорофілмістку рослинну масу, яка служить їжею для гетеротрофних організмів (консументів та деструкторів). Первинні консументи - це рослиноїдні тварини (фітофаги), які живляться продуцентами (травою, листям, соками, пилком, насінням тощо). Вторинні консументи - це м’ясоїдні тварини, які живуть в основному за рахунок первинних консументів. Проте слід зазначити, що насправді трофічний ланцюг1 “продуценти - рослиноїдні - м’ясоїдні” значно складніший (до м’ясоїдних консументів додаються паразитуючі види і т.п.). Що ж стосується деструкторів, тобто мікроорганізмів, які розкладають органічні речовини і сприяють їх природній утилізації, то вони існують на всіх рівнях трофічного ланцюга. Це мікроорганізми, які використовують або мертві рослини і тварини, відновлюючи тим самим кругообіг біогенних елементів в екосистемах, або відходи (продукти метаболізму), розкладаючи їх на прості компоненти. Під час біологічного кругообігу речовин в процесі їх переходу з одного трофічного рівня на інший відбуваються дуже характерні перетворення енергії, що супроводжуються її втратами. У трофічний кругообіг екосистем в се1

Трофічний ланцюг (ланцюг живлення) - взаємовідносини між організмами під час перенесення енергії їжі від її джерела (зеленої рослини) через низку організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні. 42

ивні речовини Пож

редньому залучається близько 1 % сонячної енергії, на наступні вищі трофічні рівні з нижчих переходить лише 10 % засвоєної організмами енергії, а 8090 % розсіюється в навколишньому середовищі у вигляді тепла. Так, рослини використовують сонячну енергію з ефективністю від 0.1 до 1 %, рослиноїдні тварини споживають близько 10 % енергії, акумульованої рослинами, хижаки - до 10 % енергії, накопиченої рослиноїдними тваринами, тобто всього близько 0.001 % сонячної енергії, що надходить на Землю. Цей факт дозволяє будувати екологічні піраміди біомас, енергій, екосистем (рис.2.2). В цілому будь-яка екосистема, у тому числі й біосфера, є дуже схоСонячна енергія жою на єдиний гігантський суперорБіомаса в умовних числах ганізм, в якому автоматично підтриВуглекислий Вода мується гомеостаз - динамічна стагаз Продуценти - 100 лість фізико-хімічних і біологічних властивостей внутрішнього середовища та стійкість основних функцій. Консументи I порядку (фітофаги) - 1-3 В кожному біоценозі можна виділити керуючі і керовані підсистеми. Паразити Роль керуючої підсистеми виконуфітофагів Консументи II порядку (хижаки) - 0.1-0.6 ють консументи - вони не дозволяють рослинам занадто розростатися, Паразити поїдаючи “зайву” біомасу. За травоКонсументи III порядку хижаків (вторинні хижаки) 0.01-0.1 їдними пильно “стежать” хижаки, Паразити запобігаючи їх надмірному розмнохижаків високих порядків женню і знищенню рослинності. Кета надпаразити руючою підсистемою для цих хижаРедуценти ків є хижаки другого порядку та паРис.2.2. Трофічні рівні в екосистемі разити, якими “керують” надпаразита піраміда біомас [98] ти, і т.д. Тому на Землі існує багато видів тварин. Серед них немає “зайвих” чи “шкідливих”, такі епітети дає їм людина. Особливістю екосистемних зв’язків є те, що керуюча і керована підсистеми часто-густо міняються місцями. Так, зменшення кількості рослинного корму спричинює зниження чисельності травоїдних, а відповідно - й хижаків та паразитів через механізм зворотного зв’язку. Узагальнюючи результати досліджень у галузі геології, палеонтології, біології та інших природничих наук, В.I.Вернадський дійшов до висновку, що біосфера - це “стійка динамічна система, рівновага, що встановилася в основних своїх рисах... з археозою й незмінно діє протягом 1.5-2 мільярдів років”. Він довів, що стійкість біосфери за цей період проявляється у сталості її загальної маси (близько 1019 т), маси живої речовини (1015 т), енергії, зв’язаної з живою речовиною (1018 ккал), і середнього хімічного складу всього живого. Стійкість біосфери В.I.Вернадський пов’язує з тією обставиною, що “функції 43

життя в біосфері - біогеохімічні функції є незмінними протягом геологічного часу, й жодна з них не з’явилася заново”. Складні зв’язки властиві як природним, так і штучним екосистемам (особливо останнім). Це наочно ілюструє наведений нижче приклад зв’язків між промисловим містом (урбоекосистемою) та його сільськогосподарським оточенням (агроекосистемою). Промислове місто - це штучна гетеротрофна екологічна система, “паразит” свого сільськогосподарського оточення, яка отримує енергію, продукти харчування, воду та інші необхідні матеріали з великих територій, що знаходяться за її межами (рис.2.3). Від природної екосистеми місто відрізняється більш інтенсивним метаболізмом на одиницю площі, значними потребами у надходженні речовин зовні (палива, металів тощо), більш потужним та отруйним потоком відходів (багато з них, згідно принципу емерджентності, більш токсичні, ніж природна сировина, з якої вони отримані - синтетичні матеріали тощо). Без величезних надходжень продуктів харчування, води, палива та інших матеріалів місто не може існувати. “Зелений пояс” не відіграє тут істотної ролі, якщо не враховувати його естетичного та санітарного значення (поглинання шумів, пилу тощо). Незважаючи на незначну Стічні води Вода площу суші, яку займають 500000 т/добу 625000 т/добу міста (від 1 до 5 % в різних регіонах), вони значно вплиТверді відходи Їжа вають на навколишнє середо2000 т/добу 2000 т/добу вище. На одиницю площі місМісто та припадає в 1000 разів більз населенням в 1 млн. осіб ше енергії, ніж на ту саму площу в сільській місцевості. Тверді частинки Вугілля Це робить міста “гарячими 150 т/добу 4000 т/добу точками” або “тепловими осДвоокис сірки Нафта 150 т/добу 2800 т/добу тровами”. Як правило, в місті Оксиди азоту 100 т/добу Забруднювачі тепліше, в ньому більша Паливо Природний газ повітря 2700 т/добу Вуглеводні хмарність, менше сонячного 199 т/добу Пальне для світла, частіше бувають тумаОкис вуглецю автомобілів 450 т/добу 1000 т/добу ни та мряка, ніж в оточуючій сільській місцевості. Рис.2.3. Схема основних потоків речовин для типового американського міста з населенням Навіть віддалені від міста в 1 млн. осіб (за А.Уолманом) [2] райони можуть зазнавати його впливу, оскільки з них надходять потрібні місту речовини та енергія, на них впливають забруднені води, повітря і ґрунти. Місто є джерелом кислотних дощів, важких металів та інших токсичних компонентів. Сучасне місто майже не виробляє їжі, не очищує повітря, безповоротно вилучає з кругообігу воду та багато неорганічних речовин. 44

Порівняно з містом, невід’ємну частину агроекосистеми складає автотрофний “зелений пояс”, хоча й ця система знаходиться у певній енергетичній залежності від віддалених районів. На відміну від природних екосистем, які “працюють” виключно на сонячній енергії, агроекосистема отримує додаткову енергію, добрива та пестициди під контролем людини. В ній зменшується різноманіття видів, домінуючі види рослин і тварин піддаються штучному, а не природному відбору, компоненти початкових біоценозів зазвичай зникають або зберігаються лише у вигляді реліктів. Таким чином, агроекосистема та промислове місто значною мірою залежать одне від одного. Сільське господарство, яке раніше повністю себе забезпечувало, нині є споживачем продуктів перегонки нафти (паливо), хімічних сполук (засобів для обробки посівів, мінеральних добрив), машин та будівельних матеріалів. В свою чергу, агроекосистема постачає місту продукти харчування та іншу сільськогосподарську продукцію. Оскільки вихідною рушійною силою всіх екосистем, як природних, так і антропогенних, є потік енергії, то за її джерелом, рівнем та якістю виділяють такі чотири типи екосистем [69]: 1. Природні екосистеми, що живляться виключно сонячною енергією - відкритий океан, високогірні ліси. Це основа життєзабезпечення планети. Всі вони отримують мало енергії і мають низьку біопродуктивність. Організми цих екосистем існують на мізерному пайку енергії та інших ресурсів, ефективно використовуючи їх. Такі системи займають значні території (тільки океан - більше 70 % площі земної кулі). В цьому величезному комплексі очищаються великі об’єми повітря, повертається в обіг вода, формується клімат тощо. Без зусиль людини виробляється певна частка їжі. Крім того, морські та гірські ландшафти мають велику естетичну цінність. 2. Екосистеми, що отримують енергію від Сонця, але із субсидією природної енергії - естуарії1 у припливних морях, деякі дощові ліси. Ці екосистеми відрізняються високою біопродуктивністю і утворюють надлишки органічних речовин, що накопичуються або виносяться в інші екосистеми. Так, в естуаріях існує додаткова енергія припливів, прибою та течій, яка сприяє прискореному кругообігу мінеральних речовин та переміщенню їжі й відходів. Використовуючи додаткову енергію припливів, організми естуаріїв виробляють більше біопродукції, ніж на прилеглих ділянках суші чи у прісноводних внутрішньоконтинентальних водоймах, які отримують таку ж саму кількість сонячної енергії. 3. Екосистеми, що отримують енергію від Сонця, але із субсидією штучної енергії - агроекосистеми, аквакультури (підводні плантації). Ці системи ви1 Естуарій (від лат. aestuarium) - розширене дельтоподібне гирло річки, яка впадає в море чи океан. Утворюється в результаті підвищення рівня моря і затоплення нижньої частини річкової долини та відливів, що виносять в море річкові наноси. Періодична зміна припливів та відливів в естуарії зумовлює високу біологічну продуктивність його біоценозу. 45

робляють продукти харчування і отримують від людини дотації у вигляді пального, добрив, або в інших формах. 4. Промислово-міські екосистеми, що використовують енергію палива - міста, передмістя, індустріалізовані зелені зони. В цих екосистемах генеруються багатства людства, але в них утворюються і найбільша кількість забруднюючих речовин. Головним джерелом енергії тут виступає паливо, а не сонячна радіація. Ці екосистеми залежать від вищеназваних екосистем, паразитують на них, отримуючи зовні продукти харчування, паливо та інші матеріали. Для них характерна величезна потреба в енергії, що у 2-3 рази перевищує потік енергії, який підтримує життя в природних та напівприродних екосистемах. Річні витрати енергії на 1 м2 міста визначаються мільйонами ккал. Переможцями в разі глобальних змін клімату будуть ті, хто думає і планує заздалегідь, а втрат зазнають люди, що реагують лише тоді, коли криза вже наступила. М.Келлі

2.4.2. Енергетичний баланс планети, глобальні зміни клімату

Вітер, ат мосф ера ,те чії

-3

70

Р

ня ) %

Через повітряний шар атмосфери на Землю проникає сонячне випромі174000 нювання: радіохвилі, інфрачервоне, ультрафіоле000 (30%) - коротко х ю 52 еро і та енергія випаровув вильо ф тове, рентгенівське та с а р о н н я ве в тм осфе оп ип Фотосинтез - 104 я а атм ад р гамма-випромінювання. с о ів ь - 4 мін єт я в Продуценти 00 юв ва нн Значна частина со00 а н би ва д Консументи ю (2 Утилізація у формі Ві зсі 3 нячної радіації, що побіомаси - 40 о Редуценти трапляє на Землю, охопСумарні (первинні та лює діапазон хвиль в мевторинні) антропогенні Екологічна піраміда Ядерна, теплова, енергій (перехід з одного збурення - 100-180 гравітаційна енергія рівня на інший 1-10%) жах 0.15-40 мкм. Припланети близно половина радіації припадає на смугу видиДепонування мих людським оком Викопне біомаси паливо хвиль довжиною від 0.38 Найкрупніші Перетворюється на теплоту виверження до 0.87 мкм, що сприймаВулкани на поверхні суші і океану ~160 та розсіюється - 82000 (47%) ються як світло. Кількість сонячної енергії, що надРис.2.4. Загальний енергетичний баланс Землі 12 ходить на поверхню Зем(·10 Вт теплової енергії) [98] лі, в середньому дорівнює 160 Вт/м2. Із 100 % короткохвильової сонячної енергії, що досягає атмосфери Землі, 23 % поглинається її компонентами, а 30 % повертається у космос (відбивання від хмар та поверхні Землі). Із 47 % енергії, яка потрапляє на Землю, 46

4 % нагріває повітря, 2 % - ґрунт, 1 % бере участь у фотосинтезі та 40 % витрачається на випаровування води та процеси транспірації1 в рослинах (рис. 2.4). Довгохвильова радіація (в інтервалі хвиль довжиною до 100 мкм) практично повністю (96 %) досягає поверхні Землі та відбивається від неї теж у вигляді довгохвильової радіації. Рівняння енергетичного балансу Землі можна умовно записати у вигляді Q = Q1 + Q2 , (2.2) де Q - загальна кількість енергії Сонця та космічних променів, що надходить в одиницю часу на Землю; Q1 - кількість енергії, що випромінюється Землею в космічний простір; Q2 - кількість енергії, що залишається на Землі у зв’язаному стані внаслідок фотосинтезу рослин. Протягом мільйонів років геологічної історії Землі відбувалося безперервне накопичення енергії в надрах планети шляхом фотосинтезу та інших хімічних реакцій, спричинених сонячною радіацією. Проте зараз цей природний хід речей порушений - в останнє сторіччя прискореними темпами відбувається вивільнення накопиченої енергії. Першим і очевидним наслідком цього процесу є перспектива енергетичного голоду. Небезпечні наслідки через зменшення ресурсів вугілля і особливо нафти відчуваються вже зараз. Правда, оптимісти-фізики обіцяють поставити на службу людині керовану термоядерну реакцію ще до того, як будуть вичерпані інші джерела енергії. Проте, слід мати на увазі, що широке застосування керованої термоядерної реакції може тільки збільшити небезпеку для людства. В загальному вигляді процес виробництва енергії можна уявити як безперервне вивільнення енергії, що раніше знаходилася у зв’язаному стані. Яка ж доля цієї енергії? Вона розсіюється і йде на нагрівання навколишнього середовища. Таким чином, першим наслідком планетарного масштабу, зумовленим активною людською діяльністю, є утворення енергії Q3, кількість якої безперервно зростає (на початку 70-х років вона вже становила 0.01 % енергії, що надходить від Сонця, а за прогнозами у 2025 р. може збільшитися до 4 % [56]). Енергія Q3 йде безпосередньо на нагрівання атмосфери. В деяких промислових районах концентрація теплової енергії за рахунок підприємств збільшилася вже в сотні разів. З’явилися теплі ореоли над містами, де температура повітря вже на кілька градусів перевищує норму. Такі плями добре помітні з Космосу під час теплової зйомки. Проте це не єдине джерело енергії, яке призводить до нагрівання планети. Земля не тільки поглинає сонячне тепло, але й випромінює власне, як і кожне нагріте тіло. Якщо Земля поглинатиме тепла більше, ніж випромінюватиме, то вона буде все більше й більше розігріватися. Зменшення кількості тепла, 1

Транспірація (від лат. trans - через та spiro - дихаю, видихаю) - випаровування води рослиною. 47

що випромінюється, має для клімату таке саме значення, як і збільшення тепла, що поглинається. Радіація, що поглинається і випромінюється земною поверхнею, істотно різниться за складом електромагнітних хвиль. Чим вища температура нагрітого тіла, тим коротші хвилі, з яких складається його випромінювання. Температура поверхні Сонця становить близько 6000°С, довжина хвиль сонячної радіації на 99 % знаходиться у діапазоні 0.17-4 мкм. Максимум сонячного випромінювання припадає на видиму частину спектру - світло (0.380.87 мкм). Температура Землі змінюється в основному в межах від +40 до 40°С, а максимум випромінювання припадає на хвилі довжиною від 9 до 12 мкм. Молекули деяких речовин мають властивість пропускати короткохвильові промені і поглинати довгохвильові. Таку властивість, що отримала назву парникового ефекту, зокрема мають триатомні молекули водяної пари Н2О, вуглекислого газу СО2, озону О3 та кремнезему SiO2 (з останнього роблять віконне скло). За даними деяких дослідників, внаслідок парникового ефекту в атмосфері затримується 78 % земного випромінювання. При цьому водяна пара затримує 60 %, а вуглекислий газ - 18 % теплового випромінювання Землі. Якби з атмосфери зник увесь вуглекислий газ, то середня річна температура Землі зменшилася б на 21°С, а якби його вміст подвоївся - збільшилася б на 4°С. Останнім часом внаслідок інтенсивної людської діяльності частка CO2 в атмосферному повітрі постійно зростає. Якщо в 1860 р. його вміст становив 0.027 %, на початку ХХ сторіччя - 0.029 %, в даний час - 0.032-0.034 %, то в середині ХХI сторіччя концентрація СO2 може подвоїтися. Окис та двоокис вуглецю, що накопичуються в атмосфері, суттєво змінюють спектр відбитих променів, зменшують його інфрачервону складову, що в кінцевому рахунку призводить до нагрівання атмосфери. Останні дослідження свідчать, що крім СО2 парниковий ефект викликають і деякі інші гази, які називають малими домішками. Так, подвоєння в атмосфері вмісту закису азоту (N2O) підвищило б температуру на 0.7°С, метану (CH4) - на 0.4°С, фторхлорметанів або фреонів (CFCl3, CF2Cl2 тощо) - на 0.8°С, водяної пари - на 0.3°С [72]. Одночасно внаслідок антропогенної діяльності відбувається безперервна зміна альбедо1 Землі через все більш інтенсивне запилення атмосфери та зміни земної поверхні. Накопичення аерозолів у повітрі зменшує кількість сонячної енергії, яка досягає поверхні Землі. З іншого боку, зменшується відбивання сонячної радіації від запилених льодовиків, що сприяє їх таненню. Заміна лісів культурними плантаціями призводить до зниження випаровування і 1

Альбедо (від лат. albedo - білина) - відношення кількості відбитої променистої енергії до кількості енергії, що падає на поверхню тіла. 48

збільшення прямої тепловіддачі. Підраховано, що винищення лісів за всю історію людства вже охолодило поверхню Землі майже на 1°С. За розрахунками багатьох авторів, діапазон середніх температур Землі, в якому можливе існування людини, дуже малий. Так, наприклад, підвищення середньої температури тільки на 2°С може призвести до цілої низки необоротних процесів. Розпочнеться розтавання льодовиків, що зумовить підвищення рівня Світового океану. Багато країн зіткнуться із серйозними труднощами, у Бангладеш, наприклад, підйом рівня моря лише на 1 м примусить змінити місце проживання 10 % населення, адже буде затоплено 2000 км2 восьму частину території. У Єгипті підйом рівня моря лише на 50 см спричинить затоплення більшої частини дельти Нілу - однієї з найродючіших областей країни та місця проживання 16 % населення. Будуть затоплені величезні родючі місцевості, на яких сьогодні живуть сотні мільйонів людей (центральна рівнина Китаю, долини Гангу та Iнду, міста Нью-Йорк, Лондон, Токіо, Санкт-Петербург, Венеція тощо). Відомо, що лід відбиває сонячні промені приблизно у вісім разів краще, ніж вода. Це означає, що з таненням льодовиків різко збільшиться поглинання сонячних променів поверхнею планети, а це, в свою чергу, призведе до ще більшого розігріву Землі і докорінних змін клімату. Значно збільшиться посушливість в середніх широтах, тобто в основних зернових районах (Україна, чорноземна зона Росії, Кубань, “зернові” штати США тощо). Клімат тут стане напівпустельним, отже і врожаї зерна різко скоротяться. Подібна катастрофа може відбутися, якщо енергія штучних джерел становитиме 4.5 % сонячної енергії, яка надходить на Землю. Отже, процес порушення теплової рівноваги Землі досить складний і залежить від цілої низки факторів, які є наслідком людської діяльності. Одні з цих факторів підвищують температуру (викиди в атмосферу СО2 та інших “парникових” газів), інші знижують її й викликають антипарниковий ефект (зведення лісів, запорошення повітря сажею і пилом тощо). Для точного прогнозування майбутніх змін потрібен добре налагоджений моніторинг. Где начало того конца, которым оканчивается начало? Козьма Прутков

2.4.3. Біологічний кругообіг атомів у природі Кількість хімічних елементів, які природно існують в біосфері, становить 92 (у т.ч. 286 стабільних довгоживучих ізотопів). Поширеність їх в живій речовині, атмосфері, гідросфері та літосфері неоднакова. Основну роль у живій речовині відіграють кисень O (він становить 70 % маси організмів), вуглець C (18 %) та водень H (10.5 %), загальна частка цих елементів дорівнює 98.5 %. До складу живої речовини також входять й інші біогенні елементи: кальцій Ca (0.5 %), калій K та азот N (по 0.3 %), фосфор P 49

(0.07 %), сірка S (0.05 %), магній Mg (0.04 %), кремній Si, натрій Na, хлор Cl (по 0.02 %) і залізо Fe (0.01 %). Перелічені елементи відносяться до так званих макроелементів. Крім них у складі живої речовини є ще й мікроелементи - мідь Сu, марганець Mn, цинк Zn, ванадій V, молібден Mo, кобальт Co та ін. (від 9·10-3 до 1·10-5 %), а також ультрамікроелементи - уран U, осмій Os та ін. (менше 9·10-6 %). Біогенні елементи присутні в клітинах усіх організмів, вони входять до складу органічних сполук клітин, виконують роль каталізаторів в різноманітних реакціях організму, регулюють осмотичні процеси, є складовими буферних систем та регуляторами проникності біологічних мембран. Серед хімічних сполук перше місце в складі живої речовини займає вода. Так, маса тіла людини на 60-65 % складається з води, а у медузи тіло містить аж 96 % води. Кількість хімічних сполук, які складаються з типових біогенних елементів (C, H, O, N, S, P), досить значна, але серед них можна виділити такі основні класи органічних сполук: вуглеводи, білки, ліпіди і нуклеїнові кислоти. В рослинах переважають вуглеводи, а в тваринах - білки. В атмосфері домінують азот, кисень, аргон та вуглець. Основними компонентами гідросфери, включаючи її підземну частину, є водень та кисень, проте слід пам’ятати, що вода виступає природним розчинником великого комплексу мінеральних та органічних речовин. Найбільшу ж кількість елементів містить літосфера. Для кількісної оцінки величини розповсюдження елементів використовують поняття кларків1 - середніх концентрацій хімічних елементів у земній корі. Згідно даних академіка О.П.Виноградова, найбільш високі кларки (вагові проценти) характерні для таких елементів: кисень - 47 %, кремній - 29.5 %, алюміній - 8.05 %, залізо - 4.65 %, кальцій - 2.96 %, натрій і калій - по 2.50 %, магній - 1.87 %, титан - 0.45 %, решта елементів в сумі - 0.52 %. В.I.Вернадським виділено шість груп хімічних елементів: 1. Благородні (інертні) гази - гелій, неон, аргон, криптон і ксенон. До складу живої речовини вони не входять. 2. Благородні метали - золото, срібло, платина, рутеній, родій, паладій, осмій та іридій. 3. Циклічні або органогенні елементи, які приймають участь в складних процесах кругообігу речовин - водень, вуглець, кисень, сірка, азот, фосфор та ін. (всього 44 елементи). Більшість з них входить до складу живої речовини. 4. Розсіяні елементи - літій, йод, бром, рубідій та ін. (всього 11 елементів). 5. Сильнорадіоактивні елементи - полоній, реній, радій, торій, уран, актиній, актиноїди та ін. 1

Термін “кларк” був запропонований О.Є.Ферсманом на честь американського геохіміка Ф.У.Кларка, який першим зробив оцінку середнього вмісту елементів у земній корі. 50

6. Рідкоземельні елементи - скандій, ітрій, лантан, лантаноїди та ін. (всього 13 елементів). З цих шести груп особливе значення для біосфери мають циклічні хімічні елементи, які приймають участь у біогеохімічних кругообігах, тобто в обміні елементами між живою речовиною та неорганічним середовищем. Розрізняють такі основні типи біогеохімічних кругообігів: • кругообіг води (у т.ч. С, Н та інших водорозчинених елементів); • кругообіг елементів переважно в газовій фазі (С, О, N); • кругообіг елементів переважно в осадовій фазі (Р, S та інші біогенні елементи). Перший тип кругообігу включає рух під впливом біологічних та геологічних факторів складної природної речовини, універсального розчинника - води. Саме цією властивістю води зумовлюється перенесення речовин у біосфері, в т.ч. обмін речовиною між материками й океанами, між організмами і навколишнім середовищем тощо. В інших типах кругообігу рух здійснюють прості речовини, що входять у склад різноманітних хімічних сполук. З 1944 року людина почала вводити у біогеохімічний кругообіг радіоактивні елементи. Завдяки наявності в атмосфері та гідросфері великого резервного фонду вуглецю, азоту, кисню, сірки і фосфору кругообіги можуть відносно швидко саморегулюватися. Ну добре, нехай Бога немає, але хто ж тоді міняє воду в акваріумі? З розмови золотих рибок

2.4.4. Кругообіг води Розглядаючи кругообіг води, слід пам’ятати, що вона виступає в ролі розчинника мінеральних, органічних та газових компонентів, і що всі природні води, у тому числі й найчистіші з них - дощові, являють собою складні природні фізико-хімічні розчини. Таким чином, оскільки вода присутня в усіх складових біосфери і відіграє значну роль у живій речовині, в процеси вологообігу залучається широкий спектр хімічних елементів та сполук. Загальна кількість води на земній кулі вважається величиною постійною і за різними даними оцінюється в 1.5-2.5 млрд.км3 [98]. Сумарні запаси води на Землі у незв’язаному стані становлять 1386 млн.км3, у тому числі частка Світового океану - 1338 млн. км3, тобто 96.5 % (О.А.Спенглер, 1980). За даними американського дослідника Х.Л.Пенмана (1970), якщо воду рівномірно розподілити по земній кулі, то товщина утворених шарів становитиме: для Світового океану - 2700 м, льодовиків - 100 м, підземних вод - 15 м, поверхневих прісних вод - 0.4 м, атмосферної вологи - 0.03 м. Незважаючи на відносно малу частку атмосферної вологи у загальному балансі води на планеті, саме вона відіграє основну роль у циркуляції та біогеохімічному кругообігу води. 51

Схематично кругообіг води можна описати наступним чином (рис.2.5). Вода надходить в атмосферу в результаті випаровування з водної поверхні під дією сонячної енергії (підраховано, що за 1 хвилину з поверхні Землі випаровується близько 1 млрд.т води). Вологе повітря підіймається вгору, де водяна пара конденсується, утворюючи хмари. Завдяки охолодженню атмосфери вода повертається на поверхню суші або океану у вигляді різного типу атмосферних опадів (дощ, сніг, град) чи гідрометеорів1 (роса, іній, паморозь, ожеледь). Над Світовим океаном випадає близько 80 % загальної кількості опадів (90 % вологи, що випаровується з поверхні океану), а над континентами - лише 20 %, тобто кругообіг води відбувається в основному між атмосферою та океаном (малий кругообіг). Волога, що переноситься повітряними потоками і випадає у вигляді атмосферних опадів на сушу (великий кругообіг), витрачається на інфільтрацію2, випаровування та поверхневий стік, який зрештою знову повертається в океан. Водяна пара 12900 куб.км (0.04%) Опади над океаном (1270 мм)

Опади над сушею (800 мм)

Антропогенне посилення випаровування

Льодовики 24 млн.куб.км (1.74%) Вода в живій речовині 1120 куб.км (0.0001%)

Випаровування з поверхні океану (1400 мм) Океан 1338 млн.куб.км (96.5%)

Ювенальні води (відносно мала величина)

Випаровування з поверхні суші (485 мм)

Озера 176400 куб.км (0.013%)

Болота 11470 куб.км (0.0008%)

Стік підземних вод (15 мм)

Підземні води 10.5 млн.куб.км (0.76%)

Річки 2120 куб.км (0.002%) Поверхневий стік (300 мм)

Гравітаційні та капілярні підземні води (солоні) 23.4 млн.куб.км (1.7%)

Рис.2.5. Кругообіг води (в мм) та кількість вологи в кожному з “резервуарів” (в км3, в дужках - відсоток від світових запасів) [98]

Випаровування води, тобто процес її переходу з рідкого чи твердого стану у газоподібний поєднує в собі дві складові - фізичне випаровування з відкритої водної поверхні (морів, річок, водойм тощо) та транспірацію воло1

Гідрометеори, або “наземні” опади утворюються в результаті нагромадження продуктів конденсації і сублімації на охолоджених поверхнях в результаті їх контакту з теплим повітрям. 2 Інфільтрація - просочування води з поверхні землі у ґрунт та материнські породи. 52

ги рослинами. При цьому під транспірацією розуміють фізіологічний процес, який полягає у всмоктуванні води з ґрунту кореневою системою рослин, транспортуванні її судинами та видаленні надлишків води в пароподібному стані з подихами листя в атмосферу. Одна тільки лісова рослинність Землі щорічно транспірує в атмосферу близько 5·1012 т води, що становить до 10 % загальної величини випаровування з суші. Пересічно з усієї поверхні Землі випаровується 577 тис.км3 води за рік, з них 505 тис.км3 припадає на Світовий океан, а 72 тис. км3 - на суходіл (табл. 2.3). Річна сума атмосферних опадів над океаном становить 458 тис.км3, що на 47 тис.км3 менше випаровування з його поверхні. Цей надлишок вологи переноситься повітряними масами на континенти й острови, формуючи річки, озера, льодовики та підземні води, що створює умови для розвитку природного середовища та господарської діяльності людини. В середньому за рік із суші в океан повертається 45 тис.км3 поверхневого стоку річок та 2 тис.км3 підземних вод, що дренуються річками після інфільтрації. Табл.2.3. Світовий водний баланс [98] Регіон Земна куля Світовий океан Суша

Площа, млн.м2 510 361 149

мм 1130 1270 800

Опади тис.км3 577 458 119

Випаровування мм тис.км3 1130 577 1400 505 485 72

Стік в океан мм тис.км3 130 47 315 47

Слід зазначити, що цей розрахунок є досить наближеним, оскільки рівень Світового океану за останні 100 років підвищується в середньому на 1.2-1.5 мм на рік за рахунок стікання води із суші без повернення на її поверхню з опадами. Найбільш ймовірною причиною цього явища є танення материкових льодовиків, а також підйом підземних вод через свердловини і стікання їх у Світовий океан. За останніми розрахунками [98], об’єм вод Світового океану нині щорічно збільшується на 543 км3 за рахунок всихання озер суші (7 %), скорочення запасів підземних вод (18 %) та зменшення потужності покривних льодовиків (75 %). Вода є незамінним природним ресурсом. Здійснюючи кругообіг у природі, вона приймає участь у формуванні поверхні землі, руйнує, розчинює і транспортує неорганічні речовини і сприяє тим самим відкладенню осадових порід та утворенню ґрунтів. Вода істотно впливає на формування клімату та погоди. Маючи високу теплоємність і низьку теплопровідність, вона згладжує різкі перепади температур. Вода є ресурсом, без якого неможлива господарська діяльність людини. Вона використовується практично в усіх виробничих процесах, є джерелом дешевої енергії. З водними об’єктами пов’язаний розвиток судноплавства, рибництва тощо. В процесі вологообігу відбувається безперервне утворення прісної води, від якої залежить життєдіяльність багатьох біологічних форм. Вода, що випадає у вигляді атмосферних опадів, є відносно чистою, проте в результаті спо53

живання численними біологічними формами та внаслідок контакту з неорганічними речовинами вона забруднюється і, зрештою, може ставати взагалі малопридатною для використання. Сонячна енергія сприяє відновленню цього життєво важливого компоненту - прісної води, оскільки при випаровуванні відбувається її очищення від забруднюючих речовин. Саме тому проблема збереження цілісності гідрологічного циклу займає у захисті навколишнього середовища одне з центральних місць. Окрім необхідності збереження існуючого гідрологічного циклу в цілому, в багатьох випадках надзвичайно важливим є підтримання природного кругообігу води в межах окремих регіонів. Так, необдумані зміни поверхневого чи підземного стоку або режиму випаровування води внаслідок гідротехнічного будівництва, меліорації, урбанізації, видобутку корисних копалин, зведення лісів тощо можуть мати непередбачувані наслідки. Рух живих істот усього світу зводиться до безперервної циркуляції гною. Брати Жюль та Едмонн де Гонкур

2.4.5. Кругообіг вуглецю Вуглець - один з найважливіших біогенних елементів у природі, його частка в живій речовині становить близько 18 % ваги. У біосфері вуглець представлений в таких основних формах: • в складі вуглекислого газу CO2, який являє собою циркулюючу форму неорганічного вуглецю; • у карбонатах біогенного походження (потужні органогенні вапняки); • в особливій формі органічного вуглецю - каустобіолітах (вугілля, горючі сланці тощо). В кругообігу вуглецю (рис.2.6) найважливішу роль відіграють його окис СО та двоокис CO2, введення й виведення яких здійснюється за участю живої речовини. Це самий інтенсивний з усіх біогеохімічних циклів. Незважаючи на незначну концентрацію СO2 у сучасній атмосфері (0.032 % по об’єму, або 2.3·1012 т), власне за рахунок цього компонента зелені рослини в процесі фотосинтезу здійснюють первинне утворення органічної речовини. У найбільш загальних рисах кругообіг вуглецю в природі можна представити наступним чином. Рослини поглинають з атмосфери вуглекислий газ CO2 і в процесі фотосинтезу утворюють з нього вуглеводи, які є вихідним матеріалом для формування їх тканин. В організми тварин вуглець надходить при споживанні рослинної маси (готової органічної речовини). Рослиноїдних поїдають м’ясоїдні, а тих та інших - хижаки II-го порядку (у т.ч. й людина). Більша частина CO2 в результаті процесів дихання та розкладання залишків мертвих організмів повертається в атмосферу. Внаслідок неповної мінералізації біомаси утворюються каустобіоліти. При взаємодії СO2 з різноманітними компонентами гірських порід вуглець 54

включається до складу мінералів. При руйнуванні та фізико-хімічному вивітрюванні мінералів і гірських порід, особливо карбонатних та збагачених органічною речовиною, деяка частина СO2 повертається в атмосферу. Викиди СО та СO2 при вулканічних виверженнях в процесах кругообігу вуглецю у наш час істотної ролі не відіграють. АТМОСФЕРА - 712 (річний приріст - 3) 92.5

~40

55

90

Поверхневі води: розчинена неорганічна речовина - 70 розчинена органічна речовина - 25 річний приріст - 0.3 Первинна Дихання, продукція 40 36 розклад Біота поверхневих ~38 вод - 3 Детрит 4 Середні та глибокі води: розчинена неорганічна речовина - 36700 розчинена органічна речовина - 975 річний приріст ~2.5 ОКЕАН

110

Вирубка лісів - 1-2

Короткоживуча біота - 130 Продукти розпаду 54-50

Довгоживуча біота - 700 40

15

Опад 60 <1

2-5 2-5

Ґрунт 1500

Торф ~160 <1

5

Викопне паливо (нафта, вугілля, газ) 5000-10000

СУША

Осадові породи - 20000000

Рис.2.6. Кругообіг вуглецю та його запаси у біосфері (в млрд.т) [98]

Споживання СO2 з атмосфери відбувається не тільки внаслідок його асиміляції1 рослинами в процесі фотосинтезу, але й в результаті розчинення природними водами (рис.2.7). Найважливішим регулятором вмісту вуглекислого газу в атмосфері є океан. Кількість CO2, розчиненого в океанічних водах, у 50-100 разів перевищує його вміст в атмосфері. Це зумовлено тим, що розчинність вуглекислого газу у воді набагато вища, ніж інших газів атмосфери, у тому числі й кисню та азоту, які хімічно не взаємодіють з водою. Так, хоча парціальний тиск CO2 в атмосфері становить лише 0.23, а кисню - 158.8 мм рт.ст., один літр морської води при температурі 0°С здатний поглинути 50 см3 вуглекислого газу і тільки 8 см3 кисню. Слід нагадати, що розчинення газів у рідині - процес оборотний, між надходженням газу з повітря в розчин та з розчину у повітря встановлюється динамічна рівновага, при цьому розчинність газу в рідині прямо пропорційна його парціальному тиску (закон Генрі). Якщо концентрація вуглекислого газу 1

Асиміляція - перетворення речовин, що надходять із зовнішнього середовища, у власне тіло організму (в протоплазму його клітин або у відкладені запаси). 55

в атмосфері підвищиться, то, відповідно до закону Генрі, більша частина цього надлишку буде поглинута океаном. Якщо ж, навпаки, вміст газу в атмосфері знизиться, то з океану в атмосферу надійде певна порція цього газу. Частина молекул Вулкани 108 т розчиненого у воді CO2 вступає в хімічну реакцію з водою, утворюючи вугільну кисАтмосфера: Розчинення лоту, яка сама зазнає 12 СаСО3 СО2 10 т 14 подальших хімічних та Океан: СО2 10 т Окислення біохімічних змін. Iони органічних Випадіння Фотосинтез СО32- зв’язуються іоречовин СаСО3 1011 т нами кальцію у нерозПромислова чинний вуглекислий діяльність Нафта та вугілля Вапняк 1016 т кальцій СаСО3, який людини 1015 т осідає на дно океану і утворює вапнякові поРис.2.7. Гідродинамічна модель обміну СО2 між роди. Завдяки цьому атмосферою та Світовим океаном на фоні схеми кругообігу вуглецю1 [98] хімічному процесу протягом мільйонів років відбувається “перекачування” вуглекислого газу з атмосфери в океан, а з океану - у донні відкладення, вапняк. Протягом всієї геологічної історії Землі вуглецю відклалося у десять тисяч разів більше, ніж знаходиться нині в атмосфері. Біохімічні перетворення вуглекислоти полягають у її споживанні фотосинтезуючими організмами, які утворюють органічну речовину, що через харчові ланцюги включається до складу біомаси всіх організмів океану. Мертві організми, або, як їх називають океанологи, детрит (від лат. detritus - стертий), осідають на дно океану, перетворюючись з часом на викопні вугілля та нафту. Кількість вуглекислого газу, похованого разом з цими копалинами, в тисячу разів більша, ніж міститься нині в атмосфері, з якої вони в кінцевому рахунку утворилися. Описані процеси регулювання концентрації СО2 в атмосфері підтримують глобальну систему у рівноважному стані. Неможливо змінити концентрацію вуглецю в жодній з ланок системи без того, щоб не викликати її зміну в усіх інших ланках, що, зрештою, призведе до утворення нового стану рівноваги. Так, якщо концентрація СО2 в атмосфері підвищиться, то значна частина вуглекислого газу за законом Генрі буде поглинута морською водою. Відповідно зросте його споживання організмами, що призведе до додаткового поглинання СО2 океаном і т.д. Ця хвиля інтенсифікації потоку вуглецю дійде до самого кінця ланцюга - до збільшення кількості мертвих організмів (детри1

Слід звернути увагу на різку відмінність оцінки запасів вуглецю у природних резервуарах на цьому та попередньому рисунках. Дані у літературі вельми суперечливі. 56

ту), що випаде на дно океану: рівноважна система реагує на зовнішні зміни таким чином, щоб послабити вияв цих змін. Проте слід мати на увазі, що здатність океану своєчасно регулювати концентрацію вуглекислого газу в атмосфері хоча й значна, проте не безмежна, вона визначається найбільш повільним процесом - надходженням газу з верхніх шарів води у глибинні, зануренням і перемішуванням океанських вод. До виникнення потужної антропогенної складової кругообіг вуглецю у біосфері був практично бездоганним: більша частина річної первинної продукції розкладалася при диханні автотрофів та гетеротрофів, а вуглекислий газ, який видихався, майже повністю компенсував кількість CO2, що забиралася з атмосфери в процесі фотосинтезу. Протягом мільйонів років в природному циклі елементу життя - вуглецю існували геохімічні тупики - відкладання його у вигляді вапняку, нафти і вугілля. У ці тупики з атмосфери безперервно перекачувався й перекачується вуглекислий газ, і зараз в активному обігу знаходиться тільки сота частина вуглецю. Переважна ж його частка захована у “коморах” природи. Проте останнім часом внаслідок діяльності людини (знищення лісів, розорювання цілинних земель, урбанізації, а головне, спалювання горючих корисних копалин і забруднення океанів) цей природний осцилюючий стаціонарний стан порушується. Все більша кількість захованого вуглецю повертається у кругообіг у вигляді СО2 антропогенного походження внаслідок згорання мінерального палива на різних промислових підприємствах, транспорті, в процесі експлуатації родовищ вуглеводневої сировини тощо. За останні 120 років вміст цього газу в повітрі збільшився на 17 % (у середньому - на 0.14 % за рік, а за останнє десятиріччя це зростання досягло рівня 0.36 % за рік). Щоправда, більша частина СО2 (70 %) поглинається океаном й біосферою і лише 30 % залишається в атмосфері [72]. Деякі вчені, наприклад М.Будико, прогнозують подвоєння вмісту вуглекислого газу в атмосфері ще до середини ХХI ст., що спричинить значне (приблизно на 2.5 %) збільшення середньорічної температури на Землі за рахунок парникового ефекту. Коли домінуючою формою життя на Землі були ціанобактерії, тоді кисень був їх токсичними відходами. Ентоні Е. Смарт

2.4.6. Кругообіг кисню Кисень є головною складовою не тільки живої речовини (70 % маси), але й косної (47 % ваги літосфери). Він відіграє найважливішу роль у біогеохімічних процесах, що відбуваються у біосфері - споживається при диханні рослин, тварин, людей та при різноманітних окислювальних процесах (горінні, гнитті органічних залишків тощо). В процесі фотосинтезу вдень листя рослин виділяє O2 і поглинає CO2, а в процесі дихання вночі, навпаки - поглинає O2 і виділяє CO2, тобто рослини як виробляють, так і споживають кисень. 57

При певній концентрації кисень стає токсичним для клітин і тканин живих організмів, однак низька концентрація O2 також погіршує умови їх існування (у високогірних районах повітря розріджене, тут мало кисню, і тому в них практично немає життя - ці райони відносяться до так званих парабіосферних зон). Водорозчинений кисень також відіграє надзвичайно важливу роль. Вміст його у воді зменшується з глибиною, а життєдіяльність водної рослинності можлива тільки вище рівня компенсації, тобто при додатному балансі “фотосинтез - дихання”. В залежності від географічної широти рівень компенсації у воді океану знаходиться на глибинах від 50 до 100-150 м. Середня концентрація O2 в атмосферному повітрі становить 20.946 % по об’єму [98], а маса вільного кисню в атмосфері дорівнює лише 0.05 % від загальної його кількості у біосфері. Основні запаси кисню на Землі зосереджені у карбонатах, оксидах металів та деяких типах органічної речовини. Кругообіг кисню ускладнений його здатністю утворюÐ åçåðâóàð Ñ Î , àò ì îñô åðà ↔ âîäíå ñåðåäîâèù å вати численні сполуки, предÇ ãîðàííÿ ставлені в різних формах. Ô îò îñèíò åç Ä è õà ííÿ Певною мірою кругообіг кисню нагадує зворотний кругообіг вуглекислого газу, оскільÊ îíñóì åíò è Ï ðîäóö åíò è ки рух одного елемента відбуÇ àãè áë³ ò âàðèíè Ç àãè áë³ ò âàðèíè вається у зворотному напрямò à ðîñëèíè, ò à ðîñëèíè, â³äõîäè Ð îçê ëàäàííÿ â³äõîäè ку до руху іншого (рис.2.8). Молекулярний кисень моÐ åäóöåíò è же утворюватися в результаті дисоціації (фотолізу) молеÒ îðô , âóã³ëëÿ, íàô ò à , ã³ðñüê ³ ï îðîäè , ù î кул води у верхніх шарах атì ³ñò ÿò ü âóãëåöü мосферного повітря під дією сонячної радіації, та все ж таÐ åçåðâóàð Î , ки цей газ має розглядатися àò ì îñô åðà ↔ âîäíå ñåðåäîâèù å як переважно біогенний компонент. Кругообіг кисню у Рис.2.8. Кругообіги вуглецю та кисню [2] біосфері відбувається в основному між атмосферою та живими організмами. Процес утворення органічних сполук та виділення O2 під час фотосинтезу є зворотним процесом по відношенню до його споживання гетеротрофами під час дихання, яке супроводжується руйнуванням органічних сполук, взаємодією кисню з воднем, що відщеплюється від субстрату, та утворенням води. Швидкість кругообігу кисню у біосфері становить близько 2000 років - за цей час весь кисень проходить через живі організми. 2

2

58

Головним джерелом надходження кисню у біосферу є морський фітопланктон (мікроскопічні водорості, що живуть у верхніх шарах океану) та наземна рослинність (переважно тропічні ліси), які щорічно виробляють його відповідно близько 414 та 53 млрд.т. Загальна кількість вільного кисню, що накопичився за період існування і діяльності зелених рослин, становить 1.18·1015 т [98]. Постійний склад атмосфери зберігається у природі мільйони років і визначається збалансованістю процесів кругообігу речовини й енергії у біосфері. Проте останнім часом внаслідок посилення техногенного пресу суспільства на навколишнє природне середовище баланс речовин в атмосфері став порушуватися. За останнє сторіччя з повітряного басейну людством вилучено 250-270 млрд.т вільного кисню, а замість нього в атмосферу потрапило 350400 млрд.т вуглекислого газу. Головними споживачами кисню є енергетика, транспорт і промислове виробництво. Так, на кожну тонну чавуну, отриману з руди, витрачається приблизно 150 м3 кисню, на виробництво 1 т сірчаної кислоти - 240 м3, аміаку 500, метилового спирту - 600, ацетилену - 3600 м3. Кисень безповоротно згорає у фабричних та заводських печах, у двигунах автомобілів, кораблів, літаків тощо. Щорічно при згоранні різних видів палива на Землі втрачається понад 20 млрд.т кисню. Тільки при перельоті через Атлантику одним літаком його споживається 70-150 т. Одному автомобілю для пробігу на 300 км потрібно стільки ж кисню, скільки споживає одна людина протягом року. Слід зазначити, що дані різних авторів щодо сучасного споживання кисню людством значно розходяться. Так, деякі вчені вважають, що споживання кисню при сучасному рівні техніки перевищує 20 % його надходження в результаті фотосинтезу рослин [72], за іншими джерелами швидкість утворення кисню нині становить близько 1.55·109 т/рік, тоді як втрачається його 2.16·1010 т/рік, тобто втрати кисню перевищують надходження [98]. Загальновизнано, що біосфера не відтворює повністю антропогенних втрат кисню, проте зменшення його вмісту в атмосфері приладами поки що не реєструється. Якщо ж додати, що діяльність людини призводить до зникнення лісів, пригнічення активності морського фітопланктону тощо, то можна зробити невтішний висновок щодо майбутнього стану кисневого балансу в атмосфері. 2.4.7. Кругообіг азоту В атмосферному повітрі азот є головним компонентом - 78.01 % по об’єму, або 3.8·1015 т [43]. Незважаючи на свою назву (від гр. “azoé” - нежиттєвий, що не підтримує життя та горіння), а також на той факт, що в живій речовині вагова частка азоту становить лише 0.3 %, він відіграє надзвичайно важливу роль у житті всіх організмів, оскільки є необхідною складовою білкових утворень, де його частка досягає 15-19 %. 59

Основним джерелом азоту в біосфері є атмосферне повітря, однак більшість біологічних форм не можуть споживати газоподібний азот - спочатку він повинен перетворитися на неорганічні або органічні сполуки (сечовину, білок, нуклеїнову кислоту). Фіксація азоту, тобто перетворення газу N2 на органічні та неорганічні речовини, відбувається внаслідок електричного та фотохімічного окислення природним (блискавки, космічне випромінювання) чи штучним (виробництво азотних добрив) шляхом, а також завдяки діяльності специфічних азотфіксуючих бактерій, грибів і водоростей, при цьому останній процес є більш вагомим. У природі існує велике різноманіття азотфіксуючих організмів, проте найбільш активними споживачами азоту є симбіотичні бактерії, які утворюють особливі бульбочки на коренях рослин родини бобових (горох, конюшина, боби тощо). Так, на конюшиновому полі площею 100 м2 щорічно перетворюється на нітрати близько 600 кг азоту. В процесі циклу “продуцент-консумент-редуцент” нітрати стають складовою білків (протеїнів), нуклеїнових кислот та ін. При розкладанні органічних відходів та загиблих організмів азот органічних сполук перетворюється на аміак, в результаті окислення якого за участю нітрифікуючих бактерій утворюються спочатку нітрити, а потім - нітрати. Природний цикл азоту (рис. 2.9) завершується процесом денітрифікації - за участю денітрифікуючих бактерій нітрати відновлюються до газоподібного азоту, який знову повертається в атмосферу. ВСЬОГО: фіксується - 92 млн.т денітрифікується - 83 млн.т Відкладається - 9 млн.т

Атмосфера Природна біологічна фіксація на суші (30)

Промислова фіксація (30) Природна біологічна фіксація в океані (10)

Денітрифікація на суші (43 т)

Болота

Озера Денітрифікація в океані (40) Перехід в осадові породи (0.2)

Річки Океан

Ґрунт

Фіксація бобовими культурами (14) Підземні води

Донні відклади

Літосфера

Рис.2.9. Кругообіг азоту (в млн.т) [98]

60

Надходження фіксованого азоту (0.2)

Атмосферна фіксація (7.6)

У водному середовищі також існують численні нітрифікуючі бактерії, проте головну роль тут відіграють здатні до фотосинтезу синьо-зелені водорості (ціанобактерії). В усій біосфері в цілому в результаті процесів біологічної фіксації за рік утворюється 92 млн.т зв’язаного азоту, тоді як втрати його внаслідок денітрифікації становлять лише 83 млн.т, тобто утворюється прибуток азоту у 9 млн.т, який затримується в ґрунтах, річках, озерах, ставках та океані [1]. Природне утворення нітратів неорганічним шляхом відбувається в атмосфері в результаті електричних розрядів під час гроз, але цей процес не відіграє такої істотної ролі, як діяльність нітрифікуючих бактерій. Ще одним джерелом атмосферного азоту є вулканічна діяльність, яка компенсує втрати азоту, що виключається з кругообігу внаслідок седиментації на дні океанічних та морських басейнів. Біологічна фіксація азоту доповнюється також промисловою, в процесі якої азот атмосфери перетворюється на неорганічні та органічні добрива, що застосовуються для підвищення активності продуцентів і росту рослин. Однією з найдивовижніших загадок природи є здатність ферментів при звичайній температурі та тиску спричинювати процес нітрифікації, тоді як для синтезу аміаку у реакторі необхідні температура в сотні градусів та значний тиск. Антропогенна діяльність призводить до значних змін у природному балансі сполук азоту. Значна кількість оксидів азоту викидається в атмосферу внаслідок роботи автомобільних і авіаційних двигунів, електрозварювальних робіт тощо. Дуже багато цих сполук утворювалося під час ядерних вибухів в атмосфері. Оксиди азоту дуже шкідливі, їх наявність у вихлопних газах зумовлює утворення фотохімічного смогу в містах, кислотних дощів, руйнування захисного озонового шару атмосфери тощо. 2.4.8. Кругообіги сірки та фосфору З інших біогенних елементів особливе значення мають біогеохімічні цикли сірки та фосфору. Незважаючи на існування численних джерел газоподібних сполук сірки (H2S, SO2 та ін.), переважна частина її кругообігу має осадову природу і відбувається в ґрунтах та водоймах (рис.2.10). Основним джерелом сірки, доступним для всіх організмів, є різноманітні сульфати. Їх висока розчинність у воді полегшує надходження неорганічної сірки в екосистеми. Поглинаючи сульфати, рослини відновлюють їх та виробляють сіркомісткі амінокислоти. Різноманітні відходи біоценозів розкладаються бактеріями, які відновлюють сірку до сульфідів. Так, донні відкладення Чорного моря містять сіркорозкладаючі та сульфатредукуючі бактерії, що функціонують в анаеробних умовах і здатні відновлювати сірководень до елементарної сірки. З іншого боку, існують бактерії, які окислюють сірководень до сульфатів. Остання фаза круго61

обігу сірки повністю осадова і полягає у випаданні в осад цього елементу в анаеробних умовах у присутності заліза та інших металів. SO4

SO2

SO4 Дощ H2 S SO4

Океан S

Відновлюючий мул боліт H2 S

Сульфобактерії Денітрифікуючі бактерії SO4

Розпад FeS та подібні надходження SO4 у повітря

SO4 Видобуток корисних копалин та нафти

Вугілля та сіркомісткі вуглеводні Сланці та інші сіркомісткі осадові породи

Рис.2.10. Кругообіг сірки [98]

Основні запаси сірки в літосфері знаходяться у вигляді сульфідів та сульфатів. Крім того, сірка надходить в біосферу в результаті вулканічної діяльності, але в значно менших обсягах. Особливо необхідно відмітити антропогенне надходження сірки у вигляді діоксиду (SO2), який є одним з основних забруднюючих інгредієнтів, що викидається в атмосферу при використанні каустобіолітів. Діоксид сірки шкідливо впливає на організм людини, спричинює утворення кислотних дощів, прискорює корозію металічних конструкцій тощо. Кругообіг фосфору відносно простий (рис.2.11). Фосфор є однією із складових живої речовини (0.07 % ваги), він відіграє важливу роль в енергетиці усіх живих організмів (наприклад, у складі АТФ1), а також у синтезі багатьох біологічно активних речовин (нуклеїнові кислоти та ін.). Запаси фосфору, доступні організмам, повністю зосереджені в літосфері (апатити, фосфорити та ін.). Неорганічний фосфор вилуговується водами з порід земної кори, потрапляє у континентальні екосистеми та поглинається рослинами, які за його участю синтезують органічні сполуки й включають фосфор у трофічні ланцюги. Потім органічні фосфати разом із залишками, відходами та виділеннями організмів повертаються в землю, де знову підда1

АТФ - аденозинтрифосфорна кислота, приймає участь в численних метаболічних реакціях, універсальний акумулятор енергії та її джерело для різноманітних процесів у живій клітині. 62

ються дії мікроорганізмів і перетворюються на мінеральні ортофосфати, готові до споживання автотрофами.

Морські птахи

Мінерали: фосфати, апатити, скам’янілості

Включення у біомасу

Екскременти Розчинні фосфати Мінералізація Розчинення Повернення на сушу Ерозія Рибальство Гуано Гуано

Обробіток землі Розчинені фосфати Фітопланктон

Виробництво добрив Апвелінг

Прибережне осадження

Глибинне осадження 1

Рис.2.11. Кругообіг фосфору [98] Без знання основних екологічних законів сучасна освіта, як загальна, так і спеціальна, не може бути повноцінною. Д.Медоуз 2.5. Основні екологічні закони

Основою раціонального природокористування є знання і врахування в практичній діяльності основних екологічних законів, законів розвитку природи і суспільства, найважливіші з яких розглядаються нижче. Одним з вузлових положень в природокористуванні є закон внутрішньої динамічної рівноваги: внутрішня енергія, речовина, інформація і динамічні якості окремих природних систем та їх ієрархії настільки тісно зв’язані між собою, що будь-яка зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структурних змін інших показників, які забезпечують збереження загальної суми якостей системи (ієрархії). Наслідки дії цього закону проявляються в наступному: 1 Апвелінг (від англ. up - вгору та well - линути) - підняття океанічних холодних глибинних вод, багатих на біогенні (біофільні) хімічні елементи. Відбувається в результаті вітрового згону поверхневих вод від крутого материкового схилу в напрямку відкритого моря. Зони апвелінгу найбагатші регіони морського рибного промислу. 63

1. Будь-яка зміна елементів природного середовища (речовинного складу, енергії, інформації, швидкості природних процесів тощо) неминуче призводить до розвитку природних ланцюгових реакцій, що намагаються нейтралізувати ці зміни, або до формування нових природних систем, утворення яких при значних змінах середовища може стати необоротним. 2. Взаємодія речовинно-енергетичних компонентів, інформації та динамічних якостей природних систем є кількісно нелінійною, тобто незначна зміна одного показника може спричинити сильні зміни інших показників та усієї екосистеми. 3. Зміни у великих екосистемах можуть мати необоротний характер. Проходячи вздовж ієрархії знизу вгору - від місця впливу до біосфери в цілому - вони змінюють глобальні процеси і тим самим переводять їх на новий еволюційний рівень. 4. Будь-які локальні перетворення природи викликають у біосфері планети та в її найбільших підрозділах реакції-відповіді, які зумовлюють відносну незмінність еколого-економічного потенціалу, збільшення якого можливе лише шляхом значного зростання енерговитрат. Штучне підвищення еколого-економічного потенціалу обмежене термодинамічною стійкістю природних систем. Закон внутрішньої динамічної рівноваги - один з найголовніших у природокористуванні. Він допомагає зрозуміти, що в разі незначних втручань у природне середовище його екосистеми здатні саморегулюватися і відновлюватися (1-й наслідок), але коли ці втручання перевищують певні межі (які людині слід добре знати) і вже не можуть “згаснути” у ланцюгу ієрархії екосистем (охоплюють цілі річкові системи, ландшафти), вони призводять до значних порушень енерго- і біобалансу на великих територіях та у біосфері в цілому (3-й наслідок). Через відносно необоротний характер зміни в природі досить важко нейтралізувати: їх виправлення вимагає значних матеріальних витрат (4-й наслідок). Iнколи навіть виникає ситуація, сформульована М.Ф.Реймерсом у вигляді афоризму: “Чим більше пустель ми перетворимо на квітучі сади, тим більше квітучих садів ми перетворимо на пустелі”, якщо, звичайно, не будемо користуватися законом внутрішньої динамічної рівноваги для розумного управління природними процесами. Зрушуючи динамічно рівноважний (квазістаціонарний)1 стан природних систем за допомогою значних енерговитрат (наприклад, шляхом розорювання та інших агротехнічних заходів), людина порушує співвідношення екологічних компонентів і досягає збільшення корисної продукції (врожаю) або стану середовища, сприятливого для її життєдіяльності. Якщо ці зрушення 1

Динамічна рівновага - в екології трактується як квазістаціонарний стан, гомеостаз, коливання навколо певного речовинно-енергетичного рівня, які супроводжуються безперервною зміною системи, тобто як “стала нерівноважність” (префікс “квазі” походить від лат. quasi - нібито і підкреслює умовність поняття). 64

“згасають” у ієрархії природних систем (від елементарних біогеоценозів до екосфери планети в цілому) і не викликають термодинамічного розладу у природній системі, то ситуація є сприятливою. Однак надлишкове вкладення енергії і виникнення в результаті речовинно-енергетичного розладу призводять до зниження природно-ресурсного потенціалу аж до опустелювання території (замість квітучих садів утворюються пустелі). У зв’язку з нелінійністю, неповною пропорційністю взаємовідносин екологічних компонентів та появою ланцюгових реакцій очікуваний від перетворення природи ефект може не виникнути або виявитися значно сильнішим, ніж необхідно (2-й наслідок). Це зумовлює необхідність при проектуванні розглядати не тільки місцеві речовинно-енергетичні баланси, але і ймовірні зміни у надсистемах, інакше ігнорування закону внутрішньої динамічної рівноваги призводить до помилок у природокористуванні. Так, наприклад, до 1980 р. у Каспійському морі на заході Туркменистану існувала затока-лагуна Карá-Богáз-Гол, яка з’єднувалася з морем вузькою (до 200 м) одноіменною протокою. З метою зменшення втрат Каспійської води через випаровування протока була перегороджена суцільною греблею, проте утворене озеро швидко обміліло, а солоність води в ньому підвищилася до 310 ‰. Для підтримання мінімально необхідного рівня розсолу в озері у 1984 р. довелося побудувати водопропускну споруду. Помилка при здійсненні проекту полягала в тому, що не були враховані 1-й, 2-й та 3-й наслідки закону внутрішньої динамічної рівноваги, що й спричинило дію 4-го наслідку цього закону. Згідно останнього, слід було або взагалі не будувати греблю, або одразу будувати водорегулюючі шлюзи. В результаті матеріальні та енергетичні витрати значно перевищили початково необхідні. З 1-м наслідком даного закону тісно зв’язаний принцип Ле Шательє Брауна: чим більше відхилення від стану екологічної рівноваги, тим більшими повинні бути енергетичні витрати для послаблення протидії природних систем цьому відхиленню. Цей принцип значною мірою пояснює дію закону зменшення енергетичної ефективності природокористування (див. розділ 2.5.3). Коли ми намагаємося витягнути щось одне, виявляється, що воно зв’язане з усією рештою. Закон Муїра

2.5.1. Структурні закони Закон біогенної міграції атомів (В.I.Вернадського): міграція хімічних елементів на земній поверхні та у біосфері в цілому відбувається під переважаючим впливом живої речовини, організмів. Так відбувалося в геологічному минулому, мільйони років тому, так відбувається і в сучасних умовах. Жива речовина або бере участь у біохімічних процесах безпосередньо, або створює відповідне, збагачене киснем, вуглекислим газом, воднем, азотом, фосфором та іншими речовинами середовище. 65

Цей закон має важливе практичне і теоретичне значення. Розуміння усіх хімічних процесів, що відбуваються в геосферах, неможливе без урахування дії біогенних факторів, зокрема, еволюційних. Нині люди впливають на стан біосфери, змінюючи її фізичний і хімічний склад, умови збалансованої віками біогенної міграції атомів. Це може спричинювати негативні зміни, що здатні саморозвиватися і ставати глобальними, некерованими (опустелювання, деградація ґрунтів, вимирання тисяч видів організмів). Звідси однією з нагальних потреб є збереження живого покриву Землі у відносно незмінному стані. Цей закон визначає необхідність урахування перш за все впливу на біоту при будь-яких проектах перетворення природи. За допомогою цього закону можна свідомо й активно запобігати розвитку небажаних негативних явищ, керувати біогеохімічними процесами, використовуючи “м’які”1 методи екологічного управління. Закон фізико-хімічної єдності живої речовини (В.I.Вернадського): уся жива речовина Землі має єдину фізико-хімічну природу. З цього закону випливає наслідок: те, що є шкідливим для одних видів живих істот, шкодить і іншим видам, тільки, звичайно, різною мірою. Будь-які фізико-хімічні агенти, смертельні для певних організмів (наприклад, пестициди), не можуть не впливати шкідливо і на інші організми, різниця полягає лише у стійкості видів до дії того чи іншого агента. Оскільки у будь-якій популяції завжди присутні різноякісні особини, у тому числі й більш чи менш стійкі до фізико-хімічного впливу, до шкідливого агента скоріше пристосовуються ті популяції, у яких швидкість розмноження організмів і частота чергування поколінь вищі. Через це тривале застосування хімічних методів боротьби із шкідниками рослин та збудниками хвороб людей і тварин екологічно неприпустиме, бо шкідники чи збудники хвороб, які розмножуються значно швидше, швидше пристосовуються і виживають, а дози хімічних агентів доводиться дедалі збільшувати (відповідно зростають і обсяги забруднень). Проте й ці збільшені концентрації агентів виявляються малоефективними, але істотно впливають на здоров’я людей і тварин. Менш очевидний наслідок цього закону полягає в тому, що всередині глобальної живої речовини діє складний взаємозв’язок - у певний геологічний період ніби існує єдина “мережа життя”. Розриви цієї мережі утворюють в ній своєрідні дірки - зменшують стійкість всієї системи. До певної межі це компенсується видами - функціональними аналогами (так, зниклих копитних у степу функціонально замінюють гризуни). Із знищенням значної кількості видів енергетичні потоки стають дедалі більш інтенсивними (“мережа життя грубішає”, “нитки стають більш товстими”). Відбувається масове розмноження організмів, у тому числі вкрай шкідливих чи небезпечних. Цим об1

М’яке управління природними процесами - головним чином опосередкований вплив у природокористуванні шляхом використання природних механізмів саморегулювання, самовідновлення, бажаних природних ланцюгових реакцій. 66

умовлена необхідність збереження певного мінімуму видового різноманіття, який забезпечує сталість всієї біосфери. Оскільки біологічно людина як вид живого також знаходиться у всесвітній “мережі життя”, збереження видів для неї - життєва необхідність, а звідси запорукою “охорони людини” перш за все є охорона живої природи, повноцінного навколишнього середовища. Наведений закон - один з найменш усвідомлених людством і часто-густо мимоволі ігнорується через недостатнє розуміння екологічних закономірностей. Діалектичною протилежністю цьому закону є закон генетичної різноманітності: все живе генетично різне і має тенденцію до збільшення біологічної різнорідності. Двох генетично абсолютних особин (крім однояйцевих близнюків, немутуючих клонів, вегетативних ліній та небагатьох інших винятків), а тим більше видів живого у природі існувати не може. Вказаний закон видається примітивним і загальновідомим, але у природокористуванні його нерідко ігнорують. Це особливо небезпечне у сфері біотехнології (у генній інженерії, виробництві біопрепаратів на основі непатогенних мікроорганізмів тощо), оскільки результат не завжди можна передбачити. Дуже небезпечним є раптове виникнення нових патогенних форм при застосуванні лікарських препаратів через мутації у популяціях хвороботворних організмів. Не виключений також перехід мікроорганізмів, яких застосовують для боротьби з небажаними формами, на корисні для людини види і на саму людину, поширення епіфітотій1, епізоотій2, епідемій3. Закон константності (В.I.Вернадського): кількість живої речовини біосфери (за певний геологічний час) є величиною постійною. Цей закон тісно зв’язаний із законом внутрішньої динамічної рівноваги і є його кількісним виразом для масштабів всієї біосфери Землі. За законом константності будь-яка зміна кількості живої речовини в одному з регіонів біосфери неминуче призводить до такої ж за обсягом зміни речовини в іншому регіоні, тільки із зворотним знаком. Дія цього закону може використовуватися в процесах управління природою, проте слід враховувати, що заміна живої речовини не завжди є адекватною - зазвичай високорозвинуті види та екосистеми витісняються іншими, що стоять на відносно еволюційно (для екосистем - сукцесійно4) більш низькому 1

Епіфітотія (від гр. epí - на, над та phytón - рослина) - широке поширення інфекційних хвороб рослин, викликаних паразитичними грибами (наприклад, фітофторою), бактеріями, вірусами. 2 Епізоотія (від епі... та гр. zóon - тварина) - одночасне поширення захворювання серед великої кількості тварин одного чи багатьох видів на значній території чи акваторії (ящур, чума та віспа свиней, чума та холера птахів тощо). 3 Епідемія (від гр. epidemía) - швидке та безперервне поширення інфекційного захворювання людей в межах певного регіону. 4 Сукцесія (від лат. successio - наступність) - послідовна зміна біоценозів, що спадково виникають на тій самій території під дією природних факторів (у тому числі внутрішніх протиріч розвитку самих біоценозів) або під впливом людини. Як правило, сукцесійна зміна біогеоценозів 67

рівні. Крупні організми замінюються дрібнішими, а корисні для людини форми - менш корисними, нейтральними або навіть шкідливими. Звідси витікає наслідок закону константності - правило обов’язкового заповнення екологічних ніш: пуста екологічна ніша1 (як функціональне місце виду в екосистемі) завжди природно заповнюється. Наприклад, у бамбучниках Південного Сахаліну відсутні дрібні хижаки, їх екологічна ніша заповнена сірими щурами - гризунами, що мають хижі нахили. Iмовірним прикладом цього правила є поява нових захворювань, зокрема СНIДу (синдрому набутого імунодефіциту). Ця хвороба була гіпотетично передбачена більше ніж за 10 років до її виявлення на підставі того, що перемога над багатьма інфекційними захворюваннями людини звільнила екологічні ніші, які неминуче мали бути заповнені [98]. Є досить сумнівним, що зміна існуючого порядку, яким би він не був, принесе настільки очевидну користь, що вона переважить те зло, яке виникне при його порушенні. М.Монтень, XVI ст.

2.5.2. Функціональні закони Закон розвитку природної системи за рахунок навколишнього середовища: будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища. Абсолютно ізольований саморозвиток неможливий це висновок із законів термодинаміки. Цей закон має дуже важливе теоретичне і практичне значення через свої основні наслідки: • абсолютно безвідходне виробництво неможливе (це рівнозначне створенню “вічного” двигуна); • будь-яка більш організована біотична система (наприклад, вид живого) у своєму розвитку становить потенційну загрозу для менш організованих систем (тому в біосфері Землі неможливе повторне зародження життя - воно буде знищене вже існуючими організмами); • біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх та зовнішніх (космічних) ресурсів. Згідно 1-го наслідку, ми можемо розраховувати лише на маловідходне виробництво, тому першим етапом розвитку технологій має бути їх низька ресурсоємність (економність на вході та незначні викиди на виході), другим етапом буде створення циклічності виробництв (відходи одного виробництва можуть служити сировиною для іншого) і третім - організація розумного відбувається у суворій послідовності, порушення якої господарськими втручаннями (всупереч поширеної хибної думки) не завжди призводить до прискорення процесу. 1 Екологічна ніша - функціональне місце виду в екосистемі. Якщо місце існування - це нібито “адреса” організму, то екологічна ніша - це його “фах”. Термін введений Дж.Грінелом у 1928 р. 68

депонування (захоронення) неминучих залишків та нейтралізація неусувних енергетичних відходів (проте всі три етапи можуть відбуватися одночасно). Уявлення, нібито біосфера працює за принципом безвідходності, є хибним, оскільки в ній завжди накопичуються речовини, що вибувають з біологічного кругообігу і формують осадові породи (геохімічні тупики). Згідно 2-го наслідку, вплив людини на природу вимагає заходів з нейтралізації його наслідків, оскільки він може виявитися руйнівним для природи та самої людини. В зв’язку з цим охорона природи - одна з обов’язкових складових соціально-економічного розвитку суспільства. 3-й наслідок закону має особливе значення для довгострокового прогнозування, він повинен враховуватися при розгляданні усіх процесів, що відбуваються на Землі. Закон максимуму біогенної енергії (В.I.Вернадського-Е.С.Бауера): будь-яка біологічна та “біокосна” система, що перебуває в стані “стійкої нерівноваги” (динамічно рухомої рівноваги з довкіллям), еволюційно розвиваючись, збільшує свій вплив на середовище. В процесі еволюції видів, твердить В.I.Вернадський, виживають ті з них, які збільшують біогенну геохімічну енергію. На думку Е.С.Бауера, живі системи ніколи не перебувають у стані рівноваги і виконують за рахунок своєї вільної енергії корисну роботу проти рівноваги, якої вимагають закони фізики та хімії за існуючих зовнішніх умов. Цей закон є досить широким окремим випадком закону максимізації енергії для еволюції і розвитку біосистем та систем за участю живого, але був сформульований значно раніше і фактично служить його повноцінним попередником-еквівалентом. Разом з іншими фундаментальними положеннями закон максимуму біогенної енергії відіграє значну роль у розумінні біосферноекосистемних процесів і є основою для розробки стратегії природокористування та раціональної екополітики. Закон максимізації енергії (Г. та Е.Одумів): у конкуренції систем зберігається та з них, яка найбільше сприяє надходженню енергії та інформації і використовує максимальну їх кількість найефективніше. Для цього така система, здебільшого, утворює накопичувачі (сховища) високоякісної енергії, частина якої витрачається на надходження нової енергії, забезпечує нормальний кругообіг речовин, створює механізми регулювання, підтримки стійкості системи, її здатності пристосовуватися до змін і налагоджує обмін з іншими системами. Максимізація - це підвищення шансів на виживання. Закон рівнозначності умов життя: всі необхідні для життя природні умови середовища відіграють рівнозначні ролі. З цього закону випливає інший - закон сукупної дії екологічних факторів (Е.Мітчерліха-А.Тінемана-Б.Бауле): обсяг урожаю залежить не від окремого, нехай навіть лімітуючого фактора, а від усієї сукупності екологічних факторів одночасно. Частку кожного фактора у сукупній дії можна підраху69

вати. Закон має силу за певних умов - коли вплив монотонний, і максимально виявляється кожний фактор за незмінності інших у тій сукупності, що розглядається. Закон сукцесійного уповільнення: процеси, що йдуть у зрілих рівноважних системах, які знаходяться у сталому стані, як правило, виявляють тенденцію до уповільнення. Звідси виходить безперспективність намагань “поквапити” природу при господарських заходах без виведення її систем з рівноважного стану або створення інших, особливих умов для проведення господарських акцій. Наприклад, акліматизація нового виду дає ефект на початковій фазі, особливо при сприятливій для виду антропогенній зміні природи (біотехнічних заходах), але потім популяційний вибух згасає, відбувається саморегуляція на рівні екосистеми, і, якщо вид не стає масовим шкідником, його господарське значення різко зменшується. Будь-яка меліорація початково дає збільшення продукції, але потім приріст зменшується, і продукція стабілізується на певному рівні. У зв’язку з цим законом ідея міжбасейнового перекидання вод річок Сибіру у Середню Азію та північних річок на південь європейської території колишнього СРСР для цілей зрошення теоретично безперспективна: її здійснення може викликати перехід до сталого стану засолення ґрунтів на значно більших площах, ніж за наявних водних ресурсів. Економічні збитки при цьому досягнуть невиправдано великих розмірів. Закон толерантності (В.Шелфорда): лімітуючим фактором процвітання організму (виду) може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначає ступінь витривалості (толерантності) організму (виду) до даного фактора. Суть цього закону є очевидною: грубо кажучи, погано і недогодувати, і перегодувати, все добре в міру. Відповідно до закону будь-який надлишок речовини чи енергії в екосистемі стає її ворогом, забруднювачем. Закон мінімуму (Ю.Лібіха): стійкість організму визначається найслабшою ланкою у ланцюгу його екологічних потреб. Якщо кількість і якість екологічних факторів близькі до необхідного для організму (або екосистеми) мінімуму, то організм виживає, якщо менші за цей мінімум, то організм гине (екосистема руйнується). Тому при екологічному прогнозуванні, плануванні та експертизі проектів дуже важливо визначити слабку ланку в житті організмів або екосистем. Додаткове правило взаємодії факторів: організм певною мірою здатний замінити дефіцитну речовину або фактор іншою функціонально близькою речовиною чи фактором. Це правило дозволяє здійснювати раціональну заміну дефіцитних чинників на менш дефіцитні, що є важливим в процесах експлуатації природних ресурсів. Закон екологічної кореляції: в екосистемі, як і в будь-якій іншій системі, всі види живої речовини та абіотичні екологічні компоненти функціо70

нально відповідають один одному. Випадіння однієї частини системи неминуче призводить до виключення усіх тісно пов’язаних з нею інших частин та до функціональних змін цілого в рамках закону внутрішньої динамічної рівноваги. Цей закон особливо важливий для збереження видів живого, які ніколи не зникають ізольовано, а завжди взаємозв’язаною групою. Закон оптимальності: жодна система не може звужуватись або розширюватись до безконечності. Цей закон витікає з фундаментального положення теорії систем: розмір будь-якої системи повинен відповідати її функціям. Жодний цілісний організм не може перевищити певні критичні розміри, які забезпечують підтримку його енергетики і які залежать від умов живлення та факторів існування. У природокористуванні наведений закон допомагає знайти оптимальні, з точки зору продуктивності, розміри ділянок полів, вирощуваних тварин, рослин. Багатопільна система землеробства ґрунтується на емпіричному (дослідному) знанні закону оптимальності. Ігнорування закону - створення величезних площ монокультур, вирівнювання ландшафту масовими забудовами тощо - призводить до неприродного одноманіття на великих територіях і викликає порушення функціонування екосистем, екологічні кризи (кліматичні зміни, масові розмноження організмів тощо). Закон послідовності проходження фаз розвитку: фази розвитку природної системи можуть слідувати лише в еволюційно закріпленому (історично, екологічно обумовленому) порядку, зазвичай, від відносно простого до складного, як правило, без випадіння проміжних етапів (але, можливо, з досить швидким їх проходженням чи еволюційно закріпленою відсутністю). Наприклад, метаморфоз комах з повним перетворенням може йти лише в напрямку “яйце - личинка - лялечка - імаго” без випадіння або зміни послідовності будь-якої з фаз. Цей закон необхідно особливо чітко усвідомлювати при розгляданні екологічних процесів типу сукцесії, що нерідко ігнорують, наприклад, намагаючись виростити хвойні лісові культури там, де згідно природного алгоритму зміни порід їм повинні передувати у сукцесійному процесі інші види деревних рослин. Iнколи такі культури вдається виростити, але вони або хворіють, або виявляються настільки нежиттєвими, що гинуть від найменших відхилень у стані навколишнього середовища. З прогресу в минулому виростають проблеми в майбутньому.

2.5.3. Міжсистемні закони Закон обмеженості природних ресурсів: усі природні ресурси (та умови) Землі вичерпні. Планета є природно обмеженим тілом, і на ній не можуть існувати нескінченні складові частини. 71

Закон зменшення природно-ресурсного потенціалу: в рамках однієї суспільно-економічної формації (способу виробництва) та одного типу технологій природні ресурси стають дедалі менш доступними і вимагають збільшення витрат праці та енергії на їх видобування і транспортування. Прикладами можуть бути: мінеральні багатства, що виснажуються у густозаселених та комфортних районах планети і видобуваються з дедалі глибших пластів; сільськогосподарське виробництво, куди вкладається все більше енергії (до 20 % загальної її кількості, що виробляється); гідрогеологічне господарство, яке страждає через дедалі глибше залягання (виснаження) підземних вод тощо. Закон зменшення родючості (ґрунтостомлення): поступове зниження природної родючості ґрунтів відбувається через тривале їх використання (вилучення поживних речовин з врожаєм) та порушення природних процесів ґрунтоутворення, а також в результаті накопичення токсичних речовин, що виділяються рослинами (при тривалому вирощуванні монокультур), залишків пестицидів та мінеральних добрив. Цей процес частково нейтралізується накопиченням біомаси підземних частин культурних рослин, але, головним чином, внесенням добрив (створенням штучної родючості). На сьогодні родючість тією чи іншою мірою втрачена приблизно на 50 % усіх орних угідь світу (від 1.5-1.6 до 2 млрд.га) при середній швидкості втрат близько 7 млн. га/рік [98]. Iнтенсифікація сільського господарства дозволяє отримувати дедалі більші врожаї при менших витратах людської праці і частково нейтралізувати дію закону, але енергетична ефективність виробництва при цьому зменшується. Закон зменшення енергетичної ефективності природокористування1: в процесі одержання з природних систем корисної продукції з часом (у історичному аспекті) на її виготовлення в середньому витрачається дедалі більше енергії (збільшуються також і енерговитрати на одну людину). Так, нині витрати енергії на одну людину за добу майже в 60 разів більші, ніж у часи наших далеких предків. Тільки з початку ХХ сторіччя до наших днів кількість енергії, що витрачається в розвинених країнах світу на виробництво одиниці сільськогосподарської продукції, зросла у 8-10, а промислової - у 10-12 разів при зменшенні частки більш екологічно чистої мускульної енергії. Збільшення енергетичних витрат не може відбуватися безконечно, зокрема, через небезпеку термодинамічної (теплової) та екологічної криз. Його можна і слід розраховувати, плануючи свої стосунки з природою з метою їх гармонізації. Правило міри перетворення природних систем: в ході експлуатації природних систем не можна переходити певні межі, які дозволяють цим системам зберігати властивість самопідтримання (самоорганізації та саморегулювання). 1

Цей закон у самому загальному вигляді був сформульований в минулому столітті українським економістом-марксистом С.О.Подолинським. 72

Закон відповідності між рівнем розвитку виробничих сил та природно-ресурсним потенціалом: розвиток виробничих сил відбувається відносно поступово до моменту різкого виснаження природно-ресурсного потенціалу, який характеризується як екологічна криза. Криза вирішується через революційну зміну виробничих сил (технічна, промислова революція). Не будемо, одначе, занадто втішатися нашими перемогами над природою. За кожну таку перемогу вона нам помститься. Кожна з таких перемог має, щоправда, в першу чергу ті наслідки, яких ми очікували, але в другу й третю - зовсім інші, що дуже часто знищують значення перших. Ф.Енгельс

2.5.4. Емпіричні наслідки екологічних законів Закон однонаправленості потоку енергії: енергія, яку одержує екосистема, і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їх біомасою необоротно передається консументам першого, другого, третього та інших порядків, а потім - редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні в результаті процесів, які проходять водночас із диханням. Оскільки у зворотний потік (від редуцентів до продуцентів) потрапляє дуже мало початкової енергії (не більше 0.25 %), то говорити про “кругообіг енергії” не можна. Закон піраміди енергій (Р.Ліндемана): з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший переходить в середньому не більше 10 % енергії. За цим законом можна виконувати розрахунки земельних площ, лісових угідь з метою забезпечення населення продовольством та іншими ресурсами. Правило одного відсотка: зміна енергетики природної системи приблизно на 1 відсоток (від небагатьох десятих до, як виняток, одиниць відсотків) виводить її з рівноважного (квазістаціонарного) стану. Емпірично це правило підтверджується дослідженнями в галузі світової кліматології та інших геофізичних і біофізичних процесів. Всі крупномасштабні явища на поверхні Землі (потужні циклони, виверження вулканів, процес глобального фотосинтезу), як правило, мають сумарну енергію, що не перевищує 1 % енергії сонячного випромінювання, яке надходить на поверхню нашої планети. Перехід енергетики процесу понад це значення зазвичай призводить до істотних аномалій - різких кліматичних відхилень, змін у характері рослинності, крупних лісових та степових пожеж тощо. Слід мати на увазі, що це правило є ймовірнісним - багато залежить від стану природної системи, в якій відбуваються зміни. Особливе значення правило одного відсотка має для глобальних систем. Їх енергетика, очевидно, принципово не може перейти рівень приблизно 0.2 відсотки обсягу надходження сонячної радіації (рівень енергетики фотосинте-

73

зу) без катастрофічних наслідків. Iмовірно, що це непереборний поріг та ліміт для людства (з нього виходить і небезпека “ядерної зими1”). Правило “м’якого” управління природою: “м’яке” (опосередковане, спрямовуюче, відновлююче екологічний баланс) управління природними процесами, як правило, здатне викликати бажані природні ланцюгові реакції і тому соціально та економічно краще за “жорстке”, техногенне. “М’яке” управління ґрунтується на відновленні колишньої природної продуктивності екосистем або її підвищенні шляхом цілеспрямованого комплексу заходів, що ґрунтуються на застосуванні об’єктивних законів природи і дозволяють скеровувати природні ланцюгові реакції у сприятливому для господарської діяльності людей напрямку. Прикладом може бути співставлення двох форм ведення лісового господарства - суцільної лісосіки (“жорсткий” вплив) та вибіркових рубок (“м’який” вплив). Вважається економічно більш рентабельною суцільна рубка, при якій одразу забирається вся деревина. При вибірковій рубці виникає багато ускладнень технічного порядку, і тому деревина виявляється дорожчою. При суцільних лісосіках ліс відновлюють шляхом масової його посадки, що коштує дешевше, проте при цьому поступово втрачається саме лісове середовище, що призводить до падіння рівня річок, в інших місцях - до заболочування, заростання лісосіки нелісовими видами рослин, які перешкоджають росту лісу, утворення осередків поширення шкідників лісу та інших несприятливих наслідків. Більш низькі початкові витрати “жорсткого” заходу дають такі збитки, відшкодування яких потребує потім значно більших витрат. І навпаки, при вибіркових рубках управління відновленням лісу полегшується через збереження лісового середовища. Більші початкові витрати поступово окупаються в результаті попередження збитків. З цього правила витікає принцип природності (або правило “старого автомобіля”): технічні системи управління природою з часом вимагають дедалі більших витрат аж до повної нераціональності їх подальшої підтримки, і тому природні (“м’які”) форми управління у кінцевому підсумку завжди ефективніші за технічні (“жорсткі”). Принцип облудного благополуччя: перші успіхи (або невдачі) у природокористуванні можуть бути короткочасними - успіх заходу з перетворення природи або управління нею об’єктивно оцінюється лише після з’ясування ходу та результатів природних ланцюгових реакцій в межах природного циклу. Цей принцип ґрунтується на тому, що початково отримується нескомпенсований ефект, який фактично суперечить законам природи, а вже потім - дій1

“Ядерна зима” - модельно прогнозоване різке та довгочасне загальноземне похолодання, яке може відбутися у випадку війни із застосуванням термоядерної зброї і призведе до повної неможливості збереження на Землі вищих форм життя, включаючи людину. Механізм виникнення “ядерної зими” - екранування поверхні планети від надходження сонячного випромінювання внаслідок горіння лісів, торфовищ, горючих корисних копалин тощо. 74

сно об’єктивний результат, який складається із взаємодії природних та антропогенних чинників. Тільки глибокий за часом екологічний прогноз може забезпечити справжній успіх господарського заходу. Наприклад, молоді зростаючі ліси забирають воду й інколи висушують місцевість, сформований лісовий біоценоз спочатку збалансовує вологообмін, а потім поступово призводить до підвищення вологості, однак перестійні ліси інколи знову осушують місцевість. Принцип віддаленості події: явище, віддалене в часі та просторі, видається менш істотним. У природокористуванні цей принцип особливо часто є підґрунтям помилкових практичних дій. Передбачається, що в майбутньому на основі науково-технічного прогресу екологічні проблеми вирішуватимуться легше, ніж зараз. Насправді ж нащадки платитимуть дорожче через більш напружену з часом ресурсну ситуацію аж до докорінного перелому - екологічної (господарської) революції, яка, зазвичай, супроводжується соціальними змінами. Принцип неповноти інформації (принцип невизначеності): інформація при проведенні акцій з перетворення природи завжди недостатня для апріорної оцінки усіх можливих наслідків (особливо у віддаленій перспективі) здійснюваного заходу. Це зв’язане з виключною складністю природних систем, їх індивідуальною унікальністю та неминучістю природних ланцюгових реакцій, напрямок яких інколи важко передбачити. Для зменшення ступеня невизначеності, особливо при експертизі проектів, моделювання необхідно доповнювати безпосередніми дослідженнями у природі, натурними експериментами та виявленням динаміки природних процесів. Цей принцип є важливим обмеженням у застосуванні методу аналогій в екологічному прогнозуванні, оскільки аналогія завжди неповна через індивідуальність природних систем. Принцип інстинктивного заперечення-визнання: факти та закономірності, концептуально заперечувані особою, що складає модель процесу, несвідомо (підсвідомо) виключаються з моделі, а фактам, що визнаються правдивими, інстинктивно надається більша вага, ніж вони дійсно мають (грубо кажучи, кожний бачить те, що хоче бачити). В зв’язку з цим при моделюванні складних багатоаспектних подій та систем, як правило, отримують те, що “хотіли” отримати (до чого свідомо чи несвідомо прагнули), або результат, наближений до суб’єктивно бажаного (але не об’єктивного) положення речей. Неврахування цього принципу - тривіальна помилка при проектуванні (моделюванні) заходів з природокористування.

75

Земля - не вечна благодать. Когда далекого потомка Ты пустишь по миру с котомкой, Ей будет нечего подать. В.Федоров

3. Використання природних ресурсів та антропогенний вплив на навколишнє природне середовище Якщо умовно прийняти вік Землі (4.5 млрд. років) за одну добу (24 години), то в таких часових одиницях життя на Землі існує принаймні 20 годин, перші живі істоти вийшли з моря на сушу 6 годин 35 хвилин тому, ссавці існують 3 години 46 хвилин, а людина - останні 10 секунд. Годі й казати, наскільки різко змінилися склад і характеристики біосфери за ці останні 10 секунд “великого космічного дня” Землі. Корисні копалини, що залишилися в землі - врятовані, а не втрачені. Х.Броді 3.1. Природні умови і ресурси та їх використання

В процесі своєї життєдіяльності людство використовує різноманітні об’єкти, сили і явища природи для прямого чи опосередкованого споживання, створення матеріальних багатств, відтворення трудових ресурсів, підтримання умов існування та підвищення якості життя. Ці природні джерела отримання необхідних людям матеріальних та духовних благ інколи поділяють на умови та ресурси, хоча такий поділ є дещо умовним. Відмінність між природними ресурсами та умовами вбачають у тому, що ресурси приймають безпосередню участь у виробництві, в той час як умови розглядаються не як окремі матеріальні тіла чи об’єкти, а через призму їх властивостей, що можуть відчутно полегшувати або ускладнювати розвиток виробництва, безпосередньо в ньому не використовуючись. Таким чином, під природними умовами розуміють сукупність факторів, сил, організмів, предметів та явищ, що складають особливості навколишнього природного середовища на певній території і мають істотне значення для життя та діяльності суспільства (тобто клімат, рельєф, родючість ґрунтів, характер стоку річок тощо). Зазвичай, природні умови розрізняють за компонентами природного середовища (геологічні, гідрологічні, гідрокліматичні, ґрунтово-кліматичні), територіальною ознакою (наприклад, умови Полісся), часовими показниками (сучасні, умови палеоліту), видами природокористування (сільськогосподарського виробництва, лісового, водного господарства тощо), ступенем і характером змін та ін. Під впливом діяльності людини деякі елементи природних умов можуть зазнавати перетворень. 76

Під природними ресурсами розуміють об’єкти і сили природи, які використовуються (або потенційно придатні до використання) в процесі суспільного виробництва для задоволення матеріальних і культурних потреб людства: як засоби праці (земля, водні шляхи, вода для зрошування), джерела енергії (гідроенергія, атомне паливо, запаси горючих копалин), сировина та матеріали (мінерали, ліси, ресурси води для технологічних цілей), об’єкти споживання (питна вода, дикорослі ягоди, плоди, гриби, продукти мисливства та рибальства), умови життя (простір), рекреаційні ресурси (місця відпочинку та оздоровлення), генофонд (ресурси надійності екосистем, виведення нових сортів та порід), джерела інформації про навколишній світ (керівні палеонтологічні1 форми, еталони природи, біоіндикатори), об’єкти для задоволення естетичних потреб тощо. З огляду на забезпеченість людства природними ресурсами ще донедавна їх було прийнято поділяти на вичерпні та невичерпні. Умовність такого поділу цілком очевидна, оскільки деякі “невичерпні” ресурси під впливом господарської діяльності людини настільки змінюються, що їх використання за прямим призначенням стає неможливим (вода, повітря), і навпаки, окремі “вичерпні” копалини в процесі використання утворюють нові хімічні сполуки, що теж використовуються людством (вторинні ресурси). Тому нині вважається, що всі природні ресурси Землі є вичерпними, різниться лише час їх вичерпання. Умовно невичерпними можна вважати енергію сонця, вітру, морів і океану та земних надр (геотермальну), проте поняття “невичерпності” тут включає лише “необмеженість” отримання ресурсів в часі і не враховує неминучі кількісні обмеження їх практичного використання. В умовах кінцевої за розмірами планети не може бути нічого безкінечного, тому цей термін краще не застосовувати. За можливістю відновлення природні ресурси умовно поділяють на: • абсолютно невідновні - багатства, на утворення яких природа витратила тисячоліття, причому при своєрідних умовах (повністю знищені види організмів, більшість корисних копалин); • частково невідновні - ресурси природи, що відновлюються із швидкістю у сотні тисяч та мільйони разів меншою, ніж відбувається їх використання (запаси торфу, осадових порід та інших корисних копалин);

1 Керівні форми - залишки викопних організмів певної таксономічної категорії та еволюційного часу існування, які мають обмежене вертикальне і широке горизонтальне поширення в осадових породах, що дозволяє стратиграфічно датувати ці породи. Палеонтологія (від гр. palaiós - стародавній та anthología - зібрання квітів) - наука, що вивчає рослинні і тваринні організми минулих геологічних епох у їх історичному розвитку та взаємозв’язку з навколишнім середовищем по викопних залишках та слідах життєдіяльності з метою розуміння історії становлення біосфери і перспектив її подальшого розвитку. 77

• самовідновні - ресурси природи, здатні за порівняно короткі історичні строки, що вимірюються роками й десятиріччями, відновити свою кількість (при попередній якості) за рахунок властивих їм процесів, якщо використання чи знищення їх людиною, а також негативна дія на них різних факторів припиниться чи істотно зменшиться (всі тварини й рослини, чисельність яких не зменшена до критичної для даного виду); • відновні за активної участі людини - ресурси, що мають здатність до самовідновлення, але сприяння цьому процесу з боку людини конче необхідне (рослини і тварини при їх критичній чисельності, мікро- та мезоклімат, родючість ґрунтів, фізичний та хімічний склад повітря й води тощо). За темпами економічного поповнення (за рахунок пошуку нових джерел або удосконалення технологій видобутку) виділяють ресурси поповнювані та непоповнювані. За ступенем необхідності ресурси поділяють на: • абсолютно необхідні - брак чи якісні зміни цих ресурсів призводять до загибелі людини або життєво необхідних для неї організмів (ґрунти, повітря, вода, тепло, сонячна радіація, рослини та тварини, що культивуються); • відносно необхідні - їх збіднення або якісні зміни не загрожують існуванню людини та життєво важливих для неї організмів (усі інші ресурси, у тому числі й потенційні). За ступенем взаємозамінності ресурси поділяють на незамінні, заміна яких іншими ресурсами в дійсному чи майбутньому практично або теоретично неможлива (жива природа, умови існування людей), та замінні, що в принципі можуть бути замінені іншими ресурсами (наприклад, мінеральне паливо - сонячною енергією). Для кожного елементарного чи комплексного ресурсу повинен бути чітко з’ясований ступінь його необхідності та можливість заміни у найближчому чи віддаленому майбутньому. Охорона абсолютно необхідних ресурсів повинна бути особливо суворою як на державному, так і на міжнародному рівнях. За характером рухомості ресурси поділяють на: • безперервно мігруючі з Космосу (сонячна та космічна радіація, метеоритна речовина, космічні радіохвилі, енергія припливів та відливів); • мігруючі в межах Землі (повітря, вода, хімічні елементи, тепло, організми, при цьому ступінь рухомості цих ресурсів може значно різнитися); • відносно нерухомі (всі інші ресурси). Ця класифікація є досить умовною, оскільки деякі ресурси в залежності від конкретних умов можуть бути і досить рухомими, і майже зовсім нерухомими (наприклад, вода в річках та у безстічних озерах). 78

Залежно від напрямів використання всі природні ресурси поділяють на енергетичні, сировинні та продовольчі, хоч і між ними розмежування здійснюється досить умовно (наприклад, основні енергетичні ресурси - нафта, вугілля - одночасно є сировиною для хімічної промисловості; ліс, виступаючи традиційним побутовим джерелом тепла, одночасно є сировиною для хімічних і деревообробних виробництв, осередком багатьох видів продовольства тощо). Загальна класифікація природних ресурсів за М.Ф.Реймерсом (1990) [98] наведена у табл.3.1. Табл.3.1. Класифікація природних ресурсів за джерелами і місцезнаходженням Класифікаційні одиниці 1. Енергетичні ресурси А. Такі, що приймають участь у постійному кругообігу та потоку енергії 1.1. Сонячна енергія

Примітка Будь-які джерела механічної, хімічної і фізичної енергії, природно та штучно активовані

Сонячне випромінювання та всі енергетичні процеси, ним спричинені: енергія вітру, хвиль, морських течій, теплоти повітря, різниці температур поверхневих та глибинних шарів води тощо 1.2. Космічна енергія Усі види космічного випромінювання 1.3. Енергія морських приЕнергія, що виникає під дією сили тяжіння Луни на океанічну пливів та відливів поверхню 1.4. Геотермальна енергія Енергія глибин Землі. Можуть використовуватись природні виходи геотермальних вод, свердловини для отримання таких вод, а також енергія нагрівання газів та рідин, що закачуються в земні глибини 1.5. Гравітаційна енергія та Потенційна і кінетична енергія повітря, води та гірських порід енергія тиску (енергія відносного положення тіл, тиску, різниці тиску, сейсмоенергія тощо) 1.6. Атмосферна електрика Поки що на практиці не використовується 1.7. Земний магнетизм Як джерело енергії поки що не використовується Те ж. Штучно активований атомний розпад використовується в 1.8. Енергія спонтанних хімічних реакцій та природАЕС. ного атомного розпаду 1.9. Біоенергія Усі форми енергії, що отримуються від живих організмів та в результаті переробки їх тіл чи продуктів життєдіяльності - від спалювання деревини до отримання технічного спирту та біогазу 1.10. Вторинні форми енер- Тепло, що відходить, електромагнітні та радіаційні відходи, гогії рючі тверді відходи тощо Б. Депоновані енергетичні ресурси 1.11. Нафта 1.12. Природний газ 1.13. Вугілля 1.14. Сланці Включаючи так звану мікронафту - бітумоподібні речовини 1.15. Торф В. Штучно активовані джерела енергії 79

1.16. Атомна енергія 1.17. Термоядерна енергія

Енергія, що отримується в результаті розщеплення атомного ядра Енергія, що отримується в процесі злиття більш легких атомних ядер у більш важкі (енергія керованого термоядерного синтезу)

2. Атмосферні газові ресурси 2.18. Ресурси окремих газів Особливе значення має озоновий екран, О2 та СО2 атмосфери 2.19. Газові складові гідроГази, розчинені у воді. Зазвичай їх не розглядають як ресурси, сфери але у випадках рибних заморів вони набувають такого значення. 2.20. Газові складові ґрунтів Ґрунтове повітря, необхідне для дихання коренів рослин 2.21. Озоновий екран 2.22. Фітонциди1 та ін. біо- Ще дуже слабо освоєна людством ресурсна група, яка станогенні леткі речовини вить важливу умову для збереження здоров’я людей 2.23. Іонний склад атмосфе- Важкі та легкі іони, певна концентрація та співвідношення ри яких служать передумовою збереження здоров’я людей 2.24. Газові забруднення Група “антиресурсів”, тобто агентів, що знецінюють інші ресурси. У той же час багато газових викидів можуть залучатися у процес виробництва 3. Водні ресурси 3.25. Атмосферна волога 3.26. Океанічні (морські) во- У даний час стали обмеженим ресурсом у зв’язку з їх забрудди ненням. Особливо важливою є поглинаюча спроможність морських вод, наприклад, здатність антропогенної вуглекислоти розчинюватися в них 3.27. Континентальні воВоди озер, водосховищ, ставків: прісні, солонуваті та солоні дойми 3.28. Водотоки Річки, струмки, поверхневий та глибинний стік 3.29. Тимчасові малі замкне- Калюжі, мілководні пересихаючі озера, інші невеликі тимчасоні водойми ві басейни. Їх особливе ресурсне значення зумовлене тим, що вони служать водопоями для диких тварин, місцями для виплоду безхребетних тварин, зростання водної рослинності тощо 3.30. Волога, зв’язана в рос- Особливого ресурсного значення набуває в аридних2 регіонах линах та тваринах 3.31. Рідкі поверхневі заВід забруднень у звичайному розумінні слова до зайвої вологи бруднювачі в природних екосистемах. “Антиресурси”, як і газові забруднення 3.32. Гідрогеологічні ресурси Підземні води - підґрунтові та глибинні 3.33. Ґрунтова волога Вільна та зв’язана (молекулярна) у ґрунті 3.34. Глибинні рідкі забруд- Забруднювачі, що природно просочуються, штучно закачуютьнювачі ся та виникають в результаті ланцюгових хімічних реакцій. Можуть використовуватись як ресурси і є небажаними як “антиресурси” Уся група природних ресурсів, зв’язаних з доступною людині 4. Ресурси літосфери земною товщею 1

Фітонциди (від гр. phytón - рослина та лат. caedo - вбиваю) - хімічно активні продукти виділення рослин, переважно газоподібні, що пригнічують або згубно діють на мікроорганізми (бактерії, гриби тощо), у тому числі й хвороботворні. 2 Аридність (від лат. aridus - сухий) - сухість клімату, яка призводить до браку вологи для життя організмів. 80

А. Ґрунтово-земельні 4.35. Ґрунти

4.36. Підґрунти та гірські (материнські) породи 4.37. Кріогенні субстрати 4.38. Ґрунтові забруднення 4.39. Ерозія ґрунтів Б. Геоморфологічні 4.40. Геоморфологічні структурні ресурси 4.41. Геоморфологічні просторові ресурси 4.42. Геологічні глибинні ресурси В. Неенергетичні мінеральні ресурси 4.43. Металічні руди 4.44. Неметалічні руди 4.45. Нерудні копалини, у тому числі й керівні 5. Ресурси рослин-продуцентів 5.46. Генетико-видовий склад рослинності 5.47. Біомаса рослин 5.48. Первинна продуктивність 5.49. Господарсько цінна продукція рослинності 5.50. Системно-динамічні якості фітоценозів 5.51. Очищувальна здатність рослин 5.52. Ботанічні “забруднювачі” 6. Ресурси консументів 6.53. Генетико-видовий склад консументів 6.54. Біомаса консументів 6.55. Вторинна біологічна продуктивність 6.56. Господарська продуктивність консументів

Природне утворення, що виникає в результаті взаємодії організмів, атмосферного повітря, природних вод, геологічних порід в умовах різної широти місцевості, клімату, рельєфу, характеру рослинності Шари літосфери, що залягають нижче горизонту ґрунтоутворення або виходять на земну поверхню, але не мають явних ознак життя. Служать субстратом для ґрунтоутворення на суші та ареною життя на дні океану Головним чином льодовики і багаторічна мерзлота північних широт та високогір’я Переважно засолення та підкислення ґрунтів, а також забруднення їх важкими металами і нафтою. Група “антиресурсів” “Антиресурс” Умови ведення господарства, зв’язані з геоморфологічним розташуванням місцевості Умови ведення господарства, що виникають в зв’язку з особливим географічним положенням Умови ведення господарства, зв’язані із сейсмічністю, загрозою зсувів та ін. геологічними процесами. Головним чином “антиресурси” Корисні включення, що не зосереджені у певній гірській породі або дуже розосереджені у ній

Види рослин, збереження яких забезпечує сучасний вигляд екосистем планети Її продуктивність, яка залежить від первинної продуктивності та господарських способів вирощування (агротехніки, селекції тощо) Шкідливі для господарства інтродуценти. “Антиресурс”

Види тварин і рослин - консументів, що відіграють роль регуляторів в екосистемах 81

6.57. Системно-динамічні якості консументів 6.58. Роль консументів (особливо тварин) як санітарів, обпилювачів, поглиначів хімічних речовин 6.59. Консументні “забруднювачі” 7. Ресурси редуцентів 7.60. Генетико-видовий склад редуцентів 7.61. Біомаса редуцентів 7.62. Фізико-хімічна активність редуцентів 7.63. Системно-динамічні якості редуцентів в екосистемах 7.64. Мікробіологічні (включаючи вірусні) забруднення 8. Кліматичні ресурси 8.65. Природні кліматичні ресурси 8.66. Змінені кліматичні ресурси 9. Рекреаційно-антропоекологічні 9.67. Ресурси природного середовища оптимуму повсякденних життєвих умов людства 9.68. Ресурси відпочинку 9.69. Лікувальні природні ресурси 9.70. Природно-осередкові захворювання та трансмісивні хвороби 10. Пізнавально-інформаційні ресурси 10.71. Природно-еталонні ресурси 10.72. Природно-історичні пізнавально-інформаційні ресурси 1

Їх роль в екосистемах як керівної та регулюючої підсистеми Вона особливо зростає у ресурсному відношенні в зв’язку з підсиленням впливу людини на природу Аналогічні ботанічним “забруднювачам”. “Антиресурс”

Їх діяльність, що забезпечує розкладання органічних тіл до мінеральних речовин Їх взаємозв’язок, який забезпечує успішність фізико-хімічної активності Окрім організмів, що викликають відомі захворювання, у тому числі пандемії1, цей “антиресурс” включає й нові, раніше невідомі захворювання (наприклад, хвороба легіонерів) Кліматичні показники, змінені головним чином за допомогою технічних засобів (у тому числі ненавмисно, наприклад, клімат міст) та агролісомеліорації Природні умови життя людей та ресурси відпочинку у природі -

Природні агенти, що мають лікувальні властивості Група “антиресурсів”, подібна забрудненням, але в деяких випадках зв’язана з природним фізичним і хімічним фоном (брак йоду в природі призводить до зобу, аномальна кількість фтору - до карієсу зубів тощо) Такі об’єкти і явища природи, які дозволяють людям скласти уявлення про дійсний та минулий стан планети, а також прогнозувати її майбутнє Незаймані природні утворення (заповідники, опорні геологічні розрізи, палеонтологічні поховання тощо), які дозволяють судити про природний стан довкілля, датувати поклади, розшифровувати геологічну історію Землі тощо Культурні шари та змінена людиною природа, вивчення яких дозволяє судити про минуле людства та, частково, про майбутній розвиток природи в місцях, де вона менш порушена лю-

Пандемія (від гр. pandemía - весь народ) - епідемія, що охопила увесь світ або переважну його частину (наприклад, пандемія грипу, СНIДу тощо). 82

диною, ніж у досліджуваному регіоні 11. Ресурси простору і часу 11.73. Ресурси простору (територіальні, водного та повітряного, включаючи ближній космічний простір) 11.74. Ресурси часу

В зв’язку із засмічуванням та іншими видами забруднення, а також в зв’язку із зростанням чисельності населення Землі значення цих ресурсів швидко зростає Загострення екологічних проблем залишає все менше часу для їх вирішення

Оцінки природноресурсного потенціалу, як правило, здійснюють за трьома напрямками: • якісному, що являє собою описову характеристику наявних природних ресурсів (з позицій визначення сприятливих чи несприятливих передумов господарювання); • кількісному, при якому всі компоненти природи оцінюють за спеціальними системами балів або у показниках фізичних величин (маса, об’єм); • економічному, де визначають додаткові витрати на подолання несприятливих умов для життя і праці людей, організації виробництва, роботи транспорту тощо. Під час визначення ресурсів води, корисних копалин користуються поняттями “ступінь вивченості” та “ступінь розвіданості” ресурсів. Так, вітчизняні геологи розрізняють чотири ступеня вивченості ресурсів корисних копалин1: • А - родовища детально розвіданих і вивчених ресурсів, які можна передавати в експлуатацію; • В - попередньо розвідані ресурси з приблизно визначеними межами поширення родовищ; • С1 - слабо розвідані та вивчені родовища; • С2 - перспективні райони розвідки родовищ корисних копалин, виділені на основі наукових прогнозів. З кожним роком суспільство все ширше використовує усі види природних ресурсів, що відчутно зменшує їх запаси у так званих “коморах природи”, а відтак закладає підвалини до серйозних регіональних і глобальних порушень у навколишньому середовищі. Застосування й переробка людиною природних ресурсів супроводжується поверненням у довкілля залишків та відходів, які забруднюють біосферу, знижують цінність інших, ще не використаних ресурсів. Слід зазначити, що такі умовно невичерпні природні ресурси, як повітря й вода, потрібні людині не будь-які, а цілком певної якості. А нині у зв’язку з активними викидами в атмосферу та скидами у водойми різних шкідливих відходів діяльності людини вода й повітря на Землі забруднені, а в 1

За кордоном користуються дещо іншими класифікаціями природних ресурсів, але вони близькі за змістом до наведеної. 83

деяких регіонах вони стали шкідливими для здоров’я людей і непридатними для технологічних потреб. Мінеральні й енергетичні ресурси - головне джерело матеріального виробництва суспільства. Основою енергетики людства нині є викопне вуглеводневе паливо: вугілля, нафта, природний газ. I хоча використання вуглеводневих ресурсів та інших горючих корисних копалин, які є прекрасною сировиною для хімічного синтезу, нерозумне як в екологічному, так і в економічному плані, ці невідтворювані природні ресурси, що накопичувалися протягом цілих геологічних ер, продовжують спалюватись для задоволення зростаючих енергетичних потреб індустріального суспільства. Ще Д.I.Менделєєв відмічав, що використання нафти для отримання енергії подібне розпалюванню печі асигнаціями. Навіть у розвинених країнах лише незначна частина нафти використовується як цінна хімічна сировина (наприклад, у Франції тільки 7 % загальної кількості нафти, що імпортується), а більша частина спалюється для отримання енергії. Очевидно, коли людство дійсно вступить у ноосферу, то усвідомить свою помилку, але запаси горючих корисних копалин, особливо нафти та природних газів, на той час можуть виявитися вже вичерпаними. Значною мірою вже вичерпані чи вичерпуються багаті родовища руд металів у верхніх горизонтах земної кори. Нині розробляють бідніші руди (з меншим вмістом корисних компонентів), родовища, що залягають глибше, в складніших геологічних умовах. Це здорожує мінеральну сировину, робить її більш дефіцитною (закон зменшення енергетичної ефективності природокористування). Діяльність людини вносить корективи (здебільшого небажані) у природні кліматичні цикли. Всі джерела енергії, як і ресурси, що їх використовує людство, поділяють на дві групи: відновні (енергія Сонця, вітру, гідроенергія рік, геотермальна, різні види океанічної енергії - морських хвиль, припливів, різниці температур води тощо) та невідновні (викопне паливо, ядерна енергія поділу урану й термоядерна енергія, ще не освоєна промисловістю). Відновні джерела енергії постійно діють у біосфері, і їх використання не призводить до зміни теплового балансу Землі - людина лише перетворює одні види енергії на інші, тоді як загальна кількість тепла у біосфері не змінюється. Використання невідновних джерел енергії призводить до додаткового нагрівання навколишнього середовища. Розрахунки вчених свідчать, що виробництво хімічної, ядерної й термоядерної енергії в обсягах, близьких до 1 % енергії, яку Земля одержує від Сонця, призведе до збільшення середньої температури біосфери приблизно на 1°С. Досі існує небезпека катастрофічних глобальних змін клімату в разі ядерного конфлікту, який може призвести до загибелі не тільки людства, а й біосфери в цілому. Накопичений досвід свідчить, щоб зберегти природне середовище великого регіону в оптимальному стані, тобто не порушити кліматичні умови і за84

безпечити виробництво харчових продуктів у необхідній кількості, а також відпочинок людей, потрібно близько 30 % площі території залишити в стані, наближеному до природного (національні парки, ліси, заказники). Половина з тих 70 % площі, що залишається, має відводитись під виробництво продуктів харчування. Зменшення площ “дикої” природи неприпустиме, бо це неодмінно призведе до екологічної катастрофи. Слід зазначити, що в абсолютно “дикому” стані, недоступному для втручання людини (заповідники), повинні залишатися 3-5 % площі, але ця територія має дуже велике значення, адже забезпечує збереження рідкісних видів тварин і рослин. За оцінками відомого американського еколога Ю.Одума [69], для комфортного існування кожній людині потрібно в середньому 2 га земельної площі: 0.6 га - для виробництва продовольства, 0.2 га - для розселення, промислових і транспортних потреб, і ще 1.2 га повинні залишатися незайманими, що необхідне як для задоволення рекреаційних запитів людини (відпочинок, мандрівки тощо), так і для збереження екологічної рівноваги у біосфері. Саме такі показники покладені в основу розрахункових екологічних нормативів ЮНЕСКО1. Для порівняння, в розрахунку на одного мешканця України припадає в середньому 1.16 га значною мірою трансформованої площі, у тому числі 0.82 га сільськогосподарських угідь, з них 0.65 га - ріллі, тоді як у середньому по Європі останні два показники становлять відповідно 0.44 та 0.25 га [73]. Сукупність видів рослин і тварин Землі становить її безцінний скарб - генетичний фонд. На Землі немає “непотрібних” чи “шкідливих” видів живих організмів, кожний з них відіграє свою незамінну роль, і вилучення його неминуче призводить до зникнення цілого ланцюга інших видів. Так, результати спостережень свідчать, що зникнення лише одного виду вищих рослин автоматично зумовлює зникнення до 30 видів безхребетних тварин, тісно з ним зв’язаних. На нашій планеті сьогодні мешкає понад 500 тис. видів рослин та 1.5 млн. видів тварин, з них до Червоної книги2 занесено 463 види тварин і 684 види рослин, які перебувають під загрозою зникнення [75]. Безкрила гагарка, мандрівний голуб, голуба кінська антилопа, сумчастий вовк, очковий (стеллерів) баклан, тур, тарпан та ін. - усіх цих тварин і птахів більше не існує на Землі вони знищені людиною. Саме через людську діяльність на планеті зникло 150 видів ссавців. Якщо 20 років тому на Землі щоденно зникав один вид, то нині, за даними Всесвітнього фонду охорони живої природи, - один вид на годину. 1 ЮНЕСКО (UNESKO - United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization) - Організація Об’єднаних Націй з питань освіти, науки і культури - міжурядова організація, утворена в 1946 р. як спеціалізована установа ООН, що сприяє укріпленню миру і безпеки, співробітництву народів шляхом поширення освіти, науки й культури. 2 Червона книга - перелік рідкісних організмів та таких, що перебувають під загрозою зникнення. Iснують міжнародний, національні та локальні варіанти Червоної книги, а також окремі Червоні книги рослин, тварин та інших систематичних груп. 85

Основна причина - винищення тропічних лісів. Тільки з 1950 р. зникло понад 40 видів птахів та 40 видів ссавців (тільки в межах Східних Карпат зникло майже 20 видів) [72]. Розвиваючись, людство наростаючими темпами збільшує споживання усіх видів природних ресурсів (тільки за останні 150 років обсяг промислового виробництва збільшився майже в 130 разів). Так, США, країни колишнього СРСР, Західної Європи майже повністю вичерпали запаси вугілля, солі, поліметалів, марганцю, залізної руди, лісу. За підрахунками вчених [105], людство нині активно використовує близько 55 % території суші, 12 % річкової води, 50 % щорічного приросту лісу. Подальший неконтрольований розвиток людської діяльності може мати катастрофічні наслідки для життя всієї планети. Оскільки біосфера Землі є замкненою системою з відносно сталою масою, яка обмінюється з космічним простором лише енергією, людству слід враховувати її стан і здатність самовідновлювати свою біомасу, а також вичерпність сучасних енергоносіїв, зменшити обсяги використання ресурсів, свідомо відмовившись від надлишків, і перейти до тактики і стратегії раціонального ресурсокористування. Природні ресурси - наше загальне багатство, і від нас, від того, наскільки бережливо й раціонально ставимося ми до них, залежить життєва сила і процвітання суспільства. Сильним рукам потрібна тямуща й обережна голова. Б.Раушенбах 3.2. Види антропогенних впливів на довкілля

При всій багатогранності і розмаїтті форм та наслідків впливу суспільства на природу доцільно розрізняти два основні різновиди цього впливу умисний і неумисний, кожен з яких може здійснюватися у прямій чи опосередкованій формі. Прямим називають безпосередній вплив людини на довкілля, який відбувається в процесі її життєдіяльності (дихання, рух, виділення), промислу (мисливство, рибальство, збір дикорослих плодів, ягід, грибів), виробництва (використання або зміна ресурсів), а також в результаті робіт по перетворенню живої й неживої природи. При прямій дії людина використовує різноманітні знаряддя й машини, впливає на навколишнє середовище через підприємства, обладнані потужною технікою. Цей вплив може бути неумисним (стихійним) або умисним, здійснюваним з метою цілеспрямованої зміни ресурсів природи (осушення, зрошення, відтворення організмів тощо). Опосередкований вплив є похідним від прямого впливу, він зумовлений взаємозалежністю елементів природи і здійснюється через ланцюги взаємопов’язаних явищ та вторинних процесів. Безпосередньо змінюючи певний ресурс природи, людина неминуче впливає на пов’язані з ним інші ресурси, інколи через низку проміжних ланок (підтоплення територій при будівництві 86

водосховищ, утворення токсичних речовин при так званому вторинному забрудненні тощо). Опосередкований вплив потребує ретельного прогнозування, оскільки збитки від нього іноді перевищують корисний ефект від основного заходу. Умисний вплив відбувається у процесі матеріального виробництва з метою задоволення певних потреб суспільства і, як правило, пов’язаний з використанням тих чи інших природних ресурсів (палива, руд металів тощо). Прикладами такого впливу можуть бути вирубки лісів (розчищення площ під землеробство, забудову, для потреб деревообробної промисловості), спорудження водосховищ, будівництво населених пунктів, транспортних шляхів тощо. Умисний вплив слід розглядати як об’єкт економіки - він планується, фінансується і координується. Як правило, умисний вплив лежить у сфері державних інтересів, а тому здійснюється через відповідні органи державного управління. Навіть за умов фінансування приватним капіталом умисний вплив на природу, яка являє собою загальнонаціональне надбання, повинен плануватися і координуватися компетентними державними органами, регламентуватися конституцією та відповідними законами. Неумисний вплив суспільства на природу є побічним наслідком різних умисних заходів по перетворенню природи. Так, при будівництві ГЕС спостерігається підтоплення земель в зоні, прилеглій до водосховища, сільськогосподарське виробництво зумовлює забруднення водотоків і водойм змитими мінеральними добривами та отрутохімікатами, виробництво енергії на теплових електростанціях супроводжується викидами сажі та різних шкідливих газів в атмосферу, тепловим забрудненням поверхневих і підземних вод тощо. Неумисний вплив на природу майже завжди носить випадковий характер і призводить до неочікуваних (незапланованих) наслідків - збіднення видового складу тваринного світу, розвитку ерозійних процесів у ґрунтах, збільшення кількості алергійних захворювань і т.п. Звідси витікає й підвищена екологічна небезпека прояву всіх форм неумисного впливу на довкілля. Наведена класифікація певною мірою є умовною, оскільки у житті зазвичай досить складно, а інколи й неможливо відокремити навіть прямий вплив від усіх інших. На який би природний ресурс людина не впливала безпосередньо, вона завжди викликає зміни в інших ресурсах. У більшості випадків сумарний ефект від людської діяльності складається з комбінації прямих та опосередкованих впливів на природу. Відокремлення розглянутих вище форм впливу має пізнавальне значення, оскільки дає можливість виявити характер причинно-наслідкового зв’язку, тобто - зв’язку певної людської діяльності та важливого для нас природного ресурсу.

87

Якщо природа зміниться настільки, що стане заперечувати суть виду “людина розумна”, ніщо не збереже його від долі динозаврів. М.Ф.Реймерс 3.3. Антропогенні зміни довкілля

В процесі свого розвитку людство неминуче призводить до змін у навколишньому природному середовищі. З кожним історичним періодом масштаби зрушень у природі під дією антропогенних чинників невпинно зростають. Нині антропогенний вплив на довкілля набув дійсно глобальних масштабів людство виступає як могутня геологічна сила, що змінює стан екосфери всієї планети (табл.3.2). Через сумацію результатів попередніх впливів та досить низькі темпи відновлення порушених природних ресурсів у біосфері під дією людини спостерігаються наростаючі зміни: збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері, зменшення площі лісів, збіднення видового складу біоти, прискорення біогеохімічного кругообігу речовин, зростання вмісту в усіх компонентах довкілля радіоактивних елементів, важких металів і штучних хімічних сполук. Табл.3.2. Антропогенні зміни навколишнього природного середовища (за М.Ф.Реймерсом) [98] Екологічний компонент та його складові АТМОСФЕРА Кисень (споживання)

Виробництво, зміна, викид або обсяг використання людством в абсолютних у відсотках природної величинах кількості 2·1010 т/рік

Приблизно у 1000 разів більше його надходження, яке становить 3·107 т/рік. Від 12 до 23 % кількості, що виробляється біосферою За прогнозами, до 2000 р. - до 8-16 %, за іншими джерелами - не більше 4 % З ХIХ ст. - на 18 %, усього - на 25 %

Примітка

Дані різних авторів розходяться. Визнано, що біосфера не відтворює антропогенних втрат кисню, проте зменшення кисню в атмосфері приладами поки що не реєструється За рахунок агентів, що нині вже є в атмосфері. Питання недостатньо вивчене

Озон (руйнування)

-

Вуглекислий газ (збільшення)

7·1010 т/рік

Азот (збільшення) Забруднення атмосфери: Сірчистий ангідрид Окис азоту Iнші сполуки азоту Окис вуглецю Завислі у по-

-

На 110 %

1.5·108 т/рік

75 %

5·107 т/рік 1.5·107 т/рік

7.1 % 1.0 %

Спостерігається помітне підкислення опадів -

3·108 т/рік (960-2615)·106

100 % 100 %

Впливають на зміну темпера-

88

Останніми роками темпи збільшення вмісту СО2 дещо уповільнилися -

вітрі речовини (аерозолі) ГIДРОСФЕРА Порушення балансу: Незворотне водоспоживання Незворотний стік із суші в океан Забруднення нафтою Забруднення важкими металами ЛIТОСФЕРА Гірська порода (видобуток з надр)

т/рік

430-570 км3/рік 2135·106 т/рік -

1011 т/рік

Швидкість руйнування ґрунтового покриву (прискорення) Зростання пло- 10 065 000 км2 щі пустель за історичний період ЕНЕРГЕТИКА 8·1012 Вт Пряме виробництво енергії (близько 1010 т.у.п.)

Від підвищення концентрації СО2 Від антропогенного запилення Від випалювання рослинності Втрати від іригації та випаро1

тури повітря біля поверхні Землі

9%

Головним чином за рахунок іригації1 та водосховищ В основному за рахунок отримання води із свердловин. Дані різних авторів розходяться У 3560 разів Нафтовою плівкою вкрито до 1/4 поверхні Світового океану В середньому з ХIХ ст. - Місцями геохімічні аномалії у 10-15 разів відрізняються від катастрофічного рівня на один порядок величин Більше 300 % об’єму Частка власне руд становить твердої речовини, залу- близько 1 % видобутого матеченої у біотичний круго- ріалу обіг суші Від 4-6 до 12000 разів -

6.7 %

У даний час від 10 до 44 га на хвилину. Дані різних авторів не співпадають

Близько 0.02 % енергії Сонця, що надходить на поверхню Землі, до 25 % енергії фотосинтезу

Обсяги зміни енергетики планети людиною поки що недостатньо вивчені. Дані різних авторів істотно розходяться. Вважається, що досягнутий рівень енерговиробництва відстоїть від критичного для біосфери на один порядок величин -

До 60·1012 Вт

Більше за енергію фотосинтезу

6·1012 Вт

Близько 0.4 % енергії, що розсіюється при випаровуванні опадів -

Величина потребує уточнення

-

-

3·1012 Вт 150·1012 Вт

-

Іригація (від лат. irrigatio) - штучне зрошення полів, городів та ін. агроценозів, один з видів сільськогосподарської меліорації. 89

вування з поверхні водосховищ Зміна середньо1.3-3.0°С глобальної температури (прогнозна) РОСЛИНИ З 75 до 26-27 % Зведення лісів світу (зміна лісистості) (25-30)·103 Під загрозою зникнення видів ТВАРИНИ 226-400 видів Знищено Видобувається Близько 80·106 т риби та морепродуктів БIОТА В ЦIЛОМУ Більше ніж у Генетичне різноманіття 100 разів живої речовини (зменшення) Біомаса (зменшення з 1850 р.) 510·109 т Очікуване зменшення до 2000 р. (по органічному вуглецю) Продуктивність на суші Продуктивність в океані

10-25 % середньоглобальної температури

Близько 70 % 10-15 %

0.02-0.04 %

Величини, напевно, завищені через недосконалість моделей клімату Вирубується 20 га/хв., в середньому 18 розрахункових лісосік -

70 % приросту

Під загрозою знищення 1200 видів (напевно, значно більше) -

90 %

Величина потребує уточнення

7-25 % 27-28 %

Дані різних авторів не співпадають -

20 %

-

30 %

Напевно, величина дещо завищена

Майже до XIII ст. людина не завдавала природі надто великої шкоди. Люди використовували для своїх потреб натуральну сировину: глину, деревину, льон, бавовну, шкіру, різні жири, природні барвники тощо. Утворені відходи залучалися силами природи у кругообіг речовин, відбувалося природне самоочищення від них (окисні та відновні реакції, розклад речовин, активна діяльність мікроорганізмів, розчинення, розсіювання і засвоєння елементів рослинами). Але з розвитком хімії, металургії, енергетики і машинобудування, з появою сотень нових синтетичних та мінеральних речовин і величезним їх накопиченням стан справ докорінно змінився. Відходи від синтетичних пральних порошків, нафтопродуктів, важкі метали, нітрати, радіонукліди, пестициди та інші шкідливі речовини не засвоюються мікроорганізмами, не розкладаються, а накопичуються тисячами тонн у ґрунтах, водоймах та підземних водах. Протягом ХХ сторіччя з надр Землі видобуто корисних копалин (мінеральної сировини) більше, ніж за всю історію людства, починаючи з палеолі90

ту, причому значну частину сировини одержано за останніх 25-30 років. Щорічно з надр Землі виймається стільки мінеральних ресурсів, що завантажений ними залізничний потяг 16 разів обігнув би нашу планету. Зі всього цього обсягу сировини людство перетворює на корисні продукти лише 1 %, а решта викидається у навколишнє природне середовище в екологічно небезпечному та отруйному вигляді [75]. Видобуваючи із земних надр щорічно понад 10 млрд.т гірських порід, людство тисячами свердловин, шахт, різних гірських виробок порушує земну поверхню, послаблює міцність верхньої частини земної кори і невпізнанно змінює її вигляд кар’єрами, териконами, горами відвальних порід, шлаконакопичувачами та звалищами. Загальна маса речовин, яка щорічно переміщується під впливом господарської діяльності людини, оцінюється у 2·1013 т, що перевищує сумарні наслідки дії на поверхню суші екзогенних рельєфоутворюючих сил [43]. Щорічні втрати нафти під час видобування становлять близько 25 млн.т на суші, 8 млн.т в океані, та близько 17 млн.т її надходить у повітряний басейн у вигляді пар бензину та інших вуглеводнів. У світі за добу спалюється стільки ж палива органічного походження, скільки природа здатна синтезувати за 1000 років. Підраховано, що за рік у світі спалюється близько 9 млрд.т умовного палива, при цьому в атмосферу викидається понад 22 млрд.т двоокису вуглецю, 1 млрд.т сажі та 700 млн.т двоокису сірки (близько 70 кг на 1 км2 поверхні планети, а в таких індустріальних районах, як Рурський або Донецький, надходження двоокису сірки досягає 100 т/км2, або в 1400 разів більше). Щорічно світова промисловість скидає в річки понад 160 км3 шкідливих стоків. У Cвітовий океан щорічно потрапляє близько 10 млн.т нафтопродуктів, 300 млн.т заліза, 6-7 млн.т фосфору, 3 млн.т свинцю та 7 тис.т ртуті. Людство винищило ліси, скоротивши їх площу більше ніж удвічі. Щорічно 6 млн.га сільськогосподарських угідь перетворюються на пустелі, під час сільськогосподарських робіт розорюється і розпушується понад 3 тис.км3 ґрунту, застосовується близько 500 млн.т мінеральних добрив і 4 млн.т різноманітних отрутохімікатів (пестицидів), більша частина яких осідає в ґрунтах та виноситься поверхневими водами в річки, озера, моря й океани, в дуже значних кількостях накопичується у штучних водосховищах, що живлять водою промислові центри. За останні 45 років використання мінеральних добрив зросло в 43 рази, а отрутохімікатів - у десять разів. Хоча за рахунок цього вдалося тимчасово підвищити врожайність зернових та деяких інших культур вдвічі, картоплі й буряків - на 15-20 %, однак значно збільшилася і забрудненість ґрунтів, ґрунтових вод та вирощених продуктів. Тому в районах підвищеної хімізації сільського господарства захворюваність дітей у 3-3.5 рази більша, ніж в районах з мінімальним використанням хімічних засобів. Вчені застерігають: якщо терміново не змінити, або не поліпшити промислові технологічні процеси, порушення хімічної рівноваги в природному 91

середовищі може стати необоротним. Протягом найближчих 40-50 років кількість окисів заліза в ґрунтах і водах збільшиться в два рази, цинку й свинцю в десять, ртуті, кадмію і стронцію - в 100, миш’яку - в 250 разів. Якщо ж до цього додати здатність біоти накопичувати отруту, то за такої швидкої зміни хімічного складу середовища глобальні порушення у біосфері майже неможливо передбачити. Как же это случилось? Все было так весело, мы заготовляли рога и копыта, жизнь была упоительна, земной шар вертелся специально для нас - и вдруг... I.Iльф, Є.Петров, “Золоте теля” 3.4. Екологічні кризи, катастрофи й революції

Біосфері на кожному етапі її розвитку властива відносна рівновага, яку людина своєю діяльністю порушує, викликаючи регіональні та планетарні зміни оборотного й необоротного характеру. Посилення дії людини на навколишнє середовище призводить до виникнення екологічних криз - напруженого стану взаємовідносин людства і природи, який характеризується невідповідністю розвитку продуктивних сил і виробничих відносин суспільства ресурсо-екологічним можливостям біосфери, що, в свою чергу, супроводжується різким збільшенням впливу зміненої людиною природи на суспільний розвиток. На відміну від екологічної катастрофи, яка є необоротним явищем, де людина виступає як вимушено пасивна, страждаюча сторона, екологічна криза - це оборотний стан, в якому людина є активно діючою стороною. В історичному плані можна виділити декілька етапів зміни людиною фізичних і хімічних характеристик біосфери, які закінчувалися екологічними кризами та відповідними екологічними революціями (якісним оновленням живої речовини, вимиранням одних видів організмів і виникненням інших), а саме (рис.3.1): • зміна середовища існування живих істот, викликана появою прямоходячих антропоїдів - безпосередніх предків людини; • криза відносного збіднення доступних примітивній людині ресурсів промислу та збиральництва, яка зумовила стихійні біотехнічні заходи (наприклад, випалювання рослинності для посилення її росту); • перша антропогенна екологічна криза - масове знищення (перепромисел) крупних тварин через зверхінтенсивне полювання (“криза консументів”); • екологічна криза засолення ґрунтів, деградації примітивного зрошувального землеробства та невідповідності його продуктивності зростанню населення Землі, що призвело до переважного розвитку незрошувального землеробства; 92

• екологічна криза масового знищення та нестачі рослинних ресурсів (“криза продуцентів”), зв’язана із загальним бурхливим розвитком продуктивних сил суспільства (промислова та наступна науково-технічна революції), що призвело до широкомасштабного використання мінерально-сировинних ресурсів, розорювання земель, вирубки лісів тощо; • сучасна криза глобальних змін усіх екологічних компонентів біосфери, загрози неприпустимого глобального забруднення (редуценти не встигають очищувати біосферу від антропогенних продуктів або потенційно не здатні це зробити через неприродний характер синтетичних речовин, що викидаються у довкілля, тому цю кризу можна назвати “кризою редуцентів”), вихід з неї вбачається у найвищому етапі науковотехнічної революції - реутилізації1 продуктів та умовному замиканні технологічних циклів. Вектор посилення антропогенного впливу Революція екологічного планування

Глобальна криза надійності екологічних систем Глобальна термодинамічна (теплова) криза Сучасна глобальна екологічна криза редуцентів та загрози нестачі мінеральних ресурсів

Енергетична революція Науково-технічна революція

Друга антропогенна екологічна криза (продуцентів)

Друга сільськогосподарська революція широкого освоєння незрошуваних земель Сільськогосподарська революція

10-35 тис. років тому 2 тис.років тому 150-350 років тому 30-50 років тому Сучасність

Доантропогенна екологічна криза аридизації ~3 млн. років тому Виникнення предків людини

Біотехнічна революція

35-50 тис. років тому

Криза застосування зрошувального землеробства Перша антропогенна екологічна криза (консументів, перепромислу) Криза збіднення ресурсів промислу та збиральства

Промислова революція

Прогнозний період часу

Рис.3.1. Екологічні кризи та революції (масштаб умовний) [98]

Останній етап розпочався порівняно недавно - не більше 300 років тому і досяг найбільшої гостроти в останні 20-25 років. 1

Реутилізація - використання виробничо-побутових відходів як сировини для іншого виробництва (наприклад, речовин, що містяться у стічних водах, для виробництва хімічних продуктів). 93

Одночасно з “кризою редуцентів” спостерігається загострення двох інших екологічних напружень: термодинамічного (теплового) та зниження надійності екологічних систем. Вони зумовлені екологічним обмеженням обсягів виробництва енергії у нижній тропосфері та порушенням природної екологічної рівноваги у біосфері. Ці екологічні кризи найближчого майбутнього вирішуватимуться на основі енергетичної та еколого-планової екологічних революцій. Перша полягатиме у максимальній економії енергії та переході на використання таких її видів, які майже не додають тепла у приземний шар тропосфери (перш за все сонячної), друга - у регульованій коеволюції1 в системі “суспільство-природа” та побудові ноосфери. Бідність від Бога, а от бруд - ні. Єврейське прислів’я 3.5. Забруднення навколишнього природного середовища

Під забрудненням в екології розуміють внесення у навколишнє середовище чи виникнення в ньому нових, зазвичай не характерних для нього фізичних, хімічних, інформаційних чи біологічних агентів або перевищення природного рівня вмісту цих агентів у середовищі, що нерідко призводить до негативних наслідків. У найбільш загальному значенні забруднювачем2 є все те, що знаходиться у не характерному для природи місці, часовому періоді чи кількості, виводить природні системи з рівноваги, відрізняється від звичайної або бажаної для людини норми. Забруднення може спричинювати будь-який агент, у тому числі й “чистий” (наприклад, зайва по відношенню до природної норми вода у наземній екосистемі є забруднювачем). Причинами забруднення довкілля можуть бути природні, як правило катастрофічні процеси (природне забруднення) або діяльність людини (антропогенне забруднення). Останнє, зазвичай, і мається на увазі при обговоренні проблем забруднення навколишнього природного середовища. Отже, антропогенним забрудненням є несприятливі зміни навколишнього середовища, що цілком або частково спричинені людською діяльністю, прямо чи опосередковано змінюють розподіл потоків енергії, рівні радіації, фізико-хімічні властивості середовища і умови існування живих організмів. Забруднення може відбуватися в результаті надходження у довкілля будьяких твердих, рідких, газоподібних речовин, мікроорганізмів або енергії (у вигляді звуків, шумів, електромагнітного та радіоактивного випромінювання) 1

Коеволюція - паралельна, спільна, взаємозв’язана еволюція системи “суспільство-природа”, яка передбачає регульований, свідомо обмежений вплив людства на природу. При цьому суспільство, розвиваючись за власними законами, повинно лімітувати своє екстенсивне зростання для забезпечення умовно-природного ходу еволюції навколишнього середовища. 2 Слід звернути увагу на інколи невірне застосування терміну “забруднювач” у значенні юридичної чи фізичної особи - винуватця забруднення середовища, що походить через невдалий переклад англомовного виразу “polluter - pays” - “платить той, хто забруднює”. 94

в обсягах, що змінюють властивості компонентів природи чи шкідливо впливають на людину, флору й фауну як безпосередньо, так і опосередковано - через воду, повітря і продукти живлення. Будь-яка забруднююча речовина може поглинатися живими організмами і завдяки багатогранним метаболічним процесам включатися в трофічні ланцюги екосистем, приймати участь у кругообігу речовин в біогеоценозах та шкідливо впливати на флору й фауну. Живі організми прискорюють розповсюдження токсичних речовин, збільшують площі забруднення та акумулюють забруднюючі речовини у своєму організмі (наприклад, ртуть, ДДТ1 тощо). Акумуляція забруднюючих токсичних речовин в живих організмах збільшується на кожному наступному трофічному рівні: • фітопланктон - зоопланктон - ракоподібні та риби-мікрофаги - рибихижаки - баклани (в морських екосистемах); • продуценти - рослиноїдні - м’ясоїдні первинні - м’ясоїдні вторинні (у континентальних екосистемах). Хижаки та людина (макроконсументи), які знаходяться на вершині трофічної піраміди, найбільше потерпають від дії токсичних речовин. Отже, забруднюючи навколишнє середовище, людина, яка відіграє роль суперхижака по відношенню до інших живих організмів, стикається з ефектом бумерангу, тобто головний винуватець забруднення стає й головним відповідачем. Як слушно стверджує один із законів Б.Коммонера: “За все доводиться платити”. Таким є суворий закон природи. Обговорюючи шкідливу дію різних хімічних речовин на здоров’я людини та навколишню живу природу, варто звернути увагу ще на один факт. До впливу здавна існуючих у природі токсичних речовин усі організми були еволюційно підготовлені, бо пристосовувалися тисячі й тисячі років, а до дії нових, які людство почало у великих обсягах продукувати протягом останніх десятиріч, екосистеми еволюційно ще не встигли підготуватися. Ці нові токсичні речовини, що раніше не існували в природі, чужі усьому живому за своєю фізико-хімічною структурою. Вони не можуть перероблятися, розкладатися, окислюватися організмами, їх дія, а також вплив різних нових фізичних випромінювань, шумів, вібрацій призвели до виникнення невідомих раніше в природі генетичних, токсикологічних, алергічних, ендокринних та інших захворювань.

1 ДДТ - інсектицид для боротьби із шкідливими комахами, заборонений для використання через стійкість (період його розкладу - 49 років) та властивість накопичуватися у навколишньому середовищі. Протягом трьох десятиріч застосування знаменитого “дусту” (ДДТ і подібних до нього пестицидів) він розсіювався по всій планеті, навіть на поверхню Антарктиди разом із снігом його випало майже 2.5 тис.т. Тепер відомо, що цей хімічний препарат (як, до речі, і фреони та антибіотики) є дуже шкідливим для здоров’я людини, має здатність накопичуватися в печінці і вже повсюдно міститься в продуктах тваринництва та організмі людини в дозах, що в два-три рази перевищують гранично допустимі концентрації (ГДК). 95

Такими небезпечними новими токсичними речовинами є поліхлоровані біфеніли (ПХБ), полібромовані біфеніли (ПББ), поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ), яких нині виробляється близько 600 видів, нітрозоаміни (особливо, нітрозометилсечовина), полівінілхлорид (міститься в різних плівках, поліетиленових упаковках та трубах, пластиках) тощо. Так, ПХБ набули широкої відомості з 1968 р., коли сталося масове отруєння людей рисовим маслом, забрудненим ПХБ (хвороба юшо). Тоді мали місце масові захворювання шкіри, шлунково-кишкового тракту, нервової системи, народжувалися мертві діти. Дуже негативно ПХБ впливають на печінку, нирки, селезінку і органи розмноження. Перші ознаки отруєння - похудіння, висока стомлюваність, біль у суглобах, випадіння волосся. Нині ПХБ у біосфері поширилися майже так само, як сумнозвісний ДДТ, бо містяться навіть в організмах птахів на Алеутських островах та у пташиних яйцях на Антарктиді. В багатьох морських організмах (планктон, креветки, деякі риби) коефіцієнти накопичення ПХБ становлять десятки й сотні тисяч. Різні сучасні домішки до продуктів харчування, пакувальні матеріали, процеси сушіння, в’ялення, випікання, копчення продуктів є джерелами появи ПАВ у харчовому раціоні людини. Більшість із згаданих речовин (табл.3.3) є канцерогенами і впливають на генетичний апарат людей. Дуже небезпечним є те, що прихований період захворювань через отруєння цими речовинами триває 10-15 років і більше. Табл.3.3. Вплив деяких хімічних забруднювачів на здоров’я людини і тварин Забруднювачі Пестициди, ДДТ Нафтохімікати, бензин Полівінілхлорид Діоксин

Важкі метали, свинець Кадмій

1

Джерела Iнсектициди Розчинники, лікарські препарати, детергенти1 Виробництво пластиків Гербіциди, електроніка, гальмівні і гідравлічні рідини, флуоресцентні лампи Фарби, бензин

Виробництво цинку, батарейок, міндобрив

Вплив на здоров’я Рак, пошкодження печінки, ембріонів, яєць тварин Головні болі, втрата координації, лейкемія, ушкодження кісткового мозку Рак легенів, печінки, депресія центральної нервової системи, токсикація ембріонів Рак, уроджені дефекти, хвороби та ушкодження шкіри, хвороби шлунку, роздратованість Нейротоксикація, головні болі, подразливість, зниження розумової діяльності дітей, пошкодження нирок, печінки Рак у тварин, пошкодження печінки, нирок

Детергенти - синтетичні поверхнево-активні речовини, що використовуються в промисловості і побуті як миючі засоби та емульгатори. Один з основних хімічних забруднювачів водойм через надзвичайну токсичність та стійкість до процесів біологічного розкладу. Утворюють значну піну, яка може розноситись вітром на великі площі і розповсюджувати хвороботворні мікроорганізми та яйця гельмінтів. 96

Iнколи накопичується стільки сміття, що викидати його здається марнотратством. Станіслав Єжи Лец

3.5.1. Класифікація забруднень природного середовища Фахівці класифікують забруднення природного середовища на основі різних принципів: • за умовами утворення - природного і антропогенного генезису; • за типом походження - механічні, фізичні, хімічні та біологічні; • за фізичним станом - енергетичні та матеріальні забруднення, або ж газоподібні, рідкі й тверді забруднюючі речовини; • за часом взаємодії з довкіллям - стійкі і нестійкі; • за способом впливу на біоту - прямої та непрямої дії (через воду, повітря, продукти живлення); • за характером походження - умисні, супутні, аварійно-випадкові, а також первинні та вторинні. За умовами утворення усі забруднювачі поділяють на агенти природного та антропогенного генезису. Забруднювачі природного походження потрапляють у біосферу в результаті вулканічної діяльності, фізико-хімічного вивітрювання ґрунтів та підстилаючих порід, згорання метеоритів, розкладання рослин і тварин тощо. Антропогенні забруднювачі утворюються внаслідок спалювання горючих корисних копалин, викидів та скидів промислових і побутових відходів, при ядерних вибухах, різноманітних аваріях тощо. За типом походження забруднення та шкідливі впливи на біосферу можна умовно поділити на: • механічні забруднення - засмічування середовища агентами, що характеризуються, головним чином, несприятливою механічною дією без фізико-хімічних наслідків1 (наприклад, сміттям); • фізичні забруднення - зміни фізичних параметрів середовища: температурно-енергетичних (теплове забруднення), хвильових (світлове, шумове, електромагнітне), радіаційних (радіаційне, радіоактивне2) тощо; • хімічні забруднення - тверді, газоподібні та рідкі речовини, хімічні елементи і сполуки штучного походження, які надходять у біосферу і порушують встановлені природою процеси кругообігу речовин та енергії (миючі засоби, пластмаси, пестициди та інші синтетичні речовини, похідні вуглецю, сірки та азоту, важкі метали, фтористі сполуки, органічні речовини);

1

Фактично ж засмічування майже завжди супроводжується негативними фізико-хімічними ефектами. Забруднення радіаційне - викликане дією іонізуючого випромінювання. Забруднення радіоактивне - зв’язане з перевищенням природного рівня вмісту радіоактивних речовин у довкіллі. 97

2

• біологічні забруднення - зміни біоценозів через невміле впровадження людиною рослинних та тваринних видів, умисно чи випадково переселених з одного середовища в інше, що призводить до катастрофічного розмноження рослин чи тварин, а також організми, які виникли внаслідок діяльності людини (бактеріологічна зброя, нові віруси тощо). За фізичним станом усі антропогенні забруднення поділяють на дві великі групи - енергетичні й матеріальні. До першої групи віднесені теплові викиди, вібрації, шуми, ультра- та інфразвук, електромагнітні поля, світлове, лазерне, інфрачервоне, ультрафіолетове, іонізуюче, радіоактивне випромінювання тощо. Останнім часом у зв’язку із збільшенням кількості радіостанцій, що працюють в ультракороткохвильовому діапазоні, з’явився ще один вид забруднення - “електронний смог”, який полягає у високій концентрації мікрохвиль, що негативно впливає на здоров’я людини. До другої групи належать: • забруднення атмосфери (газоподібні, пароподібні, тверді, у вигляді туману й змішані); • стічні води (оборотні, умовно чисті та забруднені); • тверді відходи (токсичні та нетоксичні). В свою чергу, забруднюючі речовини за фізичним станом поділяють на газоподібні, тверді та рідкі. Так, наприклад, у загальній кількості антропогенних викидів в атмосферу частка газоподібних домішок становить 90 %, а пилу, важких металів, мінеральних і органічних сполук, радіоактивних речовин, тобто твердих домішок - близько 10 %. Частка ж рідких домішок (наприклад, різноманітних кислот) в атмосферних викидах у порівнянні з газоподібними та твердими дуже мала. Під стійкими антропогенними забруднювачами розуміють такі, що не входять до природного кругообігу речовин і тому довго не зникають, не знешкоджуються природою самостійно (різні пластмаси, поліетилен, деякі метали, радіоактивні речовини з тривалим періодом напіврозпаду тощо). Нестійкі забруднювачі - такі, що діють негативно короткий час і розкладаються, розчиняються чи знешкоджуються в екосистемах завдяки природним фізикохімічним та біохімічним процесам. Під умисними забрудненнями розуміють цілеспрямовані зміни довкілля людиною: знищення лісів, використання родючих земель і пасовищ під забудову, утворення кар’єрів, вилов риби та ін. Супутні забруднення - це поступові зміни стану атмосфери, гідросфери, літосфери окремих регіонів та планети в цілому від комплексного негативного впливу антропогенної діяльності (опустелювання, висихання боліт, озер, морів, поява кислотних дощів, потепління клімату через “парниковий” ефект, зменшення озонового шару тощо). 98

Випадкове забруднення відбувається через аварійні викиди промислових газів або скиди стічних вод (промислових, комунальних, сільськогосподарських). Забруднення також може бути первинним - надходження у середовище забруднювачів, що безпосередньо утворюються в ході природних, природноантропогенних чи антропогенних процесів, а також вторинним - утворення (синтез) небезпечних забруднюючих речовин в результаті фізико-хімічних процесів, що відбуваються у довкіллі. Так, з нетоксичних складових при певних умовах утворюється отруйний газ фосген, а фреони, хімічно інертні біля поверхні Землі, вступають в стратосфері у фотохімічні реакції, виділяючи іон хлору, який є каталізатором при руйнуванні озонового екрану планети. ... разруха не в клозетах, а в головах. М.Булгаков, “Собаче серце”

3.5.2. Основні джерела антропогенного забруднення довкілля Основними джерелами антропогенного забруднення навколишнього середовища є виробники енергії (ТЕС, АЕС, котельні), усі промислові об’єкти (в першу чергу металургійні, хімічні, нафтопереробні, цементні, целюлозно-паперові), екстенсивне, перехімізоване сільськогосподарське виробництво, військові об’єкти, транспорт (морський, річковий, автомобільний, залізничний, повітряний) і гірниче виробництво. Вони забруднюють довкілля різноманітними токсичними речовинами, шкідливими фізичними полями, шумами, вібраціями і теплом. Підприємства теплової енергетики є одними з основних джерел забруднення атмосферного повітря. Так, в Україні на їх частку припадає близько 30 % усіх шкідливих викидів в атмосферу від стаціонарних джерел (тверді частинки, двоокис сірки, окиси азоту, радіоактивні частинки) [73]. Вважається, що використання кам’яного вугілля, як правило, дає більш високі рівні забруднення, ніж використання нафтопродуктів, а нафтопродукти, в свою чергу, більше забруднюють атмосферне повітря, ніж газ. Рівні забруднення залежать також не тільки від виду палива, але й від застосованих технологічних процесів, у тому числі й очистки викидів. Iншою важливою проблемою теплоенергетики є забруднення земель через накопичення значної кількості відходів (золи, шлаків, пилу). Значне забруднення усіх компонентів біосфери відбувається також під час пошуку, розвідки, розробки, транспортування та переробки горючих корисних копалин, що використовуються як паливо. Атомна енергетика також спричинює ряд негативних екологічних наслідків. Атомні електростанції є головними місцями накопичення радіоактивних відходів, проблема остаточного захоронення яких і досі залишається невирішеною. Значну потенційну небезпеку становить проблема спрацьовуван99

ня ядерних реакторів та іншого обладнання АЕС. Страшними наслідками (не регіонального, а планетарного масштабу) загрожують аварії на атомних електростанціях. Майже всі відходи підприємств з видобування та переробки уранових руд - відвали шахтних порід, скиди та викиди (рідкі, газоподібні) є джерелами радіаційного забруднення навколишнього середовища. В них містяться природний уран, торій-232, продукти розпаду уранового та торієвого рядів, у тому числі вони є джерелом надходження у довкілля радіоактивного газу радону. Для природного середовища і людей головну небезпеку становлять крупні хвостосховища та зосереджені в них радіоактивні матеріали (слід зазначити, що при переробці уранових руд тільки 15 % від їх загальної активності вилучається з урановим продуктом, а решта активності переходить у відвали у вигляді хвостів [40]). Об’єкти гідроенергетики також шкідливо впливають на стан навколишнього природного середовища. Їх спорудження призводить до вилучення з користування значних масивів сільгоспугідь, завдає шкоди лісонасадженням і викликає соціальне напруження в районах будівництва. Металургійна промисловість, що включає чорну та кольорову металургію, коксове та прокатне виробництво, а також суміжні допоміжні об’єкти і процеси, є однією з найбільш забруднюючих галузей промисловості. Так, в Україні металургійна промисловість зумовлює близько третини забруднень атмосфери і природних вод [73]. В результаті згорання великої кількості твердого палива (переважно вугілля) навколо металургійних центрів накопичуються такі шкідливі речовини, як вуглеводні й хлорвуглеводні, що мають мутагенні та канцерогенні властивості. Найпоширенішими шкідливими газовими забруднювачами, які переносяться з димами на відстані в десятки й сотні кілометрів (димова труба висотою 250 м розсіює шкідливі речовини в радіусі 70-80 км), є такі: сірчаний і сірчистий ангідриди, окиси азоту, бенз(α)пірен, аміак, сполуки хлору, фтору, сірководень, вуглеводні, окиси вуглецю. Серед твердих часток промислових димів найпоширеніші: частинки вугілля, золи, сульфатів та сульфідів металів (заліза, свинцю, міді, цинку тощо), кремнезему, сполук кальцію, натрію і фосфору. У димах містяться також пари основних кислот, ртуті і фенолу. Вплив на стан навколишнього природного середовища підприємств нафтохімічного комплексу зумовлений викидами в атмосферу вуглеводнів, сірчаної кислоти, сірковуглецю, ртуті, фтористих та інших шкідливих сполук. Хімічна промисловість - одна з основних галузей, де у великих обсягах утворюються токсичні відходи. Тільки в Україні хімічні підприємства щорічно скидають у відкриті водойми близько 70 млн.м3 неочищених або недостатньо очищених стічних вод [73]. Забруднення довкілля постійно підвищується через зростаючі обсяги і токсичність промислових та побутових відходів. Збитки від відходів - це не лише величезні площі землі, зайняті звалищами, териконами, шлакосховища100

ми, відвалами “порожньої” породи біля кар’єрів (наприклад, на площі, де розташовані звалища навколо Києва, можна було б побудувати місто з населенням в 300 тис. осіб), а й небезпечні кількості різних токсикантів, що роками розносяться дощовими водами та вітром у вигляді пилюки і димів. Значним забруднювачем довкілля є транспортна галузь, зокрема її рухомі засоби (автотранспорт, тепловози, літаки, морські та річкові судна), а також стаціонарні об’єкти матеріально-технічного забезпечення (склади пально-мастильних матеріалів, заправні станції, станції технічного обслуговування, майстерні тощо). Рухомі засоби транспорту постачають в атмосферне повітря до 35 % загальної кількості його забруднювачів, з них - до 50 % оксидів вуглецю, до 30 % вуглеводнів та до 20 % азоту. Транспортна галузь (автотранспорт, трамваї, відкриті ділянки метрополітену, залізничні колії, вокзали, сортувальні і вантажні станції, депо, різноманітні засоби гучномовного зв’язку, авіаційний транспорт) є головним джерелом акустичного та вібраційного забруднення населених територій. Значної шкоди довкіллю завдають відпрацьовані гази автомобілів, пально-мастильні матеріали, зливні води після миття транспортних засобів та їх агрегатів, пари різних шкідливих речовин, кислот, матеріалів, які використовуються для ремонту автомобілів. При згоранні 1 кг етильованого бензину в атмосферу викидається близько 0.5-1 г свинцю - ця кількість здатна отруїти на рівні гранично допустимої концентрації (ГДК) від 0.5 до 1 млн.м3 повітря. Пересічно кожен автомобіль (а всього у світі в 1991 р. їх налічувалося більше 0.5 млрд.) за рік збіднює атмосферу на 4350 кг кисню і викидає у повітря 3250 кг вуглекислого газу, 530 кг оксиду вуглецю, 93 кг вуглеводнів, 27 кг оксидів азоту та близько 1 кг свинцю. У 24 великих містах України, зокрема в Києві, Харкові, Севастополі та Одесі, шкідливі викиди у повітря від автотранспорту перевищують 50 % їх загальної кількості. Залізничний транспорт забруднює довкілля відпрацьованими газами тепловозів, нафтопродуктами, фенолом, аерозолями, сміттям, втратами від вантажів, що перевозяться. Тільки в України залізниця щороку споживає близько 170 млн.м3 води, при цьому її безповоротні втрати становлять до 40 %. Щороку в каналізаційні мережі і природні водойми залізниця скидає понад 20 тис.т забруднюючих речовин, з яких майже 50 % - без очищення [65, 73]. Морський та річковий транспорт забруднює поверхневі води відходами харчування, сміттям, нафтою та нафтопродуктами, що значно погіршує екологічний стан морів і річок, особливо у припортових зонах. Авіаційний транспорт та космічні літальні апарати, у вихлопних газах яких містяться оксиди азоту, мають глобальний вплив на озоновий шар атмосфери (особливо надзвукові літаки) з усіма негативними наслідками цієї дії. Так, при виведенні на орбіту станції “Скайлеб” за допомогою носія “Сатурн5” у земній іоносфері утворилося “вікно” діаметром 1800 км, яке затягнулося тільки через 1.5 року. Підраховано, що запуск протягом короткого проміжку 101

часу 125 носіїв подібного типу, що працюють на твердому паливі і викидають особливо багато оксидів азоту, призведе до ліквідації озонового шару Землі [105]. Крім того, авіаційний транспорт спричинює проблеми локального характеру: авіаційний шум, викиди в атмосферне повітря, а також негаразди у районах розташування аеропортів, пов’язані з акустичним дискомфортом та джерелами неіонізуючого випромінювання. Величезної шкоди всій живій природі завдає хімізація сільського господарства. За останні десятиріччя дуже зросли обсяги використання мінеральних добрив та пестицидів, тоді як врожайність неухильно знижується, а ґрунти виснажуються до стану повної деградації, на багато десятиріч втрачаючи родючість. Крім того, пестицидами у світі щорічно отруюються понад 2 млн. осіб (і цей показник невпинно зростає), а в результаті спровокованої людиною еволюції сотні видів комах і так званих “шкідливих” рослин, грибів, гризунів пристосовуються до отрутохімікатів, стають стійкими до них. Яскравий приклад - колорадський жук, який щорічно в усьому світі завдає збитків на багато сотень мільйонів доларів і виживає, чим би його не труїли. Збільшується кількість людей, які страждають від алергій, спричинених пестицидами. Багато пестицидів є канцерогенними, викликають лейкоз і мутагенні зміни в організмі. Значної шкоди довкіллю завдає військова діяльність навіть у мирний час, не говорячи вже про війни, які завжди були екологічним лихом, а після оволодіння людством ракетно-ядерною зброєю виникнення сучасної світової війни загрожує повним знищенням усього живого на нашій планеті. Забруднення навколишнього середовища відбувається в результаті роботи військової промисловості, транспортування військових матеріалів і обладнання, випробування зразків зброї, функціонування військових об’єктів та всього комплексу військових засобів у випадку проведення військових дій. Розрізняють первинне та вторинне військове забруднення довкілля, при цьому останнє виникає внаслідок ланцюгових реакцій - лісових пожеж, задимлювання повітря, хімічних реакцій, які призводять до виникнення нових речовин, інколи дуже токсичних, радіоактивного активування матеріалів, розмноження паразитів, виникнення захворювань тощо. Інтенсивний розвиток електроніки та радіотехніки викликав забруднення природного середовища електромагнітними (неіонізуючими) випромінюваннями (полями). Головними їх джерелами є радіо, телевізійні і радіолокаційні станції, високовольтні лінії електропередач, електротранспорт, побутова техніка (радіотелефони, телевізори, комп’ютери). Кожний обласний центр, багато районних, а також великі міста мають телевізійні центри або ретранслятори, радіоцентри, засоби радіозв’язку різного призначення, високовольтні лінії електропередачі (ЛЕП), лінії електротранспорту, електростанції і підстанції, трасформаторні станції. Поблизу багатьох населених пунктів розташовані потужні військові радіолокаційні станції (РЛС). Рівень електромагніт102

них випромінювань у таких районах часто значно перевищує допустимі гігієнічні норми і дуже шкодить здоров’ю людей, що мешкають поруч. Під впливом гірничих розробок - розвитку кар’єрів, шахт і свердловин істотно змінюються природні ландшафти й екологічні ситуації. Під час підземних розробок виникають пустоти, тріщини в масивах гірських порід, просідання, обвали породи, дренаж водоносних горизонтів і їх осушення, відбувається виділення метану, сірководню тощо. Поверхневі, відкриті розробки корисних копалин супроводжуються великими штучними зниженнями рельєфу (кар’єри, по краях яких розвиваються зсуви, обвали, селі, осипи). Навколо родовищ корисних копалин завжди утворюються відвали пустої породи, терикони, шламосховища. Оскільки руда в кар’єрах видобувається за допомогою вибухів, то від газів, що виділяються, сильно забруднюється атмосфера, далеко навкруги порушується міцність ґрунтів, збільшується тріщинуватість порід і зникають підземні води. Пилюка й газо-димові тверді частинки, які осідають на десятки кілометрів навколо гірничозбагачувальних комбінатів, забруднюють ґрунти, врожайність яких через це знижується на 15-20 %. Більш детально питання забруднення та антропогенних впливів на навколишнє природне середовище в розрізі окремих його компонентів розглянуті у відповідних розділах посібника. ... материя сия столь обширна, что об ней надеюсь говорить особо. М.Є.Салтиков-Щедрін

3.5.3. Радіоактивне забруднення навколишнього середовища Однією з найактуальніших проблем охорони природи є вплив радіації на людину та навколишнє природне середовище. Відомо, що кількість протонів у ядрі атома одного елемента завжди однакова, а кількість нейтронів може відрізнятися, тобто існують ізотопні різновиди елемента (наприклад, ізотопи водню: протій 1Н, дейтерій 2Н, тритій 3Н). Вид атомів одного елемента з певною кількістю протонів і нейтронів у ядрі називають нуклідом (від лат. nucleus - ядро), а нуклід, що характеризується радіоактивністю, - радіонуклідом. Під радіоактивністю розуміють самовільне перетворення нестійкого нукліду в інший нуклід, що супроводжується утворенням іонізуючого випромінювання. Так, з ядра урану 238U, що складається з 92 протонів та 146 нейтронів, час від часу вириваються 2 протони та 2 нейтрони (α-частинка), при цьому уран 238 U перетворюється на торій 234Тh (90 протонів і 144 нейтрони), який також є нестабільним і перетворюється на протактиній 234Ра, і т.д. до утворення стабільного нукліду свинцю 207Pb. Процес самовільного розпаду нестабільного нукліда називають радіоактивним розпадом. Всі радіонукліди нестабільні різною мірою: протактиній 234Ра розпадається майже миттєво, уран 238U - за 4.5 млрд. років, полоній 214Po - за 0.000164 секунди тощо. Час, протягом яко103

го кількість ядер радіонукліду в результаті розпаду зменшується в два рази, називають періодом напіврозпаду. Іонізуюче випромінювання, що утворюється під час радіоактивного розпаду, - це потік заряджених або нейтральних частинок та квантів електромагнітного випромінювання, проходження яких через речовину призводить до іонізації (відриву електронів від атому) та збудження (переходу електронів на збуджений рівень) атомів чи молекул середовища. Всі іонізуючі випромінювання поділяють на фотонні (гамма-, гальмівне, характеристичне, рентгенівське випромінювання) і корпускулярні (альфа-, електронне, протонне, нейтронне, мезонне випромінювання). Корпускулярне випромінювання, яке складається з потоку заряджених частинок (альфа- і бета-частинок, протонів, електронів), кінетична енергія яких достатня для іонізації атомів при зіткненні, відноситься до класу безпосередньо іонізуючого випромінювання. Нейтрони та інші елементарні частинки безпосередньо не викликають іонізації, але в процесі взаємодії із середовищем вивільнюють заряджені частинки (електрони, протони тощо), здатні іонізувати атоми і молекули середовища, через яке вони проходять. Відповідно корпускулярне випромінювання, яке складається з потоку незаряджених частинок, називають опосередковано іонізуючим випромінюванням. Фотонне випромінювання також є опосередковано іонізуючим. Розрізняють такі основні типи радіоактивності: α-розпад, β-розпад і спонтанне ділення. Альфа-частинка складається з двох протонів і двох нейтронів, міцно зв’язаних між собою. В групу бета-частинок об’єднують електрони і позитрони, які випромінюються атомними ядрами при β-розпаді. Гамма-випромінювання являє собою короткохвильове електромагнітне випромінювання. Короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвиль приблизно від 0.0001 ангстремів (1 ангстрем = 10-10 метра) називають рентгенівським, воно виникає від різкого гальмування руху електронів у речовині. Джерелом іонізуючого випромінювання називають об’єкт, який містить радіоактивний матеріал, або технічний пристрій, що утворює чи здатний (при певних умовах) утворювати іонізуюче випромінювання. ... Така ієрархія на перший погляд може видатися надто складною, проте вона являє собою логічно послідовну систему і дозволяє розраховувати узгоджені або зіставимі одна з одною дози іонізуючого випромінювання. І.Рябцев

3.5.3.1. Одиниці вимірювання радіоактивності та доз іонізуючого випромінювання Кількість радіоактивної речовини вимірюється не тільки одиницями маси, але й активністю, яка дорівнює кількості ядерних перетворень (розпадів) в одиницю часу. Чим більше ядерних перетворень зазнають атоми певної речовини за секунду, тим більша її активність. Оскільки швидкість розпаду радіо104

нуклідів різна, однакова вагова кількість радіоактивних ізотопів має різну активність. Одиницею вимірювання активності в системі СI1 є беккерель2 (Бк), який дорівнює 1 розпаду за секунду. В колишньому СРСР застосовували позасистемну одиницю активності - кюрі3 (Кі), яка відповідає активності 1 г радію. Один беккерель дорівнює 27·10-12 Кі, а 1 Кі = 3.7·1010 Бк. Концентрація радіоактивної речовини зазвичай характеризується величиною питомої активності, тобто активністю, що припадає на одиницю маси (Кі/т, мКі/г, кБк/кг тощо). Об’ємна концентрація в рідких чи газоподібних речовинах виражається в Кі/м3, Бк/л тощо. Для характеристики радіоактивного забруднення території використовують основні одиниці активності, віднесені до одиниці площі: Кі/км2, Бк/м2. Біологічна дія іонізуючого випромінювання на живий організм зумовлена іонізацією та збудженням атомів і молекул біологічного середовища. В результаті взаємодії випромінювання з біологічним середовищем живому організму передається певна кількість енергії. Пошкодження, викликані в живому організмі випромінюванням, будуть тим більшими, чим більше енергії воно передає тканинам. Для характеристики цього показника використовують поняття поглинутої дози, тобто кількості енергії, поглинутої одиницею маси (об’єму) опроміненої речовини. Оскільки поглинута енергія витрачається на іонізацію атомів і молекул, що складають речовину, то для її вимірювання необхідно підрахувати кількість пар іонів, що утворилися при опроміненні. Однак виміряти іонізацію безпосередньо в глибині тканин живого організму досить важко. Тому для кількісної характеристики рентгенівського і γ-випромінювання, що діє на об’єкт, визначають так звану експозиційну дозу, яка характеризує іонізуючу здатність рентгенівського і γ-випромінювання у повітрі. Знаючи величину експозиційної дози, можна за допомогою відповідних коефіцієнтів обчислити значення поглинутої дози. За одиницю експозиційної дози в системі СІ прийнятий кулон на кілограм (Кл/кг), тобто така експозиційна доза ренгенівського і γ-випромінювання, при якій спряжена корпускулярна емісія у кілограмі сухого повітря продукує іони, що несуть заряд в один кулон електрики кожного знаку. На практиці дуже часто застосовують прийняту у 1928 р. позасистемну одиницю - рентген4, яка дорівнює 2.58·10-4 Кл/кг.

1

Система СІ (SI - Systéme International) - Міжнародна система одиниць, прийнята в листопаді 1960 р. в Парижі Генеральною конференцією по мірах та вагах. 2 Одиниця названа на честь А.Беккереля, французького фізика, що у 1986 р. відкрив радіоактивність солей урану. 3 На честь подружжя фізиків П.Кюрі та М.Складовської-Кюрі. 4 На честь німецького фізика Вільгельма Рентгена, який у 1895 р. відкрив рентгенівські промені. 105

Слід зазначити, що різні види випромінювань супроводжуються вивільненням різної кількості енергії і характеризуються різною проникаючою спроможністю, тому вони неоднаково впливають на тканини живих організмів: α-випромінювання (потік важких частинок) затримується аркушем паперу і не здатне проникати навіть через зовнішній шар шкіри, але може потрапляти в організм з їжею та повітрям, що вдихається; β-випромінювання проникає в тканини на глибину 1-2 см; рентгенівське та γ-випромінювання може затримуватися лише товстою свинцевою чи бетонною плитою. На початку 1950-х років стало очевидним, що одиниця “рентген” не може забезпечити вирішення усіх метрологічних і практичних завдань радіології, і необхідна універсальна (для всіх видів іонізуючого випромінювання) одиниця для визначення фізичного ефекту опромінювання у будь-якому середовищі, зокрема у біологічних тканинах. Такою одиницею став рад - позасистемна міжнародна одиниця поглинутої дози. Один рад (від англ. rad - radiation absorbed dose) - поглинута доза будь-якого виду іонізуючого випромінювання, при якій 1 г маси речовини поглинає енергію випромінювання, що дорівнює 100 ерг (1 рад = 100 ерг/г = 10-2 Дж/кг). У системі СІ за одиницю поглинутої дози прийнятий джоуль на кілограм, і ця одиниця називається грей (Гр)1. При опроміненні живих організмів біологічні ефекти залежать не тільки від дози, але й від якості випромінювання, яка визначається лінійною щільністю іонізації (лінійною передачею енергії). Чим вища щільність іонізації, тим буде більшим ступінь біологічного пошкодження. Для врахування цього явища був введений коефіцієнт якості k: для рентгенівського, бета- та гамма-випромінювання k = 1, для альфа-випромінювання k = 20 і для нейтронного випромінювання k = 10. Доза, що враховує біологічну ефективність іонізуючого випромінювання, називається еквівалентною поглинутою дозою і дорівнює поглинутій дозі, помноженій на відповідний коефіцієнт якості. Позасистемною одиницею еквівалентної дози є бер - біологічний еквівалент рентгена, 1 бер = 10-2 Дж/кг. В системі СІ одиниця еквівалентної дози зіверт (Зв), 1 Зв = 100 бер. Таким чином, при k = 1 еквівалентна доза 1 Зв реалізується при поглинутій дозі 1 Гр, якщо ж k ≠ 1, то еквівалентна доза 1 Зв утворюється при поглинутій дозі, що дорівнює 1/k Гр. Як правило, еквівалентну дозу використовують тільки для цілей радіаційної безпеки до значень, що не перевищують 0.25 Зв, при короткочасній дії випромінювання на біологічний об’єкт. Слід також враховувати, що одні частини тіла (органи, тканини) є більш чутливими до випромінювання, ніж інші. Наприклад, при однаковій еквівалентній дозі опромінення виникнення раку легень є більш ймовірним, ніж раку щитовидної залози, а опромінення статевих залоз особливо небезпечне через ризик генетичних пошкоджень. Тому дози опромінення органів і тканин 1

На честь англійського вченого Л.Грея. 106

слід розраховувати з різними коефіцієнтами. Коефіцієнти радіаційного ризику для різних тканин (органів) людини внаслідок рівномірного опромінення всього тіла, які встановлені Міжнародною комісією з радіаційного захисту для обчислення ефективної еквівалентної дози, мають такі значення: червоний кістковий мозок - 0.12; кісткова тканина - 0.03; молочні залози - 0.15; легені - 0.12; яєчники або сім’яники - 0.25; щитовидна залоза - 0.03; інші органи - 0.30; організм у цілому - 1.00. Якщо помножити еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти та підсумувати для всіх органів і тканин, можна отримати ефективну еквівалентну дозу, що відображає сумарний ефект опромінення для організму в зівертах. Це індивідуально отримана доза. Поряд з індивідуальними дозами, важливою характеристикою є колективна (популяційна) доза, що є сумою індивідуальних доз, зумовлених певним конкретним джерелом іонізуючого випромінювання, і показує загальний вплив джерела на здоров’я населення. Застосування колективних доз дозволяє проводити порівняння впливу різних джерел іонізуючого випромінювання чи технологій, які його продукують. Колективну ефективну еквівалентну дозу визначають шляхом підсумовування індивідуальних ефективних еквівалентних доз, отриманих групою людей, і виражають у людино-зівертах (люд.-Зв). Колективну ефективну еквівалентну дозу, яку отримають багато поколінь людей від певного радіоактивного джерела за весь період його дії, називають очікуваною (повною) колективною ефективною еквівалентною дозою. Табл.3.4. Одиниці вимірювання радіоактивності і доз іонізуючого випромінювання [113] Фізичні величини та їх символи Активність радіонукліду Поглинута доза

Одиниці вимірювання у системі СІ позасистемні Бк Кі (кюрі) (беккерель) Гр (грей) рад (рад)

Потужність поглинутої дози Еквівалентна доза

Гр/с (грей за секунду) Зв (зіверт)

рад/с (рад за секунду) бер (бер)

Експозиційна доза

Кл/кг (кулон на кілограм) Кл/(кг·с) (кулон на кілограм за секунду); А/кг (ампер на кілограм)

Р (рентген)

Потужність експозиційної дози

Р/с (рентген за секунду)

Співвідношення між одиницями 1 Кі = 3.7·10 розп./с = 3.7·1010 Бк 1 Бк = 1 розп./с = 2.703·10-11 Кі 1 рад = 100 ерг/г = 10-2 Дж/кг = 10-2 Гр 1 Гр = 1 Дж/кг = 104 ерг/г = 100 рад 1 рад/с = 10-2 Дж/(кг·с) = 10-2 Гр/с 10

1 бер = 1/k рад = 10-2/k Дж/кг = 10-2/k Гр 1 бер = 10-2 Зв 1 Зв = 1/k Гр = 1/k Дж/кг = 100/k рад = 100 бер 1 Р = 2.58·10-4 Кл/кг 1 Кл/кг = 3.88·103 Р 1 Р/с = 2.58·10-4 Кл/(кг·с) = 2.58·10-4 А/кг 1 Кл/(кг·с) = 3.88·103 Р/с

У біологічному відношенні важливо знати не просто дозу іонізуючого випромінювання, яку ожержав об’єкт опромінення, а дозу, отриману за одиницю часу. Чим вища потужність дози, тим швидше зростає доза опромінення. Для експозиційної дози в СІ одиниця потужності дози - ампер на кілограм 107

(А/кг), позасистемна одиниця - рентген за годину (Р/год), або її похідні - наприклад, мікрорентген за годину (мкР/год); для поглинутої дози відповідно грей за секунду (Гр/с) та рад за секунду (рад/с), а для еквівалентної дози - зіверт за секунду (Зв/с) та бер за секунду (бер/с). Співвідношення між одиницями СІ та позасистемними одиницями вимірювання радіоактивності і доз іонізуючого випромінювання наведені в табл. 3.4. 3.5.3.2. Природні джерела радіації Дія природного радіаційного фону та техногенних джерел іонізуючого випромінювання на людину може відбуватися різними шляхами. Прийнято розрізняти зовнішнє та внутрішнє опромінювання. Зовнішнє опромінювання зумовлене джерелами, розташованими зовні людини, а внутрішнє опромінювання людини або її органів - радіонуклідами, що знаходяться всередині організму. В організм людини радіонукліди можуть потрапити в результаті вдихання забрудненого повітря, споживання продуктів харчування та води, що містять радіонукліди, надходження радіонуклідів через поверхню шкіри. Основний внесок у середньорічні дози, які отримує людина, зумовлений такими природними джерелами: космічне випромінювання, радіоактивні речовини в ґрунті та будівельних матеріалах, надходження перорально природних радіонуклідів, що містяться у повітрі, продуктах харчування та воді. При цьому вдихання є найбільш вагомим шляхом надходження радіонуклідів, які формують основну частку ефективної дози, за ним йде зовнішнє опромінювання та споживання продуктів харчування, що містять радіонукліди. Середня сумарна індивідуальна ефективна доза зовнішнього та внутрішнього опромінення населення України від усіх джерел радіоактивності природного походження становить 4.86 мЗв/рік [65]. Для більшості населення України діапазон індивідуальних доз опромінення від природних джерел достатньо вузький, проте деякі особи можуть зазнавати опромінення у дозах, що значно перевищують середню величину. Прикладом таких контингентів є групи, що проживають у регіонах, де ґрунти чи гірські породи містять значну кількість природних радіонуклідів, особи, що мешкають у будинках з високою концентрацією радону, а також групи населення, які споживають харчові продукти з високим вмістом радіоактивних речовин. Майже половина зовнішнього опромінювання, що отримує населення від природних джерел, припадає на космічні промені, які або досягають поверхні землі, або, взаємодіючи з атмосферою, породжують вторинне випромінювання і призводять до утворення різноманітних радіонуклідів (тритій 3Н, вуглець 14С, берилій 7Be, натрій 22Na тощо). Ступінь дії космічних променів збільшується на полюсах та з висотою (при підйомі на висоту 4 км над рівнем моря рівень опромінювання за рахунок космічних променів збільшується в 25 разів). Тільки за рахунок використання повітряного транспорту людство отри108

мує за рік колективну ефективну еквівалентну дозу близько 2 тис.люд.-Зв. У будинках доза, яка створюється космічними променями, нижча за рахунок їх екранування міжповерховими перекриттями. Для України, з урахуванням типу житлової забудови та поверховості будинків, середній коефіцієнт послаблення дії космічних променів можна прийняти рівним 0.9. Якщо вважати, що у країнах з помірним кліматом 80 % часу людина проводить всередені приміщень, а 20 % - на відкритій місцевості, то розрахункова середня річна індивідуальна ефективна доза опромінення населення України від космічних променів буде становити близько 0.32 мЗв/рік (для порівняння, середня у світі - 0.38 мЗв/рік). Радіонукліди космічного походження на поверхні землі не роблять суттєвого внеску у дозу зовнішнього опромінення від природних радіонуклідів. З нуклідів земного походження основний внесок у зовнішнє опромінювання роблять калій 40К та радіонукліди сімейства урану 238U і торію 232Th - довгожителів, ровесників Землі. Вміст нуклідів земного походження у ґрунтах визначається як активністю ґрунтоутворюючих гірських порід, так і характером самого процесу ґрунтоутворення. Основне населення планети проживає в місцях, де потужність дози іонізуючого випромінювання становить 0.3-0.6 мЗв/рік, проте в деяких районах відмічаються аномалії: Бразилія, на північ від Сан-Паулу - 250 мЗв/рік; південний схід Індії - у 50 разів більше середньої дози; Іран (м. Рамсер) - 400 мЗв/рік тощо. У цегляних, кам’яних і бетонних будівлях потужність дози у 23 рази більша, ніж у дерев’яних будинках та у будівлях із синтетичних матеріалів. В Україні середня річна індивідуальна доза зовнішнього опромінення зовні будівель становить 0.15 мЗв/рік, а в приміщенні - 0.26 мЗв/рік [65]. Приблизно 2/3 ефективної дози опромінення, яку людина отримує від природної радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапляють всередину організму з повітрям, водою та їжею (внутрішнє опромінювання), з них менша частина припадає на радіонукліди космічного (вуглець 14С і тритій 3Н), а більша - земного походження (переважно ряду урану 238U і торію 232 Th). Головними джерелами фонового опромінювання людини є радон 222Rn, торон 220Rn та продукти їх розпаду, що вдихаються з повітрям, особливо у приміщеннях, які недостатньо провітрюються. Відносна значимість їх внеску зумовлена високим коефіцієнтом якості, який для α-частинок дорівнює 20. Щоб обчислити еквівалентну дозу для легенів, необхідно помножити поглинуту дозу на фактор вагомості 0.12. Таким чином, загальний коефіцієнт переходу від поглинутої до ефективної дози при опроміненні легенів α-частинками становить 2.4 Зв/Гр, що значно вище коефіцієнтів переходу для інших природних джерел. Радон 222Rn являє собою невидимий газ, у 7.5 разів важчий за повітря, який не має ні смаку, ні кольору і є дочірнім продуктом радіоактивного роз109

паду торію 232Th, а той, у свою чергу, - продуктом розпаду урану 238U. Радон вивільнюється із земної кори повсюдно, і найбільш високі його концентрації спостерігаються в зонах розломів, поблизу осередків розвитку радіоактивних руд. Вміст радону у континентальному та океанічному повітрі становить в середньому відповідно 3 та 0.1 Бк/м3. Підвищена радіоактивність характерна і для деяких термомінеральних (радонових) вод. Порівняно з радоном, концентрація продуктів розпаду торону 220Rn в атмосферному повітрі в середньому в 10 разів нижча, але прихована енергія αвипромінювання на одиницю їх активності приблизно в 3 рази вища. Внаслідок малого періоду напіврозпаду торон може надходити у повітря тільки з тонкого поверхневого шару матеріалу, тоді як радон встигає продифундувати із значної глибини речовини. Усередині приміщень радон, торон та продукти їх розпаду накопичуються в основному за рахунок виділення з ґрунту під будівлею та еманіювання з будівельних матеріалів (особливо з підвищеним вмістом радіонуклідів: граніт, пемза, доменний шлак, продукти переробки фосфорних руд - фосфогіпс, кальційсилікатний шлак тощо). У зонах з помірним кліматом концентрація радону в замкнених приміщеннях в середньому у 8 разів вища, ніж у зовнішньому повітрі. В житлові приміщення радон може надходити також із водою та природним газом. У воді з глибоких колодязів та артезіанських свердловин його концентрація є досить значною. Найбільша зареєстрована питома радіоактивність води в системах водопостачання становить 100 млн.Бк/м3. Доза опромінення, зумовлена вмістом радону у воді, утворюється за рахунок надходження питної води через органи травлення та продуктів розпаду радону з повітрям через органи дихання (при нагріванні чи кип’ятінні води радон переходить з водного розчину у повітря). При переробці та зберіганні природного газу більша частина радону, що міститься в ньому, звітрюється, однак у житлових приміщеннях концентрація радону може помітно зростати, якщо кухонні плити, в яких спалюється газ, не обладнані витяжкою. Наведені вище обставини разом з тривалим перебуванням людей в приміщеннях роблять продукти розпаду радону у повітрі головним компонентом фонового опромінювання людини. Україна через особливості геологічної будови її території відноситься до країн з високим рівнем опромінювання радоном. Відповідно до Державних будівельних норм України еквівалентна рівноважна об’ємна активність радону 222Rn у приміщеннях новозбудованих споруд не повинна перевищувати 50 Бк/м3, а у вже існуючих будинках - 100 Бк/м3, що у розрахунку при 80 % часу перебування всередені приміщень дає середньозважену індивідуальну ефективну дозу опромінення населення України від продуктів розпаду радону у повітрі 3.8 мЗв/рік [65]. 110

Нукліди свинцю 210Pb і полонію 210Po надходять в організм з їжею, зокрема вони акумулюються в тканинах риб, молюсків, північних оленів. Так, мешканці Крайньої Півночі, що харчуються олениною, отримують дозу опромінення в 35 разів більшу за середній рівень, а населення Західної Австралії, що живе у районах з підвищеною концентрацією урану і харчується м’ясом овець та кенгуру, - у 75 разів більшу. Радіоактивний калій 40К засвоюється організмом разом із стабільними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності. Середня індивідуальна ефективна доза внутрішнього опромінення населення України від теригенних радіонуклідів (калію 40К та радіонуклідів торієвого і уранового рядів) становить 0.2 мЗв/рік (середньосвітове значення - 0.23 мЗв/рік), а від природних радіонуклідів у воді - 0.17 мЗв/рік [65]. Найстрашнішим злом для навколишнього середовища є забруднення людської свідомості хибними, злочинними ідеями. Суспільства, яким було притаманне хижацьке ставлення до природи, які пропагували зверхність одних націй, класів чи інших груп людей над іншими, як свідчить історія, неодмінно гинули. Г.О.Білявський

3.5.3.3. Антропогенні джерела радіації Інтенсифікація промислового виробництва в другій половині ХХ ст. призвела до появи на планеті значної групи радіонуклідів антропогенного походження. Людиною створено декілька сотень штучних радіонуклідів, вона навчилася використовувати енергію атома в медицині, для виробництва енергії, ядерної зброї, пошуку джерел корисних копалин та ін., що спричинило збільшення дози опромінення як окремих людей, так і населення в цілому. Сумарна активність антропогенних радіонуклідів в середньому є сумірною з активністю природного радіоактивного фону, але на деяких ділянках (техногенно-підвищеного радіоактивного фону) може істотно його перевищувати. Крім того, на відміну від рівнів опромінення за рахунок природних джерел, які протягом багатьох років діють на населення приблизно однаково, вплив від штучних джерел може значно змінюватися у часі. Антропогенні радіонукліди утворюють дві основні групи: штучні радіонукліди, отримані в результаті ядерних реакцій, та природні радіонукліди (уран, торій і продукти їх розпаду), концентрація яких на земній поверхні різко зросла за рахунок технологічних процесів, пов’язаних з переміщенням їх з більш глибоких зон земної кори (наприклад, видобуток урану). Цей поділ є досить умовним, оскільки радіонукліди, що утворюються в природних умовах, можуть бути отримані і штучним шляхом. До техногенних джерел забруднення навколишнього середовища штучними радіонуклідами відносяться такі: випробування ядерної зброї; радіаційні аварії; надходження радіонуклідів внаслідок використання як радіаційних технологій, так і технологій, не зв’язаних з ядерно-паливним циклом тощо. Серед антропогенних чинників, що сприяють підвищенню вмісту природних 111

радіонуклідів у навколишньому середовищі, слід назвати спалювання каустобіолітів, які містять радіонукліди природного походження, розсіювання радіоактивних шлаків, видобуток фосфоритів (зазвичай багатих на уран та радій) тощо. Iншими джерелами штучної радіації є годинники з циферблатом, що світиться, покажчики входу-виходу, дорожні та транспортні знаки, кольорові телевізори тощо. Основний внесок у дозу, яку отримує людина від техногенних джерел радіації, вносять медичні процедури та методи лікування, зв’язані із застосуванням радіоактивності (променева діагностика, терапія тощо). Середня ефективна доза, що отримується від усіх джерел в медицині, у промислово розвинених країнах становить приблизно 1 мЗв на кожного мешканця. Слід сказати, що опромінювання через використання рентгенівських променів може бути невиправдано високим, і сьогодні частота таких досліджень в багатьох країнах істотно зменшилася, здійснюється перехід на методи комп’ютерної томографії (з меншою дозою опромінювання). Рівні опромінення населення України в результаті рентгенологічних досліджень за останні 10 років знизилися майже в 2 рази, середня індивідуальна популяційна доза населення від рентгено- та радіонуклідної діагностики нині становить близько 0.5 мЗв/рік. Причина цього полягає у зменшенні числа досліджень (особливо в забруднених “чорнобильськими” радіонуклідами регіонах) та зміні їх структури (зниження питомої ваги найбільш дозоутворюючих рентгеноскопічних методів). Зменшення дозових навантажень від медичного діагностичного опромінення в цілому можна розглядати як позитивне явище за умови, якщо воно не погіршує якості медичної допомоги населенню. В останні 50 років мешканці нашої планети зазнають опромінювання радіоактивними опадами, пов’язаними з випробуваннями ядерної зброї в атмосфері (максимум їх припадає на 1954-1958 та 1961-1962 рр.). Після підписання у 1963 р. Договору про обмеження випробувань ядерної зброї в атмосфері, під водою та в космосі тільки Китай і Франція провели низку ядерних вибухів на земній поверхні (останній - у 1980 р.). Всього протягом 1945-1980 рр. в атмосфері було здійснено більше 400 ядерних вибухів сумарною потужністю близько 550 Мт тринітротолуолу (ТНТ) з викидом приблизно 12.5 т продуктів ділення (для порівняння, внаслідок вибуху атомної бомби над Хіросімою потужністю близько 20 кт ТНТ у повітря було викинуто 1.1 кг продуктів ділення) [113]. Радіоактивні продукти ділення, які утворюються при проведенні ядерних випробувань, поділяють на локальні, тропосферні та стратосферні, розподіл яких залежить від типу ядерного вибуху, місця його проведення та потужності. Локальні випадіння, які можуть становити при наземних ядерних вибухах до 80 %, а при повітряних - близько 10 % усіх радіоактивних речовин, що утворюються під час вибуху, являють собою крупні (більше 100 мкм) аерозольні частинки, які випадають одразу після вибуху та в наступні 1-2 доби. В 112

результаті локальних випадінь на земній поверхні утворюється радіоактивний слід шириною в декілька десятків і довжиною в декілька сотень кілометрів. Тропосферні випадіння (близько 5 %) складаються з більш дрібних аерозолів (декілька мікронів і менше), що випадають на поверхню землі із середнім часом перебування у тропосфері (періодом напіввипадіння) 20-30 діб. Тропосферні випадіння містять радіонукліди, що мають період напіврозпаду від декількох діб до декількох місяців, наприклад: йод 131І, барій 140Ва і стронцій 89 Sr. Стратосферні випадіння, які включають основну частину радіоактивних продуктів ділення (частинки розмірами від декількох сотих до декількох десятих мікрометра), призводять до збільшення глобального забруднення навколишнього природного середовища довгоживучими радіонуклідами. Основна їх частина випадає у тій напівкулі Землі, де відбувалася їх інжекція. Довгоживучі радіонукліди - тритій 3Н, вуглець 14С, криптон 85Kr, стронцій 90 Sr, цезій 137Cs, плутоній 239Pu, 240Pu, 241Pu, які утворилися в процесі випробувань ядерної зброї, є визначальними у формуванні дози опромінення населення в дійсному та майбутньому. Внесок у ефективну дозу опромінення населення від ядерних вибухів більше 1 % сумарної роблять лише сім радіонуклідів, проте цирконій 95Zr, рутеній 106Ru та церій 144Ce сьогодні вже не є джерелами опромінювання людини, тритій 3Н, цезій 137Cs та стронцій 90Sr давали помітний внесок до 2000 р., і тільки вуглець 14С ще довгі роки буде залишатися джерелом радіоактивного опромінювання (до 2000 р. він втратив лише 0.5 % своєї активності). Сумарна очікувана колективна ефективна еквівалентна доза від усіх ядерних випробувань, проведених в атмосфері, становить 30 млн.люд.-Зв. Річні ефективні дози чітко корелюють з потужністю ядерних вибухів у повітрі, адже їх максимуми припадають на ті ж періоди. У 1963 р. середньорічна доза, пов’язана з ядерними випробуваннями, складала близько 0.14 мЗв, у 1966 р. вона зменшилася до 0.04 мЗв, а на початок 80-х років - до 0.02 мЗв/рік. Якщо припустити, що в подальшому ядерні випробування в атмосфері проводитися не будуть, то загальна ефективна доза від ядерних вибухів становитиме близько 3.8 мЗв, що приблизно дорівнює річній ефективній дозі від природних джерел (для України - 4.86 мЗв/рік). До 2000 р. людство отримало лише 0.87 мЗв, або менше четвертої частини усієї дози, решту воно буде отримувати ще протягом мільйонів років. На кінець 1984 р. в 25 країнах світу працювало 345 ядерних реакторів (США - 85, Франція - 41, СРСР - 56, Великобританія - 37, ФРН - 19, Японія 31), які виробляли 220 ГВт електроенергії (13 % загальної потужності), в 1991 р. у світі вже діяло 530 АЕС, що виробляли 21 % всієї енергії, а до 2000 р., за прогнозами МАГАТЕ1, їх потужність мала зрости до 720-950 ГВт. За нор1

МАГАТЕ - Міжнародне агентство з атомної енергетики, створене у 1957 р. для розвитку міжнародного співробітництва в галузі невійськового використання атомної енергії. Місцезнаходження - Відень. 113

мальної роботи АЕС викиди радіоактивних речовин у довкілля порівняно невеликі, однак, на всіх етапах ядерного паливного циклу1 (видобуток та переробка уранової руди, збагачення ядерного палива, виробництво твелів, переробка відпрацьованого палива, переробка та захоронення радіоактивних відходів, транспортування радіоактивних матеріалів) відбувається надходження радіоактивних речовин у навколишнє середовище. Значний внесок у глобальне забруднення біосфери підприємствами ядерного паливного циклу (ЯПЦ) дають вуглець 14С, криптон 85Kr, тритій 3Н та йод 129І. Інші довгоживучі негазоподібні радіонукліди (стронцій 90Sr, цезій 137Cs, ізотопи трансуранових елементів), що надходять у навколишнє середовище з викидами підприємств ЯПЦ, розсіюються на обмеженій території, тобто утворюють локальне забруднення. Окрім “планових” викидів, джерелами радіоактивного забруднення довкілля є аварії на ядерних реакторах. Основну небезпеку при цьому становлять продукти ділення та нейтронної активації, що накопичуються в активній зоні реактора. Приблизно половина всієї уранової руди видобувається відкритим способом, решта - шахтним. Збагачувальні фабрики утворюють величезну кількість відходів - “хвостів” (тільки в Північній Америці кількість накопичених на кінець ХХ ст. відходів з довгоживучими радіонуклідами становить близько 0.5 млрд.т). При виробництві ядерного палива з концентратів на спеціальних заводах теж утворюються газоподібні та рідкі відходи, але дози опромінювання від них порівняно невеликі. В атомних реакторах різних типів отримують плутоній. Iснують заводи, які переробляють використане ядерне паливо з метою вилучення урану і плутонію. Радіоактивні відходи захороняють в ізольованих геологічних середовищах на суші (під землею), на дні океанів (дампінг) та під морським дном; через сотні тисяч років помітна кількість цих радіоактивних речовин досягне біосфери. Найбільші дози опромінення отримують працівники уранових рудників, збагачувальних фабрик і заводів, де виробляють ядерне паливо - приблизно 1 люд.-Зв на кожний ГВт-рік виробленої електроенергії, а також працівники АЕС - в середньому 10 люд.-Зв на ГВт-рік електроенергії. Значними є дози опромінення під час ремонтних робіт. Дози опромінення людей, зайнятих у НДР в галузі ядерної фізики та енергетики, становлять приблизно 5 люд.-Зв на ГВт-рік. Сумарна колективна доза, отримана населенням земного шару в результаті аварії на ЧАЕС, дорівнює 600 тис.люд.-Зв. Основний внесок у цю дозу зумовлюють йод 131I, цезій 134Cs і 137Cs та стронцій 90Sr. Близько 40 % цієї дози (240 тис.люд.-Зв) отримало населення країн колишнього СРСР - Україна, Росія і Білорусія. За оцінками, очікувана колективна доза опромінення населення країн колишнього СРСР (близько 75 млн. осіб) дорівнює 330 тис.люд.1

Ядерний паливний цикл - комплекс виробничих процесів виготовлення, експлуатації, транспортування і утилізації радіоактивних матеріалів. 114

Зв. Близько 60 % цієї дози припадає на зовнішнє опромінення радіонуклідами, що осіли на місцевості, близько 38 % - на внутрішнє опромінення за рахунок споживання радіонуклідів з продуктами харчування (в основному цезієм 137 Cs) і тільки 2 % - на зовнішнє опромінення від хмари викидів та внутрішнє опромінення за рахунок вдихання (при цьому передбачається, що існує суворий контроль за продуктами споживання, відсутність якого може призвести до підвищення дози внутрішнього опромінення за рахунок місцевих продуктів харчування у десятки разів). Розрахункові дози опромінення населення України внаслідок аварії на ЧАЕС за 70-річний період (середня тривалість життя людини) за різними оцінками становлять від 2.2 до 4.4 мЗв, при цьому колективні дози опромінення відповідно дорівнюють від 114 до 230 тис.люд.-Зв [40]. Сумарна колективна доза аварійного опромінення населення України за 10 років після аварії на ЧАЕС (без урахування доз опромінення щитовидної залози) оцінюється близько 50 тис.люд.-Зв. Колективна доза зовнішнього опромінення за цей період склала близько 16.5 тис.люд.-Зв, причому 69 % цієї дози було отримано сільським населенням. Жителі 5 областей України - Київської, Житомирської, Рівненської, Волинської та Чернігівської - отримали 60 % усієї 10-річної колективної дози. Жителі територій з низькою щільністю забруднення цезієм 137 Cs (менше 37 кБк/м2) отримали більше половини цієї дози (52.7 %), а жителі територій із щільністю забруднення 137Cs більше 185 кБк/м2 - 18 %. В структурі доз внутрішнього опромінення сільське населення трьох областей Житомирської, Рівненської та Київської - отримало близько 19.7 тис.люд.-Зв, що становить близько 80 % усієї колективної дози внутрішнього опромінення населення України. Критичною групою населення, яка отримає максимум аварійної дози за життя, є діти 0-1-річного віку на 1986 рік [65]. Антропогенне забруднення природними радіонуклідами (торій 232Th, уран 238 U і 235U, продукти їх розпаду, а також калій 40К) може виникати при видобутку та переробленні багатьох корисних копалин. В результаті цих процесів у біосфері з’являються локальні ділянки з концентраціями радіонуклідів, що істотно перевищують природний радіоактивний фон. Такі ділянки відносяться до малоактивних забруднень, проте участь в них деяких довгоживучих природних радіонуклідів з дуже великим періодом напіврозпаду робить подібні забруднення небезпечними, оскільки вони можуть існувати практично нескінченно. Подібна аномалія є постійним джерелом високоенергетичних короткоживучих радіонуклідів, серед яких особливу небезпеку становлять газоподібні ізотопи радону. Важливим джерелом природних радіонуклідів у біосфері є видобуток, переробка та використання фосфатних добрив. Осадові фосфатні руди характеризуються високою концентрацією урану 238U та радіонуклідів його сімейства із середньою концентрацією 1.5 кБк/кг та більш низькою концентрацією радіонуклідів сімейства торію 232Th. В процесі видобутку і переробки руди 115

виділяється радон, та й самі добрива є радіоактивними, радіоізотопи, що містяться в них, надходять з ґрунту в продукцію рослинництва. Застосування фосфатів дає за рік очікувану ефективну еквівалентну дозу приблизно 6 тис. люд.-Зв, тоді як відповідна доза через застосування фосфогіпсу становить близько 300 тис.люд.-Зв [113]. Однією з причин підвищення радіоактивного фону в деяких районах є використання більш радіоактивних у порівнянні з ґрунтом геологічних порід як будівельних матеріалів (будівельний камінь, пісок, гравій тощо). В останню чверть ХХ ст. в десятки разів зросло споживання енергетичної сировини (вугілля, газу, нафти, торфу), що супроводжується переміщенням на земну поверхню великої кількості деяких елементів, у т.ч. природних радіонуклідів. І хоча вугілля, в основному, містить радіонуклідів менше, ніж земна кора в цілому, негативна дія підприємств вугільного циклу на населення за своїми масштабами та різноманіттям може перевершувати вплив ЯПЦ. За кожний ГВт-рік електроенергії, виробленої ТЕС, людство розплачується очікуваною колективною ефективною еквівалентною дозою в 2 люд.-Зв. При спалюванні вугілля більша частина його мінеральних компонентів, у тому числі й радіоактивні речовини, перетворюється на шлак та золу, основна частина яких залишається на дні топки, а більш легкий зольний пил виноситься з потоками газів в атмосферу. Кількість цього пилу залежить від ефективності роботи очисного обладнання. Окрім постійних викидів в атмосферу продуктів згоряння вугілля, ще одним важливим фактором є великий об’єм відходів, утилізація та зберігання яких теж може призвести до забруднення навколишнього середовища. Надходження природних радіонуклідів у довкілля відбувається також в результаті опалювання вугіллям приватних будинків, застосування вугільної золи у виробництві цементу і бетону, як наповнювача для дорожних покриттів та добрив у сільському господарстві. За даними НКДАР ООН1, для опалювання приватних будинків використовується лише 10 % видобутого в світі вугілля, проте за рахунок малої висоти димових труб та відсутності системи золовловлювання внесок цього джерела у сумарний викид природних радіонуклідів у навколишнє середовище є еквівалентним внеску викидів ТЕС. Іонізуюче випромінювання - один з найпотужніших мутагенних факторів, відомих людству.

3.5.3.4. Біологічна дія іонізуючого випромінювання Особливості біологічної дії іонізуючого випромінювання на живі клітини зумовлені як специфічними властивостями цього виду випромінювання, так і організацією життєдіяльності клітин. 1

НКДАР ООН - Науковий комітет ООН з атомної радіації. 116

Основними відмінностями іонізуючого випромінювання від інших уражуючих факторів (високої температури, хімічних отрут тощо) є його здатність іонізувати будь-які атоми. Якщо при опромінюванні живих клітин іонізуються атоми невеликих молекул (води, цукрів, амінокислот, вітамінів тощо), то ці молекули можуть розпадатися з утворенням вторинних продуктів - вільних радикалів, що мають значну реакційну спроможність. Цей процес називають радіолізом. При іонізації атомів макромолекул (білків, ферментів, нуклеїнових кислот) вони втрачають свої біологічні функції, тобто інактивуються. Таким чином, розрізняють два шляхи впливу на клітини іонізуючого випромінювання: прямий, при якому енергія випромінювання поглинається безпосередньо в самих макромолекулах, та опосередкований, при якому енергія випромінювання поглинається водою та іншими низькомолекулярними сполуками клітини, а макромолекули пошкоджуються продуктами радіолізу. В кожній клітині міститься багато макромолекул кожного виду, які знаходяться в ядрі, протоплазмі (цитоплазмі) та численних клітинних мембранах, що відділяють клітину від зовнішнього середовища, а її внутрішні органи (органели) - один від одного. Частка макромолекул, які пошкоджуються при опромінюванні, залежить від дози іонізуючого випромінювання і навіть при дозах в декілька десятків грей є дуже малою через численність молекул кожного виду. Однак при будь-якій поглинутій дозі в кожній клітині відбуваються тисячі актів іонізації в усіх клітинних структурах, що призводить до порушень багатьох їх властивостей та функцій - проникності мембран, іонного складу тощо. Проте більшість змін є тимчасовими і не спричинюють загибель клітини, і тільки іонізація унікальної для неї гігантської молекули ДНК, що несе в собі всю генетичну інформацію, може призвести до втрати нею здатності до необмеженого ділення, тобто до репродуктивної загибелі. Це відбувається в результаті розриву однієї чи обох ниток молекули ДНК, що перешкоджає подальшому відтворенню нормальних клітин. Пошкодження ДНК, які зумовлюють репродуктивну загибель клітини, не є для неї фатальними внаслідок існування потужних систем репарації, що відновлюють вихідний стан ДНК. Частина первинних пошкоджень, які виникають в результаті іонізації, репарується присутніми в клітині хімічними відновниками. Основним відновником є амінокислота (глутатіон), яка конкурує в момент опромінювання з внутрішньоклітинним киснем і перешкоджає йому перевести первинні пошкодження ДНК у необоротний стан. Пошкодження, що збереглися після цього фізико-хімічного етапу репарації, ефективно усуваються різноманітними специфічними ферментними системами. Кінцевий уражаючий ефект опромінення визначається невідновленою частиною цих пошкоджень. Частка їх у звичайних умовах дуже невелика і становить дрібні частки відсотка, що й зумовлює відносну сталість живих клітин до дії іонізуючого випромінювання. Впливаючи на репарацію пошкоджень ДНК, можна штучно змінювти радіочутливість клітин. 117

Загибель в результаті дії іонізуючого випромінювання цілого організму ссавців зумовлена пригніченням популяції клітин, що діляться, тих тканин, які необхідні для життєдіяльності організму. Такими критичними системами є системи кровотворення і травлення. У кровотворних органах (кістковий мозок, селезінка) і тонкому кишечнику присутні стовбурові клітини, що активно діляться, які є родоначальниками всіх функціонуючих клітин відповідно крові та тонкого кишечника, відповідальних за всмоктування поживних речовин. В результаті репродуктивної загибелі стовбурових клітин їх чисельність падає нижче сумісного з життям критичного рівня, що призводить до загибелі організму. Клітини більшості інших тканин організму (нирок, печінки, серця, м’язів, нервові клітини тощо) діляться дуже рідко або взагалі не діляться. Під дією іонізуючого випромінювання вони гинуть, не вступаючи в ділення (інтерфазна загибель). Оскільки інтерфазна загибель клітин відбувається лише при дозах в сотні грей, то при небезпечних для життя людини дозах в 4-10 Гр ці клітини не гинуть. Окрім летальних для клітини наслідків, іонізуюче випромінювання спричинює різні мутації, впливаючи на генетичний апарат клітини. Ці порушення можуть проявлятися у нащадків клітин, що діляться, як одразу після опромінення, так і у віддалений час, успадковуючись і викликаючи в організмі генетичні спотворення та злоякісні пухлини. Різні види іонізуючого випромінювання мають різну біологічну ефективність дії на клітини. Щодо ураження генетичних структур та репродуктивної загибелі клітин найбільш небезпечні сильно іонізуючі випромінювання з великою лінійною щільністю іонізації. Останнім часом особливу увагу дослідників викликають деякі особливості дії на клітини малих доз іонізуючого випромінювання. В 1972 р. канадський вчений А.Петко встановив, що хронічне опромінювання в малих дозах може бути більш небезпечним за наслідками, ніж короткочасне опромінювання у великих дозах. Іонізуюче випромінювання може спричинити в клітинній рідині, яка містить розчинений кисень, утворення високотоксичних вільних радикалів, що взаємодіють з клітинними мембранами, викликаючи ланцюгову реакцію, в ході якої молекули клітинної мембрани надміру окислюються - це послабляє або навіть руйнує її. Таким чином, на відміну від клітинного ядра, ураження мембрани не є безпосередньо результатом дії іонізуючого випромінювання, воно відбувається опосередкованим чином під дією вільних радикалів, утворених в результаті опромінення. Чим менше вільних радикалів є в клітинній плазмі, тим сильніша їх руйнуюча дія, оскільки при великій кількості вони нейтралізують один одного, об’єднуючись і утворюючи звичайну молекулу кисню або інші молекулярні продукти (процесс рекомбінації). Чим менше вільних радикалів утворює іонізуюче випромінювання в певному об’ємі в одиницю часу (а доза меншої по118

тужності формує меншу їх кількість), тим ймовірніше вони досягають мембрани клітини, не зазнаючи до того рекомбінації. Крім того, клітинні мембрани утворюють в плазмі клітини електричне поле, яке притягує від’ємно заряджені іони, у т.ч. високотоксичні вільні радикали. Чим вища концентрація вільних радикалів, тим слабкіше їх притягання електричним полем, тому при великій концентрації вільних радикалів вони мають менше можливостей досягнути клітинної мембрани. На відміну від ядра клітинна мембрана менше пошкоджується на одиницю поглинутої дози при більшій дозі іонізуючого випромінювання (наприклад, рентгенівського чи альфа-випромінювання), ніж при хронічній дії природного радіоактивного фону, радіоактивних опадів чи викидів АЕС. Американський вчений проф. Е.Штернгласс першим на початку 1974 р. довів дію ефекту Петко в біологічних системах. Підтверджено, що малі дози іонізуючого випромінювання, які впливають на живі організми довгий час внаслідок радіоактивних опадів чи викидів АЕС, в 100-1000 разів небезпечніші за дози, отримані постраждалими від атомних бомбардувань у Японії. Ефект Петко особливо важливий при вивченні ураження клітин, відповідальних за опірність хворобам. Зростає ризик інфекції. Віруси, бактерії та ракові клітини отримують можливість більш легкого розмноження. Очевидно, що це особливо загрожує організму дітей на внутрішньоутробній стадії розвитку, коли їх імунна система ще не повністю сформована. Таким чином, опромінення в малих дозах може викликати ураження, що раніше не включалися у перелік хвороб, які викликає іонізуюче випромінювання: інфекційні захворювання (грип та пневмонія), хвороби старіння (енфізема), серцеві захворювання, хвороба щитовидної залози та діабет. Особливо небезпечним є внутрішньоутробне ураження мозку зародку, що призводить до зниження розумових здібностей у народжених дітей. Для народу, який допустив, хай і під тиском жорстоких обставин, нищення власних земель, води, повітря, тваринного й рослинного світу, “час розплати настав”. Лише не той “час розплати”, про який співається у відомому гімні. Жорстокіший, бо ж платити треба не в піснях, а наяву: власним здоров’ям, довголіттям, завтра, можливо - життям. Трагічніший, бо ж за гріхи батьків мають такою ж моторошною ціною заплатити й зовсім не винні наступні покоління дітей і внуків наших. А.М.Сердюк 3.6. Стан навколишнього природного середовища в Україні

Нинішню екологічну ситуацію в Україні можна охарактеризувати як кризову, що формувалася протягом тривалого періоду через нехтування об’єктивними законами розвитку і відтворення природно-ресурсного потенціалу. Серед головних причин, що призвели до загрожуючого стану довкілля в Україні, насамперед, слід назвати такі [73]: 119

• застарілі технології виробництва та обладнання, високі енерго- та матеріаломісткість, які у два-три рази перевищують відповідні показники розвинених країн світу; • високий рівень концентрації промислових об’єктів; • несприятлива структура промислового виробництва з високою концентрацією екологічно небезпечних виробництв; • відсутність належних природоохоронних систем (очисних споруд, оборотних систем водопостачання тощо), низький рівень експлуатації існуючих природоохоронних об’єктів; • відсутність належного правового та економічного механізмів, які стимулювали б розвиток екологічно безпечних технологій та природоохоронних систем; • відсутність належного контролю за охороною довкілля. Відбувалися структурні деформації господарства, за яких перевага надавалася розвитку в Україні сировинно-добувних, найбільш екологічно небезпечних галузей промисловості. Так, в Україні розробляється 5 % світового об’єму мінеральних ресурсів. У процес суспільного виробництва щорічно залучається близько 1.5 млрд.т природних речовин. В розрахунку на душу населення це складає 30 тонн. Такі великі обсяги первинного ресурсовикористання зумовлені в значній мірі екстенсивним характером експлуатації багатого природно-ресурсного потенціалу [61]. Незважаючи на економічну депресію останніх років, кількість забруднень, яка припадає на 1 км2 площі в нашій країні у 6.5 разів вища, ніж у США, і в 3.2 рази вища, ніж в країнах Європейського співтовариства [65]. Економіці України притаманна висока питома вага ресурсо- та енергоємних технологій, впровадження та нарощування яких здійснювалося найбільш “дешевим” способом - без будівництва відповідних очисних споруд. Так, нарощування потужностей водозаборів йшло більш швидкими темпами, ніж каналізаційних очисних споруд (рис.3.2). Це було можливим за відсутності ефективно діючих правових, адміністративних та економічних механізмів природокористування та без урахування вимог охорони довкілля. Деформована вольовими рішеннями колишнього центру галузева структура виробництва призвела і до деформованої його територіальної організації. Виникли центри надмірного зосередження промисловості, які характеризуються підвищеною фондо-, ресурсо-, трудомісткістю та занадто високим антропогенним впливом на навколишнє середовище. Це, в першу чергу, Донбас і Придніпров’я - за об’єктивними показниками найбільш забруднений регіон в Європі. В цьому регіоні, який займає 18 % території країни і де проживає 28 % населення, виробляється 40 % загального об’єму промислової продукції [61]. Ці та інші чинники, зокрема низький рівень екологічної свідомості суспільства, призвели до значної деградації довкілля України, надмірного за120

бруднення поверхневих і підземних вод, атмосферного повітря і земель, нагромадження у дуже великих обсягах шкідливих, у тому числі й високотоксичних відходів виробництва. Такі процеси тривали десятиріччями і призвели до різкого погіршення стану здоров’я людей, зменшення народжуваності та збільшення смертності, а це загрожує вимиранням і біологічно-генетичною деградацією народу України. 25000

20000

15000 водопровід каналізація

10000

5000

0 1980

1982

1984

1986

1988

1991

Рис.3.2. Розвиток потужностей водопровідних та каналізаційних споруд в Україні (тис.м3/доб) [61]

Винятковою особливістю екологічного стану України є те, що екологічно гострі локальні ситуації поглиблюються великими регіональними кризами. Чорнобильська катастрофа з її довгочасними медико-біологічними, економічними та соціальними наслідками спричинила в Україні ситуацію, яка наближається до рівня глобальної екологічної катастрофи. Багаторічна енергетично-сировинна спеціалізація, а також низький технологічний рівень промисловості України поставили її в число країн з найбільш високими абсолютними обсягами утворення та накопичення відходів. Наприкінці 1990-х років обсяги їх утворення становили 700-720 млн.т/рік, а загальна маса накопичених на території України відходів у поверхневих сховищах перевищила 25 млрд.т, що в розрахунку на 1 км2 площі становить близько 40 тис.т. Відходи нагромаджуються у вигляді шламосховищ, териконів, відвалів і різних звалищ. Площа земель, зайнята ними, становить близько 160 тис.га [73]. Внаслідок гіпертрофованого розвитку гірничодобувної промисловості в Україні домінують відходи, що утворюються під час розробки родовищ (до 75 % загального обсягу) та збагачення корисних копалин (до 14 %). Значну частину цих обсягів становлять відходи хіміко-металургійної переробки сировини. Джерелами промислових відходів в Україні також є енергетика, глиноземні шлами, виробництво мінеральних добрив, сталеплавильне, титано-магнієве, гальванічне, коксохімічне, залізо- та марганцеворудне виробництва. 121

На території України знаходяться 2754 полігони для зберігання промислових відходів із загальним об’ємом близько 2500 млн.м3, 63 % цих полігонів з різних причин не відповідають санітарно-гігієнічним вимогам (ненадійна гідроізоляція, не дотримана санітарно-захисна зона, відсутні належні шляхи під’їзду тощо). Дуже часто вже будівництво полігонів відбувалось з відхиленнями від проектів. Незважаючи на значні обсяги накопичення, в Україні відсутні полігони для захоронення промислових відходів першого і другого класу небезпеки, які б повністю відповідали технологічним та санітарно-гігієнічним вимогам. Відсутні також спеціалізовані заводи для переробки токсичних промислових відходів. В багатьох випадках токсичні відходи (наприклад, гальванічні шлами) в значних обсягах потрапляють у каналізаційні стоки. В Україні зберігаються незнешкодженими близько 180 тис. відпрацьованих ртутних ламп. Особливу тривогу викликає ситуація, яка виникла у зв’язку з накопиченням заборонених або непридатних до використання пестицидів. Складування таких пестицидів почалося ще з 60-х років, а значний, після розпаду СРСР часто не санкціонований і не контрольований, ввіз збільшив їх кількість. Проблема ускладнюється безгосподарністю багатьох складів. Кількість накопичених пестицидів в окремих областях України досягає 1-2 тис.т. На сьогодні існує 119 державних сховищ і більш ніж 4700 складів, на яких накопичено до 22 тис.т пестицидів, що становлять потенційну небезпеку і підлягають знищенню. Під час довгого зберігання в результаті хімічних реакцій утворилися суміші нових сполук з невідомими властивостями і характеристиками. За результатами ідентифікації, проведеної в одному з районів Київської області, виявлені в значних кількостях заборонені пестициди: ДДТ, ПХП, хлорофос, цирам та інші - сполуки, що відносяться до стійких органічних забруднювачів навколишнього середовища. Аналіз матеріалів санепідслужби свідчить не тільки про майже суцільне порушення норм та санітарних правил на сховищах господарств, що зберігають токсичні відходи, але й про відсутність на місцях нормативно-технічної документації та конкретних рекомендацій щодо поводження з токсичними відходами. Не існує також даних щодо стану навколишнього середовища і ризику для здоров’я населення в районах сховищ, а звідси й відсутні заходи щодо попередження токсичної дії відходів. Таким чином, можна стверджувати, що відповідної інфраструктури щодо поводження з токсичними промисловими, радіоактивними та відходами пестицидів на сьогодні в Україні не існує. Слід зазначити, що обсяги утилізації промислових відходів (гірничодобувних, металургійних, хімічної промисловості) щорічно збільшуються, але загалом утилізується не більше третини загальної їх кількості, при цьому частка вторинної сировини в загальному споживанні ресурсів в Україні не досягає і 20 %. Необхідно також підкреслити, що збільшення обсягів утилізації промислових відходів практично не зменшує реальної і потенційної їх загрози 122

для здоров’я населення, оскільки переробляються переважно малотоксичні та нейтральні відходи. Проблема радіоактивних відходів є важливою для усіх країн, які використовують радіоактивні речовини, доки не буде винайдена технологія, яка б гарантувала їх повну безпеку. Але в Україні ситуація з радіоактивними відходами набула катастрофічного характеру внаслідок великих обсягів їх накопичення. Так, на сьогодні в Україні накопичено близько 70 тис.м3 радіоактивних відходів на АЕС, 65.5 млн.т - в уранодобувній і переробній промисловості, 5 тис.м3 - в Українському державному об’єднанні “Радон” та 1.1 млрд.м3 - у зоні відчуження Чорнобильської АЕС [65]. Слід сказати, що за кількістю ядерних реакторів та їх потужністю Україна посідає восьме місце в світі та п’яте - в Європі, майже половина (у 1996 р. 43.9 % [73]) всієї електроенергії в Україні виробляється на атомних електростанціях. Станом на 2000 р. на території України налічувалося п’ять АЕС з 14 діючими блоками1 (ще 4 блоки знаходяться у стадії будівництва2), два дослідних реактори, шість міжобласних спецкомбінатів по захороненню радіоактивних відходів (Дніпропетровський, Львівський, Одеський, Харківський, Київський та законсервований у 1965 р. Донецький), п’ять гірничодобувних комбінатів і два гідрометалургійних заводи по видобутку та переробці урану, близько семи тисяч підприємств, що використовують радіоактивні речовини, радіоізотопні прилади та джерела іонізуючого випромінювання [40]. Крім цих джерел радіонуклідів, розташованих на території України, низка АЕС Росії, Болгарії, Чехії, Угорщини, Словакії та Літви розташовані у безпосередній близькості від України, по її території відбувається транспортування палива для АЕС та радіоактивних відходів. Внаслідок Чорнобильської катастрофи та через існування значної кількості штучних і природних джерел іонізуючого випромінювання, підприємств уранопереробки (у Дніпропетровській, Миколаївській та Кіровоградській областях), великої кількості радіоактивних речовин, у тому числі й відходів ядерної енергетики, що зберігаються у 30-кілометровій зоні Чорнобильської АЕС в тимчасових, не пристосованих для зберігання сховищах, об’єкту “Укриття”, в якому зосереджені небезпечні радіоактивні речовини та ядерні матеріали загальною радіоактивністю близько 20 млн.Кі, в Україні склалася надзвичайно напружена радіоекологічна ситуація. Інтенсивно протікають в Україні процеси урбанізації. Частка міського населення за останні три десятиріччя збільшилася у 1.5 рази і становила на початок 90-х років близько 68 % від загальної його кількості [61]. Структурні 1

Чорнобильська АЕС - 1 блок РБМК-1000 (ще 2 блоки РБМК-1000 зупинені, 1 блок РБМК-1000 зруйнований), Запорізька АЕС - 6 блоків ВВЕР-1000, Південно-Українська АЕС - 3 блоки ВВЕР-1000, Хмельницька АЕС - 1 блок ВВЕР-1000, Рівненська АЕС - 2 блоки ВВЕР-440 та один блок ВВЕР-1000. 2 1 блок ВВЕР-1000 на Рівненській АЕС та 3 блоки ВВЕР-1000 на Хмельницькій АЕС. 123

зміни в складі міст і міського населення, які в останні десятиріччя набули спотворених форм, відображають викривлені процеси промислового розвитку, що має відповідні наслідки і для навколишнього середовища. Ці наслідки проявляються в кількох напрямках: • високе навантаження промислових об’єктів на обмеженій території (у великих містах зосереджена половина промислового виробництва, переважно важкої промисловості), і як наслідок - високий рівень забруднення довкілля; • несприятлива територіально-планувальна структура міст, зумовлена підпорядкованістю інтересам нарощування промислового потенціалу (забудова міст відбувалася таким чином, що промислові підприємства виявилися в оточенні житлових масивів і не мають нормативних санітарно-захисних зон1, а весь транзитний транспорт проходить через самі міста, що значно посилює їх загазованість); • другорядність проблем містобудування порівняно з пріоритетами промислового розвитку, що призвело до занедбаності таких важливих сфер життєдіяльності міст, як водопровід і каналізаційна мережа, тепло- та газопостачання, сміттєвидалення, стан яких безпосередньо впливає на екологію міст; • руйнування природно-географічного середовища великих міст (висока забрудненість навколишнього середовища промисловими викидами і відходами, незадовільний стан систем життєзабезпечення, швидке зростання населення міст на основі екстенсивного промислового розвитку і необхідність розширення їх територій призвели до руйнування і скорочення зелених зон, забруднення і непридатного стану водойм тощо). Як результат хибної індустріальної та урбаністичної політики - погіршення умов життя, здоров’я населення, підвищення захворюваності, смертності і зниження народжуваності. Система водопровідно-каналізаційного господарства нині перебуває в кризовому екологічному стані. Не мають централізованих систем каналізації 27 міст і 392 селища міського типу, а в 187 міських населених пунктах очисні каналізаційні споруди працюють неефективно (у водойми щодоби скидається понад 10.6 тис.м3 неочищених і недостатньо очищених стічних вод). Промислові підприємства за браком ефективних технологій очищення виробничих стічних вод та утилізації їх осадів скидають у водойми через систему централізованої каналізації висококонцентровані стічні води, шкідливі речовини яких руйнують каналізаційні мережі, порушують технологічні регламенти очищення міських стічних вод і не видаляються в процесі біоло1

На сьогодні в Україні нормативні санітарно-захисні зони не витримані на 2 тис. підприємств (близько 17 %), що здійснюють шкідливі викиди в атмосферу, в їх межах проживає понад 700 тис. жителів, розташовані дитячі дошкільні заклади, школи, лікувально-профілактичні установи [65]. 124

гічного очищення, що робить неможливим використання очищених міських стічних вод та їх осадів у сільському господарстві. Величезна кількість накопичених на каналізаційних очисних спорудах осадів і мулу із щорічним їх надходженням близько 40 млн.т становить реальну загрозу вторинного забруднення довкілля. Швидка урбанізація поселень України перетворила санітарне очищення їх територій у значну проблему. В житловому фонді міст та селищ міського типу України щорічно накопичується близько 40 млн.м3 сміття, яке знешкоджується на 771 міському звалищі та 4 сміттєспалювальних заводах. Основним методом знешкодження твердих побутових відходів на сьогодні залишається складування їх на полігонах та неорганізованих звалищах разом з промисловими відходами III і IV класів небезпеки. До 80 % полігонів для твердих побутових відходів не відповідає санітарно-гігієнічним вимогам (зокрема, вони експлуатуються без запобіжних заходів щодо забруднення підземних вод та повітряного басейну). Лише близько 12 % твердих побутових відходів знешкоджується на сміттєспалювальних заводах (в м. Києві, Дніпропетровську, Харкові і Севастополі). Проте велике навантаження цих підприємств і відсутність попереднього сортування відходів призводять до значних порушень технологічного режиму. В поєднанні з недостатньо ефективними системами очищення димових газів це створює умови для забруднення атмосферного повітря, в т.ч. високотоксичними і канцерогенними речовинами. Певні проблеми існують і з утилізацією та захороненням золи і шлаків сміттєспалювального виробництва. Внаслідок становища, що склалося, побутові звалища є потенційним джерелом забруднення довкілля та зростання інфекційної захворюваності. Головний висновок з наведеного - необхідність екологізації економіки, планування розвитку господарства України з урахуванням катастрофічного стану довкілля, вихід екологічних проблем на головне, першорядне місце у державній і господарській політиці. В умовах хворої природи не може бути здорових людей. 3.7. Вплив забруднення навколишнього природного середовища на здоров’я людини

Згідно резолюції Генеральної Асамблеї ООН (1979 р.) здоров’я населення визначено єдиним критерієм доцільності і ефективності усіх без винятку сфер діяльності людини. Визнано, що здоров’я - це не тільки результат соціально-економічного розвитку суспільства, але й суттєвий внесок у його розвиток. Тому всі політичні і владні рішення повинні прийматися при наявності оцінки їх можливого впливу саме на здоров’я населення. Необхідно розробляти і здійснювати таку політику в галузі охорони довкілля і здоров’я, яка б забезпечувала стійкий з екологічного погляду розвиток, ефективне попередження виникнення негативного впливу і контроль стану навколишнього середови125

ща, а також доступ до здорового довкілля, заснований на принципах соціальної справедливості. З 1948 р. ВООЗ1 вважає здоровим станом людини не тільки відсутність хвороб і фізичних вад, але й повне фізичне, психічне і соціальне благополуччя індивіда. Поняття здоров’я є широким і не може бути охоплене одним індикатором. У позитивному плані здоров’я населення можна оцінити такими показниками: середня тривалість життя при народженні (або після досягнення певного віку) - кількість років, яку проживе немовля, якщо рівень смертності у вікових групах не зміниться; якість життя - кількість років життя без обмежень, пов’язаних з хворобою чи інвалідністю. При негативному (більш поширеному) підході стан здоров’я описують такими показниками: смертність, захворюваність і функціональні відхилення. Смертність представляють як загальну або за причинами на 100000 населення за певний проміжок часу. Смертність дітей до одного року життя розраховують на 1000 дітей цього віку. Захворюваність - це число вперше виявлених випадків хвороби за наявний проміжок часу, а поширеність хвороб - пропорція осіб, які мають певну хворобу у даний період часу. Стан здоров’я людей нерозривно зв’язаний з порушеннями екологічної рівноваги та деградацією довкілля, оскільки адаптація людини та всього живого має певні межі й потребує набагато більше часу, ніж тривалість антропогенних змін навколишнього середовища. Гігантські темпи індустріалізації, хімізації та урбанізації з одночасним розвитком стресових ситуацій від соціальних струсів призвели до того, що протягом останнього десятиріччя стан здоров’я жителів України став катастрофічно погіршуватися. Під серйозною загрозою опинився генофонд нації. На земній кулі сьогодні практично неможливо знайти місце, де б не були присутні у тій чи іншій концентрації забруднюючі речовини. Різноманітні шкідливі речовини, що потрапляють у повітря, воду, ґрунти, переходять по трофічних ланцюгах з однієї ланку в іншу і, зрештою, потрапляють в організм людини. Речовини, що забруднюють навколишнє середовище, дуже різноманітні. Залежно від своєї природи, концентрації, тривалості дії на організм вони можуть викликати різні негативні наслідки. Реакції організму на забруднення залежать від індивідуальних особливостей людини: віку, статі і стану здоров’я. Як правило, більш вразливими є діти, хворі та люди похилого віку. Короткочасна дія невеликих концентрацій шкідливих речовин може спричинювати рефлекторні реакції: запаморочення, нудоту, подразнення горла, кашель тощо. Потрапляння в організм людини значної кількості токсичних речовин може призводити до втрати свідомості, гострого отруєння і на1

ВООЗ - Всесвітня організація охорони здоров’я, яка здійснює різноманітні заходи щодо оздоровлення навколишнього середовища, боротьби з хворобами, пропаганди медичних знань серед населення, природоохоронної освіти медичних працівників тощо. 126

віть смерті. Прикладом подібної дії можуть бути смоги, що утворюються у великих містах в безвітряну погоду. При систематичному або періодичному надходженні в організм порівняно невеликих кількостей токсичних речовин відбувається хронічне отруєння, ознаками якого є порушення нормальної поведінки та нейропсихологічні відхилення: швидке стомлювання або постійне відчуття втоми, сонливість чи, навпаки, безсоння, апатія, послаблення уваги, забутливість і сильні коливання настрою. Хронічні отруєння можуть спричинювати ураження нирок, кровотворних органів, нервової системи та печінки. Подібні ознаки спостерігаються і при радіоактивному забрудненні довкілля. Високоактивні у біологічному відношенні хімічні сполуки можуть викликати ефект віддаленого впливу на здоров’я людини: хронічні запалення різних органів, порушення нервової системи, розвитку ембріону, що призводять до різних відхилень у новонароджених. Медики встановили пряму залежність між зростанням кількості людей, що хворіють на алергію, бронхіальну астму, рак, і погіршенням екологічної обстановки у регіоні. Встановлено, що найменшу очікувану тривалість життя при народжені (як у чоловіків, так і у жінок) мають жителі міст з розвинутою металургійною та хімічною промисловістю. Більше за інших зазнають впливу техногенних викидів жителі індустріально розвинених міст. Зони з високими рівнями вмісту в ґрунтах токсичних сполук (важких металів, бенз(α)пірену тощо) розташовані саме навколо цих поселень, і звідси ж постачається більша частина плодоовочевої продукції. Достовірно встановлено, що такі відходи виробництва, як хром, нікель, берилій, азбест, багато отрутохімікатів, є мутагенами і канцерогенами, тобто спричинюють генетичні зміни та онкологічні захворювання. Ще в ХІХ ст. рак у дітей був майже невідомий, а нині він зустрічається все частіше і частіше. В результаті забруднення з’являються нові, невідомі раніше хвороби, причини яких буває дуже важко встановити (йоккаїцька астма, спричинена забрудненням повітря оксидами сірки; хвороба юшо, викликана фенілами; хвороба мінамата - через вплив метилової ртуті; чернівецька алопеція - ймовірно, спричинена дією талію; миколаївська токсикодермія невідомої етіології тощо). Вчені визначають їх одним загальним терміном - хвороби цивілізації. Особливо небезпечними є хімічні речовини, що мають мутагенні та канцерогенні властивості. Мутаціями (від лат. mutatio - зміна) називають раптові природні або спричинені штучно спадкові порушення генетичного матеріалу, які призводять до змін тих чи інших ознак організму. Умовно мутації поділяють на спонтанні, що виникають під впливом природних факторів навколишнього середовища чи в результаті біохімічних змін в самому організмі, та індуковані (від лат. inductio - наведення), які виникають в результаті дії мутагенних факторів, наприклад іонізуючого випромінювання, хімічних речовин, у т.ч. лікарських препаратів, харчових консервантів, пестицидів тощо. Мутації, що виникають у статевих клітинах (генеративні), передаються наступним 127

поколінням, а ті, що відбуваються у будь-яких інших клітинах (соматичні мутації) - успадковуються тільки дочірніми клітинами, що утворюються шляхом мітозу - ділення клітинного ядра, тобто впливають лише на той організм, в якому вони виникли. Мутації в соматичних клітинах вважаються однією з причин виникнення онкологічних захворювань. Мутації в клітинах ембріону, що розвивається, призводять до різноманітних неуспадкованих вад розвитку. Через перехімізоване сільське господарство постійно збільшується кількість людей, що страждають від алергій, спричинених пестицидами. Багато пестицидів є канцерогенами, викликають лейкоз, мутагенні зміни в організмі. Нині відомо, що ДДТ, який вже повсюдно міститься в продуктах тваринництва і рослинництва, дуже шкідливий для здоров’я людини і має здатність накопичуватися в печінці, період його розпаду становить 49 років. Високий ступінь мінералізації питної води, який спостерігається в південній частині України, дає певний внесок у захворюваність хворобами шлунково-кишкового тракту, в тому числі гастритами, жовчно-кам’яною та сечокам’яною хворобами. Внаслідок Чорнобильської екологічної катастрофи лише в Києві втричі збільшилася кількість онкологічних захворювань, у шість з половиною разів захворюваність ендокринної системи, в шість - крові, а в 31 - органів дихання. Як і очікувалося, кількість випадків раку щитовидної залози у дітей, на яких вплинув радіоактивний йод, значно зросла. Проте важко інтерпретувати частоту випадків раку щитовидної залози, оскільки офіційна звітність з цього питання була введена тільки з 1989 р. Частково підвищення цього показника могло бути викликане і більш точною діагностикою, але зростання кількості випадків раку безсумнівне. Ця тенденція проявилася дещо раніше, ніж можна було очікувати. Можливо, це пов’язане з тим, що забруднені радіоактивними ізотопами області, де проживають потерпілі, є ще й ендемічними щодо йоду. І хоча питома вага цієї хвороби в загальній кількості раку і смертей від усіх різновидів пухлин не дуже велика, не можна забувати про відповідальність держави, яка наразила людей на вимушений ризик захворювання. Вивчення частоти виникнення солідних пухлин іншої локалізації свідчить про відсутність з часом різниці у коефіцієнті регресії як у чоловіків, так і у жінок в чотирьох найбільш забруднених радіоізотопами районах. При цьому у порівнянні з періодом до Чорнобильської аварії відмічено збільшення частоти виникнення пухлин у групі осіб, віком 65 років і більше. Але, враховуючи, що для більшості злоякісних пухлин латентний період значно довший, ніж 10 років, заключні висновки щодо частоти онкологічних захворювань робити ще передчасно [65]. Однак безперечним є факт, що Чорнобильська катастрофа, як прямо, так і опосередковано, дала і продовжує давати суттєві негативні наслідки на стан здоров’я населення України за рахунок: 128

• економічного впливу - відволікання бюджетних коштів на усунення наслідків аварії; • психологічного напруження, яке викликає у населення стрес з усіма негативними наслідками для здоров’я; • дії радіаційного чинника. Окрім хімічних та радіоактивних забруднювачів, у навколишньому середовищі зустрічаються і біологічні, здатні викликати в людини різні захворювання. Це хвороботворні мікроорганізми: бактерії, віруси, яйця гельмінтів і найпростіші. Вони можуть знаходитися в повітрі, воді, ґрунтах, у тілі інших живих організмів, у тому числі і людини. Впливаючи на навколишнє середовище, людина нерідко порушує природні умови існування патогенних організмів і сама стає жертвою хвороб. Найбільш небезпечними є збудники інфекційних захворювань. Вони мають різну стійкість у навколишньому середовищі. Деякі здатні жити зовні організму людини всього декілька годин, інші можуть існувати у навколишньому середовищі набагато довше (дні, роки). Для третіх навколишнє середовище є природним місцем існування. Для четвертих інші організми, наприклад, дикі чи свійські тварини, є місцем перебування та розмноження. Часто джерелом інфекції є ґрунт, в якому постійно існують збудники правця, ботулізму, газової гангрени, деяких грибкових захворювань. В організм людини вони можуть потрапляти при пошкодженні шкірного покриву, з продуктами харчування і при порушенні правил гігієни. Хвороботворні мікроорганізми можуть проникати у підземні води і ставати причиною інфекційних захворювань людини, тому воду з артезіанських свердловин, колодязів, джерел необхідно перед споживанням знезаражувати (наприклад, кип’ятити протягом кількох годин). Особливо забрудненими бувають поверхневі води річок, озер і ставків. Відомі численні випадки, коли забруднені водойми ставали причиною епідемій холери, черевного тифу і дизентерії. У південних країнах широкого поширення набули такі хвороби, як амебіаз, шистоматоз, ехінококоз та ін., які спричинюються різними паразитами, що надходять в організм людини з водою. При повітряно-крапельній інфекції зараження відбувається через дихальні шляхи при вдиханні повітря, що містить хвороботворні організми. До таких хвороб відносяться грип, коклюш, свинка, дифтерія, кір та ін. Збудники цих хвороб потрапляють у повітря при кашлі, чханні і навіть при розмові хворих людей. Нині добре відомо, що шуми шкідливо впливають на здоров’я людей, знижують їх працездатність, викликають захворювання органів слуху (глухоту), ендокринної, нервової, серцево-судинної систем (гіпертонія) і органів травлення. Адаптація організмів до шуму практично неможлива. Дослідження свідчать, що у осіб, які мають “шумні” професії, шлункові захворювання (ви129

разкова хвороба, гастрит за рахунок порушення секреторної і моторної функцій шлунку тощо) трапляються в чотири рази частіше. Порушення стану центральної нервової системи під впливом шуму призводить до зниження уваги і працездатності, особливо розумової, зменшується швидкість переробки інформації, об’єм короткочасної пам’яті. Дія на серцево-судинну систему проявляється у зміні частоти пульсу, артеріального тиску, біохімічних і біофізичних процесів у міокарді, збільшенні периферійного опору кровотоку, підвищенні тонусу і кровонаповнення судин головного мозку. Підвищення акустичного забруднення житлового середовища може давати вагомий внесок у зростання серцево-судинних захворювань у мешканців великих міст України [65]. Існують відомості про те, що збільшення рівнів катехоламінів у крові жінок, які постійно перебувають під дією небажаних звуків (шумів), може сприяти збільшенню кількості передчасних пологів. Звук є одним з нестерпних подразників в нічний час: він порушує сон і відпочинок людей після трудового дня, призводить до того, що втома поступово перетворюється в хронічну, що сприяє розвитку інших захворювань, у тому числі гіпертонічної хвороби. Виявлено підвищення частоти використання седативних препаратів населенням, що проживає в дискомфортних акустичних умовах. Наведені факти свідчать про те, що моніторинг, регулювання та обмеження у законодавчому порядку шумового забруднення стоять в одному ряду із заходами, спрямованими на боротьбу з іншими видами забруднень. Проте слід зазначити, що прийняті останнім часом в Україні законодавчі акти, покликані захистити населення від шуму, не діють через відсутність реальних механізмів їх впровадження у життя. Існуючі стандарти не мають достатнього сучасного технічного, правового та соціально-економічного обґрунтування, не сприяють залученню коштів винуватців транспортних, промислових і комунальних шумів для боротьби з цим небезпечним фактором ризику для здоров’я людей. Нормативна база по боротьбі із шумом потребує перегляду. Назріла суттєва необхідність впровадження більш виваженого нормування акустичного навантаження, його гармонізації із світовою практикою для вільного спілкування з Європою. Електромагнітні поля завдають шкоди перш за все нервовій системі. Так, напруженість поля 1000 В/м спричинює головний біль і сильну втому, більші значення зумовлюють розвиток неврозів, безсоння, імпотенцію. Електромагнітні поля радіочастотного та мікрохвильового діапазонів при збільшенні їх рівнів у 2 рази, порівняно з нормативними, збільшують майже на третину питому вагу дітей, що мають відхилення функціонального стану системи кровообігу. Існують дані про кореляційну залежність між величиною реального навантаження електромагнітного випромінювання і станом здоров’я дорослого населення, що виявляється у зниженні імунологічної реактивності організму, збільшенні загальної захворюваності, поширеності хво130

роб органів дихання, інфекційних і алергійних захворювань шкіри та підшкірної клітчатки. Відома також підвищена чутливість до даного фактору дітей дошкільного і шкільного віку, що проявляється не тільки зміною захворюваності, порушенням функціонального стану центральної нервової і серцево-судинної систем організму дітей, але й зміною гармонійності фізичного розвитку та більш пізнім статевим дозріванням. Між тим під дію електромагнітних хвиль (різних частотних діапазонів, інтенсивності та режимів опромінення) з рівнями, що перевищують гігієнічні нормативи, підпадає приблизно четверта частина населення України [65]. В Україні складена Державна програма генетичного моніторингу, реалізація якої у тому числі дозволить отримати достовірні відомості про розміри генетичної небезпеки мутагенезу, індукованого як іонізуючою радіацією, так і іншими мутагенними чинниками, до яких, крім хімічних, можуть належати також неіонізуюче випромінювання та шум.

131

Вода - рушій природи. Леонардо да Вінчі

4. Водні ресурси та антропогенний вплив на гідросферу Вода у природі та житті людини має надзвичайно важливе значення. Перш за все, вона є основною складовою усіх живих організмів, використовується ними для забезпечення обмінних процесів, а людині також необхідна і для задоволення побутових потреб. Для значної кількості організмів вода є середовищем життя. Являючи собою універсальний розчинник, вода виконує колосальну геохімічну роль, транспортує різноманітні речовини у розчиненому та завислому стані, сприяє утворенню осадових порід. Вода утворює хмари, рідкі та тверді опади, льодовий і сніговий покрив; завдяки високій теплоємності вода великих водойм вирівнює річні й добові зміни температури; при переміщенні великих мас води нагріваються чи охолоджуються значні території. Рухома вода (течії, хвилювання, припливи та відливи) використовується людством як джерело енергії та засіб пасивного транспорту (сплав); різноманітні водні об’єкти служать для судноплавства, рибальства, рибництва та багатьох інших цілей. Запаси розчинених у воді речовин є перспективним джерелом промислового видобутку хімічних елементів і сполук. Без води неможливе здійснення багатьох технологічних процесів та ведення сільського господарства, яке потребує значної кількості води для зрошення угідь і обводнення пасовищ. Багато водних джерел і об’єктів мають лікувальне та рекреаційне значення, а водойми як елемент ландшафту становлять ще й важливу естетичну цінність. Хоча запаси води на планеті в цілому залишаються незмінними, проте в окремих регіонах внаслідок діяльності людини вони можуть зазнавати значних кількісних та якісних змін (наприклад, обміління водойм, зниження вологості ґрунтів або їх заболочування, зменшення обсягів артезіанських вод, зміни характеру течій, хімічного складу та вмісту завислих речовин тощо). Перерозподіл, зменшення чи зміни якості води та особливостей водних об’єктів неминуче призводять до істотних порушень у природних процесах, утруднюють ведення господарства й негативно впливають на живу природу та людину. Ось чому водні ресурси Землі потребують суворої охорони як в якісному, так і в кількісному відношенні. Тільки вода робить лебедя лебедем, без води лебідь - гусак. Ж.Сесброн 4.1. Будова гідросфери Землі

У широкому вжитку під гідросферою розуміють “водну оболонку” Землі, тобто воду у всіх її видах і фазах. Однак найчастіше гідросферу розглядають як сукупність води, зосереджену у Світовому океані, на поверхні суші (вода річок, озер, боліт), у підземних водоносних горизонтах, у снігах і льодовиках, 132

в живих організмах і, нарешті, у повітряній оболонці Землі - атмосфері. Між всіма природними водами підтримується тісний зв’язок, всі вони взаємозв’язані в процесі кругообігу води у природі. Не обов’язково випити ціле море, щоб узнати, що вода в ньому солона. Корейське прислів’я

4.1.1. Води Світового океану Світовий океан вкриває більшу частину поверхні планети (70.8 %), утворюючи практично безперервну водну поверхню. Єдиний Світовий океан історично поділяють на чотири окремі частини - Тихий, Атлантичний, Iндійський і Північний Льодовитий океани (до 30-х років окремо виділяли ще й п’ятий Південний океан). Межі океанів не завжди чітко окреслюються узбережжям материків і на окремих ділянках проводяться умовно. В узбережних частинах океану виділяють більш дрібні ділянки водної оболонки Землі - моря, затоки, протоки та ін. Морями називають відокремлені частини океанів, що характеризуються специфічними природними (головним чином, гідрологічними і кліматичними) особливостями. За розташуванням виділяють моря зовнішні (крайові), умовно відокремлені від океану витягнутими ланцюгами островів або значними півостровами, середземні, розміщені між двома материками, та внутрішні, розташовані в глибині материків. Не завжди виразно простежується різниця між поняттями “море” і “затока”, хоч останні, як правило, менші від морів. Затоки, моря і океани сполучаються між собою системами проток - більш або менш широкими водними “коридорами” між материками чи островами. Щоб добратися до джерела, треба пливти проти течії. Станіслав Єжи Лец

4.1.2. Поверхневі води суші Незважаючи на досить скромні показники у загальному водному балансі Землі, одне з чільних місць у гідросфері посідає поверхневий стік, який поділяють на схиловий (стікання дощової або талої води по поверхні літосфери у вигляді міріад цівок і струмочків) та русловий, який утворюється при злитті цівок схилового стоку і підсилюється за рахунок виходів на поверхню підземних вод (руслові потоки часто іменують річковим стоком). Якщо загальний обсяг стоку води із суші у Світовий океан оцінюється від 41 до 47 тис.км3 за рік, то повний річковий стік становить 38.8 тис.км3 (у тому числі його поверхнева складова сягає майже 27 тис.км3). Поверхневий стік, на відміну від підземного, безпосередньо залежить від погоди: він нестійкий, тимчасовий, па-

133

водковий, часто катастрофічний і потребує штучного регулювання (створення ставків, водосховищ1 тощо). Поверхневий стік на планеті розподілений вкрай нерівномірно. Більшу частину суходолу охоплюють області периферійного стоку, з яких вода виноситься у моря та океан. Виділяють також області внутрішнього стоку (річки несуть воду не в океан, а в ізольовані внутрішні моря та озера, наприклад, Каспій, Арал тощо) та безстічні території, розташовані головним чином у пустелях жаркого поясу, де за винятком тимчасових потоків практично відсутні поверхневі водотоки. Рікою або річкою називають природний водотік, що протікає по руслу (річищу) постійно або з перервами в період сухих сезонів. Кожна річка характеризується довжиною, шириною і глибиною русла, його падінням, площею і характером водозбору (басейну), швидкістю течії, витратами води, твердим і хімічним стоком. Місце, де починається ріка, тобто де з’являється постійна течія води в руслі, називають витоком. Витоками річок можуть бути джерела, озера, болота, льодовики, а в окремих випадках річки починаються від місця злиття окремих струмків, утворених атмосферними опадами. Місце впадіння ріки в море, озеро чи іншу річку називають гирлом. Річку, що впадає в іншу, називають притокою, а ріка, в яку вона впадає, іменується головною рікою. Притоки головної ріки, в свою чергу, можуть приймати воду з приток другого, третього і т.д. порядків. Головна ріка з усіма її притоками утворює річкову систему, а площа, з якої вода збирається у притоки і зрештою потрапляє у головну річку, одержала назву водозбору або басейну ріки. Річкові басейни відокремлюються один від одного підвищеннями в рельєфі, які називають вододілами. За площею водозбору та витратами води річки поділяють на великі (з площею водозбору більше 50000 км2 та витратами води більше 100 м3/с), середні (відповідно - від 2000 до 50000 км2 та від 5 до 100 м3/с) і малі [15]. Сукупність річок, струмків, каналів, природних та штучних водойм на певній території називають гідрографічною мережею. Вона характеризується густотою - відношенням загальної довжини всіх річок і їх приток, що протікають на даній території, до площі цієї території (в км/км2). Так, наприклад, в Україні при середній густоті річкової мережі 0.24 км/км2 у Карпатах вона становить понад 1.0, на Поліссі - 0.20, у Степовому Криму - 0.10 км/км2, а на окремих ділянках нижньої течії Дніпра взагалі падає до нуля. Річковий стік здійснюється по коритоподібних заглибинах на поверхні літосфери, які називають річковими долинами. Найбільш глибокі ділянки річкових долин, де, власне, й протікає ріка, іменують руслом (річищем). У більшості рівнинних річок розрізняють так зване меженне русло, якому відпові1

Став - штучно створена водойма місткістю не більше 1 млн.м3. Водосховище - штучна водойма місткістю більше 1 млн.м3, збудована для створення запасу води та регулювання її стоку [9]. 134

дає найбільш низький рівень води, та заплавне русло, що заповнюється водою під час весняних повеней або дощових паводків. Різниця висот між витоком та гирлом, поділена на довжину ріки, називається падінням ріки. Найбільшим падінням відрізняються гірські ріки (наприклад, поблизу Чернівців падіння р. Прут становить 8.17 м/км), а найменшим - пригирлові ділянки річок (Волга у нижній течії має падіння всього 0.08 м/км). Живлення річок відбувається поверхневими і підземними водами, що надходять з території її водозбору. Залежно від того, яке джерело живлення має переважне значення, розрізняють чотири основних типи живлення річок: дощове, снігове, льодовикове та підземне. Дощове живлення властиве водотокам екваторіальних, тропічних і більшості мусонних територій, а також західним частинам материків у помірних широтах (зокрема, річкам Західної Європи). Снігове живлення мають ріки територій, де протягом року нагромаджується велика кількість снігу. Льодовикове живлення мають ріки, що починаються з високогірних льодовиків. Підземне живлення притаманне рікам, що протікають по територіях з незначною кількістю атмосферних опадів і глибоко розчленованим рельєфом, завдяки якому дренують підземні водоносні горизонти. Переважна більшість річок мають мішане живлення (саме такий тип живлення характерний і для основних річок України). В залежності від переважаючого типу живлення формується і режим річок - зміни водності ріки в різні пори року. Так, на річках помірного поясу, які характеризуються мішаним снігово-дощовим живленням, навесні талі снігові води переповнюють русло і виходять на заплаву - таке явище називають весняною повінню. Крім періодичних повеней на ріках трапляються відносно короткочасні раптові підвищення рівнів води, пов’язані з випаданням сильних дощів - так звані паводки. Період найнижчих рівнів води в річці називають літньою меженню, під час якої річки живляться переважно підземними водами (джерелами). З моменту появи на поверхні води криги настає зимовий період у житті річки (зимова межень), який набуває найбільш чітких ознак під час льодоставу (суцільного крижаного покриву ріки) і закінчується весняним льодоходом. Висока динамічність (мінливість) річкового стоку створює значні труднощі при практичному використанні водних ресурсів. Iснують два головних напрямки регулювання поверхневого стоку: • вплив на гідрологічні процеси на початковій стадії формування річкового стоку, тобто до його надходження в річку (гідромеліорація, лісомеліорація, снігозатримання тощо); • регулювання руслового стоку шляхом створення гідротехнічних споруд і штучних водойм (греблі, водосховища, ставки та ін.). Важливим способом перетворення водного балансу є транспортування води у райони, де гостро відчувається дефіцит вологи, системами штучних ка135

налів та водоводів. Слід мати на увазі, що багатофакторність процесів формування стоку вимагає дуже обережного підходу до проблем його регулювання в часі та просторі. Помилки і прорахунки в цій справі загрожують серйозними екологічними ускладненнями, докорінними змінами сформованої природної екосистеми, часом навіть катастрофами (Арал та ін.). Завдяки процесам вивітрювання на суші нагромаджується величезна кількість різноманітного уламкового матеріалу, який поверхневим стоком зноситься в ріки. Розмиваючи власне русло, річкові потоки ведуть значну руйнівну, або ерозійну (від лат. erosio - роз’їдання) роботу, в процесі якої теж поповнюються твердими частинками. Розрізняють бокову і глибинну ерозії. Під боковою ерозією розуміють підмив берегів (долин, ярів тощо), який відбувається в результаті мандрування русла ріки або бокового його зміщення під впливом обертання Землі. Глибинна ерозія призводить до врізання русла водотоку. Бокова і глибинна ерозії - найважливіший вид геологічної діяльності текучих вод. Інший вид геологічної діяльності річок - перенесення частинок зруйнованих порід. Весь твердий матеріал, що переноситься річками, називають твердим стоком. Розрізняють два основні різновиди твердого стоку: завислі речовини, від яких залежить мутність річкової води, та придонний твердий стік (волочіння наносів). Чим більша швидкість течії річки, тим більше вона переносить твердого матеріалу. Так, в залежності від особливостей рельєфу поверхневий змив становить: у горах - понад 2500 т/км2, на височинах - від 20 до 100 т/км2, у межах низовинних рівнин - менше 5 т/км2. Твердий стік різко зростає в період весняної повені і зменшується під час літньої та зимової межені. Так, велика китайська річка Хуанхе виносить за один день під час повені 29 млн.м3 твердих речовин, а під час межені - тільки 72 тис.м3. Відкладання і нагромадження річкових осадів - це третій найважливіший вид діяльності текучих вод. Води річок, що несуть з собою величезну кількість різних за розмірами частинок, здійснюють природне сортування цього матеріалу. Великі і важчі частинки швидко осідають на дно річки у верхній і середній течії, в першу чергу - безпосередньо в руслі та на її заплаві під час повеней і паводків, і тільки дрібний матеріал досягає нижньої течії - гирла річки і водойми, в яку вона впадає. Гирло є головним районом акумуляції твердого стоку, де потоки утворюють своєрідні форми нагромадження, так звані конуси виносу (інколи конуси виносу зливаються один з одним, формуючи особливе природне утворення - дельту ріки). Відкладення твердого матеріалу, перенесеного річками, називають алювієм (від лат. albuvio - нанос), при чому розрізняють декілька його типів: русловий, заплавний, старичний і дельтовий. Вивчення твердого стоку річок має важливе екологічне значення, оскільки саме з ним пов’язана ціла низка особливих природних явищ і процесів: замулення, вторинне заболочування тощо. Слід особливо підкреслити, що важливим джерелом надходження твердого 136

матеріалу в ріки є нерозважливе господарювання, зокрема, вирубування лісів, розорювання схилів водозборів, руйнування водоохоронних зон тощо. Поверхневі води, проходячи значний шлях по схилах водозборів, розчиняють різноманітні сполуки і надходять в річки вже у вигляді природних розчинів. Певна кількість хімічних елементів надходить і з атмосферними опадами - таким чином формується хімічний стік річок. Так, Дунай за рік виносить у Чорне море залежно від водності від 33 до 64 млн.т солей та від 1 до 3.9 млн.т біогенних речовин. Якщо цей вантаж засипати в кузови потужних КрАЗів, то знадобиться колонна машин, яка опереже земну кулю по екватору, а по периметру Чорного моря - вишикується в кілька рядів. У зонах надмірного зволоження мінералізація води в річках здебільшого незначна (30-40 мг/л) і переважно гідрокарбонатно-кальцієва, в той час як у зонах недостатнього зволоження вона помітно зростає разом із збільшенням вмісту сульфатів SO42-, хлоридів Cl- і натрію Na+. Важливу роль в утворенні річкових гідрохімічних аномалій відіграє господарська діяльність людини: скидання у річки недостатньо очищених промислових і побутових стоків, змив з ланів мінеральних добрив, пестицидів тощо. Разом з поверхневим стоком у водойми і водотоки надходить величезна кількість продуктів життєдіяльності організмів та розпаду різноманітних органічних залишків (СО2, органічні кислоти, гумусові речовини та ін.), що зумовлює високу хімічну активність поверхневих і підземних вод, зокрема, їх розчинну діяльність (хімічне вивітрювання, карстоутворення тощо). Особливою ефективністю відзначається діяльність мікроорганізмів в анаеробних умовах - на дні водойм та на мілководді морів. Для дихання мікроорганізми використовують кисень, який входить до складу сульфатів, нітратів, гідроксидів, що зрештою призводить до помітних змін хімічного складу та активності води. На відміну від річок, озера - заповнені водою замкнені природні заглибини на поверхні суші - являють собою водойми уповільненого водообміну, що і зумовлює основні риси їх режиму: вертикальна і горизонтальна неоднорідність та циркуляція води, нагромадження (акумуляція) в улоговині твердих матеріалів, характер біоценозів і, нарешті сам процес еволюції та відмирання водойми. Озера на Землі займають близько 2.7 млн.км2 (1.8 % загальної площі суходолу) і представлені величезним розмаїттям - від невеличких мілководних водойм площею у кілька десятків квадратних метрів до велетенських ізольованих від океану “морів” (Каспійське море площею 393.2 тис.км2) та бездонних провалів (глибина Байкалу перевищує 1620 м). Кожне озеро складається з трьох основних елементів: • улоговини - пониження у рельєфі, в якому розміщується водна маса озера; 137

• водної маси, яка поєднує в собі не тільки безпосередньо воду, що заповнює улоговину, а й розчинені в ній гази та солі; • біоценозу організмів озера. В залежності від особливостей формування водного балансу озера поділяють на: • добре проточні, коли озеро приймає кілька річок, а постійно витікає з нього одна (вода в таких озерах прісна, чиста і безперервно поновлюється, подібні озера поширені в зонах надмірного атмосферного зволоження, наприклад, оз. Байкал); • малопроточні, які теж приймають кілька приток, але стік з них відбувається періодично (такі озера найчастіше зосереджуються в межах зони недостатнього атмосферного зволоження); • безстічні (гирлові), що приймають одну або й кілька приток, проте витоку з них немає (Каспій, Арал); • глухі (замкнені), які не мають ні постійних приток, ні витоків і живляться переважно дощовими, сніговими або підземними водами (невеликі озера у тундровій, лісовій та степовій зонах, в кратерах вулканів тощо); • карстові - особлива група озер, які живляться не стільки поверхневими водами приток, скільки потужними потоками жильних водоносних горизонтів. В залежності від кількості розчинених у воді хімічних сполук озера поділяють на прісні (з мінералізацією менше 3 ‰), солонуваті (3-25 ‰) і солоні [43]. В зонах з достатнім і надмірним зволоженням (тундра, ліси) переважають прісні озера, а в зонах нестійкого і недостатнього зволоження (степи, пустелі і напівпустелі) озера мають підвищену мінералізацію. В окремих випадках мінералізація озер підвищується за рахунок розмиву водною масою пластів солених порід (наприклад, Артемівсько-Слов’янські озера на Донбасі). Останнім часом на хімізмі озер все більше позначається господарська діяльність людини. В процесі своєї еволюції озера проходять принаймні чотири стадії розвитку: • прогресивну (стадію юності) - початковий етап формування озера, коли западина (улоговина) ще зберігає всі риси первинного рельєфу; • оптимальну (стадію зрілості), яка характеризується утворенням в озері берегової обмілини, поширенням у гирлах річок, що впадають в озеро, конусів виносу (дельт) і початком вирівнювання дна за рахунок річкових наносів; • регресивну (стадію старості), якій відповідає вирівнювання дна озера річковим алювієм та бурхливий розвиток водної рослинності на узбережному мілководді; 138

• стадію затухання, коли озеро дуже міліє, рослинність поширюється на всю його поверхню, підводні рослини поступово змінюються надводними, болотними, і озеро зрештою перетворюється на болото. Болотом називають ділянки суші, які характеризуються надмірним зволоженням прошарків ґрунту, застійним режимом підземних вод і поширенням специфічної болотної рослинності. Найважливішим процесом у болотах виступає торфоутворення (торф утворюється з маси відмираючих рослин, переважно мохів, трав, осок і лишайників, які без доступу повітря нагромаджуються і перегнивають під водою, одночасно ущільнюючись і частково збагачуючись мінеральними частинками дрібно-уламкових та пилуватих осадових порід). Саме за потужністю торфового горизонту розрізняють власне болота (потужність торфу понад 30 см) і заболочені землі, де потужність торфу менша. Надмірно зволожені мінеральні ґрунти, позбавлені торфового горизонту, називають перезволоженими землями. Серед багатьох причин болотоутворення слід відзначити: заростання і заторфовування озер, затоплення понижених ділянок місцевості морськими або проточними водами, вихід на поверхню джерел підземних вод тощо. Помітну роль у формуванні боліт відіграє й антропогенний фактор: господарська діяльність людини зазвичай спрямовується на боротьбу з перезволоженням ґрунтів (осушення боліт різними способами і методами, насамперед гідромеліоративними заходами), проте внаслідок нерозважливого господарювання (підтоплення при піднятті рівнів ґрунтових вод, затоплення поверхневими водами, замулення водойм тощо) часто створюються умови для виникнення так званого вторинного заболочування. Болота на Землі займають велетенську площу (2682 тис.км2, або 2.1 % території суші [98]), але майже 2/3 світового меліоративного фонду - сукупності боліт, заболочених і перезволожених земель - зосереджується в межах Євразії, насамперед на території Росії, Білорусі, країн Балтії і Скандинавії (тундрова і лісова зони, що характеризуються надмірним зволоженням). В Україні загальний меліоративний фонд становить близько 6 млн.га, проте основна його частина припадає на лісову зону (Полісся). У житті біосфери болота відіграють суттєву роль як природні регулятори поверхневого стоку, гігантські випаровувачі та накопичувачі органічної речовини (інколи болота називають “легенями” Землі). Отже, будь-які роботи, пов’язані з господарським освоєнням (осушенням) боліт, вимагають ретельного природного і, насамперед, екологічного обґрунтування.

139

Пролиту воду не зібрати. Чеченське прислів’я

4.1.3. Підземні води Підземні води, тобто такі, що знаходяться нижче рівня земної поверхні в товщах гірських порід верхньої частини земної кори, не слід уявляти собі у вигляді суцільних потоків води на зразок річок, струмків чи озер, хоч інколи, при наявності великих тріщин і порожнин у літосфері вони й можуть зустрічатися у такому вигляді. Підземні води, головним чином, просочуються (фільтруються) крізь шпарини між частинками пухких порід або через системи взаємозв’язаних тріщин у скельних породах. Насичуючи шпарини, порожнини і тріщини гірських порід, підземні води можуть знаходитися у будь-якому агрегатному стані - рідкому, твердому чи газоподібному (пара). Згідно класифікації води у гірських породах, що була запропонована в 1923 р. російським професором О.Лебедєвим і одержала загальне визнання, виділяють такі види води у товщі літосфери: • хімічно зв’язану воду, яку, в свою чергу, поділяють на кристалізаційну, що входить до складу окремих мінералів (гіпсу CaSO4·2H2O, опалу SiO2·nH2O тощо), і при її вилученні змінюються властивості мінералів, та конституційну, що хімічно зв’язана у мінералах і входить до складу мінеральної решітки у вигляді іонів Н+ та ОН-, а при її вилученні мінерали повністю руйнуються; • фізично зв’язану воду, яка утримується навколо частинок ґрунту силами поверхневого натяжіння і представлена також у двох формах - гігроскопічній, що у вигляді окремих молекул утримується навколо дрібних агрегатів породи і може бути вилучена лише при значному нагріванні, тобто при переході у газоподібний стан, та плівковій, яка утримується навколо частинок ґрунту у вигляді плівки води різної товщини і може засвоюватися рослинами, хоч і відривається з певними труднощами; • пароподібну воду, що займає порожнини у гірських породах; • воду у твердому стані (лід), яка може зустрічатися як у зоні багаторічної мерзлоти, так і в ґрунтах сезонного (зимового) промерзання; • капілярну воду, що заповнює дрібні порожнини (капіляри) у гірських породах, де утримується силами поверхневого натяжіння (менісковими силами) і може рухатися навіть проти напрямку сили тяжіння (саме завдяки цій властивості підземні води часто підходять до поверхні землі, зумовлюючи різноманітні негативні процеси: заболочування, засолювання, зниження морозостійкості форм рельєфу тощо); • гравітаційну (вільну) воду, яка заповнює тріщини і порожнини земної кори, рухаючись під дією сил тяжіння. 140

В залежності від характеру взаємин з підземними водами всі гірські породи можна умовно поділити на три групи: водопроникні, водонепроникні та розчинні. Водопроникні породи здатні пропускати через себе воду і, в свою чергу, поділяються на невологоємні (крупні піски, галька, тріщинуваті граніти, пісковики тощо) та вологоємні (торф, мул, крейда, лес та ін.). Якщо шар водопроникних порід насичений водою, що фільтрується по шпаринах і тріщинах, його називають водоносним горизонтом. Водонепроникні породи по відношенню до умов фільтрації виступають як водотривкі горизонти - саме на них нагромаджується вода, не проникаючи далі вглиб літосфери, і на них утримуються розташовані вище водоносні горизонти. Вони також можуть бути невологоємними (суцільні магматичні і метаморфічні породи, щільні пісковики й інші масивні утворення) або вологоємними, які після початкового насичення водою більше її через себе не пропускають (глини, мергелі тощо). Розчинні породи здатні утворювати більші чи менші порожнини, що розширюються під розчинною дією води. До таких порід насамперед відносяться різні солі (калійна, кухонна), гіпси і ангідрити1. Особливе місце у цій групі посідають деякі карбонатні породи (вапняки, доломіти2) - водотривкі у звичайному стані, при тривалій взаємодії з водою вони здатні розчинюватися і утворювати значні за розмірами порожнини (карсти). За умовами залягання розрізняють чотири основні різновиди підземних вод: ґрунтові, верховодку, підґрунтові та міжпластові. Ґрунтові води насичують крайню верхню частину літосфери - ґрунтовий покрив. Вони утворюються шляхом інфільтрації у ґрунтовий шар атмосферних опадів, а також іноді поповнюються за рахунок конденсації водяної пари та капілярного всмоктування з нижчих водоносних горизонтів. Представлені здебільшого фізично зв’язаними (гігроскопічна, плівкова) або капілярними різновидами води, вміщують велику кількість органічних речовин і мікроорганізмів, що відіграє значну роль у процесі живлення рослин. Накопичення у ґрунтовому горизонті вільної води призводить до заболочування місцевості, а з її випаровуванням, особливо в умовах посушливого клімату та інтенсивного капілярного підняття, зв’язані процеси засолювання ґрунтів. Верховодкою називають підземні водоносні горизонти, що залягають на невеликих глибинах і мають незначне поширення по площині (інфільтраційні потоки води затримуються на обмежених ділянках водотривких порід). Потужність насичених верховодкою порід, як правило, не перевищує 0.4-1.0 м, хоч іноді цей водоносний горизонт може сягати 2-5, а часом і 10 м. Найчастіше верховодка зустрічається на плоских вододілах та у степових западинах, також вона утворюється у великих населених пунктах та на крупних промис1 2

Ангідрит - мінерал класу сульфатів, CaSO4. Доломіт - мінерал класу карбонатів, CaMg(CO3)2. 141

лових об’єктах, чому сприяють втрати води з водогонів і каналізаційних мереж. Як правило, верховодка має сезонний характер, з’являючись навесні або після випадання дощів і поступово зникаючи завдяки випаровуванню та просочуванню у більш глибокі горизонти. Якість води, зазвичай, невисока, вода слабомінералізована, часто забруднена (особливо в межах населених пунктів), не має постійного гідравлічного зв’язку з річками та водоймами. Через нестабільність запасів та низьку якість води верховодку майже не використовують для водопостачання, адже необережне використання води цього горизонту може стати джерелом поширення різноманітних захворювань. З будівничих і комунальних позицій верховодка виступає як негативний фактор (підтоплення фундаментів і підвалів споруд тощо). Підґрунтові води (підповерхневі або води зони аерації) - перший від поверхні постійно існуючий водоносний горизонт, розташований на значному за площею водотривкому шарі. Як правило, підґрунтові води мають вільну поверхню, тобто над ними немає суцільного водонепроникного горизонту, і над “дзеркалом” підґрунтових вод аж до самої поверхні літосфери простягається зона, де порожнини й тріщини порід заповнені повітрям - це так звана зона аерації. Підґрунтові води в основному ненапірні, їх глибина залягання, температура, мінералізація та витрати повсякчас змінюються. Потік підґрунтових вод, як правило, узгоджується з рельєфом і спрямовується від вододілів до річкових долин. Живлення підґрунтових водоносних горизонтів здійснюється за рахунок інфільтрації атмосферних опадів, фільтрації з річок, каналів та водойм, конденсації водяної пари у зоні аерації і перетоку води з більш глибоких водоносних горизонтів. Iснує тісний гідравлічний зв’язок підґрунтових вод з поверхневими водотоками. Міжпластові води залягають у водопроникних шарах, які зверху і знизу затиснуті між пластами водотривких порід, і тому майже завжди знаходяться під тиском, тобто мають природний напір. Якщо просвердлити або прокопати верхній водотривкий шар, то вода під дією цього напору підніметься вгору, часом може навіть фонтаном вибиватися над денною поверхнею. З подібним явищем вперше зіткнулися у 1126 р. в паризькому передмісті Артуа, в зв’язку із чим напірні міжпластові води часто називають артезіанськими. Рівень, до якого може піднятися вода під дією напору, називають п’єзометричним, а рівень, на якому фактично залягають міжпластові води, іменують міжпластовим. Геологічні структури, в межах яких поширюються міжпластові води, називають артезіанськими басейнами. Окремі артезіанські басейни можуть мати “багатоповерхову” будову (складатися не з одного, а з декількох міжпластових горизонтів) і часто поширюються на площі у сотні й тисячі квадратних кілометрів (Дніпровсько-Донецький, Волино-Подільський артезіанські басейни в Україні). Завдяки їх стабільності міжпластові води вважають одним з найважливіших джерел господарського і побутового водопостачання. 142

Крім описаних чотирьох основних різновидів підземних вод часто окремо виділяють тріщинні та жильні води, що відрізняються великою потужністю водоносних горизонтів, а іноді утворюють і суцільні підземні потоки - струмки та ріки. В межах верхньої товщі материків, складеної переважно осадовими породами (пухкими і тріщинуватими), виділяють три яруси, які відрізняються один від одного за віком, хімічним складом та інтенсивністю водообміну: • верхній ярус інтенсивного водообміну, який вміщує прісну воду сучасного атмосферного походження (лише у посушливих умовах континентальних областей вона може бути засоленою); ці води мають тісний зв’язок з поверхневими водами (живлять річки та водойми, або навпаки - приймають від них надлишки води); • середній ярус уповільненого водообміну, який лежить нижче сфери впливу поверхневих вод (річок, озер) на глибинах порядку 1 км; у цьому ярусі теж переважає прісна вода, що зосереджується в артезіанських водоносних горизонтах і становить основу сучасного водопостачання; • нижній ярус дуже уповільненого водообміну, який включає в себе дуже давні води (часто навіть поховані рештки морів та озер), що відрізняються високою мінералізацією; крапельно-рідкі води у цьому ярусі можуть зустрічатися до глибини 10 км. Природні виходи підземних вод на земну поверхню суходолу або з-під дна континентальних водойм (водотоків) та морів (океану) називають джерелами. Нас, жителів Землі, можна порівняти з пасажирами корабля, яким дано певний запас води. Але пасажири судна можуть розраховувати, що у випадку нестачі води якесь інше судно допоможе їм, тоді як ми у Всесвіті одинокі з нашим невеликим запасом води, необхідної для життя. Ж.I.Кусто 4.2. Водні ресурси

Запаси води на Землі (табл.4.1) досить значні - 1.39 млрд.км3, що становить 0.025 % усієї маси планети, або 1/800 її об’єму. Проте переважна частина води (96.5 % її загального об’єму) припадає на океан і моря, які займають 70.8 % земної поверхні (361.3 млн.км2). Гірко-солоні води Світового океану непридатні для пиття та технологічного використання. Вони являють собою розчин, в якому присутні майже всі природні хімічні елементи. Середня солоність цих вод - 34.7 ‰ (тобто в 1 л океанічної води міститься 34.7 г солей). Найбільш солона вода в Мертвому морі - 260 ‰ (для порівняння, у Чорному - в середньому 18 ‰, Азовському 12 ‰, Балтійському - 7.2 ‰). Якби випарувати всю воду, що міститься у морях та океані Землі, і одержаний сухий залишок розсипати по поверхні материків 143

та островів, то на суходолі утвориться шар солі товщиною 135 м. За хімічним складом у воді морів і океану домінують хлориди (хлористий натрій NaCl і калій KCl - 88.7 %) та сульфати (сірчанокислий магній MgSO4, кальцій CaSO4, калій K2SO4 - 10.8 %), меншу роль відіграють карбонати (0.3 %) та інші розчинені у воді сполуки (0.2 %). Табл.4.1. Світові запаси води [98] Різновиди води Світовий океан Підземні води у т.ч. прісні Ґрунтова волога Льодовики та постійні сніги Підземний лід Води озер: - прісних - солоних Води боліт Води річок Вода в атмосфері Вода в організмах Загальні запаси води у т.ч. прісної

Площа поширення, млн.км2 361.3 134.8 82.0 16.2 21.0

Об’єм, тис.км3 1338000 23400 10530 16.5 24064 300

1.24 0.82 2.68 148.8 510.0 -

91.0 85.4 11.5 2.1 12.9 1.10 1385985 35029.2

Частка від світових запасів, % від загальних від запасів запасів води прісної води 96.5 1.70 0.76 30.1 0.001 0.05 1.74 68.7 0.022 0.86 0.007 0.006 0.0008 0.0002 0.001 0.0001 100 2.53

0.26 0.03 0.006 0.04 0.003 100

Маса прісної води на планеті - 35 млн.км3 (2.6 % її загальної кількості). Основна частина прісної води (24 млн.км3, або 69 % світових запасів) зосереджена у льодових щитах Антарктиди й Гренландії, гірських льодовиках, айсбергах, у зоні вічної мерзлоти. З усієї кількості прісної води лише 30 % перебуває в рідкому стані (річки, прісноводні озера, частина підземних вод). Саме ця вода використовується людством для його численних потреб. Слід зазначити, що 80 % усієї прісної рідкої води Землі зосереджено в унікальному водному басейні - сибірському озері Байкал. Річковий стік є основним джерелом водопостачання людства - щорічно на господарські потреби витрачається приблизно 13 % річкового стоку, при цьому у водойми повертається понад 600 км3 забруднених стоків, на нейтралізацію (розбавлення) яких необхідно у 5-10 разів більше чистої води [75]. За величиною річкового стоку серед країн світу перше місце посідає Бразилія з її гігантською річкою Амазонкою. В Україні протікає понад 22 тисячі річок загальною довжиною більш як 170 тис.км, з них 3.5 тисячі річок мають довжину понад 10 км, у тому числі 4 % з них - понад 100 км. Переважна більшість річок належить до басейнів Чорного і Азовського морів, з них до басейну Дніпра (третя після Волги і Дунаю за площею водозбору та четверта за довжиною ріка Європи) - 44 %, Дністра - 16 %. Решта входить до басейнів Дунаю, Південного Бугу, Сіверського 144

Дінця та менших річкових басейнів. Тільки 4 % річок несуть свої води до Балтійського моря. Середня густота річкової мережі на Україні - 0.25 км/км2 [61]. Сумарний річковий стік України без Дунаю в середній за водністю рік становить 87.1 км3, а у маловодні роки зменшується до 55.9 км3. Він складається з місцевого стоку, який формується безпосередньо на території України (відповідно 52.4 та 29.7 км3), і транзитного, що надходить з територій інших держав. Водні ресурси Дунаю становлять в середньому 123 км3 води на рік. По території України річковий стік розподілений нерівномірно - 70 % припадає на Південно-Західний економічний район (45 % території, де мешкає лише 40 % населення). На Донецько-Придніпровський і Південний економічні райони, в яких живе 60 % населення, і де розташовані найбільш водоємні галузі господарства, припадає всього 30 % стоку. В багатьох регіонах півдня України відчувається гострий дефіцит води, для подолання якого виконані значні роботи по регулюванню стоку річок, на яких створено 1087 водосховищ загальним об’ємом 55.11 км3 (в тому числі каскад з шести великих водосховищ на Дніпрі). Побудовано близько 28 тисяч ставків, 7 великих каналів довжиною близько 2000 км з подачею ними понад 1000 м3/с води (ПівнічноКримський, Дніпро - Кривий Ріг, Сіверський Донець - Донбас та ін.), а також 10 водоводів великого діаметру [73]. Головним джерелом води в Україні є Дніпро, водні ресурси якого стаIнші Дністер Iнгулець новлять близько 80 % вод8% 3% 4% них ресурсів країни і заПівденний Буг 5% безпечують водою 32 млн. Дунай 7% населення та 2/3 господарДніпро ського потенціалу (50 ве60% Сіверський ликих міст і промислових Донець 13% центрів, близько 10 тис. підприємств, 2.2 тис. сільських і понад 1 тис. комунальних господарств, 50 Рис.4.1. Забір поверхневих вод в басейнах річок в великих зрошувальних Україні [116] систем і 4 атомні електростанції) [64]. Дніпро є головним, а подекуди і єдиним, джерелом водопостачання великих промислових центрів півдня і південного сходу України. Каналами Дніпро-Донбас, Північнокримським та Каховським щорічно перекидається 5-6 км3 стоку за межі басейну. Іншими річками, що забезпечують потреби населення і господарства України у воді, є Дністер, Південний Буг, Західний Буг, Тиса, Прут, Сіверський Донець, Дунай та ін. (рис.4.1). Забір поверхневих вод в Україні складає близько 60 % місцевого стоку, отже можливості розширення використання ресурсів поверхневих вод вже 145

практично вичерпані. Забезпечення водою населення України ускладнюється ще й через незадовільну якість води більшості водних об’єктів, яка за станом хімічного і бактеріального забруднення класифікується як забруднена і брудна (IV-V клас якості)1. Найгостріший екологічний стан спостерігається в басейнах річок Дніпра, Сіверського Дінця, річках Приазов’я, окремих притоках Дністра, Західного Бугу, де якість води класифікується як дуже брудна (VI клас). Для екосистем більшості водних об’єктів України властиві елементи екологічного та метаболічного регресу [73]. Стан води й повноводдя великих річок України залежать від стану їх приток - малих річок, яких в Україні налічується понад 63 тисячі. Ці річки мають величезне значення - досить сказати, що 90 % усіх населених пунктів країни розташовані на їх берегах. Стан малих річок викликає сьогодні велику тривогу, більше як 20 тисяч їх вже зникло з карти нашої країни. Деградація і висихання їх неминуче призводять до деградації великих водотоків, тому проблема збереження й оздоровлення малих річок є однією з найгостріших для нашої держави. В прісних озерах України зосереджено 2.3 км3 води, в солоних озерах і лиманах - 8.6 км3, а в болотах - близько 30 км3. Друге місце (після Світового океану) за загальними об’ємами води у гідросфері і перше місце за обсягами прісної води посідають підземні води. Хімічний склад підземних вод дуже різноманітний. Залежно від складу водоносних порід та глибини залягання вони змінюються від гідрокарбонатно-кальцієвих до сульфатних, сульфатно-натрієвих і хлоридно-натрієвих, за мінералізацією - від прісних до ропи з концентрацією 600 ‰, часто з наявністю газової компоненти. Мінеральні та термальні підземні води мають велике бальнеологічне значення, є одним з рекреаційних ресурсів природного середовища. В Україні підземні води поширені по всій території, але розподілені також нерівномірно. Тут виділено сім основних гідрогеологічних районів: Львівсько-Волинський, Дніпровсько-Донецький і Причорноморський артезіанські басейни, Карпати, Донбас, Крим та Український кристалічний щит (центральні райони країни). Підземні води України мають не менше значення для забезпечення водою населення, ніж води поверхневого стоку. Досить зазначити, що близько 70 % населення міст і селищ міського типу користується водою з підземних водоносних горизонтів, а сільське населення майже на 100 % задовольняє свої потреби за рахунок підґрунтових вод (колодязі) чи глибших водоносних горизонтів (свердловини). Прогнозні ресурси підземних вод питної якості в Україні оцінені в кількості 22.5 км3/рік (61.7 млн.м3/доб), з яких 8.9 км3/рік (22.4 млн.м3/доб) гідравлічно не зв’язані з поверхневим стоком. Затверджені експлуатаційні запа1

Див. розділ 8.2.6.2. 146

си питних підземних вод становлять 5.75 км3/рік, з них підготовлені до промислового освоєння близько 4 км3/рік. Водозабір підземних вод у складі прогнозних ресурсів становить 21 % [73]. Значні запаси води зосереджені в надрах Землі у зв’язаному стані (у складі мінералів). За даними В.I.Вернадського, в земній корі міститься щонайменше 1.3 млрд.км3 зв’язаної води, тобто приблизно стільки ж, як у Світовому океані. Непитущий не знає, яка смачна вода з похмілля. Японське прислів’я 4.3. Водоспоживання та водокористування

Проблема забезпечення людства чистою водою нині надзвичайно загострилася, оскільки наявні ресурси прісної води в багатьох регіонах є недостатніми для задоволення всіх споживачів не лише на перспективу, але й на сьогодні. Ще донедавна вважали, що людству вистачить води назавжди. Проте тієї води, яку людство використовує для питних, господарсько-побутових та технологічних потреб, на земній кулі всього 0.1 % від усіх її запасів [75]. І якщо людство збереже якість цієї води, то воно збереже собі й життя. Нині якісна питна вода вже стає предметом експорту (так, німці купують чисту воду в Швеції, голландці - в Норвегії). Усі галузі господарства по відношенню до водних ресурсів поділяють на дві групи: на водоспоживачів та водокористувачів. Водоспоживачі забирають воду з джерела, використовують її для виробництва промислової чи сільськогосподарської продукції або для задоволення побутових потреб населення і знову повертають у довкілля, але вже в іншому місці, в меншій кількості та з іншими якісними характеристиками. Водокористувачі воду з джерела не забирають, а використовують її як середовище (водний транспорт, рибальство, рибництво, спорт тощо), або як джерело енергії (ГЕС). Проте й вони можуть змінювати якість води (наприклад, водний транспорт) або гідрологічний режим (ГЕС). В залежності від цілей розрізняють господарсько-питне, комунальне, сільськогосподарське, промислове, транспортне та ін. використання води. Промисловість використовує близько 20 % загального обсягу споживання прісної води. Потреби промисловості у воді залежать не тільки від галузі, але й від технології, що застосовується, системи водопостачання (прямоточної чи оборотної), кліматичних умов тощо. При прямоточній системі водопостачання вода з водного джерела подається на промисловий об’єкт, використовується в процесі виробництва продукції, потім надходить на очисні споруди і після відповідного очищення скидається у водотік чи водойму. При оборотній системі відпрацьована вода після відповідного очищення не скидається у водойму, а багаторазово використовується в процесі виробництва. Витрати води при цьому набагато нижчі. 147

Так, наприклад, якщо ТЕС потужністю 1 млн.кВт при прямоточному водопостачанні щорічно споживає 1.5 км3 води (головним чином для охолодження агрегатів), то при оборотній системі - лише 0.12 км3, тобто в 13 разів менше. Частка безповоротного водоспоживання в промисловості невелика і становить 5-10 % від об’єму водозабору, а в теплоенергетиці - 0.5-2 %. Для оцінки обсягів промислового водоспоживання використовують термін водоємність виробництва, під яким розуміють кількість води в м3, необхідну для виробництва 1 т готової продукції. Так, для добування і збагачення руди необхідно 2-4 м3/т, виробництва прокату - 10-15, чавуну - 40-50, целюлози - 400-500, віскозного шовку - 1000-1100, хімволокна - 2000-5000 м3/т. Найбільш водоємними є целюлозно-паперова та нафтохімічна промисловість, атомна й теплова енергетика, на які припадає 80-90 % всього промислового водоспоживання. Слід зазначити, що АЕС використовують у середньому вдвічі більше води на 1 кВт·год виробленої електроенергії, ніж ТЕС, а для охолодження турбогенераторів всіх ТЕС в світі необхідно щорічно 250 км3 прісної води. Якщо в 1970 р. для промислових потреб в усьому світі використовувалось 510 км3 води, то очікуване водоспоживання в 2000 р. становить 1900 км3. В нашій країні населенням і господарством щорічно використовується близько 30 км3 води, при цьому головними водокористувачами є енергетика, металургія, сільське та комунальне господарство (рис.4.2). Слід відзначити, що в Україні вода всіма галузями промисловості використовуIнші 9% Металургія ється дуже неефективно. Во6% Сільське домісткість валового націогосподарство 39% нального продукту в Україні у кілька разів перевищує анаЕнергетика 29% логічні показники в інших державах, тоді як за запасами Комунальне водних ресурсів у розрахунку господарство 17% на одиницю площі або на одного жителя наша країна зайРис.4.2. Використання води в Україні галузями має одне з останніх місць сегосподарства [116] ред країн Європи. Застарілі технології і вкрай зношені виробництва (є такі, що побудовані в минулому та на початку цього століття) потребують значних об’ємів води. На підприємствах слабо налагоджений облік використання води та відведення стічних вод, незадовільно нарощуються потужності повторного використання води та оборотних систем, не знижуються питомі норми водоспоживання. Значна кількість підприємств використовує води в 2-5, а деякі - в 10-13 разів більше, ніж необхідно за технологією. Витрати свіжої води на одиницю виробленої 148

продукції в Україні значно перевищують такі ж показники у розвинених країнах Європи: Франції - в 2.5, ФРН - в 4.3, Великобританії та Швеції - в 4.2 разу [73]. За даними Ради по вивченню продуктивних сил України Національної Академії наук, використання води питної якості на технологічні потреби становить близько 50 %. У той же час приблизно 90 % потреби можна задовольнити за рахунок повторного використання води в системах промислового та комунального водозабезпечення. Втрати води під час транспортування становлять 10-20 %, нераціональне використання та втрати її у житловому фонді - більш як 20 %, у промисловості - 20-30 % [63]. Сільське господарство є основним споживачем прісної води (70 % усього її використання в світі). Це зумовлене, в першу чергу, збільшенням площ зрошуваного землеробства: на початку XX ст. площа зрошуваних земель становила 40 млн.га, в 1970 р. - 235, а в 2000 р., за прогнозами, досягне 420 млн. га. Зрошувані землі дають набагато більше продукції, ніж незрошувані (богарні). Так, у світі нині зрошується тільки 15 % площ усіх сільськогосподарських угідь, проте вони дають понад 50 % усієї продукції (за вартістю). Питоме водоспоживання при зрошенні залежить від виду сільськогосподарських культур, фізико-географічних умов району, технічного стану зрошувальних систем і способів поливу. Так, наприклад, норми зрошення зернових становлять 1500-3500 м3/га, цукрового буряка - 2500-6000, багаторічних трав - 2000-8000, рису - 8000-16000. Втрати води під час зрошення (за рахунок випаровування) є досить значними - від 20 до 60 % водозабору. Деяка кількість води після зрошення повертається у водойми у вигляді зворотних вод, які, зазвичай, за своїм хімічним складом значно відрізняються від води, що використовується для зрошення, зокрема, містять значну кількість солей. В сільському господарстві України використовується 10.9 км3 води, або 36.4 % загального споживання, з них для зрошення використовується 7.8 км3, а для водопостачання - 1.6 км3. На відміну від промислового виробництва, де безповоротне водоспоживання не перевищує 20-25 %, в сільському господарстві безповоротні втрати становлять близько 80 %. Об’єм води для комунально-побутових потреб, включаючи роботу підприємств побутового обслуговування, поливання вулиць і зелених насаджень, протипожежні заходи тощо, визначається чисельністю населення та питомим водоспоживанням, під яким розуміють добовий об’єм води в літрах, необхідний для задоволення всіх потреб одного жителя міста чи села. Питоме водоспоживання в містах є вищим, ніж в селах, і значною мірою залежить від ступеня благоустрою: наявності водопроводу, каналізації, централізованого гарячого водопостачання тощо. У великих містах (Москва, Санкт-Петербург, Нью-Йорк, Париж) питоме водоспоживання становить 500-600 літрів за добу на 1 мешканця. Пересічно по Україні середньодобове споживання води на 1 149

жителя міста становить 325 літрів, для порівняння, у Львові воно дорівнює 388, Макіївці - 259, Лисичанську - 425, Дзержинську (Донецької області) 615 літрів на добу [61]. На сьогодні всі 436 міст України та 821 з 927 селищ міського типу, а також 5760 сільських населених пунктів (всього понад 70 % населення України) забезпечені централізованим водопостачанням, в решті населених пунктів, де відсутні централізовані системи, водоспоживання здійснюється з шахтних колодязів, каптажів та відомчих водопроводів [73]. Слід зазначити, що більшість водопровідних мереж в Україні знаходиться в надзвичайно поганому стані. Кількість аварій на них на порядок перевищує відповідний рівень у країнах Європи. Щорічно до 10 % досліджуваних проб з водопровідних мереж не відповідає гігієнічним нормативам за органолептичними властивостями, загальною мінералізацією і вмістом хімічних речовин. Практично кожна восьма проба питної води з сільських водопроводів та кожна третя з джерел децентралізованого водопостачання не відповідає вимогам за бактеріологічними показниками [65]. Стан водопровідних очисних споруд такий, що частина забруднювачів може не усуватися з води, особливо коли їх вміст у джерелах водопостачання перевищує ГДК. Існуючі технології підготовки питної води передбачають широке застосування хлору, внаслідок чого в питній воді утворюються канцерогенні хлорорганічні сполуки. Лайно - не стільки речовина, скільки стан буття. Невід. автор 4.4. Забруднення природних вод

В результаті інтенсивного використання людством водних ресурсів в гідросфері відбуваються значні кількісні та якісні зміни. Кількісні зміни полягають в тому, що в певних районах змінюється кількість води, придатної для господарських потреб, водний баланс, режим річок тощо. Якісні зміни зумовлені тим, що більшість річок і озер є не тільки джерелами водопостачання, але й басейнами, куди скидаються промислові, сільськогосподарські та господарсько-побутові стоки. Нині на Землі вже практично не залишилося великих річкових систем з гідрологічним режимом і хімічним складом води, не спотвореними діяльністю людини. Забруднюючі речовини у водні об’єкти надходять такими шляхами: • зі стічними водами населених пунктів, промислових і сільськогосподарських підприємств; • з дощовими і талими водами в результаті змиву з поверхні ґрунту побутового бруду, нафтопродуктів, добрив, отрутохімікатів та інших речовин; • від водного транспорту і споруд на берегах; • з атмосферними опадами, в яких містяться розчинені забруднення від 150

викидів в атмосферу. Неочищені та частково очищені стічні води, потрапляючи у водні об’єкти, призводять до змін фізико-хімічних властивостей природних вод, забруднюють їх. За В.М.Гольдбергом [14], забруднення вод - це спричинені господарською діяльністю зміни якості води у порівнянні з її природним станом та нормами якості по видах водокористування, які роблять цю воду частково або повністю непридатною для використання за цільовим призначенням. В забруднених водних об’єктах відбуваються складні процеси, спрямовані на відновлення їх природного стану. Сукупність гідродинамічних, біологічних, хімічних та фізичних процесів, що ведуть до зменшення концентрації забруднюючих речовин у воді, називають самоочищенням. В багатьох водоймах та водотоках цей процес стає дедалі більш утрудненим через значну кількість шкідливих речовин, які в них надходять. Всі забруднюючі речовини, що надходять у водні об’єкти, можна поділити на: • мінеральні (пісок, глина, шлаки, золи, розчини та емульсії солей, кислот, лугів, радіоактивні сполуки); • органічні (речовини рослинного та тваринного походження, а також смоли, феноли, спирти, фарбники, альдегіди, сіркомісткі сполуки тощо); • біологічні (патогенні бактерії, віруси, збудники інфекцій). Розрізняють три види забруднення вод: хімічне, фізичне та біологічне. Хімічне забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми із стічними водами різних шкідливих домішок неорганічної (кислоти, мінеральні солі, луги тощо) та органічної природи (нафта й нафтопродукти, органічні сполуки, поверхнево-активні речовини, миючі засоби, пестициди тощо). Більшість з цих речовин є токсичними (отруйними) для мешканців водойм - сполуки миш’яку, свинцю, ртуті, міді, кадмію, хрому, фтору тощо. Вони поглинаються фітопланктоном і передаються далі по харчових ланцюгах більш високоорганізованим організмам. Цей процес супроводжується кумулятивним ефектом, який полягає у прогресуючому збільшенні вмісту шкідливих сполук в кожній наступній ланці харчового ланцюга. Скажімо, у фітопланктоні вміст шкідливої сполуки буде в десять разів більший, ніж у воді, в зоопланктоні (рачки, личинки тощо) - підвищиться ще вдесятеро, в рибі, яка живиться зоопланктоном - ще вдесятеро. В результаті в тканинах хижої риби (щука, судак) концентрація отрути може в тисячі разів перевищувати її концентрацію у воді, що дуже небезпечне для птахів, тварин і людей. Нещодавно, наприклад, було встановлено, що вміст ртуті в балтійській трісці подекуди досягає 800 мг/кг маси. Це означає, що з’ївши п’ять-вісім таких рибин, людина одержує стільки ж ртуті, скільки міститься в медицинському термометрі [72]. Сумної слави набула хвороба мінамата, вперше виявлена в 1956 р. у людей, що їли рибу, виловлену японськими рибалками в затоці Мінамата (о. Кю151

сю), куди підприємство по виробництву ацетальдегіду безконтрольно скидало стоки, що містили солі ртуті. Під дією специфічних мікроорганізмів в бухті солі ртуті, які самі по собі достатньо токсичні, перетворювалися у надзвичайно отруйну метилртуть, що акумулювалася в тканинах риб - основному продукті харчування місцевих жителів - у концентрації, що в 500 разів перевищувала її вміст у воді. Хвороба мінамата охопила декілька сотень осіб і супроводжувалася повним розладом центральної нервової системи (погіршення зору та слуху, порушення мови, втрата розуму, невпевнені рухи тощо), в 43 випадках хвороба мала летальний наслідок. Підприємство було закрите, але рибний промисел у затоці не відновився: на її дні лежить близько 600 т ртуті. Згубно впливають на стан водойм стічні води, що містять розчинені органічні речовини або суспензії органічного походження. Більшість цих речовин сприяє зниженню вмісту у воді кисню. Особливої шкоди завдають нафта і нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообміну між водою та атмосферою і знижує вміст кисню у воді. Осідаючи на дно водойм, органічні речовини замулюють його і затримують або повністю припиняють життєдіяльність донних мікроорганізмів, які беруть участь у самоочищенні. Під час гниття донних осадів, забруднених органічними сполуками, утворюються шкідливі і отруйні речовини, зокрема сірководень, що забруднює всю воду в річці чи озері. Основними джерелами хімічного забруднення є доменне та сталеливарне виробництво, підприємства кольорової металургії, гірничодобувної, хімічної, целюлозно-паперової, нафтопереробної промисловості (в стічних водах цих підприємств містяться нафтопродукти, феноли, складні органічні забруднення, хлор, кольорові метали та ін.), а також екстенсивне сільське господарство, великі тваринницькі комплекси тощо. Значну кількість органічних сполук, яких раніше не було в природі, містять стоки хімічних підприємств. Багато з цих речовин біологічно активні, дуже стійкі і важко видаляються із стоків. Останнім часом особливе місце серед них посідають синтетичні миючі засоби - детергенти. Більшість з них містить фосфор. Зростання кількості фосфатів у річках, озерах і морях спричинює інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей, “цвітіння” водойм, що супроводжується різким зниженням вмісту у воді кисню, “заморами” риби, загибеллю інших водних тварин. Детергенти також надзвичайно утруднюють роботу каналізаційних очисних споруд, уповільнюючи процеси коагуляції при очищенні стічних вод. Кількість хімічних забруднювачів води постійно зростає. В 1992 р. їх було зафіксовано 959 різновидів. Про шкідливу дію багатьох з них ми нині лише здогадуємося, оскільки вони мають пролонгований вплив, тобто їхня дія виявляється в наступних поколіннях живих істот і полягає у появі шкідливих мутацій, генетичних розладах тощо. 152

Окрім безпосереднього скидання стічних вод необхідно враховувати також можливість забруднення поверхневих вод при взаємодії з іншими природними середовищами: атмосферою, літосферою та педосферою. Так, у поверхневі води надходить багато нітратів через нераціональне застосування азотних добрив та збільшення автотранспортних викидів. Це ж стосується і фосфатів (добрива, миючі засоби), вуглеводнів (нафта та продукти її переробки) та ін. Зауважимо, що з розвитком великих тваринницьких та птахоферм, де кількість тварин сягає десятків і сотень тисяч, постала проблема сильного забруднення довкілля і в сільськогосподарських районах. У зонах, де розташовані приміщення для утримання птахів, свиней, корів, в повітря надходить велика кількість сірководню, аміаку і вуглекислого газу, а в ґрунти та ґрунтові води - органічних забруднень і хімічних синтетичних продуктів. Спеціалісти стверджують, що одна велика сучасна свиноферма (100 тис. голів), де використовують гідрозмив нечистот, забруднює довкілля з такою ж інтенсивністю та у такому ж обсязі, як сучасне місто з населенням в 300-400 тис. осіб. Змив з поверхні землі у водойми і водотоки органічних речовин та мінеральних добрив призводить до надлишку в них поживних речовин і, як наслідок, до евтрофікації1 та заростання водних об’єктів. Спочатку із збільшенням концентрації біогенних речовин спостерігається бурхливий розвиток водної рослинності - переважно, синьо-зелених водоростей, після відмирання яких біомаса опускається на дно, де відбувається її мінералізація із споживанням великої кількості розчиненого кисню, а після повного вичерпання кисню розпочинається її безкисневе бродіння з виділенням метану (СН4) та сірководню (H2S), що отруюють водойму і призводять до загибелі більшості гідробіонтів (окрім анаеробних мікроорганізмів). Фізичне забруднення води пов’язане із зміною її фізичних властивостей: прозорості, вмісту мінеральних та інших нерозчинених домішок, радіоактивних речовин та температури. Суспензії піску, намулу, глинистих частинок потрапляють у водойми, головним чином, за рахунок поверхневого змиву дощовими водами із сільськогосподарських полів, особливо тоді, коли розорюються водозахисні смуги вздовж річок, і орні ділянки наближаються до самого урізу води. Багато суспензій потрапляє у водотоки з діючих підприємств гірничорудної промисловості, таких як промивні установки, драги тощо. Пил надходить у водойми із сильними вітрами, особливо в суху погоду. Тверді частинки різко знижують прозорість води, пригнічують процеси фотосинтезу водних рослин, забивають зябра риб і погіршують смакові якості води. Надзвичайну небезпеку для всього живого становлять радіоактивні домішки, що потрапляють у водойми 1

Евтрофікація - збільшення первинної продуктивності водойм внаслідок збільшення вмісту в них біогенних елементів, головним чином азоту й фосфору. 153

через викиди АЕС (особливо під час аварій), з частками золи від працюючих ТЕС тощо. Слід зазначити, що навіть за нормальної роботи ядерних реакторів у охолоджуючі поверхневі води можуть потрапляти нейтрони, під дією яких молекули води і домішки (продукти корозії) стають радіоактивними. Крім того, захисні цирконієві оболонки тепловиділяючих елементів можуть мати мікротріщини, крізь які у водне середовище потрапляють продукти ядерних реакцій (зокрема, 90Sr, 137Cs, які мають тривалий період напіврозпаду). У водних об’єктах радіоактивні речовини зазнають фізико-хімічних перетворень (адсорбція1 на завислих речовинах, осадження, осадоутворення, перенесення течіями, поглинання живими організмами, накопичення в їх тканинах). У живих тканинах накопичуються, перш за все, радіоактивна ртуть, фосфор, кадмій, в ґрунтах - ванадій, цезій, ніобій, цинк, у воді залишаються сірка, хром, йод. Теплове забруднення водойм є особливим видом забруднення гідросфери, спричиненим скидом у водойми теплих вод від різних енергетичних установок. Величезна кількість тепла, що надходить з нагрітими водами в річки й озера, істотно змінює їх термічний та біологічний режими. Серед джерел теплового забруднення гідросфери перше місце посідають АЕС і ТЕС, які скидають у водойми від 1/3 до 1/2 теплової енергії, що виробляється. Як свідчать спостереження, на ділянках річок нижче за течією від ТЕС та АЕС порушуються умови нересту риб, гине зоопланктон, риби уражаються хворобами і паразитами. Вчені-гідробіологи встановили таку характерну послідовність дії підвищених температур на мешканців озер і річок: • до 26°С - помітного шкідливого впливу не спостерігається; • 26-30°С - пригнічення життєдіяльності риб; • понад 30°С - шкідлива дія на біоценози (гине зоопланктон, порушується нерест риб); • 34-36°С - гине риба й деякі інші види організмів. При значному тепловому забрудненні риби задихаються і гинуть, оскільки потреба в кисні зростає, а його розчинність - навпаки, зменшується. Кількість розчиненого кисню зменшується ще й тому, що при тепловому забрудненні відбувається бурний розвиток водоростей, вода “цвіте” з наступним гниттям відмираючої рослинної маси (евтрофікація водних об’єктів). Крім того, теплове забруднення істотно підвищує токсичність багатьох хімічних сполук, зокрема, важких металів. Біологічне забруднення водного середовища полягає в надходженні у водойми із стічними водами різних видів мікроорганізмів, рослин і тварин 1

Адсорбція (від лат. ad - на і sorbeo - поглинаю) - поглинання речовини з газового чи рідинного середовища поверхневим шаром твердого тіла (адсорбенту) або рідини. 154

(віруси, бактерії, гриби, найпростіші, черви), яких раніше тут не було. Багато з них є хвороботворними для людей, тварин і рослин (табл.4.2). Біологічне забруднення може призводити до епідемій холери, брюшного тифу, паратифу та інших кишкових інфекцій, а також до деяких вірусних захворювань (наприклад, гепатиту). Табл.4.2. Непатогенні та патогенні організми, присутні у воді [2] Організм Актиноміцети Водорості Бактерії типу кишкової палички Фекальні стрептококи Залізобактерії

Vibrio cholera Salmonella typhi Shigella dysenteriae Shigella flexneri Shigella boydi Shigella sonnei Salmonella paratyphi Entamoeba hidtolytica

Віруси, що фільтруються

Характер впливу Непатогенні організми Викликають небажаний присмак і запах Викликають небажаний присмак і запах, засмічують фільтри Ця група бактерій є показником гігієнічних властивостей води: велика кількість бактерій свідчить про можливе забруднення води фекаліями Показник фекального забруднення Викликають утворення слизу, найчастіше червоного кольору, у колодязях та водопровідних магістралях. Для утворення слизу достатньо присутності заліза у концентраціях 0.1-0.2 мг/л Патогенні організми Викликає холеру. Початкова хвиля епідемії холери поширюється водним шляхом. У подальшому інфекція передається контактним шляхом, через їжу Викликає черевний тиф. Основним переносником інфекції є харчові продукти та вода Викликає бацилярну дизентерію (Shigellosis), зумовлену фекально-оральною передачею інфекції через воду, молоко, харчові продукти, мух та при безпосередньому контакті Викликає паратифозні захворювання Найпростіші хвороботворні організми Викликають амебну дизентерію. Ендемічні захворювання поширюються контактним та харчовим шляхом, а також, ймовірно, через мух Віруси Інфекційний гепатит може передаватись через воду, молоко та харчові продукти

Головними джерелами біологічного забруднення поверхневих вод суші та прибережних морських вод є комунально-побутові стоки, харчові відходи, а також стічні води підприємств харчової (бійні, м’ясокомбінати, молочні, сироробні, цукрові заводи), целюлозно-паперової та хімічної промисловості, шкірзаводів та ін., а в сільській місцевості - стоки крупних тваринницьких комплексів. Особливої гостроти біологічне забруднення водойм набуває в місцях масового відпочинку людей (рекреаційні й курортні зони узбережжя морів та озер). Так, останніми роками через незадовільний стан каналізаційних очисних споруд міське керівництво Одеси, Маріуполя та інших міст на узбережжі Чорного й Азовського морів неодноразово закривало пляжі, бо в морській воді були виявлені збудники таких небезпечних хвороб, як вірусний гепатит, дизентерія, холера тощо. Шкода водним об’єктам, особливо річкам, завдається не тільки безпосереднім скиданням у них забруднюючих речовин, але й через погіршення їх здатності до самоочищення, порушення водного балансу через пряме вилучення води, зміною гідрографічної мережі, впливом на ландшафти водозбір155

них басейнів тощо. Так, завдяки інтенсивному випаровуванню води з водного дзеркала водосховищ, загальна площа якого в Україні перевищує 7 тис.км2, щорічні втрати води в атмосферу становлять в середньому 5 км3 - 10 % власних водних ресурсів країни [10]. Після закінчення будівництва каскаду водосховищ на Дніпрі швидкість водообміну в річці зменшилася у десять разів. В результаті при низькій проточності вода проявляє підвищену здатність до евтрофікації та акумуляції забруднень, гинуть гідробіонти, порушується природна міграція риб, затоплюються пасовища і рілля. Якщо прийняти до уваги, що ГЕС на цій річці відіграють незначну роль в енергетичному балансі України (виробляють лише до 4 % електроенергії), то навряд це може компенсувати екологічні та економічні збитки від таких гідротехнічних споруд. Адже при створенні шістьох водосховищ на Дніпрі було затоплено майже 700 тис.га родючих заплавних земель (близько 2.1 % загальної площі України). Знищені під водою сади та городи могли б давати щорічно 3-4 млн.т фруктів та овочів, а інші землі близько 1 млн.т зерна. Економічна, енергетична та господарська вигода від створення водосховищ порівняно мізерна, й нині ці водойми - накопичувачі промислового та побутового бруду [72]. Ми не можемо чекати милості від природи після того, що з нею зробили.

4.4.1. Забруднення вод Світового океану Океан, включаючи замкнені та напівзамкнені моря, є важливою частиною глобальної системи життєзабезпечення. Він впливає на клімат, погоду та стан атмосфери, а також служить потужним резервом продуктів харчування1, мінерально-сировинних та інших ресурсів. Крім того, Світовий океан є безвідмовним приймальником всякого роду відходів, всесвітньою “стічною ямою”, гігантським септичним резервуаром, з якого вода, здійснивши великий кругообіг, повертається до людей, тварин і рослин у чистому вигляді. Скид в океан величезної кількості шкідливих речовин, пестицидів, добрив, зростаюче забруднення морського середовища нафтопродуктами, засмічення річкових естуаріїв - усе це загрожує тим, що в певний момент океан перестане служити людям. Забруднення морських вод слід розглядати з урахуванням складного обміну природними водами між геосферами в процесі вологообігу та еволюційного розвитку Землі. У моря надходить величезна кількість речовин як в результаті природних процесів, так і внаслідок антропогенного впливу. Основний обсяг забруднення морського середовища (до 70 %) зв’язаний з наземними джерелами, однак

1

У світі щорічно добувається приблизно 100 млн.т морських продуктів, що становить близько одного відсотка продуктів харчування, які споживає людство. 156

забруднення відбувається також в результаті судноплавства та скиду відходів у море. До основних джерел забруднення морських вод можна віднести [8]: • скид промислових та господарсько-побутових вод безпосередньо в море або з річковим стоком; • надходження із суші різноманітних речовин, що застосовуються у сільському та лісовому господарстві; • умисне захоронення в морі забруднюючих речовин (дампінг); • витоки різноманітних речовин в процесі суднових операцій; • аварійні скиди із суден або підводних трубопроводів; • розробку корисних копалин на морському дні; • перенесення забруднюючих речовин із суші через атмосферу. Води морів і океану забруднюються переважно водами річок, з якими до них щорічно надходить понад 320 млн.т заліза, 6.5 млн.т фосфору та ін. Дуже багато забруднювачів потрапляє у Світовий океан з атмосфери: 200 тис.т свинцю, 1 млн.т вуглеводнів, 5 тис.т ртуті тощо. Близько однієї третини мінеральних добрив, що вносяться в ґрунт, вимиваються з нього і з водою річок виносяться в моря та океан. Лише азоту й фосфору таким шляхом потрапляє у Світовий океан близько 62 млн.т на рік. Біогенні речовини викликають бурхливий розвиток деяких рослин (синьо-зелених і зелених одноклітинних водоростей), що вже не раз спричинювало так звані “червоні припливи” в Північному і Середземному морях та інших акваторіях. Прогресуюче забруднення Світового океану інколи має найнесподіваніші наслідки, коли здавалося б нешкідливі, практично нікому раніше невідомі організми набувають загрозливих властивостей. Саме так сталося з мікроскопічними одноклітинними водоростями: значне забруднення морів нітратами й фосфатами, якими живляться водорості, вже кілька разів викликало в тому чи іншому місці Світового океану вибухоподібне їх розмноження, відоме під назвою “червоний приплив” (хоча його колір залежно від різновиду мікроорганізмів може бути і жовтим, і синьо-зеленим). Ці мікроорганізми надзвичайно швидко розмножуються - загальна їх кількість подвоюється за 20 год. Вони утворюють на поверхні моря “ковдру” до 2 м завтовшки, яка може вкривати великі площі поблизу узбережжя. Наприклад, біля берегів Скандинавії у 1988 р. подекуди утворилися велетенські плями таких водоростей - до 45 км завдовжки і 10 км завширшки. Бурхливий розвиток водоростей супроводжується різким зниженням вмісту у морській воді кисню. Гинучи через два-три дні, клітини водоростей випадають на дно, де стають поживою для бактерій, які в процесі інтенсивного метаболізму починають використовувати надмірну кількість кисню. Це призводить до загибелі від задухи донних організмів. Самі клітини водоростей містять отруйні речовини, що згубно діють на рибу й інші морські організми. 157

В результаті подібного “червоного припливу” у 1988 р. в Північному морі поблизу узбережжя Данії і Норвегії на великих ділянках загинула практично вся морська фауна й флора, було завдано значної шкоди риболовецьким господарствам, забруднено пляжі, сморід над деякими затоками стояв більше місяця. Загрозливим є те, що “червоні припливи” трапляються дедалі частіше й уражають дедалі більші ділянки морського узбережжя. До найбільш шкідливих забруднювачів Світового океану належать нафта і нафтопродукти. В природних умовах у Світовий океан їх щороку надходить від 0.2 до 2 млн.т, проте найбільшої шкоди морським екосистемам завдають морські перевезення нафти, якої щорічно танкерами транспортується близько 2 млрд.т. Втрати нафти відбуваються навіть при безаварійній роботі морського транспорту, але у випадках аварій, коли її розливається до 40-50 тис.т, забруднюються поверхні площею більше 100 км2. В результаті аварій та витоків у Світовий океан щороку надходить 5-10 млн.т нафти та нафтопродуктів, тобто набагато більше, ніж у природних умовах. За даними А.М.Рябчикова (1976), всього у Світовий океан потрапляє до 16 млн.т нафти та нафтопродуктів на рік, з них 8 млн.т - при видобутку та перевезенні танкерами і 8 млн.т - із втрат на суші через поверхневий стік. Можливості морських вод самоочищуватися від нафтового забруднення залежать від географічної широти, температури вод, величини хвилювання на поверхні моря тощо. Так, при низьких температурах розклад нафтопродуктів у морській воді уповільнюється, що призводить до їх накопичення і шкідливої дії. Нафта та нафтопродукти негативно впливають на морські біоценози через утворення плівок, які порушують обмін енергією, теплом, вологою та газами між океаном і атмосферою, а також впливають на фізико-хімічні і гідробіологічні умови, клімат та баланс кисню в атмосфері. Жертвами цього виду забруднення стають сотні тисяч морських птахів, тюленів, велика кількість риби, донних тварин тощо. Моря й океан забруднюються також твердими відходами - побутовими та промисловими. Цих відходів у Світовому океані накопичилося вже понад 20 млн.т. Більшість з них дуже шкідлива, бо містить сполуки важких металів та інші речовини, що згубно діють на морську фауну. Досить багато потрапляє в морські води пестицидів, половина з яких надходить з повітря, а решта - зноситься з агроекосистем поверхневим стоком. Так, забруднення морських вод ДДТ та іншими пестицидами (особливо у пригирлових частинах морів) багатьма вченими розглядається як найбільш ймовірна загроза необоротної деградації морських екосистем в майбутньому. Заборона ДДТ та деяких найбільш стійких і токсичних пестицидів в багатьох країнах світу не призвела до докорінного вирішення цієї проблеми, хоча в цілому надходження ДДТ у морські води дещо скоротилося (до 27-28 тис.т/рік). Забруднення та отруєння морських вод відбувається при затоплюванні (дампінгу) ємностей з отруйними речовинами, побутовими та промисловими 158

відходами. Починаючи з 1967 р., у глибоководних частинах океану здійснюється захоронення радіоактивних відходів у герметичних металічних контейнерах1, заповнених бетоном чи бітумом, хоча в разі розгерметизації цих контейнерів екологічні наслідки можуть бути катастрофічними. Дампінг радіоактивних відходів вже призвів до підвищення радіоактивності в деяких районах Світового океану (Iрландське та Японське моря, північно-східна частина Атлантики, тихоокеанське узбережжя США тощо). Значна кількість радіоактивних ізотопів потрапила у морські води внаслідок випробувань атомної зброї2, роботи ядерних реакторів на військових підводних човнах, криголамах тощо. Загальна радіоактивність, внесена у Світовий океан людством, оцінюється в 5.5·1019 Бк, або 1.5·109 Кі. Під час Чорнобильської аварії в атмосферу було викинуто біля 5·107 Кі радіоактивності, тобто у Світовому океані нині накопичилася радіоактивність, еквівалентна 30 Чорнобилям. Наведемо ще один приклад людської нерозсудливості [72]: після закінчення другої світової війни країни-переможці захопили склади з німецькою хімічною зброєю (всього близько 300 тис.т отруйних речовин) і, не знаючи, що з нею робити надалі, та не маючи безпечних методів знищення хімічних токсикантів, не придумали нічого кращого, як потопити їх у Балтійському морі. Лише військовими СРСР одразу після війни було затоплено 35 тис.т отруйних речовин 14 типів, серед яких: циклон-Б, іприт, адамсит і діфенілхлорарсин. Майже 5 тис.т цих речовин лежить неподалік від порту Лієпая на глибині всього 100 м. Американці й англійці затопили близько 500 кораблів, трюми яких були набиті хімічними боєзапасами (150 тис.т). Пройшли десятиліття, морське середовище почало роз’їдати контейнери, ящики, банки, бомби і снаряди, в яких зберігаються хімічні отруйні речовини, і вода навколо забруднилася, стала отруйною риба. Є вже й перші жертви - рибалки та жителі Польщі, Німеччини і Норвегії дістали отруєння зараженою хімічними речовинами рибою. Нині відомі вже декілька таких захоронень, але це лише частина того, що затоплене. Попереду - міжнародні домовленості щодо ревізії військових архівів, пошуки місць затоплення хімічної зброї, її підняття на поверхню й знешкодження, що потребує нових методів, технологій та колосальних коштів. Забруднення морських вод відбувається нерівномірно. Особливо забруднюються мілководні прибережні та шельфові зони, міжматерикові та внутрішньоматерикові моря, куди виноситься потік стічних вод річками. Цьому 1

Так, у Карському та Баренцовому морях поблизу Нової Землі колишнім СРСР затоплено 12 атомних реакторів та сотні тонн радіоактивного бруду - всього 11 тис. контейнерів [72]. 2 Тільки з 1945 по 1981 роки у світі було здійснено 1315 ядерних вибухів (683 - США, 468 - колишнім СРСР, решту - Францією, Китаєм, Англією). Лише у води океану під час цих вибухів було викинуто близько 2 т високоактивних і довгоживучих продуктів розпаду від підводних і надводних вибухів, а також майже 4 т - від наземних [72]. 159

сприяє також розміщення у прибережних районах суші промислових підприємств, а у низинах - сільськогосподарських угідь. В районі шельфу спостерігаються значні нафтові забруднення. При цьому слід зазначити, що континентальний шельф - це райони, де більшість представників морської фауни проводить значну частину свого життя, саме тут мільйони рибалок заробляють собі на життя, а ще більша кількість людей намагається провести відпустку. Проблема захисту Світового океану нині стала однією з найактуальніших, вона стосується всіх країн, навіть тих, що не мають безпосереднього виходу до океану. З огляду на це ООН розроблено і прийнято кілька важливих угод, що регулюють судноплавство, рибальство, добування корисних копалин з морських родовищ та інші питання. Для постійного стеження за станом Світового океану створюється міжнародна служба моніторингу. Плідні результати дає застосування космічних методів дистанційного спостереження - за допомогою спеціальних супутників можна оперативно виявляти нафтові плями, слідкувати за кількістю стоків, що виносяться річками, й навіть помічати танкери, які скидають у море подалі від берега брудні промивні води. Яка земля, такі й джерела. Татарське прислів’я

4.4.2. Забруднення підземних вод Забруднення зазнають не тільки поверхневі води, але й підземні, перш за все ґрунтові та підґрунтові води першого від поверхні водоносного горизонту, які становлять зону активного водообміну. В результаті антропогенної діяльності на поверхні землі, у ґрунтах та в поверхневих водах накопичується значна кількість різноманітних забруднюючих речовин - промислових, комунально-побутових, транспортних та сільськогосподарських відходів, добрив, отрутохімікатів, нафтопродуктів тощо. Просочуючись разом із стічними водами, атмосферними опадами та частиною поверхневого стоку, забруднюючі речовини проникають у підземну частину гідросфери - гідрогеосферу і зумовлюють зміни фізико-хімічних та органолептичних властивостей підземних вод. Якісні зміни підземних вод тісно пов’язані із загальним станом довкілля. Можливість та ступінь їх забруднення прямо пропорційні техногенному навантаженню на навколишнє середовище (територію) і обернено пропорційні захищеності підземних вод, яка залежить в основному від глибини їх залягання та потужності слабопроникних порід зони аерації. Серед антропогенних джерел забруднення підземних вод особливе місце займають ємності для складування відходів або, як їх ще називають, приймальники рідких та твердих відходів: стави-накопичувачі, випаровувачі, буферні стави, хвостосховища, шламосховища, поля зрошення, поля фільтрації, золовідвали, шлаковідвали тощо. Найбільшу небезпеку становлять поверхневі 160

земляні ємності для зберігання рідких відходів (стічних вод) та суміші рідких і твердих відходів (промислові басейни). Iншою причиною змін кількісних та якісних характеристик підземних вод є їх відбір для цілей водопостачання і бальнеології, з метою осушення, будівництва та експлуатації родовищ корисних копалин. Так, тільки в Донбасі з 300 шахт щодобово відкачується 500 тис.м3 підземних вод. В результаті цього відбувається виснаження запасів та зниження рівнів підземних вод, проникнення в експлуатаційні водоносні горизонти більш мінералізованих, інколи забруднених вод. У деяких промислових регіонах України, таких як Донбас, Кривбас, робота гірничорудної промисловості (шахт, кар’єрів) негативно позначилася на запасах підземних вод. Так, поблизу деяких великих криворізьких кар’єрів утворилися депресійні воронки, в межах яких рівень підземних вод упав на 300 м нижче земної поверхні, а з деяких водоносних горизонтів вода зникла повністю. У Дніпровсько-Донецькій западині через неякісне цементування нафтових свердловин мало місце забруднення прісних підземних вод мінералізованими, тобто вода одних підземних горизонтів змішалася з водою інших (так звані перетоки). Якісні зміни прісних вод зони активного водообміну під дією техногенних впливів можуть полягати у збільшенні їх мінералізації, вмісту токсичних макро- (Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+), мезо- (Fe2+, Fe3+) та мікрокомпонентів (I, Br, B, F та ін.), появі в підземних водах невластивих їм речовин антропогенного генезису (СПАР, пестициди тощо), зміні температури, активної реакції рН, окисно-відновного потенціалу Еh, появі специфічного запаху, присмаку, кольору тощо. Слід зазначити, що підземні води не лише вичерпуються і забруднюються, але й нераціонально використовуються. Чинним законодавством України заборонено використання прісних підземних вод на інші цілі, окрім потреб питного та господарсько-побутового водопостачання населення [9], однак у 30 містах України більше половини загальної кількості підземних вод все ще використовується для технічних потреб. Взаємозв’язок забруднення підземних вод із загальним станом інших компонентів навколишнього природного середовища обумовлює необхідність комплексного вивчення та моніторингу всіх компонентів довкілля. Невігластво буває двоякого роду: одне, безграмотне, передує науці, інше, чванливе, слідує за нею. Мішель де Монтень

4.4.3. Екологічний стан водних об’єктів України Порушення норм якості води в поверхневих водних об’єктах України досягло рівнів, які ведуть до деградації водних екосистем, зниження продуктивності водойм. Основні причини забруднення поверхневих вод України такі: 161

• скид неочищених та недостатньо очищених комунально-побутових і промислових стічних вод безпосередньо у водні об’єкти та через системи міської каналізації (для переважної більшості підприємств промисловості та комунального господарства скид забруднюючих речовин істотно перевищує встановлений рівень граничне допустимого скиду - ГДС); • надходження у водні об’єкти забруднюючих речовин з поверхневим стоком води із забудованих територій та сільгоспугідь; • ерозія ґрунтів на водозбірній площі. Проблема екологічного стану водних об’єктів є актуальною для всіх водних басейнів України. У річки, озера та ставки скидають стоки близько 2800 об’єктів, з них без очищення або з очищенням, що не відповідає санітарно-гігієнічним вимогам, - більше ніж 40 %. Головною причиною скидів забруднених стічних вод є неефективна робота очисних споруд, їх перевантаженість. На зношених колекторах міських каналізацій1 часто виникають аварії, внаслідок яких неочищені стічні води скидаються в річки і моря. У басейні Дніпра, ресурси якого становлять близько 80 % водних ресурсів України і забезпечують водою 32 млн. населення та 2/3 господарського потенціалу країни, очищення стічних вод до нормативних концентрацій забезпечується тільки в 1/4 випадків. Каскад із шести штучних великих водосховищ на Дніпрі, побудованих у 50-70 роки ХХ сторіччя, створив резервний фонд, за рахунок якого постачаються водою промислові центри Донбасу та Криворіжжя і зрошуються значні масиви земель Причорномор’я та Криму. Але це призвело і до величезних негативних наслідків. Затоплено і виключено із сільськогосподарського виробництва понад 500 тис.га родючих земель. Крім того, підтоплюються прилеглі до водосховищ землі (близько 100 тис.га). Спостерігаються застійні явища, акумулювання шкідливих речовин, “цвітіння” води, а також руйнування берегів (потребують закріплення понад 1400 км абразійно-ерозійних берегів, внаслідок їх руйнування за останні 35 років вже втрачено 6176 га землі, а до водосховищ надійшло 337 млн.м3 продуктів вимивання) [42, 63]. Розораність території водозбору басейну Дніпра досягла 65 %, а в Херсонській області і басейнах деяких малих річок - 80-85 % при оптимальному рівні 40 %, на 35 % земля сильно еродована, на 80 % - трансформовано первинний природний ландшафт. Лісистість території басейну в середньому досягає 14 %, тоді як норма становить не менше 30 %. Значної шкоди завдано північній частині басейну внаслідок катастрофи на Чорнобильській АЕС (на території басейнів Прип’яті та Дніпра зосереджено близько 450 тис.Кі цезію-137 та майже 70 тис.Кі стронцію-90. Міграція радіонуклідів з донними відкладеннями у водосховищах Дніпровського каскаду 1

Більше 3.6 тис.км каналізаційних мереж повністю зношені, а 1.4 тис.км - знаходяться в аварійному стані і потребують термінової заміни [61]. 162

і їх надходження на площі зрошення і в системи господарського та питного водопостачання все більше впливає на формування радіоекологічних умов на півдні України. В критичному стані перебувають малі річки басейну, значна частина яких втратила природну здатність до самоочищення. Обсяг водозабору з них досягає 2.1 км3/рік, до них скидається 15 % усіх стічних вод у басейні. Висока розораність земель, надмірна насиченість їх просапними культурами, недостатня лісистість водозборів посилюють ерозійні процеси, забруднення і замулення річок та водойм продуктами ерозії. У катастрофічному стані знаходяться річки Нижнього Дніпра, де з року в рік ускладнюється санітарно-епідеміологічна ситуація, знижується вилов риби та бідніє видовий склад біоти. Майже ніде у водоохоронних зонах не дотримується режим господарювання. Землі цих зон розорюються до урізу води, там розміщуються тваринницькі ферми, літні табори худоби, пункти для приготування розчинів мінеральних добрив та отрутохімікатів, не проводяться належні агролісомеліоративні заходи. Це призводить до того, що водоохоронні зони майже ніде не виконують відведену їм роль буфера на шляху забруднень, а часто й самі перетворюються на джерело забруднень [66]. Найбільшими забруднювачами водних об’єктів басейну Дніпра є комунальне господарство, чорна та кольорова металургія, коксохімія, важке, енергетичне, транспортне машинобудування та сільське господарство. Значної шкоди екосистемі Дніпра поряд із щорічним забрудненням басейну органічними речовинами (40 тис.т), нафтопродуктами (745 т), хлоридами, сульфатами (по 400 тис.т), солями важких металів (65-70 т) завдає забруднення біогенними речовинами внаслідок використання відсталих технологій сільськогосподарського виробництва і низької ефективності комунальних очисних споруд. За даними Українського наукового центру охорони вод (УкрНЦОВ), в цілому з території басейну Дніпра за рік виноситься 19.1 тис.т азоту, 0.63 тис.т фосфору та 0.118 т пестицидів. Істотним джерелом забруднення природного середовища в басейні Дніпра є тваринницькі комплекси і ферми. Забруднюючі елементи тваринницьких стоків - це азот, фосфор, калій, органічні речовини, метали і мікроорганізми. З відходами тваринництва передається понад 100 видів збудників хвороб тварин, небезпечних і для людини. Загальна кількість азоту, фосфору та калію, які надходять зі стоками тваринництва до Дніпра, становить: азоту - 9.7, фосфору - 4.9, калію - 10.9 тис.т/рік. Крім того, до водних об’єктів надходить значна кількість органічних речовин, що легко окислюються. Значно впливають на якість води забруднені донні відкладення, які за певних умов можуть ставати джерелом вторинного забруднення водних мас важкими металами, органічними сполуками, нафтопродуктами та іншими речовинами. 163

27 лютого 1997 року Верховною Радою України затверджена Національна програма екологічного оздоровлення басейну Дніпра та поліпшення якості питної води, основною метою якої є відновлення і забезпечення сталого функціонування Дніпровської екосистеми, якісного водопостачання, екологічно безпечних умов життєдіяльності населення і господарської діяльності та захисту водних ресурсів від забруднення і виснаження. Не в кращому, а подекуди в гіршому стані перебувають басейни інших річок України: Сіверського Дінця, Дністра, Західного Бугу, Південного Бугу, басейни річок Приазовської та Причорноморської низовин. Річки, особливо малі, водосховища, акваторії Азовського моря і Сиваша, північно-західної частини Чорного моря характеризуються підвищеною забрудненістю, погіршенням гідрологічного стану, втратою значної частини водних, рибних, мінеральних та деградацією рекреаційних ресурсів. Найбільш забрудненими річками вважаються такі: Сіверський Донець у районі міст Сєверодонецьк, Лисичанськ, Рубіжне; Інгулець в районі міста Кривий Ріг; Південний Буг у районі міст Вінниця та Первомайськ; Західний Буг в районі міста Сокаль; Дунай. Головними інгредієнтами забруднення є нафтопродукти, біогенні речовини, феноли, отрутохімікати і солі важких металів. Тому мета та стратегічні напрями, визначені Національною програмою для Дніпра, є актуальними і для інших водних басейнів України. Системний аналіз сучасного екологічного стану басейнів річок України та організації управління охороною і використанням водних ресурсів дав змогу окреслити коло найбільш актуальних проблем, які потребують розв’язання, а саме [73]: • надмірне антропогенне навантаження на водні об’єкти внаслідок екстенсивного способу ведення водного господарства, яке призвело до кризового зменшення самовідтворюючих можливостей річок та виснаження водноресурсного потенціалу; • стала тенденція до значного забруднення водних об’єктів внаслідок неупорядкованого відведення стічних вод від населених пунктів, господарських об’єктів і сільськогосподарських угідь; • широкомасштабне радіаційне забруднення басейнів багатьох річок внаслідок катастрофи на Чорнобильській АЕС; • погіршення якості питної води внаслідок незадовільного екологічного стану джерел питного водопостачання; . • недосконалість економічного механізму водокористування і реалізації водоохоронних заходів; • недостатня ефективність існуючої системи управління охороною та використанням водних ресурсів внаслідок недосконалості нормативно-правової бази та організаційної структури управління; • відсутність автоматизованої постійно діючої системи моніторингу екологічного стану водних басейнів акваторії Чорного та Азовського 164

морів, якості питної води і стічних вод у системах водопостачання і водовідведення населених пунктів та господарських об’єктів. Значний вплив на поверхневі води в районах великих міст мають атмосферні опади, які через відсутність дощової каналізації змивають у водні об’єкти з тротуарів, доріг та ґрунту велику кількість шкідливих речовин. Тільки до водних об’єктів басейну Дніпра щорічно із змивом з міської забудови потрапляє в середньому 725 млн.м3 стічних вод. З ними надходить близько 1.13 млн.т завислих речовин, 45 тис.т органічних забруднень, 11 тис.т нафтопродуктів, 5 тис.т азоту, 1 тис.т фосфору та інші речовини. Для зниження екологічної шкоди від цього явища необхідне цільове виділення значних коштів з муніципальних бюджетів на будівництво у великих містах системи дощової каналізації з очисткою поверхневих вод. Якісний стан підземних вод внаслідок господарської діяльності також постійно погіршується. Це пов’язане з існуванням на території України близько 3 тисяч фільтруючих накопичувачів стічних вод, а також із широким використанням мінеральних добрив та пестицидів. Кількість осередків стійкого забруднення підземних вод за останні 20 років зросла більше ніж у 4 рази і становить понад 200. Це призвело до забруднення 6 % розвіданих запасів підземних вод, а близько 24 % виявились під загрозою якісного виснаження. Практично у всіх південних і частково в Дніпропетровській, Запорізькій та Луганській областях спостерігається підвищення мінералізації підземних вод, зросли концентрації нітратів та пестицидів. На території України практично не залишилося водоносних підземних горизонтів питного призначення, де б не були виявлені пестициди, а в окремих регіонах - навіть на 400-метровій глибині. Всього в підземних водах України виявлено понад 40 найменувань пестицидів і продуктів їх розкладення. Практично по всій території в пробах води виявлено ДДТ, використання якого в межах України давно припинено [61]. Особливо загрозлива ситуація склалася в Криму, де підземні води забруднилися на площі 5.4 тис.км2, що становить 38 % території Степового Криму (основні забруднювачі - миш’як, марганець і залізо). В районі ЛисичанськоРубіжанського промвузла утворився осередок забруднення підземних вод площею понад 150 км2 (основні забруднюючі інгредієнти - хлориди, нітрати, феноли, кальцій, магній і залізо). Уже виведені з експлуатації 7 водозаборів потужністю 210 тис.м3/доб. Iснує реальна загроза забруднення ще 6 водозаборів потужністю 300 тис.м3/доб [42]. Значну небезпеку становить наявність фенолів в експлуатаційних свердловинах Західної України (до 5-10 гранично допустимих концентрацій - ГДК). Дуже гостро стоїть питання очищення мінералізованих шахтних, кар’єрних, рудникових і дренажних вод, обсяги яких складають близько 1 млрд.м3. Екологічно небезпечними джерелами забруднення водних ресурсів є фільтруючі накопичувачі, необладнані звалища промислових і побутових від165

ходів. На території України розташовано 2741 фільтруючий накопичувач, їх загальна площа становить 54511 га, а сумарний об’єм - 2462 млн.м3. В накопичувачах щорічно складується близько 53 тис.т відходів і скидається 2.5 км3 стічних вод. Найбільша кількість накопичувачів розташована в Донецькій, Луганській, Полтавській, Сумській та Дніпропетровській областях [61]. Значна частина населення України використовує для своїх життєвих потреб недоброякісну питну воду. Понад 17 % води для споживання за окремими фізико-хімічними показниками не відповідає вимогам чинного стандарту. Неякісна питна вода є однією з причин того, що в останні роки в Україні спостерігається поширення інфекційних захворювань, серед яких перше місце займають дизентерія, черевний тиф і гепатит А [62]. Викликає занепокоєння стан екосистеми Чорного моря, де відбувається підняття рівня сірководневої зони, а також забруднення акваторії промисловими і комунальними стоками, засобами хімізації сільського господарства. З території України в басейн Чорного моря щорічно скидається близько 15.7 км3 стічних вод, у тому числі понад 2 км3 забруднених, з якими потрапляє 3.5 тис.т нафтопродуктів, 3.7 тис.т азоту амонійного, 123 тис.т заліза, 800 тис.т органічних сполук та багато інших речовин (всього понад 5.1 млн.т) [61]. Основними забруднювачами Чорного моря є нафтопродукти, їх концентрація по акваторії моря змінюється від 0.02 до 0.56 мг/л. В гирлових зонах річок, а також в зонах впливу промпідприємств і портів концентрація нафтопродуктів збільшується і досягає у Севастопольській бухті 5 ГДК, в Одеській затоці 2-3 ГДК. В зонах випуску стічних вод міських комунальних господарств спостерігається значне забруднення СПАР, що місцями досягає 3 ГДК. Забруднення фенолами останніми роками стабілізувалося на рівні 3-5 ГДК. У відкритій частині Чорного моря спостерігаються значні концентрації важких металів, в деяких випадках їх природний вміст перевищений на 1-2 порядки. Значне перевищення ГДК важких металів спостерігається в Одеській затоці та в зоні впливу Одеського порту. Висока концентрація біогенних елементів, особливо сполук азоту в гирлових районах річок в літній період, призводить до евтрофікації моря та інтенсивного розвитку фітопланктону, що стає причиною “червоних припливів”. Основні джерела забруднення морського середовища - це об’єкти комунальних підприємств Одеси, Севастополя, Ялти, Феодосії та ін., особливо споруди тільки з механічним очищенням стічних вод. У зв’язку з великим навантаженням на екосистему, скиди значної кількості неочищених стічних вод у прибережну зону призводять до різкого погіршення кисневого режиму акваторії з наступними заморними явищами. Разом з тим, надзвичайно погіршуються мікробіологічні показники забруднення води, що в літній період призводить до критичного епідеміологічного стану зони рекреації. Проблемою Чорного моря є підняття сірководневого шару, яке прискорилося за останні 20-30 років, верхня межа в центрі моря піднялася до 85-100 м, 166

а на периферії - до 300 м. Це пояснюється збільшенням безповоротного забору води в річкових басейнах і зростанням забруднення органічними речовинами, розпад яких призводить до утворення сірководню. Внаслідок забруднення північно-західної частини Чорного моря та заселення гребневика-мнеміопсіса значно змінився механізм формування кормової бази планктоноїдних риб, що призвело до зменшення їх вилову. Настав час рятувати Азовське море, де порушена екологічна рівновага внаслідок зарегулювання енергетичними та іригаційними гідровузлами стоків рік Дон та Кубань, інтенсивного розвитку зрошення і великих об’ємів безповоротного водоспоживання. Азовське море нині не одержує 65 % природного середньорічного стоку прісної води річок, що в нього впадають, тому різко підвищився рівень середньої солоності вод Азовського моря (з 9.6 ‰ в 1934 р. до 12.9 ‰ в 1974 р. та 13.8 ‰ в 1976 р.). Обмілілі річки “посадили” море на голодний пай, пішла у наступ солона вода з Чорного моря разом з медузами, які виявилися надзвичайним лихом для Азова. Загальна вага медуз, що проникли в Азовське море разом з потоком солоної чорноморської води, перевищує 5 млн. центнерів, а живляться медузи тим самим кормом, що й більшість цінних порід риб. Риба, що живе в межах одинадцятипромільної зони, почала концентруватися у гирлових надмор’ях річок і пішла з тих місць, де для неї багато корму. Скоротилися рибні запаси, величезна кількість ікри викидається на берег і засихає в мулі. Два мільйони років формувалася екологічна система моря, і всього декілька десятиліть виявилося достатнім, щоб підірвати її. Хорошими “санітарами” могли б бути річки, що впадають в Азов, але вони забруднені промисловими стоками, отже самі несуть для риби отруту. За останні два-три десятиліття особливого значення для екології моря набуває зростаючий рівень забруднення нафтопродуктами, солями важких металів, фенолами, отрутохімікатами та іншими біологічно активними речовинами, які надходять із стічними водами підприємств, населених пунктів, з атмосферними опадами і поверхневими стоками з територій міст і сільськогосподарських угідь, з дренажними водами зрошувальних систем. В басейн Азовського моря щорічно скидається 4.9 км3 стічних вод, в тому числі 1.1 км3 забруднених, з якими в море потрапляє близько 5 тис.т нафтопродуктів, 48 т фенолів, 110 т міді, 160 т цинку, 44 тис.т азоту амонійного та багато інших шкідливих речовин [61]. Основним джерелом екологічного неблагополуччя Азовського моря є м. Маріуполь - великий промисловий центр з його металургійною, коксохімічною промисловістю та морським портом. ВАТ МК “Азовсталь” для технологічних потреб забирає з Азовського моря щороку близько 1 км3 морської води при тому, що загальний об’єм води в Азовському морі становить 360 км3. Зворотні води на чверть (близько 250 млн.м3/рік) забруднені стоками з перевищенням встановлених норм вмісту нафтопродуктів - у 2.4 разу, солей заліза - у 5-10 разів, солей інших важких металів (цинк, кобальт, мідь, свинець) 167

у 2-8 разів. При таких об’ємах водокористування із стічними водами у море щорічно надходять десятки тонн нафтопродуктів, тисячі тонн завислих речовин, десятки тонн заліза, тонни важких металів. Штрафні суми, які ВАТ “Азовсталь” сплачує кожен рік за позовами Держінспекції по охороні Азовського моря, не можуть компенсувати завданої шкоди. Особливе занепокоєння на півночі Азовського моря викликає стан Утлюкського лиману. Щороку у став-випаровувач, що міститься в акваторії Утлюкського лиману, Запорізький залізорудний комбінат скидає 18-20 млн.м3 шахтних вод. Скиди містять високі концентрації нерозчиненого заліза на рівні 10-50 ГДК. Грубі помилки в розрахунках проектантів ставу-випаровувача призвели до його обміління, пил, що містить залізо, розноситься вітрами і забруднює прилеглі території. У районі ставу-випаровувача спостерігаються випадки загибелі птахів, занесених до Червоної книги України. Щорічні днопоглиблювальні роботи також завдають значної шкоди екологічному стану Азовського моря. Відсутність у портах Азовського моря споруд для приймання вод, що містять нафту, створює несприятливу екологічну ситуацію, пов’язану з частими скидами нафтопродуктів із суден [66]. Кругообіг води в природі гарантує: все, що ми п’ємо, вже колись пили. 4.5. Водовідведення

Воду, що повертається за допомогою технічних споруд і засобів з господарської ланки кругообігу води в його природні ланки у вигляді стічної, шахтної, кар’єрної чи дренажної води називають зворотною. Вода, що утворюється в процесі господарсько-побутової і виробничої діяльності, а також при відведенні із забудованої території стоку атмосферних опадів називається стічною. Вода скидна - це вода, що відводиться від зрошуваних сільгоспугідь, забудованих територій, які поливають, та від ділянок, на яких застосовують гідромеханізацію. Дренажною називають воду, що профільтрувалася в дренаж з тіла гідротехнічної споруди або її фундаменту, а також з очисних споруд фільтруючого типу, осушуваного земельного масиву, підтоплюваної території підприємства, міста тощо [9]. Відповідно до якісних характеристик забруднень і залежно від походження стічні води поділяють на такі основні категорії: • господарсько-побутові води (стоки від туалетів, душових, лазень, пралень, їдалень, лікарень та миття приміщень); за ступенем забруднення вони можуть бути фекальними (забруднені фізіологічними відходами) і господарськими (забруднені різного роду господарськими відходами); 168

• виробничі води (стоки, що утворюються після використання води в технологічних процесах на підприємствах, пунктах миття автотранспорту і техніки, тваринницьких комплексах, підсобних господарствах тощо); виробничі стічні води, що використовуються для охолодження агрегатів, відносяться до умовно чистих і не потребують очищення (але потребують охолодження); • атмосферні (зливові) води - це стоки, що утворюються внаслідок випадання атмосферних опадів, вони забруднені вуличним сміттям, різними відходами, нафтопродуктами, насичені атмосферними газами та аерозолями і поділяються на дощові і талі; • спеціальні води - це стоки, що мають у своєму складі специфічні (токсичні) речовини. За характером забруднення стічні води поділяють на такі, що містять мінеральні речовини, органічні речовини або одночасно ті та інші. До мінеральних відносяться частинки ґрунту, руди, шлаку, металів, мінеральні солі, кислоти, луги та інші неорганічні речовини. Органічні домішки досить різноманітні і утворюються в результаті надходження у стічні води залишків сировини, реагентів та продуктів виробництва, відходів життєдіяльності людей і тварин, речовин рослинного походження тощо. Органічні речовини характеризуються присутністю у їх складі вуглецю, водню, у багатьох випадках кисню та азоту, а також сірки, фосфору, хлору і металів. Серед органічних домішок можна виділити групу біологічних і бактеріальних забруднень (дріжджі, гриби, бактерії, включаючи хвороботворні), які зустрічаються у стічних водах шкірзаводів, м’ясокомбінатів, фабрик первинної обробки вовни, підприємств біохімічної промисловості та в побутових стоках. Забруднюючі речовини можуть знаходитися у воді в грубодисперсному стані (частинки крупністю більше 0.1 мм), у вигляді суспензії, емульсії, піни1 (частинки крупністю 0.1 мм - 0.1 мкм), в колоїдному стані (частинки крупністю 0.1-0.001 мкм) або у вигляді дійсного розчину. Частку нерозчинених у воді домішок, які затримуються паперовим фільтром, зазвичай називають завислими речовинами. Їх масу визначають після висушування при температурі 105°С. У побутових стічних водах загальна маса завислих речовин становить приблизно 65 г/доб на 1 людину у перерахунку на суху речовину, з яких від 35 до 45 г можуть випадати в осад. Ці води характеризуються також вмістом азоту (в солях амонію) - 8 г/доб на 1 людину, фосфатів (в перерахунку на Р2О5) - 3.3 г/доб (з них 1.6 г за рахунок миючих засобів, що потрапляють у воду), хлоридів (Cl-) - 9 г/доб та поверхнево-активних речовин (ПАР) - 2.5 г/доб. Вміст у стічних водах окремих неорганічних чи органічних речовин зазвичай наводять в абсолютних значеннях їх маси в г/м3 або мг/л (об’ємна 1

Суспензія - тверді, емульсія - рідкі і піна - газоподібні частинки, дисперговані у воді. 169

концентрація), проте в окремих випадках його виражають числом грам-молекул (молів) на 1 л розчину (молярна концентрація), де 1 моль відповідає числу грамів речовини, що дорівнює її молекулярній масі. Для переведення молярної концентрації в об’ємну застосовують формулу С = 1000 РМ , (4.1) де P - молярна концентрація, моль/л; M - молекулярна маса речовини, г/моль. Iнколи вміст речовини у воді виражають її нормальною концентрацією у грам-еквівалентах (г-екв) на 1 л розчину, при цьому 1 г-екв відповідає числу грамів речовини, що дорівнює її молекулярній масі, еквівалентній 1 г водню при відповідних реакціях (наприклад, для сірчаної кислоти 1 г-екв = 98 / 2 = 49 г). Для перерахунку нормальної концентрації в об’ємну застосовують формулу С = 1000 ВЕ , (4.2) де В - нормальна концентрація, г-екв/л; Е - еквівалентна молекулярна маса речовини, г/г-екв. Активну реакцію стічних вод виражають величиною водневого показника рН, який чисельно дорівнює від’ємному логарифму концентрації водневих іонів у водному розчині. При рН = 1÷7 стічні води характеризуються як кисле середовище, при рН = 7÷14 - як лужне, при рН = 7 - як нейтральне. Загальний вміст органічних речовин у стічних водах оцінюють показниками хімічної (ХПК) та біохімічної (БПК) потреби кисню. ХПК визначається кількістю кисню, необхідного для перетворення органічних речовин, що містяться в стічних водах, на вуглекислий газ СО2, аміак NH3 (якщо речовини містять азот), сульфати SO3 (в разі наявності сірки), воду (при окисленні незв’язаного азотом водню), фосфати Р2О5 (при окисленні фосфору) та ін. При цьому кисень, що виділяється при розкладанні органічних речовин, також діє як окисник, що відповідно зменшує розрахункове значення ХПК. БПК стічних вод визначається кількістю кисню, необхідного для окислення органічних речовин, що містяться у стічних водах, біохімічним шляхом. Практично БПК можна умовно розглядати як частину ХПК, оскільки органічні речовини біохімічним шляхом не окислюються повністю, а деякі з них окислюються незначною мірою. Слід також мати на увазі, що при біохімічному окисленні частина органічної речовини витрачається на приріст живої маси мікроорганізмів. Витрати кисню на утворення окислів азоту (нітрифікацію) при визначенні ХПК та БПК не враховуються, оскільки окислення органічних речовин, що містяться в стічних водах, практично закінчується до початку нітрифікації, яка являє собою фазу наступного окислення азоту амонійних солей. Розрізняють значення БПК20, яке відповідає споживанню кисню за 20 діб (для більшості органічних речовин це значення практично дорівнює повній біохімічній потребі БПКПОВН), і значення БПК5, що відповідає споживанню 170

кисню за 5 діб. Для деяких органічних речовин біохімічне окислення може тривати значно довше за 20 діб. Для побутових стічних вод розрахункові ХПК та БПКПОВН становлять відповідно 87 і 75 г/доб на 1 людину для неосвітлених стоків та 46 і 40 г/доб для освітлених. Для перерахунку показників забруднення побутових вод у мг/л враховується відповідна норма водовідведення. На відміну від побутових стічних вод склад виробничих стоків є більш різноманітним за видами та концентраціями забруднюючих речовин і залежить від типу промислового підприємства, характеру технологічних процесів та інших факторів. Перед скиданням у водні об’єкти стоки обов’язково повинні очищатися на очисних спорудах від забруднюючих речовин та знезаражуватися. Найчастіше вихід там, де був вхід. Станіслав Єжи Лец 4.6. Охорона водних ресурсів від виснаження та забруднення

Через надзвичайно важливе значення води як одного з основних елементів біосфери, її вирішальну роль для біоценозів та вплив на здоров’я людини охороні, контролю та управлінню якістю природних (в першу чергу, прісних) вод приділяється особлива увага. Охорона природних вод полягає в їх раціональному використанні, збереженні продуктивності водних екосистем та попередженні забруднення у відповідності з основами водного законодавства [9]. Водне законодавство України передбачає ведення державного обліку вод, який полягає у визначенні кількості та якості водних ресурсів, що складають єдиний державний фонд, і зборі даних про використання вод для потреб господарства. Такий контроль передбачає дотримання всіма галузями господарства, окремими підприємствами і установами, а також громадянами встановленого порядку використання і обліку вод, ліквідацію наслідків шкідливого впливу. Всі дані про кількість і якість водних ресурсів вміщені у Державному водному кадастрі1 України, основне завдання якого - забезпечити господарство необхідними даними про водні об’єкти, ресурси, якість, режим використання вод та водокористувачів. Основні заходи щодо захисту природних вод від забруднення зводяться до наступного: • нормування якості води, тобто розробки критеріїв її придатності для різних видів водокористування; 1

Кадастр - упорядкована сукупність відомостей про правове, природне, господарське та економічне положення фізичних об’єктів і явищ навколишнього середовища у часі в структурному, організаційному, функціональному та інформаційному аспектах. 171

• зменшення обсягів скидів забруднень у водні об’єкти шляхом удосконалення технологічних процесів та покращення методів очищення стічних вод; • вивчення та врахування процесів самоочищення при скиданні стічних вод у водні об’єкти. Нормування якості води в нашій країні здійснюється за відповідними правилами і нормативними актами - Законом України “Про охорону навколишнього природного середовища”, Водним кодексом України, Правилами охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами та ін. [9, 20, 26, 28, 86, 87, 102]. В них викладено вимоги до складу і властивостей води для різних потреб господарства, підкреслюються принципи обов’язковості захисту водних ресурсів всіма водокористувачами і водоспоживачами. Окремо наголошується на забороні скидання у водойми стічних вод, що містять цінні відходи і сировину, які можуть бути вилучені за допомогою раціональної технології. Наводяться гранично допустимі концентрації різних забруднювачів у воді. Передбачається адміністративна й карна відповідальність за порушення правил користування водоймами, забруднення їх понад установлені норми тощо. Скорочення обсягів скидів забруднень у водойми і перехід підприємств на роботу за схемою замкненого циклу водокористування є головним напрямом захисту водного середовища в промисловості. За такою схемою водокористування промислове підприємство після очищення власних стічних вод повторно використовує їх у технологічному циклі, отже забруднені стічні води взагалі не потрапляють у природні водойми. Тому постає важливе завдання щодо розробки і впровадження безстічних комплексів, замкнених циклів, оборотних систем водопостачання і технологічних процесів, що не впливають негативно на навколишнє природне середовище. Розробка нових прогресивних технологій дозволяє різко скоротити потреби у воді, а інколи й зовсім відмовитись від неї. Наприклад, на деяких ТЕС за кордоном замість водного охолодження агрегатів використовують повітряне, що звело теплове забруднення водойм до мінімуму. У сільському господарстві, що є основним водоспоживачем, головним напрямком охорони водних ресурсів має стати запровадження суворої економії води і раціонального її використання. Так, заміна поверхневого поливу на зрошуваних землях більш раціональними методами - дощуванням, крапельним поливом та ін. - дозволяє одержувати ті ж самі врожаї за витрат води у п’ять-сім разів менших. У традиційних відкритих зрошувальних системах значна кількість води втрачається на інфільтрацію, випаровування і стік. За літературними даними, на бавовняних плантаціях Туркменистану лише 54 % води доходить до рослин, решта ж просочується в землю через необлицьовані стінки каналів і призводить до заболочення ділянок магістральних каналів. 172

Економія на облицюванні спричинює значно більші економічні втрати - втрати прісної води та виведення із сівообороту великих площ землі. Вводячи в дію нові й реконструюючи старі зрошувані масиви, слід переходити до закритих способів підведення води і застосування широкозахватної дощувальної техніки. Це дає можливість набагато економніше витрачати воду, підвищувати ефективність сільськогосподарської техніки, застосовувати автоматичне регулювання водоподачі у кожну секцію поливних трубопроводів. У районах з особливо гострим дефіцитом води більш перспективним є крапельне зрошування, що дозволяє у 2-3 рази зменшити витрати води порівняно з дощуванням і поверхневим поливом. На ряді зрошувальних систем одержано позитивний досвід повторного використання дренажних вод, які характеризуються підвищеною мінералізацією і збагачені добривами, а тому дозволяють одержувати вищі врожаї, ніж при поливі прісною водою [10]. Зменшенню кількості у водоймах пестицидів, фосфатів, нітратів сприяє часткова заміна хімізації сільського господарства біологічними методами боротьби із шкідниками та хворобами рослин, чітке дотримання сівооборотів, введення нових, більш продуктивних та стійких до хвороб і шкідників сортів культур, створення пестицидів з таким хімічним складом, який зумовлює їх розкладання під дією мікроорганізмів у ґрунтах. Необхідно знаходити приховані резерви і в комунальному господарстві. Так, за літературними даними [10], нераціональні втрати та витрати води з водопровідної мережі становлять в середньому 25-30 % подачі її споживачам. Ці втрати, погіршуючи безпосереднє забезпечення водою, одночасно призводять до таких неприємних наслідків, як підтоплення міст, руйнування підземних споруд і комунікацій, фундаментів будинків і шляхових покриттів. Тому боротьба із втратами води в містах не тільки допомагає вивільняти додаткові водні ресурси, а разом із тим є важливим заходом поліпшення стану всього міського господарства. Усі природні водойми мають здатність до самоочищення, під яким розуміють розбавлення стічних вод, випадення в осади твердих забруднювачів, хімічні, біохімічні й інші природні процеси, що призводять до видалення з води забруднюючих речовин і повернення її до первісного стану. Однак, здатність водойм до самоочищення має свої межі. Значні обсяги скидів стічних вод, наявність в них токсичних для водних біоценозів речовин та інші причини перешкоджають процесам самоочищення. Нині річки, озера й інші водні об’єкти самотужки вже не можуть подолати дедалі зростаюче антропогенне навантаження. Тому людство, якщо воно хоче мати майбутнє, повинно вдатися до спеціальних досить трудомістких і дорогих заходів для очищення забруднених вод і повернення водних джерел до стану, придатного для подальшого їх використання. 173

Так, в Україні нині діє понад 2.8 тисяч очисних споруд із самостійним випуском стічних вод у водні об’єкти загальною потужністю 22 млн.м3 на добу, з них споруд біологічного очищення - близько 60 %, механічного - 35 % і фізико-хімічного - 5 %. На них проходять очищення більше 6 км3 стічних вод на рік. Більше 300 міст мають споруди повного біологічного очищення стічних вод [61]. Управління водними ресурсами здійснюється за допомогою системи профілактичних заходів, спрямованих на те, щоб не допустити перевищення встановлених нормативів скидів шляхом регулювання їх обсягів, обмеження появи нових джерел забруднення, а також спеціальних заходів по усуненню шкідливого впливу господарської діяльності на стан водних об’єктів. Щодо поверхневих водних об’єктів, то до профілактичних заходів відносяться такі: • розробка схем комплексного використання і охорони вод; • вибір ділянок під будівництво об’єктів згідно з цими схемами; • екологічна експертиза проектів будівництва і реконструкції об’єктів, що впливають на стан вод; • нормування водоспоживання і водовідведення; • видача дозволів на спеціальне водокористування; • забезпечення введення в експлуатацію водоохоронних споруд одночасно з введенням основних виробничих об’єктів; • ефективна експлуатація очисних та інших споруд, що запобігають надходженню у водні об’єкти забруднених стічних вод, поверхневого стоку з територій промпідприємств, населених пунктів та сільгоспугідь; • контроль за скидом стічних вод і станом водних об’єктів. До спеціальних заходів належать: • встановлення нормативів ГДС забруднюючих речовин у водні об’єкти із стічними водами діючих підприємств і введення в експлуатацію очисних споруд для досягнення встановлених нормативів ГДС; • застосування різного роду санкцій, згідно з чинним законодавством, за забруднення вод аж до закриття окремих підприємств, цехів і виробництв. З 1978 р. в Україні водокористувачі мають право користуватися водою тільки при наявності дозволу на спеціальне водокористування, в якому вказуються умови забору води. З 1982 р. введено плату за використання води в промисловості. Важливу роль у формуванні та реалізації економіко-правового механізму раціонального природокористування і охорони навколишнього природного середовища відіграло введення в 1992 р. єдиної системи плати за забруднення навколишнього природного середовища та створення позабюджетних (на той час) природоохоронних фондів. Реалізовано важливий природоохоронний принцип - “забруднив - плати”. 174

Проточна вода брудною не стане. Турецьке прислів’я

4.6.1. Самоочищення води у водних об’єктах Здатність водних об’єктів до самоочищення залежить від багатьох природних факторів: обсягів річкового стоку, швидкості потоків, хімічного складу води, її температури тощо. Зменшення концентрації всіх забруднюючих речовин, що надходять у водні об’єкти, відбувається, перш за все, внаслідок розбавлення зворотних вод поверхневими. При визначенні ступеня змішування не можна враховувати всі витрати води в річці, оскільки поблизу місця випуску зворотних вод достатньо повного змішування ще немає - воно відбувається на деякій відстані від місця випуску. Для врахування витрат води в річці, що приймають участь в процесах розбавлення, вводять коефіцієнт змішування a. При скиданні зворотних вод у водотоки величину цього коефіцієнта визначають за методом В.О.Фролова та I.Д.Родзиллера [37] за формулою 3 1 − e −α l a= , (4.3) Q −α3 l 1+ e q де l - відстань від випуску стічних вод до розрахункового створу за течією (фарватером) річки, м; Q - найменші середньомісячні витрати води (95 %-ої забезпеченості1) в створі річки біля випуску, м3/с; q - витрати зворотних вод, м3/с. Коефіцієнт α, що враховує гідравлічні фактори в річці, визначається за формулою E , (4.4) α = ϕξ 3 q де ϕ - коефіцієнт звивистості річки, що дорівнює відношенню відстані від місця випуску зворотних вод до розрахункового створу по фарватеру lФ до відстані між цими ж пунктами по прямій lПР l ϕ = Ф ; (4.5) l ПР ξ - коефіцієнт, що залежить від місця розташування випуску стічних вод у річці (для берегового випуску ξ=1, для випуску у фарватер ріки ξ=1.5); Е - коефіцієнт турбулентної дифузії, який для рівнинних річок визначається за формулою 1

Мінімальні середньомісячні витрати води 95 %-ої забезпеченості - мінімальні середньомісячні витрати води, нижче яких за сторічний період можна очікувати витрати не частіше, ніж в 5 років. 175

vCEP HCEP , (4.6) 200 тут vCEP - середня швидкість течії річки на ділянці між випуском стічних вод і розрахунковим створом, м/с; НСЕР - середня глибина річки на цій ділянці, м. Для визначення кратності розбавлення у розрахунковому створі застосовують формулу aQ + q . (4.7) n= q Розрахунок за цією формулою дає формальну оцінку розбавлення тільки по витратах і не враховує ступеня очищення стічних вод та динаміки водного об’єкта. Найбільш повна оцінка фізичних процесів, що відбуваються у водному об’єкті, може бути отримана тільки шляхом гідравлічного моделювання. Для розрахунку розбавлення стічних вод в інших водних об’єктах (морях, озерах, водосховищах) застосовують методи, описані в літературі [36, 37, 54]. Для нормального протікання процесів самоочищення потрібно забезпечити певні умови, основною з яких є наявність у водному об’єкті після випуску в нього зворотних вод певного запасу розчиненого кисню. У водному об’єкті одночасно відбуваються, з одного боку, споживання кисню на мінералізацію органічних речовин, а з іншого - поповнення за рахунок розчинення кисню, який надходить з поверхні водного дзеркала, тобто так звана реаерація. Дослідженнями встановлено, що швидкість біохімічного окислення органічних речовин (швидкість споживання кисню) у воді в першій (вуглеводневій) фазі при наявності достатньої кількості розчиненого кисню підкоряється такому закону: швидкість окислення або споживання кисню при незмінній температурі у кожний проміжок часу пропорційна масі органічної речовини, що міститься у воді. Отже, в процесі окислення органічної речовини швидкість цього процесу весь час зменшується (за умови, що нові надходження забруднень відсутні). Цей закон дозволяє вивести рівняння споживання кисню. Якщо через La позначити кількість кисню, необхідну для окислення всієї органічної речовини, що міститься у воді на початку процесу (біохімічну потребу кисню БПКповн), а через xt - кількість кисню, спожитого за час t, то кількість кисню Lt, необхідна для окислення залишку органічної речовини, дорівнюватиме Lt = La − xt . (4.8) Цей закон можна виразити диференційним рівнянням dx t = − k1 La − xt , (4.9) dt де k1 - коефіцієнт пропорційності, або константа швидкості споживання кисню. Iнтегруючи рівняння (4.9), отримаємо Е=

b

176

g

b

g

− ln La − xt = k1t + C . (4.10) Оскільки при t = 0 значення xt також дорівнює 0, отримуємо C = - lnLa. Тому ln La − xt = ln La − k1t . (4.11) Звільняючись від логарифмів, в результаті отримуємо рівняння процесу споживання кисню при біохімічному окисленні органічних речовин: Lt = La e − k1t , (4.12)

b

g

d

i

xt = La 1 − e − k1t . (4.13) Значення k1 - константи швидкості біохімічного споживання кисню - залежить від температури Т, збільшуючись з її підвищенням. Емпіричним шляхом знайдено, що для діапазону температур від 10 до 30°С ця залежність має вигляд o k1( T ) = k1( 20o C ) 1.047 T − 20 C . (4.14) Час, необхідний для зменшення потреби кисню від La до Lt, згідно формули (4.11), становить 1 L t = ln a . (4.15) k1 Lt З цієї формули виходить, що досягнути повного окислення всієї органічної речовини, при якому Lt дорівнюватиме нулю, теоретично неможливо, оскільки необхідний для цього час має дорівнювати нескінченості. Подібному ж закону підкоряється й процес розчинення кисню у воді. Кисень, як і будь-який інший газ, може розчинюватися у воді лише до певної концентрації насичення - рівноважної концентрації, яка залежить від температури і парціального тиску газу, що відповідає його вмісту у повітрі. Таким чином, швидкість розчинення кисню у воді в кожний проміжок часу зворотно пропорційна ступеню насиченості води киснем або прямо пропорційна його дефіциту (недонасиченості). Якщо позначити через Da початковий дефіцит кисню, виражений часткою від повного дефіциту, а через Dt дефіцит кисню у воді через проміжок часу t, то процес його розчинення можна виразити рівнянням Dt = Da e − k 2 t , (4.16) де k2 - константа швидкості розчинення кисню, яка залежить від температури середовища і стану поверхні води (в середньому при температурі води 20°С вона може бути прийнята рівною 0.2). При одночасній дії обох процесів у взаємно протилежному напрямі (один зменшує кількість розчиненого кисню, а другий збільшує її до стану насичення) кінцева швидкість зміни дефіциту кисню може бути виражена рівнянням його балансу dDt = k1 Lt − k 2 Dt , (4.17) dt 177

після інтегрування якого отримуємо рівняння дефіциту кисню (СтриттераФелпса) через проміжок часу t k L Dt = 1 a e − k1t − e − k 2 t + Da e − k 2 t . (4.18) k 2 − k1 На рис.4.3 показана схема зміни кисневого балансу при одночасному протіканні процесів споживання та розчинення 100% в кисню. Як видно з рисунку, загальний вміст розчиненого кисню спочатку падає б А до певного мінімуму, а потім (приблизно з четвертої доби) починає зростати. Місце найменшого вмісту кисню на кривій в має назву кисневого прогину (критична точа ка). Час tКР, який відповідає мінімальному Час, діб вмісту кисню у воді, може бути визначеРис.4.3. Схема зміни кисневого ний з рівняння (4.18) шляхом прирівнюбалансу при одночасному протівання до 0 першої похідної цього рівняння канні процесів споживання та по t, звідки розчинення кисню

i

Критична точка

Максимальний дефіцит

Розчинений кисень

d

а - споживання кисню без реаерації за рівнянням (4.12); б - процес реаерації за рівнянням (4.16); в - те ж за рівнянням (4.18); А - критична точка максимального дефіциту кисню

ln t KP =

|RS k LM1 − D bk − k g OP|UV |T k N k L Q|W . (4.19) 2

1

a

2

1

1

a

k 2 − k1

Щоб вичистити щось одне, доводиться забруднити щось інше, проте можна забруднити все, що завгодно, і нічого при цьому не вичистити. Лоуренс Дж.Пітер, “Принцип Пітера”

4.6.2. Очищення стічних вод Під очищенням стічних вод розуміють руйнування або видалення з них забруднюючих речовин та знищення хвороботворних мікробів. Очищення стічних вод здійснюють механічними, хімічними, фізико-хімічними та біологічними методами. Для знешкодження бактеріального забруднення стічних вод застосовують їх знезараження (дезінфекцію). Механічне очищення полягає у механічному видаленні із стічних вод нерозчинених речовин (покидьок, піску, намулу, глини), а також жирів, нафтопродуктів, смол тощо. Для механічного очищення застосовують: • решітки, на яких затримують грубі домішки стічних вод розміром більше 5 мм (покидьки); • сита - для затримання домішок стічних вод крупністю до 5 мм; 178

• пісковловлювачі, які служать для затримання важких мінеральних забруднень стічних вод, переважно піску; • жиро-, масло-, нафто- та смоловловлювачі - для видалення з виробничих стічних вод відповідних забруднень, легших за воду; • відстійники, в яких відбувається осадження завислих речовин з питомою вагою, більшою ніж у води, а також спливання легких речовин на водну поверхню; • спеціальні фільтри і центрифуги. Механічним очищенням можна досягти видалення з побутових стічних вод до 60 % нерозчинених домішок. В останні роки для інтенсифікації процесу механічного очищення побутових стічних вод застосовують їх попередню аерацію (преаерацію). Інколи процеси попередньої аерації та відстоювання здійснюють в одній споруді, яку називають біокоагулятором, або освітлювачем. Таким способом можна збільшити ефект механічного очищення побутових стічних вод до 75 %. Хімічне очищення стічних вод полягає в додаванні до стоків спеціальних речовин-реагентів, які, вступаючи в хімічну реакцію із забрудненнями, що містяться у воді, сприяють випаданню в осад нерозчинених, колоїдних та частково розчинених речовин, а також перетворенню деяких шкідливих речовин на нешкідливі. Для хімічного очищення стоків застосовують такі споруди і пристрої: • реагентне господарство - для зберігання, приготування та транспортування реагентів до змішувачів; • змішувачі - для змішування реагентів із стічними водами, що очищаються; • камери реакції - для контактування (реакції) стічних вод з реагентами; • відстійники - для осадження оброблених реагентами (скоагульованих) забруднень стічних вод. Хімічні методи застосовують, головним чином, при очищенні виробничих стічних вод. При цьому отримується значна кількість осаду, який важко піддається обробленню та утилізації. Хімічні методи очищення дозволяють видалити із стоків до 95 % нерозчинених та до 25 % розчинених забруднюючих речовин, при цьому ефект зниження БПК стічних вод може досягати 80 %. В деяких випадках хімічними методами вдається видалити до 100 % розчинених речовин (наприклад, солей важких металів). До хімічних методів можна віднести електролітичне очищення стічних вод, суть якого полягає в пропусканні крізь стічні води електричного струму. При цьому іони електролітів починають рухатися до аноду і катоду, де вони розряджаються й утворюють нові сполуки як між собою, так і з матеріалом електродів. Якщо застосовують залізні електроди, то утворюється гідрат оки179

су заліза Fe(OH)3, що діє як коагулянт. Електролітичний метод очищення здійснюють у спеціальних спорудах, які називають електролізерами. Після електролітичного оброблення стічні води надходять у відстійники, де відбувається осадження скоагульованого осаду. Як і механічні, хімічні методи очищення можуть застосовуватися на кінцевій стадії оброблення стічних вод перед їх випуском у водойму, або як перший етап перед їх біологічним очищенням. Хімічні методи очищення дуже часто доповнюють фізико-хімічними, такими як флотація, випарювання, екстракція, нейтралізація, поглинання домішок спеціальними речовинами-сорбентами тощо. Суть методу біологічного очищення полягає в мінералізації шляхом аеробних біохімічних процесів органічних забруднень стічних вод, що знаходяться у вигляді тонкодиспергованих нерозчинених та колоїдних речовин, а також у розчиненому стані. Ці процеси відбуваються за участю спеціальних аеробних мікроорганізмів - мінералізаторів органічних забруднень, що живляться органічними речовинами (білками, вуглеводами, органічними кислотами тощо), які містяться у стічних водах, і розкладають їх на прості нешкідливі сполуки: воду, вуглекислий газ і мінеральні солі. Частина речовин, що окислюється мікроорганізмами, витрачається на утворення біомаси (відбувається процес біосинтезу). В результаті біологічного очищення отримують прозору воду, що не загниває і містить розчинений кисень та нітрати. У природі біологічне очищення середовища відбувається самовільно. За мільйони років склалися стійкі екологічні відносини, де навіть найдрібніші живі організми відіграють важливу роль. Вивчаючи ці складні взаємозв’язки, людина використовує їх при створенні різноманітних біологічних очисних споруд. Саме біологічним методам належить визначальна роль в технологічних процесах очищення стічних вод. Залежно від умов, в яких відбувається очищення стоків, споруди для біологічного очищення поділяють на дві групи: до першої відносять споруди, в яких біологічне очищення відбувається в умовах, близьких до природних (поля зрошення, поля фільтрації, біологічні стави), а до другої - споруди, в яких біологічне очищення протікає у штучно створених умовах (аеротенки та біологічні фільтри, або біофільтри). В біологічних ставах в очищенні стічних вод приймає участь усе водне населення водойми; в біофільтрах активним агентом є тонка біологічна плівка, прикріплена до поверхні його завантаження; діючим компонентом, що очищує стічні води в аеротенку, є активний мул - сукупність мікроскопічних рослин, тварин, грибів та бактерій. Аеротенки являють собою великі бетонні резервуари, де стічну воду продувають знизу потужним потоком найдрібніших пухирців повітря - аерують. Через надлишок розчиненого кисню (завдяки аерації) та при постійному надходженні органічних речовин (із стічними водами) в активному мулі бурх180

ливо розвивається бактеріальне населення та мікрофауна. Бактерії злипаються у своєрідні пластівці, які мають надзвичайно велику робочу поверхню (близько 1200 м2 в 1 м3 активного мулу), і виділяють ферменти, що розщеплюють органічні забруднення до більш-менш простих мінеральних речовин відбувається так звана мінералізація органіки. Поглинаючи велику кількість органічних речовин, бактерії активно діляться, їх маса безперервно зростає. Завдяки злипанню бактерій у пластівці, активний мул здатний швидко осідати і відділятися від очищеної води. Відстояна вода готова для подальшого використання, а мул знову включається в процес очищення. На поверхні бактеріальних пластівців та між ними мешкають численні невидимі неозброєним оком тварини, як багатоклітинні - коловратки, черви, кліщі, так і одноклітинні - інфузорії, джгутикові, амеби. У тварин свої дуже важливі функції - вони живляться бактеріями, знищуючи старі й непрацездатні, і тим самим омолоджують бактеріальне населення мулу. Проте найголовніша їх функція полягає у здійсненні генетичного контролю - вони з’їдають бактерії, що не злипаються у пластівці. Таким чином мікрофауна очищує воду від усіх частинок, що відірвалися від пластівців. Якщо ці “хижаки” в мулі відсутні, то очищена вода залишається мутною. Активний мул не одразу пристосовується до очищення певного виду стічних вод - минає декілька місяців, перш ніж в ньому утворюється необхідне угруповання організмів. Контроль роботи аеротенків здійснюють шляхом хімічного аналізу очищеної води. Iснують також способи біологічного контролю - шляхом вивчення під мікроскопом проби мулу та виявлення, які організми в ньому присутні і в якій кількості, можна зробити висновок про ефективність роботи цієї очисної споруди. Якщо ступінь очищення води знижується, то в активному мулі з’являються так звані нитчасті бактерії, а замість черевовійчастих інфузорій - туфельки (парамеції). В разі нестачі кисню більшість прикріплених форм найпростіших замінюється тваринами, що вільно плавають. Збільшуючи подачу повітря в аеротенк (концентрацію розчиненого кисню) або тривалість аерації, можна зрушити рівновагу живого населення активного мулу у необхідному напрямку. Таким чином, склад мікроорганізмів активного мулу є найголовнішим показником його діяльності. За видовим складом цих живих істот можна визначити, наскільки ефективно відбувається процес очищення, які стічні води (промислові чи побутові) очищує активний мул, яка токсичність забрудненої води. Як зазначалося, перед біологічним очищенням стічні води, зазвичай, попередньо очищають механічними методами. Відстійники, що застосовують для цього, називають первинними. Оптимальним вважається такий ефект первинного освітлення, коли у воді, що подається на біологічне очищення, міститься не більше 150 мг/л завислих речовин. 181

Після біологічного очищення на біофільтрах разом з очищеною водою виноситься біологічна плівка, а після аеротенків - активний мул, для звільнення від яких стічні води направляють у відстійники, які в цьому випадку називають вторинними. При очищенні стічних вод в аеротенках переважна кількість активного мулу з вторинних відстійниках повертається в аеротенки для забезпечення процесу біологічного очищення стоків. Цей активний мул називають зворотним, або циркуляційним. Кількість його становить 40-50 % від об’єму рідини, що очищується. При неповному (частковому), а іноді й при повному біологічному очищенні виробничих стічних вод чи їх суміші з побутовими стоками зворотний активний мул спочатку подають в регенератори для відновлення його активності, а вже потім - в аеротенки. Приріст активного мулу, що утворюється в процесі мінералізації органічних забруднень, називають надлишковим активним мулом. Його видаляють з вторинних відстійників і, зазвичай, спочатку подають в мулоущільнювачі для зменшення вологості, а потім - в метантенки, де він зброджується разом з осадом первинних відстійників. Біологічне очищення в штучно створених умовах може бути повним, коли БПК стічних вод знижується на 90-95 %, та неповним - відповідно на 40-80 %. В результаті повного біологічного очищення концентрація завислих речовин в стічних водах зменшується до 15-20 мг/л, а БПКПОВН - до 15-20 мг О2/л. Якщо повне біологічне очищення не може задовольнити умови скиду в поверхневий водний об’єкт, то в цьому випадку передбачають споруди глибокого очищення (доочищення) стічних вод. На цій стадії застосовують фізико-хімічні методи обробки, а також очищення в природних умовах у біологічних ставах з вирощуванням вищої водної рослинності для вилучення з води біогенних елементів. Зазначимо, що ніякими сучасними методами очистити стічні води на 100 % не вдається, адже після певної межі витрати на кожний додатковий відсоток очищення води зростають по експоненті. Тому, зазвичай, стічні води очищують до певної економічно обґрунтованої межі, а потім розбавляють їх чистою природною водою таким чином, щоб вміст домішок у суміші не перевищував гранично допустиму концентрацію (ГДК). Слід зауважити, що деякі особливо токсичні стічні води промислових підприємств взагалі неможливо очистити сучасними методами, їх доводиться захороняти, закачуючи у підземні сховища. Таким чином утворюються екологічно небезпечні об’єкти, оскільки завжди існує загроза проникнення таких вод у підземні водоносні горизонти. Iнколи води, які неможливо очистити, випарюють у відстійниках, значно зменшуючи об’єм і масу відходів, що підлягають захороненню. Стічні води після очищення можуть містити значну кількість хвороботворних (патогенних) мікроорганізмів, тому перед випуском у водойму їх не182

обхідно знезаражувати. Для дезінфекції, зазвичай, використовують рідкий хлор або хлорне вапно (гіпохлорид кальцію). Тривалість контакту стічних вод з хлором має бути не менша 30 хвилин, а концентрація залишкового “активного” хлору в очищеній воді не повинна перевищувати 1.5 мг/л. Комплекс споруд для знезаражування стоків включає: • хлораторну - приміщення, де здійснюється підготовка й дозування хлору; • змішувачі - для перемішування хлору із стічними водами; • контактні резервуари, де в результаті контакту хлору з водою бактерії знищуються. Осад, що в невеликій кількості випадає в контактних резервуарах, обробляють разом з осадом первинних відстійників або направляють на мулові майданчики. 4.6.2.1. Споруди для механічного очищення стічних вод 4.6.2.1.1. Решітки Решітки складаються із сталевих стержнів, розміщених в каналі, по якому протікають стічні води. Стержні розташовують один від одного на певній відстані, яку називають прозором, і від якої залежать мінімальні розміри затримуваних покидьок. Для попередження засмічування прозорів решіток або утворення значних підпорів води решітки повинні систематично очищуватися від покидьок. Решітки поділяють на такі основні групи: • за шириною прозорів - на грубі з прозорами від 30 до 200 мм та звичайні - від 5 до 25 мм (решітки з прозорами менше 16 мм застосовують рідко); • за конструктивними особливостями - на нерухомі й рухомі (поворотні, крильчасті), які періодично чи безперервно піднімають із стічних вод для очищення від покидьок; • за способом очищення від покидьок - на решітки з ручним та механізованим очищенням. Затримувані на решітках покидьки, зазвичай, подрібнюють у молоткових дробарках, після чого вони спрямовуються у канал перед решітками чи в метантенки. Будівля, де розміщуються решітки, обладнується вантажопідйомними засобами, системами опалення та вентиляції. Застосовують також решітки-дробарки, які затримують покидьки й подрібнюють їх безпосередньо в потоці стічних вод.

183

4.6.2.1.2. Пісковловлювачі Пісковловлювачі влаштовують для видалення із стічних вод нерозчинених мінеральних речовин, переважно піску. Наявність піску в стічних водах несприятливо позначається на ро2 боті очисних споруд, оскільки пісок може нако3 пичуватися у відстійниках, септичних камерах, пісок двоярусних відстійниках, метантенках та інших 4 спорудах, зменшувати їх корисний об’єм, пере4 2 шкоджати випуску осаду і порушувати технологічний процес роботи очисної станції. Тому піспісок ковловлювачі є обов’язковими у складі очисних станцій потужністю більше 100 м3/доб. Залежно від загального напряму руху стічних вод пісковловлювачі поділяють на горизонтальні й вертикальні. Рис.4.4. Горизонтальний В горизонтальних пісковловлювачах випапісковловлювач з коловим діння піску забезпечується при швидкості поторухом води ку води в них від 0.15 до 0.3 м/с. 1 - круговий жолоб; 2 - щілина; На рис.4.4 показаний горизонтальний піско3 - бункер; 4 - гідроелеватор вловлювач з коловим рухом води. Він складається з відстійної частини у вигляді кругового жолоба 1, в нижній частині якого є щілина 2 шириною 0.1-0.15 м, крізь яку пісок, що випадає із стічних вод, потрапляє в нижній бункер 3, виконаний у вигляді зрізаного конусу. Видалення осаду з пісковловлювача здійснюють за допомогою гідроелеватора 4. 1

4.6.2.1.3. Відстійники Оскільки в пісковловлювачах затримуються, головним чином, нерозчинені речовини мінерального походження, після них в стічних водах залишається значна кількість нерозчинених речовин, переважно, органічного походження (нерозчинені домішки побутових стічних вод приблизно на 80 % складаються з органічних речовин і на 20 % - з мінеральних). Отже завдання очищення стічних вод після пісковловлювачів полягає у видаленні із стоків нерозчинених речовин, що знаходяться у завислому та плаваючому стані. Для цього застосовують відстійники. Залежно від необхідного ступеня очищення стічних вод перед їх випуском у водний об’єкт відстійники можуть призначатися для попередньої обробки стоків перед їх подальшим очищенням (наприклад, в спорудах біологічного очищення), або ж освітлення стічних вод у відстійниках може бути достатнім для їх випуску у водний об’єкт.

184

Відстійники, які застосовують у даний час, є проточними. Це означає, що відстоювання стічних вод відбувається при повільному їх протіканні через відстійник. Розрізняють такі типи відстійників: • горизонтальні (прямокутні в плані), в яких осадження завислих речовин відбувається при горизонтальному русі стічних вод з малими швидкостями; • радіальні (круглі або квадратні в плані), в яких осадження завислих речовин відбувається так само, як і в горизонтальних відстійниках, але при русі стічних вод від центру відстійника до периферії; • вертикальні, в яких осадження завислих речовин відбувається при вертикальному русі стічних вод в напрямку, протилежному випаданню осаду. Горизонтальний відстійник 3 1 6 (рис.4.5) являє собою прямокутний 2 в плані резервуар із співвідношенням ширини і довжини не менше 4 і = 0.01 1 : 4 та глибиною до 4 м. Стічні во5 ди підводяться каналом до торцевої стінки відстійника, де за допомогою поперечного лотка 1 з водоРис.4.5. Горизонтальний відстійник зливом рівномірно розподіляються 1 - розподільчий лоток; 2 - водозбірний лоток; по ширині відстійника. З проти3 - візок; 4 - скребок; 5 - трубопровід випуску осаду; 6 - жирозбірний лоток лежного боку відстійника влаштовується лоток для збору освітленої рідини 2. Радіальні відстійники, зазвичай, виконують круглими в плані діаметром від 16 до 40 м (іноді до 60 м) і глибиною, що дорівнює від 1/6 до 1/10 діаметра. Радіальними ці відстійники називають тому, що рух води в них відбувається в радіальному напрямку. Радіальні відстійники можна розглядати як різновид горизонтальних, проте швидкість руху води в них є змінною - від максимальної в центральній частині до мінімальної у периферійній, тоді як в горизонтальних відстійниках вона є постійною вздовж всієї довжини споруди. Конструкція радіального відстійника наведена на рис.4.6. Підведення неосвітленої води здійснюється знизу по трубопроводу 1, звідки вона потрапляє через центральний розподільчий пристрій 2 у відстійну зону, а освітлена вода збирається в круговий периферійний жолоб 3. Плаваючі речовини видаляються з поверхні рідини за допомогою напівзануреної дошки, закріпленої під кутом до осі ферми, що обертається, і подаються трубою в плаваючий бункер, звідки вони надходять у муловий колодязь.

185

Осад згрібають у приямок 4, розташований в цент7 рі відстійника, скребками у 1 вигляді жалюзі 5, закріпле5 ними знизу рухомої ферми 4 6 під кутом 45° до її осі. При Рис.4.6. Радіальний відстійник обертанні ферми із закріпле1 - подача неосвітленої води; 2 - центральний ними на ній скребками відбурозподільчий пристрій; 3 - збірний лоток; 4 - приямок; вається переміщення осаду 5 - скребок; 6 - відведення осаду; 7 - відведення по дну відстійника від периосвітленої води ферії до центру. Приямок має форму перевернутого зрізаного конусу. Днище відстійника влаштовують з похилом 0.02 від периферії до приямку. Вторинний радіальний відстійник для видалення осаду замість скребків обладнують мулосмоками. Вертикальний відстійник яв1 6 ляє собою круглий (іноді квадратний) в плані резервуар діаметром до 10 м з днищем у вигляді пере2 5 вернутого зрізаного конусу (рис. 3 4.7). Стічні води подаються по лот4 ку 1 в круглу центральну трубу 2, що закінчується раструбом 3. До7 сягаючи відбійного щита 4, потік 8 стічних вод змінює напрямок з вертикального низхідного на горизонРис.4.7. Вертикальний відстійник тальний, а потім - на вертикальний 1 - лоток; 2 - центральна труба; 3 - раструб; 4 - відбійний щит; 5 - відстійна зона; 6 - збірний висхідний. Рухаючись рівномірно по площі робочої частини відстійлоток; 7 - осадова зона; 8 - осадова труба ника 5, освітлені стічні води переливаються через круглий водозлив у збірний лоток 6. 2

3

4.6.2.2. Споруди для біологічного очищення стічних вод Як зазначалося вище, для біологічного очищення стічних вод в природних умовах застосовують поля зрошення, поля фільтрації і біологічні стави. Очищення стічних вод на полях зрошення і полях фільтрації відбувається в процесі їх фільтрування крізь ґрунт. При цьому затримані частинками ґрунту органічні забруднення разом з бактеріями обволікають їх і утворюють біологічну плівку. Плівка адсорбує тонкодисперговані завислі, колоїдні та розчинені речовини стічних вод, які в присутності кисню повітря піддаються біохімічному окисленню аеробними бактеріями. Оскільки атмосферне повітря інтенсивно проникає в пори ґрунту на глибину до 0.2-0.3 м, то саме в цьому 186

шарі й відбуваються окислювальні процеси: органічний вуглець окислюється до CO2, азот амонійних солей - до нітритів і нітратів (NO2 і NO3), тобто нітрифікується. На більшій глибині внаслідок нестачі чи відсутності кисню відбувається процес денітрифікації, і на окислення органічних речовин витрачається кисень, що вивільняється з нітратів. Таким чином, активний шар ґрунту, в якому відбуваються процеси очищення стічних вод, практично досягає 1.5 м, тому поля зрошення влаштовують при рівні залягання ґрунтових вод не вище 1.5 м від поверхні землі. При більш високому рівні залягання ґрунтових вод необхідно передбачати заходи щодо його зниження. Очищення стічних вод в біологічних ставах протікає так само, як і процеси самоочищення у природних водоймах. Біологічне окислення органічних речовин відбувається за рахунок кисню повітря, що реаерує (розчинюється) крізь поверхню дзеркала води. Для біологічного очищення стічних вод у штучно створених умовах застосовують біологічні фільтри (біофільтри) та аеротенки. Біологічні фільтри - це споруди, в яких біологічне очищення стічних вод відбувається при їх фільтруванні крізь шар крупнозернистого матеріалу (завантаження). Поверхня зерен цього матеріалу вкрита біологічною плівкою, заселеною аеробними мікроорганізмами. Стічні води подають на біофільтри після їх освітлення в первинних відстійниках. При фільтруванні стічних вод крізь шар завантаження відбувається адсорбція біологічною плівкою тонкодиспергованих речовин, що залишилися в рідині після первинних відстійників, а також - колоїдних та розчинених сполук. Органічна частина забруднень, затриманих біоплівкою, піддається біохімічному окисленню (мінералізації) за участю аеробних бактерій. Кисень, необхідний для життєдіяльності бактерій, надходить в тіло біофільтра шляхом його природної чи штучної вентиляції. Величину навантаження на біофільтр визначають по його окислювальній потужності (ОП) - кількості кисню, яка отримується з 1 м3 фільтруючого матеріалу за добу для зниження БПК стічних вод, що подаються на біофільтр. Біологічне очищення стічних вод на біофільтрах відбувається так свмо, як і на полях зрошення чи полях фільтрації, але внаслідок штучно створених сприятливих для життєдіяльності аеробних мікроорганізмів умов процес біологічного окислення в біофільтрах проходить інтенсивніше. Тому і розміри споруд для біологічного очищення стічних вод в штучно створених умовах у багато разів менші від споруд очищення в природних умовах. Біофільтри безперервної дії (рис.4.8) складаються з таких основних елементів: • огороджувальних стін 1, розташованих по периметру біофільтра, які утримують фільтруючий матеріал; 187

• дренажного пристрою, що являє собою дірчасте днище 2 біофільтра, на якому тримається фільтруюче завантаження; • суцільного днища 3, розташованого під дренажем на відстані 0.4-0.6 м, завдяки чому утворюється міждонний простір; • фільтруючого завантаження 4, яке може складатися із щебеню твердих порід, гравію, керамзиту, котельного шлаку, пластичних мас тощо; • пристрою 6 для рівномірного (з невеликими інтервалами часу) розподілення стічних вод по поверхні фільтруючого шару. Біофільтри безперервної дії поділяють 6 на краплинні та високонавантажувані. Аеротенки - це залізобетоні резервуари, в яких стічні води у суміші з активним 5 мулом піддаються аерації. Як зазначалося вище, мінералізація органічних забруднень стічних вод в аеротенку здійснюється 4 аеробними мікроорганізмами активного 1 мулу в присутності кисню повітря. Тому для успішного протікання процесу біохі9 7 мічного очищення стічних вод необхідне постійне перемішування їх суміші з активним мулом та безперервна її аерація в 8 2 3 усьому об’ємі аеротенка, що забезпечує контакт стічних вод з активним мулом і Рис.4.8. Біофільтр 1 - огороджувальні стіни; 2 - дірчасте підтримує життєдіяльність бактерій. Киднище; 3 - суцільне днище; 4 - фільтрусень подають в аеротенки разом з повітюче завантаження; 5 - подача води; рям за допомогою повітродувок, компре6 - розподільчий пристрій; 7 - подача сорів, вентиляторів, а також шляхом заповітря; 8 - гідравлічний затвор; 9 - водовідвідний лоток смоктування повітря з атмосфери механічними чи комбінованими засобами (пневматична та механічна аерація). Відповідно до методів аерації рідини в аеротенках останні поділяють на три типи: аеротенки з пневматичною, механічною та комбінованою аерацією. На практиці найчастіше використовують аеротенки першого типу (рис.4.9). В колишньому СРСР дослідженнями роботи аеротенків займалися вчені: проф. С.М.Строганов, докт.біол.наук К.М.Корольков, проф. Н.А.Базякіна, канд.тех.наук І.С.Постницький, докт.тех.наук З.О.Орловський та ін. Вони запропонували методи розрахунку аеротенків, якими ми користуємося і нині. Процес біологічного очищення стічних вод в аеротенку можна поділити на три стадії. На першій, початковій стадії одразу після змішування свіжих стічних вод з активним мулом відбувається адсорбція останнім забруднень стічних вод та окислення легкоокислюваних речовин. В результаті спостерігається різке зниження БПК стічних вод (на 40-80 %) і повне споживання роз188

Азот (N), мг/л

БПК, мг/л

чиненого кисню на процеси окислення, таким чином його дефіцит наближається до одиниці. Перша стадія, зазвичай, триває 0.5-2 год. На другій стадії процесу відбувається окис1 лення повільноокислюваних речовин та регенерація активного мулу, тобто відновлення його властивостей, які значно послабилися наприкінці першої стадії. Швидкість споживання кисню на другій стадії значно нижча, ніж на першій. На третій стадії процесу відбувається нітрифікація амонійних солей, і швидкість споживання кисню знову зростає. Існуючі методи розрахунку аеротенків вра3 2 ховують процес біологічного очищення в них до початку стадії нітрифікації. Тривалість аерації Рис.4.9. Аеротенк з стічних вод міських каналізацій при цьому стапневматичною аерацією 1 - повітряний стояк; новить близько 6-8 год. Проте для отримання 2 - фільтросний канал; надійних результатів, при яких БПК очищених 3 - фільтроси стічних вод не перевищуватиме 15-25 мг/л, необхідно, щоб в їх складі містилося 5-6 мг/л нітратів. Витрати кисню, необхідні на утворення цієї кількості нітратів, приблизно дорівнюють величині БПКПОВН очищених стічних вод. В кінці періоду очищення стоків через неповне споживання розчиненого кисню відбувається його накопичення в рідині, і дефіцит кисню зменшується до нуля. Хід окислювального процесу в 120 600 аеротенку, за даними проф.Н.А.Базякіної, наведений на рис.4.10. З 500 100 графіка видно, що поділ цього процесу на стадії є умовним, оскільки 400 80 Азот нітрифікація не обов’язково починітратів нається на другій стадії. Проте на300 60 ведена характеристика дозволяє наочно відобразити послідовність 200 40 процесів біохімічного окислення Азот стічних вод в аеротенках. 100 20 амон. солей За ступенем очищення стічних БПК 0 вод виділяють аеротенки повного та 0 2 4 6 8 неповного, або часткового очищенГодини ня. В першому випадку отримують Рис.4.10. Хід окислювального процесу очищені стічні води, що не загнивасуміші стічних вод та активного мулу ють і містять нітрати та розчинений (за Н.А.Базякіною) кисень. В другому випадку процес 189

обмежується першою стадією, при якій БПКПОВН очищених стічних вод може зменшуватися на 40-80 %. Схеми аеротенків повного 6 і часткового очищення наве9 дені на рис.4.11. Як видно з 1 2 4 рисунка (рис.4.11а), при пов3 ному біологічному очищенні 7 10 мулова суміш з аеротенка 3 5 11 8 направляється у вторинний а) відстійник 4, після осадження 6 більша частина активного 9 мулу з вторинних відстійників 1 2 4 3 безперервно перекачується в 13 аеротенки (циркуляційний або 7 12 10 5 зворотний активний мул 7), а 11 8 решта - надлишковий мул 8 б) надходить на переробку. Рис.4.11. Схеми аеротенків повного (а) При частковому біологічі часткового (б) очищення ному очищенні (рис.4.11б) ак1 - подача стічних вод; 2 - первинні відстійники; тивний мул, що осаджується у 3 - аеротенки; 4 - вторинні відстійники; 5 - мулова вторинних відстійниках, міснасосна станція; 6 - повітродувна станція; 7 - зворотний активний мул; 8 - надлишковий активний мул; тить адсорбовані забруднення 9 - повітроводи; 10 - сирий осад; 11 - надлишковий стічних вод, які ще не окисактивний мул в мулоущільнювачі; 12 - регенератори; лилися. Тому циркуляційний 13 - регенерований активний мул в аеротенки активний мул 7 з вторинних відстійників спочатку направляють в регенератор 12, де він певний час аерується для забезпечення мінералізації адсорбованих ним забруднень стічних вод та відновлення активних властивостей мулу (відбувається так звана регенерація активного мулу). Після регенераторів зворотний активний мул надходить в аеротенк, а надлишковий 8 - на подальшу обробку. Оскільки вологість надлишкового активного мулу становить 99.2-99.6 %, для зменшення його об’єму перед надходженням в метантенки він піддається ущільненню в мулоущільнювачах, де його вологість знижується до 95-98 %. 4.6.2.3. Методи і споруди для оброблення, зневоднення, знезаражування та утилізації осадів стічних вод На каналізаційних очисних станціях утворюється значна кількість осадів. Вони випадають в первинних відстійниках, а також отримуються при біологічному очищенні стічних вод у вигляді біологічної плівки після біофільтрів або надлишкового активного мулу після аеротенків. Осад, що видаляють з первинних відстійників, називають “сирим”. Він має сірий колір і містить 92-96 % води. Його об’ємна вага становить від 1.004 190

до 1.01 т/м3. У складі осадів побутових стічних вод міститься до 80 % органічних речовин. Відсоток вмісту органічних речовин в осадах міських каналізацій залежно від домішок виробничих стічних вод може коливатися від 65 до 85 %. Органічна частина осаду приблизно на 80 % складається з вуглеводів, жироподібних речовин та білків. В осаді міститься до 3.5 % азоту, до 1.4 % фосфору і до 0.2 % калію, що характеризує його як цінне органічне добриво. Сирий осад становить небезпеку в санітарному відношенні, оскільки він може загнивати, виділяти гази, створювати сприятливі умови для розвитку бактерій, у тому числі хвороботворних, а також містить яйця гельмінтів. Тому перед утилізацією осад має бути стабілізованим і знешкодженим. Для цього використовують анаеробне зброджування за участю анаеробних бактерій. При цьому розпад органічних речовин осаду відбувається в дві фази. Перша фаза характеризується утворенням значної кількості жирних кислот (мурашиної, оцтової, масляної тощо). Крім того, на цій фазі утворюються вуглекислота, спирти, амінокислоти, аміак, сірковуглець. Активна реакція середовища рH менша 7, тому перша фаза носить назву “кислого” бродіння. Вона здійснюється анаеробними бактеріями типу дріжджів, маслянокислими, пропіоновими, бутиловими бактеріями тощо. В результаті кислого бродіння осад майже не зменшується в об’ємі, погано підсихає, неприємно пахне і може загнивати. Друга фаза характеризується руйнуванням утворених на першій фазі кислот з виділенням вуглекислоти, метану та в невеликих кількостях водню і окису вуглецю. Активна реакція рH становить 7-8, тому ця фаза має назву лужного, або метанового бродіння. Збудниками другої фази є метаноутворюючі анаеробні бактерії. Зброджений, чи зрілий осад після другої фази бродіння підсушується на мулових майданчиках. Він має чорний колір через вміст сульфіду заліза та гумінових речовин, для зрілого осаду характерний слабкий запах сургучу або асфальту. Вміст органічних речовин у збродженому осаді зменшується з 80-75 % до приблизно 50 %. Кінцевими продуктами розпаду жирів є вуглекислота і метан, тобто ці компоненти органічної частини осаду газифікуються. При розпаді білків тільки частина утворених продуктів переходить в газ, решта - зв’язується між собою чи з іншими компонентами і залишається в розчині. Зрілий осад є нешкідливим в санітарному відношенні і являє собою цінне органічне добриво. Метанове бродіння стічних вод може відбуватися в мезофільних умовах, якщо температура зброджуваної маси не перевищує 35°С, чи в термофільних умовах, якщо температура зброджуваного осаду підтримується в межах 4565°С. Кожний з цих видів бродіння забезпечується діяльністю відповідних анаеробних бактерій - мезофільних і термофільних. Для мезофільного бродіння оптимальною є температура 32°С, а для термофільного - 53°С. 191

Для підтримання нормального процесу бродіння осаду необхідне дотримання таких умов: • підтримання оптимальної температури бродіння; • надходження свіжого осаду в певному співвідношенні до маси, що бродить (доза завантаження свіжого осаду); • перемішування свіжого осаду із зброджуваною масою. Для оброблення осаду 7 7 6 8 9 стічних вод використовуДо газють такі споруди: гнилісні гольдера резервуари (септики), двоярусні відстійники, освітлюНа споруди вачі-перегнивачі і метансушіння 5 тенки. Метантенк сучасного 14 11 10 11 3 типу являє собою окремий круглий в плані залізобеНа споруди тонний резервуар з конус4 1 2 13 сушіння ним днищем та герметичГаз від газгольдера 12 ним перекриттям, оснащеРис.4.12. Метантенк конструкції фірми ним ковпаком для уловлен“Дегремон” ня і відведення утворюва1 - циркуляційний насос для осаду, що нагрівається; 2 ного при бродінні газу. В циркуляційний насос для руйнування піни; 3 - бойлер метантенках створюють опгарячої води; 4 - теплообмінник; 5 - розширювальний бачок; 6 - пристрій для руйнування піни; 7 - запобіжний тимальні умови для метаноклапан, що попереджає утворення вакууму та підвищення вого бродіння осадів - відтиску; 8 - відведення газу; 9 - видалення піни; 10 - трубоповідну температуру та напровід для відбору проб; 11 - термометр; 12 - відведення збродженого осаду; 13 - циркуляційний насос гарячої води; лежне перемішування (рис. 14 - завантаження свіжого осаду 4.12). Септики (гнилісні резервуари) - це відстійники, в яких осад, що випав на дно, піддається гниттю. Двоярусні відстійники являють собою комбіновані споруди, у верхньому ярусі яких розташований горизонтальний відстійник, а в нижньому - септична камера для зброджування осаду, що випадає із стічних вод і провалюється крізь вузьку щілину в нижню частину відстійника. Для зневоднення збродженого осаду із септичних камер двоярусних відстійників та метантенків його направляють на мулові майданчики. Тут він підсушується, після чого може бути утилізований як органічне добриво. Зневоднення осаду може відбуватися й штучним шляхом: на вакуумфільтрах, вакуум-пресах, центрифугах та термічною сушкою. Осади виробничих стічних вод часто складаються переважно з мінеральних речовин (наприклад, осади стоків металургійних заводів, від збагачення 192

руд тощо). В цих випадках осади з відстійників підсушують вищевказаними способами або спрямовують у відвали чи спеціальні сховища. 4.6.2.4. Технологічні схеми очищення побутових стічних вод Типова технологічна схема очищення побутових стічних вод наведена на рис.4.13. неочищені стічні води

покидьки

зворотний активний мул повітря

хлор змішувач

очищені стічні води

решітка пісковловлювач пісок

аеротенк первинний відстійник

сирий осад

вторинний відстійник

надлишковий активний мул насос

контактний резервуар

Рис.4.13. Типова технологічна схема очищення побутових стічних вод

Після механічного очищення на решітках, в пісковловлювачах та первинних відстійниках стічні води надходять в аеротенк, в який безперервно подають стиснуте повітря та активний мул. В аеротенку в результаті життєдіяльності аеробних мікроорганізмів стічні води очищуються від органічних забруднень. Суміш очищених стічних вод та активного мулу надходить у вторинні відстійники, відстояна вода знезаражується хлором і відводиться у водойму. Зворотний активний мул повертається в аеротенк, а надлишковий - мінералізується і зневоднюється. Зазвичай, обробка міських стічних вод здійснюється за двоступеневою схемою: механічне, потім біологічне очищення. Проте високий ступінь забруднення поверхневих водних об’єктів - приймачів стічних вод зумовлює останнім часом застосування третього ступеня - доочищення або глибокого очищення. Затримані на решітках крупні покидьки подрібнюють на дробарках і скидають у потік стічних вод перед решітками. При невеликій кількості покидьки вилучають і направляють на механічне брикетування або компостування. Пісок з пісковловлювачів відмивають від органічних забруднень в гідроциклонах і підсушують на піскових майданчиках. Підсушений пісок може бути використаний, наприклад, у шляховому будівництві. Сирий осад з первинних відстійників та ущільнений надлишковий активний мул (або біологічну плівку в разі використання біофільтрів) піддають бродінню в метантенках. Газ, що утворюється в процесі бродіння осадів, використовують для теплоенергетичних потреб очисної станції. Для регулювання тиску і зберігання газу передбачають мокрі газгольдери. Зброджений в метантенках осад піддають механічному зневодненню на центрифугах, вакуум-фільтрах або фільтр-пресах. Перед цим осад підлягає відповідній обробці із застосуванням реагентів. Після механічного зневоднен193

ня отримують кек вологістю 60-80 %, а також висококонцентрований фугат, який подають в голову очисних споруд. Для зменшення вологості механічно зневодненого осаду до 25-30 % застосовують термічну сушку. На станціях невеликої потужності зброджений осад після метантенків підсушують на мулових майданчиках, але такий метод потребує відведення під майданчики значних земельних площ.

194

Або люди зроблять так, щоб на Землі було менше димів, або дими зроблять так, щоб на Землі було менше людей. Л.Баттон

5. Повітряний басейн та антропогенний вплив на атмосферу Як невід’ємна частина географічної оболонки нашої планети атмосфера відіграє величезну роль у її формуванні та розвитку. Атмосфера тісно зв’язана і взаємодіє з іншими сферами географічної оболонки Землі. Так, між атмосферою і літосферою та гідросферою існує постійний теплообмін: нижні шари повітря нагріваються від поверхні суші і води і віддають своє тепло поверхні землі тоді, коли вона охолоджується. Таким чином повітряна оболонка регулює сезонні коливання температури, запобігає надмірному нагріванню земної поверхні вдень і охолодженню вночі (якби атмосфери не існувало, то коливання добової температури на Землі досягали б ±200°С). Атмосфера забезпечує перерозподіл вологи на Землі: в ній утворюються опади, які, випадаючи на поверхню землі, дають початок водотокам, збагачують підземні води і поповнюють водою моря та океан. Поверхневі води разом з вітром видозмінюють земну поверхню, руйнуючи гірські породи, переносячи і нагромаджуючи їхні уламки в інших місцях. Таким чином, атмосфера виступає як важливий рельєфоутворюючий чинник. Вона впливає на характер і динаміку всіх екзогенних процесів, що відбуваються в літосфері (фізичне та хімічне вивітрювання, діяльність вітру, природних вод, мерзлоти, льодовиків). В свою чергу, рельєф суші змінює напрямки руху, швидкість, температуру та вологість повітряних мас, а відтак впливає на циркуляційні процеси, що відбуваються в нижніх шарах атмосфери. Тісні зв’язки поєднують атмосферу і з біосферою. Вона стала необхідною передумовою зародження та існування життя на планеті. За винятком деяких бактерій, кисень атмосфери потрібен всім тваринам, а основним джерелом його надходження у повітря є зелені рослини, які, в свою чергу, засвоюють з атмосфери вуглекислий газ. Повітряна оболонка виступає захисником усього живого від згубної дії ультрафіолетових променів та від загрози метеоритного “бомбардування”, спалюючи більшість метеоритів у своїй товщі (за рахунок сил тертя). Отже, безперервний обмін елементами між усіма оболонками Землі, в якому одне з найважливіших місць посідає атмосфера, формує чи не найголовнішу рису її природи - ефект рухомої рівноваги речовини у географічній оболонці планети. Саме тому вивченню атмосфери та процесів, що в ній відбуваються, приділяють надзвичайно велику увагу, що й зробило її об’єктом вивчення цілої низки природничих наук: фізики атмосфери, метеорології, кліматології тощо. Приземні шари атмосфери систематично досліджуються численними метеостанціями та різноманітними спостережними пунктами, розташованими як 195

у різних частинах суходолу (гори і рівнини, ліси і пустелі та ін.), так і на воді та на кризі (дрейфуючі станції). Вищі шари повітряної оболонки вивчаються за допомогою стратостатів і висотних літаків, що можуть підійматися на висоту понад 35 км, спеціальних радіозондів (повітряних куль з радіоапаратурою, яка постійно передає інформацію на землю), метеорологічних ракет, а останнім часом - штучних супутників і керованих космічних кораблів та космічних станцій. Всесвіт не тільки дивовижніший, ніж ми його уявляємо, він дивовижніший, ніж ми можемо уявити. Закон Хелдейна 5.1. Будова і склад атмосфери Землі

Атмосферою (від гр. atmós - водяна пара) називають газоподібну оболонку Землі, яка оточує планету, пов’язана з нею силою тяжіння, обертається разом з нею і включає суміш різних газів, водяної пари та пилових частинок. Основними факторами, що зумовлюють своєрідність атмосфери, є гравітаційне поле Землі, яке утримує основну масу повітря, магнітне поле, що захищає її від згубної дії сонячного вітру, та обертання планети, завдяки якому забезпечується сприятливий тепловий режим атмосфери. Якщо нижня межа атмосфери окреслена досить виразно (поверхня суші і Світового океану), то про положення її зовнішньої границі цього сказати не можна, оскільки з висотою внаслідок поступового зниження тиску1 повітря розріджується і поступово переходить у навколоземний (космічний) простір. Вважають, що атмосфера простягається на висоту 2-3 тис.км. З урахуванням особливостей вертикального розподілу температур, тиску та специфічних хімічних і фізичних явищ атмосферу поділяють на п’ять шарів (горизонтів): тропосферу, стратосферу (або озоносферу), мезосферу, термосферу (або іоносферу) та екзосферу (або магнітосферу), при цьому перші чотири сфери відносять до внутрішньої, а останню - до зовнішньої частин атмосфери. Кожна сфера відділяється від інших невеликим прошарком паузою. Тропосфера (від гр. trópos - поворот, напрямок) - найближчий до Землі шар атмосфери, який сам є похідною поверхні літосфери, що нагрівається Сонцем, і в той же час істотно впливає на процеси, які відбуваються на цій поверхні. Положення верхньої межі тропосфери визначається висотою вертикальної конвекції - висхідного і низхідного руху повітря, які й складають основну її рису (власне, звідси походить і назва цього горизонту атмосфери). Загальна потужність тропосфери змінюється від 16-17 км на екваторі і 10-12 км у помірних широтах до 7-9 км на полюсах (пересічна потужність - 11 км). У тропосфері зосереджується близько 80 % загальної маси повітря і майже 1

Так, наприклад, на висоті 100 км тиск дорівнює одній мільйонній частині тиску атмосфери біля поверхні Землі. 196

вся водяна пара атмосфери. Тиск повітря знижується з висотою - від 101.3·103 Па над земною поверхнею до 28·103 Па поблизу верхньої межі тропосфери. Помітно знижується з висотою і температура повітря, що пояснюється нагріванням його не безпосередньо від Сонця, а від земної поверхні. Пересічно температура повітря падає на 6.0...6.5°С на кожний кілометр висоти і становить на верхній межі тропосфери -55...-60°С у помірних широтах і навіть -70...-80°С над екватором. У тропосфері містяться значні маси води (які утворюють різні за видами хмари), пилу та диму, що переміщуються повітряними потоками на великі відстані. Внаслідок нерівномірного прогрівання земної поверхні тут відбуваються не тільки згадані вертикальні, але й горизонтальні переміщення мас повітря. Саме метеорологічні процеси, що відбуваються у тропосфері, визначають основні кліматичні особливості і погодні умови на поверхні Землі. Стратосфера (від лат. stratum - шар) являє собою другий за висотою над поверхнею Землі шар атмосфери, що відділяється від тропосфери досить незначним (до 1 км) проміжним шаром - тропопаузою і простягається до висоти 40-50 км. Повітря у стратосфері дуже розріджене (тут міститься менше 20 % загальної маси повітря атмосфери), майже позбавлене водяної пари і хмар. Температура у нижній частині майже не змінюється (-60...-70°С), а з висоти близько 20 км вона починає зростати (до 0°С і навіть вище), що пояснюється безпосереднім прогріваючим впливом розсіяного сонячного проміння. Саме у стратосфері на висотах 22-25 км розташовується згадуваний вище озоновий екран, який виступає в ролі верхньої межі біосфери і служить своєрідною межею поширення відбитої від поверхні Землі та прямої енергії Сонця. Зважаючи на значення озонового горизонту для біосфери, стратосферу іноді навіть іменують озоносферою. У стратосфері відбувається інтенсивна вертикальна і горизонтальна циркуляції повітря, зумовлені нерівномірним розподілом сонячного тепла. Мезосфера (від гр. mésos - середній, проміжний) - проміжний шар атмосфери, що простягається до висоти 80-85 км і відділяється від стратосфери перехідною зоною - стратопаузою. Досить високі температури у нижній частині мезосфери (до 25°С) з висотою знижуються, сягаючи поблизу її верхньої межі до -7...-90°С. Саме поблизу верхньої границі мезосфери утворюються так звані сріблясті хмари. Термосфера, починаючись від мезопаузи (80-90 км), простягається до висоти 900-1000 км. Температура у цій оболонці атмосфери різко підвищується, сягаючи вже на висоті 200 км 800...1000°С, а поблизу верхньої межі - навіть 3000°С. Саме ці обставини визначили і назву оболонки (від гр. thérme - тепло), хоч досить часто цю оболонку, зважаючи на високий ступінь іонізації повітря, іменують іоносферою (завдяки великій кількості позитивно іонізованих молекул і атомів атмосферних газів та вільних електронів іоносфера здатна відбивати електромагнітні хвилі короткого діапазону, в ній спостерігаються 197

полярні сяяння та іоносферні магнітні бурі, які впливають на стан наземних організмів). Тут відбуваються як інтенсивні вертикальні переміщення мас, так і горизонтальні вітри, швидкість яких досягає 170-225 м/с. Термосфера відіграє важливу захисну роль у житті біосфери, поглинаючи рентгенівське випромінювання і захищаючи життя на Землі від згубного впливу сонячної корони. Екзосфера (зовнішня атмосфера, або, як її ще називають, магнітосфера) являє собою зовнішню оболонку атмосфери, яка простягається на висоту до 2-3 тис.км і теж характеризується дуже високими температурами (500... 2500°С), надзвичайним розрідженням газів, присутністю іонів кисню, гелію і водню та величезною швидкістю їх переміщення, яка наближається до критичної (11.2 км/с) і дозволяє їм переборювати сили земного тяжіння та опір магнітного поля і, зрештою, вириватися з атмосфери та розсіюватися у міжпланетному просторі. Особливо інтенсивно вириваються атоми водню, який утворює навколо Землі своєрідну корону, що оточує планету до висоти близько 20 тис.км. Атмосферні гази у верхніх шарах (в екзосфері) покидають Землю, а надра Землі внаслідок дегазації мантії поповнюють повітряну оболонку, постачаючи в неї щорічно принаймні 1 млн.т різноманітних газів. Масу атмосфери оцінюють від 5.15·1015 до 5.9·1015 т [98]. Приблизний склад атмосферного повітря наведений в табл.5.1. Слід зважати на те, що дані таблиці відображають тільки порядок чисел, оскільки вміст атмосферних домішок (водяної пари, діоксиду вуглецю, озону та ін.) постійно змінюється як внаслідок природних процесів, так і в результаті виробничої діяльності людини. Кількість пилу в атмосфері залежить від інтенсивності вулканічної діяльності, антропогенних викидів та швидкості осідання частинок, і тому її важко визначити. Вміст кисню та азоту в атмосфері майже не змінюється протягом багатьох століть. Слід зазначити, що надзвичайно важливу роль в атмосфері Землі відіграє тривалентна форма кисню - озон О3. Цей нестійкий газ блакитного кольору з різким запахом утворюється в атмосфері шляхом розщеплення молекул вільного кисню О2 під дією короткохвильових ультрафіолетових променів Сонця та грозових розрядів1. Основна маса озону в атмосфері зосереджується на висотах 10-50 км з максимумом концентрацій в межах 20-25 км, де утворюється так званий “озоновий екран”. I хоча у загальному об’ємі атмосфери озон становить мізерну частину (3.3·109 т, або 6·10-5 % по масі)2, він відіграє дуже важливу роль, майже повністю поглинаючи найбільш згубне для всього живого жорстке ультрафіолетове випромінювання (з довжиною хвилі коротше 270 нм).

1 В промисловості озон отримують електролізом, дією “тихих” електричних розрядів на кисень, опроміненням рідкого кисню гамма-променями. 2 Якби увесь озон зібрати біля земної поверхні, то товщина його шару склала би всього 0.25 см. 198

Табл.5.1. Приблизний склад атмосферного повітря [98] Елементи і гази Азот Кисень Аргон Неон Гелій Криптон Водень Вуглекислий газ (пересічно) Водяна пара: - у полярних широтах - біля екватора Озон: - у тропосфері - у стратосфері Метан Окис азоту Окис вуглецю

Вміст у нижніх шарах атмосфери, % по об’єму по масі 78.084 75.5 20.946 23.14 0.934 1.28 0.0018 0.0012 0.000524 0.00007 0.000114 0.0003 0.0005 0.000005 0.034 0.0466 0.2 2.6

-

0.000001 0.001-0.0001 0.00016 0.000001 в повітрі міст - до 0.000008

0.00009 0.0000003 0.0000078

Важливою складовою атмосфери є вуглекислий газ, кількість якого за останні 100 років внаслідок господарської діяльності зросла приблизно на 10 %. Вуглекислий газ поглинає довгохвильове випромінювання Землі, спричинюючи парниковий ефект атмосфери. Важливим компонентом атмосфери є вода, присутня у повітряній оболонці у всіх своїх фазах - газовій (пара), рідкій (краплі туману і дощу) і твердій (кристали снігу та льоду). Майже 90 % атмосферної вологи зосереджується у приземному шарі атмосфери на висотах до 5 км, на висоті близько 25 км вода утворює так звані перламутрові хмари, а на висоті 80 км - сріблясті. Концентрація водяної пари біля земної поверхні коливається у широких межах: від 3 % в тропіках до 2·10-5 % у полярних широтах. Водяна пара надходить в атмосферу внаслідок випаровування з поверхні води і ґрунтів, а також в результаті транспірації. Найбільш оптично активними компонентами атмосфери є атмосферні аерозолі - завислі у повітрі частинки різних розмірів - від 10-7-10-6 до 10-2 см. Аерозоль з рідкими частинками називають туманом, а з твердими - димом. Аерозолі утворюються при конденсації водяної пари на частинках, викинутих в атмосферу в результаті вулканічних вивержень, промислової діяльності та інших явищ. Плюнеш у небо - плювок тобі в обличчя попаде. Узбецьке прислів’я 5.2. Забруднення атмосфери

Атмосфера - найбільш динамічна оболонка Землі, вона легко піддається впливу різних факторів. Присутність в атмосфері газів, пари, твердих части199

нок та рідких речовин природного і антропогенного генезису, які змінюють фізико-хімічні властивості та склад повітря, пригнічують біосистеми, є показником забруднення атмосфери (рис. 5.1). Під забрудненням атмодим домашніх вогнищ сфери розуміють привнесення промисловий та хімічний дим у повітря чи утворення в ньому промисловий та хімічний пил фізичних агентів, хімічних ретабачний дим човин та організмів, що непродукти згорання нафтоматеріалів сприятливо впливають на серепил, що викликає довище життя чи завдають пошкодження легень збитків матеріальним цінносфарбники тям. інсектицидний пил Серед природних процесів бактерії формування атмосфери слід аерозолі виділити надходження попелу і пилок газів із земної кори та мантії чхальні порошки (вулканізм тощо), взаємодію частинки діаметром з людський волос повітря з водою гідросфери та туман дощ димка мінералами літосфери, а на новидимі в видимі видимі оком ультрафіолетовий в оптичний віших етапах геологічної істомікроскоп мікроскоп 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 рії - біохімічні реакції обміну газами з живими організмами Рис.5.1. Розміри частинок, що забруднюють повітря (в мкм) [98] біосфери. Природними забруднювачами атмосфери є гази, пил та різні продукти фіто-, зоо- і мікробіоценозів. В атмосфері завжди міститься деяка кількість пилу, яка різко збільшується під час пилових бур та вулканічних вивержень (наприклад, після виверження вулкану Кракатау в Зондській протоці у 1883 р. пил окутав усю земну кулю). Неорганічний пил містить продукти вивітрювання гірських порід, морську сіль, частинки попелу після вулканічних вивержень, лісових та степових пожеж. Органічний пил складається з пилку рослин та мікроорганізмів. Тверді частинки (атмосферні аерозолі), з однієї сторони, погіршують екологічні характеристики повітря (через зменшення його прозорості, ускладнення процесів дихання тощо), проте, з іншої сторони, відіграють важливу роль центрів конденсації вологи, з якими зв’язане утворення атмосферних опадів. Навіть при значному вмісті природних домішок (за винятком катастрофічних випадків) вони не впливають настільки негативно на навколишнє середовище, як домішки антропогенного походження. Так, в усьому світі людством щороку викидається у повітря в середньому близько 500 млн.т твердих частинок (попелу, пилу, диму) та близько 30-35 млрд.т газоподібних забруднювачів (оксидів вуглецю, сірки, азоту). Від техногенних джерел щорічно в атмосферу надходить 110.4 млн.т сірчистого газу, 142.4 млн.т оксидів вуглецю, 37.9 млн.т оксидів азоту, 18.6 млн.т вуглеводнів, 200

25.7 млн.т пилу [109]. Крім того, значний внесок у забруднення атмосфери чинять тумани кислот, сполуки хлору, фтору та інші речовини. Спеціалісти вважають, що близько 80-86 % забруднень у повітрі сконцентровано над сильно розвиненими промисловими районами, 10-15 % - над містами, 1-2 % - над сільською місцевістю, 0.1 % - над центральними районами Світового океану. Ступінь забруднення атмосферного повітря в містах у 15 разів вищий, ніж в сільській місцевості, та в 150 разів вищий, ніж над океаном. Якщо у великому місті за добу осідає 1.5 т пилу на кожен квадратний кілометр, то вже в 100 км від нього - приблизно в 100 разів менше. В забруднених містах значно зменшується прозорість повітря. Розглядаючи забруднення повітряного середовища, слід також звернути увагу на проблему якості повітря житлових та громадських приміщень. Забруднення помешкань відбувається внаслідок проникнення в нього небажаних фізичних, хімічних та біологічних агентів іззовні (з атмосфери, з пилом, що приноситься з вулиці, у тому числі на одязі, тощо), в результаті утворення продуктів горіння, приготування та зберігання їжі (особливо небажаними є продукти згорання газу, підгоряння їжі при смаженні), внаслідок накопичення у повітрі кімнат продуктів життєдіяльності самої людини (вона виділяє у навколишнє середовище близько 400 речовин, у тому числі більше 270 при диханні та з поверхні шкіри, частина з них є токсичними для самої людини та її оточення), паління, виділення з будівельних та оздоблювальних матеріалів (особливо мінеральних та штучних) фізичних і хімічних агентів, у тому числі радіоактивних, розвитку на поверхні частинок пилу, у щілинах та інших місцях деяких мікроорганізмів (наприклад, ураження хворобою легіонерів спричинює організм легіонелла, що розмножується в системі кондиціювання повітря). Небезпечними є газоподібні виділення лаків, фарб, продуктів випаровування деревно-волокнистих плит та деяких полімерних матеріалів, що використовуються для оздоблення приміщень. Для зменшення забруднення повітря помешкань слід суворо контролювати якість будівельних та оздоблювальних матеріалів, влаштовувати витяжну примусову вентиляцію (особливо кухонь), здійснювати вологе прибирання кімнат, частіше провітрювати житлові приміщення, видаляти з речей пил, не палити в помешканні. Не всі хімічні речовини шкідливі. Без таких, наприклад, речовин, як водень і кисень, неможливо було б отримати воду - найважливішу складову пива! Дейв Беррі

5.2.1. Характеристика основних забруднюючих речовин З більш як 200 забруднювачів атмосферного повітря можна виділити п’ять основних: тверді частинки (пил, попіл, сажа); оксиди сірки, азоту, вуглецю; вуглеводні, що на 90-98 % визначають валовий викид шкідливих речовин у більшості міст. Для промислових регіонів характерне таке масове співвідношення надходження цих речовин в атмосферне повітря: оксид вугле201

цю - близько 50 %, оксиди сірки - близько 20 %, тверді частинки - 16-20 %, оксиди азоту - 6-8 %, вуглеводні - 2-5 %. Проте з урахуванням вищої токсичності оксидів азоту вагомість їх внеску у забруднення атмосферного повітря можна оцінити в 30-35 %, після них йдуть оксиди сірки, оксид вуглецю та тверді частинки. Деякі забруднюючі речовини, що містяться в атмосфері, мають природне походження, а їх надходження внаслідок техногенезу лише збільшує фонові концентрації. До таких забруднювачів відносяться діоксиди вуглецю CO2, азоту NO2 і сірки SO2, метан CH4 та його гомологи, які потрапляють в атмосферу в результаті вулканічних і біохімічних процесів. Iнші домішки (радіоактивні речовини, пестициди, численні синтетичні органічні сполуки тощо) мають виключно антропогенне походження. Такі забруднюючі речовини, як оксид вуглецю і важкі метали (свинець, мідь, цинк, нікель, кобальт, сурма, олово, вісмут, ртуть), надходять у біосферу разом з антропогенними викидами. Значна частина вуглеводнів викидається у навколишнє середовище в результаті “вуглеводневого дихання” надр Землі, дегазації скупчень вуглеводневої сировини, біохімічних процесів (виділення вуглеводнів деякими рослинами, “болотний газ” тощо). Величина цих надходжень становить 1 млрд.т/рік, що на порядок вище, ніж антропогенні викиди вуглеводневих компонентів (1 млн.т/рік), проте ступінь токсичності й негативності екологічних наслідків техногенних вуглеводнів значно вищий. Нижче наведена характеристика (фізичні і хімічні властивості, шкідлива дія) деяких найбільш поширених забруднювачів атмосферного повітря. Оксид вуглецю (CO) - чадний газ - не має кольору та запаху і є одним з найпоширеніших забруднювачів повітря. Оксид вуглецю утворюється внаслідок неповного згорання кам’яного вугілля, газу, деревини, нафти і бензину. При концентрації в повітрі більше 1 % він негативно впливає на рослини, тварини й людину, а понад 4 % - спричинює смерть. Токсичність CO для людини полягає в тому, що, потрапляючи в кров, він позбавляє еритроцити (червоні кров’яні тільця) здатності транспортувати кисень, настає кисневе голодування, задуха, запаморочення й навіть смерть. Можна уявити масштаби шкоди від CO, якщо лише один автомобіль за добу викидає у повітря близько 3.65 кг оксиду вуглецю (нагадаємо, що в 1991 р. світовий парк автомобілів перевищував 500 млн., до 2000-го року їх кількість має подвоїтися, а щільність потоків автомашин на основних магістралях Києва нині досягає 50-100 тис. машин на добу з викидом у повітря щогодинно 1800-9000 кг CO). Оксиди азоту (NO, NО2 та N2О) для людини в десятки разів небезпечніші, ніж CO. Їх багато в районах ТЕС, металургійних і хімічних заводів (виробництво азотної кислоти та нітратів, анілінових фарб, целулоїду, віскозного шовку). З’єднуючись з водою у дихальних шляхах, оксиди азоту утворю202

ють азотну та азотисту кислоти, які спричинюють сильні подразнення слизової оболонки і тяжкі захворювання. Ці сполуки поглинаються листям рослин, які втрачають свої кормові якості та хворіють. Сірчистий ангідрид (SO2) - сірчаний газ - виділяється внаслідок згорання палива з домішками сірки (вугілля, нафти), переробки сірчаних руд, частково - горіння териконів, виплавки металів. Сірчаний ангідрид (SO3) утворюється внаслідок окислення сірчистого ангідриду (SO2) в атмосфері під час фотохімічних та каталітичних реакцій і є аерозолем або розчином сірчаної кислоти у дощовій воді, яка підкислює ґрунти, посилює корозію металів, руйнування гуми, мармуру, вапняків, доломітів, загострює захворювання легеневої системи та дихальних шляхів людини і тварин. Його наявність характерна для районів хімічної, нафтохімічної та металургійної промисловості, ТЕС, коксохімічних і цементних заводів. Сірчаний ангідрид дуже шкідливий і для рослин, оскільки легко засвоюється і порушує їх життєдіяльність. Техногенні викиди в атмосферу оксидів азоту NOx та сірчистого ангідриду SO2 (переважно останнього) є основною причиною утворення кислотних дощів. Термін “кислотні дощі” був запроваджений ще у 1872 р. англійським інженером Робертом Смітом в роботі “Повітря та дощ: засади хімічної кліматології”, однак дослідження кислотних дощів розпочалися лише в 60-х роках ХХ сторіччя. Актуальність проблеми кислотних дощів обумовлена її глобальним характером, оскільки кислі опади переносяться повітряними потоками на великі відстані і охоплюють своїм негативним впливом значні території. Щорічно внаслідок спалювання сіркомістких каустобіолітів (в яких вміст сірки може досягати 5 %) в атмосферу надходить до 150 млн.т сірчистого ангідриду, який взаємодіє з атмосферною вологою і утворює сірчисту кислоту SO2 + H2O = H2SO3 + 76 кДж. В забрудненій атмосфері відбувається також реакція утворення сірчаної кислоти SO2 + NO2 + H2O = H2SO4 + NO. Сірчана та азотна кислоти дисоціюють на іони SO42-, NO3- та H+ (рН кислих опадів становить від 4.5 до 3). Кислотні дощі негативно впливають на ґрунтово-рослинний покрив (вимивання з ґрунту кальцію, калію, магнію, зменшення врожайності сільськогосподарських культур, деградація лісів), поверхневі та підземні води, руйнують інженерні споруди. Так, мармурові будівлі Риму, Афін і Каїру більше зруйновані кислотними дощами у наш час, ніж за попередні 2.5 тис. років процесами природного фізико-хімічного вивітрювання. Внаслідок кислотних опадів постраждало близько половини усіх лісів Західної Європи. Шкідливі вуглеводні (парафіни, нафтени, ароматичні, бенз(α)пірен) пари палива, що викидаються в повітря з двигунів внутрішнього згорання через нестачу кисню (недосконалість процесів згорання бензину в циліндрах 203

двигунів), картерні гази, випаровування самого бензину. Хорошим абсорбентом1 бенз(α)пірену є сажа, тому вона теж шкідлива. Дуже шкідливими є ненасичені (олефінові) вуглеводні (етилен тощо), які становлять близько 35 % загального обсягу вуглеводневих викидів. Вони є однією з причин утворення смогів - фотохімічних туманів у містах-гігантах (від англ. smoke - дим і fog - туман). Розрізняють два типи смогу: лондонський (в умовах вологого клімату з частими туманами) та лос-анджелеський (в умовах антициклонального клімату). Основною причиною різних типів отруєнь при смогах є озон, підвищений вміст якого (у 1952 р. в Лондоні концентрація озону в повітрі досягала 18 мг/м3 при нормі 0.16 мг/м3) призводить до руйнування гемоглобіну крові. Дослідження американських, англійських і японських вчених свідчать, що смог виникає в результаті складних фотохімічних реакцій у повітрі, забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею та оксидами азоту під впливом сонячного світла, підвищеної температури нижніх шарів повітря й великої кількості озону, який виділяється в результаті розпаду діоксиду азоту під дією олефінів. У сухому (вологістю до 70 %) загазованому й теплому повітрі внаслідок впливу сонячних променів виникає синюватий прозорий туман, який складається з озону (з концентрацією понад 3 мг/м3) та інших речовин, що значно токсичніші за первинні забруднювачі повітря. Туман неприємно пахне, подразнює очі, горло, спричинює задуху, бронхіальну астму, порушення вітамінного обміну, сну в дітей, емфізему легенів. Листя починає в’янути, стає плямистим, набуває сріблястого або бронзового кольору. Значно прискорюється корозія металу, руйнування мармуру, вапняку, фарб, гуми, синтетичних виробів, швидко пошкоджується одяг, взуття, порушується рух транспорту. У фотохімічних реакціях беруть участь альдегіди, пероксиацетилнітрати та інші речовини. Самі вони сильно подразнюють оболонку очей, носоглотки, впливають на органи кровообігу навіть у зовсім малих концентраціях. Та головним діючим фактором смогу є різні суміші утворених у специфічних умовах органічних перекисів. Слід нагадати, що в грудні 1952 р. в Лондоні загинуло близько 4 тис. осіб від так званого “чорного смогу”, що виник внаслідок надлишку у повітрі міста комплексу шкідливих газів (в основному NO2 з концентрацією 5-10 мг/м3 і більше) в результаті спалювання вугілля, соляру й мазуту на промислових підприємствах і теплоцентралях Лондона. Гострою сьогодні є проблема неотруйних хімічно інертних хлорфторметанів - фреонів і галонів (фреон-11 - CFCl3, фреон-12 - CF2Cl2, фреон-22 CНF2Cl, галон-1211 - CF2ClBr тощо), що застосовуються як холодоагенти у холодильниках, для очищення мікросхем, як наповнювачі у пінистих пластма1

Абсорбент - рідке чи тверде тіло, яке поглинає газ, розчинену речовину чи енергію всім своїм об’ємом. 204

сах та аерозольних упаковках (побутові балони з лаками, фарбами, дезодорантами тощо). Середній час життя фреонів в атмосфері становить 70-100 років. У стратосфері під дією ультрафіолетового випромінювання відбувається фотодисоціація хлорфтористих сполук (фреонів): відривається один атом хлору, а радикали, що залишаються, легко окислюються киснем, утворюючи оксид хлору та новий сталий радикал. Атом хлору і молекула ClO є каталізаторами реакції руйнування озону до кисню. Один атом хлору здатний розкласти 100 тисяч молекул озону. Нині вже спостерігається помітне зменшення вмісту озону й утворення “озонових дірок” у високих широтах нашої планети (Антарктика, Австралія, Південна Америка, Арктика), проте в більш низьких широтах іон хлору, відповідальний за руйнування стратосферного озону, поки що блокується метановою групою. За останні 15 років у Північній півкулі вміст озону в стратосфері зменшився в середньому на 3-5 %. Підраховано, що кожний процент зменшення озонового шару призводить до збільшення захворюваності людей раком шкіри на 5-7 %. Якщо викиди фреонів в атмосферу не зменшаться, то до 2000 року очікується зниження вмісту стратосферного озону на 10 %, що може призвести до різкого зростання захворюваності на рак шкіри, сітчатки ока тощо. Зменшення озонового шару на 50 % призведе до збільшення руйнівної дії ультрафіолетової радіації в 10 разів1. Небезпека використання фреонів настільки очевидна, що вже в 1979 р. США припинили їх використання в аерозолях, а з 1989 р. вступив в силу Монреальський протокол стосовно припинення виробництва хлорфторвуглеців. Після 2000 р. виробництво та використання усіх фреонів належить припинити, за винятком метилхлороформу (СН3ССl3), який у руйнуванні озону відіграє незначну роль, і виробництво та використання якого (досить значне на даний час) буде припинено до 2005 р. [19]. Аміак (NH3) негативно діє на дихальні шляхи людини і тварин. Сірководень (H2S) і сірковуглець (CS2) викидаються в повітря окремо або разом з іншими сірчаними сполуками (але в менших кількостях, ніж SO2) підприємствами, які виготовляють штучне волокно, цукор, а також нафтопереробними і коксохімічними заводами. Характерною ознакою цих забруднювачів є різкий, неприємний, подразливий запах і висока токсичність (вони в 100 разів токсичніші за сірчаний газ). В атмосфері сірководень повільно окислюється до сірчаного ангідриду SO3. 1 До чого може призвести зникнення озонового шару свідчать досліди, проведені в 70-х роках американськими військовими, які розробляли озонову зброю. Як повідомляла американська преса, над одним з ненаселених тихоокеанських атолів було запущено ракету, яка розпорошила в озоновому шарі спеціальний реагент, що повністю зв’язав озон, утворивши над цим островом діру, що існувала кілька годин, протягом яких поверхня острова опромінювалася ультрафіолетовою радіацією. В результаті на острові загинуло все живе: рослини, тварини, бактерії тощо. Залишилося кілька черепах, тіло яких захищене товстим панцирем, проте очі їх були випалені ультрафіолетом [72]. 205

Сполуки хлору концентруються у повітрі навколо хімічних заводів, що виробляють соляну кислоту, пестициди, цемент, суперфосфат, оцет, гідролізний спирт, хлорне вапно, соду тощо (84 % сумарної кількості сполук хлору в атмосфері сконцентровано в тих районах, де сильно розвинена промисловість). У великих кількостях вони дуже шкідливі для рослин, тварин і людей. В атмосфері ці сполуки знаходяться у вигляді молекулярного хлору (Cl2) та хлористого водню (HCl). Сполуки фтору характерні для районів, де діють підприємства, що виробляють алюміній, емаль, скло, кераміку, порцеляну, сталь, фосфорні добрива. В повітрі вони містяться у вигляді газоподібних HF або пилуватих часток CaF2. Сполуки фтору надзвичайно токсичні. До фтору дуже чутливі комахи. Надлишки фтору, який накопичується в рослинах, а через рослинний корм - у тваринах, призводять до швидкого псування зубів, кісток, зниження діяльності молочних залоз, некрозу нирок і пошкодження кишок. До токсичних важких металів належить свинець (Pb), головним джерелом надходження якого (близько 70 %) є автотранспорт. З метою підвищення ефективності згорання бензину в двигунах автомобілів (збільшення його октанового числа) до палива додають різні речовини, переважно етилову рідину, що містить канцерогенний тетраетил свинцю, який відіграє роль антидетонатора. Сполуки свинцю у вигляді аерозольних часток викидаються у повітря разом з відпрацьованими газами. Iншими джерелами надходження свинцю у повітря й воду є свинцеві фарби, ізоляційні матеріали тощо. Свинцеві сполуки дуже шкодять здоров’ю людини. Наявність у крові навіть незначної кількості свинцю призводить до тяжких захворювань, зниження інтелектуального розвитку, перезбудження, розвитку агресивності, неуважності, глухоти, безпліддя, затримки росту, порушень вестибулярного апарату тощо. Тому нині в багатьох країнах світу переглядають затверджені раніше ГДК свинцю в повітрі, воді, ґрунтах та крові людини. В Японії сьогодні майже повністю вилучено етильований бензин та припинено виробництво свинцевих фарб. Такі ж рішення прийняті в США, Англії, Франції, Швеції і Німеччині. В Україні з метою виконання Загальноєвропейської стратегії поступового припинення використання етильованого бензину та Протоколу про важкі метали до Конвенції 1979 р. про транскордонне забруднення повітря на великі відстані1 розроблено Програму поетапного припинення використання етильованого бензину в Україні [75]. Цією програмою передбачено: • установлення не пізніше 1 січня 2001 р. максимального вмісту свинцю в етильованому бензині 0.15 г/л, а в неетильованому бензині 0.013 г/л; • повне припинення до 1 січня 2005 р. реалізації етильованого бензину. 1

Прийняті в червні 1998 р. у м. Орхус (Данія) на Четвертій Конференції міністрів “Навколишнє середовище для Європи”. 206

Кадмій (Cd) є досить отруйною речовиною, незначні концентрації якої призводять до тяжких захворювань нервової системи, кісткових тканин, а тривала дія - навіть до смерті. У природне середовище кадмій надходить переважно в результаті видобування й переробки металоносних корисних копалин, згорання деяких видів палива, спалювання побутових відходів на звалищах, а також з промисловими стічними водами. Потрапляючи в річки, кадмій виноситься далі в море, де накопичується в морських рослинах, планктоні і кістках риб. До речі, морські фосфорити, як і добрива, що з них виготовляють, містять підвищену кількість кадмію, а це призводить до його накопичення в ґрунтах, куди ці добрива вносяться. Ртуть (Hg) є дуже отруйною речовиною. Особливо токсичними є органічні сполуки ртуті: метилртуть, етилртуть тощо. Потрапляючи в організм людини, ртуть циркулює з кров’ю і, з’єднуючись з білками, частково відкладається в печінці, селезінці та тканинах мозку. Особливо небезпечні сполуки ртуті для немовлят. Характерні ознаки отруєння ртуттю - поява по краях ясен синьо-чорної смуги, зниження працездатності, поганий сон, послаблення нюху, головний біль, тремтіння пальців. Ртуть, що потрапила в організм внаслідок разового отруєння, виводиться сечогінною системою дуже повільно протягом трьох-чотирьох місяців. Як часто дивимось ми, куди тягнеться дим, замість того, щоб поцікавитись, звідки дме вітер. Карел Чапек

5.2.2. Основні джерела забруднення атмосферного повітря Основними джерелами антропогенного (техХімічна Промисловість промисловість ногенного) забруднення 1% будматеріалів Теплові 8% атмосфери (рис.5.2) є тепелектростанції Автомобільний 27% транспорт лові електростанції та па13% ливно-енергетичні комплекси, транспорт (перш Нафтобудування та нафтохімія за все, автомобільний), 16% Чорна Кольорова промислові підприємства металургія металургія 24% 11% із значними обсягами газодимових викидів (металургійні, коксохімічні, Рис.5.2. Надходження шкідливих викидів в нафтопереробні, хімічні атмосферу від галузей господарства тощо), сільське господарство (зокрема, розпилювання з літаків мінеральних добрив та отрутохімікатів), а також населені пункти (міста) в цілому. Основна маса забруднювачів повітря (75 %) припадає на продукти спалювання органічної речовини сучасного та викопного походження (деревини, 207

торфу, вугілля, горючих сланців, нафти тощо). Забруднення атмосфери в районах паливно-енергетичних комплексів зумовлене інтенсивними газодимовими викидами, розробкою вугільних кар’єрів тощо. При цьому одним з основних забруднювачів є сірка та її сполуки. Надзвичайно великого забруднення атмосфера зазнає від теплових електростанцій (ТЕС) - їх “внесок” становить 100-120 млн.т золи на рік (великі ТЕС можуть викидати до декількох тисяч тонн золи за добу). За даними I.В.Давиденка (1982), щорічно в результаті спалювання 2.1 млрд.т кам’яного та 0.8 млрд.т бурого вугілля у навколишнє середовище викидається 225 тис.т миш’яку (для порівняння, річне виробництво миш’яку в світі становить лише 40 тис.т), 255 тис.т германію (виробництво - 100 т), 153 тис.т кобальту (виробництво - 1.3 тис.т). В результаті викидів підприємств металургійної, хімічної, коксохімічної, нафтопереробної та інших галузей промисловості в атмосферу надходить величезна кількість різних оксидів, вуглеводнів, аміаку, сірководню, фенолів, фтористих сполук, кислот, альдегідів, кетонів, пилу, диму тощо, у тому числі токсичних, хвороботворних, канцерогенних та мутагенних речовин. Атмосферу забруднюють всі види транспорту, проте найбільша кількість газодимових викидів (близько 60 %) припадає на автомобільний транспорт. Більше 500 млн. автомобілів в світі щодобово викидають у повітря близько 0.8-1 млн.т чадного газу (СО), 130 тис.т вуглеводнів, понад 50 тис.т оксидів азоту і майже 1 тис.т свинцю [75]. У той же час всі автомобілі поглинають більше кисню, ніж все населення Землі. Один автомобіль, проходячи в рік 15 тис.км, в середньому спалює 2-3 т палива, споживає близько 4 т кисню та викидає у навколишнє середовище 3250 кг діоксиду вуглецю, 530 кг оксиду вуглецю, 25 кг оксидів азоту, 10 кг гумового пилу. При згоранні палива в процесі піролізу вуглеводневих сполук при температурі вище 600°С утворюється 3,4-бензпірен (бенз(α)пірен), а також інші канцерогенні сполуки. Крім того, вихлопні гази автомобілів містять альдегіди, вуглеводні, свинець та інші інгредієнти (всього - близько 200), більшість з яких негативно впливають на організм людини, а оксиди азоту (NОx) приймають участь в утворенні смогу. Викидаючи оксиди азоту та леткі органічні сполуки, автотранспорт робить свій “внесок” в утворення кислотних дощів. За обсягами і шкідливістю викидів промислові виробництва та технологічне обладнання, що є джерелами викидів забруднюючих речовин в атмосферу, поділяють на чотири групи: • 1 група - виробництва, які мають умовно чисті викиди газів в атмосферу з вмістом шкідливих речовин, що не перевищує установлених нормативів (котельні, котлоагрегати, технологічні печі, які працюють на природному і паливному газі та мазуті, очищеному від сполук сірки);

208

• 2 група - виробництва, що мають викиди в атмосферу газів або аспіраційного повітря з неприємним запахом (виробництва слабкої азотної кислоти з каталітичним очищенням); • 3 група - виробництва, які мають значні викиди в атмосферу газів або аспіраційного повітря, що містять в собі інертні речовини (сушильні барабани каталітичних виробництв, печі для опалювання, котли-утилізатори сірчанокислотних виробництв, цементні млини, перевантажувальні вузли, гальванічні цехи, а також цехи емалевих, полімерних та інших покриттів); • 4 група - виробництва, які спричинюють викиди в атмосферу газів або аспіраційного повітря, що містять в собі канцерогенні, токсичні або отруйні речовини (коксові батареї, мартенівські, мідеплавильні, цинкові, нікелеві печі та вагранки, травильні ванни, виробництва поліетиленової плівки, поліамідних і фенолформальдегідних смол, аміаку, метанолу, ацетилену, ацетону, сажі, фосфорних солей, бітуму тощо). Усі джерела надходження забруднюючих речовин в атмосферне повітря поділяють на джерела виділення (утворення) шкідливих речовин та джерела викидів. До джерел виділення належать технологічні пристрої (апарати, котли, установки тощо), в процесі експлуатації яких в атмосферне повітря виділяються шкідливі речовини. До джерел викидів відноситься технологічне обладнання (труби, вентиляційні шахти, аераційні ліхтарі тощо), за допомогою якого шкідливі речовини (після відсмоктування) викидаються в атмосферне повітря. Серед антропогенних джерел забруднення атмосфери розрізняють: • за призначенням - технологічні та вентиляційні викиди; • за висотою гирла над рівнем земної поверхні - високі (вищі 50 м), середньої висоти (10...50 м), низькі (2...10 м) та наземні (нижчі 2 м); • за місцем розташування - незатінені, що знаходяться в зоні дії вітрового потоку, та затінені, розташовані нижче будинків; • за геометричною формою - точкові, площинні та лінійні; • за режимом роботи - безперервні, періодичні, залпові та миттєві; • за дальністю розповсюдження - внутрішньо- та позамайданчикові; • за ступенем рухомості - стаціонарні та пересувні; • за ступенем організованості - організовані та неорганізовані. Організований викид надходить в атмосферне повітря через спеціально споруджені пристрої (газоходи, повітропроводи і труби), що дає змогу вловлювати шкідливі речовини з відхідних газів перед їх відведенням у навколишнє повітряне середовище. Неорганізований викид потрапляє в атмосферу у вигляді неспрямованих потоків газу внаслідок порушень герметичності обладнання для відсмоктування або неможливості його використання (дільниці вантажно-розвантажу209

вальних робіт, зливно-наливні естакади, резервуари пально-мастильних матеріалів, викиди автотранспорту тощо). Для очищення викидів шкідливих речовин та газів від організованих джерел використовують спеціальні установки очищення газів - комплекси споруд, обладнання і апаратури, призначені для відділення від викидів газів, що надходять з джерела забруднення, або знешкодження забруднюючих речовин. Газоочисні і пиловловлювальні установки поділяються на санітарні та технологічні. Установки технологічного очищення газів - це споруди (обладнання) для очищення газів і пиловловлювання, що включені до технологічного процесу і не передбачають газових викидів в атмосферу. Установки санітарного очищення газів - це споруди (обладнання) для захисту атмосферного повітря від забруднення шкідливими технологічними та вентиляційними викидами. Якщо з’єднати всі вихлопні труби двигунів внутрішнього згорання Києва в одну трубу, то утвориться зловісний кратер діаметром 25 м, з якого вивергатиметься 110 тис.т шкідливих газів на рік. В.Могила

5.2.2.1. Забруднення атмосфери автотранспортом Пальним для двигунів внутрішнього згорання в основному служить бензин та дизельне паливо. Хімічний склад продуктів згорання і ступінь забруднення ними атмосфери залежать від якості пального (наявності в ньому токсичних домішок), технічної досконалості двигунів (систем запалювання), наявності очисних пристроїв (каталізаторів), а також від рівня технічної експлуатації техніки. Основні інгредієнти відпрацьованих газів: оксиди вуглецю, азоту, вуглеводні, свинець та ряд інших речовин, у тому числі й канцерогенних. Відпрацьовані гази двигунів поряд з продуктами повного згорання (пари води, діоксиду вуглецю) містять продукти неповного згорання пального (оксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні, бенз(α)пірен), а також речовини, що залежать від типу пального (сірчаний газ, свинець, попіл). Усього у відпрацьованих газах виявлено близько 200 різних речовин, більшість з яких має токсичні властивості. Найбільшу небезпеку для навколишнього природного середовища становлять оксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні, бенз(α)пірен та аерозоль свинцю. Вміст основних забруднювачів повітря у відпрацьованих газах двигунів наведений в табл.5.2. Умови процесу горіння пального в карбюраторних і дизельних двигунах визначають склад відпрацьованих газів, крім того, вміст токсичних речовин у відпрацьованих газах залежить від режиму роботи (табл.5.3) та технічного стану двигуна і, насамперед, карбюратора (табл.5.4). Найбільше забруднення атмосферного повітря відбувається під час роботи двигуна на холостому хо210

ду. При розрегульованому карбюраторі вміст оксиду вуглецю у відпрацьованих газах зростає в 10 разів. Табл.5.2. Вміст основних забруднювачів у відпрацьованих газах двигунів Основні забруднювачі

Кількість викидів для двигунів бензинового дизельного 0.5-12.0 % 0.01-0.5 % до 0.8 % до 0.5 % 0.2-3.0 % 0.01-0.65 % 3 до 0.4 г/м 0.01-1.1 г/м3 3 до 0.01 мг/м3 до 0.02 мг/м

Оксид вуглецю Оксиди азоту Вуглеводні Сажа Бенз(α)пірен

Табл.5.3. Вплив режиму роботи карбюраторного двигуна на вміст шкідливих речовин у відпрацьованих газах Режим роботи двигуна Холостий хід Середнє навантаження Повне навантаження

Концентрація забруднювачів оксид вуглецю, % 4-8 0-1 2-4

вуглеводні, мг/л 2-6 0.8-1.5 0.3-0.8

оксид азоту, мг/л 2.5-4.0 4-8

Табл.5.4. Перевитрати пального залежно від несправності автомобіля Основні несправності автомобіля Несправність карбюратора Несправність однієї свічки запалювання Несправність системи запалювання Несправність системи охолодження Порушення кутів встановлення коліс Зниження тиску повітря у шинах Робота двигуна на проміжних обертах

Перевитрати пального порівняно з нормою, % 16 25 20 8 15 15 25

Токсичність відпрацьованих газів дизельних двигунів залежить від вмісту в них сажі (чорний дим), продуктів неповного згорання дизельного палива (голубий дим) і надзвичайно небезпечного для організму людини бенз(α)пірену. Димність вихлопу є одним з основних недоліків дизельних двигунів. Суттєво впливає на димність кут випередження вприску палива, його порушення на 4-6 градусів збільшує димність у 1.5-2 рази. Збільшення витрат дизельного палива на 10 % призводить до збільшення потужності двигуна тільки на 3 %, у той час, як інтенсивність димоутворення збільшується на 80 %. Обладнання автотранспорту спеціальними каталізаторами для допалювання пального, регулювання двигунів внутрішнього згорання автомобілів, заміна етильованого бензину на екологічно менш шкідливий, випуск дизельного пального з протидимними присадками та низьким вмістом сірки, впровадження електронних систем регулювання надходження пального зменшують об’єм викидів шкідливих речовин у відпрацьованих газах у декілька разів.

211

5.2.2.2. Забруднення атмосфери ТЕС і котельнями Значним є “внесок” у забруднення атмосферного повітря ТЕС та котелень, які працюють, головним чином, на рідкому (мазут) та твердому (вугілля) паливі. Утворені при горінні палива продукти (у вигляді димових газів) викидаються в атмосферу, забруднюючи її, погіршуючи санітарно-побутові умови, завдаючи шкоди тваринному і рослинному світові. Склад димових газів котелень визначається хімічними компонентами палива, що використовується, режимом його спалювання і рівнем технічної досконалості котельної установки (наявністю та ефективністю роботи пристроїв для очищення димових газів). Окрім діоксиду вуглецю, у димових газах міститься ряд інших шкідливих для природного середовища і людини газоподібних і твердих речовин: оксид вуглецю, сірчистий ангідрид, оксид азоту, сажа, попіл тощо. Суттєвий вплив на рівень забруднення атмосферного повітря димовими газами котелень мають домішки, що містяться у паливі. Наприклад, у мазуті це сірка і зола, вміст яких становить відповідно 3.5 та 0.3 %. Сірка, що міститься у мазуті та інших видах палива, при згоранні окислюється до сірчистого ангідриду, кількість якого в димових газах пропорційна вмісту сірки в паливі. При спалюванні 1 тонни мазуту (з вмістом сірки 3.5 %) з димовими газами викидається 70 кг сірчистого ангідриду (його гранично допустима середньодобова концентрація у повітрі населених пунктів становить усього 0.05 мг/м3). Сірчистий газ адсорбується одягом, пошкоджує тканини, послаблює процес фотосинтезу зелених рослин (дерева засихають), викликає корозію металів та руйнує бетон. Сірчистий ангідрид в атмосферному повітрі частково окислюється в сірчисту кислоту і випадає з атмосферними опадами, викликаючи у людини хронічні захворювання дихальних шляхів та уповільнюючи процеси фотосинтезу рослин. Крім того, при згоранні палива в умовах високих температур і надлишку повітря утворюються оксиди азоту, їх концентрація в димових газах може досягати 2 г/м3. Оксиди азоту, як і сірчистий ангідрид, шкідливо впливають на людину. Ефективним заходом боротьби із забрудненням атмосфери є очистка мінерального палива від піриту (сірчаного колчедану) до його надходження у топки ТЕС та котелень. Ефективне очищення вугілля від піриту зменшує вміст сірчаних окисів у димах ТЕС на 98-99 %. Цей захід стає дедалі необхіднішим у зв’язку з тим, що якість вугілля, яке використовується на ТЕС, з року в рік погіршується, дедалі більше зростає його зольність та вміст піриту. Іншими напрямками зниження забруднення атмосферного повітря шкідливими речовинами димових газів ТЕС і котелень є заміна вугілля та мазуту екологічно чистішим газоподібним паливом (природний газ) або розсіювання викидів через більш високі димові труби. 212

Вій зерно, поки вітер дує. Тамільське прислів’я

5.2.3. Розсіювання та перенесення забруднюючих речовин в атмосфері Забруднюючі речовини, що потрапляють в атмосферу, піддаються досить швидкому розсіюванню завдяки турбулентності потоків повітря. Ступінь турбулентності атмосфери коливається в досить широких межах в залежності, перш за все, від температурної стратифікації1 і визначається як функція розмірів та швидкості потоків, а також динамічної в’язкості і густини повітря. Нерівномірне нагрівання атмосфери і землі в різних частинах планети призводить до того, що над земною поверхнею відбувається складна циркуляція повітряних потоків, трансформуються та переносяться на різні відстані забруднюючі речовини незалежно від їх природи та агрегатного стану. Вітер не знає кордонів і переносить забруднення на величезні відстані: 20 % кислотних опадів в Європі спричинені викидами промисловості Північної Америки, а 70 % в Скандинавії - викидами з Великобританії. Основну роль у глобальному забрудненні біосфери відіграють тропо- та стратосфера. Середня тривалість перебування легких частинок забруднюючих речовин у стратосфері становить 2 роки, на рівні тропопаузи - 4 місяці, у верхній тропосфері - 30 діб, в нижній тропосфері - 6...10 діб. Тривалість існування газів антропогенного генезису досягає 2-4 місяців, це відноситься, в першу чергу, до малоактивних летких синтетичних речовин та інертних газів. Свого часу на Заході, а потім і в нас пропагувалася хибна ідея спорудження надвисоких (300-500 м) димових труб. Цей захід дійсно знижував забруднення повітря навколо джерела викиду, проте забруднювалися більш віддалені райони. Дальність перенесення речовин в атмосфері залежить від їх здатності до трансформації та розчинності в атмосферних опадах. Концентрації забруднюючих речовин залежать також від метеорологічних умов та рельєфу місцевості. Жаркі безвітряні літні дні або тиха погода восени та взимку, коли майже немає циркуляції повітря, сприяє утворенню застійних явищ біля поверхні землі й різкому зростанню концентрації шкідливих домішок, утворенню смогу в зонах транспортних розв’язок і на вулицях з напруженим автомобільним рухом. Після викиду шкідливих речовин в атмосферу їх осадження визначається різними чинниками та механізмами. Коефіцієнт вимивання частинок розміром від 0.1 до 1 мкм дуже малий, він зростає для більш дрібних та для більш крупних частинок. Вимивання газів, які реагують з водою, підкоряється рівнянню молекулярної дифузії. Ефективність видалення аерозолів снігом у порівнянні з дощем при тій самій інтенсивності опадів більша у декілька разів через його специфічні особливості - більш повільне падіння сніжинок, більшу 1

Стратифікація атмосфери - розподілення з висотою температури в атмосфері Землі. 213

питому поверхню, наявність частинок вугілля та ґрунту, а ефективність вимивання дрібнокрапельними опадами більша, ніж крупнокрапельними. У більшості випадків основна частина забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу, випадає на поверхню землі на порівняно невеликій відстані від джерела викиду. Так, концентрація неорганічного пилу на відстані 15 км від міста зменшується майже на порядок, концентрація Cl-, Na+, K+ - у 1.5-2 рази. Радіус зони впливу забруднюючих підприємств становить 2-3 км, в межах цієї зони вміст міді, цинку, свинцю та олова в 3-5 разів перевищує фоновий, а безпосередньо біля джерела - у 50-150 разів. Iнтенсивність випадання бенз(α)пірену на різних відстанях від джерела викиду (емісії) становить: до 18 кг/км2 - на відстані менше 1 км; від 0.001 до 5 кг/км2 - на відстані 10 км; близько 0.003 кг/км2 - на відстані 30 км. Слід відзначити, що бенз(α)пірен і пестициди (ДДТ) виявлені в пробах снігу та льоду навіть у таких віддалених від техногенних джерел районах, як Антарктида. Багато речовин навіть при низьких концентраціях можуть вступати між собою в хімічні реакції та утворювати нові дуже токсичні речовини (наприклад, сірчистий ангідрид SO2 окислюється в сірчаний ангідрид SO3, який, реагуючи з водяною парою, утворює сірчану кислоту H2SO4; оксиди азоту NOx, вступаючи в реакцію з вуглеводнями, утворюють пероксилацилнітрати). Розклад забруднювачів в атмосфері відбувається під дією різного роду фотохімічних реакцій в результаті впливу ультрафіолетової радіації. Чим вища доза ультрафіолетової радіації, тим швидше йде самоочищення атмосфери. Періодично до енергії ультрафіолетового випромінювання додається енергія грозових розрядів. Майже в усіх випадках забруднювачі атмосфери рано чи пізно розчиняються у воді або поглинаються ґрунтами і трансформуються рослинами та мікроорганізмами в інші речовини. Так, СО окислюється до СO2 ґрунтовими організмами, H2S перетворюється у сульфати й далі в сірку і включається автотрофами до складу амінокислот. Тверді частинки осідають на земній поверхні або сорбуються опадами, що зумовлює їх надходження безпосередньо в океан та на сушу. Останні континентальними водами переносяться в океан, де течії закінчують їх розсіювання. Таким чином відбувається надходження забруднюючих речовин з атмосфери в інші природні сфери, з якими вона контактує і тісно пов’язана. 5.2.3.1. Розрахунок забруднення атмосфери викидами поодинокого джерела Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини cm (мг/м3) при викиді газоповітряної суміші з поодинокого точкового джерела з круглим гирлом досягається при несприятливих метеорологічних умовах на відстані xm (м) від джерела і визначається за формулою [53] 214

cm =

AMFmnη

, (5.1) H 2 3 V1 ∆T де А - коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери (для розташованих в Україні джерел висотою менше 200 м в зоні від 50° до 52° північної широти - 180, південніше 50° північної широти - 200); М - маса шкідливої речовини, що викидається в атмосферу в одиницю часу, г/с; F- безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферному повітрі, значення якого приймається для газоподібних шкідливих речовин та дрібнодисперсних аерозолів (пилу, золи тощо, швидкість впорядкованого осідання яких практично дорівнює нулю) - 1, для дрібнодисперсних аерозолів (крім вищевказаних) при середньому експлуатаційному коефіцієнті очищення викидів не менше 90 % - 2, від 75 до 90 % - 2.5 та при відсутності очищення - 3; m і n - коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду; Н - висота джерела викиду над рівнем землі, м (для наземних джерел приймається 2 м); η - безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу місцевості (η = 1 у випадку, якщо в радіусі 50Н від джерела перепад висот місцевості не перевищує 50 м на 1 км, в інших випадках поправка на рельєф встановлюється на підставі аналізу картографічного матеріалу щодо рельєфу місцевості в радіусі 50Н від джерела, але не менше 2 км, згідно рекомендацій [53]); ∆Т - різниця, °С, між температурою газоповітряної суміші ТГ, що викидається в атмосферу (за діючими для даного виробництва технологічними нормативами), та температурою навколишнього атмосферного повітря ТП, яка дорівнює середній максимальній температурі зовнішнього повітря найбільш теплого місяця року по СНиП 2.01.0182; V1 - витрати газоповітряної суміші, м3/с, що визначаються за формулою πD 2 V1 = w0 , (5.2) 4 де D - діаметр гирла джерела викиду, м; w0 - середня швидкість виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду, м/с. Значення потужності викиду М (г/с) та витрат газоповітряної суміші V1 (м3/с) при проектуванні підприємств визначають розрахунком у технологічній частині проекту або приймають згідно діючих для даного виробництва (процесу) нормативів. В розрахунку приймають такі поєднання М та V1, які реально мають місце протягом року за встановлених (звичайних) умов експлуатації підприємства, при яких досягається максимальне значення cm. Коефіцієнти m та n обчислюють в залежності від розрахункових параметрів f, vm, v'm та fe: w2 D V ∆T , (5.4) f = 1000 20 , (5.3) vm = 0.653 1 H H ∆T w D 3 . 0 , (5.5) v ' m = 13 f e = 800 v ' m . (5.6) H

b g

215

Коефіцієнт m визначають за формулами: 1 при f < 100, (5.7а) m= 0.67 + 0.1 f + 0.34 3 f . 147 при f ≥ 100. (5.7б) m= 3 f Для fe < f < 100 значення коефіцієнта m розраховують при f = fe. Коефіцієнт n при f < 100 визначають в залежності від vm за формулами: n = 1 при vm ≥ 2, (5.8а) . при 0.5 ≤ vm < 2, (5.8б) n = 0.532vm2 − 2.13vm + 313 n = 4.4v m при vm < 0.5. (5.8в) Для f ≥ 100 (або ∆Т = 0) та v'm ≥ 0.5 (холодні викиди) при розрахунку cm замість формули (5.1) застосовують формулу AMFnη cm = K , (5.9) H4 3 де 1 D = , (5.10) K= 8V1 7.1 w0V1 а n визначають за формулами (5.8а) - (5.8в) при vm = v'm. Аналогічно при f < 100 та vm < 0.5 або f ≥ 100 та v'm < 0.5 (випадки гранично малих небезпечних швидкостей вітру) розрахунок cm здійснюють за формулою AMFm' η , (5.11) cm = H7 3 де m' = 2.86m при f < 100, vm < 0.5, (5.12а) m' = 0.9 при f ≥ 100 та v'm < 0.5. (5.12б) Відстань xm (м) від джерела викидів, на якій приземна концентрація c при несприятливих метеорологічних умовах досягає максимального значення cm, визначають за формулою 5− F xm = dH , (5.13) 4 де безрозмірний коефіцієнт d при f < 100 знаходять за формулами: d = 2.48 1 + 0.283 f e при vm ≤ 0.5, (5.14а)

e j d = 4.95v e1 + 0.28 f j при 0.5 < v ≤ 2, (5.14б) d = 7 v e1 + 0.28 f j при v > 2. (5.14в) 3

m

m

m

3

m

При f > 100 або ∆Т ≈ 0 значення d знаходять за формулами: d = 5.7 при v'm ≤ 0.5, (5.15а) d = 11.4 v'm при 0.5 < v'm ≤ 2, (5.15б) 216

d = 16 v ' m при v'm > 2. (5.15в) Значення небезпечної швидкості вітру um (м/с) на рівні флюгера (зазвичай 10 м від рівня землі), при якій досягається найбільше значення приземної концентрації шкідливих речовин cm, у випадку f < 100 визначають за формулами: um = 0.5 при vm ≤ 0.5, (5.16а) um = vm при 0.5 < vm ≤ 2, (5.16б) um = vm 1 + 0.12 f при vm > 2. (5.16в)

e

j

При f ≥ 100 або ∆Т ≈ 0 значення um розраховують за формулами: um = 0.5 при v'm ≤ 0.5, (5.17а) um = v'm при 0.5 < v'm ≤ 2, (5.17б) um = 2.2v'm при v'm > 2. (5.17в) Розрахунки приземних концентрацій шкідливих речовин в атмосфері при несприятливих метеорологічних умовах і швидкостях вітру u, що відрізняються від небезпечної швидкості вітру um, здійснюють за рекомендаціями [53]. При виконанні розрахунків не використовують швидкості вітру u < 0.5 м/с, а також швидкості вітру u>u*, де u* - значення швидкості вітру, що перевищується d даній місцевості у середньому багаторічному режимі в 5 % випадків. При небезпечній швидкості вітру um приземна концентрація шкідливих речовин c (мг/м3) в атмосфері вздовж осі факела викиду на різних відстанях x (м) від джерела викиду визначається за формулою c = s1cm , (5.18) де s1 - безрозмірний коефіцієнт, що визначається в залежності від співвідношення x/xm та коефіцієнта F за формулами: 4 3 2 s1 = 3 x xm − 8 x xm + 6 x xm при x/xm ≤ 1, (5.19а) 113 . при 1 < x/xm ≤ 8, (5.19б) s1 = 2 0.13 x xm + 1 x xm при F ≤ 1.5 та x/xm > 8, (5.19в) s1 = 2 3.58 x xm − 35.2 x xm + 120 1 при F > 1.5 та x/xm > 8. (5.19г) s1 = 2 0.1 x x m + 2.47 x xm − 17.8 Для низьких і наземних джерел (висотою Н не більше 10 м) при значеннях x/xm < 1 в рівняння (5.18) замість величини s1 слід підставляти величину s1H , яку визначають в залежності від x/xm та Н за формулою . 10 − H + 0125 . s1H = 0125 H − 2 s1 при 2 ≤ H < 10. (5.20) Розрахунки забруднення атмосфери при викидах газоподібної суміші з джерела з прямокутним гирлом (шахти) здійснюють за наведеними вище

b

b

g b g b b g

g

g

b g

b

g

b

g

217

формулами при середній швидкості w0 і значеннях D = DE (м) та V1 = V1E (м3/с). Середню швидкість виходу в атмосферу газоповітряної суміші w0 (м/с) визначають за формулою V w0 = 1 , (5.21) LB де L і B - довжина і ширина гирла, м. Ефективний діаметр гирла DE (м) визначають за формулою 2 LB . (5.22) DE = L+B Ефективні витрати газоповітряної суміші V1E (м3/с), що виходить в атмосферу в одиницю часу, визначають за формулою πDE2 V1E = w0 . (5.23) 4 Для джерел з квадратним гирлом (L = B) ефективний діаметр DE дорівнює довжині сторони квадрата. Далі розрахунок розсіювання шкідливих речовин здійснюють як для викидів з джерела з круглим гирлом. Рішення обернених задач по визначенню потужності викиду M та висоти H, які відповідають заданому рівню максимальної приземної концентрації cm при інших фіксованих параметрах викиду, знаходять наступним чином. Потужність викиду M (г/с), яка відповідає заданому рівню максимальної приземної концентрації cm (мг/м3), визначають за формулою c H2 3 M= m V1 ∆T . (5.24) AFmnη У випадку f ≥ 100 або ∆Т ≈ 0 c H 4 3 8V1 . (5.25) M= m AFnη D Висоту джерела Н, яка відповідає заданому значенню cm, у випадку ∆Т ≈ 0 визначають за формулою H=

FG AMFDηIJ H 8V c K

34

. (5.26)

1 m

Якщо обчисленому за формулою (5.26) значенню Н відповідає v'm < 2 м/с, то Н уточнюють методом послідовного наближення за формулою H i +1 = H i

FG n IJ Hn K i

34

, (5.27)

i −1

де ni та ni-1 - значення обчисленого за формулами (5.8) коефіцієнта n, отримані відповідно при значеннях Hi та Hi-1 (при i = 1 у формулі (5.27) приймають n0 = 1, а значення Hi обчислюють за формулою (5.26)). 218

Формули (5.26), (5.27) використовують також для визначення Н при ∆Т > 0. Якщо при цьому дотримується умова H ≤ w0 10 D / ∆T , то знайдена висота Н є точною, в іншому випадку для визначення попереднього значення висоти Н застосовують формулу AMFη . (5.28) H= cm 3 V1 ∆T По знайденому значенню Н на підставі формул (5.3) - (5.6) обчислюють величини f, vm, v'm та fe і встановлюють у першому наближенні добуток коефіцієнтів m та n. Подальші уточнення значення Н виконують за формулою mi ni , (5.29) H i +1 = H i mi −1ni −1 де mi та ni - відповідають Hi, а mi-1 та ni-1 - відповідно Hi-1 (при i = 1 приймають m0 = n0 = 1, а Н0 визначають за формулою (5.28)). Уточнення значення Н за формулами (5.27) та (5.29) здійснюють доти, доки два послідовні значення Hi та Hi+1 не стануть відрізнятися менше ніж на 1 м. 5.2.3.2. Розрахунок забруднення атмосфери викидами лінійного джерела При розрахунку розсіювання викидів від лінійного джерела довжиною L найбільша концентрація шкідливих домішок cm досягається у випадку напряму вітру вздовж джерела на відстані xm від проекції його центру на земну поверхню. Розглядаючи аераційноий ліхтар як лінійне джерело, значення cm (мг/м3) та xm (м) визначають за формулами: L xm = + s4 x ' m . (5.31) cm = s3c' m , (5.30) 2 Тут c'm та x'm, а також відповідне їм значення u'm приймають такими, що дорівнюють максимальній концентрації cm, відстані xm та небезпечній швидкості um для поодинокого джерела такої самої потужності M з круглим гирлом діаметром DE та витратами газоповітряної суміші V1E. При цьому ефективний діаметр гирла ліхтаря DE (м) визначають за формулою 2 LV1 , (5.32) DE = 2 L w0 + V1 де V1 - витрати газоповітряної суміші, що викидаються з ліхтаря в одиницю часу, м3/с; w0 - середня швидкість виходу з ліхтаря газоповітряної суміші, м/с. Величину V1E визначають по знайденому значенню DE за формулою (5.23). За висоту джерела викиду Н (м) приймають висоту над рівнем землі верхньої кромки вітровідбивних щитів ліхтаря або верхньої кромки ліхтаря в разі відсутності щитів. Середню швидкість виходу в атмосферу газоповітряної суміші з аераційного ліхтаря w0 (м/с) визначають експериментальним шляхом 219

або розрахунком аерації. Масу шкідливої речовини M (г/с), що викидається в атмосферу в одиницю часу, приймають рівною сумарному викиду з усього ліхтаря. Величину ∆Т (°С) приймають такою самою, як для поодинокого джерела викиду. Безрозмірні коефіцієнти s3 та s4 в рівняннях (5.30) і (5.31) визначають в залежності від співвідношення L/x'm за формулами: 1 + 0.45 L x ' m 1 . (5.34) , (5.33) s3 = s4 = 2 1 + 0.6 L x ' m 1 + 0.45 L x ' m + 0.1 L x ' m

b

g

Небезпечна швидкість вітру u'm = um. Потужність викиду M, яка відповідає заданому значенню максимальної концентрації cm, для випадку викидів з поодинокого аераційного ліхтаря визначають за формулою M M = 0 , (5.35) s3 де M0 знаходять як потужність викиду з поодинокого джерела, що відповідає cm, за формулою (5.24) чи (5.25) при V1 = V1E та D = DE, які обчислюють за формулами (5.23), (5.32). 5.2.3.3. Розрахунок забруднення атмосфери викидами групи джерел та площинними джерелами Приземна концентрація шкідливих речовин c (мг/м3) у будь-якій точці місцевості при наявності N джерел викидів визначається як сума концентрацій речовин від окремих джерел при заданому напрямку і швидкості вітру N

c=

∑ c , (5.36) i

i =1

де ci - концентрація шкідливих речовин від i-го джерела, розташованого з навітряної сторони при заданому напрямку вітру. З метою прискорення та спрощення розрахунків кількість джерел викидів, що розглядаються, зменшують шляхом їх об’єднання (особливо дрібних джерел) в окремі умовні джерела. Спосіб встановлення джерел, що підлягають об’єднанню, та визначення параметрів їх викидів викладений в літературі [53]. Одним із способів зменшення обсягів розрахунків є представлення сукупності значної кількості однотипних джерел викидів, а також розосереджених по території джерел неорганізованого викиду як площинних. Рекомендації щодо розрахунку забруднення атмосфери викидами таких джерел наведені в літературі [53].

220

В спертом воздухе при всем старании не отдышишься. Козьма Прутков

5.2.4. Вплив забруднення атмосфери на біосистеми Атмосферне повітря є середовищем існування людей, а його сучасний фізико-хімічний склад - умовою їх життя. Якщо без їжі людина може прожити до 2 місяців, а без води - декілька діб, то без повітря - всього кілька хвилин. За добу людина споживає 500 літрів кисню, пропускаючи крізь легені 12 кг (10 тис.л) повітря, в той час як їжі і води вона споживає лише 1.5-2 кг. Тому стан повітряного середовища має особливо важливе значення для нормального функціонування людського організму. Атмосферне повітря вважається чистим, якщо жоден із забруднювачів не присутній в концентраціях, здатних заподіяти шкоди здоров’ю людини, тваринам і рослинам. Забруднення атмосферного повітря призводить до зниження родючості ґрунтів та якості сільськогосподарських культур, уповільнення росту лісів, виродження окремих видів рослин і тварин. Шкідливі речовини, що містяться в атмосферному повітрі навіть у невеликих концентраціях, послаблюють захисні (імунні) властивості організму людини, роблять його менш захищеним до несприятливих зовнішніх факторів, впливають на стан здоров’я. Існує зв’язок між ступенем забруднення атмосферного повітря і поширенням хвороб органів дихання, захворювань серцево-судинної системи та підвищенням кількості злоякісних новоутворень. Близько 20 % забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу стаціонарними джерелами, є мутагенами, тобто вони становлять загрозу здоров’ю не тільки нинішнього, а й прийдешніх поколінь. Так, якщо виразити вплив забрудненого атмосферного повітря на генетичні структури статевих клітин людини у біологічних еквівалентах рентгена (берах), то вплив хімічного забруднення повітряного басейну за 30 років у Запоріжжі оцінюється вченими у 80, а в Маріуполі - у 180 бер [103]. Оксиди азоту поглинаються кров’ю, шкідливо впливають на зір, дихання; свинець руйнує еритроцити крові; аренові вуглеводні є канцерогенами; дрібні частинки пилу подразнюють слизову оболонку; азбестовий пил може спричинювати фіброз легенів та рак. Оксид вуглецю (чадний газ) отруює організм людини, в разі тривалої дії викликає безплідність. В природних умовах вміст СО в атмосфері дуже малий - не більше 0.2 мг/м3, тоді як в атмосферному повітрі великих міст його концентрація становить 20 мг/м3, а інколи досягає навіть 250 мг/м3. Концентрації СО вище гранично допустимих (ГДК максимальна разова - 5, середньодобова - 3 мг/м3) призводять до фізіологічних змін в організмі, а концентрація більше 750 мг/м3 - до летального наслідку. Окрім концентрації, ступінь негативного впливу чадного газу залежить також від тривалості його дії. 221

Основна маса СО утворюється при неповному згоранні вуглеводневого палива, вугілля, деревини, промислових відходів та при лісових пожежах. Щорічно в атмосферу надходить близько 380 млн.т СО, який може знаходитися в ній протягом 2-4 місяців, проте його концентрація в цілому в атмосфері Землі не збільшується завдяки діяльності ґрунтових мікроорганізмів, які розкладають СО, та, в меншій мірі, через трансформацію СО у СО2. При нормуванні гранично допустимих концентрацій забруднюючих речовин у повітрі враховується ефект сумації шкідливої дії ряду речовин: ацетону, фенолу, озону, сірководню, сірчаної кислоти тощо. Особливо небезпечними є такі поєднання: сірчистий ангідрид - діоксид азоту, сірчистий ангідрид - фенол, діоксид азоту - формальдегід. Забруднювачі атмосфери негативно впливають на всі фіто- та зооценози. Так, деякі хімічні компоненти, проникаючи у тканини рослин, порушують обмін речовин, структуру листя та пагонів. Найбільш небезпечними для рослин є сірчистий ангідрид, фтормісткі сполуки та смог усіх типів. Забруднення атмосферного повітря відпрацьованими газами автомобілів призводить до утворення фотооксидантів (фотохімічних окисників), що є джерелами вторинного забруднення повітря. Рослини по-різному реагують на забруднення повітря, найбільш вразливими є жито, пшениця, ячмінь, яблуня, береза, груша, сосна, а більш стійкими - вишня, бузок, дуб та ін. Внаслідок забруднення повітря та під впливом інших антропогенних факторів тривалість життя дерев у населених пунктах значно менша, ніж у лісі: граничний вік липи, ясеня та в’яза в лісі становить 250-400 років, а в місті - всього 40-80 років. Коли всі думають однаково, то ніхто, власне кажучи, особливо і не думає. У.Ліппман

5.2.5. Стан повітряного басейну в Україні Основний внесок у забруднення атмосферного повітря в Україні дає промисловість - на її частку припадає майже вдвічі більше викидів, ніж на автотранспорт (65 та 35 % відповідно). Серед промислових об’єктів одним з основних забруднювачів атмосферного повітря є підприємства теплоенергетики (близько 29 % усіх шкідливих викидів в атмосферу). Загалом енергетичній, металургійній та вугільній промисловості належать відповідно 33, 25 та 23 % усіх забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу, в той час як підприємствам хімічної та нафтохімічної промисловості - 2 % (рис.5.3). Підприємства енергетики та металургії дають 70 % загального обсягу викидів оксидів азоту стаціонарними джерелами. Що стосується діоксиду сірки, то 85 % його викидів належить енергетичній, металургійній та вугільній промисловості. У викидах вуглеводнів та летких органічних сполук (ЛОС) внесок підприємств вугільної, хімічної та наф222

тохімічної промисловості складає 64 % [64]. Україна займає восьме місце в світі як емітер СО2 в енергетичній галузі, її частка становить 2.35 % загальносвітових викидів цієї речовини енергетикою [73]. Автотранспорт1 в % 100 Україні, який представле90 ний більш як 1 млн. ван80 тажних та близько 2.5 70 млн. легкових автомобі60 лів, використовує значні 50 кількості пального і по40 стачає щорічно більше 30 ніж 49 % оксидів вугле1 - загальний викид 2 - тверді речовини 20 3 - сірчистий ангідрид цю, близько 30 % вугле4 - оксид вуглецю 10 воднів та 20 % окислів 5 - оксиди азоту 6 - вуглеводні 0 азоту від загальної кіль1 2 3 4 5 6 кості викидів цих речовин в атмосферу. В деяких інші галузі енергетика металургія вугільна хімічна і промисловість нафтохімічна містах викиди автотранспромисловість порту становлять від 60 Рис.5.3. Галузева структура викидів шкідливих до 90 % загальної їх кільречовин в атмосферу в Україні (1991 р.) [42] кості (Луцьк, Житомир, Ужгород, Івано-Франківськ, Фастів, Кіровоград, Полтава, Рівне, Тернопіль, Хмельницький, Умань, Чернівці). Крім того, оскільки в Україні при виробництві високооктанових автомобільних бензинів ще широко використовується тетраетилсвинець, викиди автотранспорту є джерелом забруднення довкілля свинцем. Етилюванню підлягає близько 50 % автомобільних бензинів, а вміст свинцю в них досягає 0.36 г/л (в Англії та ФРН - 0.15 г/л, в США - 0.013 г/л). Причиною цього є слабо розвинені виробничі потужності вторинної переробки на нафтопереробних заводах країни. Тільки відсутність у відпрацьованих газах свинцю дозволить застосувати каталітичне допалювання продуктів неповного згорання моторних палив і зробити викиди автомобілів екологічно чистими. Щорічно в атмосферу України викидається велика кількість забруднюючих речовин. Разом з тим аналіз динаміки їх надходження за останні роки свідчить про зниження викидів майже у 2 рази від стаціонарних (4536 тис.т в 1997 р. проти 8814 тис.т в 1991 р.) та в 4 рази від пересувних джерел (відповідно 1389 і 5539 тис.т). Цей процес пов’язаний з економічною кризою в державі. Поряд із зменшенням обсягів викидів в атмосферу за останні роки також намітилася тенденція до зниження рівнів забруднення атмосферного повітря населених пунктів. Однак приземні концентрації пилу, діоксиду азоту, 1

Державний статистичний облік викидів від інших пересувних джерел (літаки, тепловози, кораблі, засоби малої механізації та ін.) в нашій країні поки що не ведеться [64]. 223

бенз(α)пірену перевищують існуючі ГДК практично у всіх регіонах країни і продовжують залишатися фактором ризику для населення. Найбільша частка викидів припадає на Донецько-Придніпрoвський регіон - 79 % загального обсягу викидів у країні. Особливо потерпають міста Маріуполь, Донецьк, Дніпропетровськ, Єнакієве, Дебальцеве, Запоріжжя, Горлівка, Макіївка та Енергодар. На території Південно-Східного регіону (Дніпропетровська, Донецька, Запорізька, Луганська, Харківська області) у розрахунку на одного мешканця щорічно в атмосферу потрапляє майже на 60 % більше шкідливих домішок, ніж в цілому по країні, і приблизно у 2.5 рази більше, ніж у Західному регіоні (Івано-Франківська, Львівська, Житомирська, Рівненська, Тернопільська, Хмельницька, Чернівецька області). Тут вміст бенз(α)пірену перевищує ГДК в середньому у 4.5 рази, діоксиду азоту - в 1.8 рази, а пилу - в 1.4 рази. Спостерігаються також значні концентрації специфічних забруднюючих речовин. Поряд із цим в деяких містах обсяги викидів шкідливих речовин у повітря збільшуються, що пояснюється: • погіршенням паливного балансу (збільшенням частки вугілля та мазуту і зменшенням частки газу, що спалюється на підприємствах енергетики); • недостатнім контролем за роботою пилогазоочисних споруд; • зниженням технологічної дисципліни на підприємствах; • зростанням кількості індивідуального автотранспорту з незадовільними робочими характеристиками. Головними причинами повільного зменшення обсягів викидів і рівнів забруднення є використання технологій, переважна частина яких не відповідає сучасним екологічним вимогам, із значним обсягом морально застарілого і фізично зношеного обладнання, невиконання в зазначені строки заходів по зменшенню викидів в атмосферу і низький рівень експлуатації пилогазоочисних споруд. Строки експлуатації технологічного обладнання, в першу чергу у чорній та кольоровій, хімічній та вугільній промисловості, виробництві будівельних матеріалів та енергетиці, значно перевищують встановлені нормативи, що є наслідком повільного впровадження нових мало- та безвідходних технологій. У даний час 45 % основних виробничих фондів металургійних підприємств працюють із закінченими строками експлуатації. Більш як 50 % коксових батарей знаходяться в експлуатації більше 20 років, у т.ч. 15 % - більше 35 років, близько 95 % доменних печей вичерпали амортизаційні строки. Більша частина аглофабрик в Україні знаходиться в експлуатації більше 30 років. Технологічне обладнання Дніпровського алюмінієвого заводу, Димитрівської та Байдаківської збагачувальних фабрик, ТЕЦ в м. Олександрія Кіровоградської області було виготовлено в 30-40 роки і працює до сих пір. Аналогічна ситуація і на підприємствах по виготовленню цементу [61]. 224

У проектах на будівництво нових та реконструкцію діючих виробництв закладаються існуючі, в основному, застарілі технологічні рішення. Так, передпроектні матеріали реконструкції комбінату “Запоріжсталь” та Дніпровського металургійного комбінату розроблені з використанням застарілої технології із збереженням існуючого металургійного циклу, але ці підприємства після проведення коштовної реконструкції працюватимуть у ХХI столітті. Одним з найбільших забруднювачів атмосферного повітря є паливноенергетичний комплекс. До 1986 р. в Україні пріоритетними темпами розвивалася атомна енергетика, і з її розвитком пов’язували майбутнє енергетики. Але після трагедії на Чорнобильській АЕС електроенергетика опинилася у надзвичайно важкому стані. Програма розвитку атомної енергетики розпалася, а капіталовкладення в теплоенергетику в останні десятиріччя постійно скорочувалися. Намітилося поступове виведення з експлуатації теплових електростанцій. Устаткування їх зносилося і морально устаріло. Скорочення виробництва електроенергії на АЕС призвело до різкого збільшення навантаження теплових електростанцій. Екологічні проблеми проявилися з усією гостротою. Оскільки йшло зниження капіталовкладень у теплоенергетику в цілому, то і зменшувалися кошти на будівництво газоочисних споруд. У той же час спостерігається тенденція зниження якості енергетичного вугілля, що збільшує шкідливі викиди в атмосферу. На теплові електростанції потрапляє рядове незбагачене вугілля, високозольні відсіви та відходи мокрого збагачення. При використанні високозольного палива пилогазоочисне устаткування працює у непроектному режимі, що призводить до недостатнього ступеня очистки. Установки очищення від оксидів сірки та азоту на електростанціях не запроектовані [61]. Одним з показників стану природоохоронної роботи на підприємствах є відношення кількості вловлюваних шкідливих речовин до загальної, що відходить від джерел виділення. На підприємствах України вловлюються та утилізуються, в основному, тверді забруднюючі речовини (понад 93 %), газоподібні й рідкі - лише в незначній кількості (до 30 %, з них: діоксид сірки 2.7 %; оксид вуглецю - 39.6 %; оксиди азоту - 7.8 %; вуглеводні - 46.4 %) [61]. Це пояснюється, зокрема, відсутністю технічних рішень з питань вловлювання деяких газоподібних шкідливих речовин, а також загальним досить низьким рівнем експлуатації наявного пилогазоочисного устаткування. Такий стан склався внаслідок використання непроектної сировини та палива, зривів графіків планово-попереджувальних ремонтів очисного обладнання, відсутності на багатьох підприємствах ремонтного персоналу та ремонтної бази, несвоєчасної реконструкції застарілого пилогазоочисного обладнання і відсутності необхідних засобів контролю за його роботою.

225

Забруднення атмосферного повітря в Україні в значній мірі обумовлюється Болгарія також транскордонним переМолдова несенням сполук сірки і окУгорщина сидів азоту із сусідніх дерРумунія жав. Слід зазначити, що їх Чехо-Словаччина випадення на території УкраНімеччина їни значно перевищує обсяги Польща забруднень, перенесених з 0 10000 20000 30000 40000 50000 України на території сусідніх на Україну з України держав (рис.5.4). Незадовільний стан теха) нічного обладнання житлового фонду, а також високі рівні атмосферного забруднення, широке використання в Болгарія побуті хімічних речовин та Молдова газу - все це зумовлює негаУгорщина тивні показники якості повітРумунія ряного середовища житлових Чехо-Словаччина та громадських приміщень. Німеччина Сумарне забруднення повітПольща ря приміщень хімічними ре0 50000 100000 150000 200000 250000 човинами за рахунок застона Україну з України сування при будівництві синтетичних матеріалів, викоб) ристання миючих засобів і т.і. перевищує забруднення Рис.5.4. Транскордонне перенесення в тоннах атмосферного повітря у 2-4, оксидів азоту (а) та оксидів сірки (б) між а окремими токсичними реУкраїною і країнами Європи за даними Східного центру ЄМЕП (середньорічні човинами - до 10 разів. Попоказники за 1987-1990 рр.) [42] вітря житлових приміщень часто містить алергени, що обумовлено, у тому числі, утриманням домашніх тварин. Найбільш поширеними хімічними речовинами в складі повітря житлових і громадських приміщень є такі: • оксиди азоту, бензол, діметиламін, формальдегід, хлороформ, діхлоретан, сірководень, фенол (ІІ клас небезпечності, близько 10 % усіх ідентифікованих сполук);

226

• ацетальдегід, ксилоли, етилбензол, толуол, метиловий, пpопіловий та ізопpопіловий спирти, діетилбензол, ацетофенол та ін. (ІІІ клас небезпечності, до 17 % сполук); • оксид вуглецю, аміак, ацетон, гексан, пентан, циклогексан, етиловий спирт, гідрофуран (ІV клас небезпечності); • триметиламін, триметилбензол, похідні бутану, гексану, бензальдегід (клас небезпечності речовин не встановлений, близько 50 % усіх речовин). Слід також зазначити, що повітря як житлових, так і громадських приміщень часто і у великий кількості містить продукти паління: близько 4 тис. різних інгредієнтів, багато з яких є канцерогенами. Робота вентиляційних систем у будівлях нерідко є незадовільною. Це стосується, в першу чергу, дитячих закладів, шкіл та лікарень. За рахунок збільшення кількості дітей у групах або класах, особливо в останні роки, якість повітря в цих установах різко погіршилася. Розумна людина пристосовується до світу, нерозумна вперто намагається пристосувати світ до себе. Б.Шоу 5.3. Охорона атмосферного повітря від забруднення

В сучасних умовах охорона повітряного басейну спрямована на максимальне зниження кількості шкідливих речовин, які надходять від джерел викидів в атмосферу з газами та аспіраційним повітрям, зберігання оптимального газового складу атмосфери шляхом регулювання виробничих і транспортних потреб у повітрі, зберігання рослинності, насамперед лісів, та запобігання забрудненню Світового океану, відвертання руйнації озонового шару фреонами і продуктами згорання палива. Для ефективної охорони атмосферного повітря необхідний комплекс конструктивно-технологічних заходів, який включає поступовий перехід до використання екологічно чистих видів енергії (сонячної, водної, вітрової, припливної, геотермальної тощо), усунення джерел викидів, покращення хімічного складу палива, удосконалення транспортних засобів тощо. Важливу роль відіграє раціональне розташування промислових об’єктів відповідно до конкретних умов місцевості та впровадження замкнених технологічних циклів. Для зменшення забруднення атмосфери у загальному випадку передбачають такі основні заходи: • підвищення ефективності виробництва, передачі, розподілу та споживання енергії, а також створення екологічно безпечних енергосистем; • підвищення ефективності транспорту, зменшення забруднення ним навколишнього середовища, а також розташування екологічно виправданої мережі доріг; 227

• використання в промисловості екологічно прийнятних матеріалів та ресурсів, заміна хлорфторвуглеводнів та інших речовин, що руйнують озоновий шар, більш безпечними, істотне зменшення відходів, а також встановлення обладнання для контролю стану навколишнього середовища. Поки горючі корисні копалини будуть використовуватися достатньо широко, слід збільшувати ККД енергетичних установок, економити електроенергію та вдосконалювати очисні споруди. Необхідно зазначити, що будівництво установок для очищення викидів захід ефективний, однак дорогий, адже їх вартість інколи досягає 8-10 % загальної вартості основних виробничих фондів. Так, наприклад, Європарламент прийняв закон, відповідно до якого ТЕС повинні мати установки не тільки для очищення від пилу і диму, але й від усіх газів, вартість таких установок становить до 40 % загальної вартості самих ТЕС. Будівництво високих та надвисоких заводських труб збільшує вміст забруднюючих речовин в атмосферному повітрі і не вирішує проблеми захисту повітряного басейну. Тому тільки кардинальні заходи з охорони атмосферного повітря здатні попередити негативний вплив забруднюючих речовин на різноманітні біосистеми. Для суттєвого покращання екологічної та ресурсної ситуації в Україні необхідно розробити і реалізувати нову концепцію розвитку господарства, яка повинна обґрунтовано, до розумних об’ємів обмежити розвиток добувних, енерго-, ресурсо- та водоємних виробництв. Потрібно переглянути відношення до питань дальшого розвитку металургійної і хімічної промисловості, визначити розумні об’єми виробництва чавуну, сталі і хімічної продукції. При цьому необхідно впроваджувати маловідходні технологічні процеси, а також технічні рішення, що забезпечують суттєве зменшення викидів забруднюючих речовин. Особливу увагу слід приділити таким заходам: - в чорній металургії: • переходу на конверторне виробництво сталі; • більш широкому впровадженню електрометалургії; • розширенню застосування безперервного розливу сталі; • розширенню застосування сухого способу гасіння коксу; • повному очищенню коксового газу від сірководню; - у вугільній промисловості: • розширенню процесів видобування вугілля без подачі відпрацьованої породи на поверхню; • максимальному використанню метану, що виділяється з вугільних пластів; • забезпеченню збагачення усього об’єму вугілля, що добувається; - в енергетиці: • впровадженню методів і устаткування для очищення газів, що відходять, від сірчистого ангідриду та оксидів азоту; 228

• впровадженню методів спалювання твердого палива у киплячому шарі; • створенню нових і реконструкції діючих теплових електростанцій з використанням парогазового циклу, що дозволяє зменшити витрати палива і викиди в атмосферу; • розширенню нетрадиційних методів отримання електроенергії; - в автотранспорті: • застосуванню на автотранспортних засобах альтернативних видів моторного палива, зокрема, використанню сумішей рідких неетильованих нафтових та газоконденсатних бензинів з газоподібними антидетонаційними добавками (метан, етан, пропан тощо); • усуненню недоліків технології використання природного газу як моторного палива шляхом розробки нових конструкцій двигунів та принципово нових рішень систем зберігання палива на борту автомобіля; • переведенню дизельних автомобілів на використання газодизельних сумішей, що зменшує димність відпрацьованих газів та вміст в них токсичних сполук. До міжгалузевих завдань треба віднести розробку методів багаторазового використання повітря з очищенням його у самому технологічному процесі, розробку і серійний випуск апаратів термічного, термокаталітичного, сорбційно-каталітичного очищення для підприємств металургійної, машинобудівної, хімічної, меблевої, харчової та інших галузей промисловості. Першочерговими завданнями щодо покращення стану атмосферного повітря в Україні слід вважати такі: • підвищення технологічної дисципліни на промислових підприємствах; • обмеження користування автотранспортом з незадовільними робочими характеристиками; • посилення контролю за ефективністю роботи пилогазоочисних споруд; • удосконалення системи контролю викидів в атмосферне повітря; • інвентаризація джерел викидів; • введення в систему існуючого нормування викидів в атмосферу технологічних нормативів; • проведення роз’яснювальної роботи щодо важливості забезпечення якості повітря приміщень; • підвищення якості повітря в дитячих та лікувальних установах, школах за рахунок вдосконалення роботи вентиляції; • організація епідеміологічних досліджень щодо оцінки ризику для здоров’я від забруднення повітря, у т.ч. від частинок діаметром менше 10 мкм; • економічна оцінка ефективності заходів охорони повітря; 229

• перегляд нормативної та методичної документації щодо якості повітря, її гармонізація із системою світових стандартів. Природу легше за все підкорити, підкоряючись їй. Ф.Бекон

5.3.1. Очищення викидів забруднюючих речовин Завдання очищення викидів забруднюючих речовин в атмосферу полягає у вилученні з газів, що викидаються, завислих твердих і рідких домішок - пилу, диму, крапель, туману (аерозолів) і бризок, та в нейтралізації газоподібних і пароподібних домішок. Залежно від агрегатного стану забруднюючої речовини, що вловлюється, установки (апарати) поділяють на газоочисні та пиловловлюючі. Основною частиною цих установок є апарат для очищення газу, в якому безпосередньо здійснюється процес вловлювання чи знешкодження речовин, що забруднюють атмосферу. Для вилучення з газових викидів пилу і шкідливих газів використовують досить різноманітні апарати, як за конструкцією, розмірами, так і за методами видалення. Методи очищення газів поділяють на механічні (очищення від твердих часток і краплинок рідини), фізико-хімічні (сорбційні) і хімічні (хімічне перетворення шкідливих газів на нешкідливі: каталітичне окислення, термічне розкладення тощо). Вибір методу очищення газів насамперед визначається їх фізико-хімічними властивостями, характером виробництва, властивостями речовин, які використовуються для вироблення продукції, об’ємом газу і пилу, що викидаються, можливістю рекуперації або утилізації вловлених з газів цінних речовин тощо. За методами очищення пилогазоочисні установки поділяють на такі групи: • апарати сухого інерційного очищення газів від пилу (циклони одиничні, групові і батарейні, жалюзійні пиловловлювачі, акустичні коагулятори, ротоклони, пилоосадкові камери і димососи-пиловловлювачі); • апарати мокрого очищення газів від пилу, рідких і газоподібних домішок (порожнисті і насадкові скрубери, мокрі циклони, ротоклони, барботажні та пінні апарати, турбулентні газопромивачі, апарати доцентрової та відцентрової дії, гідродинамічні апарати); • апарати для очищення газів від пилу і туману методом фільтрування (тканинні, волокнисті і пористі фільтри, мішочні, рамні та рукавні фільтри зі зворотним, струменевим та імпульсним продуванням і механічним трясінням); • апарати електричного очищення газів від пилу і туману (електрофільтри сухі, мокрі та комбіновані); 230

• апарати термічного і термокаталітичного очищення викидів від газів (печі та установки дезодорації речовин з неприємним запахом, каталітичного розкладання і допалювання газів, що відходять) - циклонні й камерні; • апарати хімічних методів очищення викидів від газів (абсорбційні, адсорбційні, рекупераційні та переробки вловлених продуктів); • апарати інших методів очищення - гідродинамічної дії, електрофільтрування та змішаного типу. Ефективність роботи пилогазоочисних установок по очищенню викидів забруднюючих речовин в атмосферу наведена в табл.5.5. Табл.5.5. Ефективність очищення викидів забруднюючих речовин пилогазоочисними установками (апаратами) [75] Джерела викидів, пилогазоочисні установки (апарати) Ваграночні гази сухі іскрогасники мокрі іскрогасники сухі циклони напівскрубер, рукавні фільтри випалювачі вуглекислого газу Гази, що відходять від електропечей насадкові скрубери тканинні фільтри електрофільтри Гази, що відходять від котелень електрофільтри відцентрові скрубери (ВТИ) мокропруткові пиловловлювачі групові циклони (ЦН-15) Аспіраційне повітря механічної обробки металів а) апарати сухого очищення циклони (ЦН-11, ЦН-15) пилоопадні камери конусні циклони “СИОТ” циклони зі зворотним конусом групові циклони рукавні фільтри сітчасті фільтри ЗИЛ-900 для волокнистого пилу б) апарати мокрого очищення циклони з водяною плівкою (ЦВП) пінні апарати мокрі пиловловлювачі з внутрішньою циркуляцією циклонно-пінні апарати фільтри з насадками у вигляді кульок Вентиляційні викиди від фарбувальних камер форсункові гідрофільтри каскадні гідрофільтри

Ефективність очищення у % від речовин твердих і рідких газоподібних 15-30 50-80 75-80 95-97 95-97 68-72 95-97 92-94 85-94 85-95 87-94 75-85 70-90 80-87 45-55 60-70 60-70 85-90 95-98 99 60-90 75-90 90-95 85-95 90-98 86-92 90-92

30-50 20-30 231

барботажновихрові гідрофільтри установка каталітичного спалювання газів розчинника високотемпературне спалювання газів у котлах Вентиляційні викиди гальваніки а) очищення від аерозолю хрому насадкові скрубери з горизонтальним ходом газу волокнисті тумановловлювачі пінні апарати (ПГН) цівкові місцеві відсмоктувачі з голкопробивним войлоком б) очищення від пар кислот і лугів пінні апарати форсункові насадкові скрубери Установки для очищення від оксидів азоту низькошвидкісні газопромивачі «Вентурі» циклонні пінні апарати те саме з установками плазмової різки

90-97

40-50 95-98 97-99

90-95 96-99 до 87 90-98 80-85 50-60 90-94 70-80 до 90

70-90

Очищення викидів від аерозолів здійснюється із застосуванням електрофільтрів, методом фільтрування крізь різноманітні пористі матеріали, гравітаційної (інерційної) сепарації та способом мокрого очищення. Очищення викидів від паро- та газоподібних домішок здійснюється методом абсорбції - процес розчинення компонентів газової суміші у рідині (воді, розчинах лугів, етаноламінах тощо), або методом адсорбції - процес вбирання газу силікагелем, активованим вугіллям та іншими матеріалами з пористою структурою. До переваг абсорбційної очистки належать: високий ступінь очищення (90-98 %); безперервність процесу очищення; можливість видалення значної кількості домішок та регенерації абсорбенту. Для знешкодження вуглеводнів застосовують термічний (спалювання вуглеводнів на спеціальних установках або у печах ТЕЦ) та термокаталітичний (робота каталізаторів в інтервалі температур 250-500°С) методи. 5.3.1.1. Механічне очищення газів 5.3.1.1.1. Способи механічного очищення повітря і газів від пилу Газові суміші, що викидаються промисловими підприємствами у навколишнє середовище, за агрегатним станом шкідливих домішок поділяють на грубодисперсні, аерозольні та молекулярні. Грубодисперсні газові суміші містять тверді частинки з розмірами 100 мкм і більше. Аерозолі - більш дрібні частинки, завислі у повітрі або якомусь газі (наприклад, дим містить частинки розміром 0.1-5 мкм, туман складається з краплинок рідини розміром 10 мкм). Завдяки малій масі і значній поверхні, частинки аерозолю сорбують заряджені частинки, внаслідок чого вони здатні переміщуватися в електричному полі подібно до іонів розчину. В молекулярних газових системах шкідливі домішки містяться у вигляді газу або пари. Для очищення повітря і газів від пилу застосовують обладнання, яке поділяють на пиловловлювачі та фільтри. 232

Пиловловлювачами називають пристрої, робота яких ґрунтується на використанні для осадження частинок пилу сили тяжіння, а також інерційних сил, які відривають пил від повітряного потоку при зміні швидкості і напрямку його руху. Частинки пилу, продовжуючи рухатись за інерцією вперед, наштовхуються на перешкоду і, втрачаючи швидкість, опускаються вниз у бункер. До таких пристроїв відносяться пилоосадкові камери, циклони, відцентрові скрубери, жалюзійні і ротаційні пиловловлювачі. Для збільшення ефективності очищення повітря від пилу, що не гідратується, тобто не змінюється під дією вологи, використовують мокрі пиловловлювачі: скрубери із зрошуваною насадкою і водяною плівкою, циклони-промивачі, пиловловлювачі пінні, пінно-вихрові, ударно-змивної дії та інші. Внутрішня поверхня мокрих пиловловлювачів змочується водою, яка зволожує і змиває пил у шламовідстійник. Фільтри - це пристрої, в яких запилене повітря пропускають крізь пористі або сітчасті матеріали, здатні затримувати частинки пилу. Як фільтрувальний матеріал використовують скловату, гравій, кокс, металеву стружку, фарфорові чи металеві циліндрики (насадки), шпагат, пористий папір або тканину, тонку металеву сітку тощо. Залежно від матеріалу фільтри називають ватними, гравійними, коксовими, шпагатними, паперовими і тканинними. Сітчасті фільтри змочують веретенним або циліндровим маслом, тому їх називають масляними. Крім перелічених видів обладнання необхідно також відзначити електрофільтри та ультразвукові пиловловлювачі. В електрофільтрах при проходженні повітря крізь електричне поле частинки пилу заряджаються, притягуються і осідають на електродах, з яких потім видаляються механічним способом. Ультразвукові пиловловлювачі використовують здатність частинок пилу коагулювати (тобто утворювати пластівці) під дією потужного звукового потоку, що дуже важливо для вловлювання з повітря аерозолів. Пластівці випадають у бункер. Звуковий ефект створюється сиреною. Електрофільтри та ультразвукові пиловловлювачі можна застосовувати для видалення з повітря найдрібніших частинок пилу. Вибір очисного обладнання залежить від розмірів частинок пилу та їх фізичних властивостей (вологість, гігроскопічність, волокнистість, липкість тощо), початкової концентрації пилу та потрібного ступеня очищення повітря, техніко-економічних показників обладнання. Розрізняють грубе, середнє і тонке очищення повітря від пилу. При грубому очищенні повітря затримуються частинки пилу розміром понад 100 мкм, причому концентрація пилу в повітрі після очищення не обмежується. Таке очищення може розглядатися як попереднє для сильно запиленого повітря у випадку багатоступеневого очищення. При середньому очищенні затримується порівняно дрібний пил - до 100 мкм, при цьому кінцева 233

концентрація пилу не повинна перевищувати 100 мг/м3. Тонким очищенням, при якому затримується дуже дрібний пил - до 10 мкм, залишкова концентрація пилу в повітрі доводиться до 1-2 мг/м3. 5.3.1.1.2. Сухе грубе і середнє очищення Для вловлювання великих фракцій пилу (понад 60 мкм), що осаджуються переважно під дією сил гравітації, використовують пилоосадкові камери, виконані у вигляді колекторів. Камери призначені для грубого очищення повітря і можуть застосовуватись як перший ступінь очищення сильнозапиленого повітря. Горизонтальні камери ефективно працюють тільки при ламінарному режимі руху повітря, який досягається при дуже малих його швидкостях, внаслідок чого ці камери мають надто великі розміри, і їх застосовують рідко. Прикладом влаштування таких камер є пилові підвали текстильних фабрик. Розміри камери можна значно зменшити, якщо розділити її на комірки горизонтальними полицями. В цьому випадку довжина камери зменшиться пропорційно кількості комірок, а рух повітря, затиснутого у вузькому просторі між полицями, буде наближатися до ламінарного при більших швидкостях, ніж у звичайній камері. Для забезпечення можливості струшування пилу полиці прикріплюються до стінки камери на шарнірах, завдяки чому, обертаючись, вони можуть опускатися й підніматися. Більш зручними в експлуатації є камери вертикального типу та лабіринтні горизонтального типу (рис. 5.5). В них створюється турбулентний режим руху повітря за рахунок різких поворотів, ударів об перешкоди та завихрень, внаслідок чого частинки пилу випадаРис.5.5. Пилоосадкові камери ють у бункер. Ефект затриа - вертикальна; б - горизонтальна лабіринтного типу; мання пилу становить від 1 - перегородки; 2 - решітка; 3 - пилозбірник (бункер) 50-60 % у вертикальних до 85-95 % у лабіринтних горизонтальних камерах. Перевагами вертикальних і лабіринтних горизонтальних камер є незначний опір, простота конструкції та експлуатації. Циклони використовують як для грубого, так і для середнього очищення газів від пилу. В них вловлюються частинки розміром 10 мкм і більше з ефективністю не менше 90 %. В циклонах тверді частинки осаджуються під дією відцентрових сил, які виникають внаслідок швидкого спірально-поступального руху газового потоку вздовж обмежуючої поверхні апарату. 234

Забруднене повітря надходить в циклон через вхідний патрубок (рис.5.6) і рухається вниз у кільцевому просторі між корпусом апарату і вихідним пристроєм. При цьому газовий потік закручується завдяки гвинтовому пристрою. Тверді частинки прискорюються і рухаються вздовж стінки корпусу апарату вниз у бункер, а очищене повітря через вихідний пристрій піднімається вгору. Специфічні властивості частинок пилу, що утворюються при різних виробничих процесах, зумовили різноманіття типів циклонів (наприклад, для очищення повітря від тирси, шліфувального пилу тощо). Крім поодиноких та групових, для очищення повітря використовують також батарейні циклони, які обладнуються загальним бункером для пилу. 5.3.1.1.3. Сухе тонке очищення Тканинні фільтри застосовують для тонкого очищення запиленого повітря. За допомогою тканини вловлюють частинки розміром 5 мкм з ефективністю не менше 99 %. Регенерація тканини здійснюється переважно шляхом струшування або зворотного продування. Як фільтрувальну тканину використовують вовну, вовну з капроном, лавсан, нітрон, скловолокно тощо. Тканинні рукавні фільтри (рис.5.7) складаються з металевого збірного корпусу, розділеного на секції вертикальними перегородками. В кожній секції розташовані декілька циліндричних рукавів-фільтрів, які складаються з металевого каркасу, на який натягується ворсиста тканина. Розміри рукавів, зазвичай, становлять: діаметр - 130-200 мм, висота - 2-3 м. Запилене повітря при проходженні крізь пори тканини очищується від пилу. Для регенерації рукавів їх періодично струшують за допомогою спеціального механізму, встановленого зверху на корпусі фільтра, і продувають через них у зворотному напрямку чисте повітря. Для тонкого очищення малозапиленого повітря можуть застосовуватися паперові фільтри, наприклад, зигзагоподібний. Фільтр складається з окремих касет, в яких встановлена зигзагоподібна металева сітка. Касети збираються у загальному каркасі. Фільтрувальним матеріалом є пористий папір алігнін. Ступінь очищення повітря від пилу становить 92-95 %. Електричні пиловловлювачі є найбільш універсальними апаратами для тонкого очищення повітря від частинок пилу розміром менше 1 мкм з ефекРис.5.6. Циклонний апарат

1 - вхідний патрубок; 2 - вихід очищеного газу; 3 - закручуючий пристрій; 4 - бункер для збору пилу

235

тивністю 98 %, а іноді й 99.9 %. В електрофільтрах використовується постійний струм високої напруги - в декілька десятків тисяч вольт. Така різниця потенціалів між електродами призводить до іонізації молекул газу і утворення позитивно заряджених іонів та вільних електронів. Іони рухаються до негативного коронуючого електроду, а вільні електрони - до позитивного осаджуючого електроду. Внаслідок зіткнень із зустрічними пилинками і краплинками, які містяться в газі, вони передають останнім свій заряд і захоплюють їх, рухаючись до осаджуючого електроду. В результаті частинки пилу і туману осідають на електроді. Накопичений на електроді пил видаляють струшуванням. При осіданні туману струшування не потрібне, оскільки утворена рідина самостійно стікає з електродів.

Рис.5.7. Рукавний фільтр 1 - рукав; 2 - кришка; 3 - клапанна секція; 4 - корпус; 5 - бункер для пилу; 6 - вихідний патрубок; 7 - вхідний патрубок

Конструкції електрофільтрів досить різноманітні. Наприклад, на рис.5.8 наведений пластинчастий електрофільтр, в якому між паралельними поверхнями осаджуючих електродів зверху до рами підвішені коронуючі електроди, виготовлені з проволоки.. Газова суміш подається газоходом під розподільну решітку, піднімається вгору між паралельними листами осаджуючих електродів, очищується і видаляється через вихідний газохід. Електрофільтри застосовують для видалення з газів частинок пилу і туману, які дуже важко вловлюються, наприклад, на підприємствах чорної металургії при очищенні газів, 236

які відводяться від мартенівських та випалювальних печей, котлів ТЕЦ, в цементній промисловості тощо. 5.3.1.1.4. Мокре грубе і середнє очищення Для очищення газів від пилу і туману також використовують мокре очищення шляхом промивання газів водою чи іншою рідиною. Взаємодія між рідиною і запиленим газом (туманом) відбувається або на поверхні рідкої плівки, що стікає по вертикальній чи похилій площині (плівкові або насадкові скрубери, демістри), або на поверхні крапель (порожнисті скрубери, скрубери Вентурі). Промивачі застосовуються для мокрого очищення газів від пилу. В них тверді частинки видаляються в результаті інерційного осадження на краплях і плівках промивної рідини. Для мокрого грубого і середнього очищення повітря від пилу використовують зрошувальні газоходи, промивні камери, скрубери різних конструкцій (форсункові, відцентрові тощо), циклони (з водяною плівкою, циклони-промивачі тощо), пінні апарати та ін. Принцип роботи скрубера, як і циклона, Рис.5.8. Електрофільтр ґрунтується на використанні відцентрової сили пластинчастий 1 - камера; 2 - ізолятор; для відокремлення пилу від повітряного потоку. 3 - вихідний газохід; 4 - рама Частинки пилу притискуються до внутрішньої з коронуючим електродом; поверхні циліндра скрубера, змиваються водя5 - осаджуючий електрод; ною плівкою в конусну частину, звідки потрапля6 - розподільна решітка; 7 - вхідний газохід ють у шламовідстійник (рис.5.9). Циклон-промивач поєднує принцип відцентрової сепарації з безпосереднім промиванням всього повітряного потоку водою, завдяки чому ефективність циклону, порівняно із скрубером, збільшується, а габарити - зменшуються. Повітря надходить у циклон-промивач знизу по дотичній і, закручуючись в ньому, інтенсивно змішується з потоком води, який обертається і зрошує не тільки стінки, але й всю нижню частину простору циклону. Конусоподібна форма циклону запобігає винесенню вгору разом з повітрям водяних бризок. В установках циклон-промивач блокується разом з вентилятором. У пінних промивачах (рис.5.10) запилене повітря подається через патрубок, проходячи крізь решітку, прориває пиловодяну плівку, яка утворюється при подачі води, і спінює поверхню завдяки безперервному утворенню та руйнуванню бульбашок. Шар піни зростає, адже в ній осідають частинки пилу, і 237

таким чином зростає ефективність очищення. Через різке збільшення опору фільтра рекомендується товщину шару піни нарощувати не більше, ніж на 100 мм. Пінні апарати використовують для очищення повітря від частинок пилу, що погано змочуються (нефелінового, апатитового тощо).

Рис.5.10. Пінний промивач Рис.5.9. Скрубери а - конструкції ВТІ Промбудпроект: 1 - вхідний отвір; 2 - оглядове вікно; 3 - вихідний отвір; 4 - кільце; 5 - форсунки; 6 - завитка; 7 - кронштейн; 8 - випускний патрубок; 9 - мигалка; 10 - вантаж; б - конструкції ВТІ із зрошувальною решіткою: 1 - вхідний патрубок; 2 - підведення води до форсунок для зрошування решітки; 3 - решітка; 4 - підведення води до промивного пристрою; 5 - циліндрична частина скрубера; 6 - водопровід; 7 - підведення води до форсунок; 8 - конічна частина скрубера (шламовідстійник); 9 - випускний патрубок; 10 - завитка; 11 - клапан

1 - вхідний патрубок; 2 - решітка; 3 - підведення води; 4 - пиловодяна плівка

5.3.1.1.5. Мокре тонке очищення

Ротоклони (рис.5.11) використовують для мокрого тонкого очищення газу від пилу. Ефективність очищення газу з дрібнодиспергованим пилом, наприклад, вугільним з розміром частинок до 5 мкм сягає 99.7 %. З цією ж метою застосовують вентиляційні і коагуляційні мокрі пиловловлювачі. Останні працюють за принципом подрібнення води турбулентним високошвидкісним газовим потоком в трубі Вентурі, захоплення краплинами води пилинок, коагуляції їх і осадження в допоміжному апараті, наприклад, відцентровому скрубері або циклоні з водяною плівкою тощо. Для мокрого тонкого очищення повітря від аерозолів і туману застосовують тканинні та електрофільтри. Так, очищення повітря від туману і бризок суміші хромової та сірчаної кислот, що утворюються при відсмоктуванні повітря від ванн хромування в гальванічних цехах, здійснюють мокрим тканинним фільтром типу ФВГ-Т. Фільтрувальний матеріал - войлок - регенерують періодично - раз на 15-30 діб промиванням водою при відключеному вентиляторі. Ефективність очищення повітря в такому фільтрі становить 9599 %. 238

5.3.1.1.6. Вибір обладнання Ефективність пиловловлювача залежить від фізико-хімічних властивостей газового середовища і твердих частинок, їх розподілу за розмірами, типу пиловловлювача, параметрів його роботи і технічного стану. Її визначають за відношенням різниці кількості твердих частинок на вході в пиловловлювач СВХ та виході з нього СВИХ до їх кількості на вході, %: C − С ВИХ . (5.37) E = 100 ВХ С ВХ Характеристики пиловловлювачів і фільтрів основних типів наведені в табл.5.6. Основні типи тумановловлювачів наведені в табл.5.7. Для виділення з газових потоків крапель рідини передбачені пристрої, принцип дії яких аналогічний принципу дії пиловловлювачів. Різниця полягає лише в тому, що Рис.5.11. Ротоклон “Урал” 1 - конусний затвор для видалення всі тумановловлювачі працюють в режимі сашлами; 2 - нижня нерухома моочищення, тобто рідина, яка накопичується, перегородка; 3 - верхня рухома постійно відводиться з цих пристроїв. При перегородка; 4 - рухомий регулятор рівня рідини; 5 - бічне газове вікно очищенні туманів, які утворюються в процесі лабіринтового краплевловлювача; роботи з розчинами солей, для запобігання 6 - вихід очищеного газу; кристалізації солей і заростання фільтруваль7 - гвинтовий підіймач; 8 - вхід них перегородок останні зрошують водою, забрудненого газу; 9 - подача води або у фільтр подають водяну пару. Тип пило- і тумановловлювачів вибирають на підставі даних про характер частинок (крапель) та їх розміри, потрібну ефективність очищення, допустимий гідравлічний опір, продуктивність установки і її економічність. Для багатьох викидів доцільно застосовувати двоступеневу схему очищення. На першому ступені раціонально використовувати дешеві апарати: пилоосадкові камери, циклони тощо, які вловлюють крупні частинки. Вибір апаратів другого ступеня очищення залежить від температури газів, фізико-хімічних властивостей аерозолів, ефективності вловлювання і способу видалення пилу з апаратів, вартості очищення тощо. Наприклад, якщо першим ступенем очищення є циклон, то другим може служити тканинний фільтр. Сухе очищення газів має перевагу над мокрим, оскільки розташування пиловловлювачів не залежить від температури повітря в місці їх встановлення, і немає потреби в системі шламовидалення тощо. Проте використання тканинних фільтрів обмежене температурою газів і потребує ретельного нагляду в процесі експлуатації. Використання електрофільтрів зумовлює дещо більші 239

капітальні витрати і необхідність спеціальної попередньої підготовки газів. Разом з тим електрофільтри доцільно застосовувати для тих видів пилу, для яких вони забезпечують високу ефективність видалення. Табл.5.6.. Характеристики пиловловлювачів Пиловловлююче обладнання Циклони: - інерційні - відцентрові Промивачі Тканинні фільтри Електрофільтри

Гідравлічний опір, Па

Відносна вартість очищення

Мінімальний розмір частинок, які ефективно вловлюються, мкм

100-300 750-1250 750-1500 5000-12500 750-1500 100-400

1 2-3 2.5-4 7-15 3-7.5 5-15

40 30 2-5 0.1-1.0 0.1 0.25-1.0

Табл.5.7. Характеристики тумановловлювачів Тумановловлювачі Електрофільтри Скрубери Вентурі Волокнисті фільтри: - низькошвидкісні - високошвидкісні Демістри

Швидкість газу в активній зоні, м/с 0.3-1.5 50-150

Гідравлічний опір, кПа 0.1-0.3 5.0-20.0

0.01-0.1 1-10 2.4-4.5

0.5-5.0 1.5-8.0 0.2-1.0

Ефективність очищення, %, для частинок з розміром, мкм до 1 1-3 3-10 75-95 90-99 98-100 90-97 95-100 98-100 92-99 50-85 20-40

96-100 85-97 70-90

100 95-100 90-98

В кожному випадку остаточний вибір типу пиловловлювача здійснюють на підставі техніко-економічного порівняння варіантів, критеріями якого можуть бути приведені витрати або строк окупності капітальних вкладень. 5.3.1.2. Сорбційне очищення газів Сорбцією називають поглинання з навколишнього середовища речовини твердим тілом (адсорбція) або рідиною (абсорбція). Зворотний процес називають десорбцією, здебільшого його здійснюють шляхом підвищення температури або зниження тиску. Процеси сорбції проводять періодично (в апаратах з нерухомим шаром сорбенту) та безперервно (в апаратах з рухомим чи киплячим шаром сорбенту, а також в апаратах з нерухомим шаром, якщо сорбційні установки включають декілька паралельних апаратів). Поєднання адсорбції з десорбцією дозволяє багаторазово використовувати поглинач і виділяти поглинутий компонент в чистому вигляді. При очищенні газів найчастіше десорбцію не проводять, оскільки поглинуті речовини необхідно знешкоджувати. На рис.5.12 показана схема абсорбера. В абсорбері газ, що потребує очищення, барботується через шар рідини і виходить з апарату. Рідина-поглинач протитоком надходить в апарат через розбризкувач і виходить через патрубок, розташований у днищі. Процес абсорбції є гетерогенним, тобто відбувається 240

на границі газ-рідина, а тому для його прискорення використовують різноманітні пристрої, які збільшують площу контакту газу з рідиною. Для збільшення ефективності очищення газів замість розчинника використовують хімічні поглиначі шкідливих газів, наприклад, водні розчини електролітів (кислот, лугів, солей). Так, для очищення газів від діоксиду сірки, сірководню та метилмеркаптану їх нейтралізують розчином лугу, внаслідок чого одержують сіль SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O. Адсорбційний метод поглинання останнім часом знаходить широке застосування у зв’язку з виробництвом високоефективних адсорбентів: активованого вугілля, силікагелів і синтетичних цеолітів. Цей метод дозволяє здійснювати глибоке очищення технологічних та відхідних промислових газів від різноманітних шкідливих речовин. Крім того, можна вловлювати Рис.5.12. Абсорбер 1 - розподілювач рідини; 2 - насадка; і повертати в технологічний процес деякі 3 - опорна решітка; 4 - вихід рідини; цінні речовини, наприклад, розчинники. 5 - вихід очищеного газу Адсорбенти характеризуються величиною поглинальної здатності - адсорбції a, г/100 г, - за конкретною речовиною. Величина адсорбції залежить від властивостей адсорбенту і шкідливої речовини, яка поглинається (адсорбтиву). Крім того, величина адсорбції залежить від зовнішніх умов: тиску пари шкідливої речовини в газі, який очищується, і температури. Залежність величини адсорбції від температури описується рівнянням ізотерми адсорбції. У випадку мономолекулярної адсорбції на однорідній поверхні рівняння ізотерми має вигляд a bP a = m , (5.38) 1 + bP де a - величина адсорбції в заданих умовах, моль/г; am - максимальна величина адсорбції для даного адсорбенту, моль/г; b - адсорбційний коефіцієнт, Па-1; P - тиск пари токсичного компонента, Па. Аналіз рівняння (5.38) показує, що із збільшенням парціального тиску шкідливої речовини в газі збільшується величина адсорбції. При збільшенні температури величина адсорбції зменшується, і настає зворотний процес - десорбція. В табл.5.8 наведені характеристики найбільш розповсюджених адсорбентів. 241

Табл.5.8. Характеристика адсорбентів за поглинальною здатністю a, г/100 г Адсорбент Активне вугілля Газове вугілля АГ Газове вугілля СКТ Рекупераційне вугілля АР Силікагелі Крупнопористий Дрібнопористий Синтетичні цеоліти Цеоліт NaА Цеоліт CaА

Поглинання ацетилену при тиску, кПа 6.65 93.10

Поглинання діоксиду вуглецю при тиску, кПа 6.65 93.10

1.4 3.2 2.0

6.3 12.7 7.8

1.0 2.0 1.2

5.5 10.0 7.4

0.4 1.6

3.8 4.8

0.4 -

2.0 -

6.0 6.6

8.6 9.4

9.0 13.8

13.2 16.8

Найбільше розповсюдження в промисловості адсорбційні методи набули для вловлювання різних розчинників, яке здійснюють в рекупераційних установках. Ступінь вилучення розчинника зазвичай становить 9599 %, а його залишкова концентрація в газі на виході з адсорбера не перевищує 0.5 г/м3. Як адсорбент в цьому випадку використовують тільки активоване вугілля завдяки його гідрофобності. Крім того, активоване вуРис.5.13. Рекупераційна установка 1, 2 - повітродувки; 3 - нагрівач; 4 - адсорбер; гілля має високу адсорбційну 5 - конденсатор; 6 - холодильник; 7 - сепаратор здатність по відношенню до пар органічних речовин, невелику утримуючу здатність, достатню міцність тощо. Схема адсорбційної рекупераційної установки наведена на рис.5.13. Повітря, що містить розчинник, повітродувкою подається в адсорбер, проходить крізь нього і викидається в атмосферу. Після спрацьовування завантаження адсорбера потік повітря спрямовують у паралельний адсорбер, а в першому адсорбері здійснюють десорбцію розчинника перегрітою парою, яка пропускається проти руху потоку газу на стадії адсорбції. Пари води і розчинника охолоджують, конденсують і розділяють в сепараторі або додатковій колоні. Після десорбції вугілля сушать і охолоджують потоком атмосферного повітря. Витрати речовин і енергії на 1 т вловленого розчинника при його концентрації 10 г/м3 становлять: пара (0.3-0.5 МПа) - 2-3.5 т; охолоджуюча вода (15°С) 30-50 м3; електроенергія - 100-250 кВт·год; активоване вугілля - 0.5-1.0 кг; тривалість роботи одного завантаження адсорбенту - 10000 циклів. Наведені витрати досить значні, тому такі установки є економічно виправданими лише 242

у випадку поглинання і рекуперації дорогих або сильнотоксичних розчинників. Продуктивність рекупераційних установок становить 10-150 тис.м3 газу за 1 годину, а концентрація розчинника в ньому - 0.5-20 г/м3. Їх використовують в різних галузях промисловості. Адсорбційні методи також застосовують для очищення відхідних газів від токсичних речовин: сульфіду вуглецю, хлорорганічних сполук, діоксиду сірки, пари ртуті та інших речовин. 5.3.1.3. Каталітичне очищення газів Каталітичне очищення газів полягає у знешкодженні газових викидів шляхом хімічного перетворення в присутності каталізатора шкідливих речовин, що містяться в газі, у нешкідливі. Для каталітичного очищення газовий потік, як правило, пропускають крізь шар каталізатора, дотримуючи технологічні умови ефективного перетворення (температуру, витрати газу тощо). Каталізатори характеризуються специфічністю дії, тому знешкодженню підлягають тільки ті компоненти, для яких вони призначені. Промислові установки каталітичного очищення газів з рекуперацією тепла розраховані на продуктивність 900-14000 м3/год. Вони працюють по такій технологічній схемі. Гази, які необхідно очистити, проходять відбійники і вловлювачі для відокремлення завислих частинок і конденсату, захопленого газовим потоком. Потім гази нагрівають (спочатку в теплообмінниках-рекуператорах, а потім в підігрівачі) до температури реакції і спрямовують в реактор, розмір і конструкцію якого вибирають оптимальними для даного виробництва. Очищені гази охолоджують і випускають в атмосферу. Прикладом процесу каталітичного знешкодження газових викидів, який часто застосовують, є очищення хвостових газів від оксидів азоту при виробництві азотної кислоти (рис. 5.14). Після нагрівання в теплообміннику хвостові гази з температурою 145°С надходять в камеру згорання реактора катаРис.5.14. Схема установки каталітичного літичного очищення, де додаточищення хвостових нітрозних газів 1 - підігрівач хвостових газів; 2 - камера згоряння; ково нагріваються до 3903 - реактор каталітичного очищення; 550°С при змішуванні їх з гаря4 - газотурбінний агрегат; 5 - котел-утилізатор; чими топковими газами, які 6 - викидна труба утворюються під час згорання природного газу. Після камери згорання підігріті гази спрямовують в реактор каталітичного очищення, де відбувається знешкодження газів за реакціями: CH4 + 0.5O2 = CO + 2H2 + Q1; 243

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q2; 2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q3; 2CO + O2 = 2CO2 + Q4; 2H2 + O2 = 2H2O + Q5. Всі реакції йдуть з виділенням тепла, тому температура газу підвищується до 690-730°С в залежності від кількості кисню у хвостових газах, які надходять на очищення. З метою підтримування постійної температури газів, які виходять з реактора каталітичного очищення, в реактор додатково подають або повітря, або природний газ. Очищений газ на виході з реактора містить не більше 0.005 % (об.) оксиду азоту і не більше 0.1 % (об.) оксиду вуглецю. Очищені хвостові гази після реактора за температури близько 700°С використовують для обертання газової турбіни. При цьому температура газів знижується до 410°С. Запас енергії хвостових газів, що залишається, використовують для нагрівання води в котлі-утилізаторі, після чого хвостові гази викидаються в атмосферу. Описаний каталітичний процес дозволяє очистити відхідні гази до ГДК повітря при мінімальних енергетичних витратах. Основним апаратом каталітичного процесу очищення газів є реактор, роботу якого характеризують такі технологічні параметри: розрахункова витрата газу LР, м3/с, температура знешкодження Т, концентрація токсичних домішок в газі на вході С0, моль/м3, і виході С, моль/м3, з реактора. Товщину шару каталізатора без урахування втрат, м, визначають за формулою L P C0 − C , (5.39) δ= Sρ H S n v де S - площа шару каталізатора, м2; ρН - насипна щільність каталізатора (для гранульованих каталізаторів), кг/м3; Sп - питома поверхня каталізатора, м2/кг; v - швидкість гетерогенної каталітичної реакції, моль/(м2·с). Швидкість каталітичної реакції залежить від природи компонентів газу і каталізатора, температури процесу, а також від концентрації (парціального тиску) токсичних домішок. На практиці, поруч із швидкістю каталітичної реакції, для оцінки каталізаторів використовують їх продуктивність. Продуктивність каталізатора визначає кількість токсичної речовини в кг, яка знешкоджується в результаті каталітичної реакції за 1 годину, що припадає на 1 м3 каталізатора. Продуктивність сучасних каталізаторів становить 100-300 кг/(м3·год). Прикладом реактора каталітичного очищення газів є автомобільний нейтралізатор вихлопних газів, в якому, зазвичай, застосовують платиновий каталізатор. В нейтралізаторі відбувається глибоке окислення СО і вуглеводнів у широкому інтервалі температур (250-800°С) в присутності вологи, сполук сірки та свинцю.

b

244

g

5.3.1.4. Адсорбційно-каталітичне очищення газів Останнім часом з розвитком наукових засад каталітичних процесів і створенням апаратів для їх здійснення з’явилася можливість поєднання адсорбції і каталізу в єдину технологічну систему. Адсорбційно-каталітичні методи очищення газу ґрунтуються на поєднанні в одному реакційному об’ємі (але розділених у часі) процесів сорбції, каталітичного окислення домішок та регенерації адсорбента-каталізатора (рис.5.15). За допомогою цих методів можна очистити газ від різноманітних органічних домішок - відходів паливних, лакофарбувальних та інших виробництв, причому при змінних витратах газу і різних концентраціях Рис.5.15. Схема адсорбційнозабруднень. Умовою вибору компонентів для каталітичного методу очищення адсорбційно-каталітичними метознешкодження газу дами є достатньо висока екзотермічність про1 - адсорбційно-каталітичний апарат; 2 - каталітичний фільтр; цесу каталітичного окислення. І - забруднений газ; ІІ - повітря або Традиційним методом знешкодження покисень; ІІІ - чистий газ; IV - газ після дібних газів є термічний - спалювання компорегенерації нентів викидів у полум’ї вуглеводневого палива в циклонних або інших печах особливої конструкції. При термічному методі для газів з низькою концентрацією компонентів потрібні великі витрати палива. Порівняння адсорбційно-каталітичного і термічного методів показує, що енерговитрати в першому випадку на 2-3 порядки менші, ніж у другому, а екологічна ефективність суттєво вища. Оскільки як адсорбент-каталізатор використовують промисловий алюмосилікат, то новий метод характеризується високою економічністю. Технологія адсорбційно-каталітичного знешкодження газу передбачає створення універсальних модулів - основного адсорбційно-каталітичного апарату і додаткового невеликого каталітичного фільтра. В адсорбційно-каталітичному апараті відбувається поглинання основної маси компонента, який знешкоджується, і подальше каталітичне окислення в адіабатичному режимі при подачі повітря або кисню. Включення в систему послідовно каталітичного фільтра забезпечує запобігання можливих проскоків компонента, який знешкоджується, і цей апарат містить на порядок меншу кількість адсорбента-каталізатора. У зв’язку з його невеликим об’ємом і малою кількістю адсорбованих компонентів регенерація каталітичного фільтра передбачається при електропідігріванні, і весь апарат на стадії окислення працює в ізотермічному, а не в адіабатичному режимі. Комбінація подібних універсальних модулів дозволяє ефективно використовувати адсорбційно-каталітичні пристрої в багатьох системах локального очищення газових викидів. 245

Якщо ми хочемо досягнути якоїсь злагоди з природою, нам у більшості випадків необхідно прийняти її умови. Р.Ріклефс

5.3.2. Використання захисних властивостей рослин для очищення атмосфери Дуже ефективним способом боротьби з пилом та іншими забруднювачами є використання захисних властивостей рослин. Встановлено, що протягом вегетаційного періоду 1 га лісу може вилучити з повітря 40-60 т пилу та знешкодити більше 200-250 кг діоксиду сірки, 100 кг хлору і 50 кг фтору. Газостійкі рослини в декілька разів краще поглинають шкідливі речовини, тому потоки забрудненого повітря, проникаючи вглиб зелених насаджень середнього віку на 100-150 м, майже повністю звільняються від завислих речовин, а вміст інших домішок в них зменшується у десятки разів. Очисна здатність зелених насаджень, особливо влітку, перевищує вимивання домішок атмосферними опадами. Протягом року 1 га лісу очищує від пилу та інших шкідливих інгредієнтів більше 18 млн.м3 повітря, що в 3-10 разів більше, ніж польові рослини аналогічної площі. Крім того, 1 га лісу щодобово виділяє в атмосферне повітря 2-4 кг фітонцидів, 30 кг яких достатньо для знищення хвороботворних мікроорганізмів у великому місті. Крони дерев не тільки поглинають шкідливі інгредієнти і здійснюють їх детоксикацію, але й сприяють їх розсіянню в атмосфері, впливаючи на характер потоків у приземному шарі повітря. Однак слід враховувати, що при дуже високому ступені забруднення повітря рослини можуть виділяти у навколишнє середовище шкідливі речовини, іноді такі, що відрізняються за своїми властивостями від поглинутих ними. Встановлено, що коріння рослин може виділяти деякі шкідливі речовини, поглинуті їх наземною частиною (наприклад, сірку). Найважливіше завдання цивілізації - навчити людину мислити. Т.Едісон

5.3.3. Заходи щодо охорони атмосферного повітря на стадії проектування Розміщення, проектування і будівництво нових, реконструкція та технічне переоснащення діючих споруд (об’єктів) здійснюються згідно з державними будівельними нормами ДБН А2.2-1-95 “Проектування. Склад і зміст матеріалів оцінки впливу на навколишнє середовище (ОВНС) при проектуванні і будівництві підприємств, будинків і споруд. Основні положення проектування”. До проектних документів мають бути включені матеріали про вплив об’єктів на санітарний стан навколишнього природного середовища та передбачені заходи щодо максимально можливого зниження викидів забруднюючих речовин з використанням маловідходних і безвідходних технологій, 246

комплексного використання природних ресурсів, а також заходи щодо вловлювання, знешкодження і утилізації шкідливих викидів та відходів. При цьому передбачені заходи повинні забезпечити дотримання гранично допустимих концентрацій (ГДК) забруднюючих речовин в атмосферному повітрі сельбищної (житлової) зони та 0.8 ГДК в місцях масового відпочинку населення - територій, визначених місцевими органами: курортно-санітарних зон, будинків відпочинку, пансіонатів, баз туризму, дачних ділянок, міських пляжів, парків і спортивних баз. Забороняється проектування, розміщення, будівництво і введення в експлуатацію об’єктів, що є джерелами забруднення атмосферного повітря, на територіях з рівнями забруднення, які перевищують встановлені норми. Для об’єктів, що є джерелами забруднення атмосферного повітря, повинна бути організована санітарно-захисна зона (СЗЗ), розміри якої визначаються класом виробництва і підтверджуються розрахунками рівнів забруднення на основі прогнозу розсіювання в атмосфері шкідливих речовин, а також результатів лабораторних досліджень атмосферного повітря в районах розміщення аналогічних діючих об’єктів. Згідно із санітарною класифікацією підприємств (об’єктів, джерел викидів) встановлені такі розміри санітарно-захисних зон до границь житлової забудови (ДБН-360-92 “Планування і забудова міських і сільських поселень”): для підприємств 1 категорії шкідливості (найшкідливіші) 1000 м, 2 категорії 500 м, 3 категорії - 300 м, 4 категорії - 100 м і 5 категорії - 50 м. Санітарно-захисна зона не може розглядатися як резервна територія об’єкта і використовуватися для розширення промислової або сельбищної території. Перелік матеріалів щодо охорони атмосферного повітря при погодженні з органами охорони навколишнього природного середовища та санітарного нагляду на стадії вибору майданчика для будівництва включає: • обґрунтування вибору району, пункту, майданчика (траси) для будівництва, враховуючи особливості фізико-географічних і аерокліматичних умов, рельєфу місцевості та даних про фонове забруднення; • перелік забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу, з означеними для них ГДК чи ОБРВ з визначенням строку дії; • якісні і кількісні характеристики викидів забруднюючих речовин в атмосферу; • принципові рішення, що передбачені для запобігання забрудненню повітряного басейну і використання відходів виробництва; • дані про можливість аварійних та залпових викидів в атмосферу; • розрахунки очікуваного (прогнозованого) забруднення атмосферного повітря з урахуванням діючих (фонових) забруднень, об’єктів, що будуються, або будівництво яких планується; 247

• економічну ефективність здійснення природоохоронних заходів і оцінку екологічних збитків, завданих навколишньому природному середовищу забрудненням атмосферного повітря; • графічні матеріали: схеми ситуаційного плану із зазначенням діючих об’єктів та об’єктів, що будуються і заплановані, з визначенням “рози вітрів”, середньорічної та сезонної швидкості вітрів окремих румбів, розмірів санітарно-захисної зони, існуючих та перспективних районів житлово-громадського будівництва з нанесенням на неї даних про існуюче і очікуване забруднення атмосферного повітря, із зазначенням джерел викидів в атмосферу. Погодженню на стадії проектування з органами охорони навколишнього природного середовища і санітарного нагляду підлягають: • проектно-кошторисна документація на будівництво об’єктів, виконана з обґрунтованими відхиленнями від чинних будівельних норм і правил з охорони атмосферного повітря від забруднення, а також проектні рішення в галузі охорони атмосферного повітря, на які відсутні санітарні норми, правила і державні стандарти; • проектно-кошторисна документація, при розробці якої виникла необхідність зміни рішень у галузі санітарної охорони атмосферного повітря, погоджених при виборі майданчика (траси) для будівництва; • проекти реконструкції, технічного переозброєння, будівництва на діючому об’єкті нових цехів у випадку зміни класу шкідливості виробництва, якісних і кількісних характеристик викидів; • проектно-кошторисна містобудівна документація в галузі охорони атмосферного повітря; • проектно-кошторисна документація в галузі санітарної охорони атмосферного повітря, що вимагається органами держнагляду при проведенні вибіркового контролю за розробкою і прив’язкою проектів, що використовуються повторно. У проектах на будівництво нових, реконструкцію або технічне переозброєння діючих об’єктів повинні бути передбачені: • безвідходні і маловідходні технологічні процеси з обов’язковим обґрунтуванням можливості досягнення технологічних рішень, які приймаються в проекті; • комплексна і раціональна переробка природних ресурсів; • виробниче і санітарно-технічне обладнання, що забезпечує вловлювання, утилізацію, знешкодження викидів та відходів або повне виключення викидів забруднюючих речовин в атмосферу; • організаційні заходи, тобто створення служб з експлуатації газоочисних і пиловловлюючих споруд (установок), створення лабораторій з контролю за викидами в атмосферу, вмістом шкідливих речовин у зоні 248

впливу підприємства, заходи при несприятливих метеорологічних умовах або аварійних ситуаціях тощо. У технологічній частині проекту та в розділі “Охорона навколишнього природного середовища” повинні наводитись: • характеристика фізико-географічних і кліматичних умов району та будівельного майданчика і врахування їх при проектуванні заходів з охорони повітряного басейну; • обґрунтування прийнятих рішень з технології виробництва стосовно зменшення утворення та виділення забруднюючих речовин, порівняння їх з кращими вітчизняними і зарубіжними аналогами; • обґрунтування вибору обладнання і апаратури для очищення викидів в атмосферу, порівняння їх з передовими вітчизняними і зарубіжними аналогами; • пропозиції щодо запобігання аварійним і залповим викидам забруднюючих речовин; • обґрунтування заходів по зниженню викидів забруднюючих речовин в атмосферу в період несприятливих метеорологічних умов; • якісні і кількісні характеристики викидів шкідливих речовин в атмосферу окремими цехами, виробництвами, спорудами, пропозиції щодо гранично допустимих викидів; • дані про існуючі рівні забруднення атмосферного повітря (фонові концентрації) на підставі натурних досліджень або визначені розрахунком; • проект організації та упорядкування санітарно-захисної зони; • матеріали розрахунку забруднення атмосферного повітря в районі розміщення підприємства (джерел викидів) та його аналіз; • кошторисна відомість про витрати на реалізацію заходів з охорони атмосферного повітря; • результати розрахунків економічної ефективності здійснення повітроохоронних заходів і оцінка економічних збитків, що завдаються навколишньому природному середовищу внаслідок забруднення атмосферного повітря; • послідовність будівництва і пускові комплекси; • характеристика та обґрунтування способів контролю за кількістю і якістю викидів забруднюючих речовин; • перелік та характеристика науково-дослідних, експериментальних або дослідних робіт, які необхідно виконати для впровадження прийнятих рішень щодо охорони атмосферного повітря від забруднення та строки їх виконання; • ситуаційний план району розміщення підприємства (джерела викидів) з визначенням на ньому санітарно-захисної зони діючих підприємств 249

(джерел викидів) та тих, що будуються і плануються до будівництва, сельбищної території; • зони відпочинку, санаторіїв, пансіонатів та генплан майданчика будівництва з джерелами викидів в атмосферу (із санітарно-захисною зоною). Забороняється введення в дію об’єктів та пускових комплексів з недоробками, що заважатимуть їх нормальній експлуатації та дотриманню гігієнічних нормативів якості атмосферного повітря, з відхиленням від затвердженого проекту або складу пускового комплексу, а також без випробування і перевірки роботи всього встановленого обладнання (механізмів). При проведенні комплексних випробувань обладнання замовник повинен забезпечити проведення лабораторних досліджень з метою визначення якісного та кількісного забруднення атмосферного повітря в точках, які відповідають максимальному прогнозованому рівню забруднення.

250

We do not inherit the land, we borrow it from our children. Ми не отримали землю у спадок, ми взяли її в борг у наших дітей. Американське прислів’я

6. Ґрунтово-земельні ресурси та антропогенний вплив на літосферу Ґрунт - найважливіший елемент біосфери, без якого ніщо живе на Землі не могло б існувати. У кінцевому рахунку саме ґрунт та мікроорганізми, що його населяють, забезпечують і підтримують життя, утворюючи чисту воду, оптимальний склад повітря та розмаїття продуктів харчування. У ґрунті зосереджено близько половини рослинної речовини суші, а в пустелях, на високогірних плато, крутих схилах і в тундрі ґрунт - це майже єдина оселя живої речовини, основна маса якої представлена корінням рослин (на його частку тут припадає до 97 % всієї рослинної маси). Ґрунт є середовищем існування та субстратом для величезної кількості видів живих організмів (кількість бактерій у ґрунтах оцінюється в 1000-7000 кг/га, мікрогрибів - в 100-1000, водоростей - в 10-300, найпростіших - в 5-10, членистоногих - в 1000, дощових черв’яків - в 350-1000 кг/га [1]). Ґрунтова оболонка Землі - загальнопланетарна скарбниця, що зберігає ту частину сонячної енергії, вловленої рослинами в процесі фотосинтезу, яка перейшла у перегній (у перегної суші зосереджено 1019-1020 ккал енергії, накопиченої рослинами). Разом з перегноєм у ґрунті накопичуються й такі елементи, як вуглець, фосфор, азот, кальцій, магній, мідь, вторинні алюмосилікатні мінерали - необхідні елементи живлення рослин. Ґрунтова оболонка Землі - приймальник дощової води, що випадає на поверхню континентів, тому саме ґрунт визначає баланс прісної води на всій планеті, формує її стік та хімічний склад. Всюди, де є ґрунт, літосфера взаємодіє з атмосферою через нього. Ґрунтовий пил, піднятий в атмосферу, сприяє утворенню рідких опадів, зменшує прозорість повітря та знижує кількість променевої енергії, що досягає поверхні землі. Речовини, що потрапляють у ґрунт з атмосфери, взаємодіють з ним й інколи утворюють нові сполуки з різноманітною дією на ґрунт, рослинні та тваринні організми. Переміщування ґрунту водою й вітром призводить до формування мікрорельєфу. Родючий ґрунт з рослинністю, що його вкриває, перешкоджає розмиванню та знесенню підстилаючих порід. З ґрунту в процесі стоку у водойми надходить маса органогенних речовин, що сприяють розвитку водних організмів. Ґрунтовий покрив та мікроорганізми, які його населяють, виконують роль універсального біологічного адсорбенту - споконвічного чистильника й нейтралізатора забруднень. Людство здавна безкоштовно користувалося “самоочищенням природи” для знешкодження побутових і господарських відходів. 251

Ще одна найважливіша роль системи “ґрунт-рослини” полягає у забезпеченні людства продуктами харчування, біологічною сировиною, матеріалами і паливом. Разом з материнськими породами ґрунти використовуються в різноманітних земляних спорудах, а ділянки земної поверхні - під різного роду будівництво, лісорозведення тощо. Таким чином, незважаючи на виключне значення ґрунтів у сільськогосподарському виробництві, використання та охорона ґрунтово-земельних ресурсів мають здійснюватися з урахуванням їх важливої ролі у природі та житті людини. Не піднімешся в гори - не пізнаєш висоти неба, не спустишся в безодню - не пізнаєш товщі землі. Китайське прислів’я 6.1. Загальні відомості про літосферу

Верхня “тверда” оболонка Землі, яка включає земну кору з частиною верхньої мантії Землі і складається з осадових, вивержених та метаморфічних порід, називається літосферою (від гр. líthos - камінь). Потужність літосфери становить 25-200 км, у тому числі земної кори - до 30-80 км на континентах і 5-10 км під океаном. Земна кора - тонка верхня оболонка Землі становить всього близько 1 % маси планети. Вісім елементів - кисень, кремній, водень, алюміній, залізо, магній, кальцій і натрій - складають 99.5 % земної кори. На континентах кора тришарова: осадові породи вкривають граніти, які залягають на базальтах. Під океаном кора “океанічного”, двошарового типу: осадові породи залягають просто на базальтах, а гранітного шару немає. Розрізняють також перехідний тип земної кори - острівно-дужні зони на околицях океану та деякі ділянки на материках (наприклад, Чорне море). Літобіосфера - це частина літосфери, яка займає верхні шари земної кори (до 2-3 км, за деякими даними - до 6-8.5 км) з живими організмами та шарами біогенних осадових порід. Проміжне положення між приземним шаром атмосфери (аеробіосферою), зеленим рослинним шаром (фітобіосферою) та літобіосферою займає педосфера - ґрунтовий шар Землі (за В.I.Вернадським, кора вивітрювання). При цьому слід розрізняти поняття ґрунту та землі. Ґрунтом називають поверхневий шар земної кори, що утворюється при сукупній дії води, повітря та організмів на гірські породи, а під землею розуміють найважливішу частину навколишнього природного середовища, що характеризується простором, рельєфом, ґрунтовим покривом, рослинністю, надрами, водами і є головним засобом виробництва в сільському й лісовому господарствах, а також просторовою основою для розміщення усіх галузей господарства. 252

Формування на поверхні літосфери особливого шару - ґрунтового покриву є унікальним породженням біосфери в результаті взаємодії з іншими природними оболонками Землі. Педосфера залежить від стану усіх трьох перелічених підсфер, а отже виявляється найбільш вразливою до порушень будьякої з них. Актуальність екологічного вивчення літосфери зумовлена тим, що вона є середовищем усіх мінеральних ресурсів, одним із основних об’єктів антропогенної діяльності, адже через значні зміни цієї частини Землі розвивається глобальна екологічна криза. З різними породами земної кори, як і з її тектонічними структурами, пов’язані різноманітні корисні копалини: горючі, металічні, будівельні тощо. У межах літосфери періодично відбувалися й відбуваються грізні екологічні процеси (зсуви, селі, обвали, ерозія), які мають величезне значення для формування екологічних ситуацій у певному регіоні планети, а іноді призводять до глобальних екологічних катастроф. У верхній частині континентальної земної кори розвинені ґрунти, значення яких для людини важко переоцінити. It doesn’t mean shit to a tree. “Jefferson Airplane” 6.2. Ґрунти та ґрунтоутворення

Ґрунти являють собою самостійне природно-історичне органо-мінеральне тіло природи, яке утворюється в гравітаційному полі Землі в результаті дії живих та мертвих організмів і природних вод на поверхневі горизонти гірських порід у різноманітних умовах клімату й рельєфу. У природі ґрунт займає проміжне положення між світом живих організмів та неорганічною природою: його не можна вважати ні чисто мінеральним, ні виключно органогенним утворенням (В.В.Докучаєв). Ґрунт є складною і змінною системою, у складі якої виділяють декілька відносно однорідних підсистем: • грубозерніста фракція - уламки первинних мінералів гірських порід; • тонка (дрібнодисперсна) фракція - вторинні глинисті мінерали, гумус тощо; • плівки-гелі, що вкривають частинки і складаються з оксидів заліза, марганцю, алюмінію, кремнієвої кислоти, органічних речовин, солей тощо; • флора й фауна - корені рослин, мікроорганізми, що приймають участь в розкладанні мертвих залишків, та макроорганізми, наприклад, черви, комахи, деякі ссавці, які, рухаючись у ґрунті, сприяють його перемішуванню; • ґрунтові розчини; • ґрунтова атмосфера - гази. 253

Процес формування ґрунтів в результаті взаємодії організмів і продуктів їх життєдіяльності з гірськими породами та продуктами їх вивітрювання називають ґрунтоутворенням. Серед основних факторів ґрунтоутворення чільні місця посідають такі: • материнські гірські породи, на яких сформувався ґрунт; • жива речовина (рослини, тварини, мікроорганізми); • клімат (насамперед співвідношення тепла і вологи); • рельєф (крутизна схилів, коекспозиція тощо); • гідрогеологічні особливості (в першу чергу глибина залягання і склад ґрунтових та підґрунтових водоносних горизонтів) та ін. Ґрунтотворні материнські породи являють собою літосферну основу формування ґрунтів, від якої залежать мінеральний і значною мірою хімічний склад ґрунту. Саме розмаїття материнських порід є однією з головних передумов строкатості ґрунтового покриву Землі (тільки в Україні нараховується близько 650 видів різних ґрунтів). Всі гірські породи, навіть найміцніші з них, під дією сонячних променів, води, кисню і вуглекислоти, а також внаслідок діяльності рослин і тварин неухильно руйнуються - цей процес називають вивітрюванням. Розрізняють вивітрювання фізичне (під впливом коливань температури і дії води), хімічне (під впливом різних газів і водяної пари, що містяться у повітрі) та органічне (спричинене рослинами і тваринами). Ґрунти не могли б також сформуватися без участі органічного світу - діяльність живих організмів часто навіть розглядають як провідний фактор ґрунтоутворення. Першопоселенцями на поверхні гірських порід виступають мікроорганізми, які готують субстрат для поселення рослин. Рослини, в свою чергу, корінням розпушують породу і змінюють її своїми метаболітами, забирають з ґрунту воду та мінеральні солі, а потім, відмираючи, повертають значно більше від того, що було взято в ґрунту (разом з додатковою кількістю органічної речовини ґрунти одержують і додаткову енергію, що була накопичена рослинами в процесі фотосинтезу). Тварини, що населяють ґрунт, розпушують його, перемішують мінеральну і органічну речовину, полегшують проникнення у ґрунт повітря і води, чим прискорюють розклад органічних речовин, який здійснюється, головним чином, мікроорганізмами (бактеріями, грибами тощо). Таким чином, ґрунтоутворення є важливою частиною біологічного кругообігу речовин і енергії. Ґрунти разом з організмами утворюють складні екосистеми, які виконують у біосфері найважливіші функції, а саме: • безперервне протікання процесів біогенного накопичення, трансформації та перерозподілу сонячної енергії, яка надходить на земну поверхню; • підтримання планетарного кругообігу біогенних елементів. 254

Найважливішою особливістю ґрунтів є їх родючість, тобто здатність забезпечувати рослини необхідними мінеральними солями, органічними речовинами і вологою та давати врожай. У процесі біохімічного розкладу органічної речовини (вуглеводів, білків, жирів, лігніну, пектину, цукру та інших речовин, що містяться в рослинних і тваринних залишках та продуктах життєдіяльності організмів) при затрудненому доступі кисню утворюються як неорганічні сполуки (10-15 %) - вуглекислий газ, вода, аміак, окиси азоту тощо, так і нові, своєрідні й більш стійкі високомолекулярні органічні речовини (8590 %) - гумінові кислоти, фульвокислоти та їх солі, сукупність яких називають гумусом1, а процес його утворення - гуміфікацією. Слід особливо підкреслити, що гуміфікація - це не тільки розклад, але й синтез органічних речовин. Гумус виступає як головний елемент, що забезпечує родючість ґрунтів. Його кількість у ґрунтах залежить від комплексу природних умов і змінюється в різних фізико-географічних зонах у широких межах (кращі чорноземи містять до 70-90 % гумусу). Проте, крім органічних сполук, вуглецю та азоту, ґрунти повинні давати рослинам достатню кількість фосфору, сірки, калію, кальцію, магнію і натрію, а також у невеликих кількостях необхідні для життєдіяльності бор, цинк, кобальт, марганець тощо. Кожний з цих елементів необхідний не тільки в мінімальних кількостях, але й обов’язковий з умови збереження рівноваги: від великої кількості кількох поживних речовин мало користі, якщо якась інша поживна речовина відсутня або її недостатньо. Це було відмічено у 1840 р. Лібіхом (закон мінімуму). Крім того, надлишок поживних речовин також може бути шкідливим. Наприклад, хлорид натрію необхідний рослинам у незначній кількості, проте його надлишок у ґрунті спричинює зникнення багатьох видів рослин, за винятком солестійких (галофітів). Це є основою закону толерантності. Обидва закони справедливі тільки у першому наближенні, оскільки багато рослин здатні адаптуватися до відсутності чи нестачі поживних речовин, замінюючи їх близькими за властивостями. Кліматичні фактори впливають на процеси ґрунтоутворення як безпосередньо, так і через інші групи факторів (материнські породи, організми, підземні води тощо). Саме кліматичними умовами визначається одна з найважливіших планетарних рис у розміщенні ґрунтового покриву - його зональність. Найродючіші та найпотужніші ґрунти - чорноземи - формувалися протягом тисячоліть у зонах лугових степів, де був сприятливий клімат (тепле літо, кількість опадів - 500-600 мм на рік) і оптимальні умови для розвитку багатої 1

Часто-густо в літературі використовують розмовний еквівалент терміну “гумус” - перегній, проте таке використання є науково некоректним. Поняття “гумус” виключає живі організми та їх залишки, що не втратили тканинну структуру, а перегній в розумінні грубий гумус, навпаки, такі залишки передбачає, перегній у широкому розумінні до того ж не виключає й наявності в ньому живих організмів - нижчих (мікроорганізмів) та вищих (личинок комах тощо). 255

трав’яної рослинності. Північніше, де вологи більше, але не досить тепло, в лісовій зоні, утворилися темно-сірі, сірі й світло-сірі ґрунти (підзолисті, дерново-підзолисті, болотні) та торфовища. Південніше, де тепла більше, ніж у степовій зоні, але значно менше вологи, рослинність бідна, ґрунтоутворення відбувалося слабше. Тут, у сухих степах, напівпустелях і пустелях переважають бурі, сіро-бурі й каштанові ґрунти, сіроземи, солонці та солончаки. Більшість ґрунтів одержує воду через атмосферні опади. Інфільтруючись у розпушену (порівняно з материнськими покладами) товщу ґрунту, ця вода розчинює і переміщує донизу частину речовин. Велике значення у процесах ґрунтоутворення також мають і підземні води. Так, при неглибокому заляганні підґрунтових водоносних горизонтів помітно змінюється повітряний режим ґрунтів, в яких залишаються різні сполуки - це часто призводить (навіть в умовах гумідного1 клімату) до засолення ґрунту. Ґрунти, в живленні яких крім атмосферних опадів беруть участь підземні чи поверхневі води, називають гідроморфними. Вплив рельєфу на ґрунтоутворення проявляється, головним чином, опосередковано, тобто через діяльність інших факторів. Так, наприклад, у зниженнях поверхні землі часто формуються гідроморфні ґрунти (лучні, болотні, солончаки та ін.), а на слабодренованих ділянках межиріч домінують плакорні (вододільні) ґрунтові різновиди, що утворюються при відносно глибокому заляганні підземних вод. Принципове значення, у тому числі й з позицій екології, має ступінь змитості ґрунтів на схилах, тобто переміщення часток ґрунту під дією води і сил гравітації з верхніх ділянок схилів донизу, причому вирішальну роль тут відіграють саме особливості рельєфу. Нарешті, загальне землезнавче значення має зумовлена рельєфом вертикальна поясність кліматичних умов на Землі, яка виступає основною передумовою вертикальної поясності ґрунтового покриву. Величезне значення у ґрунтоутворенні має також фактор часу, протягом якого взаємодіють всі згадані вище передумови. В еволюції ґрунтів відмічають декілька стадій. Молоді ґрунти є результатом поступового вивітрювання материнської (ґрунтопідстилаючої) породи. Закінчується процес еволюції ґрунтів при досягненні їх рівноваги з рослинністю і кліматом, яка може порушуватися під дією природних чи антропогенних чинників. Природа в процесі еволюції виробила самовідновний механізм ґрунтоутворення та здатність оптимального пристосування до різноманітних несприятливих умов. Проте будь-яка суттєва зміна факторів ґрунтоутворення призводить до зміни швидкості цього процесу. Так, на оброблюваних полях ґрунт формується дуже повільно, оскільки від 40 до 80 % біомаси культурних рослин вилучається при збиранні врожаю.

1

Гумідність - надлишкове зволоження. 256

Чутливість процесів утворення ґрунтів до найменших змін, що відбуваються у географічній оболонці, ставить їх у пряму залежність і від господарської діяльності людини. Масове розорювання ґрунтів, внесення добрив, широкомасштабні гідротехнічні меліорації тощо виступають як вирішальні фактори антропогенної трансформації ґрунтового покриву і породжують цілу низку екологічних проблем. Техногенне навантаження нині зростає до розмірів, які перевищують поріг сталості екосистем, у тому числі й ґрунтів. Зруйнований ґрунт відновити у його первісному стані практично неможливо. У зв’язку з тим, що збереження природної родючості ґрунтів залежить від співвідношення швидкостей ерозії ґрунтів та ґрунтоутворення, то ці процеси повинні знаходитись під постійним наглядом спеціалістів. Якщо хочете вдало вкласти гроші, то купуйте землю - її більше не роблять! Марк Твен 6.3. Ґрунтово-земельні ресурси світу та України

Вся площа суші Землі дорівнює 14.8 млрд.га (148 млн.км2), з них 4.06 млрд.га (28 %) займають ліси, 6.7 млрд.га (45 %) - пустелі, льодовики, населені пункти, 2.6 млрд.га (17 %) - луки та пасовища і лише 1.45 млрд.га (10 %) орні землі. Оброблюваний ґрунт планети - луки, пасовища, орні землі - в розрахунку на душу населення становить тільки 1 га, а орні землі - лише 0.4 га, і ці показники постійно зменшуються через невпинний приріст населення. Ґрунти нині вкривають майже всю сушу, за винятком місць, зайнятих льодовиками та споконвічними снігами (11 % площі планети), барханами, скелями, каменистими розсипами, галечниками та піщаними пляжами, вулканічним попелом. Відомі також і викопні ґрунти, захоронені під різноманітними покладами, льодовиками та вічними снігами. Україна має могутній земельний фонд (рис.6.1), Болота Під водою Подвір'я і вулиці Під дорогами 1.5% 4.1% 3.3% 1.7% який становить 60.4 млн.га Багаторічні і включає 41.84 млн.га насадження 1.7% сільгоспугідь (69.3 % території країни), у тому Інші землі Орні землі 2.9% 55.6% числі 33.19 млн.га ріллі Лісові площі (55.6 %) та 7.63 млн.га 15.4% (12.6 %) природних корДеревночагарникові мових угідь - сіножатей і насадження Сіножаті Пасовища 1.5% 3.8% 8.5% пасовищ [73] (для порівняння, Франція і Турція, Рис.6.1. Земельний фонд України [61] які мають приблизно таку ж саму чисельність населення, відрізняються значно меншою площею розораних земель - відповідно 17 і 19 млн.га). Тільки 8 % території країни ще знаходяться в природному стані - це болота, озера, а також гірські масиви, покриті 257

і непокриті лісом. В розрахунку на одного мешканця України припадає 0.82 га сільгоспугідь, у тому числі 0.65 га ріллі, тоді як у середньому по Європі ці показники становлять відповідно 0.44 та 0.25 га. Якщо Україна в Європі займає 5.7 % території, то її сільгоспугіддя - 18.9 %, а рілля - 26.9 %. За ґрунтовим складом територію України можна умовно поділити на чотири регіони [40]: Причорноморська низовина та північна частина Кримського півострова, де переважають каштанові ґрунти; Карпати та Кримські гори гірські (в основному бурі) ґрунти; Передкарпаття та Українське Полісся - дерново-підзолисті ґрунти; решта - чорноземи. Природна якість земельних угідь України має серед інших країн один з високих рейтингів за родючістю ґрунтів: близько 42 % її території покрито найбільш родючими чорноземами і лучно-чорноземними ґрунтами, які займають найбільшу площу степу і лісостепу. Ґрунти дещо меншої родючості (дерново-підзолисті, сірі і світло-сірі лісові, південні чорноземи, темно-каштанові та ін.) займають близько 30 % території, значно понижені по родючості (оглеєні, солонці та ін.) - 20 %, найменш родючі (кам’янисті) - 8 % [61]. Ти ж - цар природи! Ліси й луги - твої усі... Твої - озера і затоки, Твій край - далекий і близький. ...Та всі царі були жорстокі. А ти який? А ти який? Микола Сом 6.4. Основні причини деградації та забруднення ґрунтів

Сучасні оброблювані та деякі необроблювані ґрунти являють собою не тільки результат складних природних процесів, але й певною мірою продукт багатовікової праці людини. В зв’язку з цим відомий ґрунтознавець В.В.Докучаєв до факторів ґрунтоутворення включав і діяльність людини. Ця діяльність настільки істотна, що більшість сучасних оброблюваних ґрунтів цілком правомірно вважати штучними, що не мають собі подібних у минулій історії планети. Вплив людини на ґрунти відбувається не тільки в процесі їх обробітку. Істотних змін ґрунти зазнають в результаті випасання худоби, лісових пожеж, зведення лісів, зміни водного балансу, забруднення природного середовища та багатьох інших факторів людської діяльності. Деякі з антропогенних факторів сприяють підвищенню родючості та покращанню інших властивостей ґрунту. Таке значення мають: правильний обробіток, внесення добрив, осушування та зрошування, захист від руйнування (ерозії), охорона ґрунтової флори й фауни, регулювання випасу худоби, полезахисне лісорозведення та деякі інші заходи. На жаль, дотепер не відомі шляхи збільшення площі ґрунтів або ж прискорення процесів ґрунтоутворення. 258

Ряд інших факторів призводить до погіршення якостей ґрунту, зменшення його родючості та скорочення площі. До таких чинників відносяться: винесення поживних речовин із врожаєм; забруднення ґрунтів шкідливими для рослин та ґрунтових процесів речовинами; нерозважливе господарювання, що призводить до посилення ерозії; засолення ґрунту внаслідок зрошування; перезволоження, яке спричинює заболочування; ущільнення ґрунту через нерегульоване випасання худоби та застосування важкої сільськогосподарської техніки; зміни ландшафту, які призводять до осушування чи заболочування внаслідок зміни мікроклімату та кругообігу вологи; безпосереднє руйнування в процесі розкорчовування, будівництва, видобутку корисних копалин та іншими шляхами; займання ґрунтів під споруди, будівлі, водосховища, дороги тощо. Шкода, що завдається світовому фонду ґрунтів, досягла нині величезних, загрожуючих розмірів, оскільки зменшення площі ґрунтів відбувається в тисячі разів швидше, ніж їх утворення. За підрахунками американського ґрунтознавця Д.Беннета [46], для відтворення шару ґрунту в 2.5 см необхідно 3001000 років, а у 18 см - 2-7 тис. років. У той же час, для знищення ґрунту, навіть на значних площах, достатньо одного-двох десятків років. За допомогою сучасної техніки великі площі ґрунту інколи знищуються (перемішуються з материнськими породами, скидаються у відвали) протягом декількох днів. За даними ЮНЕП, щорічно через вплив на ґрунти вітрів, ураганів, хімізації, будівництва населених пунктів, доріг, промислових об’єктів, аеродромів і розвиток кар’єрів у всьому світі губиться від 5 до 7 млн.га родючих земель. А в умовах зростаючого дефіциту продуктів харчування нині кожна п’ядь землі, на якій можна виростити щось їстівне, має величезне значення і повинна охоронятися. Нижче коротко розглядаються наслідки негативного впливу людської діяльності на ґрунтово-земельні ресурси. Хліб по хлібу сіяти - ні молотити, ні віяти. Українське прислів’я

6.4.1. Зменшення родючості ґрунтів Винесення з ґрунту разом з врожаєм хімічних речовин та окремих елементів (азоту, фосфору, калію та у меншій кількості сірки, кальцію, магнію тощо) є неминучим і постійним процесом: за допомогою кореневої системи рослини забирають з ґрунту мінеральні солі, необхідні для побудови тканин, і, тим самим, вилучають з нього частину елементів. Якщо в лісах при листопаді у ґрунт повертається більша частина вилучених поживних речовин (Ca, K, P, N), то деякі польові рослини (злакові, картопля та ін.) вилучають з ґрунту більше біогенних елементів, ніж повертають в нього. Бобові культури (конюшина, люцерна та ін.) становлять виняток, оскільки їх корені мають бульбочки - симбіотичні бактерії, які сприяють фіксації азоту у ґрунті; в цьому ви259

падку з ґрунту вилучається лише кальцій. Використовуючи біологічну культивацію, у ґрунт повертають елементи в органічній формі, вилучені з врожаєм, а значить і відпадає необхідність у внесенні мінеральних добрив та зменшується можливість забруднення ґрунтів. За відсутності внесення добрив встановлюється відповідність між розміром врожаю та здатністю ґрунту відновлювати кількість винесених речовин, родючість ґрунту при цьому буде мінімальною. Відновлення колишньої родючості можливе лише за допомогою внесення дефіцитних хімічних елементів та сполук у вигляді добрив. Частіше за все вносять нітрат амонію, нітрат кальцію, сульфат амонію та сечовину, фосфор вносять у вигляді суперфосфатів, а кислі ґрунти нейтралізують вапняком та гіпсом. Поновлення втрат гумусу проводиться з використанням органічних добрив та рослинних залишків сільськогосподарських культур і, в першу чергу, багаторічних трав. Необхідно точно знати, яка кількість біогенних елементів вилучається з ґрунту разом із врожаєм, щоб повернути йому таку ж кількість з добривами. Тільки такий підхід забезпечує сталість продуктивної здатності ґрунтів, інакше їх родючість буде невпинно зменшуватись. Так, приміром, за даними Рівненської обласної державної проектно-розвідувальної станції хімізації сільського господарства [21], для забезпечення бездефіцитного балансу гумусу в Рівненській області необхідно вносити не менше 14 т/га стандартного гною, проте фактично в 1999 р. внесено лише 3.2 т/га. Внесення мінеральних добрив в області зменшилося до 40 кг поживних речовин на 1 га. Такий низький рівень застосування мінеральних добрив зберігається протягом останніх років і забезпечує повернення лише 50 % фосфору і 40 % калію, вилучених із врожаєм. Поряд з недостатнім внесенням мінеральних добрив порушений баланс між азотом, фосфором, калієм: азотних добрив використовується в 5-6 разів більше, ніж калійних і фосфорних. Переважно одностороннє повернення азоту сприяє більш інтенсивному вилученню фосфору і калію та збідненню ґрунтів на ці елементи. Крім того, азотні добрива, підкислюючи ґрунт, знижують стійкість рослин до хвороб, підсилюють зростання бур’янів, що у кінцевому рахунку негативно впливає на якість продукції та призводить до нераціональних втрат поживних речовин. В комплексі з іншими факторами збіднення ґрунтів сільгоспугідь на вміст гумусу й інших потрібних речовин та підвищення їх кислотності призводить до падіння врожайності. Так, зокрема, з 1990 р. врожайність зернових і зернобобових в Рівненській області зменшилася майже вдвічі, цукрових буряків - на третину, картоплі - на 16 %. Те саме стосується й інших регіонів України. Так, за 100 років (з 1881 р. по 1981 р.) вміст гумусу в ґрунтах України зменшився майже на третину: було 4.2 %, стало 3.2 %. Втрати гумусу становлять близько 24 млн.т щороку, з кожного гектара втрачається 500-700 кг поживних речовин, що у 2-3 рази більше, ніж вноситься з добривами [61]. 260

У кризовому стані нині знаходиться чимало ґрунтів світу. Проблема відродження колишньої родючості набуває сьогодні широкого міжнародного значення у зв’язку з гострою необхідністю підвищення врожайності для забезпечення основними продуктами харчування швидко зростаючої кількості населення планети. Як сказано в одній з останніх доповідей ООН про стан земельних ресурсів світу, через широкомасштабну загибель родючих земель подальше існування нашої цивілізації поставлене під загрозу. Теперішнє завжди тяжке майбутнім. Готфрід В. Лейбніц

6.4.2. Забруднення ґрунтів засобами хімізації і техногенними викидами Проблема забруднення ґрунтів різноманітними речовинами та шкідливими для людини організмами набуває з кожним роком все більшого значення і загрожуючих масштабів, особливо у зв’язку з бурхливим розвитком хімізації усіх галузей господарства та побуту. Виробнича діяльність людини призводить до інтенсивного забруднення ґрунтів важкими металами й іншими токсичними речовинами аж до утворення антропогенних геохімічних аномалій навколо промислових центрів та вздовж транспортних магістралей. Розрізняють багато форм забруднення ґрунтів, у тому числі радіоактивне, мікробне тощо. Забруднення ґрунтів змінює хід процесу ґрунтоутворення (часто-густо сповільнює його), різко зменшує врожаї, призводить до накопичення забруднювачів у рослинах, звідки вони прямо чи опосередковано (через рослинні або тваринні продукти харчування) потрапляють в організм людини, врешті, забруднення ґрунтів призводить до уповільнення прцесів самоочищення ґрунтів від хвороботворних та інших небажаних мікроорганізмів, що створює небезпеку захворювань та мікробіологічного забруднення. Приміром, у незабруднених ґрунтах збудники дизентерії, тифу та паратифу зберігаються протягом 2-3 діб, а при послабленому самоочищенні ґрунтів збудники дизентерії зберігаються декілька місяців, тифу та паратифу - до півтора року. В наземних трофічних ланцюгах, які призводять до надходження токсичних хімічних речовин в організм людини, ґрунт є найбільш місткою та інерційною ланкою, через що від нього багато в чому залежить швидкість розповсюдження речовин в усьому ланцюгу. До того ж ґрунт є посередником між атмосферою і гідросферою для всієї кількості забруднюючих речовин, що викидаються людиною в атмосферу, досить часто в атмосферу ці речовини надходять з літобіосфери. Забруднюючі речовини, що відкладаються на поверхні ґрунту, можуть переміщуватися (мігрувати) у горизонтальному та вертикальному напрямках під дією різних процесів. Причиною горизонтального руху забруднювачів може бути поверхневий стік внаслідок сильної зливи. В суху погоду переміщення забруднювачів може відбуватися в результаті вітрового перенесення разом із пилом. Міграція забруднюючих речовин донизу вздовж профілю ґрунту може 261

бути наслідком механічного перенесення частинок, на яких сорбуються ці речовини, а також результатом власного переміщення вільних іонів з водою через тріщини, які утворюються в ґрунті в суху погоду. На оброблюваних ґрунтах забруднювачі виявляються порівняно рівномірно перемішаними в межах орного шару. Навіть на цілинних ділянках можливе механічне перенесення забруднюючих речовин внаслідок риючої діяльності ґрунтових тварин чи вимивання частинок донизу вздовж ґрунтового профілю. Слід зазначити, що практично будь-яке переміщування забруднювачів у ґрунті аж до їх поглинання живими організмами відбувається за участю води. Різноманітні ксенобіотики1, що потрапляють у ґрунт, а потім через природні ланцюги - в організм, можуть залежно від своїх хімічних та біологічних властивостей, поглинутої дози та ступеня адаптаційно-компенсаторних резервів2 людини негативно впливати на стан її здоров’я і викликати різні захворювання. Так, відомо, що солі важких металів можуть підвищувати ризик виникнення макроелементозів, гепатитів, кардіо-, нефро- та енцефалопатій, новоутворень тощо. Канцерогенну дію мають також нітрати. Стічні води та їх осади, що використовуються для зрошення та підживлення сільськогосподарських культур, часто стають причиною паразитарних та інфекційних захворювань. Помічено, наприклад, що населення, яке мешкає в зонах впливу зрошувальних систем, де широко використовуються міські стічні води і їх осади, більше хворіє на кишкові хвороби та гельмінтози [65]. Забруднення ґрунтів може відбуватися в результаті: • внесення на сільськогосподарські поля мінеральних та органічних добрив, пестицидів; • утворення промислових і побутових відходів, різних видів стічних вод та їх осадів, зокрема тих, що використовуються як добрива та з метою зрошення, у тому числі й через внесення на поля відходів тваринницьких комплексів (ферм) та індивідуальних господарств; • надходження на поверхню ґрунтів різних ксенобіотиків з викидів в атмосферне повітря промислових підприємств і автотранспорту, а також радіонуклідів. В розвинених країнах світу збільшення сільськогосподарської продукції на 50-60 % зв’язане із застосуванням мінеральних добрив, які дозволяють задовольнити потреби рослин в основних елементах живлення, а також значно підвищити врожайність сільськогосподарських культур. Проте, пошук 1

Ксенобіотики (від гр. xénos - чужий та bíos - життя) - чужорідні для організмів сполуки (промислові забруднення, пестициди, препарати побутової хімії, лікарські засоби тощо). Потрапляючи у навколишнє середовище в значних кількостях, ксенобіотики можуть спричинювати загибель організмів, порушувати рівновагу природних процесів у біосфері. 2 В живих організмах у відповідь на подразники навколишнього середовища включаються захисні механізми систем адаптації чи компенсації, які мають забезпечити стабільність внутрішнього середовища організму (гомеостаз) і відновити зруйновані функції. Результат залежить від співвідношення кількості ушкоджених тканин і захисно-відновної здатності організму. 262

максимальної продуктивності при індустріальній експлуатації земель призводить до перенасичення ґрунтів мінеральними добривами. При цьому часто забувають, що підвищення врожайності має тенденцію до уповільнення із збільшенням кількості внесених добрив. Так, за даними Б.Коммонера, тільки 50 % добрив, що викоритовуються в агроекосистемах США, засвоюються рослинами, решта ж - накопичується у ґрунті, надходить у підземні і поверхневі води та призводить до евтрофікації водойм. В Україні значні втрати й нераціональне використання мінеральних добрив зумовлені, перш за все, слабкою забезпеченістю складськими приміщеннями для зберігання добрив (тільки 54 % їх потреби) та сільськогосподарськими машинами для їх внесення (40-50 %) [61]. Негативні екологічні наслідки спричинені також порушенням балансу хімічних речовин, що входять до складу добрив. Так, широке застосування азотних добрив призводить до збільшення вмісту азоту нітратного в сільськогосподарських рослинах, що підвищує загрозу отруєння тварин і людей. Зловживання мінеральними добривами погіршує якість сільськогосподарської продукції. Наприклад, шпинат, кріп, салат і петрушка накопичують нітрати, а їх споживання призводить до метагемоглобінемії - порушення кисневого обміну. При взаємодії з бактеріальною флорою кишкового тракту нітрати перетворюються на дуже токсичні нітрити (особливо небезпечні для людей похилого віку та дітей із серцево-судинними хворобами), а останні - на ще більш токсичні нітрозоаміни, які мають канцерогенні властивості. Оскільки мінеральні добрива застосовують у неочищеному вигляді, то разом з ними в ґрунти потрапляють метали та металоїди, що є малорухомими у цьому середовищі (їх мобільність збільшується в ряду: Hg, Pb > As, Cd > Zn) і накопичуються у поверхневих горизонтах, де зосереджена коренева система рослин. Використання фосфорних добрив призводить до накопичення в ґрунтах фтору, стронцію, урану, торію і радію. Особливо негативно на ґрунти та біологічні системи впливають хімічні засоби захисту рослин (отрутохімікати, або пестициди): накопичуючись у ґрунті, вони змінюють його фізичні і хімічні властивості, зменшують кількість ґрунтових мікроорганізмів та знижують родючість. Проте реальною небезпекою для людини недозованого застосування пестицидів є залишок їх у ґрунті, рослинах, воді та продуктах харчування. Потрапляючи в організм людини, пестициди завдають значної шкоди її здоров’ю. Пестициди (від лат. pestis - зараза та caedo - вбиваю) - це загальноприйнята назва хімічних препаратів, що застосовуються у сільськогосподарському виробництві для захисту рослин і тварин від шкідників та хвороб. Вони являють собою різноманітні хімічні сполуки, здатні знищувати або припиняти розвиток бур’янів, шкідників, мікроорганізмів, що викликають псування сільськогосподарської продукції, паразитів та переносників хвороб людини і тварин. За способом дії на шкідників пестициди поділяють на такі основні групи: 263

• гербіциди (від лат. herba - трава) - засоби знищення небажаної рослинності, головним чином бур’янів; вони поділяються на гербіциди суцільної й вибіркової дії і включають також арборициди (від лат. arbor - дерево) - препарати для знищення деревно-чагарникової рослинності та альгіциди (від лат. alga - морська трава, водорість) - препарати для знищення водної рослинності; • інсектициди (від лат. insectum - комаха) - засоби боротьби зі шкідливими комахами; вони включають: антифіданти, або репеленти (від лат. repello - відганяю, відлякую) - відлякуючі засоби, атрактанти (від лат. attraho - притягую) - приваблюючі засоби та хемостерилізатори - засоби стерилізації комах; • фунгіциди (від лат. fungus - гриб) - засоби боротьби з грибковими та вірусними захворюваннями; • нематициди (від нематоди - круглі черви) - засоби знищення шкідливих рослиноїдних круглих черв’яків (нематод); • бактерициди (від гр. baktérion - паличка) - засоби знищення збудників хвороб та ін. Отруйні та відлякуючі препарати, які застосовують для обкурювання сільгоспугідь, скотних дворів та побутових приміщень, називають фумігантами (від лат. fumigo - обкурюю, димлю). Крім того, застосовують дефоліанти (від лат. de... та folium - лист) - засоби видалення листя (наприклад, бавовнику при механічному зборі). Перспективними є пестициди, що відрізняються високою специфічністю дії - статеві атрактанти, репеленти і хемостерилізатори. Хімічні засоби захисту рослин набули широкого застосування в усьому світі. Середні витрати пестицидів нині становлять: в США - 1.8 кг/га, Японії 11.4, ФРН - 12, країнах колишнього СРСР - 2 кг/га. Якщо в 1955 р. як пестициди у США застосовували 15-18 сполук, то нині використовують вже більше 550 на половині всієї площі ріллі. Пестицидні властивості мають близько 1500 хімічних речовин, а модифікацій пестицидних препаратів нараховується вже більше 10 тисяч. Найчастіше застосовують хлорорганічні сполуки, які використовуються у боротьбі зі шкідниками зернових, зернобобових, овочевих, технічних культур та виноградників. Препарати з групи фосфорорганічних сполук застосовують у боротьбі зі шкідниками зернових і плодових культур. Групу ртутноорганічних препаратів застосовують для передпосівного знезаражування насіння, а разом з хлорорганічними сполуками - для захисту сільськогосподарських культур одночасно від грибкових захворювань і комах-шкідників. До кожного препарату, який розробляють хіміки, ставлять одну умову: він має бути нешкідливим для людини, тварин та біосфери в цілому. Проте слід сказати, що застосування пестицидів неминуче негативно впливає на екосистеми будь-якого рівня та на здоров’я людини. 264

Застосування хімічних засобів захисту рослин дозволяє отримувати прибавки врожаю у 20-60 % при витратах, що дорівнюють лише 1-5 % загальних витрат виробництва. За даними ФАО (Food and Agriculture Organization of the United Nations - продовольчої та сільськогосподарської комісії ООН), тільки шкідливі комахи знищують близько 20 % світового врожаю, а щорічні світові втрати врожаю від хвороб, шкідників та бур’янів становлять (млн.т): зернових - 510; цукрового буряка - 569; картоплі - 129; винограду - 26; овочів - 78; бавовни - 5. Забруднення ґрунту отрутохімікатами в значній мірі залежить від того, як їх застосовують і зберігають. Необхідно дуже суворо дотримуватися правил використання засобів захисту рослин, оскільки при невмілому використанні хімічних речовин вони із союзника землероба перетворюються у жорстокого ворога. Пестициди слід застосовувати тільки за призначенням, у мінімально необхідній кількості й тільки там, де хімічні засоби захисту неможливо поки що замінити біологічними. Для пестицидів характерні такі особливості: • у більшості випадків вони мають широкий спектр токсичної дії як на рослини, так і на тварин; • пестициди завжди є токсичними для теплокровних хребетних; • як правило, для “надійності” застосовують значно більше пестицидів, ніж їх необхідно для знищення шкідників; • багато пестицидів зберігаються в землі роками (період напіврозпаду становить: для сполук Pb, As, Cu, Hg - 10-30 років, для ДДТ - 2-4 роки, для гербіцидів типу 2,4-D і 2,4-T - 0.1-0.4 року, для фосфорорганічних інсектицидів - 0.02-0.2 року). Пестициди погано мігрують у водних розчинах через слабку розчинність. Одним з основних фізичних факторів, що визначають поведінку пестицидів у ґрунті, є сорбція їх ґрунтовими частинками. Сорбуючі властивості ґрунту залежать від його складу, вологості та температури (із збільшенням температури відбувається десорбція пестицидів). Оскільки ґрунт зазнає багаторазової дії пестицидів, то утворюються сприятливі умови для їх міграції у суміжні середовища (рослини, повітря, води). Це створює небезпеку для природних біоценозів, а значить і для середовища існування людини. Залишки пестицидів виявлені у рослинній і тваринній їжі, в підземних водах, відкритих водоймах, тканинах птахів і риб, в органах та тканинах людини. Більшість пестицидів мають кумулятивні властивості, тобто здатні накопичуватися в тканинах рослин і спричинювати отруєння та загибель тварин. За даними американських вчених, кожного тижня в організм людини надходить близько 1 мг пестицидів. Пестициди призводять до різних екологічних порушень. Вони спричинюють негативні наслідки для окремих видів і біоценозів в цілому. Знижується біологічний потенціал, порушується біологічна рівновага, і, як це не парадок265

сально, інколи збільшується чисельність тієї популяції, яку збиралися знищити. Крім того, застосування пестицидів призводить до таких біоценотичних наслідків: зменшується рослинна та тваринна біомаса агроекосистем, відбувається збіднення вод на зоопланктон, щезають конкуруючі види тощо. Хімічне забруднення ґрунтів відбувається також і через викиди підприємств промисловості, енергетики та транспорту. Найбільш згубно діють кислотні дощі, які руйнують структуру ґрунтів, знищують мікроорганізми та вносять у ґрунт токсичні речовини. Значної шкоди ґрунтам завдає забруднення важкими металами, найбільш небезпечними з яких є ртуть, свинець, кадмій, нікель, мідь і цинк. В результаті роботи металургійних підприємств на поверхню ґрунтів в світі щорічно викидається не менше 150 тис.т міді, 122 тис.т цинку, 90 тис.т свинцю, 12 тис.т нікелю, 1.5 тис.т молібдену, 800 т кобальту та 31 т ртуті. Внаслідок спалювання каустобіолітів на земну поверхню щорічно потрапляє 1.6 тис.т ртуті, 3.6 тис.т свинцю, 2.1 тис.т міді, 7 тис.т цинку, 3.7 тис.т нікелю. Свинець надходить також разом з викидами автотранспорту (біля автотрас на відстані 200 м вміст свинцю в ґрунті у порівнянні з фоном зростає в 25-30 разів), а ртуть - разом з отрутохімікатами (зокрема, фунгіцидами, якими оброблюють зерно перед посівом). Суперфосфатні заводи забруднюють ґрунти огарковим пилом, який містить залізо, мідь, миш’як, свинець і фтор. Забруднення ґрунту пилом металів і миш’яку у поєднанні із суперфосфатами або сірчаною кислотою призводить до отруєння кореневої системи рослин, затримує їх ріст і спричинює загибель. Деякі промислові підприємства перекачують у хвостосховища, шламові пруди та накопичувачі різноманітні солі важких металів, ціаніди, сполуки миш’яку і аренові вуглеводні. Кожний квадратний метр поверхні ґрунтів щорічно поглинає з повітря 495 т СО, 78 т NO2, 5.2 т SO2 та 6 кг токсичних речовин, що призводить до накопичення цих компонентів у ґрунті та змін його фізико-хімічних властивостей. На ділянках інтенсивного впливу промислових підприємств спостерігається пригнічення рослинності аж до її повного знищення та різке посилення процесів ґрунтової ерозії. Порушується структура ґрунту, зменшується пористість, водопроникність, що різко погіршує водно-повітряний режим. В місцях сильного забруднення верхній шар ґрунту може складатися з пилових частинок, аерозолів, золи, шлаку тощо. Найбільш небезпечними токсичними речовинами (канцерогенами) є ртуть і свинець, які добре адсорбуються ґрунтами та погано вимиваються з них, миш’як і кадмій адсорбуються гірше, більш мобільним є цинк, особливо в еродованих ґрунтах.

266

Води утечуть, піски залишаться. Грузинське прислів’я

6.4.3. Розвиток ерозійних процесів Найбільшої шкоди літобіосфері та педосфері завдає ерозія - руйнування гірських порід, ґрунтів і будь-якої іншої земної поверхні з порушенням цілісності та зміною фізико-хімічних властивостей, яке зазвичай супроводжується перенесенням частинок ґрунту з одного місця на інше. Ерозія ґрунту - це руйнування і змивання ґрунтового шару потоками води або ж вітром. При цьому руйнується найбільш родючий верхній шар ґрунту, багатий на азот, фосфор, калій, кальцій, сірку, гумус та інші корисні речовини. Виснажена орна земля легше піддається ерозії, оскільки з втратою гумусу вона лишається здатності вбирати в себе та утримувати вологу. Ерозія має місце і в природних умовах - це так звана природна геологічна ерозія, яка є нормальним геологічним процесом, при якому ґрунтовий та рослинний покрив встигають відновлюватися. Причинами ерозії у природі є вітер (вітрова ерозія, дефляція1), різкі коливання температури повітря та поверхні об’єктів, вода (водна ерозія), водорозчинені кислоти та луги, фізичне і хімічне забруднення довкілля і вплив біологічних агентів (витоптування, біохімічний вплив тощо). Розвитку ерозійних процесів значно сприяє виробнича діяльність людей. При деяких впливах людини ерозія різко посилюється і може набувати катастрофічного характеру, завдаючи величезної шкоди ґрунтам - це так звана прискорена (антропогенна) ерозія, при якій швидкість руйнування ґрунтового покриву набагато перевищує швидкість ґрунтоутворення. Сприяють розвитку ерозії неправильна оранка на схилах, безконтрольне вирубування лісів, нерегульоване випасання худоби, інтенсивне вирощування просапних культур, надмірний полив, розорювання ґрунтів, що легко еродують, порушення дернового покриву, безсистемне прокладання доріг, неправильні методи землеробства та деякі інші господарські заходи. При безконтрольному вирубуванні лісів ґрунт залишається без захисту: талі і дощові води, не затримуючись, стікають зі схилів, захоплюють із собою частинки ґрунту і виносять їх в річки. В землю попадає лише незначна частина вологи, а це призводить до зниження рівня ґрунтових вод, збільшує сухість ґрунту. Крім того, випаровування води з поверхні оголених ґрунтів проходить значно інтенсивніше, ніж під лісом, а це спричинює зменшення конденсації вологи у вигляді роси. Під дією сонячних променів незахищений ґрунт нагрівається досить інтенсивно, що призводить до змін складу або загибелі мікроорганізмів, а також тварин і рослин, які відіграють важливу роль в утворенні гумусу. Вирубка лісів на піщаних ґрунтах може викликати розвіювання віт1

Дефляція (від лат. deflatio - здування, розвіювання) - руйнування пухких гірських порід і ґрунтів під дією вітру, найбільш інтенсивно проявляється у пустелях. 267

ром пісків, видування дрібнозему (такі явища часто спостерігаються в Українському Поліссі). Ерозія, спричинена нерегульованим випасанням худоби, виникає внаслідок перевищення поголів’я худоби на певних площах, коли молоді рослини поїдаються худобою значно швидше, ніж закінчується нормальний цикл відновлення пасовищ. Поряд із цим тварини знищують рослинний покрив (дернину), зрізаючи рослини біля самої основи гострими копитами, тому рослинність поступово щезає в основному на шляхах перегону худоби, біля водопою. Через деякий час в цих місцях починається ерозія. До неправильних методів землеробства, що призводять до виникнення і розвитку прискореної ерозії, слід віднести впровадження монокультур, розорювання ґрунтів, що легко еродують (супіщаних, піщаних, торфових тощо) та неправильну оранку на схилах. Монокультури і особливо просапні культури (цукровий буряк, картопля, кукурудза тощо) слабко захищають ґрунт, більшу частину року він залишається відкритим, без рослинності, яка б уберегла його від ерозії. Крім того, ґрунт підлягає посиленому впливові сонячних променів і вітру. В результаті ґрунт осушується, втрачає структуру, піддається інтенсивній вітровій і водній ерозії. Так, при правильних сівооборотах поля втрачають 20 см ґрунту за 100 років, а при монокультурі кукурудзи - всього за 15 років (для порівняння, знесення поверхневими водами 20 см ґрунту під пологом лісу відбувається за 174 тис. років, під лугом - за 29 тис. років) [98]. Неправильне розорювання схилів викликає розвиток, в першу чергу, водної ерозії. Чим крутіший схил, тим інтенсивніше при неправильній оранці іде змив ґрунту. Ерозія - це лихо ґрунтів усього земного шару, в результаті якого нині необоротно втрачено близько 2 млн.км2 родючих ґрунтів, із сільськогосподарського обігу щорічно втрачається від 50 до 70 тис.км2 (більше 3 % експлуатованої ріллі за рік) [98], і ця кількість з кожним роком невпинно зростає. Особливо сильно страждають через ерозію ґрунтів такі країни, як США, Канада, Індія, Пакистан, Австралія, та країни Середземномор’я, які майже позбавлені лісових масивів - регуляторів стоку і вітрів. Катастрофічні повені, що зносять із заплав найродючіший ґрунт або вкривають його піском і глиною, лютують в ряді районів США, Індії та інших країн. У даний час розрізняють вітрову та водну ерозію, деякі ґрунтознавці окремо виділяють ще ерозію технічну та іригаційну (остання є різновидом водної ерозії). Вітрова ерозія (видування ґрунтів, дефляція, або еолова ерозія) існує з давніх часів, однак її різке посилення в останнє сторіччя зв’язане з нерозважливою господарською діяльністю людини, яка знищила значні площі лісів і порушила цілісність верхніх шарів ґрунту при його обробітку та використанні пасовищ, докорінно змінила ландшафти на величезних територіях і, як наслідок, клімат багатьох районів. 268

Вітрова ерозія можлива лише на сухих ґрунтах із значним вмістом піщаних та пилових частинок. В Україні вітрова ерозія найчастіше виникає внаслідок суховіїв - сухих і гарячих вітрів, дія яких призводить до висушування ґрунту і загибелі рослин. В багатьох країнах все частіше виникають пилові бурі, що переносять величезні маси частинок ґрунту на відстані в сотні, а інколи й тисячі кілометрів. Пилова буря протягом 1-2 діб здатна знести шар ґрунту товщиною 5-15 см і повністю знищити посіви. При вітровій ерозії ґрунти втрачають найдрібніші частинки, з якими виносяться найважливіші для родючості компоненти: гумус, дрібнозем і хімічні елементи. При видуванні ґрунту оголюються корені рослин, внаслідок чого вони гинуть. Крім того, у захищених від вітру місцях перенесені вітром частинки ґрунту відкладаються товстим шаром, засипають рослинність і призводять до її загибелі. Водна ерозія набула більшого поширення, ніж вітрова, і збитки від неї сільському господарству є занадто великими: значні площі ґрунтів Землі повністю змиті, і ще більше ґрунтів втратили природну родючість. Причини водної ерозії в основному такі самі, як і вітрової, але до них додаються зміни людиною водного балансу, розорювання крутих схилів та оранка вздовж них. Інтенсивність розвитку ерозійного процесу знаходиться у прямій залежності від рівномірності та інтенсивності опадів, водопоглинаючої здатності ґрунтів і середнього похилу території. Водна ерозія може бути площинною, або поверхневою (змив ґрунту зливами і струмками на пологих схилах) та лінійною, або яружною (утворення ярів, балок, долин). Водна ерозія - один з головних факторів формування рельєфу земної поверхні: площинна ерозія сприяє згладжуванню нерівностей рельєфу, а лінійна, навпаки - його розчленуванню. Площинна ерозія небезпечна тим, що на початкових стадіях вона мало помітна і проявляється лише у незначних змінах кольору ґрунту. Найшвидше розвивається яружна ерозія. Швидкість утворення ярів залежить від крутизни схилів, характеру ґрунтів і природно-кліматичних умов. Яружна ерозія завдає збитків не тільки сільському господарству, адже в деяких районах яри підступають до сільських та міських населених пунктів, загрожуючи будівлям і дорогам. На ліквідацію цієї загрози доводиться витрачати значні кошти. Одна з найбільш небезпечних форм водної ерозії в горах - селі та зсуви. Виділяють також так звану іригаційну ерозію, яка являє собою різновид водної: надмірний та неправильний полив при зрошувальному землеробстві на схилах призводить до розмивання ґрунтів, вимивання поживних речовин і навіть до утворення ярів. Технічною ерозією називають руйнування ґрунту під дією транспорту, землерийних машин, тракторів та іншої техніки.

269

Багато води не пити, інакше вся вода виступить у вас на спині у вигляді солі. З висловлювань офіцерів РА

6.4.4. Засолення, перезволоження та заболочення ґрунтів Однією з найбільших бід після ерозії ґрунтів є, мабуть, їх засолення, основна причина якого - неправильне зрошення, проте існують випадки засолення і незрошуваних земель внаслідок зміни природи людиною. Ґрунти стають засоленими при підвищеному вмісті легкорозчинних солей, при безсистемному поливі масивів, що погано дренують, при використанні для зрошування мінералізованих вод, при підвищенні рівня ґрунтових вод тощо. Тисячі гектарів посушливих земель у степових районах, пустелях і напівпустелях, де проводилося інтенсивне зрошення, і спочатку значно підвищилася врожайність, згодом стали непридатними для використання через “білу отруту”, як називають місцеві жителі сіль, якою забиті всі пори ґрунту та його поверхня в результаті випаровування зрошувальних вод. Дуже небезпечним є так зване вторинне засолення, яке може відбуватися, по-перше, коли ґрунтові води залягають неглибоко і, піднімаючись по капілярах ґрунту, випаровуються, залишаючи солі на поверхні. По-друге, при невмілому поливі відбувається підйом ґрунтових вод, заболочення і насичення ґрунту солями, які розчинені в цих водах. Заболочення ґрунтів тісно пов’язане з водним режимом і можливе тільки за умови постійного або тривалого їх перезволоження. Особливо часто цей процес спостерігається в зонах, прилеглих до водосховищ, поблизу незатампонованих свердловин артезіанських басейнів тощо. Інколи ґрунти заболочуються в результаті суцільної рубки лісу. Спостерігається збільшення площі боліт і під впливом природних процесів (наприклад, внаслідок підпору річкових вод масою дерев, що впали). Вторинне засолення ґрунтів і ґрунтових вод, підтоплення й заболочування територій, активізація зсувних, просадкових і карстово-суфозійних явищ відбувається найчастіше через неврахування природних інженерно-геологічних та гідрохімічних умов, недосконалість або неправильність методів меліоративних робіт, втрати води в транспортних системах і водогонах. Дуже важливими при будь-яких меліораціях є попередні гідрогеологічні й гідрохімічні дослідження та якомога точніші прогнози водно-сольового режиму і балансу ґрунтових вод, влаштування систем вертикального дренажу, водозбереження, чітке управління водорозподілом. Земля жорстка - бик винуватить бика. Туркменське прислів’я

6.4.5. Ущільнення ґрунтів Ущільнення орного шару ґрунту, яке викликає різкі зміни його властивостей, відбувається при інтенсивному випасанні худоби і супроводжується ви270

биванням рослинності. На таких ґрунтах талі та дощові води утворюють потоки, які зносять його верхній шар, а в разі достатнього похилу вимивають його аж до утворення ярів. Підземний стік різко зменшується через погіршення фільтраційної здатності ґрунту. Ерозійні процеси у порівняно короткі терміни викликають руйнування ґрунту. Найбільш активізує ущільнення ґрунту трамбування його колесами та гусеницями важкої сільськогосподарської техніки. Ґрунтовий покрив відносно мало травмують лише трактори з шириною шин на колесах 1 м і більше. Переважна більшість нашої техніки на полях завдає ґрунтам невиправної шкоди. Цивілізація, що розвивається стихійно, залишає після себе пустелю.

6.4.6. Осушення ґрунтів Осушення ґрунту внаслідок зміни ландшафту людиною спостерігається з давніх часів і набуло загрожуючих розмірів. Значна частина нині посушливих та пустельних районів земного шару у недалекому історичному минулому була багата на вологу. Навіть у Сахарі близько 1000 років тому було інтенсивне сільське господарство. Найбільш різко на балансі вологи позначається надмірна, а тим більше суцільна вирубка лісів, які є акумуляторами вологи. Ще у ХІХ сторіччі В.В.Докучаєв, О.І.Воєйков та деякі інші вчені довели, що посушливість степових районів виникла під впливом нерозумної діяльності людини по зміні ландшафту. Фахівці ООН підрахували, що кожної хвилини в світі втрачається і перетворюється на безплідну пустелю 44 га землі. Зменшення вологості ґрунту призводить не тільки до зниження врожайності, але й зумовлює посилення вітрової ерозії. Ось чому боротьба із посухою з давніх часів має надзвичайно важливе значення. Якщо навіть золото на землі знайдеш - спочатку порахуй, а потім бери. Вірменське прислів’я

6.4.7. Знищення ґрунтів та відведення земель для несільськогосподарських потреб, рекультивація порушених площ Пряме знищення ґрунту поки що не набуло великих масштабів, але в ряді районів збитки від нього є досить відчутними. Особливо багато ґрунтів знищується при відкритому способі видобутку корисних копалин, будівництві водосховищ, сучасних аеродромів, створенні відвалів промислових та інших відходів, при лісорозробках, в процесі розкорчовування за допомогою тільки бульдозерів та іншими шляхами. Значні втрати земельних ресурсів пов’язані з такими видами антропогенної діяльності, як промислове і громадське будівництво, особливо інтенсивне в зонах мегаполісів (столиці та найбільші міста великих країн), військове будівництво (аеродроми, полігони, бази, військові містечка, склади пального та 271

боєприпасів, літні табори, радіолокаційні станції та ін.), розвідка, пошуки та видобування корисних копалин тощо. В результаті антропогенної діяльності утворюються порушені землі, тобто такі, що втратили свою господарську цінність або стали джерелом негативного впливу на природне середовище: внаслідок руйнування ґрунти часто втрачають родючість, через декілька років заростають і стають непридатними для обробітку. Найбільше порушених земель виникає внаслідок відкритих гірничодобувних робіт (кар’єри, відвали). Під час проведення підземних гірничодобувних робіт теж має місце руйнування місцевості - обвали й деформація поверхні внаслідок просадки ґрунту над відпрацьованими ділянками родовищ. Землі порушуються також за рахунок відвалів, териконів, звалищ. Згідно чинного законодавства, порушені землі підлягають рекультивації, тобто відновленню їх цінних властивостей. Проведення рекультиваційних робіт є обов’язком тих підприємств, які ці землі зруйнували, причому вартість рекультивації входить у собівартість одержаної продукції (вугілля, руди, інших корисних копалин тощо). Рекультивація порушених земель являє собою комплекс заходів із штучного відтворення родючості ґрунтів і ландшафту (рослинного покриву), зруйнованих внаслідок будівельно-господарської діяльності людини - під час будівництва автошляхів, гребель, каналів і штучних споруд, при відкритих розробках родовищ руд, сланців, торфу, вугілля, фосфоритів, будівельних матеріалів та інших корисних копалин, в місцях складування відпрацьованих порід, золовідвалів, шламових насипів тощо. Рекультивація (відтворення) порушених земель є складним комплексним завданням по приведенню зруйнованих земельних ділянок до стану, придатного для їх використання в народному господарстві (для потреб сільського, лісового і рибного господарства, а також для створення зон відпочинку населення й капітального будівництва). Рекультиваційні роботи здійснюють у два етапи: спочатку виконується технічна (гірничотехнічна) рекультивація, а потім - біологічна. Технічна рекультивація полягає у підготовці порушених земель до наступного використання в господарстві. Залежно від того, як планується використовувати землі, розрізняють такі види технічної рекультивації: • сільськогосподарська - підготовка земель до використання їх як сільськогосподарських угідь, вона здійснюється в районах розвинутого сільського господарства у сприятливих кліматичних зонах на великих за площею відвалах чи кар’єрах; • лісогосподарська - підготовка земель під лісопосадки, здебільшого вона проводиться там, де є можливість відновити ділянки лісу з цінними породами дерев; • будівельна - підготовка земель під промислове та цивільне будівництво; 272

• водогосподарська - підготовка земель до створення на них водойм, зокрема для риборозведення; найчастіше здійснюється у відпрацьованих кар’єрах; • рекреаційна - проводиться неподалік від міст і великих населених пунктів з метою створення зон відпочинку населення; • санітарно-гігієнічна - консервація порушених земель, запобігання їх шкідливому впливу на довкілля; здійснюється, якщо їх рекультивація з іншою метою з якихось причин недоцільна. Під час технічної рекультивації виконують такі роботи: • планування поверхні порушеної землі; • формування укосів відвалів і бортів кар’єрів; • зняття, перевезення, зберігання та повторне нанесення ґрунту; • будівництво доріг, гідротехнічних і меліоративних споруд. Біологічну рекультивацію здійснюють після технічної, вона передбачає комплекс агротехнічних та фітомеліоративних заходів, спрямованих на покращання фізичних і агрохімічних властивостей ґрунтів на рекультивованих землях, відновлення умов існування тварин, рослин, грибів і мікроорганізмів та відтворення господарської продуктивності земель. Залежно від конкретних умов здійснюють вапнування, піскування чи глинування ґрунтів, вносять мінеральні й органічні добрива, а також золу, шлаки чи стічні води, збагачені поживними речовинами, з наступною висадкою деревних порід та сільськогосподарських культур (багаторічних бобових трав, потім пшениці, ячменю). Bona Terra, Mala Gens. Гарна земля, та народ кепський. Латинське прислів’я 6.5. Стан земельних ресурсів України

Сучасне використання земельних ресурсів України не відповідає вимогам раціонального природокористування. Ефективність використання земель в Україні значно нижча, ніж у середньому по Європі. До обробітку залучені малопродуктивні угіддя, включаючи прируслові луки і пасовища та схилові землі. Внаслідок екстенсивного розвитку сільського і лісового господарства, водних і хімічних меліорацій, неефективного ведення заповідної та інших природоохоронних справ порушено оптимальне, екологічно допустиме співвідношення площ ріллі, природних кормових угідь, лісових насаджень і водних ресурсів, що призвело до інтенсивного розвитку ерозійних процесів, ущільнення орного шару ґрунту, зниження його родючості, ослаблення стійкості природних та агроландшафтів України. Стан ґрунтів в цілому досяг критичного і знаходиться на межі виснаження (рис.6.2). Основними причинами низької віддачі земельного потенціалу в Україні є безгосподарне ставлення до землі, тривала відсутність реального власника, 273

помилкова стратегія максимального залучення земель до обробітку, недосконалі техніка і технологія обробітку землі та виробництва сільськогосподарської продукції, невиважена цінова політика, недотримання науково обґрунтованих систем ведення землеробства і, зокрема, повсюдне недотримання сівозмін, низький науково-технічний рівень проектування, будівництва та експлуатації меліоративних систем, недосконала система використання і внесення органічних та мінеральних добрив, невиконання природоохоронних, комплексно-меліоративних, протиерозійних й інших заходів. Розвиток різних форм власності та господарювання на землі без суворого і надійного державного екологічного та митного контролю за ввезенням небезпечних відходів, пестицидів, брак відповідної законодавчої бази призводять до споживацького ставлення до землі. Використання у великій кількості мінеральних добрив, пестицидів та інших хімічних препаратів разом з промисловим і радіаційним забрудненням може ще більше ускладнити екологічну ситуацію в Україні, знизити відтворювальну здатність біосфери та екологічну стійкість агроландшафтів.

4,6

Засолені 1,6

З солонцевими комплексами

5,6

Солонцюваті

30,8

Кислі 5,7

Перезволожені

5,2

Заболочені 1,2

Кам'янисті

51,7

Дефляційно небезпечні 33,6

Підлеглі водній ерозії 0

10

20

30

40

50

60

Питома вага в загальній площі, %

Рис.6.2. Якісна характеристика сільгоспугідь України [61]

Протягом багатьох десятиріч екстенсивне використання земельних угідь, і особливо ріллі, не компенсувалося рівнозначними заходами по відтворенню родючості ґрунтів. В цьому полягає головна причина низької ефективності заходів, які застосовуються з метою інтенсифікації землеробства, а комплекс деградаційних процесів виснажує ґрунтові виробничі ресурси і знижує врожаї сільськогосподарських культур. На значній частині площі сільськогосподарських угідь досягнуто межі екологічної збалансованості ґрунтових екосистем і агрофітоценозів. Найбільших збитків ґрунтам завдають водна і вітрова еро274

зії, безповоротні втрати гумусу і поживних речовин, засолення і закислення ґрунтів, осушення і перезволоження, у тому числі і заболочування, забруднення промисловими відходами і викидами, опідзолювання ґрунтів, забруднення агрохімікатами. Розораність земель є найвищою в світі і досягла 56 % території країни (для порівняння, цей показник складає: у США - 27, Франції - 42, ФРН - 33 %) та 80 % сільськогосподарських угідь, а в деяких районах вона досягає 88 %. Інтенсивне сільськогосподарське використання земель призводить до зниження родючості ґрунтів через їх переущільнення (особливо чорноземів), втрати грудкувато-зернистої структури, водопроникності та аераційної здатності з усіма екологічними наслідками. Якісний стан земельного фонду України постійно погіршується. В окремих районах, де проведено осушення земель, відбувається неконтрольоване зниження рівня ґрунтових вод, зменшення потужності органічної маси, а в районах зрошення - підтоплення і засолення ґрунтів, деградація чорноземів, що призвело до негативних екологічних наслідків у районах Полісся та на півдні України. Нині 14.8 % загальної площі поливних земель піддаються еродуванню, 1.5 % - перезволоженню, понад 4 % є солонцюваті та засолені. Збільшення мінералізації ґрунтових вод загрожує вторинним засоленням земель. Майже на всіх землях спостерігається неухильне зниження вмісту гумусу в ґрунтах. Тільки за 20 років (з 1961 по 1981 рр.) середній вміст гумусу в ґрунтах України знизився з 3.5 до 3.2 %. Висока розораність сільськогосподарських угідь, значна питома вага просапних культур, використання важкої сільськогосподарської техніки та інші техногенні і природні фактори призвели до інтенсивних, наростаючих ерозійних процесів. За чверть сторіччя площі змитих орних земель збільшилися на 26 % і перевищили 10 млн.га - це більше третини площі всієї ріллі. Щорічно площа еродованих земель зростає на 70-80 тис.га, середні щорічні втрати ґрунту становлять 18 т/га. З ґрунтом щороку виноситься 11 млн.т гумусу, 0.5 млн.т азоту, 0.4 млн.т фосфору і 0.7 млн.т калію. Близько 3 млн.га займають яружно-балкові землі. Довжина яружних розмивів зростає в середньому за рік на 725 км. Внаслідок цього щорічно втрачається 500-700 га земель. Вітрова ерозія проявляється на 5.9 млн.га. Середньорічні втрати продукції рослинництва від ерозії перевищують 8-9 млн.т зернових [61]. Значної екологічної шкоди земельні ресурси зазнають через забруднення ґрунтів викидами промисловості (важкі метали, кислотні дощі тощо) та використання засобів хімізації в аграрному секторі. Ґрунти промислових областей країни (Донецька, Луганська, Дніпропетровська, Харківська), крім засобів хімізації сільського господарства, зазнають впливу відходів металургійної, вугільної, хімічної та машинобудівельної промисловості (важкі метали, нафтопродукти, ароматичні вуглеводні, кислоти, луги, сірководень, аміак, сполуки вуглецю та ін.). 275

У переважно сільськогосподарських областях країни (Вінницька, Житомирська, Полтавська та ін.), в основному, забруднюючими чинниками є пестициди, мінеральні і органічні добрива, стічні води та їх осади, що містять у собі патогенні мікроорганізми, яйця геогельмінтів, аміак, нітрати, хлориди і сульфати. Щорічно у сільському господарстві України витрачається близько 190 тис.т пестицидів, 5 млн.т азотно-калійно-фосфатних мінеральних і близько 270 млн.т органічних добрив. Із 170 пестицидів, які застосовуються на території України, 49 є особливо небезпечними (високотоксичними, надкумулятивними і стійкими). В останні роки з’явилася загроза широкого використання заборонених для застосування у розвинених країнах неякісних або морально застарілих засобів хімізації сільського господарства. Значний внесок у забруднення земель дає зрошення, яке призводить до вторинного засолення та осолонцювання, підтоплення, оглеєння й інших деградаційних процесів. За роки інтенсивного розвитку зрошення земель і будівництва гідротехнічних об’єктів вилучено з обороту 2.5 млн.га родючих ґрунтів. Для зрошення сільгоспугідь щорічно застосовують близько 2300 м3/га господарсько-побутових стічних вод та як добрива близько 1500 м3/га осадів стічних вод. В Україні функціонує (а в майбутньому планується і розвиток) близько 700 великих тваринницьких комплексів, де щорічно накопичується велика кількість рідкого гною та його складових. Понад 40 % органічних речовин, що утворюються в результаті діяльності великих тваринницьких комплексів та птахофабрик, з потенційних добрив перетворюються на джерела забруднення довкілля. Ситуація із забрудненням територій ускладнилася після аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 р. Внаслідок аварії частина території країни була забруднена широким спектром коротко- та довгоживучих радіонуклідів, серед яких найбільшу роль на сучасному етапі аварії відіграють радіонукліди 137Cs (понад 95 % сумарної річної аварійної дози) та 90Sr. Радіонуклідами забруднено понад 4.6 млн.га земель у 74 районах 11 областей, у тому числі 3.1 млн.га ріллі. З використання вилучено 119 тис.га сільськогосподарських угідь, у тому числі 65 тис.га ріллі (табл.6.1). Табл.6.1. Площа території України, забруднена 137Cs і 90Sr [65] Щільність забруднення 137Cs кБк/м2 Кі/км2 37 - 185 1-5 185 - 555 5 - 15 555 - 1480 15 - 40 понад 1480 понад 40

276

Площа, км2 37205 3177 882 571

Щільність забруднення 90Sr кБк/м2 Кі/км2 5.55 - 18.5 0.15 - 0.5 18.5 - 37 0.5 - 1 37 - 74 1-2 74 - 111 2-3 понад 111 понад 3

Площа, км2 20974 4160 911 586 9811

Аналіз стану земельних ресурсів в Україні вказує на те, що для їх збереження та раціонального використання необхідно, перш за все, реально забезпечити існування різних форм власності на землю; привести розораність території України до екологічно обґрунтованих регіональних норм; здійснити перехід на контурно-меліоративне землеробство; значно розширити застосування науково обґрунтованих біологічних методів захисту рослин; забезпечити розробку і випуск сільськогосподарських машин та інвентарю, в тому числі і для фермерських господарств, які б не переущільнювали ґрунти, а також протиерозійної техніки для роботи на схилах; забезпечити розробку і впровадження нових нормативів відведення земель для несільськогосподарських потреб. Плоди належать усім, земля не належить нікому. Ж.-Ж.Руссо 6.6. Охорона ґрунтів

У складі природно-економічного потенціалу земельні ресурси займають особливо важливе місце. Проте агромеліоративний стан земель на значних площах України залишається вкрай незадовільним і продовжує погіршуватися. Значна частина сільгоспугідь пошкоджена водною та вітровою ерозією, має підвищену кислотність ґрунтів, засолена чи має солонцеві комплекси, перезволожена або заболочена. В результаті гідротехнічного будівництва за останні десятиріччя значна територія угідь затоплена та підтоплена. Посилилися процеси опустелювання. В ряді регіонів спостерігається перенасичення ґрунтів мінеральними добривами та отрутохімікатами. В ході різного роду будівельних робіт та розробок родовищ корисних копалин значна частина відчужених земель втрачає своє господарське значення і служить джерелом забруднення інших біосферних середовищ. Відродження деградованих ґрунтів потребує значних матеріальних витрат. Значно дешевше коштують попереджувальні заходи. Iз забрудненням ґрунтів необхідно боротися шляхом попередження надходження цих забруднень у довкілля, впровадження безвідходних та маловідходних технологій, утилізації існуючих та утворюваних відходів, створення виробництв із замкнутим циклом, здійснення комплексу меліоративних робіт. Щоб запобігти забрудненню ґрунтів пестицидами, необхідно переходити на застосування біологічних засобів захисту рослин, природних нетоксичних пестицидів (діатомітів тощо), підвищувати стійкість рослин проти хвороб та шкідників, переходити від моно- до полікультур, тобто впроваджувати методи екологізації агровиробництва [112]. Протиерозійний захист ґрунту включає в себе проведення комплексу таких заходів: • організаційно-господарських (безпечне в ерозійному відношенні використання земель, застосування сівозмін та захисних насаджень); 277

• агротехнічних (оранка упоперек схилів та ін.); • лісомеліоративних (створення захисних, водорегулюючих та інших лісових смуг і масивів); • гідротехнічних (влаштування водозатримуючих валів, протиселевих дамб, водойм тощо). Виконуючи ці роботи, необхідно планомірно впливати на весь природний комплекс (ландшафт), а не на окремі його елементи. Намічені заходи також повинні відповідати зональним особливостям природи та сільського господарства. Так, у районах поширення вітрової ерозії запроваджують: ґрунтозахисні сівозміни із смуговим розміщенням посівів та парів; буферні смуги з багаторічних трав; снігозатримання; закріплення і заліснення пісків; вирощування полезахисних смуг; безвідвальну обробку ґрунту із залишенням стерні на поверхні полів. В районах поширення водної ерозії здійснюють такі заходи: обробку ґрунту і посів сільськогосподарських культур поперек схилу; контурне оборювання; заглиблення орного шару та інші способи обробки, які зменшують стікання поверхневих вод; ґрунтозахисні сівозміни; смугове розташування сільськогосподарських культур; залуження крутих схилів; вирощування полезахисних лісосмуг; заліснення ярів, балок, пісків, берегів річок і водойм; будівництво протиерозійних гідротехнічних споруд (гребель ставків та водойм, валів-канав тощо). У гірській місцевості здійснюють: будівництво протиселевих споруд; терасування; заліснення й залуження схилів; регулювання випасу тварин; збереження гірських лісів. Найбільш ефективним способом захисту ґрунту від ерозії є лісорозведення. Великі дерева з потужною кореневою системою і трав’яна рослинність, корені яких утворюють складне сплетіння, ніби захоплюють ґрунт у міцну сітку. Ліс затримує снігову і дощову воду, перешкоджаючи утворенню поверхневого стоку. Вода поступово втягується ґрунтом, поповнюючи запас ґрунтових вод та підтримуючи вологість ґрунту. За деякими даними, 1 м3 сухого моху масою 1 кг після сильного дощу має вологу 5 кг, отже на 10 тис.га лісу утримується 500 тис.м3 води [71]. На другому місці по вологозатриманню після лісу є луки. Трав’яниста рослинність має добре розвинену кореневу систему, яка інколи проникає на значну глибину, і утворює на поверхні ґрунту дерен, що добре захищає ґрунт від ударів водних крапель та дії сонячних променів. Велике значення мають і лісосмуги, які захищають ґрунти від водної та вітрової ерозії. Найважливішу роль лісосмуги відіграють у степових посушливих районах, де вони є дієвим способом боротьби із засухою та суховіями, а в зимовий час - сприяють нагромадженню снігу, збільшенню запасів вологи у ґрунті та більш раціональному її витрачанню. В результаті створення лісових смуг урожай зернових і коренеплодів збільшується на 15-20 %. 278

Дуже важливою є організація моніторингу земель - систематичних спостережень за станом земельного фонду з метою отримання даних щодо розподілу земель за власниками й користувачами, продуктивності земельних ресурсів, ступеня деградації ґрунтів, стану їх забруднення, а також стану забруднення суміжних середовищ - атмосфери і природних вод усього регіону. Особливо важливо постійно контролювати вміст у ґрунтах та ґрунтових водах пестицидів (метафос, карбофос, цирам, севін, гептахлор, карбатіон, поліхлорпропілен тощо) і ДДТ, який через свою стійкість ще міститься у ґрунтах багатьох регіонів. Навколо всіх міст і промислових центрів слід постійно контролювати вміст у ґрунтах і водах важких металів і виявляти шляхи їх міграції.

279

Man is a decision making animal. Людина - це тварина, здатна приймати рішення. І.Бросс

7. Управління у галузі охорони навколишнього природного середовища та раціонального використання природних ресурсів Як свідчить досвід передових країн світу, проводити ефективну екологічну політику в державі досить важко, навіть за умов процвітаючої економіки. Тим складнішою виглядає проблема охорони довкілля в Україні, новій державі, яка переживає глибоку системну кризу і змушена вирішувати одночасно безліч проблем. Україна, як і інші країни з перехідною економікою, успадкувала складне екологічне становище, економіку з енерго- та ресурсоємним виробництвом і застарілі, екологічно небезпечні технології. Крім того, у зв’язку з переходом від централізованої планової до ринкової економіки, перед нашою державою встають нові проблеми - зростання безробіття, стрімка інфляція, дефіцит державного бюджету, протекціонізм та пошук нових зовнішньоторгових ринків після розпаду Союзу РСР та Ради Економічної Взаємодопомоги. Проте метою перехідного періоду має бути не тільки підвищення ефективності економіки у коротко- та довгостроковій перспективі, але й просування до сталого економічного розвитку. Відповідно до резолюції Конференції ООН з навколишнього середовища та розвитку (Ріо-де-Жанейро, 1992 р.) екологічна проблематика повинна стати невід’ємною частиною процесу економічного розвитку, що, в свою чергу, вимагає суттєвого вдосконалення екологічного планування і управління природоохоронною діяльністю та інтеграції політики в галузі навколишнього середовища з політикою в інших галузях господарства. Екологічна реформа в Україні розпочалася майже одночасно з проголошенням незалежності. Перш за все, на державному рівні була чітко сформульована мета природоохоронної діяльності, яка полягає у досягненні оптимального балансу між шкідливими для довкілля наслідками, що супроводжують розвиток суспільства, і потенційними можливостями природи до самовідновлення. В основу формування державної екологічної політики був покладений базовий принцип, згідно з яким екологічна безпека держави стає важливим елементом і складовою національної безпеки. Положення, що розвивають цей принцип, були закріплені цілою низкою законів та документів, включно з Конституцією України. Пріоритетність екологічних імперативів1 передбачається і структурною перебудовою економіки України та докорінною реформою існуючої практики природокористування. Розроблені Концепція та “Основні напрями державної екологічної політики України у галузі охорони навколишнього природного середовища, вико1

Імператив (від лат. imperativus - наказовий) - вимога, наказ, закон. 280

ристання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки” [73] визначили не лише мету та пріоритетні завдання, але й механізми реалізації завдань, напрями гармонізації та інтеграції екологічної політики України в європейському екологічному процесі. Саме на підставі цього документа, що поєднує стратегічні цілі з конкретними завданнями, розробляються програми Уряду у галузі охорони довкілля та екологічної безпеки. На сьогодні вже функціонує програма “Заповідники”, схвалено Урядом Національну програму оздоровлення басейну Дніпра, для реалізації якої залучено міжнародну допомогу з обсягом понад 5 млн. доларів США, розроблено низку регіональних екологічних програм. Відповідно до “Основних напрямів державної екологічної політики” здійснюється удосконалення структури управління природоохоронною діяльністю. Розпочавши з реорганізації Комітету по охороні природи (1991 р.), вже наприкінці 1994 року відповідно до Указу Президента було утворено нове міністерство, до компетенції якого віднесено усі питання регулювання та контролю в галузі екологічної та ядерної безпеки. Вперше в Україні було сформовано сучасну систему управління, що відповідає досвіду і практиці розвинених країн Заходу. 90-ті роки були також роками формування основних засад екологічного законодавства незалежної держави. За досить короткий час було розроблено і ухвалено низку Законів України у сфері регулювання екологічної та ядерної безпеки, використання природних ресурсів і охорони довкілля. Загалом сформовано окрему галузь - екологічне право, на основі якої і здійснюється практична реалізація екологічної реформи. Нині ми маємо усі підстави стверджувати, що попри негаразди та економічну скруту за останні роки в Україні закладено базові основи (інституціональні, науково-методологічні, правові, економічні) державної екологічної політики, що притаманні країнам з ринковою економікою. Сьогодні забруднювати довкілля та надмірно споживати природні ресурси стає економічно невигідним, і це головний результат проведеної роботи. Безумовно, ефективність управління охороною навколишнього середовища зросте у багато разів за умов виходу економіки з кризи, і необхідно зробити все, щоб новий підйом виробництва в нашій країні вже ніколи не загрожував втратою найціннішого, що є у державі - чистого довкілля. Держава відповідає за стан навколишнього природного середовища, а створення чистого середовища - обов’язок кожного члена суспільства. Національний план дій з гігієни навколишнього середовища 7.1. Основні механізми реалізації державної екологічної політики

Екологічна політика (від гр. politiká - державні чи суспільні справи) - це сфера діяльності держави, зв’язана з охороною навколишнього природного середовища, раціональним використанням природних ресурсів, забезпечен281

ням екологічної безпеки життєдіяльності людини. Ефективна екологічна політика є невід’ємною умовою сталого економічного та соціального розвитку будь-якої держави. З цією метою Україна здійснює на своїй території екологічну політику, спрямовану на підтримування безпечного для існування живої і неживої природи навколишнього середовища, забезпечення захисту життя і здоров’я населення від негативного впливу, зумовленого забрудненням довкілля, досягнення гармонійної взаємодії суспільства і природи, охорону, раціональне використання і відтворення природних ресурсів. До головних складових механізму реалізації державної екологічної політики належать такі [73]: • державна інституційна інфраструктура проведення природоохоронної політики; • законодавчо-правовий механізм регулювання виробничої діяльності юридичних і фізичних осіб щодо охорони і використання ними природних ресурсів та поводження з відходами виробництва; • економічний механізм природокористування та природоохоронної діяльності; • механізм реалізації міжнародних, національних, галузевих та місцевих природоохоронних програм. Управління охороною навколишнього природного середовища полягає у забезпеченні неухильного дотримання норм і вимог, що обмежують шкідливий вплив процесів і продуктів виробництва на навколишнє природне середовище, а також у забезпеченні раціонального використання природних ресурсів, їх відновлення та відтворення. Метою управління в галузі охорони навколишнього природного середовища є реалізація законодавства, контроль за додержанням вимог екологічної безпеки, проведення ефективних і комплексних заходів щодо охорони навколишнього природного середовища, раціонального використання природних ресурсів, досягнення узгодженості дій державних і громадських органів у галузі охорони довкілля. Для реалізації державної екологічної політики визначають три рівні управління: національний, регіональний і місцевий. До функцій національного рівня управління належить вирішення таких питань: • розроблення методологічного, нормативно-методичного та правового забезпечення; • розроблення політики регулювання ядерної безпеки; • проведення державної екологічної експертизи; • формування економічного механізму природокористування; • регулювання використання природних ресурсів та запобігання забрудненню довкілля; 282

• • • • • •

ліцензування екологічно небезпечних видів діяльності; державна політика щодо зон надзвичайних екологічних ситуацій; встановлення нормативів якісного стану природних ресурсів; формування та використання державних фондів охорони довкілля; регулювання використання ресурсів державного значення; державний контроль за дотриманням природоохоронного законодавства, в тому числі ядерної та радіаційної безпеки; • впровадження екологічного аудиту; • проведення єдиної науково-технічної політики щодо охорони, раціонального використання та відновлення природних ресурсів; • проведення державної політики щодо збереження біорізноманіття; • забезпечення екологічної безпеки як складової національної безпеки; • реалізація міжнародних угод і виконання Україною взятих на себе в рамках цих угод зобов’язань та підтримання міждержавних відносин у природоохоронній сфері; • забезпечення процесу прийняття державних рішень з урахуванням екологічних вимог (організація моніторингу, впровадження інформаційних технологій, ведення обліку забруднень, прогнозування); • екологічна освіта та екологічне виховання. До функцій регіонального рівня екологічного управління належить вирішення таких питань: • регулювання використання природних ресурсів місцевого значення; • визначення нормативів забруднення природного середовища (встановлення нормативів ГДВ, ГДС та розміщення відходів); • впровадження економічного механізму природокористування; • проведення моніторингу та обліку об’єктів природокористування і забруднення довкілля; • проведення державної екологічної експертизи; • здійснення державного контролю за дотриманням природоохоронного законодавства; • розроблення програм впровадження природоохоронних заходів, визначення та реалізація інвестиційної політики; • інформування населення та заінтересованих підприємств, установ і організацій з екологічних питань. До функцій місцевого рівня екологічного управління належить вирішення таких основних питань: • проведення локального та об’єктного моніторингу; • здійснення державного контролю за дотриманням природоохоронного законодавства; • організація розробки місцевих екологічних програм та проектів. 283

Доки існують шкідливі для довкілля види антропогенної діяльності, щоб обмежити їх вплив на природне середовище ми мусимо нормувати кількість шкідливих речовин, що надходять у довкілля (повітря, ґрунти й води) від усіх джерел забруднення, постійно контролювати шкідливі викиди промислових, військових та сільськогосподарських об’єктів, прогнозувати екологічний стан довкілля і приймати відповідні рішення й санкції щодо порушників законодавства у галузі охорони природи. Основними елементами політики екологічного управління (регулювання) в Україні є: • система норм якості повітря, вод, ґрунтів; • процедура видачі дозволів по кожному основному стаціонарному джерелу забруднення, яка визначає гранично допустимі рівні надходження забруднюючих речовин у довкілля і приводить їх у відповідність з нормами якості складових навколишнього середовища; • екологічний моніторинг та природоохоронні заходи, спрямовані на забезпечення діяльності підприємств у відповідності з вимогами дозволів, і які передбачають можливість накладання штрафів та стягнень на порушників; • система зборів за використання природних ресурсів та забруднення навколишнього природного середовища (економічний механізм регулювання природокористування); • аналіз методом екологічної експертизи проектів економічного розвитку (по аналогії з оцінкою впливу на навколишнє середовище, що застосовується у зарубіжній природоохоронній практиці). Фундаментом екологічного управління є система екологічних норм якості повітря, води й ґрунтів і зв’язана з нею система видачі дозволів, тобто механізм, за допомогою якого суб’єкти господарювання (власники джерел забруднення) несуть відповідальність за дотримання встановлених для них норм граничного впливу на довкілля. Екологічні норми якості компонентів довкілля використовуються для визначення обмежень для підприємств по викидах і скидах забруднюючих речовин у навколишнє середовище - нормативів гранично допустимих викидів (ГДВ) та скидів (ГДС). З цією метою використовують стандартні моделі розсіювання шкідливих речовин в атмосферному повітрі або розбавлення зворотних вод поверхневими водами для розрахунку внеску кожного окремого джерела у загальне забруднення довкілля. Визначені обмеження стають основою при справлянні підприємствами зборів за забруднення навколишнього середовища. Система екологічного управління, яка ґрунтується на показниках стану окремих складових навколишнього природного середовища, має свої переваги, оскільки дозволяє гнучко поєднувати загальні вимоги до зменшення рівнів надходження забруднювачів у довкілля з урахуванням особливостей конкрет284

них водних об’єктів і повітряного басейну, їх асимілюючої спроможності (здатності до самоочищення). Вона не встановлює “загальних” норм гранично допустимих викидів і скидів для конкретних галузей промисловості, які ґрунтуються на можливостях існуючих технологій (а саме такі, технологічні норми застосовують органи екологічного регулювання у більшості країн світу, оскільки вони є порівняно простими, зрозумілими, і їх дотримання легко контролювати). Проте існуюча в Україні система екологічного нормування має й ряд суттєвих недоліків, а саме: • значна кількість норм, а в деяких випадках і зайва суворість роблять їх практично непридатними до застосування; • надмірна складність системи послаблює виконання природоохоронних положень і перевантажує й без того недостатньо укомплектовані необхідним обладнанням та кваліфікованим персоналом органи екологічного регулювання; • складність і неточність визначення фонових показників стану довкілля та інших вихідних даних для розрахунку нормативів ГДВ/ГДС, більшість з яких надається самими підприємствами (зокрема, дані інвентаризації джерел забруднення), робить систему такою, що допускає вільне трактування; • використання при нормуванні переважно санітарно-гігієнічних нормативів замість екологічних не забезпечує належного захисту природних екосистем від деградації; • в багатьох випадках асимілююча спроможність природних екосистем по нормованих речовинах вже вичерпана або знаходиться на межі вичерпання (наприклад, якість поверхневих вод у переважній більшості водних об’єктів України нині не відповідає нормам рибогосподарського водокористування1), що позбавляє сенсу застосування такої системи екологічного нормування. Слід також звернути увагу на принципову відмінність у застосуванні типових моделей розсіювання і розбавлення забруднюючих речовин в Україні та у промислово розвинених країнах світу. Так, у США ці моделі застосовують як один з інструментів стандартизації якості повітря і вод, який дає можливість отримати інформацію про зв’язок між окремими джерелами і загальним рівнем забруднення навколишнього природного середовища. Вони допомагають органам, відповідальним за визначення граничних рівнів антропогенного навантаження, спланувати заходи по боротьбі із забрудненням всього повітряного чи водного басейну регіону з урахуванням не тільки крупних зосереджених, але й рухомих або розосереджених дрібних джерел за1

Із 47 водних об’єктів України, на яких у 1996 р. проводилися гідробіологічні спостереження, не виявлено жодного водотоку або водойми, які б відповідали вимогам фонового стану, чи характеризувалися, як “чисті води”. На 26 водних об’єктах екосистеми перебували у стані екологічної напруги, на 19 - спостерігалася екологічна напруга з елементами регресу [63]. 285

бруднення. В країнах колишнього СРСР ці моделі застосовують більш спрощено - для встановлення нормативів ГДВ і ГДС речовин стаціонарними джерелами забруднення, і використовують їх, переважно, суб’єкти господарювання - промислові підприємства, а не природоохоронні органи. Ефективним інструментом запобігання деградації природного середовища в Україні є державна екологічна експертиза - вид експертної діяльності, що здійснюється з метою забезпечення контролю за відповідністю проектних рішень вимогам природоохоронного законодавства, діючих нормативно-технічних та інструктивно-методичних документів у галузі охорони довкілля і використання природних ресурсів. Державній екологічній експертизі підлягають проекти схем і розміщення продуктивних сил, розвитку галузей, технікоекономічні обґрунтування проектів та проекти на будівництво і реконструкцію об’єктів, проекти інструктивно-методичних і нормативно-технічних актів, документація на створення нової техніки, технологій, матеріалів і речовин. При проведенні державної екологічної експертизи до спеціальних експертних органів, створених при Мінекоресурсів України, можуть залучатися необхідні ланки державного управління, представники наукових, проектних та інших установ, громадськості та експерти міжнародних організацій. Висновки державної екологічної експертизи є обов’язковими до виконання. Науку часто плутають із знанням. Це глибоке непорозуміння. Наука - це не тільки знання, але й усвідомлення, тобто вміння користуватися знанням. В.О.Ключевський 7.2. Органи управління в галузі охорони навколишнього природного середовища в Україні

Системі державного регулювання природокористування в Україні притаманна багатогалузева структура. Основою державного управління є ради різного рівня, які мають постійні комісії депутатів з питань охорони природи. Вони наділені правом законодавчої ініціативи і здійснюють контроль за додержанням природоохоронного законодавства. Кабінет Міністрів України має у своєму складі Міністерство екології та природних ресурсів України, яке також наділене функціями регулювання використання природних ресурсів і контролю. У системі Міністерства діють підрозділи в усіх адміністративнотериторіальних одиницях і деяких природних регіонах. В межах своєї компетенції відомчий контроль мають право здійснювати ряд міністерств і відомств. До органів законодавчої влади у галузі охорони довкілля в Україні відносяться комітети Верховної Ради з питань екологічної політики, природокористування та ліквідації наслідків Чорнобильської катастрофи, з питань охорони здоров’я, а також комітети, що займаються справами промисловості, енергетики, транспорту і сільського господарства. Державні нормативні акти у сфері екології формуються також на рівні Кабінету Міністрів України. 286

Державні органи виконавчої влади у галузі охорони природи в Україні представлені Міністерством екології та природних ресурсів (скорочено Мінекоресурсів), санітарно-епідеміологічною службою Міністерства охорони здоров’я (МОЗ), Міністерством з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків аварії на Чорнобильській АЕС (МНС), екологічними відділами міністерств і комітетів різних секторів економіки, що охоплюють промисловість, енергетику, транспорт, сільське господарство, а також екологічними підрозділами обласних та місцевих органів самоврядування. Основний контроль стану довкілля здійснюють Мінекоресурсів та МОЗ України, їх гідрометеорологічна, геологічна та санітарно-епідеміологічна служби, а допоміжний екологічний контроль - служби комунального, водного, лісового господарства, Мінагрополітики України, рибнагляду та ін. Повноваження і функції у здійсненні державного контролю, спостереження, планування, регулювання природокористування, інформаційного забезпечення та ін. розподілені між Мінекоресурсів України, розпорядчими і виконавчими органами рад різного рівня, міністерствами і відомствами та їх підрозділами на місцях. Ключове місце в системі державних органів управління природокористуванням і природоохороною діяльністю займає Міністерство екології та природних ресурсів України, утворене указом Президента України від 15 грудня 1999 р. на базі Міністерства охорони навколишнього природного середовища та ядерної безпеки України (Мінекобезпеки), Комітетів України з питань геології і використання надр та з питань гідрометеорології, Державної адміністрації ядерного регулювання України, Головного управління геодезії, картографії і кадастру та Державної комісії у справах випробувань і реєстрації засобів захисту та регуляторів росту рослин і добрив, що були ліквідовані. В свою чергу, Мінекобезпеки України було утворене указом Президента України від 15 грудня 1994 р. на базі Міністерства охорони навколишнього природного середовища (Мінприроди) та Державного комітету по нагляду за ядерною і радіаційною безпекою, а Мінприроди України - в серпні 1991 р. на базі Державного комітету по охороні навколишнього природного середовища, організованого у 1987 р. на основі Комітету, наділеного менш офіційними повноваженнями (фактично цей Комітет був точною копією Державного комітету по екології, утвореного у той же період в Москві). На відміну від своїх попередників, Мінекоресурсів України наділене більш широкими повноваженнями для посилення його ролі як основного інституту державної влади, відповідального за управління охороною навколишнього природного середовища. Нині Мінекоресурсів України є центральним органом державної виконавчої влади, підвідомчим Кабінету Міністрів України, основні завдання якого полягають у реалізації державної політики у галузі охорони навколишнього природного середовища, раціонального використання і відтворення природ287

них ресурсів, захисту населення та навколишнього середовища від негативного впливу господарської діяльності шляхом регулювання екологічної, ядерної та радіаційної безпеки на об’єктах усіх форм власності. Діяльність міністерства розпочиналася і дотепер продовжується в період гострої економічної кризи, коли проблеми захисту навколишнього природного середовища не відносяться до загальнонаціональних пріоритетів. За даними Світового Банку [115], бюджет Мінприроди у 1992 р. становив 456 млн. крб., що робило його “найбіднішим” міністерством в Уряді України, а персонал міністерства нараховував всього 2800 осіб (для порівняння, персонал Міністерства охорони здоров’я України у той же час становив 20000 працівників). Міністерство складалося з центрального апарату, що включав 15 управлінь, а також з управлінь в усіх областях України та в містах Києві і Севастополі. Обласні управління були створені ще у 1988-89 роках і відповідали за роботу з місцевими органами влади та промисловими підприємствами по узгодженню заходів, спрямованих на приведення підприємств у відповідність до вимог дозволів на викиди і скиди забруднюючих речовин, проведення перевірок і обстежень (моніторинг стану джерел викидів і скидів стічних вод) та визначення розмірів штрафів. Першим Міністром охорони навколишнього природного середовища України став д-р Юрій Щербак, який раніше очолював асоціацію “Зелений Світ”. Він розпочав формування нового міністерства і намагався на міжнародному рівні привернути увагу до проблем охорони навколишнього природного середовища в Україні. Його наступник, д-р Юрій Костенко, який вступив на посаду Міністра в листопаді 1992 року, продовжив подальшу реорганізацію міністерства і приймав активну участь в роботі Комісії Верховної Ради з екологічних питань та проблем ядерної енергетики. Досвід подальшої роботи показав, що перехід наприкінці 1992 р. в центральному апараті Міністерства від управління за ресурсним до управління за функціональним принципом був виправданим. Така структура повніше відповідає Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища”, зокрема, вона сприяє підвищенню екологічної безпеки, яка має велике значення у загальній системі національної безпеки України. В результаті реорганізації у 1995 р. Мінекобезпеки включило до переліку пріоритетів проблеми ядерної та радіаційної безпеки і утворило низку нових структурних підрозділів з питань промислового і сільськогосподарського виробництва, що забезпечило передумови для комплексного вирішення питань охорони довкілля. В рамках міністерства була створена Державна екологічна інспекція1 (раніше це було найбільше управління міністерства з відділами, що займалися організацією використання і охорони атмосферного басейну, вод1

Нині Головна державна екологічна інспекція. 288

них ресурсів, ліквідації відходів), яка, в свою чергу, складалася з Головної екологічної інспекції, інспекторських підрозділів на місцях та інспекцій Чорного і Азовського морів. Мінекоресурсів здійснює свої повноваження безпосередньо та через Державну адміністрацію ядерного регулювання України, Головну державну екологічну інспекцію, Головну державну інспекцію з нагляду за ядерною безпекою, Головне управління національних природних парків і заповідної справи, державні управління екологічної безпеки в областях, містах Києві та Севастополі, спеціально уповноважені органи у галузі екологічної безпеки Автономної Республіки Крим, інспекції, науково-дослідні та навчальні заклади, інші підприємства, установи й організації, що входять до сфери його управління і становлять систему Мінекоресурсів України. Починаючи з березня 1999 р., діяльність Державної комісії у справах випробувань і реєстрації засобів захисту та регуляторів росту рослин і добрив, Комітетів України з питань геології і використання надр та з питань гідрометеорології спрямовувалася і координувалася Кабінетом Міністрів України через Мінекобезпеки України, а з грудня 1999 р. вони увійшли до складу новоствореного Мінекоресурсів України. Мінекоресурсів під час виконання покладених на нього завдань взаємодіє з іншими центральними органами виконавчої влади, органами Автономної Республіки Крим, місцевими органами виконавчої влади і органами місцевого самоврядування, підрозділами Кабінету Міністрів України, особливо з відділом з питань техногенної, екологічної, ядерної безпеки та природокористування, а також з відповідними органами інших держав. Діяльність міністерства насамперед спрямується на виконання Указів Президента України, Програми діяльності Кабінету Міністрів та Плану з основної діяльності Мінекоресурсів. Державна екологічна політика, яку проводить міністерство, базується на поєднанні вирішення економічних і екологічних проблем, створенні мотивації та умов їх розв’язання на національному, регіональному, місцевому та об’єктному рівнях. Окрім Мінекоресурсів України здійсненням екологічної політики займаються й інші державні інститути. Міністерство охорони здоров’я України відіграє значну роль у розробці стандартів та здійснює моніторинг атмосферного повітря і поверхневих вод у місцях проживання населення. Наукові дослідження проводяться в інститутах Академії Наук. Місцеві міські ради через офіційно призначених представників приймають активну участь у проведенні перевірок та здійсненні природоохоронних заходів на міському рівні спільно з держуправліннями екоресурсів. Вони також мають право тимчасово призупиняти роботу підприємств або давати вказівку про вибіркове усунення джерел забруднення на підприємствах. 289

Однак слід зазначити, що в сучасному вигляді державний механізм регулювання і контролю за використанням природних ресурсів і станом природного середовища в Україні являє собою досить складну і недостатньо оперативну систему. Однією з причин, що гальмують ефективне впровадження екологічної реформи в Україні, є неврегульованість питань розмежування управлінських і контрольних функцій Мінекоресурсів України та органів управління в галузі використання і охорони земель, надр, вод, лісів, інших природних ресурсів, а також органів, що здійснюють контроль в галузі екологічної, зокрема, радіаційної безпеки. Існує необхідність посилення і послідовного розширення складу та повноважень регіональних і місцевих органів управління і контролю в цій сфері, поступового формування узгодженої системи органів екологічного контролю на регіональному, міжрегіональному рівнях стосовно екосистем, що склалися в Україні, використання можливостей басейнового принципу управління з урахуванням регіональних та місцевих особливостей, запровадження єдиної мережі автоматизованого екологічного контролю, удосконалення первинного обліку і виробничого контролю за викидами і скидами забруднюючих речовин у навколишнє природне середовище. Чинне законодавство також не регламентує розмежування функцій стосовно контролю за охороною навколишнього природного середовища між місцевими радами різних рівнів та спеціально уповноваженими органами державного управління, що в деякій мірі стає причиною безвідповідальності. Ефективність державного контролю в галузі охорони навколишнього природного середовища значно знижується і тим, що місцеві органи охорони природи є органами подвійного підпорядкування - Мінекоресурсів України і місцевим державним адміністраціям. Об’єкти комунального господарства на місцях, які підпорядковані місцевим державним адміністраціям, скидають у водойми більш як половину загального обсягу забруднених стічних вод, і підпорядкованість органів охорони природи цим адміністраціям фактично виключає можливість притягнення до відповідальності посадових осіб об’єктів-забруднювачів довкілля за порушення природоохоронного законодавства. Ефективність реалізації природоохоронної політики в значній мірі базується на наукових засадах. Українська екологічна наука має в своєму активі солідний багаж як в аспекті фундаментальних, так і прикладних розробок. Її потенціал складається з установ Академії наук України, Української академії аграрних наук, Української екологічної Академії наук, вищих навчальних закладів та галузевих науково-дослідних установ. Мінекоресурсів України встановлені тісні зв’язки з низкою науково-дослідних інститутів, які спеціалізуються на проведенні досліджень якості води та впровадженні екологічних технологій. Мінекоресурсів офіційно підпорядковуються такі заклади: • Український науково-дослідний інститут екологічних проблем УНДIЕП у Харкові; 290

• Український науковий центр екології морів в Одесі, який займається дослідженнями і моніторингом стану Чорного та Азовського морів. З рядом інститутів підписані угоди про співробітництво, серед них такі: • Iнститут промислової екології у Донецьку, який спеціалізується на експертизі металургійних підприємств та підприємств паливно-енергетичного комплексу; • Технічне проектне бюро у Харкові (досвід застосування технологій водоочистки та каналізації); • Український науково-технічний центр у Черкасах та ін. Останнім часом дедалі більшу роль у розв’язанні напружених екологічних ситуацій, громадському контролі за дотриманням природоохоронного законодавства і гігієнічних нормативів та забезпеченні підвищення екологічної культури суспільства починає відігравати громадська думка, численні неурядові організації екологічного профілю - громадські організації, зацікавлені у вирішенні еколого-медичних проблем, профспілки, асоціації користувачів, а також засоби масової інформації. Так, тиск “зеленого” руху, який набув широкого розмаху в 1987-1991 рр., позначився на прийнятті урядових рішень про закриття Чорнобильської АЕС, припинення будівництва Кримської АЕС та Одеської АТЕЦ, екологічно небезпечних каналу Дунай-Дніпро і дамби між Чорним та Азовським морями, при відмові від планів розширення об’єктів ядерної енергетики та багатьох інших проектів і будов різного масштабу. Як зазначено в резолюції Конференції ООН з навколишнього середовища та розвитку (Ріо-де-Жанейро, 1992 р.), екологічні проблеми можуть бути вирішені тільки за участі всіх зацікавлених громадян і організацій. На сьогодні в Україні доступ громадськості до інформації стосовно стану довкілля та здоров’я громадян передбачений законодавством. Це знайшло втілення у відповідних статтях Конституції України, Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища”, Основ Законодавства України про охорону здоров’я, Закону України “Про інформацію” тощо. Україною підписані Європейська хартія з навколишнього середовища і здоров’я (Франкфурт, 1989 р.), Орхуська конвенція (Орхус, 1998 р.), яка забезпечує доступ до екологічної інформації і участь населення в процесі прийняття рішень щодо захисту навколишнього середовища. Проте, незважаючи на всю низку вищеназваних законів, дії уряду поки що не можна назвати прозорими. Законодавством майже не забезпечено право громадськості на участь у прийнятті рішень (за винятком Закону України “Про екологічну експертизу”, де громадський контроль має фрагментарний та необов’язковий характер). Відсутні дієві механізми широкого інформування населення і залучення громадськості до різних етапів процесу прийняття рішень. Разом з тим зовсім незначна частина людей усвідомлює, що вони мають взяти на себе частину відповідальності за покращення стану довкілля та здо291

ров’я народу. Громадське суспільство в Україні ще дуже слабке, влада сильна, а людей з громадською свідомістю і позицією - незначний відсоток. Тільки неурядові (громадські) організації в умовах співпраці на засадах партнерства з урядом можуть забезпечити діалог державних структур з основними групами населення. Особливу увагу необхідно приділяти активному залученню жінок і жіночих організацій, оскільки, як і в більшості країн світу, жінки несуть первісну відповідальність за здоров’я дітей, старих та немічних членів родини, включаючи і жертв екологічних катастроф. Підтримка неурядових організацій з боку уряду має проводитись як політика партнерства, поваги та плюралізму стосовно громадських ініціатив у сфері пріоритету номер один для України - здоров’я нації та її природного середовища. Розвиток такого партнерства допоможе перемістити важелі управління політикою України в галузі гігієни довкілля з ліквідації згубних наслідків негативного впливу на здоров’я на запобігання їм. Створіть небагато законів, але слідкуйте за тим, щоб їх дотримувались. Д.Локк 7.3. Система екологічного законодавства

Охорона природи здійснюється на основі законів локального (регіонального) та міжнародного значення. В цих законах наводяться обов’язкові для всіх вимоги, спрямовані на забезпечення нормальних умов функціонування екосистем біосфери та раціональне використання природних ресурсів. Основні законодавчі та підзаконні акти закріплюють екологічні права та обов’язки громадян, екологічні інтереси держав та юридичних осіб, механізми їх реалізації і захисту, регламентують відносини у галузі використання, відтворення і охорони земельних, водних, лісових та інших природних ресурсів, визначають режими територій і об’єктів особливої охорони та забезпечують вимоги екологічної безпеки. Обов’язковість виконання природоохоронних законів забезпечується різними засобами - від штрафів до адміністративних і юридичних покарань правопорушників. Винні в екологічному правопорушенні обов’язково мають нести еколого-правову відповідальність. Ми повинні керуватися принципом: після нас має лишитися красива, здорова та багата природа. I всі, хто не дотримується цього гуманного принципу, заслуговують на суспільне осудження і покарання. I.П.Лаптєв

7.3.1. Еколого-правова відповідальність Еколого-правова відповідальність - це юридична відповідальність за екологічне порушення, тобто виконання певних затверджених законом про охорону природи обов’язків. Еколого-правова відповідальність може бути кількох видів: активна і пасивна, адміністративна, кримінальна та майнова. 292

Активна (позитивна) відповідальність - це виконання вимог щодо охорони природи шляхом запровадження безвідходних і маловідходних технологій, виділення значних коштів на будівництво очисних споруд, різних установок і пристроїв, що зменшать забруднення навколишнього середовища і захистять здоров’я людей. Позитивна відповідальність передбачає здійснення позитивних дій з боку відповідальних осіб та окремих громадян у галузі раціонального природокористування і екологічної безпеки. Цей вид юридичної відповідальності може бути організаційним, організаційно-майновим чи майновим, пов’язаним з відшкодуванням збитків за відведені під будівництво землі, виконанням рекультиваційних заходів під час геологорозвідувальних, пошукових чи гірничоексплуатаційних робіт, відшкодуванням втрат, пов’язаних з гідротехнічним будівництвом, спорудженням військових об’єктів тощо. Позитивна еколого-правова відповідальність застосовується державою не лише для відшкодування збитків від антропогенного впливу (ліквідація наслідків різних аварій, компенсація населенню, евакуаційні роботи), але й для усунення наслідків стихійних катастроф (допомога після землетрусів, снігових лавин, селів, вивержень вулканів, повеней, ураганів, пожеж тощо). Позитивною еколого-правовою відповідальністю є справляння підприємствами, установами та організаціями зборів за забруднення навколишнього природного середовища, стягнення штрафів за забруднення довкілля. Розмір зборів залежить від збитків, заподіяних природі й господарству (див. розділ 7.5). Пасивна форма юридичної відповідальності - це коли організації утримуються від виконання певних дій, які можуть призвести до екологічної шкоди і погіршення здоров’я людей. Поряд з таким регулюванням відповідальності за екологічні порушення передбачаються також юридичні засоби забезпечення примусового виконання підприємствами, організаціями, установами та громадянами зобов’язань, покладених на них природоохоронним законодавством (коли суб’єкти ухиляються від їх виконання). Встановленню юридичної відповідальності за екологічні правопорушення передує складна й тривала робота: визначаються конкретні предмети правопорушення, об’єкти посягання (земельні ресурси, надра, води, повітря, ліси, флора, фауна, заповідні території), об’єкти екологічної охорони (здоров’я та життя людей), суб’єкти правопорушення, їх відношення до скоєного екологічного порушення тощо. Майнова відповідальність передбачає накладання обов’язків на підприємства, організації, установи та громадян відшкодувати збитки, заподіяні природі або екологічним правам людини, а також шкоду, завдану в результаті протиправної поведінки. Ця відповідальність застосовується самостійно або спільно з іншими видами юридичної відповідальності (адміністративною, кримінальною). 293

Екологічним законодавством передбачається три основних види відшкодування збитків, а саме: • завданих у результаті правомірних дій, спрямованих на погіршення екологічних умов; • завданих внаслідок порушення екологічного законодавства; • компенсація збитків державою за “чужу” вину. Ці види відшкодувань конкретизуються й закріплюються у відповідних законодавствах (земельному, водному, лісовому, фауністичному, радіаційної безпеки), де визначаються правила розрахунків відшкодувань, конкретні ціни об’єктів і суми штрафів. Ряд правових норм визначають кримінальні покарання за бездіяльність у галузі охорони природного середовища, приховування або навмисне перекручування службовою особою відомостей про екологічний стан, зокрема радіаційну ситуацію, про забруднення земель, природних вод, атмосфери і продуктів харчування. Об’єктом злочинного зазіхання є суспільні відносини щодо забезпечення режиму гласності й правопорядку у галузі організації і здійснення екологічних моніторингу та експертиз. Так, в Україні офіційно встановлено (ст.25 Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища”), що Мінекоресурсів України та інші спеціально уповноважені органи щорічно готують і подають Верховній Раді України у вигляді Національної доповіді про стан навколишнього природного середовища в країні узагальнену комплексну інформацію про екологічну, радіаційну обстановку та стан захворюваності населення, випадки і причини екстремального забруднення довкілля, наслідки і результати ліквідації цих явищ, екологічні прогнози, а також про притягнення винних до відповідальності. Порядок обнародування інформації про стан навколишнього середовища визначається Кабінетом Міністрів України. Жорсткі покарання встановлюються за дії, які спричинюють загибель людей та інші тяжкі наслідки, за розкрадання радіоактивних матеріалів тощо. Передбачаються штрафні санкції за вирубування лісу, спричинення пожеж, незаконні полювання, рибну ловлю, забруднення водойм, пошкодження пам’яток природи та ін. У ряді випадків, в разі завдання істотної шкоди здоров’ю людей або живим ресурсам моря, зонам відпочинку тощо, відповідні службові особи караються позбавленням волі чи значним штрафом. Слід зазначити, що на сьогодні у законодавстві України немає спеціального розділу “Екологічні злочини”, який би розглядав факти підвищеної й особливо небезпечної екологічної шкоди. В чинному законодавстві ще відсутні принципи й науково обґрунтовані способи визначення шкоди, заподіяної землям, надрам, нелісовій рослинності, ландшафтам і атмосфері. Не встановлено юридичних нормативів на комплексні екологічні порушення, є недоліки в правовому регулюванні відносин з комплексного визначення шкоди, заподіяної довкіллю. Проте законодавство про охорону природи в Україні, як і в ін294

ших країнах світу, постійно розвивається і вдосконалюється, запозичується позитивний зарубіжний досвід. Ногами людина повинна укоренитися в землі своєї батьківщини, але очі її нехай оглядають увесь світ. Д.Сантаяна

7.3.2. Міжнародне співробітництво з питань екологічного законодавства Дедалі зміцнюється співробітництво між країнами світу в галузі охоронного навколишнього природного середовища, необхідність якого відображена в резолюціях Генеральної Асамблеї ООН, Декларації Конференції ООН по навколишньому середовищу і розвитку в Ріо-де-Жанейро (Бразилія, 1992 р.). Право навколишнього середовища стало нормативною базою природоохоронного співробітництва країн. Воно є інтегрованою галуззю міжнародного права, яка визначає режим охорони та використання міжнародних територій Світового океану, атмосфери Землі, космічного простору і міжнародних природних ресурсів. У цій галузі досягнуто понад 300 міжнародних угод, конвенцій, домовленостей, які регулюють взаємовідносини країн у справі охорони довкілля та організації раціонального природокористування на регіональному і глобальному рівнях (табл.7.1). Табл.7.1. Міжнародні конвенції в галузі охорони навколишнього природного середовища, стороною яких є або має стати Україна [63, 65] Конвенція ВООЗ про захист від іонізуючої радіації

Женева, 1960

Договір про заборону випробування ядерної зброї в атмосфері, в космічному просторі і під водою Віденська конвенція про цивільну відповідальність за ядерну шкоду Протокол про внесення змін до Конвенції про цивільну відповідальність за ядерну шкоду Договір про заборону розміщення на дні морів та океанів ядерної зброї та інших видів зброї масового знищення

Москва, 1963 Відень, 1963 Відень, 1997

Лондон, Москва, Вашингтон, 1971 Конвенція про заборону розробки, виробництва та нагро- Лондон, Москмадження запасів біологічної і токсичної зброї та їх зни- ва, Вашингтон, щення 1972 Конвенція про запобігання забрудненню моря скидами Лондон, 1972 відходів та інших матеріалів Конвенція про охорону світової культурної та природної Париж, 1972 спадщини Конвенція про заборону військового чи іншого ворожого Женева, 1976 використання засобів впливу на навколишнє середовище Конвенція про транскордонне забруднення повітря на ве- Женева, 1979 ликі відстані Протокол про довгострокове фінансування спільної про- Женева, 1984

ратифікована у 1969 р. ратифікований у 1963 р. ратифікована у 1996 р. підписаний у Відні в 1997 р. ратифікований у 1971 р. ратифікована у 1975 р. ратифікована у 1975 р. ратифікована у 1988 р. ратифікована у 1978 р. ратифікована у 1980 р. ратифікований 295

грами спостережень і оцінки поширення забруднювачів повітря на великі відстані в Європі (ЕМЕП) до Конвенції 1979 року про транскордонне забруднення повітря на великі відстані Протокол про обмеження викидів сірки принаймні на 30 % до Конвенції 1979 року про транскордонне забруднення повітря на великі відстані Конвенція про оперативне сповіщення у випадку ядерної аварії Конвенція про допомогу у випадку ядерної аварії чи аварійної ситуації Конвенція про фізичний захист ядерного матеріалу

у 1985 Р.

Гельсінкі, 1985

ратифікований у 1986 р.

Відень, 1986

ратифікована у 1986 р. ратифікована у 1986 р. ратифікована у 1993 р. ратифікований у 1989 р.

Відень, 1986 Відень, 1987

Протокол про обмеження викидів окислів азоту чи їх Софія, 1988 транскордонних потоків до Конвенції 1979 року про транскордонне забруднення повітря на великі відстані Протокол про обмеження викидів летких органічних спо- Женева, 1991 лук чи їх транскордонних потоків до Конвенції 1979 року про транскордонне забруднення повітря на великі відстані Протокол про подальше скорочення викидів сірки Осло, 1994 Віденська конвенція про охорону озонового шару

Відень, 1985

Монреальський протокол по речовинах, що руйнують озоновий шар Конвенція про оперативне сповіщення у випадку ядерної аварії Конвенція про допомогу у випадку ядерної аварії чи аварійної ситуації Конвенція про фізичний захист ядерного матеріалу

Монреаль, 1987

Базельська конвенція про контроль транскордонних перевезень токсичних відходів та їх видалення Конвенція про оцінку впливу на навколишнє середовище у транскордонному аспекті Конвенція про біологічне різноманіття

Базель, 1989

Конвенція про зміну клімату Конвенція про охорону та використання транскордонних водотоків і міжнародних озер Конвенція про транскордонний вплив промислових аварій Конвенція про захист Чорного моря від забруднення Конвенція про ядерну безпеку 296

Відень, 1986 Відень, 1986 Відень, 1987

Еспоо, 1991

підписаний у 1991 р., не ратифікований не ратифікований ратифікована у 1986 р. ратифікований у 1988 р. ратифікована у 1986 р. ратифікована у 1986 р. ратифікована у 1993 р. не підписана

Ріо-де-Жанейро, 1992 Ріо-де-Жанейро, 1992 Гельсінкі, 1992

підписана у 1991 р. ратифікована у 1994 р. ратифікована у 1996 р. не підписана

Гельсінкі, 1992

не підписана

Бухарест, 1992

ратифікована у 1994 р. ратифікована у 1997 р.

Відень, 1994

Конвенція про поводження з радіоактивними відходами та відпрацьованим ядерним паливом Конвенція про додаткову компенсацію за ядерну шкоду

Відень, 1997

Конвенція про забезпечення доступу до інформації, участь громадськості в процесі прийняття рішень та доступ до правосуддя з питань, що стосуються навколишнього середовища

Орхус, 1998

Відень, 1997

підписана в 1997 р. підписана в 1997 р. підписана в 1998 р., не ратифікована

У 1989 р. було опубліковано документ “Правові принципи охорони навколишнього середовища й стійкого розвитку”, підготовлений спеціальною Комісією міжнародної групи експертів-юристів за завданням ООН. Він є зведенням правових принципів охорони довкілля й стійкого розвитку. Найважливіші положення цього документа полягають у наступному: 1. Усі люди мають основне право на навколишнє середовище, сприятливе для їх здоров’я й благополуччя. 2. Держави зберігають і використовують навколишнє середовище й природні ресурси в інтересах нинішнього та прийдешніх поколінь. 3. Держави підтримують екосистеми та екологічні процеси, необхідні для функціонування біосфери, оберігають біологічне різноманіття й дотримуються принципів збереження максимальної стійкості продуктивності під час використання живих природних ресурсів і екосистем. 4. Держави встановлюють відповідні норми охорони навколишнього середовища, здійснюють моніторинг змін якості навколишнього середовища, а також публікують усі дані щодо цього. 5. Держави проводять попередні екологічні оцінки або вимагають їх виконання в зв’язку з видами діяльності, які значною мірою можуть вплинути на навколишнє середовище чи використання одного з видів природних ресурсів. 6. Держави своєчасно інформують усіх осіб, яких може значною мірою торкнутися запланована діяльність, надають їм доступ і забезпечують відповідну процедуру в адміністративних і судових справах. 7. Держави забезпечують умови, за яких збереження природного середовища розглядається як невід’ємна частина планування та здійснення діяльності в галузі розвитку, і надають допомогу іншим державам, особливо тим, що розвиваються, для підтримки діяльності з охорони довкілля та стійкого розвитку. 8. Держави виявляють добру волю з іншими державами з метою здійснення зазначених прав і обов’язків. У документі також наведено права та обов’язки щодо природних ресурсів і екологічних порушень (розумне й рівноправне використання, попередження та пом’якшення наслідків, сувора відповідальність, недопущення дискримінації, спільний обов’язок співробітництва в галузі транскордонних екологічних 297

проблем, обмін інформацією, екстремальні ситуації та ін.), а також щодо відповідальності держав і мирного врегулювання конфліктів. Україна - член міжнародного співтовариства. У багатьох випадках її навколишнє середовище залежить від сусідніх країн: забруднення повітря, морів та деяких рік, якість імпортованих продуктів харчування тощо. В свою чергу, забруднення середовища в нашій країні може негативно впливати на здоров`я населення сусідніх держав. Тільки активна участь у світовій співдружності може дати вагомі успіхи як для громадян України, так і для жителів держав, що її оточують. 7.3.3. Законодавчі основи системи екологічного управління в Україні Оскільки проблеми екології мають синтетичний характер і органічно пов’язані з усіма політичними, соціальними та економічними факторами, то стратегія природокористування в Україні повинна бути однією з фундаментальних складових стратегії розбудови правової, демократичної держави з розвиненою ринковою економікою. В основу політики такої держави має бути покладений загальновизнаний у цивілізованому світі постулат про пріоритетність прав людини. Одним з таких незаперечних прав є право громадян на екологічну безпеку, яке повинно забезпечуватись комплексом юридичних, економічних, технологічних і гуманітарних чинників. Для реалізації екологічної політики держави необхідна розвинута система екологічного законодавства, яка надає їй чіткої цілеспрямованості, формальної визначеності, загальнообов’язковості, гарантує дотримання та захист екологічних прав громадян, зокрема права на екологічну безпеку, селективне використання природних ресурсів на базі розширення форм власності та користування, застосування превентивних, оперативних і стимулюючих заходів, а в передбачених законом випадках і притягнення винних до юридичної відповідальності за екологічні правопорушення. Правове регулювання проблем охорони навколишнього природного середовища в Україні протягом десятиріч формувалося в умовах жорсткої адміністративно-командної системи і федеративного характеру держави, до складу якої Україна входила як республіка. Це обумовлювало порядок, за яким республіканські акти приймалися на основі і в розвиток відповідних союзних актів - кожна радянська республіка мала свою власну низку законів з питань раціонального використання природних ресурсів та охорони навколишнього середовища, які по суті дублювали законодавство Союзу. Певні сфери природоохоронних відносин традиційно належали до виключної союзної компетенції і цілком регулювалися загальносоюзним законодавством (зокрема, охорона морського середовища, рибних запасів, об’єктів особливої правової охорони тощо), тобто майже цілком виходили з-під регулювання республік. Незважаючи на те, що в СРСР раніше, ніж на Заході, прийняли ряд природоохоронних законів - Декрети про землю (1917 р.), про ліси (1918 р.), про 298

надра землі (1920 р.), Конституції СРСР (1936 та 1977 рр.), Основи земельного (1968 р.), водного (1970 р.), лісового (1977 р.) та законодавства про надра (1975 р.), Закони про охорону повітря в СРСР та про охорону і використання тваринного світу в СРСР (1980 р.) - належних умов для їх виконання створено не було. Закон про охорону навколишнього середовища в СРСР був продовженням положень, закладених у законодавстві про природні ресурси в 60-х і 70-х роках. Основний його зміст був націлений на раціональне використання природних ресурсів: землі, води, атмосфери, флори й фауни, а також корисних копалин. В подальшому Закон був доповнений розділами щодо відшкодування збитків, завданих в результаті неправильного користування природними ресурсами, а також щодо екологічних порушень. Істотною вадою природоохоронного законодавства СРСР був той факт, що формувалося воно за поресурсною ознакою, тобто диференційованому регулюванню піддавалися земельні, водні, гірничі, лісові, атмосфероохоронні та інші відносини. Такий вузькогалузевий, асистемний підхід не забезпечував комплексності в регулюванні відносин щодо природного середовища як єдиного організму. До того ж, закони в основному мали декларативний характер - проголошували високі ідеали, але не визначали конкретних механізмів втілення їх у життя. Ефективній дії законів перешкоджали такі три основні фактори: • відсутність політичної зацікавленості у втіленні законів через пріоритетність виробництва, що властиво економіці з централізованим плануванням; • слабка правова і судова система, цілком залежна від центрального уряду; • відсутність підзвітності уряду громадянам і громадським організаціям, які б могли здійснювати на нього необхідний політичний тиск. В Україні основи регулювання природокористування були закладені Законом про охорону природи Української РСР, прийнятим Верховною Радою УРСР 30 червня 1960 р. і доповненим 25 червня 1964 р. та 25 серпня 1970 р. Цей Закон закріпив природоохоронні відносини, визначив мету і завдання охорони природних ресурсів, дав поняття правової охорони природи, окреслив коло об’єктів природи, що підлягають державній охороні та регулюванню використання. Згідно з цим Законом державній охороні підлягали земля, надра, водні ресурси, полезахисні та водоохоронні смуги, зелені насадження, типові ландшафти, рідкісні та визначні природні об’єкти, державні заповідники і заказники, тваринний світ, атмосферне повітря та інші природні багатства, які перебували у господарському користуванні, а також ті, що не експлуатувалися. Контроль за додержанням норм природокористування було покладено на створений 25 березня 1967 р. Державний комітет УРСР по охороні приро299

ди (Положення про цей Комітет було затверджене постановою Ради Міністрів УРСР від 25 березня 1968 р.). Вказаний Закон, а також інші природоохоронні законодавчі акти Української РСР - Земельний (1970 р.), Водний (1972 р.), Лісовий (1979 р.) кодекси та Кодекс про надра (1976 р.), Закони про охорону атмосферного повітря та про використання і охорону тваринного світу (1981 р.) - по суті будувалися за ресурсною ознакою і ще до початку 80-х років значною мірою застаріли і практично були деклараціями, оскільки не відображали реальних потреб суспільства у правовому регулюванні екологічних проблем та не мали належного механізму реалізації. Неспроможність законів та інших природоохоронних актів виконувати свою регулюючу функцію, суттєва їх суперечність з реальною практикою планового соціалістичного господарювання, відсутність економічних механізмів та практика безкоштовного використання природних ресурсів, коли проблеми природокористування прагнули вирішувати за допомогою не економічних, а адміністративних заходів, призвели до руйнівних тенденцій в стані навколишнього середовища України. Після Чорнобильської катастрофи в 1986 році і наступної хвилі обурення громадськості, яка співпала з кампанією гласності, екологічним проблемам почали приділяти більшу увагу. На всіх рівнях урядів республік колишнього Радянського Союзу на місці попередніх більш слабких структур були створені нові природоохоронні органи, що підпорядковувалися Державному комітету по охороні навколишнього середовища (Держкомприроди) в Москві. В дію були введені різноманітні елементи і механізми політики екологічного регулювання, які включали систему видачі дозволів, моделювання стану атмосферного повітря та вод, а також проведення регіональних експериментів щодо здійснення програм справляння платежів і штрафів за забруднення навколишнього середовища. Створена система дозволяла час від часу (головним чином, під тиском громадськості) закривати джерела забруднення, проте вона все ще не мала реального і сильного потенціалу для втілення у життя екологічних законів, а також здійснення контролю за їх виконанням. Успадкувавши таку систему, що включала базову структуру управління у галузі охорони навколишнього природного середовища, Україна розпочала проводити власну екологічну політику. Спрямованість законодавчої реформи у сфері охорони навколишнього середовища в Україні наприкінці 80-х років визначалася, в першу чергу, необхідністю охоплення правовим регулюванням всього природного комплексу, як цілого. Помітною віхою на цьому етапі стала прийнята Урядом у 1988 р. постанова “Про докорінну перебудову справи охорони природи”, яка відчутно змінила управлінську структуру в галузі природокористування, утворивши Державний комітет по охороні навколишнього природного середовища, на базі якого у 1991 р. було створене Міністерство охорони навколишнього природного середовища України. 300

Вже з перших законотворчих кроків суверенної України було визначено основи забезпечення екологічних прав людини. Важливими актами нової держави стали Декларація про державний суверенітет від 16 липня 1990 р., Закон “Про охорону навколишнього природного середовища” від 25 червня 1991 р., Конституція України від 28 червня 1996 р. та інші природоохоронні законодавчі та нормативні акти. За роки становлення незалежності суверенної України було значно вдосконалено систему екологічного законодавства, яка нині включає принаймні такі основні блоки законодавчого та підзаконного регулювання [25]: 1. Конституційне регулювання екологічних правовідносин, яке закріплює найбільш важливі принципи та форми використання природних ресурсів на різних юридичних титулах, декларує низку екологічних прав громадян, вимоги щодо охорони довкілля і забезпечення екологічної безпеки у процесі реалізації функцій різних державно-правових структур розподілу влади. 2. Еколого-правове регулювання, що базується на нормах Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища” - своєрідної “екологічної конституції”, яка передбачає мету, завдання, принципи та механізми забезпечення ефективного природокористування, охорони довкілля та екологічної безпеки в Україні. Вказаний Закон знаменує нову віху в гуманізації і демократизації регулювання екологічних правовідносин у зв’язку із закріпленням пакета екологічних прав громадян, які базуються на загальнолюдських, природних правах, - зокрема, прав, які реалізуються переважно на галузевому рівні, а саме: • права на безпечне для життя і здоров’я навколишнє природне середовище (екологічну безпеку); • на одержання повної достовірної інформації про стан навколишнього природного середовища і його вплив на здоров’я людей (екологічної інформації); • на участь у проведенні громадської екологічної експертизи; • на здійснення загального і спеціального використання природних ресурсів; • на участь у розробці і здійсненні заходів щодо охорони навколишнього природного середовища, раціонального і комплексного використання природних ресурсів (екологічних заходів); та прав, які реалізуються на міжгалузевому рівні, а саме: • права на одержання екологічної освіти; • на об’єднання в громадські екологічні організації; • на участь в обговоренні проектів законів та екологічно значущих проектів і рішень; • на подання до суду позовів до фізичних і юридичних осіб про відшкодування шкоди, заподіяної їх здоров’ю та майну внаслідок негативного впливу на навколишнє природне середовище. 301

Забезпечення цих прав громадян, їх об’єднань та законних екологічних інтересів держави і юридичних осіб передбачається законами і підзаконними актами, прийнятими у розвиток цього Закону, зокрема Законами України: • “Про природно-заповідний фонд України” від 16 червня 1992 р.; • “Про охорону атмосферного повітря” від 16 жовтня 1992 р.; • “Про тваринний світ” від 3 березня 1993 р.; • “Про використання ядерної енергії” від 8 лютого 1995 р.; • “Про екологічну експертизу” від 9 лютого 1995 р.; • “Про поводження з радіоактивними відходами” від 30 червня 1995 р.; • “Про внесення змін до Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища” від 5 березня 1998 р.; • “Про рослинний світ” від 9 квітня 1999 р.; • “Про зону надзвичайної екологічної ситуації” від 13 липня 2000 р.; а також Кодексами України: • Земельним від 13 березня 1992 р.; • Лісовим від 21 січня 1994 р.; • Про надра від 27 липня 1994 р.; • Водним від 6 червня 1995 р. 3. Регулювання екологічних правовідносин еколого-правовими нормами різних галузей законодавства у сфері здійснення широкого кола позитивної діяльності - законотворчої, виконавчо-розпорядчої, науково-технічної, підприємницької, зовнішньоекономічної тощо, спрямованими на впровадження системи еколого-правових вимог у процесі їх здійснення щодо використання природних ресурсів, охорони довкілля та забезпечення екологічної безпеки. Це, у свою чергу, дозволяє збалансувати правову систему України під кутом зору екологізації її галузей та окремих правових інститутів. 4. Міжнародно-правове регулювання за допомогою ратифікованих Верховною Радою України міжнародних конвенцій на рівні ООН, Європейського Союзу, дво- та багатосторонніх угод України з іншими державами світу з наданням пріоритету міжнародним еколого-правовим нормам у процесі реалізації (застосування), сприянням гармонізації екологічного законодавства з принципами та прогресивними положеннями права світового співтовариства, трансформуванням засад еколого-правового регулювання на рівень міжнародного публічного та приватного права. 5. Регулювання екологічних правовідносин нормами забезпечувальних галузей законодавства, які визначають підстави та особливості притягнення винних осіб до дисциплінарної, адміністративної, майнової та кримінальної відповідальності за екологічні правопорушення в залежності від вини, екологічного ризику і ступеня суспільної та екологічної небезпеки діяння фізичних та юридичних осіб. Законодавчі основи (гарантії) системного екологічного управління в Україні реалізуються через стратегічні напрями дій Уряду України (зокрема, Ос302

новні напрями державної політики України у галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки [73]), екологічні програми національного значення (Національна програма екологічного оздоровлення басейну Дніпра та поліпшення якості питної води [66]), екологічні програми підприємств, галузей, регіонів і конкретні екологічні проекти у відповідності з програмними заходами. Сучасний період систематизації екологічного законодавства в Україні передбачає необхідність урахування таких принципів та умов: • уточнення кола екологічних відносин, які підлягають врегулюванню на рівні законів та підзаконних актів; • обґрунтування, розробка та прийняття нових законодавчих актів, внесення до чинних актів змін і доповнень, що випливають з потреб практики здійснення природоохоронної діяльності, забезпечення екологічної безпеки і екологічних прав громадян; • обов’язковість наукового обґрунтування системи нормативних актів, здатних забезпечити правове регулювання відносин у галузі використання природних ресурсів, охорони навколишнього природного середовища і гарантування екологічної безпеки; • обґрунтування економічного, інформаційного, матеріально-технічного забезпечення розробки, розгляду, прийняття та реалізації актів екологічного законодавства; • гарантування поєднання в екологічному законодавстві економічних і екологічних інтересів, урахування особливостей правового регулювання екологічних відносин в реальних кризових умовах; • спрямованість актів екологічного законодавства на послідовне і поступове поліпшення екологічного стану в Україні; • визначення механізму реалізації екологічного законодавства. Систематизація екологічного законодавства здійснюється в Україні у формі кодифікації (вдосконалення нормативно-правових актів за структурою і змістом правових приписів) та інкорпорації законодавчих та підзаконних актів (форми систематизації актів екологічного законодавства, окремих розділів або витягів з них у спеціальних зібраннях з метою зручного використання у практичних, наукових та інших цілях). Пишіть коротко і неясно. Наполеон І про створення Конституції

7.3.3.1. Конституційні вимоги щодо управління охороною природи та природокористуванням в Україні Особливого значення в регулюванні екологічних правовідносин мають положення Конституції України - Основний Закон виходить з гуманістичних та правових засад, згідно з якими людина, її життя і здоров’я, честь, гідність, недоторканість та безпека визнаються у державі найвищою соціальною цін303

ністю. Тому права і обов’язки людини та їх гарантії визначають зміст і спрямованість діяльності держави, яка бере на себе відповідальність перед громадянином за здійснення правоохоронних функцій. Визнається, що головним обов’язком держави є утвердження і збереження прав і свобод людини. У цьому контексті кожна людина має невід’ємне право на життя, і ніхто не може свавільно позбавити її цього. Захищати життя людини зобов’язана держава. Кожному громадянину в Україні гарантується право на безпечне для життя і здоров’я довкілля (екологічну безпеку) та відшкодування збитків, заподіяних внаслідок порушення цього права. Крім того Конституція України передбачає право громадян на вільний доступ до екологічної інформації, в тому числі про якість харчових продуктів і предметів вжитку, та можливість її подальшого поширення. Конституція України фіксує форми права власності на природні ресурси, передбачаючи, що земля, її надра, атмосферне повітря, водні та інші природні ресурси, які знаходяться в межах території України, а також природні ресурси її континентального шельфу, виключної (морської) економічної зони є об’єктами права власності українського народу, від імені якого повноваження власника покладаються на органи державної влади та органи місцевого самоврядування у межах норм цієї Конституції. Основний Закон України надає кожному громадянину право користуватися природними об’єктами відповідно до вимог Закону. Важливою конституційною гарантією є норма, яка закріплює, що власність надає не тільки відповідні повноваження, але й зобов’язує, а тому не повинна використовуватися на шкоду людині і суспільству. В цьому контексті держава має забезпечувати захист прав усіх суб’єктів права власності і господарювання, виходячи із рівності їх перед законом. Визначальними є конституційні положення про те, що основне національне багатство, яке перебуває під особливою охороною держави, - це земля. Право власності на землю гарантується, і тому воно може набуватися та реалізуватися всіма суб’єктами - громадянами, юридичними особами та державою виключно відповідно до закону. Важливим конституційним правилом є те, що використання власності не може завдавати шкоди правам, свободам та гідності громадян, інтересам суспільства, погіршувати екологічну ситуацію і природні якості землі. Тому Конституція України передбачає гарантії щодо захисту прав шляхом оскарження в суді рішень, дій чи бездіяльності органів державної влади, органів місцевого самоврядування, посадових і службових осіб, надає можливість заінтересованим особам звертатися за захистом своїх прав до Уповноваженого Верховної Ради України з прав людини, а в разі використання національних засобів правового захисту - й до відповідних міжнародних судових установ чи органів міжнародних організацій, членом або учасником яких є Україна, та 304

захищати свої права і свободи від порушень та протиправних дій будь-якими незабороненими законом способами. З метою реалізації конституційних положень до повноважень Верховної Ради України у сфері використання природних ресурсів, охорони довкілля та забезпечення екологічної безпеки віднесено, зокрема, затвердження загальнодержавних програм економічного, науково-технічного, соціального, національно-культурного розвитку та охорони довкілля. Згідно з Конституцією Президент України забезпечує державну незалежність, національну безпеку та, зокрема, здійснює керівництво у сферах національної безпеки та оборони України, оголошує у разі необхідності окремі місцевості України зонами надзвичайної екологічної ситуації - з наступним затвердженням цих рішень Верховною Радою України (протягом двох днів з часу звернення Президента). Кабінет Міністрів України у межах своїх повноважень забезпечує проведення політики у сфері охорони природи, екологічної безпеки, природокористування тощо. Місцеві державні адміністрації забезпечують виконання державних і регіональних програм охорони довкілля на відповідній території. Матеріальною і фінансовою основою місцевого самоврядування є, зокрема, земля, природні ресурси, що знаходяться у власності територіальних громад сіл, селищ, міст, районів міст, а також об’єкти їхньої спільної власності, що перебувають в управлінні районних і обласних рад. До повноважень Автономної Республіки Крим Конституцією України у цій галузі віднесено нормативне регулювання з питань сільського господарства і лісів, меліорації і кар’єрів, мисливства та рибальства. До її відання також належать розроблення, затвердження та реалізація програм Автономної Республіки Крим з питань раціонального природокористування, охорони довкілля - відповідно до загальнодержавних програм, визнання статусу місцевостей як курортів, участь у забезпеченні прав і свобод громадян, встановлення зон надзвичайної екологічної ситуації загалом у республіці або в окремих її місцевостях. 7.3.3.2. Закон України “Про охорону навколишнього природного середовища” В Законі України “Про охорону навколишнього природного середовища” викладені основні принципи управління раціональним використанням природних ресурсів в країні. Він не лише проголошує, але й передбачає систему гарантій екологічної безпеки людини, вносить певну впорядкованість в систему управління в галузі природокористування, суб’єктами якого є не тільки державні структури, а й громадські об’єднання, передбачає проведення єдиної науково-технічної політики у цій сфері, закладає підвалини гармонійного 305

узгодження екологічних інтересів суспільства з інтересами економічного розвитку, передбачаючи новий економічний механізм природокористування. Крім загальних положень, Закон містить положення з таких питань: • екологічних прав та обов’язків громадян, повноважень місцевих органів влади у галузі охорони навколишнього природного середовища; • повноважень органів управління в галузі охорони навколишнього природного середовища; • спостереження, прогнозування, обліку та інформування; • екологічної експертизи; • стандартизації і нормування; • контролю і нагляду, регулювання використання природних ресурсів, економічного механізму забезпечення охорони навколишнього природного середовища; • заходів щодо забезпечення екологічної безпеки; • природних територій та об’єктів, що потребують особливої охорони; • надзвичайних екологічних ситуацій, • вирішення суперечок; • відповідальності за порушення законодавства про охорону навколишнього природного середовища; • міжнародних відносин. Так, ст.4 Закону декларує суспільну власність на всі природні ресурси, а ст. 9 і 38 проголошують право кожного використовувати ці ресурси, ст.40 вимагає, щоб громадяни, підприємства, установи та організації ефективно використовували природні ресурси, не завдаючи шкоди навколишньому середовищу. Закон визначає повноваження в галузі охорони навколишнього природного середовища Верховної та місцевих рад, органів управління (Кабінету Міністрів України, виконавчих і розпорядчих органів місцевих рад) і наділяє всією повнотою влади Кабінет Міністрів України, який затверджує систему контролю і бюджет, а також визначає методи впровадження стандартів і зборів за забруднення навколишнього природного середовища. Згідно з цим Законом природоохоронна діяльність в Україні здійснюється на основі розробки і реалізації державних, міжнародних, регіональних, місцевих та територіальних екологічних програм. Метою управління в галузі охорони навколишнього природного середовища є реалізація законодавства, контроль за дотриманням вимог екологічної безпеки, забезпечення проведення ефективних і комплексних заходів щодо охорони навколишнього природного середовища, раціонального використання ресурсів, досягнення узгодженості дій державних і громадських органів у галузі охорони довкілля. Функції управління складаються із спостереження, дослідження, екологічної експертизи, контролю, прогнозування, програмування та інформуван306

ня. Їх здійснюють: спеціально уповноважений Кабінетом Міністрів України державний орган управління в особі Міністерства екології та природних ресурсів України, його органи (управління) на місцях та інші державні органи, на які покладено виконання окремих функцій, включаючи такі: • проведення перевірок та інспекцій на місцях; • (тимчасове) припинення чи призупинення діяльності підприємств, які забруднюють навколишнє середовище. Крім того, Закон дає право місцевим органам влади і Кабінету Міністрів України закривати підприємства і переглядати повноваження Мінекоресурсів України. Тільки Кабінет Міністрів України може повністю закрити підприємство. Закон визначає поняття екологічної безпеки та заходи щодо її забезпечення, екологічні вимоги до розміщення, проектування, будівництва, реконструкції, введення в дію підприємств та інших об’єктів, про застосування мінеральних добрив, засобів захисту рослин і токсичних хімічних речовин. Закон передбачає заходи щодо охорони навколишнього природного середовища від шкідливого впливу біологічних і фізичних факторів, забруднення виробничими, побутовими та іншими відходами, у тому числі й радіоактивними. В Законі дано поняття зон надзвичайних екологічних ситуацій (екологічної катастрофи та підвищеної екологічної небезпеки). Охорона навколишнього природного середовища, раціональне використання природних ресурсів, створення екологічної безпеки для життєдіяльності людини - невід’ємна умова сталого економічного та соціального розвитку України. В цьому контексті Закон визначає правові, економічні та соціальні основи організації охорони навколишнього природного середовища України в інтересах нинішнього і майбутніх поколінь. Проте слід зазначити, що, незважаючи на безумовну важливість принципів, сформульованих у Законі, він все ще залишається дещо декларативним, оскільки дає мало чітких механізмів реалізації та однозначних вказівок і не наділяє Мінекоресурсів України повноваженнями для визначення підзаконних норм, необхідних для реалізації Закону. Закон не містить конкретних принципів вирішення суперечностей між цілями використання природних ресурсів і їх збереження, не вказує, як досягти рівноваги між попитом користувачів природних ресурсів і збереженням природних екосистем. В Законі відсутні положення щодо способів врегулювання спорів. Нарешті, цей Закон, так само як і інше законодавство, що діяло в минулому, не містить безпосередніх нормативних положень щодо здійснення заходів по відновленню порушеної екологічної рівноваги. Розділи, в яких йдеться про відповідальність, містять посилання на інші закони (Закон про адміністративні правопорушення, Кримінальний кодекс України) в частині визначення міри покарання правопорушників та розмірів штрафів. Разом з тим відсутні дієві механізми стягнення з порушників відшкодувань за збитки, завдані навколишньому середовищу, або 307

отримання компенсації за шкоду по рішеннях суду. Тому, хоча коло повноважень чинного законодавчого акту значно ширше, ніж його попередників, він все ще недостатньо конкретний, практичний і здатний до реалізації, як цього хотілося б. 7.3.3.3. Водний кодекс України Водні ресурси забезпечують існування людей, тваринного і рослинного світу і є обмеженими та уразливими природними об’єктами. В умовах нарощування антропогенних навантажень на природне середовище, розвитку суспільного виробництва і зростання матеріальних потреб виникає необхідність розробки і додержання особливих правил користування водними ресурсами, раціонального їх використання та екологічно спрямованого захисту. Регулювання відносини з охорони водних ресурсів в Україні здійснюється на основі Водного кодексу, прийнятого 6 червня 1995 р. Водний кодекс в комплексі із заходами організаційного, правового, економічного і виховного впливу сприяє формуванню водноекологічного правопорядку і забезпеченню екологічної безпеки населення України, а також більш ефективному, науково обґрунтованому використанню вод та їх охороні від забруднення, засмічення та вичерпання. За Водним Кодексом, усі води (водні об’єкти) на території України визнаються національним надбанням, однією з природних основ економічного розвитку і соціального добробуту народу України, його виключною власністю і можуть надаватися тільки у користування. Народ України здійснює право власності на води через Верховну Раду України, Верховну Раду Автономної Республіки Крим і місцеві ради. Окремі повноваження щодо розпорядження водами можуть надаватися відповідним органам державної виконавчої влади. Ефективним засобом забезпечення раціонального використання і охорони вод та їх відтворення виступає економічний механізм, який передбачає збір за спеціальне водокористування, розмір якого визначається на основі нормативів, фактичного обсягу забору води та встановлених лімітів на забір, а в разі скидання забруднюючих речовин у водні об’єкти такий розмір відповідно залежить від фактичних обсягів скидів речовин, встановлених лімітів скиду і нормативів збору. 7.3.3.4. Земельний кодекс України Земельний кодекс, прийнятий 13 березня 1992 р., регулює охорону і раціональне використання земель. В цьому Кодексі встановлено три форми власності на землю: державна, колективна і приватна. Право на одержання земельної ділянки у приватну власність за плату або безоплатно мають громадяни України. Земельні ділянки можуть надаватися в постійне або тимчасове користування, в тому числі на умовах оренди. 308

Земельний кодекс встановив переважне надання земель для потреб сільського господарства з метою забезпечення раціонального використання родючих земель. Охорона цінних і продуктивних земель (ріллі, ділянок, зайнятих багаторічними насадженнями, земель природоохоронного, рекреаційного призначення, курортів та ін.) досягається встановленням особливого порядку їх вилучення для державних і громадських потреб: тільки як виняток, за рішенням Верховної Ради України. Вилучення особливо цінних продуктивних земель, земель науково-дослідних сільськогосподарських установ, заповідників, національних, дендрологічних та меморіальних парків, поховань та археологічних пам’яток не допускається. З метою охорони земель Кодекс встановлює такі обов’язки власників земельних ділянок і землекористувачів: • використовувати землю ефективно і відповідно до цільового призначення; • підвищувати її родючість, застосовувати природоохоронні технології виробництва, не допускати погіршення екологічної обстановки внаслідок своєї господарської діяльності; • здійснювати захист земель від водної і вітрової ерозії, забруднення, заболочення, засолення та інших процесів руйнування, для збереження і підвищення родючості землі. При розміщенні, проектуванні, будівництві та введенні в дію нових та реконструйованих об’єктів і споруд повинно передбачатися додержання екологічних та санітарних вимог щодо охорони земель. В разі порушення вимог земельного законодавства (самовільного заняття земельних ділянок, псування, забруднення земель, невиконання вимог природоохоронного режиму використання земель, розміщення, проектування, будівництва і введення в експлуатацію об’єктів, які негативно впливають на стан земель, та ін.) наступає адміністративна, кримінальна або цивільна (відшкодування заподіяної шкоди) відповідальність згідно із законодавством України. 7.3.3.5. Закон України “Про охорону атмосферного повітря” Закон “Про охорону атмосферного повітря”, прийнятий 16 жовтня 1992 р., спрямований на збереження сприятливого стану атмосферного повітря, його відновлення і поліпшення для забезпечення екологічної безпеки життєдіяльності людини, а також запобігання шкідливому впливу на навколишнє природне середовище. Закон встановлює екологічні стандарти і нормативи в галузі охорони та екологічної безпеки атмосферного повітря: гранично допустимі концентрації забруднюючих речовин в атмосферному повітрі, нормативи гранично допустимих викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря і шкідливого 309

впливу фізичних та біологічних факторів для кожного стаціонарного джерела викиду, граничні нормативи утворення забруднюючих речовин, які відводяться в атмосферне повітря при експлуатації технологічного та іншого обладнання, споруд і об’єктів1. 7.3.3.6. Закон України “Про природно-заповідний фонд України” Закон “Про природно-заповідний фонд України, прийнятий 16 червня 1992 р., визначає правові основи організації, охорони і використання природно-заповідного фонду і відтворення його природних комплексів і об’єктів. До природно-заповідного фонду належать природні заповідники, біосферні заповідники, національні природні парки, регіональні ландшафтні парки, заказники, пам’ятки природи, заповідні урочища, ботанічні сади, дендрологічні та зоологічні парки і парки-пам’ятки садово-паркового мистецтва. Природно-заповідний фонд становлять ділянки суші і водного простору, природні комплекси та об’єкти яких мають особливу природоохоронну, наукову, естетичну, рекреаційну та іншу цінність і виділені з метою збереження природної різноманітності ландшафтів, генофонду рослинного і тваринного світу, підтримання загального екологічного балансу та забезпечення фонового моніторингу навколишнього природного середовища. Природно-заповідний фонд охороняється як національне надбання, щодо якого встановлюється особливий режим охорони, відтворення і використання. 7.3.3.7. Закон України “Про екологічну експертизу” Цим Законом, прийнятим 9 лютого 1995 р., регулюються відносини у галузі екологічної експертизи, метою якої є запобігання негативному впливу антропогенної діяльності на стан навколишнього природного середовища та здоров’я людей, а також оцінка ступеня екологічної безпеки господарської діяльності та екологічної ситуації на окремих територіях і об’єктах. Закон про екологічну експертизу чітко визначає завдання, принципи, об’єкти цієї експертизи, форми участі громадськості в еколого-експертному процесі. Головним завданням екологічної експертизи є визначення ступеня екологічного ризику і небезпеки запланованої чи здійснюваної діяльності, здійснення комплексної, науково обґрунтованої оцінки об’єктів, що передаються на експертизу, перевірка дотримання вимог екологічного законодавства, стандартів, лімітів та нормативів екологічної безпеки, оцінка можливого чи реального впливу об’єктів на стан навколишнього природного середовища, здоров’я людей і якість природних ресурсів та ефективності, повноти, обґрунтованості й достатності природоохоронних заходів і підготовка на цій ос1

Мінекоресурсів України планує у 2001 р. внести зміни та доповнення до Закону України “Про охорону атмосферного повітря”, встановити в Законі технологічні нормативи допустимих викидів забруднюючих речовин та вимоги до ведення технологічних процесів в частині обмеження викидів в атмосферне повітря. 310

нові об’єктивних, науково обґрунтованих висновків, їх своєчасна передача державним органам і заінтересованим особам та інформування громадськості про результати екологічної експертизи. Здійснення екологічної експертизи відповідно до встановлених вимог має базуватися на гарантуванні пріоритету безпечного для життя і здоров’я навколишнього природного середовища, врахуванні екологічних, економічних, медико-біологічних і соціальних інтересів, забезпеченні екологічної безпеки, територіально-галузевої, еколого-економічної доцільності реалізації об’єктів, що піддаються еколого-експертній оцінці, наукової обґрунтованості, незалежності, об’єктивності, комплексності, варіантності, гласності, превентивності, врахуванні громадської думки та дотриманні норм і правил міжнародних угод і чинного законодавства. Об’єктами екологічної експертизи є проекти законодавчих та інших нормативно-правових актів, передпроектні, проектні матеріали, проекти нормативно-технічних та інструктивно-методичних документів, документація щодо впровадження нової техніки, технологій, матеріалів, речовин, продукції, реалізація яких може призвести до порушення екологічних нормативів, негативного впливу на стан навколишнього природного середовища, створення загрози здоров’ю людей, а також екологічні ситуації та діючі об’єкти і комплекси, що мають значний негативний екологічний вплив. Норми Закону визначають форми участі громадськості в процесі екологічної експертизи та її суб’єктний склад. Для врахування громадської думки особи, які проводять екологічну експертизу (суб’єкти експертизи), зобов’язані провести публічні слухання або відкриті засідання за участю населення. У той же час громадськості надається право викласти свою думку стосовно об’єкта експертизи у засобах масової інформації, чи подати письмові зауваження, пропозиції, рекомендації її замовникам або суб’єктам експертизи, або ж доручити своїм представникам працювати у складі еколого-експертних комісій та груп. Проводити екологічну експертизу уповноважуються відповідно Мінекоресурсів України, його еколого-експертні підрозділи чи спеціально створювані установи і організації, установи та організації Міністерства охорони здоров’я України, інші органи виконавчої влади та їх експертні формування, громадські об’єднання, громадяни та різні установи, організації і підприємства, в тому числі за участю іноземних юридичних і фізичних осіб, статути яких передбачають здійснення еколого-експертних функцій. Висновки державної екологічної експертизи після затвердження відповідними органами управління в галузі охорони навколишнього природного середовища та ядерної безпеки є обов’язковими для виконання. Юридичним особам, зацікавленим у спростуванні окремих положень чи в цілому висновків державної екологічної експертизи, надається право подавати обґрунтовану за311

яву до відповідних органів, що приймали рішення про проведення такої експертизи, а в разі їх відмови - звернутися до суду. Хто відмовився від надуживань, той врятувався від нестатків. І.Кант 7.4. Екологічна стандартизація і нормування

Екологічна стандартизація і нормування проводяться з метою встановлення комплексу обов’язкових норм, правил, вимог щодо охорони навколишнього природного середовища, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної і санітарно-гігієнічної безпеки. Так, для визначення ступеня забруднення довкілля та впливу того чи іншого забруднювача (полютанта) на біоту і здоров’я людини, оцінки шкідливості забруднювачів, проведення екологічних експертиз стану середовища або окремих об’єктів чи районів нині в усьому світі користуються такими поняттями, як гранично допустимі концентрації шкідливих речовин, максимально допустимий рівень (МДР), гранично допустимі викиди (ГДВ) та скиди (ГДС) забруднювачів, гранично допустимі екологічні навантаження (ГДЕН), кризові екологічні ситуації (КЕС), санітарно-захисні зони (СЗЗ) тощо. У широкому вжитку під стандартом (від англ. standard - норма, зразок) розуміють зразок, еталон, модель, що приймається за основу при співставленні з ним інших подібних об’єктів. Стандарт як нормативно-технічний документ встановлює комплекс норм, правил, вимог до об’єкта стандартизації і затверджується компетентним органом. Стандарт може бути розроблений як на матеріальні предмети - продукцію, еталони, зразки речовин (наприклад, “ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством”), так і на норми, правила, вимоги різноманітного характеру (наприклад, “ГОСТ 4011-72. Вода питьевая. Методы определения общего железа”). Згідно Декрету України “Про стандартизацію і сертифікацію” державна система стандартизації спрямована на забезпечення реалізації єдиної технічної політики у сфері стандартизації, метрології і сертифікації та захисту інтересів споживачів і держави в питаннях безпеки виробництва (процесів, робіт, послуг) для життя, здоров’я і майна громадян та охорони навколишнього природного середовища. Стандартизація у галузі охорони навколишнього природного середовища і раціонального використання природних ресурсів повинна відповідати основним принципам міжнародних, регіональних систем стандартизації, а також міждержавних стандартів, використання яких в Україні передбачене Угодою про проведення погодженої політики у сфері стандартизації, метрології та сертифікації, підписаною державами СНД у Москві 13 березня 1992 р. Державні стандарти у галузі охорони навколишнього природного середовища визначають поняття й терміни, режим використання і охорони природних ресурсів, методи контролю за станом довкілля, вимоги щодо запобі312

гання шкідливого впливу забруднення на здоров’я людей, інші питання, пов’язані з охороною навколишнього середовища та використанням природних ресурсів. До державних стандартів України прирівнюються державні будівельні норми і правила, а також державні класифікатори техніко-економічної та соціальної інформації. Державні стандарти містять обов’язкові та рекомендовані вимоги. До обов’язкових належать і вимоги у галузі охорони довкілля, в т.ч. до методів вимірювань. В області термінології стандарти мають рекомендаційний характер, і їх дотримання не є обов’язковим [98]. Під нормою (від лат. norma - керівне начало, правило, зразок) у загальному вжитку розуміють установлену міру, кількість чогось, звичайний, визнаний обов’язковим порядок, узаконену настанову, загальноприйняту засаду, правило (наприклад, норма забруднення - це гранична концентрація речовини, що надходить або міститься у середовищі, яка допускається нормативними актами). Система екологічних норм включає гранично допустимі концентрації забруднюючих речовин у навколишньому середовищі, гранично допустимі рівні акустичного, електромагнітного, радіаційного та іншого шкідливого фізичного впливу на навколишнє природне середовище, гранично допустимий вміст шкідливих речовин у продуктах харчування. Нормування якості навколишнього середовища (повітря, вод, ґрунтів) полягає у встановленні меж, в яких допускається зміна його природних властивостей. Зазвичай норма визначається в залежності від дії на організм людини (санітарно-гігієнічні норми), проте можуть встановлюватися й інші - екологічні, технологічні, економічно доцільні норми. Норматив - це екологічний або технічний показник застосування норм у конкретних умовах або процесах діяльності (наприклад, норматив гранично допустимого скиду забруднюючих речовин у водний об’єкт). Система екологічних нормативів включає нормативи гранично допустимих викидів та скидів забруднюючих речовин у навколишнє природне середовище, рівнів шкідливого впливу фізичних та біологічних факторів, екологічні нормативи якості навколишнього середовища, галузеві технологічні нормативи утворення речовин, що викидаються у довкілля, технологічні нормативи використання природних ресурсів та ін. В нашій країні нині діє успадкована від СРСР практика санітарно-гігієнічного нормування, яка ґрунтується на системі санітарно-гігієнічних норм гранично допустимих концентрацій (ГДК) забруднюючих речовин в окремих компонентах навколишнього природного середовища, тобто на допустимих рівнях впливу забруднюючих речовин на здоров’я людини. Для поверхневих вод застосовують також рибогосподарські норми якості води, встановлені з метою збереження і відтворення промислово цінних видів риб. Що ж стосується проблеми захисту природних та екологічних систем, то роботи у цій га313

лузі тільки-но розпочаті, вони поки що мають суто теоретичний характер і не доведені дорозрахунку екосистем. На відміну від санітарно-гігієнічного нормування вмісту забруднюючих речовин у навколишньому середовищі, метою якого є безпосередній захист людини від їх шкідливого впливу, і яке ґрунтується на залежностях типу “доза-ефект”, екологічне нормування спрямоване на забезпечення такої якості навколишнього середовища, при якій можливий нормальний розвиток та функціонування екологічних систем. При створенні дійсно ефективної системи екологічного нормування підхід до проблеми за принципом “доза-ефект” неможливий. Чинні санітарно-гігієнічні норми визначають гранично допустимі для людини концентрації шкідливих речовин в окремих компонентах довкілля: в атмосферному повітрі, питній і поверхневих водах та ґрунтах. Вони не враховують ефекти хімічного та біологічного накопичення шкідливих речовин у неприпустимо високих концентраціях в результаті їх переходу з одного компонента навколишнього середовища в інший (наприклад, з повітря у воду, ґрунти, з води в біоту, донні відкладення тощо), накопичення шкідливих речовин на різних рівнях харчових ланцюгів, їх перетворення у більш шкідливі форми та ін. При оцінці впливу шкідливих речовин на екосистеми саме вторинні природні процеси, які не мають великого значення для санітарно-гігієнічного нормування, є вирішальними при нормуванні екологічному. Визначальною виявляється не початкова концентрація шкідливих речовин у деякому компоненті навколишнього середовища, а їх перенесення, накопичення та трансформація у критичних ланках екосистем, внаслідок чого спостерігаються інші концентрації та вторинні продукти з іншими токсичними властивостями. Саме тому особливо важливого значення в екологічному нормуванні набуває вивчення характеру та закономірностей поширення, накопичення, деструкції, трансформації забруднюючих речовин в екосистемах, їх переходу з одного середовища в інше у локальному, регіональному та глобальному масштабах. Вивчення поведінки забруднюючої речовини від джерела її викиду до надходження у живий організм через процеси фізичних, хімічних і біологічних перетворень та взаємодій дає можливість забезпечити розробку науково обґрунтованих екологічних норм допустимих впливів на природні системи. До речі, й санітарно-гігієнічне нормування, яке спиратиметься на нормування екологічне, більше відповідатиме завданню збереження здоров’я населення. За існуючих в Україні надміру суворих норм все виглядає “головним” і “першочерговим”. З доповіді Світового Банку

7.4.1. Норми якості навколишнього природного середовища Характеристикою небезпечності речовини для людини і біоценозів є клас небезпечності та гранично допустима концентрація. 314

Клас небезпечності забруднюючої речовини визначають, виходячи з її токсичності, стійкості, здатності до накопичення, подразнювальної, алергенної та мутагенної дії. Залежно від дії на організм людини забруднюючі речовини поділяють на чотири класи небезпечності: • І - надзвичайно небезпечні (канцерогени, мутагени); • ІІ - дуже небезпечні; • ІІІ - небезпечні; • ІV - помірно небезпечні. Гранично допустима концентрація (ГДК) - це норма, яка визначає кількість шкідливої речовини у навколишньому середовищі, постійний контакт або дія якої протягом визначеного проміжку часу практично не впливає на стан здоров’я людини чи живі організми і не викликає негативних змін у їх нащадків. ГДК встановлюється у законодавчому порядку головними санітарними інспекціями або рекомендується компетентними установами, комісіями на основі результатів складних комплексних наукових досліджень, лабораторних експериментів, а також відомостей, одержаних під час і після різних аварій на виробництві, військових дій, природних катастроф (вивержень вулканів, землетрусів, великих пожеж, падіння метеоритів), з використанням матеріалів тривалих медичних обстежень людей на шкідливих виробництвах - у хімічних та ливарних цехах, на АЕС, у шахтах і кар’єрах. Якщо на шкідливу речовину не встановлена ГДК, тоді на цю речовину вводиться орієнтовно безпечний рівень впливу (ОБРВ) або орієнтовно допустимий рівень (ОДР), які розробляються на підставі розрахункових та експрес-експериментальних методів прогнозу токсичності і застосовуються тільки на стадії попереджувального санітарного нагляду за підприємствами та очисними спорудами, що проектуються або будуються [102]. Останнім часом при визначенні ГДК враховується не тільки ступінь впливу забруднювачів на здоров’я людини (санітарно-гігієнічний аспект), але і їх дія на диких та свійських тварин, водні організми, рослини, гриби, мікроорганізми, а також на природні угруповання в цілому. При цьому норма зазвичай визначається по реакції найбільш чутливого до змін середовища виду організмів (організму-індикатора). В основу нормування вмісту забруднюючих речовин у довкіллі покладено визначення їх ГДК у різних компонентах навколишнього середовища - повітрі, водах і ґрунті. Для різних компонентів довкілля значення ГДК тих самих токсикантів різняться. Часто відрізняються, хоча й незначно, ГДК забруднювачів у нормативах різних країн. Слід зауважити, що в сучасних умовах забруднення навколишнього середовища спричиняється одночасно багатьма шкідливими речовинами. Кожна з них, взята окремо, може мати концентрацію меншу, ніж гранично допустима величина і начебто нешкідливу, але сукупний вплив усіх забруднювачів може 315

викликати такий самий ефект, як речовина з перевищеною ГДК. Це явище називають ефектом сумації дії шкідливих речовин. Прикладом такого впливу може бути сукупна дія сірчаного газу та сірководню, ацетону й фенолу, ацетальдегіду та вінілацетату, діоксиду азоту й формальдегіду, сірчистого газу й діоксиду азоту, метанолу та етанолу, сірчистого газу й фторидів, суміші сильних кислот (НСl, H2SO4, HNO3) тощо. За наявності у повітрі чи воді кількох забруднювачів, що мають ефект сумарної (адитивної) дії (для води - речовин тієї ж ЛОШ), сума відношень концентрацій кожної речовини до відповідних ГДК не повинна перевищувати одиниці n Ci ≤ 1, (7.1) i =1 ГДК i де Сі і ГДКі - відповідно концентрація і-ої речовини у повітрі чи воді та її ГДК, мг/л.

∑

7.4.1.1. Норми якості атмосферного повітря У СРСР Головною санітарною інспекцією Міністерства охорони здоров’я були встановлені два нормативи ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі, якими ми користуємося й нині: • ГДК максимальна разова - концентрація забруднювача у повітрі, яка не викликає рефлекторних реакцій в організмі людини внаслідок 20хвилинної дії; • ГДК середньодобова - концентрація забруднювача у повітрі, яка не впливає на людину безпосередньо чи опосередковано при цілодобовому вдиханні. Для визначення максимальної разової ГДК використовують різні високочутливі тести, за допомогою яких виявляють мінімальні впливи забруднювачів на здоров’я людини у разі короткочасних контактів (виміри біопотенціалів головного мозку, реакцію ока тощо). Для визначення тривалих впливів забруднювачів (токсикантів) проводять експерименти на тваринах, використовують дані спостережень під час аварій, додаючи до певного порогового впливу коефіцієнт запасу, що знижує шкідливу дію ще в кілька разів. Максимальні разові й середньодобові ГДК тих самих забруднювачів різні (табл.7.2). Так, максимальна разова ГДК сірчистого газу - 0.5 мг/м3, а середньодобова - 0.05; ГДК пари фтороводню відповідно - 0.02 і 0.005, аміаку - 0.2 і 0.04 мг/м3. Успадкована Україною від колишнього СРСР система нормування якості повітря враховувала понад 1000 видів атмосферних домішок, гранично допустимі концентрації були встановлені приблизно для 540 шкідливих інгредієнтів. Більшість цих граничних норм є суворішими за стандарти, встановлені у США, країнах ЄС та Всесвітньою організацією охорони здоров’я (ВООЗ). Винятком є встановлена в Україні середньодобова ГДК для завислих речовин, 316

яка еквівалентна стандартам ЄС (на відміну від США, в країнах ЄС не вимірюють концентрацію дрібних частинок). Вибіркове порівняння стандартів, прийнятих в різних країнах, наведене в табл.7.3. Табл.7.2. Гранично допустимі концентрації основних шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених пунктів [89] Назва речовини

Одиниця виміру

ГДК максимальсередньона разова добова 0.085 0.04 0.4 0.06 0.2 0.04 0.05 0.03 0.1 1.5 0.1 0.02 0.005 0.2 0.2 0.2 0.2 5 3 0.02 0.02 0.5 0.15 0.4 0.15 0.3 0.1 0.2 0.2 0.01 0.001

Клас небезпечності II III IV II I II II II II IV III III II II III II

Азоту діоксид мг/м3 Азоту оксид мг/м3 Аміак мг/м3 Анілін мг/м3 мкг/100 м3 Бенз(α)пірен Бензол мг/м3 Водень фтористий мг/м3 Водень хлористий мг/м3 Водень ціаністий мг/м3 Вуглецю оксид мг/м3 Етилбензол мг/м3 Завислі речовини1) мг/м3 Кислота азотна мг/м3 Кислота сірчана мг/м3 Ксилол мг/м3 Марганець та його сполуки (у перемг/м3 рахунку на діоксид марганцю) Миш’як та його сполуки (у перерамг/м3 0.003 II хунку на миш’як) Нікель мг/м3 0.001 II Озон мг/м3 0.16 0.03 I 3 Сажа мг/м 0.15 0.05 III Свинець та його неорганічні сполумг/м3 0.001 0.0003 I ки (у перерахунку на свинець) Сірки діоксид мг/м3 0.5 0.05 III Сірководень мг/м3 0.008 II Сірковуглець мг/м3 0.03 0.005 II Толуол мг/м3 0.6 0.6 III Фенол мг/м3 0.01 0.003 II 3 Формальдегід мг/м 0.035 0.003 II Хлор мг/м3 0.1 0.03 II Примітка: 1. Недиференційований за складом пил (аерозоль), що міститься у повітрі населених пунктів. ГДК завислих речовин не поширюється на аерозолі органічних та неорганічних сполук (металів, їх солей, пластмас, біологічних, лікарських препаратів тощо), для яких встановлюються відповідні ГДК.

317

Табл.7.3. Порівняльна характеристика норм якості атмосферного повітря для найбільш поширених забруднюючих речовин (мг/м3) [115] Назва речовин Завислі речовини Пил (РМ-10)4) Сірчистий ангідрид

Оксид вуглецю

Діоксид азоту

Озон

Свинець

Сірководень Сірковуглець Формальдегід

Тривалість дії 20 хвилин 24 години річна 24 години річна 20 хвилин 1 година 24 години річна 15 хвилин 20 хвилин 1 година 8 годин 24 години 20 хвилин 1 година 24 години річна 20 хвилин 1 година 24 години 24 години 3 місяці річна 20 хвилин 24 години 20 хвилин 24 години 20 хвилин 30 хвилин 24 години

Україна 0.5 0.153)

США1)

ВООЗ

ЄС2)

0.263) 0.075 0.15 0.05

0.15-0.23 0.06-0.09

0.10-0.15 0.04-0.06

0.365 0.085)

0.35 0.10-0.15 0.04-0.06 100

0.25-0.35 0.08-0.12

40 106)

30 10

0.5 0.05

5 3 0.085 0.4 0.04 0.1 0.16 0.03 0.0003

0.2357)

0.135 0.2

0.00158) 0.0005-0.001

0.002

0.008 0.15 0.03 0.005 0.035

0.1 0.1

0.003

Примітки: 1. Деякі стандарти США визначені у мільйонних частках (млн-1). В таблиці наведені приблизні еквівалентні концентрації в мг/м3. Більш повний опис стандартів США див. у розділі 8.2.6.5. 2. Наведені стандарти встановлені на основі гравіметричного методу вимірювань. 3. Обидва значення відносяться до застарілих стандартів США, які замінені стандартами для пилу (РМ-10). 4. Згідно нормативу вмісту завислих частинок, запровадженого у США в 1987 р., як індикатор забруднюючої речовини прийняті частинки з розмірами менше 10 мкм у діаметрі (РМ-10). Вважається, що річний норматив дотримується, коли очікуваний річний середньоарифметичний вміст частинок менший або дорівнює 0.05 мг/м3; середньодобовий норматив дотримується, коли очікувана кількість днів у календарному році з концентрацією частинок понад 0.15 мг/м3 дорівнює або менша 1. 5. Річне середньоарифметичне значення. У США існує також вторинний стандарт - 1.3 мг/м3 з 3-годинним усередненням, який не може бути перевищений більше одного разу на рік. 6. Не допускається перевищення цих значень більше одного разу на рік. 7. Максимальне добове значення з 1-годинним усередненням. 8. Максимальне середньоквартальне значення. 318

Слід сказати, що значна кількість стандартів в Україні та високий ступінь їх суворості не допомагають, а скоріше ускладнюють управління якістю повітря (враховуючи досить обмежені фінансові ресурси і слабку аналітичну базу природоохоронних органів). Гранично допустимі концентрації в Україні є вихідним базисом при визначенні нормативів гранично допустимих викидів речовин підприємствами, які, в свою чергу, служать основою для економічного регулювання негативного впливу на навколишнє середовище. Необхідно досить багато часу, зусиль і коштів для того, щоб встановити і, в кінцевому рахунку, безперервно контролювати таку кількість атмосферних домішок. Для порівняння, у США національною системою нормування якості повітря передбачено тільки 6 забруднюючих речовин, на вміст яких в атмосфері встановлені норми. Для небезпечних домішок впроваджується система, що ґрунтується на технологічних стандартах і включає 179 домішок. Викликає занепокоєння також той факт, що при розрахунках нормативів викидів забруднюючих речовин підприємствами в Україні використовується ГДК максимальна разова з досить коротким періодом дії (20 хвилин). У більшості випадків така короткочасна дія атмосферних домішок не впливає істотно на здоров’я людини, якщо, звісно, їх концентрація не досягне дуже високих рівнів. Найбільш сильний шкідливий вплив більшості сполук на організм людини (онкологічні захворювання, генетичні зміни, враження нервової системи, хронічні респіраторні захворювання) відбувається при тривалій дії забруднюючих речовин. Як видно з табл.7.3, небагато забруднюючих речовин у США чи країнах ЄС мають ГДК для часових інтервалів, менших за годину (виняток становлять тільки оксид вуглецю і формальдегід). Найбільш сильний негативний вплив забруднюючої речовини на організм людини проявляється протягом часового інтервалу від однієї години до однієї доби, при цьому стандарти, що запобігають виникненню хронічних захворювань, встановлені на річному рівні. Деякі домішки мають різний шкідливий вплив при дії протягом різних інтервалів часу (наприклад, сірчистий ангідрид), тому для них встановлені декілька стандартів (ГДК). Стандарти якості атмосферного повітря передбачають встановлення певного безпечного рівня концентрації речовин, що забруднюють атмосферу, проте у випадку викидів отруйних речовин такий підхід застосовувати не можна. Для стійких отруйних речовин, які мають тенденцію до біоакумуляції, доцільно встановлювати технологічні стандарти на викиди речовин в атмосферу для різних категорій промислового виробництва (мова йде про встановлення рівнів гранично допустимих викидів на підставі технологічного процесу, який використовується на даному підприємстві). Мета цих технологічних стандартів полягає в тому, щоб скоротити викиди забруднюючих речовин до мінімально можливого рівня з урахуванням існуючого технологічного обладнання. Забруднюючими речовинами, до яких доцільно застосовувати та319

кий принцип, є наступні: важкі метали (кадмій, хром, свинець, ртуть), викиди бенз(α)пірену у деяких галузях промисловості (наприклад, при виробництві коксу), а також стійкі сполуки - діоксини, фурани та поліхлордифеніли. 7.4.1.2. Норми якості поверхневих вод Вміст забруднюючих речовин у поверхневих водах в Україні регламентується санітарними правилами і нормами [102]. ГДК речовини у поверхневих водах - це максимальна концентрація, при якій речовина не впливає безпосередньо чи опосередковано на стан здоров’я населення (при дії на організм людини впродовж всього життя) і не погіршує гігієнічних умов водокористування. ГДК встановлюється за лімітуючою ознакою шкідливості (ЛОШ) по мінімальній концентрації речовини, при якій проявляється одна з ЛОШ. Встановлено такі лімітуючі ознаки шкідливості: санітарно-токсикологічна; загальносанітарна; органолептична і рибогосподарська. При визначенні ГДК речовин у природних водах їх поділяють на ГДК вод господарсько-побутового водокористування (табл.7.4) та ГДК вод рибогосподарського водокористування (табл.7.5). Тут теж ГДК тих самих речовин мають різні значення, причому норми якості води для рибогосподарського водокористування відрізняються більш жорсткими вимогами. Деякі з цих ГДК є більш суворими, ніж норми якості води в ряді промислово розвинених країн світу (табл.7.6). Табл.7.4. Гранично допустимі показники якості води для водних об’єктів господарсько-побутового водокористування [102] Назва показника Алюміній Аміак (по азоту) БПКПОВН Ванадій Залізо Кадмій Кобальт Кремній ЛКП Марганець Миш’як Мідь Молібден Натрій Нафтопродукти Нікель Нітрати (по NO3-) Нітрити (по NO2-) Роданіди 320

Лімітуюча ознака шкідливості1) сан.-токс. сан.-токс. сан.-токс. орг. (колір) сан.-токс. сан.-токс. орг. (колір) сан.-токс. орг. (смак) сан.-токс. сан.-токс. орг. (плів.) сан.-токс. сан.-токс. сан.-токс. сан.-токс.

Одиниця виміру

Значення

мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л шт./л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л

0.52) 2 6 0.1 0.3 0.0012) 0.12) 10 5000 0.1 0.05 1 0.25 200 0.3 0.12) 45 3.3 0.1

Клас небезпечності II III III III II II II III II III II II IV III III II II

Примітка

по Fe по Si

азот нітратів - 10.15 азот нітритів - 1.00

Розчинений О2 Ртуть СПАР аніонні CПАР неіоногенні Свинець Сірковуглець Сульфати Сухий залишок Фенол Формальдегід Фториди

сан.-токс. орг. орг. сан.-токс. орг. (запах) орг. (смак) орг. (запах) сан.-токс. сан.-токс.

мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л

≥4 0.00052) 0.53) 0.13) 0.03 1 500 1000 0.0014) 0.05 1.5 5)

I IV IV II IV IV IV II II

по SO42-

фтор для кліматичних районів 1-2 по Cl-

Хлориди орг. (смак) мг/л 350 IV ХПК мг/л 30 Хром (Cr3+ ) сан.-токс. мг/л 0.5 III Хром (Cr6+ ) сан.-токс. мг/л 0.05 III Цинк загальн. 0.12) III Ціаніди сан.-токс. мг/л 0.16) II Примітки: 1. Ознаки шкідливості речовин: сан.-токс. - санітарно-токсикологічна; загальн. - загальносанітарна; орг. - органолептична (запах - змінює запах води, колір - впливає на колір, плів. утворює плівку на поверхні води, смак - впливає на смак води). 2. Для неорганічних сполук, у тому числі перехідних елементів, з урахуванням валового вмісту всіх форм. 3. Наказ Держжитлокомунгоспу від 30.12.92 № 80. 4. ГДК фенолу - 0.001 мг/л - вказана для суми летких фенолів, які надають воді хлорфенольний запах при хлоруванні. Ця ГДК відноситься до водних об’єктів питного водокористування за умови застосування хлору для знезаражування води в процесі її очищення на водопровідних спорудах або при визначенні умов скиду стічних вод, що підлягають знезаражуванню хлором. В інших випадках допускається вміст суми летких фенолів у воді водних об’єктів в концентраціях до 0.1 мг/л. 5. Допускається скид у водні об’єкти тільки за умови попереднього зв’язування активного хлору, що утворюється у воді. 6. Ціаніди прості і комплексні.

Табл.7.5. Гранично допустимі показники якості води для водних об’єктів рибогосподарського водокористування [26] Назва показника Алюміній Амоній сольовий NH4+ БПКПОВН2) Ванадій Завислі речовини2)

Залізо (загальне)3) Кадмій (Cd2+ ) Калій (K+) Кальцій (Ca2+)

Лімітуюча ознака шкідливості1) токс. токс. токс.

токс. токс. сан.-токс. сан.-токс.

Одиниця виміру мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л

мг/л мг/л мг/л мг/л

Значення

Примітка

0.04 0.5 азот амонійний N-NH4+ - 0.39 3 0.001 приріст не більше: 0.25 (1 катег.) 0.75 (2 катег.) 0.1 0.005 50 180 321

Кобальт (Co2+) Магній (Mg2+) Марганець двовалент. Миш’як Мідь (Cu2+) Молібден шестивал. Натрій (Na+) Нафтопродукти Нікель (Ni2+) Нітрати (по NO3- ) Нітрити (по NO2- ) Розчинений кисень2)

Ртуть (Hg2+) Свинець (Pb2+ ) Сірковуглець Сульфати (SO42-) Сухий залишок2) Феноли (карболова кислота) Формалін Фтор-іон (F-)

токс. сан.-токс. токс. токс. токс. токс. сан.-токс. рибогосп. токс. сан.-токс. токс.

мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л

токс. токс.

рибогосп.

мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л

токс. токс.

мг/л мг/л

сан.-токс.

0.01 40 0.01 0.05 0.001 приріст до природного фону 0.0012 приріст до природного фону 120 0.05 в стані розчину та емульсії 0.01 40 азот нітратний N-NO3- - 9.1 0.08 азот нітритний N-NO2- - 0.02 6 (1 катег.); взимку 4, влітку 6 (2 катег.) відс. (0.00001) 0.1 1 100 згідно таксації 0.001 0.25 0.05

0.1 мг/л формальдегіду приріст до природного фону, але не вище сумарного вмісту 0.75 мг/л

Хлориди (Cl-) сан.-токс. мг/л 300 Хром (Cr3+)3) токс. мг/л 0.005 Хром (Cr6+) сан.-токс. мг/л 0.001 Цинк (Zn2+) токс. мг/л 0.01 Ціаніди токс. мг/л 0.05 Примітки: 1. Ознаки шкідливості речовин: токс. - токсикологічна; сан.-токс. - санітарно-токсикологічна; сан. - санітарна; орган. - органолептична; рибогосп. - рибогосподарська. 2. “Правила охраны поверхностных вод”, Госкомприроды СССР, 1991 г. [87]. 3. Додатковий перелік № 1 ГДК шкідливих речовин для води рибогосподарських водойм (№ 1204-11 від 28.12.90) [20].

Табл.7.6. Порівняльна характеристика норм якості води для водних об’єктів господарсько-побутового і рибогосподарського водокористування (мг/л) [115] Назва показника БПК5 Аміак Нітрати Мідь Цинк Ртуть Феноли 322

Водокористування господарсько-побутове рибогосподарське Україна Країни ЄС1) США2) Україна Країни ЄС США3) 4) 5) 4) 5) 6 5.0 3 3 2 1.5 залежить від рН 0.5 1 залежить від рН і температури і температури 45 50 10 40 1 0.055) 1.3 0.001 0.046) 0.0126) 0.1 5 0.01 0.3 0.11 0.0005 0.001 0.002 0.00001 0.000012 0.001 0.005 0.001 відсутність 2.56 присмаку

Нафтопродукти

0.3

0.2

-

0.05

відсутність візуальних ознак і присмаку

-

Примітки: 1. Обов’язкові вимоги водоочистки за категорією А-2 (фізичні та хімічні методи) в країнах ЄС. 2. Норми Агентства США з охорони навколишнього середовища USEPA для водопровідної питної води. 3. Рекомендації Агентства USEPA з граничних концентрацій речовин у прісній воді. 4. Норма наведена по БПКповн. 5. Рекомендований граничний рівень. 6. В залежності від жорсткості води.

7.4.1.3. Норми якості ґрунтів Основним критерієм визначення ступеня небезпечності забруднення шкідливими речовинами ґрунту є ГДК, яка встановлюється з урахуванням специфіки джерела забруднення, синергізму1 дії хімічних речовин, забруднюючих ґрунт, пріоритетності забруднювачів за класом небезпечності і характеру землекористування. При цьому слід чітко розмежовувати підходи до вивчення забрудненості ґрунтів сільськогосподарських, лісових та інших угідь і ґрунтів на територіях населених пунктів та промислово-міських агломерацій. Основною оцінкою небезпечності забруднення ґрунтів, що використовуються для вирощування сільськогосподарських культур, є транслокаційний показник накопичення шкідливих речовин у продуктах харчування рослинного походження, з якими в організм людини надходить до 70 % токсикантів. У ґрунтах сільгоспугідь ГДК забруднюючих речовин визначають переважно для орного шару - речовини не повинні шкідливо впливати на якість продукції, вирощуваної людиною для споживання, та на здатність ґрунту самоочищуватися і нормально функціонувати. Оцінка небезпечності забруднення ґрунтів населених пунктів здійснюється з урахуванням таких чинників: • епідеміологічної небезпеки; • негативної дії забрудненого ґрунту на організм людини (особливо дитячий) при безпосередньому контакті; • небезпеки, яку забруднений ґрунт становить як джерело вторинного забруднення приземного шару атмосферного повітря. Так, наприклад, при наявності в ґрунті міді в кількості 1000 мг/кг її концентрація у повітрі може становити до 2 мг/м3, а наявність в ґрунті більше 500 мг/кг свинцю може спричинювати психоневрологічні патології у дітей [58].

1

Синергізм - реакція організму на комбіновану дію двох чи більше речовин (факторів), при якій їх сумарний ефект зазвичай більший, ніж дія кожного окремого компонента. 323

Отрута, що не діє одразу, не стає менш небезпечною. Г.Лессінг

7.4.1.4. Порогова та безпорогова концепції регламентації шкідливих чинників Як свідчать результати найновіших досліджень, нижніх безпечних меж впливів канцерогенів та іонізуючої радіації (а відповідно й ГДК) не існує. Будь-які дози, що перевищують звичайний природний фон, є шкідливими для живих організмів хоча б генетично, у ланцюгу поколінь. У той же час, вітчизняна наука дотепер при регламентації шкідливих чинників здебільшого користується методологією, в основі якої лежить порогова концепція, тобто уявлення про повну безпеку від шкідливих для здоров’я чинників при умові дотримання встановлених нормативів, що закладене у визначеннях гранично допустимих концентрацій, рівнів і доз. Наявна методологія виключає поняття про допустимий ризик, яке впродовж десятиліть використовується в світі. Розвиток науки сьогодні досяг рівня, при якому поняття про ймовірнісний характер більшості біологічних процесів стало домінуючим в науковому співтоваристві. Детерміністична методологія досліджень в галузі природничих наук змінилася на ймовірнісну. Поняття “ризик1” стало предметом дослідження. Несприйняття цього міждисциплінарного поняття, у т.ч. про ймовірнісний характер порушень здоров’я під впливом факторів навколишнього середовища, гальмує нині розвиток гігієнічної науки в Україні. Визнання ймовірнісного характеру виникнення ефектів внаслідок дії іонізуючої радіації, мутагенних і канцерогенних чинників хімічної природи тощо робить проблему їх регламентації не тільки медико-біологічним, але й економічним завданням, переводячи прийняття рішень у соціальну площину. Проблеми регламентування повинні вирішуватись з позиції “користь-шкода (витрати)” і багато в чому визначатися економічним станом суспільства2. Виходячи з вищевикладеного, уявляється необхідним прийняття в Україні концепції допустимого ризику, наслідками чого, зокрема, будуть: • удосконалення методології регламентування шкідливої дії різних чинників (води, повітря, як атмосферного, так і приміщень, ґрунту, шуму тощо) на здоров’я населення;

1

Ризик - усвідомлена небезпека виникнення хвороби або смерті. Відносний ризик - відношення ризику виникнення хвороби або смерті серед тих, на кого діяв чинник, до ризику серед неекспонованих. 2 Так, у США ще в 1972 р. спеціальний комітет Національної Академії наук запропонував вимірювати шкоду від опромінення населення іонізуючою радіацією в доларах (наприклад, втрата здоров’я від опромінення людини дозою 1 бер визначається сумою від 12 до 120 доларів). Пізніше такий підхід було рекомендовано і для оцінки економічних збитків від дії хімічних мутагенів [103]. 324

• гармонізація нормативів з тими уявленнями, які існують у світовому співтоваристві. Щодо профілактики середньо- і довгострокових впливів чинників середовища на здоров’я, то ці чинники, як правило, знаходяться у середовищі в незначних дозах, тому встановлення зв’язку причина-наслідок може бути пов’язане із значними труднощами, хоча їх потенційний шкідливий вплив на здоров’я відомий: це підвищення ризику репродуктивних втрат, вроджених вад розвитку, онкологічних захворювань тощо. Значну роль у впровадженні концепції ризику має відіграти біологічний моніторинг, який дозволить отримати інформацію про зв’язки між зовнішньою і поглинутою дозами, розвитком адаптаційно-компенсаторних процесів і ризиком порушення здоров’я тощо. Слід також пам’ятати, що якісно сплановані систематичні наукові дослідження є надзвичайно витратними, тому для практичних дій необхідно ширше застосовувати знання, накопичені світовою науковою громадськістю. Причини проблем є їх рішеннями.

7.4.2. Нормування у галузі охорони водних ресурсів 7.4.2.1. Водний фонд України Згідно Водного кодексу усі води (водні об’єкти1) на території України становлять її водний фонд, а саме: • поверхневі води: природні водойми (озера) та водотоки (річки, струмки); • штучні водойми (водосховища, ставки), канали й інші водні об’єкти; • підземні води та джерела; • внутрішні морські води та територіальне море. До земель водного фонду належать землі, що зайняті морями, річками, озерами, водосховищами, іншими водоймами, болотами, а також островами, прибережними захисними смугами вздовж морів, річок та навколо водойм, береговими смугами водних шляхів, гідротехнічними та іншими водогосподарськими спорудами і каналами, а також землі, виділені під смуги відведення для них. Всі водні об’єкти України поділяють на водні об’єкти загальнодержавного та місцевого значення. До водних об’єктів загальнодержавного значення належать такі: • внутрішні морські води та територіальне море; • підземні води, які є джерелом централізованого водопостачання; 1

Водний об’єкт - зосередження природних вод на поверхні суші, яке внесене до кадастру: річка, озеро, болото, водосховище, ставок, внутрішнє море. До водних об’єктів не належать водогосподарські споруди та споруди для накопичення і транспортування зворотних вод. 325

• поверхневі води (озера, водосховища, річки, канали), що знаходяться і використовуються на території більш як однієї області, а також їх притоки всіх порядків; • водні об’єкти в межах територій природно-заповідного фонду загальнодержавного значення, а також віднесені до категорії лікувальних. До водних об’єктів місцевого значення належать такі: • поверхневі води, що знаходяться і використовуються в межах однієї області і які не віднесені до водних об’єктів загальнодержавного значення; • підземні води, які не можуть бути джерелом централізованого водопостачання. 7.4.2.2. Види та категорії водокористування Управління використанням і охороною поверхневих вод ґрунтується на дотриманні норм якості води, які являють собою сукупність встановлених допустимих значень показників властивостей води водних об’єктів та скиду зворотних вод, в межах яких надійно відвертається шкода здоров’ю населення, забезпечуються нормальні умови водокористування та екологічне благополуччя водного об’єкта. Під нормами якості води розуміють гранично допустимі величини показників фізико-хімічного складу і біологічного стану вод та їх властивості, які відповідають вимогам різних водокористувачів. Ці властивості мають зберігатися при певних величинах параметрів середовища: гідрологічних, гідрогеологічних, гідробіологічних, кліматичних тощо. Показники, що входять до сукупності норм якості води, називаються нормованими показниками складу і властивостей води. Вони включають загальні вимоги до фізичних, хімічних, біологічних властивостей води і нормовані речовини, які характеризуються нормами їх вмісту та гранично допустимими концентраціями (ГДК) у воді водних об’єктів для різних видів і категорій водокористування. Нормовані речовини розподіляються на групи з однаковими лімітуючими ознаками шкідливості (ЛОШ) та класами небезпечності. Всі водні об’єкти поділяють на водні об’єкти з нормованою якістю води, для яких встановлюються види водокористування і норми якості води, та на водні об’єкти з ненормованою якістю води. До останніх можуть належати: • водотоки довжиною менше 10 км і водойми, площа акваторії яких менша 1 га; • тимчасові водотоки і водойми або їх ділянки; • водні об’єкти, що передані у відокремлене водокористування, а також штучні водотоки і водойми (крім руслових водосховищ комплексного використання), для яких можуть встановлюватися спеціальні (технологічні та ін.) норми якості води;

326

• малі річки і водойми або їх ділянки з превалюванням у їх водному балансі за меженний період зворотних вод і високим рівнем забрудненості води та водних відкладень. Водні об’єкти з нормованою якістю води, залежно від встановлених для них видів водокористування, можуть належати до питного, господарсько-побутового або рибогосподарського (вищої, першої і другої категорій) водокористування1. До питного водокористування відноситься використання водних об’єктів або їх ділянок як джерел господарсько-питного водопостачання, а також для водопостачання підприємств харчової промисловості. До господарсько-побутового водокористування належить використання водних об’єктів для купання, заняття спортом і відпочинку населення. Вимоги до якості води, що встановлені для господарсько-побутового використання, поширюються на водні об’єкти або їх ділянки, які знаходяться в межах населених пунктів. До рибогосподарських водних об’єктів належать водотоки, водойми або їх окремі ділянки, що використовуються для відтворення, промислу та міграції риб, безхребетних і водних ссавців. Їх поділяють на такі три категорії: • вища - до неї відносять місця нересту, масового нагулу та зимувальних ям особливо цінних видів риб та інших промислових водних організмів, а також охоронні зони господарств будь-якого типу для штучного розведення та вирощування риб, інших водних тварин і рослин; • перша - до неї відносять водні об’єкти, що використовуються для збереження та відтворення цінних видів риб, які відзначаються високою чутливістю до вмісту кисню; • друга - до неї відносять водні об’єкти, які використовуються для інших рибогосподарських потреб. У випадку одночасного використання водного об’єкта або його ділянки для різних потреб населення і господарства до складу і властивостей поверхневих вод висуваються найбільш жорсткі норми з числа встановлених. На ділянках водних об’єктів, які знаходяться в межах населених пунктів, незалежно від цілей водокористування, нормативи встановлюються як для води, що використовується для задоволення господарсько-побутових пoтреб. Для прикордонних ділянок і створів водних об’єктів, а також водних об’єктів в межах лікувальних і заповідних зон, з наявністю специфічних особливостей природного складу і властивостей води, наприклад, підвищеного природного вмісту завислих речовин, мінеральних солей, заліза, фтору тощо, можуть встановлюватися окремі показники складу і властивостей води. Такі 1

Для порівняння, в класифікації поверхневих вод, прийнятій у США, виділено чотири класи водних об’єктів: A - придатні для питного водопостачання; B - придатні для рекреаційних цілей та рибного господарства; C - придатні для промислового водопостачання і D - придатні для зрошення сільськогосподарських культур [5]. 327

водні об’єкти відносять до водних об’єктів із спеціально встановленими нормами якості води. Для ділянок і створів водних об’єктів на кордонах України з країнами СНД такими нормами (як на вході на територію України, так і на виході за її межі) є чинні єдині рибогосподарські норми якості води. Для ділянок і створів водних об’єктів на кордонах з іншими державами можуть встановлюватися (на основі двосторонніх домовленостей) додаткові норми і вимоги до якості води. Для водних об’єктів в межах заповідних зон і в регіонах зі специфікою природної якості води за рішенням місцевих органів можуть призначатися регіональні або місцеві норми якості води по окремих показниках (на основі природних фонових значень цих показників у водних об’єктах). Встановлення видів і категорій водокористування здійснюється також з урахуванням ступеня придатності водних об’єктів для того чи іншого виду водокористування, економічної доцільності здійснення гідротехнічних, водоохоронних та інших заходів для доведення водних об’єктів до придатного для водокористування стану, екологічної цінності і фактичного використання водних об’єктів. Приміром, у Рівненській області до водних об’єктів першої рибогосподарської категорії водокористування віднесені річки Прип’ять, Стир, Горинь і Случ, крім ділянок в межах населених пунктів. До другої рибогосподарської категорії водокористування віднесені всі інші водні об’єкти з нормованою якістю води, крім ділянок в межах населених пунктів, які віднесені до господарсько-побутової категорії водокористування. До категорії із спеціально встановленими нормами якості води належать річки Прип’ять, Стир, Горинь та інші в створах на кордоні з Білоруссю. Поетапне здійснення водоохоронних заходів і покращання якості води водних об’єктів передбачає в перспективі поступове підвищення категорій водокористування водних об’єктів, переведення частини водних об’єктів з ненормованою якістю води до класу водних об’єктів з нормованою якістю води. Місця на водних об’єктах, де мають дотримуватися встановлені норми якості води, називають контрольними створами (на водотоках) або пунктами (на водоймах). При питному водокористуванні норми якості води мають дотримуватися вище за течією впродовж 1 км (для водотоку) або на акваторії в межах 1 км (для водойми) від місця розташування водозабору для господарсько-питного водопостачання населення і підприємств харчової промисловості. При господарсько-побутовому водокористуванні норми якості води мають дотримуватися на ділянках водних об’єктів в межах населених пунктів, а також у водотоках впродовж 1 км вище найближчого за течією пункту водокористування (місця організованого відпочинку на воді населення, території прилеглого до водного об’єкту населеного пункту), у водоймах - на акваторії 328

в межах 1 км від пункту водокористування, в прибережних зонах морів - на найближчій границі району водокористування або зони санітарної охорони. При рибогосподарському використанні водного об’єкта норми якості води або її природний склад і властивості мають дотримуватися на ділянці водотоку або акваторії водойми, починаючи з контрольного створу або пункту, що розміщується не далі ніж на відстані 500 м від місця скиду зворотних вод або розташування інших джерел надходження забруднень у водний об’єкт (місця видобутку корисних копалин, здійснення робіт на водному об’єкті тощо). При скиданні зворотних вод у прибережну зону моря рибогосподарські норми контролюються в пункті, що розташований на відстані 250 м від місця випуску у будь-якому напрямі. Місце скидання зворотних вод повинно знаходитися нижче межі населеного пункту за течією водотоку на відстані, яка виключає вплив згінно-нагінних явищ1. 7.4.2.3. Порядок розроблення і затвердження нормативів ГДС речовин Основні вимоги щодо нормування гранично допустимого скидання (ГДС) забруднюючих речовин, які утворюються в процесі виробничої діяльності водокористувачів, визначаються “Порядком розроблення і затвердження нормативів гранично допустимого скидання забруднюючих речовин”, затвердженим постановою Кабінету Міністрів України № 1100 від 11.09.96 р. Гранично допустимий скид (ГДС) речовини у водний об’єкт - це маса речовини у зворотних водах, що є максимально допустимою для відведення за встановленим режимом даного пункту водного об’єкта в одиницю часу з метою забезпечення норм якості води у контрольному створі (пункті). Нормативи ГДС забруднюючих речовин встановлюються з метою поетапного досягнення екологічного нормативу якості води водних об’єктів, тобто науково обґрунтованих значень концентрації забруднюючих речовин і показників якості води (загальнофізичних, біологічних, хімічних, радіаційних), та санітарно-гігієнічних норм у місцях розташування джерел водопостачання і водокористування, для забезпечення екологічної безпеки життєдіяльності людини і водних екосистем. Нормативи ГДС (граничні обсяги скидання зворотних вод) встановлюються для введених у дію об’єктів та тих, що проектуються чи споруджуються, згідно з переліком забруднюючих речовин, скидання яких у поверхневі та морські води водного фонду України, включаючи природні водойми (озера), водотоки (річки, струмки), штучні водойми (водосховища, ставки), канали і внутрішні морські води, нормується. Під час проектування будівництва нових, розширення, реконструкції, технічного переоснащення та капітального ремонту діючих об’єктів не допускається впровадження технологій та 1

Згінно-нагінні явища - переміщення під впливом вітру водних мас з однієї частини водного об’єкта в іншу. 329

засобів, що можуть призвести до скидання у водні об’єкти забруднюючих речовин, скидання яких забороняється. Розроблення нормативів ГДС забруднюючих речовин для скидання зворотних вод підприємств, установ та організацій, які проектуються, здійснюється у складі передпроектної (ТЕО або ТЕР) та проектно-кошторисної документації (робочий проект) на нове будівництво, розширення, реконструкцію і їх технічне переоснащення. Водокористувачі виступають замовниками розроблення нормативів ГДС забруднюючих речовин, що скидаються ними у водні об’єкти. Розробниками ГДС є організації, які отримали дозвіл Мінекоресурсів України на виконання відповідних робіт. Нормативи ГДС затверджуються органами Мінекоресурсів України одночасно з видачею дозволу на спеціальне водокористування, в якому встановлюється граничний обсяг скидання забруднюючих речовин у водний об’єкт. Термін дії нормативів ГДС у кожному конкретному випадку встановлюється органами Мінекоресурсів України індивідуально залежно від терміну дії дозволу на спеціальне водокористування. Підставами для переоформлення нормативів ГДС є закінчення терміну дії нормативів, зміна умов водокористування, категорії якості води у водному об’єкті чи законодавчої та нормативної бази. Водокористувач відповідає за наявність затверджених нормативів ГДС та надання розробнику достовірних вихідних даних, що одержуються на основі проведення інвентаризації показників складу і властивостей зворотних вод згідно з наведеними переліками забруднюючих речовин, скидання яких нормується, та ідентифікація яких у зворотних водах є обов’язковою, обсягу витрат цих вод та інших необхідних для розрахунків даних. До переліку забруднюючих речовин, що нормуються у всіх випадках скидання зворотних вод, входять: розчинений кисень, завислі речовини, мінералізація води, сульфати, хлориди, азот амонійний, нітрати, нітрити, фосфати та нафтопродукти. Крім того, обов’язково нормуються такі фізико-хімічні показники, як: біохімічна потреба кисню (БПК5), хімічна потреба кисню (ХПК) - перманганатна та біхроматна окисності, рівень токсичності води (на основі біотестування), показники бактеріологічного забруднення і рівень радіоактивності води (сумарна радіоактивність), а також враховуються водневий показник (рН) і температура. Якщо фонова забрудненість водного об’єкта по якихось показниках не відповідає ГДК та обумовлена господарськими факторами, які не піддаються впливу, то ГДС відповідних речовин встановлюють, виходячи з перенесення нормативних вимог до якості води водоприймача безпосередньо на зворотні води. 330

У тих випадках, коли фонова забрудненість водного об’єкта обумовлена природними причинами, ГДС відповідних речовин встановлюють, виходячи з умов дотримання в контрольних створах природної фонової якості води, що сформувалася. До природних факторів формування якості води належать такі, що не входять до господарської ланки кругообігу води і не піддаються штучному регулюванню (надходження забруднень з атмосфери, в результаті схилового чи тальвегового стоку та підземного живлення тощо). Для речовин, по яких нормується приріст до природного фону (завислі речовини, мідь, молібден, фтор та ін.), ГДС встановлюється з урахуванням цього допустимого приросту до природного фону. Встановлення ГДС з урахуванням ЛОШ проводиться для всіх речовин, крім головних іонів мінералізації води. При цьому у контрольному створі водного об’єкта сума відношень концентрацій речовин з однаковою ЛОШ до відповідних ГДК (або природних фонових концентрацій цих речовин, якщо вони перевищують ГДК) не повинна перевищувати одиниці. Для всіх підприємств-водокористувачів встановлений ГДС не повинен перевищувати показників скиду речовин, що можуть бути досягнуті при застосуванні типового способу очищення цієї категорії зворотних вод, навіть якщо водний об’єкт дозволяє скидати значно більші їх величини. Наприклад, для господарсько-побутових стічних вод - це рівень повного біологічного очищення. Чинними Правилами охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами [86] для комунальних споруд повного біологічного очищення стічних вод встановлені такі нормативи гранично допустимого вмісту забруднюючих речовин у зворотних водах (мг/л): • біохімічна потреба кисню (БПК5) - не більш як 15; • хімічна потреба кисню - не більш як 80; • завислі речовини - не більш як 15. При встановленні ГДС допустимі концентрації речовин у зворотних водах діючого підприємства не повинні перевищувати фактичних середніх, проектних та відповідних типовому способу очищення концентрацій речовин для даного випуску зворотних вод за винятком тих речовин, концентрації яких зростають в процесі очищення (азот нітратів, нітритів). Допустимі концентрації речовин у зворотних водах не повинні призначатися меншими їх нормативних значень для водоприймача за винятком випадків, коли фактичні концентрації речовин у зворотних водах менші нормативних для водоприймача, а також коли враховується ЛОШ речовин. Для підприємств, що споруджуються (реконструюються), дотримання нормативів ГДС потрібно забезпечити до моменту прийняття цих об’єктів в експлуатацію. Діючі підприємства-водокористувачі, які скидають зворотні води з перевищенням ГДС, разом з проектом нормативів ГДС подають план заходів по їх досягненню, в якому повинні відображатися: витрати зворотних вод і фактич331

ні концентрації забруднюючих речовин у зворотних водах на час розробки ГДС; найменування заходів, терміни їх реалізації, вартість та водоохоронний ефект, що досягається (витрати і концентрації нормованих речовин у зворотних водах після реалізації кожного етапу плану). У період реалізації зазначених планів або їх окремих етапів, які відповідають нормативним строкам тривалості будівництва та введення в експлуатацію водоохоронних споруд, підприємства здійснюють скиди зворотних вод на підставі дозволів, які видають органи Мінекоресурсів України. Ліміти тимчасово погодженого скиду (ТПС) речовин із зворотними водами, які вказуються у цих дозволах, встановлюються по найкращих результатах, що можуть бути досягнуті на даному підприємстві, виходячи з наявних систем зворотного водопостачання, очисних та інших водоохоронних споруд. По мірі здійснення окремих етапів плану водоохоронних заходів по досягненню ГДС ліміти тимчасово погодженого скиду речовин із зворотними водами повинні бути переглянуті і зменшені відповідно до проектних результатів, які мають бути досягнуті за рахунок введення в експлуатацію нових споруд та установок, передбачених черговим етапом плану. Таким чином, встановлення ТПС не є способом, який дозволяє скидати нормовані речовини понад ГДС, а засобом поетапного досягнення ГДС. В період виконання плану водоохоронних заходів у нормативні строки та у встановлених обсягах за умови дотримання лімітів ТПС зворотних вод на підприємство штрафні або інші санкції не накладаються. Досягнення величин ГДС потребує складного комплексу технічних, економічних і організаційних заходів, тому їх встановлення має передбачати оптимізацію сумарних витрат водокористувачів. Однією з найважливіших умов правильності визначення витрат на водоохоронні заходи є застосування басейнового принципу встановлення ГДС, який передбачає одночасне урахування впливу всіх скидів зворотних вод у гідрографічну мережу басейну ріки на якість води в усіх створах, що знаходяться нижче за течією. При цьому величини ГДС речовин встановлюються з урахуванням заданих видів водокористування, відповідних норм вмісту і ГДК речовин, асимілюючої спроможності водних об’єктів, оптимального розподілу між водокористувачами маси речовин, допустимої до скиду із зворотними водами у води об’єкта або його ділянки, що забезпечує оптимізацію сумарних витрат на досягнення ГДС. Басейновий принцип застосовується для водокористувачів ділянки басейну річки або водойми в межах області, де розгляд і затвердження ГДС проводиться єдиним контролюючим органом, при цьому передбачається дотримання норм якості води у створах на кордонах областей, а також для водокористувачів басейну в цілому при розробці басейнових екологічних програм.

332

Природу не ошукаєш. О.П.Синьов

7.4.2.4. Методична основа розрахунку нормативів ГДС речовин Розрахунок величин ГДС речовин у водні об’єкти виконується з урахуванням: • норм якості води і ГДК речовин у воді водного об’єкта в контрольному створі; • фонової якості води1 водного об’єкта до місця впливу випуску зворотних вод; • витрат, складу і режиму надходження зворотних вод; • впливу на водний об’єкт на ділянці від місця випуску зворотних вод до контрольного створу інших випусків зворотних вод; • ступеня змішування зворотних вод з водою водного об’єкта на ділянці від місця випуску до контрольного створу; • кратності розбавлення зворотних вод у водному об’єкті в зоні початкового змішування та в контрольному створі; • природного самоочищення вод від речовин, що надходять на ділянці від місця випуску до контрольного створу (процеси самоочищення враховуються, якщо вони добре виражені, а їх закономірності достатньо вивчені). Вихідними даними для розрахунку є такі: • гідрографічні, гідрологічні і гідрохімічні характеристики водного об’єкта; • фактичні або розрахункові витрати і склад зворотних вод, витрати водозаборів; • місця розташування водокористувачів, їх вимоги до якості води. Для визначення розрахункових умов застосовують такі стандартні регламенти розрахункових характеристик річок і господарських факторів: • витрати водозаборів і скидів зворотних вод - максимальні годинні; • склад зворотних вод - такий, що не перевищує значень фактичних середніх; • витрати води на незарегульованих ділянках річок - мінімальні середньомісячні 95 %-ої забезпеченості. Величина ГДС (г за годину) для всіх категорій водокористувачів визначається як добуток максимальних годинних витрат зворотних вод q (м3/год) на допустиму концентрацію забруднюючої речовини у зворотних водах СГДС (г/м3), при якій не будуть порушені норми якості води у водному об’єкті ГДС = qCГДС . (7.2) 1

Фонова якість води - якість води водного об’єкта, що сформована під впливом природних процесів та усіх джерел надходження забруднень, за винятком впливу джерела, що розглядається. 333

Для всіх нормованих речовин при рибогосподарському водокористуванні та для речовин I і II класу небезпечності при питному та господарсько-побутовому водокористуванні СГДС встановлюють такими, щоб для речовин з однаковою ЛОШ, які містяться у воді водного об’єкта, сума відношень концентрацій кожної речовини СГДКi до відповідних ГДКi не перевищувала одиниці n C ГДКi ≤ 1. (7.3) i =1 ГДК i

∑

Рис.7.1. Схеми масового балансу забруднюючих речовин для окремого випуску зворотних вод у водотік за умови дотримання норм якості води у водному об’єкті а - по гранично допустимій концентрації речовини у воді водного об’єкта без урахування неконсервативності речовин; в - те ж, з урахуванням неконсервативності речовин; б - по допустимому приросту до природного фону; г - з урахуванням вимог щодо вмісту у воді водного об’єкта розчиненого кисню

Для окремого випуску зворотних вод у водотоки без урахування неконсервативності речовини (рис.7.1а) рівняння масового балансу за умови дотримання норм якості води у водному об’єкті після випуску зворотних вод має вигляд CФ aQ + CГДС q ≤ C ГДК aQ + q , (7.4) де Q і q - витрати води у водотоку та зворотних вод, що надходять у водотік, в однакових одиницях виміру; a - коефіцієнт змішування, який визначає частку розрахункових витрат водотоку Q, що реально може приймати участь у розбавленні зворотних вод, і який визначається відомими методами [36, 37, 54]; CГДК - гранично допустима концентрація речовини у водному об’єкті з урахуванням рівняння (7.3), г/м3; СГДС - гранично допустима концентрація речовини у зворотних водах, г/м3; СФ - фонова концентрація забруднюючої речовини у водотоку вище випуску зворотних вод, що розглядається, г/м3.

b

334

g

Виходячи з рівняння (7.4), гранично допустиму концентрацію речовини у зворотних водах СГДС визначають за виразом CГДС = n CГДК − CФ + CФ , (7.5)

d

i

де n - кратність розбавлення зворотних вод у контрольному створі водотоку (рівняння 4.7). При встановленні ГДС для речовин, для яких нормується приріст до природного фону - завислі речовини, мідь, молібден, фтор та ін. (рис.7.1б), рівняння масового балансу має вигляд CФ aQ + CГДС q ≤ CФ + CГДП aQ + q , (7.6)

d

ib

g

b

g

де СГДП - гранично допустимий приріст вмісту речовини до природного фону, г/м3. В цьому випадку СГДС визначають за виразом C ГДС = nCГДП + CФ . (7.7) З урахуванням неконсервативності забруднюючої речовини рівняння масового балансу має вигляд (рис.7.1в) CФ aQe − kt + C ГДС qe − kt ≤ C ГДК aQ + q , (7.8) де k - коефіцієнт неконсервативності, діб-1, який приймається на підставі натурних спостережень або довідкових даних і перераховується залежно від температури та швидкості течії води у водотоку [36]; t - час добігання від місця випуску зворотних вод до розрахункового створу, діб. Звідси СГДС визначають за формулою CГДС = n CГДК e kt − CФ + CФ . (7.9)

d

i

При встановленні ГДС по БПК розрахункова формула має вигляд C ГДС = n C ГДК − CОД e k 0t − CФ + CФ , (7.10)

d

i

де ko - усереднене значення коефіцієнту неконсервативності органічних речовин, які обумовлюють БПКПОВН фону та зворотних вод, діб-1; СОД - БПКПОВН, обумовлена метаболітами та органічними речовинами, що змиваються у водотік атмосферними опадами з площі водозбору на останній ділянці шляху перед контрольним створом довжиною 0.5 добового пробігу [36]. Величина СОД приймається (г/м3): для гірських річок - 0.6-0.8; для рівнинних річок, що протікають по території, ґрунти якої не дуже багаті на органічні речовини - 1.7-2; для річок болотного живлення або таких, що протікають по території, з якої змивається підвищена кількість органічної речовини - 2.3-2.5. Якщо відстань від випуску зворотних вод до контрольного створу менша за 0.5 добового пробігу, то СОД приймається рівною нулю [36]. При встановленні ГДС по БПК з урахуванням вимог щодо вмісту розчиненого кисню допустиму максимальну величину БПКПОВН зворотних вод, що надходять у водотік, визначають, виходячи з вимог дотримання у воді водного об’єкта мінімально допустимого вмісту розчиненого кисню ОГДК після скидання зворотних вод. Кисневий режим у водоймах визначають для літнього і 335

зимового періоду, а за розрахунковий приймають найбільш несприятливий період. Iснує декілька способів визначення допустимого навантаження зворотних вод на водний об’єкт за вмістом розчиненого кисню. Найбільш простий спосіб обчислення ґрунтується на урахуванні поглинання зворотними водами тільки того розчиненого кисню, який міститься у поверхневих водах до місця скиду зворотних вод, при цьому процесами розчинення кисню у поверхневих водах (реаерації) і його утворення внаслідок фотосинтезу нехтують. Вважається, що у випадку, якщо вміст розчиненого кисню у річковій воді не стане нижчим за ОГДК протягом перших двох діб, то таке ж зменшення не відбудеться і в подальшому. Цю умову можна виразити таким рівнянням масового балансу (рис.7.1г) OФ Q − 0.4 CФ Q + CГДС q = OГДК Q + q , (7.11)

d

b

i

g

де ОФ - фоновий вміст розчиненого кисню у поверхневих водах до місця випуску зворотних вод, г/м3; СФ - БПКПОВН поверхневих вод до місця випуску зворотних вод, г/м3; ОГДК - найменша допустима концентрація розчиненого кисню, яка повинна залишатися у воді водного об’єкта, г/м3; 0.4 - коефіцієнт для перерахунку БПКПОВН, що визначається лабораторним шляхом, у дводобову БПК2. З цієї умови допустима БПКПОВН зворотних вод дорівнює ОГДК Q . (7.12) С ГДС = ОФ − 0.4СФ − ОГДК − 0.4q 0.4 При визначенні необхідного ступеня очищення зворотних вод по БПК приймається найменша з величин, визначених за рівняннями (7.10) і (7.12). При встановленні ГДС в разі скидання кислих, лужних чи термально забруднених вод рекомендується використовувати формули, наведені в літературі [36]. Розрахунок ГДС для сукупності випусків за критерієм відносного використання асимілюючої спроможності водного об’єкта на одиницю витрат зворотних вод рекомендується [36] здійснювати за схемою послідовного повторного розрахунку ГДС, коли ГДС спочатку визначають для випусків до першого за течією контрольного створу, далі - до другого і т.д. При цьому вихід попередньої розрахункової ділянки, тобто якість води у контрольному створі при встановленому ГДС, є входом наступної ділянки - розрахунковою фоновою якістю води. Якщо на розрахунковій ділянці річки впадає притока, спочатку визначають ГДС для випусків, розташованих на цій притоці, і концентрації речовин у гирловому створі притоки за умови дотримання ГДС при повному змішуванні річкових вод даної притоки і зворотних вод. Після цього притока розглядається як звичайний скид зворотних вод із заданою витратою та якістю води.

d

336

i

Якщо норми якості води у наступному контрольному створі розрахункової ділянки більш жорсткі, ніж у попередньому створі, або при значному впливі випусків, що належать до попереднього створу, на якість води у наступному створі, для цих випусків зворотних вод визначають нові, більш жорсткі ГДС і відповідні їм концентрації речовин у річковій воді при повному змішуванні річкових і зворотних вод. Розрахунок ГДС для сукупності випусків зворотних вод надто складний і виконується із застосуванням електронно-обчислювальної техніки та проблемно-орієнтованих пакетів прикладних програм, які забезпечують розрахунок ГДС відповідно до вимог ГОСТ 17.1.1.01-77. При цьому критерієм оптимальності є мінімум сумарних приведених витрат на досягнення ГДС. Загальний порядок розрахунку ГДС наступний: • виконують гідрологічні розрахунки; • розраховують кратність розбавлення зворотних вод для випусків, розташованих на розрахунковій ділянці; • встановлюють фонову якість води водного об’єкта та якісний склад зворотних вод; • визначають ступінь впливу скидів зворотних вод на якість води у водному об’єкті; • залежно від ступеня впливу з урахуванням необхідної якості води в контрольному створі призначають ГДС для конкретного випуску зворотних вод. 7.4.2.5. Контроль за досягненням і дотриманням нормативів ГДС речовин Контроль за досягненням і дотриманням встановлених нормативів скидів забруднюючих речовин у навколишнє природне середовище включає: • визначення маси скидів шкідливих речовин за одиницю часу від даного джерела забруднення і порівняння цих показників із встановленими нормативами ГДС; • перевірку виконання плану заходів щодо досягнення ГДС; • перевірку ефективності експлуатації очисних споруд і виробничих факторів, що впливають на дотримання нормативів ГДС. Цей контроль здійснюють як самі підприємства (відомчий контроль), так і місцеві органи Мінекоресурсів України (державний контроль). Органи Мінекоресурсів України здійснюють державний контроль за природоохоронною діяльністю у відповідності з планом робіт, а також при виникненні аварійних ситуацій, різкому погіршенні екологічної обстановки і за повідомленнями громадян (організацій). Під час контролю скидів виконують виміри витрат зворотних вод та визначення концентрацій речовин, що містяться у скидах. На підставі цих даних визначають масу забруднюючих речовин, що скидається за одиницю часу, і порівнюють її із затвердженими нормативами ГДС. 337

При невиконанні у нормативні строки планів заходів щодо досягнення ГДС та в разі порушення лімітів скидів шкідливих речовин контролюючі органи Мінекоресурсів України пред’являють підприємству претензії, позови або накладають адміністративні стягнення на винних посадових осіб у встановленому порядку. 7.4.2.6. Дозволи на спеціальне водокористування З метою запобігання виснаженню запасів прісних вод, їх забрудненню та засміченню підприємства і організації, що забирають воду безпосередньо з навколишнього середовища (первинні водокористувачі) і скидають зворотні води у водні об’єкти, відповідно до вимог природоохоронного законодавства повинні оформляти дозвіл на спеціальне водокористування в місцевих органах Мінекоресурсів України. Дозвіл оформляється в усіх випадках, коли для задоволення питних, господарсько-побутових і технологічних потреб використовуються поверхневі водні об’єкти та підземні води, а також при використанні водних об’єктів для скидання в них зворотних вод. У дозволі на спеціальне водокористування зазначають характеристики технічних пристроїв для забору води та вимірювальних приладів, витрати води і способи лабораторного контролю, дозволений обсяг води, що забирається з водного джерела, кількість зворотних вод, що скидаються, допустимий рівень їх забруднення та концентрації забруднюючих речовин у водному об’єкті після скидання в нього зворотних вод. Дозвіл на спецводокористування видається на строк до п’яти років. У відповідності з природоохоронним законодавством України забороняється водокористування без дозволу місцевих органів Мінекоресурсів України з будь-яких водних джерел (крім міської водопровідної мережі), а також водокористування з порушенням умов, встановлених у виданому дозволі на спецводокористування. Посадові особи, винні у порушенні законодавства України, притягуються до кримінальної або адміністративної відповідальності. Забороняється використання води питної якості для технічних потреб: миття автотранспорту, у технологічних процесах без зворотного циклу використання води. Споживання води з міського водопроводу і скидання стічних вод у міську каналізаційну мережу здійснюється за умовою погодження з органами житлово-комунального господарства. На скид промислово-технологічних стоків у міську каналізаційну мережу необхідно мати спеціальний дозвіл. При скиданні стічних вод у міську каналізаційну мережу водокористувач повинен забезпечити умови, при яких не порушується звичайна робота міської каналізаційної мережі і очисних споруд. Забороняється скидання у каналізаційну мережу стічних вод, що містять нафтопродукти, кислоти, ртуть, свинець, хром та інші агресивні і токсичні речовини, без їх попереднього очищення та нейтралізації на локальних очисних спорудах. 338

7.4.2.7. Ліміти використання водних ресурсів та скидів забруднюючих речовин Водокористувачі, які здійснюють забір води з водного об’єкта або використовують в установленому законодавством порядку воду, отриману від інших водокористувачів, мають відповідно дозволи на спеціальне водокористування або договори на поставку води. Водокористувачам у встановленому порядку затверджуються ліміти використання водних ресурсів. Ліміти затверджуються на річний обсяг використання водних ресурсів на виробничі та інші потреби до 10 січня, а для зрошувального землеробства - до 10 березня поточного року. Квартальні ліміти використання водних ресурсів розраховуються водокористувачами в межах затвердженого річного ліміту. Не підлягають лімітуванню водні ресурси, що використовуються без вилучення їх з водних об’єктів (наприклад, вода, що проходить через турбіни ГЕС; водні ресурси, якими користується водний транспорт під час експлуатації водних шляхів вантажними, самохідними, несамохідними та пасажирськими суднами). Щорічні ліміти скидів забруднюючих речовин у водні об’єкти загальнодержавного значення для первинних водокористувачів визначаються у дозволах на спеціальне водокористування, які видають органи Мінекоресурсів, у водні об’єкти місцевого значення - у дозволах, які видають місцеві державні адміністрації, а в містах обласного значення - виконавчі органи рад за погодженням з органами Мінекоресурсів. Обсяги скидів, пов’язаних з проведенням планового ремонту каналізаційних мереж і споруд, включаються до загального ліміту скидів. Обсяги та умови проведення таких скидів погоджуються з органами Мінекоресурсів. Збір, який справляється за ці скиди, нараховується як за скиди, що проводяться в межах установлених лімітів. У разі перевищення погодженого обсягу скидів та порушення умов їх проведення, пов’язаних з плановим ремонтом каналізаційних мереж і споруд, плата обчислюється як за понадлімітні скиди, а збитки, заподіяні навколишньому природному середовищу, відшкодовуються в установленому законодавством порядку. 7.4.2.8. Водоохоронні зони та зони санітарної охорони Водоохоронна зона - це територія, що прилягає до водного об’єкта (річки, озера, ставка, артезіанської свердловини тощо), на якій з метою запобігання забрудненню, засміченню та виснаженню вод встановлюється спеціальний режим господарської діяльності. У водоохоронній зоні забороняється будівництво складів пально-мастильних матеріалів, автопарків, пунктів технічного обслуговування і миття техніки, розташування звалищ, розміщення тваринницьких ферм, очисних споруд та інших об’єктів, які негативно впливають на якість води. 339

У межах водоохоронних зон уздовж берегів річок та їх приток виділяють прибережні водоохоронні смуги, основним призначенням яких є санітарний захист водних об’єктів. В межах берегової водоохоронної смуги забороняється оранка земель, випас тварин, організація наметових містечок, стоянок автотранспорту, розміщення будівель та споруд. Розміри водоохоронних зон і берегових водоохоронних смуг визначаються згідно Водного кодексу місцевими природоохоронними органами та органами місцевої влади. Прибережні захисні смуги встановлюються по обидва береги річок та навколо водойм уздовж урізу води (у меженний період) шириною: • для малих річок, струмків і потічків, а також ставків площею менше 3 га - 25 м; • для середніх річок, водосховищ на них, водойм, а також ставків площею менше 3 га - 50 м; • для великих річок, водосховищ на них та озер - 100 м. Якщо крутизна схилів перевищує 3°, мінімальна ширина прибережної захисної смуги подвоюється. У межах існуючих населених пунктів прибережна захисна смуга встановлюється з урахуванням конкретних умов, що склалися. Уздовж морів та навколо морських заток і лиманів виділяється прибережна захисна смуга шириною не менше 2 км від урізу води. На берегах малих річок та інших водних об’єктів необхідно створювати лісосмуги і відновлювати пошкоджені лісонасадження, які сприяють збільшенню водозбору, закріпленню берегів та зменшують висихання річок (водних джерел). З метою забезпечення санітарно-епідеміологічної надійності поверхневих та підземних водних джерел на усіх водозаборах та водопроводах, що постачають воду для господарсько-питних потреб, створюються зони санітарної охорони (ЗСО). Зони санітарної охорони водних об’єктів повинні включати зону санітарної охорони джерела водопостачання, в тому числі каналу, по якому подається вода, та майданчиків водопровідних споруд (водоводів). Зона санітарної охорони повинна складатися: • для джерела водопостачання - з першого та другого поясів; • для водозабірних споруд - з першого поясу; • для водоводів - з другого поясу. На території першого поясу (поясу суворого режиму) зони санітарної охорони джерела водопостачання забороняються всі види будівництва, проживання людей (у тому числі й тих, що працюють на спорудах водопостачання), випуск стічних вод, купання, водопій і випасання тварин, прання білизни, вилов риби і сільськогосподарські роботи (застосування отрутохімікатів, органічних та деяких видів мінеральних добрив). Будівлі, що знаходяться на території першого поясу ЗСО, повинні бути обладнані каналізацією, а територія - спланована з відведенням поверхневого 340

стоку за її межі. Територія першого поясу ЗСО водопостачання (майданчик водозабору і водопровідних споруд, ділянки водопостачальних каналів) у межах населених пунктів повинна бути відокремлена огорожею та озеленена. Необхідно також передбачити постійну сторожову охорону або сигналізацію (технічні засоби охорони). Межа першого поясу ЗСО поверхневих джерел водопостачання повинна встановлюватися залежно від місцевих санітарно-топографічних та гідрологічних умов в радіусі 100-200 м, при цьому забороняється розташування: • тваринницьких ферм ближче як на відстані 500 м від лінії урізу води у водоймах при найвищому його рівні; • стійла та випасів (стійбища) тварин у береговій смузі водойм ближче 100 м від лінії урізу води. Границя (межа) першого поясу ЗСО для підземного джерела водопостачання (артезіанських свердловин) повинна визначатися залежно від рівня захищеності водоносного горизонту та гідрогеологічних умов в межах не менше 30-50 м в радіусі від водозабору, при цьому забороняється: • розташування тваринницьких ферм ближче, ніж за 300 м від межі першого поясу; • розташування стійла і випасання тварин ближче, ніж за 100 м від межі першого поясу ЗСО. 7.4.3. Нормування у галузі охорони атмосферного повітря Відповідно до ст.8 Закону України “Про охорону атмосферного повітря” підприємствами, установами та організаціями розробляються проекти нормативів гранично допустимих викидів (ГДВ) забруднюючих речовин в атмосферне повітря від стаціонарних джерел. Проект нормативів ГДВ є основним документом, у складі якого затверджуються нормативи ГДВ і заходи по їх досягненню. Нормування викидів забруднюючих речовин у навколишнє природне середовище здійснюється відповідно до “Санітарних правил та норм з охорони атмосферного повітря” (СанПіН 4946-89). Гранично допустимий викид (ГДВ) шкідливих речовин в атмосферу є науково-технічним нормативом, який встановлюється для кожного джерела забруднення атмосфери за умови, що викиди шкідливих речовин від даного джерела та від сукупності джерел міста чи іншого населеного пункту з урахуванням перспективи розвитку промислових підприємств та розсіювання і перетворення шкідливих речовин в атмосфері забезпечать приземну концентрацію, що не перевищить їх ГДК для населення, рослинного і тваринного світу (ГОСТ 17.2.3.02-78). При цьому критеріями якості повітря, що використовуються в розрахунках, є гранично допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених пунктів. При подальшому розвитку методики обчислення ГДВ мають додатково враховуватись й інші фактори, включаючи накопичення забруднюючих речовин, їх перетворення та надхо341

дження в організм з харчовим раціоном, а також нормативи якості повітря для рослинного і тваринного світу. Кожне підприємство повинно розробляти нормативи гранично допустимих викидів забруднюючих речовин в атмосферу. Показники ГДВ є основою для планування і проведення екологічної експертизи з метою попередження забруднення атмосфери. ГДВ встановлюють для умов повного навантаження технологічного та газоочисного обладнання та їх нормальної роботи. Нормативи ГДВ в цілому для підприємства повинні встановлюватися у сукупності значень ГДВ для окремих діючих джерел забруднення та тих, що проектуються і реконструюються. При постійності в часі викидів від окремих джерел ГДВ для підприємства в цілому знаходять як суму ГДВ від поодиноких джерел та груп дрібних джерел, при непостійності викидів ГДВ підприємства менше суми ГДВ від окремих джерел і відповідає максимально можливому сумарному викиду від всіх джерел підприємства при нормальній роботі технологічного та газоочисного обладнання. При встановленні ГДВ для кожного джерела викидів слід враховувати фонову концентрацію шкідливих речовин, що створюється сусідніми промисловими підприємствами й іншими джерелами викидів шкідливих речовин в атмосферу в даному регіоні. Фонові концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі для нормування викидів встановлюються за даними спостережень мережі гідрометеорологічної служби або визначаються розрахунком з використанням даних інвентаризації параметрів викидів згідно рекомендацій [53]. При встановленні ГДВ для конкретного джерела фонові концентрації відносяться до того самого інтервалу усереднення, що й ГДВ. Для підприємств, що вводяться (реконструюються), нормативи ГДВ повинні бути забезпечені до моменту прийняття цих об’єктів в експлуатацію. Введення в експлуатацію нових виробництв (об’єктів), у викидах яких містяться шкідливі речовини з невстановленими ГДК (ОБРВ), забороняється. При розробці заходів по скороченню викидів, при проектуванні, будівництві та реконструкції підприємств не рекомендується передбачати викиди шкідливих речовин через значну кількість низьких труб, вентиляційних шахт, дефлекторів та аераційних ліхтарів тощо. Необхідно централізувати ці викиди у можливо меншу кількість труб, висота яких Н має не менше ніж у 2.5 рази перевищувати висоту прилеглих до них будинків в радіусі (4÷5)Н. Збільшення висоти труб для забезпечення розсіювання з метою дотримання норм ГДК у приземному шарі атмосфери допускається тільки після повного використання всіх доступних на сучасному рівні технічних засобів по зменшенню викидів (у тому числі, неорганізованих). При цьому, використання на енергетичних об’єктах труб висотою більше 250 м, а на інших виробництвах - більше 200 м допускається тільки за погодженням органів Мінеко342

ресурсів і органів санітарного нагляду України при наявності техніко-економічного обґрунтування необхідності їх спорудження. Нормативи гранично допустимих викидів, що встановлюються для кожного діючого об’єкта, затверджуються територіальними органами Мінекоресурсів України і органами санітарного нагляду України. У випадках, коли на даному підприємстві або групі підприємств, розташованих в одному районі, нормативи ГДВ з причин об’єктивного характеру не можуть бути досягнуті у теперішній час, за погодженням з органами Мінекоресурсів на підприємствах вводиться поетапне зниження викидів забруднюючих речовин до значень, які забезпечують додержання нормативів ГДВ. На період реалізації заходів, що забезпечують дотримання гранично допустимих викидів для об’єктів, які мають стаціонарні джерела забруднення атмосферного повітря, повинні розроблятися і погоджуватися проекти нормативів тимчасово погоджених викидів (ТПВ) та плани поетапного зниження цих викидів до встановленого нормативу ГДВ. Тимчасово погоджений викид (ТПВ) - це гранична кількість забруднюючих речовин, встановлена для підприємства на відповідний строк до досягнення ГДВ з урахуванням впровадження повітроохоронних заходів і на рівні викидів, досягнутих на підприємствах, аналогічних по потужності і технологічних процесах, з найкращою (в частині охорони навколишнього середовища) технологією даного виробництва. У випадку неможливості досягнення ГДВ сучасними засобами повинні бути передбачені конкретні заходи і строки по зменшенню або вилученню даного забруднення шляхом зміни технологічного процесу, зменшення потужності або перепрофілювання підприємства. При встановленні нормативів ГДВ повинні враховуватися перспективи розвитку підприємства, фізико-географічні та кліматичні умови місцевості, розташування промислових майданчиків та ділянок існуючої житлової забудови і такої, що планується, розташування санаторіїв і зон відпочинку населення, взаємного розташування промислових майданчиків та сельбищних територій. ГДВ визначаються для кожної речовини окремо, у тому числі і у випадках урахування сумарної шкідливої дії декількох речовин. Посадові особи підприємства (організації), що мають об’єкти з джерелами викидів забруднюючих речовин в атмосферу, зобов’язані: • розробляти плани організаційно-технічних природоохоронних заходів, спрямованих на зниження викидів, забезпечення постійної ефективної роботи і підтримання у справному стані споруд, обладнання та апаратури по очищенню викидів шкідливих речовин та контролю за ними; • здійснювати постійний облік і контроль якості та кількості (складу) забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу; 343

• забезпечувати контроль за забрудненням атмосферного повітря сельбищних територій (населених пунктів) та запроваджувати заходи щодо виключення забруднення атмосферного повітря поза установленими нормативами ГДК; • погоджувати з територіальними органами охорони навколишнього природного середовища і санітарного нагляду всі зміни технологічного процесу та обладнання (збільшення виробничої потужності, інтенсифікація процесів виробництва, кількісне і якісне збільшення викидів забруднюючих речовин в атмосферу та інші відхилення від затвердженого проекту); • інформувати органи охорони навколишнього природного середовища та санітарного нагляду про всі випадки залпових викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря та вживати заходів щодо запобігання виникнення таких ситуацій. Забороняється збільшення продуктивності технологічних агрегатів (ліній), що супроводжується збільшенням обсягів викидів або концентрації в них шкідливих речовин, без одночасної реконструкції пилогазоочисних споруд. Розрахунок нормативів ГДВ проводиться відповідно до “Методики розрахунку концентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств” (ОНД-86) [53]. У випадках застосування електроннообчислювальної техніки, розрахунки забруднення атмосфери при встановленні ГДВ здійснюють по уніфікованих програмах розрахунку забруднення атмосфери (“Еол”, “Пленер” тощо). Розробка проекту нормативів ГДВ здійснюється відповідно до “Iнструкції щодо оформлення та змісту проекту нормативів гранично допустимих викидів забруднюючих речовин у атмосферне повітря від стаціонарних джерел” [35]. Нормативи ГДВ затверджуються на строк до п’яти років і підлягають перегляду (перезатвердженню) або уточненню за планами-графіками, погодженими з місцевими органами Мінекоресурсів України, або до закінчення строку їх дії в разі зміни екологічної обстановки в регіоні (при появі нових або уточненні параметрів існуючих джерел забруднення). 7.4.3.1. Методика розрахунку нормативів ГДВ речовин Величини ГДВ (ТПВ) встановлюються в тоннах за рік, контрольні значення ГДВ (ТПВ) встановлюються в грамах за секунду і не повинні перевищуватись у будь-який двадцятихвилинний інтервал часу (у відповідності з інтервалом часу, прийнятим при встановленні максимальних разових значень гранично допустимих концентрацій). При встановленні нормативів ГДВ концентрація кожної шкідливої речовини у приземному шарі атмосфери не повинна перевищувати максимальної 344

разової гранично допустимої концентрації цієї речовини в атмосферному повітрі (ГДК), затвердженої Міністерством охорони здоров’я України. При наявності в атмосфері декількох шкідливих речовин, що мають ефект сумарної дії, їх безрозмірна сумарна концентрація не повинна перевищувати одиниці (рівняння 7.1). Для речовин, для яких встановлені тільки середньодобові гранично допустимі концентрації ГДК , використовують наближене співвідношення між максимальними значеннями разових та середньорічних концентрацій і дотримують такої умови 01 . с ≤ ГДК . (7.13) В разі відсутності нормативів ГДК замість них використовують значення орієнтовно безпечних рівнів забруднення повітря (ОБРВ) в порядку, встановленому МОЗ України. Норми концентрацій шкідливих речовин в атмосферному повітрі для рослинного і тваринного світу (екологічні критерії), затверджені у встановленому порядку, приймаються у розрахунках тільки в тому випадку, коли вони є більш жорсткими, ніж ГДК, затверджені МОЗ України. За наявності фонового забруднення атмосфери у співвідношеннях (7.1) та (7.13) замість с слід приймати с + сф, де сф - фонова концентрація шкідливої речовини. Для речовин, що мають ефект сумарної дії, прийняття в рівнянні (7.1) для кожної i-ої домішки замість сi суми сi + сфi забезпечує урахування фону з певним запасом. Більш точним способом урахування фону в цьому випадку є використання фону по всій сукупності речовин, приведеного до фону однієї з них. Для зон санітарної охорони курортів, місць розміщення крупних санаторіїв та будинків відпочинку, зон відпочинку міст, а також для інших територій з підвищеними вимогами до охорони атмосферного повітря у формулах (7.1) та (7.13) ГДК слід замінити на 0.8ГДК. Значення ГДВ (г/с) для поодинокого джерела з круглим гирлом у випадках сф < ГДК визначають за формулою1 ГДК − сф H 2 3 V ∆T . (7.14) ГДВ = 1 AFmnη У випадку f ≥ 100 або ∆T ≈ 0 ГДВ визначають за формулою ГДК − сф H 4 3 8V1 . (7.15) ГДВ = AFnη D Значення ГДВ для джерела з прямокутним гирлом визначають за тими самими формулами, але при D = DE та V1 = V1E (див. розділ 5.2.3.1). Значення ГДВ для випадку викидів від поодинокого аераційного ліхтаря визначають за формулою

d

i

d

1

i

Умовні позначення параметрів у формулах див. в розділі 5.2.3.1. 345

ГДВ0 , (7.16) s3 де ГДВ0 знаходять за формулою (7.14) чи (7.15) при D = DE та V1 = V1E, а s3 визначають згідно розділу 5.2.3.2. При встановленні ГДВ для поодинокого джерела викидів суміші постійного складу речовин, що мають ефект сумарної дії, спочатку визначають допоміжне значення сумарного ГДВ = ГДВС, приведеного до викиду однієї з речовин. Для цього у формулах (7.14), (7.15) використовують ГДК даної речовини і сумарний фон сф, приведений до цієї ж речовини. Потім з урахуванням складу викидів визначають ГДВ окремих шкідливих речовин. В разі наявності групи з декількох джерел викиду значення ГДВi для кожного i-го джерела знаходять за формулою ГДВi = M i , (7.17) де Mi - такі значення викиду від кожного джерела, прийняті при розрахунках забруднення атмосфери від всієї сукупності джерел, при яких максимальна сумарна концентрація в атмосфері при несприятливих метеорологічних умовах не перевищує ГДК-сф чи 0.8ГДК-сф на територіях, що підлягають особливій охороні. При розробці ГДВ для підприємства, що реконструюється, розрахунки виконують на фактичне становище та на перспективу. При розрахунках на фактичне становище використовують значення M та V1 за даними останньої інвентаризації викидів. При розрахунках на перспективу їх здійснюють окремо для кожного з намічених етапів скорочення викидів з використанням значень M та V1, очікуваних в результаті реалізації запланованих заходів. Встановленню ГДВ для окремого джерела передує визначення його зони впливу, радіус якої приблизно оцінюється як найбільша з двох відстаней від джерела: x1 та x2 (м), де x1 = 10xm (при цьому x1 відповідає відстані, на якій c становить 5 % від cm). Значення x2 визначають як відстань від джерела, починаючи з якої c ≤ 0.05ГДК. Для підприємства також встановлюють зони впливу, що включають в себе кола радіусом x1, проведені навколо кожної з труб підприємства, та ділянки місцевості, де обчислене сумарне забруднення атмосфери від усієї сукупності джерел викиду даного підприємства, у тому числі низьких і неорганізованих, перевищує 0.05ГДК. Зони впливу джерел та підприємств розраховують по кожній шкідливій речовині (комбінації речовин з ефектом сумарної дії) окремо. Якщо сф > ГДК, то збільшення потужності викиду від об’єктів, що реконструюються, та будівництво на підприємстві нових об’єктів з викидами тих самих речовин чи речовин, що мають ефект сумарної шкідливої дії, може бути допущене тільки при одночасному забезпеченні зниження викидів шкідливих речовин в атмосферу на решті об’єктів підприємства, що розглядається, або на інших підприємствах міста, обґрунтованому проектними рішеннями. ГДВ =

346

Поряд з максимальним разовим ГДВ (г/с) в оперативних цілях для виконання проектних оцінок темпів зниження викидів, можливостей утилізації шкідливих речовин, що виносяться газоповітряною сумішшю, встановлюють річні значення ГДВР (т/рік) для окремих джерел та підприємства в цілому. Для окремого i-го джерела з N джерел підприємства ГДВРi знаходять з урахуванням часової нерівномірності викидів, у тому числі за рахунок планового ремонту технічного і газоочисного обладнання. Для підприємства в цілому ГДВР знаходять за формулою N

ГДВ Р =

∑ ГДВ

Рi

. (7.18)

i =1

Розміри санітарно-захисної зони (СЗЗ) l0 (м), встановлені в Санітарних нормах проектування промислових підприємств, повинні перевірятися розрахунком забруднення атмосфери відповідно до вимог [53] з урахуванням перспективи розвитку підприємства і фактичного забруднення атмосферного повітря. Отримані за розрахунком розміри СЗЗ мають уточнюватись окремо для різних напрямків вітру в залежності від результатів обчислення забруднення атмосфери та середньорічної рози вітрів району розташування підприємства за формулою P , (7.19) l = L0 P0 де l - розрахунковий розмір СЗЗ, м; L0 - розрахунковий розмір ділянки місцевості в даному напрямку, де концентрація шкідливих речовин (з урахуванням фонової концентрації від інших джерел) перевищує ГДК, м; Р - середньорічна повторюваність напрямку вітрів румба, що розглядається, %; Р0 - повторюваність напрямків вітрів одного румба при круговій розі вітрів, % (наприклад, при восьмирумбовій розі вітрів Р0 = 100/8 = 12.5 %). Якщо відповідно до передбачених технічних рішень та розрахунків забруднення атмосфери розміри СЗЗ для підприємства виявляються більшими, ніж розміри, встановлені Санітарними нормами проектування промислових підприємств, то необхідно переглянути проектні рішення і забезпечити виконання вимог Санітарних норм за рахунок зменшення обсягів викидів шкідливих речовин в атмосферу, збільшення висоти їх викиду з урахуванням встановлених обмежень тощо. Якщо і після додаткового перегляду рішень не виявлені технічні можливості забезпечення розмірів СЗЗ, що вимагаються цими Санітарними нормами, то розміри l приймають відповідно з результатами розрахунку забруднення атмосфери за погодженням органів МОЗ та Держбуду України. 7.4.3.2. Ліміти викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря Ліміти викидів забруднюючих речовин стаціонарними джерелами забруднення визначаються на підставі затверджених проектів нормативів гранично допустимих викидів (ГДВ). 347

Органи Мінекоресурсів встановлюють терміном на п’ять років щорічні ліміти викидів стаціонарними джерелами забруднення за затвердженою Мінекоресурсів формою. Для пересувних джерел забруднення ці ліміти не встановлюються. 7.4.3.3. Контроль за досягненням і дотриманням встановлених нормативів викидів в атмосферне повітря Контроль за досягненням і дотриманням встановлених нормативів викидів забруднюючих речовин у навколишнє природне середовище включає: • визначення маси викидів шкідливих речовин в одиницю часу від даного джерела забруднення підприємства і порівняння цих показників з встановленими нормативами ГДВ; • перевірку виконання плану заходів щодо досягнення ГДВ; • перевірку ефективності експлуатації пилогазоочисних та інших природоохоронних споруд (апаратів), а також виробничих факторів, що впливають на дотримання нормативів ГДВ. Цей контроль проводиться як самим підприємством (відомчий контроль), так і місцевими органами Мінекоресурсів України (державний контроль). Органи Мінекоресурсів України здійснюють державний контроль за дотриманням природоохоронного законодавства відповідно до плану роботи, а також у разі виникнення аварійних ситуацій, різкого погіршення екологічної обстановки і за повідомленнями громадян (організацій). Під час контролю джерел викидів здійснюються виміри обсягів викидів, визначення концентрацій шкідливих речовин, які в них містяться, встановлення за цими даними маси забруднюючих речовин, що викидається за одиницю часу, і порівняння її із затвердженими нормативами ГДВ. При виконанні у зазначені строки планів заходів щодо досягнення ГДВ і при дотриманні встановлених лімітів викидів шкідливих речовин з підприємства не стягуються штрафні санкції, а при невиконанні зазначених вимог та у випадку порушення лімітів контролюючі органи Мінекоресурсів України мають право пред’явити підприємству позови, претензії або накласти адміністративні стягнення згідно з установленим порядком. От ви кажете: радіація, радіація... Деякі моряки, наприклад, роками не виходять з атомних підводних човнів, а тим часом їх жінки народжують нормальних здорових дітей. З висловлювань офіцерів РА

7.4.4. Нормування радіаційного фактора Нормування радіаційного фактора ґрунтується на існуючих наукових уявленнях про дію іонізуючого випромінювання на живий організм, отриманих шляхом експериментів на тваринах, епідеміологічних досліджень стану здо348

ров’я людей, що зазнали радіаційного впливу в процесі професійної діяльності або лікування і діагностики. Мета нормування - визначення науково обґрунтованих критеріїв для регламентації рівнів опромінення, які не завдають шкоди здоров’ю людини. До 1960 р. фактично всі вчені визнавали існування порогу в дії іонізуючого випромінювання, тобто величини дози, нижче якої сучасними методами не виявляються будь-які патологічні відхилення в організмі. Вважалося, що тільки перевищення цієї дози створює загрозу для здоров’я людини. Накопичені до цього часу дані дозволили припустити, що для ракових захворювань, викликаних дією іонізуючого випромінювання, такого порогу не існує. Хвороби, спричинені іонізуючим випромінюванням, можуть проявитися через роки або десятиріччя після дії променів, у т.ч. при опроміненні в малих дозах. Таке опромінення не викликає специфічних радіаційних захворювань, а скоріше стимулює розвиток звичайних хвороб, що підтверджено статистикою. Опромінення в малих дозах може спровокувати розвиток лейкемії, ракових пухлин всіх видів, понижену плідність, хромосомні зміни в клітинах крові, фізичні та розумові вади розвитку. Крім того, можливе порушення гормональної і ферментної рівноваги, послаблення опірності інфекціям, зростання захворювань серця та органів кровообігу і передчасне старіння. На даний час найбільш повно вивчені лейкемія та рак. Вважають, що рак може бути результатом соматичної мутації клітинного ядра, тобто будь-яка клітина може мутувати, утворюючи ракову клітину. Точний механізм цього процесу невідомий, і, оскільки будь-яка високоенергетична дія на клітину може викликати подібну мутацію, визнавати (виходячи з теоретичних міркувань) існування якогось порогу неприпустимо. Це означає, що як і у випадку генетичних порушень, частина випадків спонтанного раку та лейкемії має бути віднесена на рахунок природного радіоактивного фону, викидів АЕС та опромінення в результаті медичних досліджень. Саме тому в 1977 р. з метою підвищення рівня безпеки при використанні іонізуючого випромінювання та виходячи із сучасних уявлень про дію малих доз радіації, Міжнародна комісія радіаційного захисту (МКРЗ) прийняла концепцію безпорогової лінійної залежності виникнення злоякісних новоутворень і генетичних пошкоджень при нормуванні радіаційного фактора та оцінці можливих несприятливих для здоров’я віддалених наслідків опромінення. Із запропонованої концепції слідують три основні принципи радіаційного захисту, прийняті в сучасному нормуванні, а саме: • принцип обґрунтування - не повинна здійснюватися будь-яка діяльність, пов’язана з використанням джерел іонізуючого випромінювання, якщо користь для окремих осіб і суспільства в цілому не перевищує ризику, викликаного додатковим (по відношенню до природного радіоактивного фону) опромінюванням; 349

• принцип оптимізації - при використанні будь-якого джерела іонізуючого випромінювання індивідуальні дози і кількість опромінених людей мають бути настільки низькими, наскільки це є можливим і досяжним з урахуванням економічних та соціальних факторів; • принцип нормування - індивідуальна доза опромінення персоналу та населення від усіх джерел іонізуючого випромінювання в процесі їх експлуатації не повинна перевищувати діючих дозових границь. Перший принцип реалізується шляхом обов’язкового ліцензування діяльності, пов’язаної з можливою дією на людей іонізуючого випромінювання, другий - шляхом автоматизації технологічних процесів, оптимізації праці та введення системи контрольних рівнів, третій - шляхом здійснення державного нагляду за забезпеченням радіаційної безпеки та встановленим порядком відповідальності за перевищення регламентованих дозових границь. Безпорогова концепція радіаційних ефектів ґрунтується на гіпотезі, яка визнає ймовірність (ризик) захворювання раком людини, опроміненої у будьякій малій дозі, а також ймовірність виникнення вроджених вад у нащадків опромінених батьків. З безпорогової концепції виходить, що ймовірність виникнення злоякісних новоутворень та генетичних уражень не дорівнює нулю при будь-якій радіаційній дії. Для оцінки ймовірності виникнення таких віддалених наслідків дії малих доз, які експериментально не виявляються, прийняте припущення про лінійну залежність між дозою іонізуючого випромінювання та ймовірністю виникнення віддалених наслідків. Визнання безпорогової концепції для стохастичних (ймовірнісних) ефектів опромінення, таких як злоякісні новоутворення та генетичні пошкодження, змінює підхід до нормування радіаційного фактора. При встановленні допустимої границі дози (ДГД) слід враховувати, яка кількість віддалених наслідків, зумовлених опроміненням, тобто який ризик є прийнятним та виправданим у даний час для суспільства з урахуванням соціальної та економічної користі, очікуваної від використання ядерних технологій та джерел іонізуючого випромінювання. Сьогодні ще не вироблені узагальнюючі соціально-економічні критерії, які дозволяють кількісно співвіднести шкоду та користь для суспільства при розвитку тієї чи іншої технології. Тому дотепер рівень шкоди, що завдається, або ризик, пов’язаний з певною сферою виробничої діяльності, ґрунтується на стихійно встановлюваних у суспільстві критеріях прийнятного ризику для даної технології на певному етапі розвитку суспільства (ці критерії базуються на порівнянні з масштабом загального ризику в житті сучасної людини). Враховуючи ці обставини, МКРЗ рекомендує при нормуванні радіаційного фактора прийнятний ризик встановлювати шляхом порівняння з ризиком від інших видів професійної діяльності, які визнаються найбільш безпечними. 350

В усіх галузях промисловості середній ризик смерті, зумовлений виробничою діяльністю, за останні 60-70 років майже не змінився і становить 6·10-4 на людину за рік1. Це значення відповідає мінімальному ризику смертельних випадків від хвороб (до 30 років). Максимальним є середній річний ризик смерті від злоякісних новоутворень, який становить 2·10-3 на людину за рік, а зумовлений природним середовищем існування (землетруси, повені, цунамі тощо) - 1·10-5 на людину за рік. Оцінки, проведені на основі концепції безпорогової лінійної залежності виникнення стохастичних радіаційних ефектів, показують, що при регламентованому для професійних працівників значенні ДГД 50 мЗв (5.0 бер) за рік, встановленому МКРЗ у 1960 р., середній ризик смерті, зумовлений злоякісними новоутвореннями різних органів і тканин, дорівнює середньому рівню смертності у найбільш безпечних галузях промисловості (швейній, текстильній тощо). Керуючись принципом максимального зниження дози опромінення людей з урахуванням соціальних та економічних факторів, МКРЗ в 1990 р. дещо посилила вимоги діючих нормативів з метою зниження індивідуального ризику, виходячи з необхідності зняти в людей почуття непокою, пов’язаного з професійною діяльністю в умовах радіаційного ризику. МКРЗ рекомендує для персоналу (категорії А) знизити сумарну еквівалентну дозу (за 50 років професійної діяльності) з 2.5 Зв (250 бер) до 1.0 Зв (100 бер). Таким чином, середньорічна ДГД для персоналу дорівнюватиме 20 мЗв (2.0 бер). При цьому допускається опромінення дозою до 50 мЗв (5.0 бер), але середня еквівалентна доза за 5 послідовних років не повинна перевищувати 20 мЗв (2.0 бер) за рік. Досвід роботи з ліквідації наслідків Чорнобильської катастрофи показав необхідність введення нормативу прийнятного радіаційного ризику для всього населення. За такий норматив МКРЗ рекомендує приймати середньорічну дозу, що дорівнює 1 мЗв (0.1 бер). В окремі роки допускаються більші значення еквівалентної дози за умови, що середня доза за 5 послідовних років не перевищуватиме 5 мЗв (0.5 бер) за рік. Регламентовані значення основних дозових границь не включають в себе ті, зщо умовлені природним і техногенним радіоактивним фоном, а також дози, що отримуються пацієнтами при медичних процедурах та лікуванні. На ці види опромінювання встановлюються окремі обмеження, зокрема регламентується вміст радону в житлових та службових приміщеннях, а також дози, отримані при різних рентгенодіагностичних процедурах тощо2. 1

Розрахунки виконують, виходячи з кількості смертельних випадків за рік на 1 млн. осіб. Так, 6·10-4 на людину за рік означає, що з мільйона осіб щорічно гине за рахунок виробничих факторів 600 осіб. 2 Так, в Україні еквівалентна рівноважна об’ємна активність радону-222 в житлових приміщеннях регламентується будівельними нормами НРБУ-97, вміст радіонуклідів в продуктах харчу351

З 1991 р. в Україні при прийнятті управлінських рішень з питань радіаційної безпеки використовується величина середньої для населеного пункту річної сумарної ефективної еквівалентної дози внутрішнього (від ізотопів цезію, стронцію і плутонію) та зовнішнього опромінення людини. Ця концепція закріплена у ст.2 Закону України “Про статус і соціальний захист громадян, які постраждали внаслідок Чорнобильської катастрофи”, згідно якої населений пункт відноситься до зони: • безумовного (обов’язкового) відселення, якщо розрахункова ефективна еквівалентна доза опромінення населення становить понад 5 мЗв (0.5 бер) за рік; • гарантованого добровільного відселення, якщо ця доза знаходиться в межах від 1 до 5 мЗв (0.1-0.5 бер) за рік; • посиленого радіологічного контролю, якщо доза становить від 0.5 до 1 мЗв (0.05-0.1 бер) за рік. Для розрахунку річної дози опромінення по конкретному населеному пункту використовують таку інформацію: • середню щільність забруднення території радіоізотопами цезію, стронцію і плутонію; • концентрації радіоцезію та стронцію в пробах молока і картоплі індивідуального сектора господарства, які визначають спектрометричним та радіохімічним методами (вимірювання здійснюють організації, що мають відповідний дозвіл МНС України, а контроль та взаємну звірку результатів вимірювань виконує Український науковий центр радіаційної медицини). Якщо ви дієте в порушення правил, вас штрафують, якщо - за правилами, вас обкладають податками. Принцип Пітера для ділових людей 7.5. Економічний механізм регулювання природокористування

Старій економічній системі нашої країни був притаманний принцип залишкового фінансування екологічних програм, як і інших соціальних та культурних потреб. На захист навколишнього природного середовища державою виділялося менше як 0.5 % валового національного продукту, що ніяк не компенсувало збитки і втрати, спричинені техногенними факторами (для порівняння, у США видатки на охорону довкілля складають 1.6 % валового національного продукту, Німеччині - 1.7 %, Данії - 1.9 %). Економічна відповідальність підприємств за забруднення навколишнього середовища лишалася майже символічною і являла собою систему штрафів за скиди і викиди, що пере-

вання і питній воді - “Допустимими рівнями вмісту радіонуклідів - цезію-137, 134 і стронцію-90 в продуктах харчування і питній воді” (ДР-97) тощо. 352

вищують гранично допустимі нормативи. Їх розміри становили не більше 1.52 % від прибутку підприємств. Створення нового економічного механізму природокористування в умовах переходу до ринкових відносин є органічною складовою системи управління економікою і повинно сприяти охороні та відтворенню природно-ресурсного потенціалу країни. Головними напрямками цієї діяльності є такі: • формування системи екологічних обмежень по територіях і екосистемах (встановлення лімітів викидів, скидів, розміщення забруднюючих речовин і лімітів допустимого використання (вилучення) природних ресурсів); • створення системи економічних важелів плати за забруднення навколишнього природного середовища, за спеціальне використання природних ресурсів, витрат на поліпшення їх якості, а також економікоправових санкцій; • розвиток системи економічного стимулювання - пільгового оподаткування, кредитування, екологічного страхування, надання природних ресурсів під заставу тощо; • створення системи фінансування природоохоронних заходів - фондів охорони навколишнього природного середовища місцевих рад базового і обласного рівнів, державного фонду охорони навколишнього природного середовища, коштів державного і місцевих бюджетів, власних коштів підприємств та добровільних внесків. Згідно Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища” формується широкий спектр економічних інструментів управління раціональним природокористуванням, які можна умовно об’єднати в наступні групи: • система штрафів та позовів на відшкодування збитків за порушення природоохоронного законодавства; • збір за забруднення навколишнього природного середовища; • збір за спеціальне використання природних ресурсів; • прямі субсидії для вирішення екологічних проблем (державне фінансування науково-дослідних та проектних робіт, місцеві субсидії для виконання конкретних природоохоронних заходів тощо); • формування фондів охорони навколишнього середовища для фінансування природоохоронних заходів і видів робіт; • введення пільгового оподаткування та кредитування при здійсненні природоохоронних заходів і видів робіт. Економічний механізм регулювання природокористування ґрунтується на принципах “платить той, хто забруднює” і “платить той, хто користується”, згідно яких витрати, пов’язані із заходами по попередженню або скороченню розмірів забруднення, по компенсації або пом’якшенню наслідків 353

збіднення ресурсного потенціалу відшкодовує той, хто забруднює, хто використовує природні ресурси. Відповідно до Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища” - основного закону в галузі екологічного права - одним із принципів охорони довкілля визнано безоплатність загального та платність спеціального використання природних ресурсів1, а також принцип стягнення збору за забруднення навколишнього природного середовища та погіршення якості природних ресурсів, компенсації шкоди, заподіяної порушенням законодавства про охорону навколишнього природного середовища. Саме за рахунок надходження коштів від справляння зборів за природокористування здійснюється фінансування природоохоронних заходів2, передбачених Конституцією України та іншими законодавчими актами. Ці платежі мають подвійне навантаження: по-перше, кошти від їх справляння повинні спрямовуватися на фінансування комплексу заходів щодо збереження і відтворення довкілля; по-друге, внаслідок їх обчислення здійснюється контроль за обсягами використання природних ресурсів, дотриманням встановлених лімітів на використання природних ресурсів, викидів та скидів забруднюючих речовин тощо. Перспективним є впровадження в майбутньому системи “купівлі-продажу” ліцензій на викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря як одного з ринкових методів раціонального інвестування в нові екологічно безпечні технології та будівництво природоохоронних об’єктів з метою поліпшення екологічної ситуації конкретного регіону. Фінансова прірва - найглибша з усіх, у неї можна падати все життя. І.Ільф, Є.Петров

7.5.1. Фонди охорони навколишнього природного середовища Однією з найбільш гострих проблем охорони навколишнього середовища є проблема фінансування природоохоронних заходів, а в умовах економічної кризи, що нині переживає Україна, це питання набуває особливої ваги. Бюджетні витрати на охорону навколишнього природного середовища в умовах кризового стану національної економіки та реформування бюджетної системи України сьогодні мають тенденцію до скорочення. Тому механізм фінансування природоохоронної діяльності в Україні потребує свого подальшо-

1

Аналогів подібної системи плати за спеціальне використання природних ресурсів немає у більшості країн світу, виключенням є плата за окремі види природних ресурсів в Норвегії і Франції [61]. 2 Щоправда, в багатьох областях України (у т.ч. і в Рівненській області) механізм фінансування робіт по відтворенню та підтриманню природних ресурсів в належному стані за рахунок надходження коштів від справляння зборів за природокористування в силу ряду причин (в першу чергу, через бюджетно-фінансовий дефіцит) фактично не реалізується. 354

го реформування, розвитку джерел фінансування, які б забезпечили збільшення обсягів інвестицій у природоохоронні заходи. Як основні сталі елементи такого механізму визначилися цільові фонди охорони навколишнього природного середовища, які формуються за рахунок: • збору за забруднення навколишнього природного середовища (за викиди забруднюючих речовин в атмосферу, скиди у водні об’єкти та розміщення відходів у навколишньому природному середовищі); • частини грошових стягнень за порушення норм і правил охорони навколишнього природного середовища та шкоду, заподіяну порушенням законодавства про його охорону в результаті господарської та іншої діяльності; • цільових та інших добровільних внесків підприємств, установ, організацій та громадян. Відповідно до чинного законодавства кошти від збору за забруднення довкілля (головне джерело надходжень) між місцевими, обласними, республіканським Автономної Республіки Крим та Державним фондами охорони навколишнього природного середовища розподіляються у співвідношенні 20, 50, 30 %, а між Київським, Севастопольським міськими та Державним фондами - 70 і 30 %. В системі природоохоронних фондів виділяється Державний фонд завдяки своїм розмірам, важливості заходів, що фінансуються з нього, та його присутністю у переважній більшості областей України. Державний фонд охорони навколишнього природного середовища (на той час республіканський позабюджетний) створено відповідно до Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища”. Відповідно до Законів України “Про Державний бюджет України на 1998 рік” та “Про внесення змін до Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища” з 1998 року Державний природоохоронний фонд (далі Державний фонд) включено до складу Державного бюджету України, а місцеві фонди - до складу відповідних місцевих бюджетів. Порядок формування коштів цільового фонду, їх розподіл та контроль за використанням, згідно з цільовим призначенням, регулюється Положенням про Державний фонд, затвердженим постановою Кабінету Міністрів України від 7.05.98 р. № 634. Розподіл коштів Державного фонду здійснюється Кабінетом Міністрів України за поданням Мінекоресурсів України. Кошторис доходів та видатків Державного фонду затверджується Міністерством фінансів України. Забороняється використання коштів Державного фонду на заходи, не передбачені пунктом 4 Положення про Державний фонд та постановою Кабінету Міністрів України від 17.09.96 р. № 1147 “Про затвердження переліку видів діяльності, що належать до природоохоронних заходів”. 355

Polluter - pays. Платить той, хто забруднює. Принцип природокористування

7.5.2. Збір за забруднення навколишнього природного середовища Збір за забруднення навколишнього природного середовища був впроваджений в Україні з метою економічного стимулювання природоохоронних заходів, упорядкування джерел їх фінансування і кредитування та відшкодування господарських збитків, завданих внаслідок забруднення довкілля. Згідно задуму, збір за забруднення навколишнього природного середовища має компенсувати збитки від негативного впливу забруднювачів на здоров’я людей, об’єкти житлово-комунального господарства, сільськогосподарські угіддя, водні, лісові, рибні і рекреаційні ресурси. Такі збитки можуть виникати в результаті кількісного зменшення чи якісного погіршення природних ресурсів та/або несприятливих змін природних умов. Відшкодування збитків здійснюється винуватцями заподіяної шкоди - підприємствами-природокористувачами шляхом грошової компенсації державі, на яку, згідно Конституції України, від імені українського народу покладаються повноваження власника природних ресурсів. При цьому слід мати на увазі, що така компенсація збитків має сенс лише тоді, коли отримані державою кошти спрямовуються на відновлення порушених ресурсів чи умов у місцях завданої шкоди (наприклад, відновлення лісу, залуження оголених схилів тощо). Збір за забруднення навколишнього природного середовища справляється за [33]: • викиди в атмосферне повітря забруднюючих речовин (далі - викиди) стаціонарними і пересувними джерелами забруднення; • скиди забруднюючих речовин безпосередньо у водні об’єкти (далі скиди)1; • розміщення відходів. Об’єктами обчислення збору є: • для стаціонарних джерел забруднення - обсяги забруднюючих речовин, які викидаються в атмосферне повітря або скидаються безпосередньо у водний об’єкт, а також обсяги відходів, що розміщуються у спеціально відведених для цього місцях чи на об’єктах; • для пересувних джерел забруднення - обсяги фактично використаних видів пального, в результаті спалювання яких утворюються забруднюючі речовини.

1

Установлення та стягнення плати, яка справляється за скиди промислових та інших стічних вод у системи каналізації, регулюються нормативно-правовими актами Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України. 356

Нормативи збору за забруднення навколишнього природного середовища встановлені як фіксовані суми в гривнях за одиницю основних забруднюючих речовин та розміщених відходів і наведені в табл.7.7. Табл.7.7. Нормативи збору за забруднення навколишнього природного середовища [33] 1. Нормативи збору за викиди основних забруднюючих речовин стаціонарними джерелами забруднення Назва забруднюючої Нормативи Назва забруднюючої Нормативи речовини збору, грн./т речовини збору, грн./т Азоту оксиди 53 Марганець та його сполуки 422 Аміак 10 Нікель та його сполуки 2150 Ангідрид сірчистий 53 Озон 53 Ацетон 20 Ртуть та її сполуки 2260 67871 Свинець та його сполуки 2260 Бенз(α)пірен Бутилацетат 12 Сірководень 171 Ванадію п’ятиокис 199 Сірковуглець 111 Водень хлористий 2 Спирт н-бутиловий 53 Вуглецю окис 2 Стирол 389 Вуглеводні 3 Фенол 242 Газоподібні фтористі сполуки 132 Формальдегід 132 Тверді речовини 2 Хром та його сполуки 1431 Кадмію сполуки 422 2. Нормативи збору за викиди забруднюючих речовин стаціонарними джерелами забруднення залежно від класу небезпечності Клас Норматив збору, Клас Норматив збору, грн./т грн./т небезпечності небезпечності I 381 III 13 II 87 IV 3 3. Нормативи збору за викиди забруднюючих речовин стаціонарними джерелами забруднення залежно від установлених орієнтовно безпечних рівнів впливу Орієнтовно безпечні рівні впливу сполук, мг/м3 Норматив збору, грн./т Менше 0.0001 16052 0.0001 - 0.001 (включно) 1375 0.001 - 0.01 (включно) 190 0.01 - 0.1 (включно) 53 0.1 - більше 10 2 4. Нормативи збору за викиди в атмосферу забруднюючих речовин автомобільним транспортом Вид пального Норматив збору, грн./т Бензин етильований, зріджений нафтовий газ 4 Дизельне пальне, бензин неетильований 3 Стиснений природний газ 2 5. Нормативи збору за викиди в атмосферу забруднюючих речовин морськими та річковими суднами Вид пального Норматив збору, грн./т Бензин 6 Дизельне пальне 4 357

Мазут 3 6. Нормативи збору за викиди в атмосферу забруднюючих речовин залізничним транспортом Вид пального Норматив збору, грн./т Дизельне пальне 3 7. Нормативи збору за скиди основних забруднюючих речовин у водні об’єкти, в тому числі у морські води Назва забруднюючої Норматив Назва забруднюючої Норматив речовини збору, грн./т речовини збору, грн./т Азот амонійний 35 Нітрити 172 Те ж в перерахунку на азот 565.0 Органічні речовини (по БПК5) 14 Завислі речовини 1 нітритний Нафтопродукти 206 Сульфати 1 Нітрати 3 Фосфати 28 Те ж в перерахунку на азот 13.0 Хлориди 1 нітратний 8. Нормативи збору за скиди забруднюючих речовин у водні об’єкти залежно від гранично допустимої концентрації забруднюючих речовин Концентрація забруднюючих речовин Норматив збору, грн./т Забруднюючі речовини з гранично допустимою концентрацією у воді рибогосподарських водойм (мг/л): до 0.001 2752 0.001 - 0.09 1995 0.1 - 1 (включно) 344 1 - 10 35 вище 10 7 9. Нормативи збору за розміщення відходів Клас Ступінь небезпечності відходів Норматив збору, грн./т небезпечності відходів I надзвичайно небезпечні 55 обладнання та прилади, що містять ртуть, 55 грн. на 1 одиницю елементи з іонізуючим випромінюванням люмінесцентні лампи 1 грн. на 1 одиницю II високонебезпечні 2 III помірно небезпечні 0.5 IV малонебезпечні 0.2

За викиди забруднюючих речовин, які не ввійшли до розділу 1 (табл.7.7), застосовують нормативи збору залежно від установленого класу небезпечності даної забруднюючої речовини згідно з розділом 2. За викиди, на які не встановлено класів небезпечності (розділ 2), застосовують нормативи збору залежно від установлених орієнтовно безпечних рівнів впливу згідно з розділом 3. За викиди, на які не встановлено класів небезпечності (розділ 2) та орієнтовно безпечних рівнів впливу (розділ 3), застосовують нормативи збору як за викид забруднюючої речовини I класу небезпечності згідно з розділом 2. 358

За скиди забруднюючих речовин, які не ввійшли до розділу 7 (табл.7.7), застосовують нормативи збору, які наведені в розділі 8. За скиди, на які не встановлено гранично допустимих концентрацій (розділ 8) або орієнтовно безпечних рівнів впливу, за гранично допустимі концентрації береться найменша величина гранично допустимих концентрацій, наведена в розділі 8. У разі скидання забруднюючих речовин в озера, ставки та інші непроточні водні об’єкти норматив збору, який справляється за скид забруднюючих речовин у ці водні об’єкти, збільшується у 1.5 рази. У разі захоронення забруднюючих рідинних речовин, відходів виробництва та стічних вод у глибокі підземні водоносні горизонти, що не містять прісних вод, застосовують норматив збору як за скид забруднюючих речовин відповідно до розділів 7 чи 8 (табл.7.7) з коефіцієнтом 10. За розміщення відходів, на які не встановлено класів небезпечності, застосовують норматив збору як за розміщення відходів першого класу небезпечності в розмірі 55 грн. за тонну. Нормативи збору, який справляється за викиди пересувними джерелами забруднення, встановлюють в залежності від виду пального та транспорту (автомобільного, залізничного, морського та річкового) відповідно до розділів 46 (табл.7.7). Ліміти викидів стаціонарними джерелами забруднення визначають для платників збору на підставі затверджених проектів нормативів гранично допустимих викидів. Для пересувних джерел забруднення ліміти викидів забруднюючих речовин не встановлюють. За понадлімітні обсяги викидів, скидів забруднюючих речовин та розміщення відходів, а також в разі відсутності в платника затверджених у встановленому порядку лімітів збір обчислюється і сплачується у п’ятикратному розмірі. Збір, який справляється за викиди стаціонарними джерелами забруднення, скиди та розміщення відходів в межах лімітів, зараховується на валові витрати виробництва та обігу, а за перевищення цих лімітів - справляється за рахунок прибутку, що залишається у розпорядженні платників. Платники фізичні особи, які є суб’єктами підприємницької діяльності, сплачують цей збір за рахунок свого доходу. Збір, який справляється за викиди пересувними джерелами, зараховується на валові витрати виробництва та обігу. Для платників бюджетних організацій збір зараховується на видатки і передбачається у кошторисі доходів і видатків. Суми збору за викиди стаціонарними джерелами забруднення (ПВС) обчислюються на підставі затверджених лімітів, фактичних обсягів викидів, нормативів збору та коригувальних коефіцієнтів (табл.7.8) за формулою n

П ВС =

∑d М i =1

Л i

i

НiБ К НАС К Ф + М iП НiБ К НАС К Ф К П , (7.20) 359

де MiЛ - обсяг викиду i-ої забруднюючої речовини в межах ліміту, т; MiП - обсяг понадлімітного викиду (різниця між обсягом фактичного викиду і лімітом) i-ої забруднюючої речовини, т; НiБ - норматив збору за тону i-ої забруднюючої речовини, грн./т (табл.7.7); КНАС - коефіцієнт, який враховує чисельність жителів населеного пункту (розділ 1, табл.7.8); КФ - коефіцієнт, який враховує народногосподарське значення населеного пункту (розділ 2, табл. 7.8); КП - коефіцієнт кратності збору за понадлімітний викид в атмосферу забруднюючих речовин - 5. Табл.7.8. Коригувальні коефіцієнти для розрахунку суми збору за забруднення навколишнього природного середовища [33] 1. Коефіцієнт, який встановлюється залежно від чисельності жителів населеного пункту Чисельність населення, тис. осіб Коефіцієнт До 100 1 100.1 - 250 1.2 250.1 - 500 1.35 500.1 - 1000 1.55 понад 1000 1.8 2. Коефіцієнт, який встановлюється залежно від народногосподарського значення населеного пункту Тип населеного пункту Коефіцієнт Організаційно-господарські та культурно-побутові центри місцевого значення з 1 перевагою аграрно-промислових функцій (районні центри, міста районного значення, селища та села) Багатофункціональні центри, центри з перевагою промислових і транспортних 1.25 функцій (республіканський1 та обласні центри, міста державного, республіканського1, обласного значення)2 Населені пункти, віднесені до курортних 1.65 3. Регіональні (басейнові) коефіцієнти Басейни морів і річок Коефіцієнт Дніпро (Каховський г/в включно - до Чорного моря) 1.8 Азовське та Чорне моря 2.0 Дунай, Південний Буг, Інгул, Сіверський Донець, Міус, Кальміус, Дніпро 2.2 (м. Київ включно - до Каховського г/в) Прип’ять, Західний Буг та ріки басейну Вісли, Десна, Дніпро (кордон України 2.5 до м. Києва) Дністер, Ріки Кримського півострова 2.8 Тиса, Прут 3.0 4. Коефіцієнт, який встановлюється залежно від місця (зони) розміщення відходів у навколишньому середовищі Місце (зона) розміщення відходів Коефіцієнт 3 В адміністративних межах населених пунктів або на відстані ≥3 км від них За межами населених пунктів (на відстані більше 3 км від їх меж) 1

1

Автономної Республіки Крим Якщо населений пункт одночасно має промислове значення та віднесений до курортних, застосовується коефіцієнт 1.65 360 2

5. Коефіцієнт, який встановлюється залежно від місця розміщення відходів Характер місця розміщення відходів Коефіцієнт Спеціально створені місця складування (полігони), що забезпечують захист ат1 мосферного повітря та водних об’єктів від забруднення Звалища, які не забезпечують захист атмосферного повітря або водних об’єктів 3

Суми збору за викиди пересувними джерелами забруднення (ПВП) обчислюють, виходячи з кількості фактично використаного пального та його виду, нормативів збору за ці викиди і коригувальних коефіцієнтів, за формулою n

П ВП =

∑М Н i

Б i

К НАС К Ф , (7.21)

i =1

де Mi - кількість використаного пального i-го виду, т; НiБ - норматив збору за тону i-го виду пального, грн./т (табл.7.7). Суми збору за скиди (ПС) обчислюють на підставі затверджених лімітів, фактичних обсягів скидів, нормативів збору та коригувальних коефіцієнтів за формулою n

ПC =

∑d M i =1

Л i

i

HiБ K P + M iП HiБ K P K П , (7.22)

де MiЛ - обсяг скиду i-ої забруднюючої речовини в межах ліміту, т; MiП - обсяг понадлімітного скиду (різниця між обсягом фактичного скиду і лімітом) i-ої забруднюючої речовини, т; КР - регіональний (басейновий) коефіцієнт, який враховує територіальні екологічні особливості, а також еколого-економічні умови функціонування водного господарства (розділ 3, табл.7.8); КП - коефіцієнт кратності збору за понадлімітний скид забруднюючих речовин - 5. Суми збору за розміщення відходів (ПРВ) обчислюють на підставі затверджених лімітів, фактичних обсягів розміщення відходів, нормативів збору та коригувальних коефіцієнтів за формулою n

П РВ =

∑d M i =1

Л i

i

HiБ К Т К О + M iП HiБ К Т К О К П , (7.23)

де MiЛ - обсяг відходів i-го виду в межах ліміту (згідно з дозволами на розміщення), т; MiП - обсяг понадлімітного розміщення відходів (різниця між обсягом фактичного розміщення відходів і лімітом) i-го виду, т; НiБ - норматив збору за тону відходів i-го виду в межах ліміту, грн./т (табл.7.7); КТ - коефіцієнт, який враховує розташування місця розміщення відходів (розділ 4, табл. 7.8); КО - коефіцієнт, який враховує характер обладнання місця розміщення відходів (розділ 5, табл.7.8); КП - коефіцієнт кратності збору за понадлімітне розміщення відходів - 5. Слід зазначити, що справляння збору за забруднення навколишнього природного середовища не звільняє підприємства від відшкодування збитків, заподіяних внаслідок порушень чинного природоохоронного законодавства. 361

7.5.3. Збір за спеціальне використання водних ресурсів Збір за спеціальне використання водних ресурсів справляється за використання води з водних об’єктів, що забрана із застосуванням споруд або технічних пристроїв, та скидання в них зворотних вод. Збір за користування водами для потреб гідроенергетики справляється за користування водою, що пропускається через турбіни гідроелектростанцій для вироблення електроенергії, а для підприємств водного транспорту - за користування водою при експлуатації водних шляхів вантажними самохідними, несамохідними та пасажирськими суднами. Платниками збору за спеціальне використання водних ресурсів та збору за користування водами для потреб гідроенергетики і водного транспорту є підприємства, установи та організації незалежно від форми власності, а також громадяни - суб’єкти підприємницької діяльності, що використовують водні ресурси та користуються водами для потреб гідроенергетики і водного транспорту. Об’єктом обчислення збору за спеціальне використання водних ресурсів є фактичний обсяг використаної споживачами води з урахуванням її втрат в системах водопостачання. Об’єктом обчислення збору за користування водами для потреб гідроенергетики і водного транспорту є: • обсяг води, пропущений через турбіни гідроелектростанцій; • тоннаж (місце) - доба експлуатації вантажних самохідних і несамохідних та пасажирських суден. Якщо вода забирається із змішаних (поверхневих і підземних) джерел, то збір за спеціальне її використання обчислюється, виходячи з обсягів спожитої води з кожного виду джерела окремо. Нормативи збору за спеціальне використання поверхневих і підземних вод встановлюються в копійках за кубічний метр; за користування водами для потреб гідроенергетики - в копійках за 100 кубічних метрів води, пропущеної через турбіни гідроелектростанцій, а для потреб водного транспорту - в копійках за одну тоннаж-добу експлуатації вантажних суден та одне місце-добу експлуатації пасажирських суден (табл.7.9). Табл.7.9. Нормативи збору за спеціальне використання водних ресурсів та за користування водами для потреб гідроенергетики і водного транспорту (в редакції постанови Кабінету Міністрів України від 23.07.99 р. № 1341) За спеціальне використання водних ресурсів з поверхневих водних об’єктів Басейни річок, включаючи притоки всіх порядків Нормативи збору, коп./м3 Дніпра на північ від м. Києва (Прип’яті та Десни), вкл. м. Київ 5.04 Дніпра на південь від м. Києва (за винятком Інгульця) 4.79 Інгульця 7.31 Сіверського Дінця 9.83 Південного Бугу (без Інгульця) 5.54 Інгулу 6.80 Дністра, Вісли та Західного Бугу 3.02 362

Пруту, Сірету та Тиси Дунаю Річок Криму Річок Приазов’я Інших річок

2.27 2.02 10.08 12.1 5.54 За спеціальне використання підземних вод Найменування регіону

Автономна Республіка Крим Області: Вінницька, Житомирська Волинська Дніпропетровська Донецька Закарпатська Запорізька: - Веселівський, Мелітопольський, Приазовський, Якимівський райони - решта районів області Івано-Франківська: - Богородчанський, Верховинський, Долинський, Косівський, Надвірнянський, Рожнятівський райони - решта районів області Київська: - Білоцерківський, Бородінський, Броварський, Васильківський, Іванківський, Кагарлицький, Києво-Святошинський, Макарівський, Миронівський, Обухівський, Поліський райони - решта районів області Кіровоградська Львівська Луганська Миколаївська Одеська Полтавська: - Великобагачанський, Гадяцький, Зіньківський, Лохвицький, Лубенський, Миргородський, Новосанжарський, Решетилівський, Хорольський, Шишацький райони - решта районів області Рівненська: - Володимирецький, Здолбунівський, Костопільський, Рівненський, Сарненський, Острозький райони - решта районів області Сумська: - Глухівський, Сумський, Роменський, Шосткинський райони - решта районів області Тернопільська Харківська Херсонська Хмельницька: - Деражнянський, Красилівський, Летичівський, Старокостянтинівський, Хмельницький, Полонський, Шепетівський райони - решта районів області

Нормативи збору, коп./м3 9.32 8.06 8.32 7.06 9.58 5.29 8.06 7.31 12.6 7.06 4.03 5.29 9.32 7.31 10.58 10.58 8.82 4.54 5.29 5.8 7.06 5.29 6.3 9.83 7.56 7.56 6.3 9.58 363

Черкаська 4.54 Чернівецька 8.82 Чернігівська: - Городнянський, Корюківський, Ічнянський, Сосницький, Щорський, Талала7.56 ївський райони - решта районів області 5.54 Примітка: нормативи збору за спеціальне використання підземних водних ресурсів обчислені без урахування ставок на відшкодування витрат на геологорозвідувальні роботи За користування водами для потреб гідроенергетики Усі річки - 0.98 коп. за 100 м3 води, пропущеної через турбіни електростанцій (крім гідроакумулятивних електростанцій, які функціонують у комплексі з гідроелектростанціями) За користування водами для потреб водного транспорту (крім стоянкового, службоводопоміжного і буксирного флотів) Усі річки, крім Дунаю: вантажний самохідний і несамохідний флот, що експлуатується - 1.75 коп. за 1 тоннаж-добу експлуатації пасажирський флот, що експлуатується - 0.20 коп. за 1 місце-добу експлуатації

На період до 2001 року для відповідних категорій водокористувачів збір за спеціальне використання водних ресурсів обчислюється із застосуванням коефіцієнтів, а саме для: • рибогосподарських підприємств, які вирощують рибо-посадковий матеріал і товарну рибу у ставках та озерах - 0.1; • сільськогосподарських виробників, включаючи тих, що експлуатують іригаційні і меліоративні системи (виробництво сільськогосподарської продукції та зрошення, крім виробництва рису) - 0.2; • теплових та атомних електростанцій (виробництво тепло- та електроенергії) - 0.5; • підприємств житлового та комунального господарства, включаючи відомчі - 0.1; • виробників рису - 0.08. На спеціальне використання водних ресурсів встановлюються ліміти, які визначаються у дозволах на поставку води. На користування водами для потреб гідроенергетики і водного транспорту ліміти не встановлюються. У межах встановленого ліміту збір за спеціальне використання водних ресурсів відноситься на валові витрати виробництва, а за понадлімітне справляється з прибутку, що залишається у розпорядженні водокористувача. Збір за користування водами для потреб гідроенергетики і водного транспорту відноситься на валові витрати виробництва. За понадлімітне використання водних ресурсів збір обчислюється у п’ятикратному розмірі і справляється за рахунок прибутку водокористувача. Обсяг використаної води визначається водокористувачами самостійно на підставі даних первинного обліку за показниками вимірювальних приладів. У разі відсутності вимірювальних приладів, як виняток, цей обсяг визначається 364

за технологічними даними (тривалістю роботи агрегатів, обсягом виробленої продукції чи надання послуг, витратами електроенергії, пропускною спроможністю водопровідних труб за одиницю часу тощо). Збір за спеціальне використання водних ресурсів та за користування водами для потреб гідроенергетики і водного транспорту обчислюється платниками самостійно. Водокористувачі, що споживають воду, отриману від інших водокористувачів, справляють збір до відповідних бюджетів за обсяги фактично спожитої води з урахуванням обсягу її втрат у системах водопостачання відповідно до встановлених нормативів. Збір за використання водних ресурсів не справляється: • за воду, що використовується для задоволення питних і санітарно-гігієнічних потреб населення, протипожежних і потреб зовнішнього благоустрою територій міст та інших населених пунктів, а також у шахтах для пилозаглушення; • за морську воду, крім води з лиманів; • за воду, що забирається науково-дослідними установами для наукових досліджень у галузі рисосіяння та для виробництва елітного насіння рису; • за воду, втрачену в магістральних і міжгосподарських каналах зрошувальних систем; • за підземну воду, що вилучається з надр для усунення шкідливої дії вод (забруднення, підтоплення, засолення, заболочення, зсув тощо); • за воду, що забирається підприємствами і організаціями для забезпечення випуску молоді цінних промислових видів риб та інших водних живих ресурсів у природні водойми і водосховища. Збір за користування водами для потреб водного транспорту не справляється з морського транспорту, який використовує річковий водний шлях виключно для заходження з моря у морський порт, розташований у пониззі річки, без застосування спеціальних заходів забезпечення судноплавства (попуски води з водосховищ та шлюзування). Не справляється збір за користування водою при експлуатації водних шляхів стоянковим, службово-допоміжним і буксирним флотами та експлуатації водним транспортом річки Дунаю. Збір за користування водами для потреб гідроенергетики не справляється з гідроакумулюючих електростанцій, які функціонують у комплексі з гідроелектростанціями. Збір за спеціальне використання (включаючи і понадлімітне) водних ресурсів загальнодержавного значення зараховується платниками за їх місцезнаходженням в розмірі 80 % до Державного бюджету України і 20 % - до бюджетів територіальних громад, а місцевого значення - в розмірі 100 % до бюджетів територіальних громад, за користування водами для потреб гідро365

енергетики і водного транспорту - в розмірі 100 % до Державного бюджету України. Порядок справляння збору за спеціальне використання водних ресурсів і збору за користування водами для потреб гідроенергетики та водного транспорту визначаються Інструкцією про порядок обчислення і сплати такого збору. Екологічна політика повинна чітко визначати, що має бути досягнуте, коли, ким і за яких витрат. 7.6. Державні програми охорони навколишнього природного середовища і раціонального використання природних ресурсів

З метою проведення ефективної і цілеспрямованої діяльності України по організації і координації заходів щодо охорони навколишнього природного середовища, забезпечення екологічної безпеки, раціонального використання і відтворення природних ресурсів на перспективу розробляються і приймаються державні, міждержавні, регіональні, місцеві та інші територіальні програми. Серед найважливіших природоохоронних програм, прийнятих в Україні, слід назвати: • Національну програму екологічного оздоровлення басейну Дніпра та поліпшення якості питної води, затверджену Постановою Верховної Ради України від 27.02.97 р. № 123/97 [73], • Програму використання відходів виробництва і споживання на період до 2005 року, затверджену Постановою Кабінету Міністрів України від 28.06.97 р. № 668, • Програму захисту та відтворення Чорного і Азовського морів (Концепція програми затверджена Постановою Кабінету Міністрів України від 10.07.98 р. № 1057), а також комплексні народногосподарські відомчі програми (енергозабезпечення, розвитку агропромислового виробництва і відродження села, ліквідації ракетно-ядерного озброєння, розвитку підземного простору міст України та ін.) і міжнародні проекти (“Довкілля для Європи”, “Здоров’я і довкілля”, “Транспорт і довкілля” тощо). Важливою віхою розвитку природоохоронної справи в Україні повинна стати Державна програма охорони навколишнього природного середовища і раціонального використання природних ресурсів, Концепція якої була підготовлена фахівцями Мінприроди України у 1993 р., а на її основі 5 березня 1998 р. Верховною Радою України затверджені “Основні напрями державної політики України у галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки” [73]. “Основні напрями...” виходять із стратегічної мети, орієнтованої на такий розвиток соціально-господарського комплексу України, при якому не було б 366

протиріччя між економічними інтересами, природокористуванням і збереженням цілісності екосистем. Шлях до поставленої мети йде через послідовне вирішення ряду стратегічних цілей, серед них - гарантування екологічної безпеки нинішнього і прийдешніх поколінь; відновлення і збереження біосферної рівноваги, генетичного фонду, а також ландшафтного різноманіття території України; раціональне і комплексне використання всього природно-ресурсного потенціалу тощо. Реалізація “Основних напрямів...” передбачена в три етапи. На першому етапі (1997-2000 рр.) реалізуються невідкладні заходи щодо обмеження шкідливого впливу на довкілля найбільш небезпечних джерел забруднення. Основними завданнями цього етапу є такі: • удосконалення законодавчо-правової бази з питань охорони довкілля і раціонального використання природних ресурсів; • розроблення і впровадження економічного механізму охорони довкілля і раціонального природокористування; • створення системи досконалого, повного та адекватного контролю за екологічним станом довкілля з одночасним запровадженням елементів комплексного міжвідомчого екологічного моніторингу; • здійснення першочергових заходів для стабілізації стану довкілля; • розроблення і впровадження програм екологічної освіти, виховання та екологічного інформування населення. На другому етапі (протягом 10-15 років, починаючи з 1998 рр.) розробляються і реалізуються комплексні програми з пріоритетних завдань, орієнтовані на досягнення балансу між рівнями шкідливого впливу на довкілля і його здатністю до відновлення. Основними завданнями цього етапу є такі: • оптимізація структури природокористування; • екологічно орієнтована структурна перебудова економіки; • розробка комплексних програм екологізації технологій у промисловості, енергетиці, будівництві, сільському господарстві, на транспорті; • прийняття системи законів, які б ефективно регламентували використання всіх видів природних ресурсів, їх відновлення й охорону, з урахуванням різних форм власності, та гарантували екологічну безпеку населення на основі нормативно-правового регулювання; • опрацювання стандартів визначення межі стійкості екологічних систем до антропогенних навантажень і на цій основі, з урахуванням світового досвіду, запровадження екологічних лімітів експлуатації територій та встановлення адекватно до них темпів розвитку промисловості і сільського господарства; • розробка і впровадження в Україні системи комплексного міжвідомчого екологічного моніторингу навколишнього природного середовища, створення систем аналізу екологічної ситуації, прогнозування, 367

планування і здійснення запобіжних заходів щодо ймовірних чинників шкідливого впливу; • розробка і впровадження аналітичних методів оцінки і визначення ризику впливу шкідливих факторів на здоров’я та тривалість життя людей; • організаційна, технічна і технологічна інтеграція в міжнародне співтовариство з питань природоохоронної діяльності. В результаті реалізації другого етапу має поліпшитися загальна екологічна ситуація в Україні до рівня, який забезпечить стабілізацію відтворюваних природних ресурсів держави, істотне підвищення екологічної комфортності життя людини, наближення до умов необхідної рівноваги між шкідливим впливом на довкілля і здатністю його до самовідтворення. На третьому етапі (фрагментарне здійснення якого розпочалося у 1996 р., а більш широке здійснюватиметься відповідно до темпів стабілізації економіки країни) планується створити систему державного управління використанням природних ресурсів, регулювання техногенного впливу на довкілля як основу управління сталим розвитком суспільства. Основними завданнями цього етапу є такі: • подальший розвиток комплексної системи моніторингу навколишнього природного середовища, створення автоматизованої системи оцінки екологічних ситуацій, прогнозування шкідливого впливу на довкілля, планування дій у надзвичайних ситуаціях на основі оцінок і сценаріїв розвитку подій; • започаткування автоматизованих технологій управління використанням природних ресурсів та продуктивних сил; • належна координація раціонального використання природного та соціально-економічного потенціалу з урахуванням екологічних чинників на засадах сталого розвитку; • організаційна, технічна, інформаційна інтеграція у світову спільноту з питань оцінки стану, прогнозування та регулювання природоохоронної діяльності. Внаслідок реалізації “Основних напрямів державної екологічної політики” буде створена система екологічно збалансованого управління розвитком суспільства, яка стимулюватиме відновлення природних властивостей довкілля, компетентне регулювання використання природних ресурсів та розвиток продуктивних сил країни.

368

Системи моніторингу є ліками від безумства, тим механізмом, який допоможе запобігти сповзанню людства до катастрофи. В.Ф.Крапівін

8. Моніторинг навколишнього природного середовища 8.1. Рівні та види моніторингу навколишнього природного середовища

Розглядаючи рівні та види моніторингу, необхідно мати на увазі, що їх визначення є досить умовним. Рівні моніторингу визначають або у відповідності з територіально-просторовими параметрами процесів, що контролюються, - об’єктний, локальний, регіональний, національний, міжнародний та глобальний моніторинг, або у відповідності із завданнями та масштабами об’єктів спостереження біосистемний (рівень окремих організмів, популяцій, угруповань, населення), геосистемний або природно-господарський (рівень природних і штучних екосистем) та біосферний моніторинг (рівень біосфери в цілому). Види моніторингу визначають, виходячи з предмету спостереження (абіотичний, геофізичний, фізичний, хімічний, біологічний, екологічний, санітарно-токсикологічний тощо), ступеня антропогенного порушення об’єктів контролю (фоновий, імпактний, кризовий), за просторово-часовими параметрами досліджень (дистанційний, історичний) та ін. За територіально-просторовими параметрами система моніторингу може охоплювати як окремі регіони і країни (локальний та національний моніторинг), так і земну кулю в цілому (глобальний моніторинг). Національний моніторинг відрізняється від глобального не тільки масштабами, але й тим, що основним його завданням є отримання інформації і оцінка стану навколишнього середовища в національних інтересах. Звичайно, глобальна система моніторингу повинна базуватися на підсистемах національного рівня, але немає необхідності включати у глобальну систему ці підсистеми цілком, оскільки в інтереси останніх входять також виключно національні питання. Глобальний моніторинг - це слідкування за планетарними процесами та явищами у біосфері, в тому числі наслідками антропогенного впливу на природу. Він здійснюється з метою вирішення глобальних проблем охорони навколишнього середовища, оволодіння механізмами управління регіональними природними процесами та біосферою в цілому і включає контроль за енергетичним балансом Землі, рівнями радіації, вмістом вуглекислого газу, кисню у тропосфері й частково гідросфері, глобальним збільшенням фонового забруднення атмосфери, станом Світового океану, циркуляцією газів, кліматичними змінами, міграціями тварин та іншими явищами природи. В міжнародних програмах наукові дослідження глобального моніторингу здійснюють на базі станцій та техніки наземного і космічного контролю (включаючи спеціальні супутники Землі), біосферних заповідників, регіональних та національних організацій. 369

Система глобального моніторингу у вигляді натурних спостережень передбачається як розгалужена мережа станцій, розташованих у різних природних зонах. При цьому перевага надається районам, потенційно найбільш небезпечним з огляду на забруднення компонентів навколишнього середовища (імпактний1 моніторинг). Мережа опорних станцій глобального моніторингу розміщується у визначених точках земної кулі (крупні водні артерії, океан, моря, озера), а також у навколоземному космічному просторі. Ці станції з’єднані каналами зв’язку між собою та з регіональними центрами збору інформації. Основне завдання глобального моніторингу - раннє оповіщення про природні або антропогенні зміни стану навколишнього середовища, які можуть завдати пряму чи опосередковану шкоду здоров’ю та добробуту людей. Організаційним підґрунтям глобального є міжнародний моніторинг міжнародна система слідкування за загальнопланетарними природними процесами та явищами, включаючи наслідки антропогенних впливів, створена на основі міжнародних угод та програм наукових досліджень. Зусилля по створенню системи міжнародного моніторингу координуються Програмою ООН по навколишньому середовищу (ЮНЕП). Національний моніторинг - це національні (державні) системи спостереження за станом і змінами навколишнього природного середовища в межах територій, що знаходяться під національною юрисдикцією держав. Він передбачає створення організаційно-технічних засад не тільки місцевого, але й регіонального моніторингу. Регіональний моніторинг здійснюється в межах певної географічної зони, адміністративно-територіальної одиниці, на територіях економічних і природних регіонів, що характеризуються єдністю фізико-географічних, екологічних та економічних умов, і де природні процеси та явища можуть відрізнятися за природними чи антропогенними чинниками від базового фону, характерного для всієї біосфери. Специфіка регіонального моніторингу залежить від місцевих природно-географічних, екологічних, економічних та інших умов, від регіональних завдань та проблем охорони природного середовища, які ув’язуються із цілями та методами локального моніторингу. Разом із цим дані регіонального моніторингу можуть широко використовуватись та входити в системи національного і глобального рівнів. Основними напрямками регіонального моніторингу є моніторинг санітарно-токсикологічний та біосистемний. Локальний моніторинг здійснюється на територіях, що є нижчими за регіональний рівень - території окремих об’єктів (підприємств, населених пунктів, ділянок ландшафтів) та елементарних структур ландшафтно-екологічних комплексів.

1

Імпактний - від англ. impact - вплив. 370

У відповідності із завданнями контролю та масштабами об’єктів спостереження виділяють три рівні моніторингу навколишнього середовища. Першим (вихідним) рівнем є біосистемний (біоекологічний, санітарно-гігієнічний) моніторинг - спостереження за станом довкілля з точки зору впливу, насамперед, на здоров’я окремої людини та населення в цілому (людської популяції), оскільки кінцевою метою моніторингу є захист інтересів людства. Крім того, здоров’я людини (фізичне, психічне, соціальне) - найбільш комплексний показник стану навколишнього середовища, який немов би вбирає в себе всі інші показники. В систему біоекологічних спостережень входить санітарно-токсикологічний моніторинг, який забезпечує спостереження за станом якості природного середовища, головним чином за ступенем забруднення довкілля шкідливими речовинами та їх впливом на людину, тваринний і рослинний світ. Санітарно-токсикологічний моніторинг передбачає не тільки визначення ступеня забруднення довкілля, але й дослідження негативного впливу таких факторів, як шуми, електромагнітні поля, алергени, пил, патогенні мікроорганізми тощо. На цьому рівні враховуються показники, що характеризують реакцію людини як живої істоти на навколишнє середовище - народжуваність, захворюваність, смертність, тривалість життя тощо. На санітарно-гігієнічному рівні спостереження і контроль здійснюються санітарно-епідеміологічною службою і проводяться на підприємствах промисловості, будівництва, сільського господарства, водопостачання та ін. Біологічний моніторинг передбачає спостереження за станом біотичної (живої) складової біосфери, її реакцією на антропогенні впливи, відхиленням від нормального, природного стану на різних рівнях: молекулярному, клітинному, рівні організму, популяції та угруповання. Завдання біологічного моніторингу полягають у спостереженнях за станом здоров’я людини (медико-біологічний моніторинг), за найважливішими популяціями, за популяціями-індикаторами1. Особливе місце в біологічному моніторингу займає моніторинг генетичний - спостереження за можливими змінами спадкових ознак у різних популяцій. Біологічний моніторинг тісно зв’язаний з моніторингом екологічним і спрямований на виявлення та оцінку антропогенних змін біоти та біологічних систем в цілому. Основна увага при біологічному моніторингу приді1 Деякі організми є вибірково чутливими по відношенню до різних факторів середовища існування (хімічного складу ґрунтів, води, атмосфери, клімату і природних умов, присутності інших організмів тощо) і можуть існувати тільки у певних, дуже вузьких границях зміни цих факторів (наприклад, лишайники - індикатори чистого повітря, деякі водорості й найпростіші - чистої води). Використовуючи біоіндикатори, можна оцінювати ступінь забруднення навколишнього середовища, здійснювати постійний контроль (моніторинг) його якості та змін. Так, по складу флори й фауни води, кількісному співвідношенню їх представників судять про характер забруднення, придатність води для питних та господарських цілей, про ефективність роботи очисних споруд. 371

ляється спостереженням за біологічними наслідками, реакціями біологічних систем на зовнішні впливи, а також зміни стану природного середовища та екологічної обстановки, спричинені діяльністю людини. Біологічний моніторинг дозволяє суттєво підвищити точність екологічних прогнозів. Важливим елементом біологічного моніторингу є рослинний світ, який дуже чуйно реагує на забрудненість навколишнього середовища, тому рослини (лишайники, мохи, тютюн, водяний гіацинт тощо) розглядаються як найбільш чутливі й надійні індикатори забруднення атмосфери та гідросфери. Другим рівнем моніторингу довкілля є геосистемний (або геоекологічний чи природно-господарський) моніторинг, який передбачає спостереження за змінами головних природних та природно-технічних екосистем (агроекосистем, урбоекосистем, промислових агломерацій тощо). Геосистемний моніторинг - необхідне доповнення до біоекологічного. Він дозволяє виявити генезис і взаємозв’язок тих явищ у навколишньому середовищі, які є індикаторами біоекологічного моніторингу. Комплексною підсистемою геосистемного моніторингу є моніторинг екологічний, який включає спостереження, оцінку і прогноз антропогенних змін стану абіотичних (неживих) складових біосфери (у тому числі рівнів забруднення природного середовища), реакцій відклику екосистем на вплив забруднень, виявлення екологічної ефективності сільськогосподарського використання земель, наслідків зведення лісів, урбанізації тощо. В екологічний моніторинг входять як біологічний, так і геофізичний аспекти. Кінцевою метою екологічного моніторингу є підтримання такого стану екосистем, який забезпечує їх екологічну рівновагу. Третім рівнем моніторингу навколишнього середовища є біосферний моніторинг, завдання якого полягає у забезпеченні спостережень, контролю і прогнозу можливих змін вже не в регіональному (екосистемному), а у глобальному, загальносвітовому масштабі, тобто у біосфері в цілому як середовищі існування людства, дослідження змін, викликаних діяльністю людського суспільства. Таким чином, біосферний моніторинг, спираючись на біоекологічний та геосистемний моніторинг і доповнюючи їх, завершує систему слідкування за навколишнім середовищем - біосферою. Вивчення показників біосферного моніторингу починається з досліджень геофізичних характеристик сонячної радіації, що надходить в атмосферу та на земну поверхню, як головної енергетичної бази усіх біосферних процесів. Окрім геліофізичних характеристик, вивчається стан озонового екрану та умови проходження потоків радіаційної енергії крізь атмосферу. Головну увагу в системі цих спостережень приділяють вивченню впливу зростаючої запиленості атмосфери та змін її газового складу, а також безпосереднього впливу тепла антропогенного походження на загальну енергетику біосфери. До складу основних показників біосферного моніторингу входять також дані про змі372

ни глобальної біологічної продуктивності ґрунтів суходолу і вод Світового океану та тотальної фотосинтезуючої діяльності біосфери. Біосферний моніторинг дозволяє визначити глобальні зміни фонових показників у природі: радіації, вмісту в атмосфері вуглекислого газу, озону, тепла, ступеня запиленості, а також простежити за циркуляцією газів між океаном і повітряною оболонкою Землі, світовою міграцією птахів, ссавців, риб, комах і погодно-кліматичними змінами на планеті. Біосферний моніторинг дає змогу людині оволодіти механізмами управління біосферою. Слідкування за загальнобіосферними природними процесами та явищами, істотно не зміненими від прямого чи опосередкованого втручання людини, є завданням базового (або фонового) моніторингу. Важливим елементом цього моніторингу є біосферні заповідники - найбільш характерні еталонні ділянки біосфери в різних географічних зонах світу, що знаходяться під особливим наглядом та охороною (наприклад, Чорноморський та Карпатський заповідники в Україні). Постачаючи контрольний матеріал для порівняння, базовий моніторинг є вихідною точкою відліку (базою) для аналізу наслідків антропогенного впливу на природу. Відповідно до призначення та періодичності контролю моніторинг навколишнього середовища поділяють на фоновий (або науковий), загальний (стандартний) та оперативний (кризовий). Фоновий (науковий або базовий) моніторинг - це спеціальні високоточні спостереження за природними (фоновими) змінами усіх складових навколишнього середовища без накладання на них регіональних антропогенних впливів, за характером, складом, кругообігом та міграцією забруднюючих речовин, за реакцією організмів на забруднення на рівні окремих популяцій, екосистем і біосфери в цілому. Фоновий моніторинг здійснюється у природних і біосферних заповідниках, на базових станціях та інших територіях, що не зазнають прямого антропогенного впливу, іншими словами - у місцях мінімального опосередкованого антропогенного навантаження. Загальний (стандартний або імпактний) моніторинг - це моніторинг антропогенного впливу на довкілля, який здійснюється шляхом проведення систематичних спостережень за джерелами забруднення та якісним станом навколишнього середовища в місцях впливу цих джерел з метою визначення фактичного екологічного стану довкілля, вироблення та прийняття рішень з ефективного використання, охорони і відтворення природних ресурсів. Цей моніторинг, як правило, здійснюється на державних мережах постійних пунктів спостереження за заздалегідь визначеними програмами. Оперативний (кризовий) моніторинг здійснюється у зонах підвищеного екологічного ризику, за окремими об’єктами і джерелами такого ризику, у зонах аварій і надзвичайних ситуацій з негативними екологічними наслідками, під час виникнення несанкціонованих чи аварійних забруднень і стихійних лих з метою оперативного реагування на кризові ситуації, розроблення захо373

дів щодо ліквідації їх негативних наслідків, оповіщення та захисту населення, екосистем і господарських об’єктів. За просторово-часовими параметрами спостережень виділяють моніторинг дистанційний, історичний тощо. Дистанційне слідкування за природними процесами і явищами (зондування) здійснюють з літальних (авіаційний моніторинг) чи космічних (космічний моніторинг) апаратів, дослідницьких суден, а також за допомогою встановленої у різних точках Землі (зазвичай, у важкодоступних місцях - у горах, на Крайній Півночі) апаратури, яка автоматично реєструє та засобами віддаленого зв’язку передає інформацію у центри її збору та систематизації. Космічний моніторинг є найбільш масштабним, оперативним і достовірним способом отримання об’єктивної інформації про стан природних процесів і явищ на нашій планеті. Він здійснюється з космічних літальних апаратів, обладнаних приладами, дія яких ґрунтується на вибірковому поглинанні та відбиванні радіації природними утвореннями і біологічними об’єктами в інфрачервоному, видимому (оптичному) та ультрафіолетовому діапазонах електромагнітного спектру і які конструктивно оформлені у лазерні або радарні скануючі системи. Зондуванням ефективно виявляють невидимі за звичайних умов геоаномальні зони, розломи, райони підтоплення земель, ділянки витікань з підземних ушкоджених водо- та нафтопроводів, забруднень рослинності, ґрунтів і водойм важкими металами, нафтопродуктами, нітратами тощо. На відміну від авіаційного, космічний моніторинг є менш мобільним у просторі через стаціонарність параметрів орбіт штучних супутників Землі. Такі вимірювання використовують у моніторингу крупних територіальних систем до рівня континентів і біосфери в цілому. Найбільш оперативні вимірювання забезпечує авіаційний моніторинг, який здійснюється з літаків, гелікоптерів та інших літальних апаратів, включаючи повітряні кулі, зонди та ін., які не підіймаються на космічні висоти (тобто за межі тропосфери). Iсторичний моніторинг (палеомоніторинг) полягає у визначенні фонового стану середовища до початку впливу людини, яке здійснюється за результатами аналізу кілець старих чи викопних дерев, проб річних шарів льодовиків, донних відкладень тощо. Залежно від предмету спостережень (процесів, явищ, компонентів навколишнього середовища) виділяють також моніторинг абіотичний (спостереження за абіотичними факторами), геофізичний (реєстрація антропогенних впливів на неживі компоненти біосфери), кліматичних систем (виявлення тенденцій змін клімату), льодовикових осциляцій (спостереження за розташуванням та балансом льоду відомих льодовиків), фізичний (спостереження за фізичними параметрами біосфери), хімічний (оцінка масштабів геохімічного впливу на біосферу та визначення ступеня і характеру хімічного забруднення довкілля) та ін. 374

8.2. Сучасна методологія моніторингу навколишнього природного середовища Знання певних принципів легко відшкодовує незнання деяких фактів. К.Гельвецій

8.2.1. Планування моніторингових спостережень Ефективність моніторингу навколишнього природного середовища у значній мірі залежить від правильності і обґрунтованості вибору об’єктів спостережень та досліджень, видів, обсягів і методик проведення останніх. Першим кроком в організації моніторингу певної екосистеми, зазвичай, є опис її структури і поведінки засобами математичного моделювання, який ґрунтується тільки на апріорній інформації (відомостях про екосистему у вигляді значень окремих її характеристик, деяких заздалегідь відомих закономірностей її взаємодії з навколишнім середовищем та показників розвитку внутрішніх механізмів зміни). В результаті отримується перший і досить неадекватний варіант фізико-математичної моделі екосистеми. Відмінність модельної оцінки (прогнозної ситуації) від дійсного стану екосистеми, що спостерігається, породжує алгоритм корекції моделі на підставі натурних вимірювань. Оскільки модель природного об’єкта завжди є лише його наближеною оцінкою, для отримання достовірних даних про функціонування реальної системи необхідна регулярна інформація про значення її параметрів, збирання якої і є основним завданням моніторингу. Таку інформацію називають поточною, її можна представити у вигляді n-вимірного вектора, що відповідає кількості n вимірюваних параметрів і служить для корекції модельного образу екосистеми. Поточну інформацію можна отримати за допомогою як контактних, так і дистанційних вимірювань. Таким чином, система моніторингу виконує комплекс функцій по збору інформації про поточні значення параметрів екосистеми, обробці цієї інформації в рамках моделей, що імітують реальні процеси розвитку екосистеми, та прийняттю оптимальних рішень. При цьому досить типовою є ситуація, коли дані надходять нерегулярно, джерела інформації розташовані у просторі нерівномірно, просторово-часової повноти даних досягнути неможливо, так само як і регулярного спостереження за обширними просторами навколишнього середовища. Теоретично, звісно, можна встановити величезну кількість стаціонарних датчиків і з частотою декілька разів на добу отримувати повний обсяг даних про об’єкт спостереження, проте нереальність, неможливість і економічна недоцільність такого гіпотетичного підходу стає очевидною при переході від спостережень за ізольованим об’єктом до більш-менш обширної території. Вихід з такої ситуації вбачається у гнучкому плануванні натурного та розрахункового експериментів, коли коштовні системи збору інформації ви375

користовуються зрідка, в основному ж працює комп’ютерна модель, що імітує функціонування природного об’єкта, і задача зводиться до розрахунку оптимального режиму такого поєднання. Отже, у загальному вигляді працююча система моніторингу довкілля має складатися з таких основних функціональних блоків: • блоку збору даних; • блоку первинної обробки, сортування та наповнення баз даних; • блоку відтворення інформації; • блоку візуалізації інформації; • блоку моделювання і прогнозування. Блок збору даних призначений для накопичення відомостей (первинної інформації) про поточні значення параметрів екосистеми та про закономірності її розвитку. Блок первинної обробки, сортування та наповнення баз даних включає алгоритми та комп’ютерні програми, які забезпечують підвищення якості вихідної інформації і надають їй форми, необхідної для подальшого використання. Щоб представити результати вимірювань в окремих точках земної поверхні у вигляді карти або картосхеми, необхідно звести всю інформацію до єдиного моменту часу, а також визначити її в тих пунктах, де вимірювання не проводилися - у цьому й полягає основне завдання блоку відтворення інформації. З цією метою на поверхні землі виділяють квазіоднорідні ділянки так звані фації, в результаті чого вся множина отриманих даних виявляється поділеною на підмножини, всередині яких можна зробити статистично достовірну вибірку. Таким чином весь простір спостереження розбивається на три частини: однорідні ділянки, переходи між ними та ділянки, де вимірювання не здійснювалися. Подальші дії залежать від наявності чи відсутності апріорної інформації. Якщо є додаткові відомості про тип ділянки місцевості, що вивчається, та характер особливостей окремих її елементів, то в дію вступають алгоритми просторово-часової інтерполяції та екстраполяції (наприклад, методи оптимальної і поліноміальної інтерполяції, сплайн-функцій, групового урахування елементів, еволюційного моделювання, диференціальної апроксимації тощо [44]). Блок візуалізації інформації - це геоінформаційна моніторингова система, яка включає широкий набір сервісних комп’ютерних програм. Оператор у будь-який час може змінити конфігурацію, спосіб відображення результатів моніторингу, щоб отримати зручну для сприйняття карту, схему, діаграму, таблицю тощо. Візуалізація результатів моніторингу спирається на сучасні засоби комп’ютерної графіки, що охоплюють такі галузі, як аналіз зображень, їх представлення на екрані монітору та аналіз сцен. Iснуючі стандартні програмні засоби комп’ютерної графіки дозволяють виводити на екран монітору чи друкувати гістограми, карти ізоліній, проекції поверхні тощо. 376

Блок моделювання і прогнозування екологічних, кліматичних і гідрологічних процесів складається з набору моделей, що описують динаміку типових природних структур та конкретних об’єктів. При цьому типові моделі потребують адаптації до специфічних умов природного процесу у кожному конкретному випадку. Процес планування системи моніторингових спостережень, зазвичай, передбачає таку послідовність виконання основних комплексів робіт: • районування території; • організацію мережі пунктів спостереження; • визначення переліку пріоритетних показників стану довкілля; • визначення раціональних технологій виконання робіт (польових, лабораторних, інформаційно-аналітичних тощо); • здійснення прийнятих програм і технологій робіт з наступним комплексним використанням результатів моніторингу (узагальненням, співставленням, картографуванням, інтерпретуванням тощо). Основна задача створення раціональної мережі спостережень для моніторингу навколишнього природного середовища полягає в екологічному районуванні території, яке дозволяє виявити і оцінити фактори, що впливають на первісне розповсюдження забруднюючих речовин та наступну їх міграцію і накопичення, що, в свою чергу, необхідне для обґрунтування вибору об’єктів спостереження з урахуванням мінімізації обсягів вимірів і забезпечення представницьких та рівноточних даних по всій території зони спостережень. Оскільки, як зазначалося раніше, охопити рівномірною мережею пунктів спостережень всю територію досліджень неможливо, принципом побудови системи моніторингу є використання ієрархії таксономічних одиниць (таксонів), на які розподіляється вся територія, і вибір репрезентативних екологічних полігонів та пунктів (місць, об’єктів) спостережень. Значною мірою сама природа та система життєдіяльності суспільства визначили різні за розмірами та екологічною значимістю таксони: ландшафти, заповідники, водозбірні басейни, басейни підземних вод, екзогенні утворення, міські агломерації, агропромислові комплекси тощо. В основу екологічного районування території покладено головну ідею геохімії ландшафтів, яка полягає в тому, що всі компоненти природного середовища зв’язані між собою потоками речовини та енергії в єдине ціле і утворюють різні за ступенем складності, сталості, тісноти прямих і зворотних зв’язків та типами функціонування природні ландшафтно-геохімічні системи. Елементарні ландшафтно-геохімічні системи - це частина території або акваторії, в межах якої якісний склад і напруженість міграційних потоків між компонентами ландшафту (приземними шарами атмосфери, гірськими породами, рослинністю, поверхневими та ґрунтовими водами) є подібними настільки, що це призводить до формування на суші одного різновиду ґрунтів, а в акваторії - однієї фації донних відкладень. Саме ґрунти і донні відкладення во377

дойм є тими блоками ландшафтно-геохімічних систем, в яких накопичуються техногенні речовини, вони несуть найбільшу інформацію про різного роду техногенні аномалії. Екологічне районування довкілля здійснюють на підставі попереднього вивчення природно-техногенних умов території спостережень за допомогою існуючих аналітичних і картографічних матеріалів та проведення польових рекогносцирувальних робіт. У загальному випадку попереднє районування території і вибір полігонів для екологічних досліджень та екомоніторингу довкілля здійснюють з використанням таких карт: • карти ландшафтно-геоморфологічного районування, яка дозволяє оцінити природні умови регіону, інтенсивність і направленість сучасних екзогенних геологічних процесів, виділити ландшафтні системи за їх типом та екологічними характеристиками; • карти землекористування, за якою оцінюють інтенсивність і характер господарського використання території, визначають ступінь порушення природних ландшафтних систем; • карти розміщення техногенних об’єктів, за якою встановлюють найбільш небезпечні об’єкти-забруднювачі та їх спеціалізацію за впливом на природне середовище, оцінюють техногенне навантаження на сучасний ландшафт, визначають контури геохімічних полів і аномалій; • монокомпонентних і синтетичних карт забруднення важкими металами, пестицидами тощо ґрунтів, води, донних відкладень, рослинності як основи для визначення фонових рівнів забруднення і їх просторового розподілення, встановлення генетичних і геоміграційних зв’язків полів забруднення з техногенними об’єктами, природними джерелами, геохімічними перетвореннями; • гідрогеологічної (гідрофізичної) карти зони аерації, яку використовують для визначення і оцінки сорбційно-міграційних параметрів ґрунтів зони аерації, потенційної можливості міграції забруднюючих речовин і природної захищеності ґрунтових та підземних вод від забруднення; • гідрогеохімічної карти, що дозволяє установити характер і рівні техногенного забруднення поверхневих і підземних вод, просторових і генетичних (геоміграційних) зв’язків забруднення вод з аномальними техногенними полями в інших компонентах навколишнього середовища; • карти розподілення радіонуклідів (цезію, стронцію, плутонію тощо) в ґрунті, донних відкладеннях, рослинності, за якою здійснюють оцінку характеру просторового розповсюдження і рівнів радіоактивного забруднення різних компонентів природного середовища. Обґрунтований вибір екологічних полігонів обумовлюється: 378

• достатньою екологічною вивченістю стану ґрунтів, рослинності, води, атмосфери, ландшафтно-геохімічних умов території (наявності ділянок стійкого аномально високого техногенного забруднення, ділянок з фоновими рівнями вмісту забруднюючих речовин); • наявністю в межах полігону надійних індикаційних біооб’єктів; • можливістю комплексного використання полігону для різних масштабів екологічних досліджень, контролю (інспекційних перевірок) та екомоніторингу довкілля. Вибір представницьких екологічних полігонів і об’єктів спостережень є однією з найбільш відповідальних робіт у створенні та ефективному функціонуванні державної, регіональних і локальних систем екомоніторингу, кожна з яких ґрунтується на певному просторовому масштабі вивчення екологічного стану відповідної території. В загальному випадку базовими масштабами проведення екологічних досліджень та картографування їх результатів є такі: • на державному рівні - 1:1 000 000 та 1:500 000; • на рівні економічних і природних регіонів - 1:500 000 та 1:200 000; • на обласному рівні - 1:200 000 та 1:100 000; • на районному рівні - 1:50 000 та 1:25 000; • на об’єктному рівні - 1:2 000 та 1:500. Застосування будь-якого масштабу екологічних досліджень і картографування довкілля ґрунтується на принципі: 1 см2 карти повинен відповідати щонайменше одному рівневому об’єкту спостережень, від якого інструментальними або розрахунковими методами можливо отримувати необхідну інформацію і використовувати її на різних рівнях узагальнення чи деталізації. Відповідно до масштабу екологічного моніторингу довкілля утворюється мережа пунктів спостережень, щільність якої визначається необхідною детальністю спостережень і просторовим представництвом отриманих даних. Різномасштабні (рівневі) елементи екомоніторингу повинні бути позиційно сумісними і утворювати єдину мережу спостережень, здатну надавати повну інформацію про стан тієї чи іншої території на підставі показників властивостей компонентів довкілля. Регулярна мережа пунктів спостережень має забезпечувати порівнянність результатів різномасштабних спостережень, просторову (топографічну) прив’язку об’єктів і даних спостережень, можливість їх картографічного відображення та інтерпретації результатів досліджень, комп’ютерного оброблення даних для моделювання екологічних ситуацій, виконання балансових і прогнозних оцінок тощо. Після районування території і формування мережі пунктів спостережень здійснюють рекогносцирувальний контроль з метою отримання первісної оцінки екологічної обстановки в зоні спостережень, виявлення пріоритетних для даної території забруднюючих речовин і показників якісного стану довкілля, визначення бар’єрів на шляхах міграції забруднюючих речовин та оцінки рівнів забруднення території. 379

Рекогносцирувальний контроль здійснюється у мінімальному обсязі і тільки на найбільш представницьких для даної території ландшафтах чи їх елементах, які відображають можливий вплив техногенних об’єктів, розташованих на цій території чи поряд з нею. Разом з тим спостерігаються й контрольні (базові) елементи ландшафту, забруднення яких майже не залежить від техногенного оточення. До складу рекогносцирувальних робіт можуть бути включені такі: • обстеження основних техногенних об’єктів і встановлення меж їх суттєвого впливу на природне середовище (з урахуванням переважних напрямків вітру, поверхневого стоку вод в межах водозборів, геохімічних бар’єрів тощо); • відбір проб ґрунтів, біоти, поверхневих і підземних вод, донних відкладень для визначення аномальних і фонових рівнів забруднення природного середовища. Вибір пріоритетних показників стану довкілля значною мірою залежить від розташованих на досліджуваній території техногенних об’єктів: промислових і гірничодобувних підприємств, енергетичних комплексів, житловопромислових агломерацій, транспортних магістралей, а також сільгоспугідь з інтенсивним агровиробництвом. Регламент поточного екологічного контролю об’єктів довкілля має бути максимально наближеним до рекомендацій Міжнародної програми співробітництва з комплексного моніторингу навколишнього середовища, підтриманої більшістю країн Європи1. За цією програмою основною метою комплексного моніторингу довкілля є визначення і прогнозування стану екосистем з урахуванням місцевих ландшафтно-геохімічних умов, змін клімату і впливу техногенних джерел забруднення. При цьому під комплексним моніторингом довкілля розуміють спостереження за фізичними, хімічними і біологічними процесами в екосистемах, механізмами поглинання, накопичення, трансформації та переходу забруднюючих речовин між компонентами навколишнього середовища, реакцією біологічних об’єктів на зміни стану довкілля тощо. Компонентами навколишнього природного середовища, що підлягають контролю, є атмосфера, земельні, водні і рослинні ресурси, тваринний світ, населення, кліматичні умови та об’єкти життєдіяльності, які утворюють відповідні предметні області інформаційної моделі довкілля. Кожний компонент навколишнього середовища повинен характеризуватися представницькою інформацією у просторі й часі, включаючи природно-історичні тенденції їх змін як внаслідок природної мінливості, так і під впливом антропогенного навантаження.

1

Див. розділ 8.3. 380

8.2.1.1. Планування моніторингу поверхневих вод Методи визначення якісного стану поверхневих вод ґрунтуються на безперервному вимірюванні деяких параметрів якості води або ж на періодичному відборі проб води у контрольних створах та проведенні її фізико-хімічного і біологічного аналізу, а також вимірюванні води в момент відбору проб. Для безперервних спостережень використовують автоматичні станції вимірювання якості води, обладнані апаратурою для відбору проб, автоматичного визначення параметрів якості води, обробки та передачі результатів спостережень. Локалізація контрольних пунктів (створів) та автоматичних станцій вимірювання якості води здійснюється відповідно до вимог ГОСТ 17.1.3.07-82 “Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков” [16]. Пункти контролю якості поверхневих вод у водоймах і водотоках на державній мережі спостережень в залежності від господарського значення водного об’єкта, якості води, розміру та об’єму водойми, розміру і водності водотоку та інших факторів поділяють на пункти I, II, III та IV категорій. Пункти контролю I категорії розташовують, переважно, на середніх і великих водоймах та водотоках, що мають важливе господарське значення: • в районах міст з населенням більше 1 млн. осіб; • в місцях нересту та зимування особливо цінних видів промислових водних організмів; • в районах повторюваних аварійних скидів забруднюючих речовин та заморних явищ серед водних організмів; • в районах організованого скиду зворотних вод, внаслідок якого спостерігається висока забрудненість води. Пункти контролю II категорії розташовують на водоймах і водотоках: • в районах міст з населенням від 0.5 до 1 млн. осіб; • в місцях нересту та зимування цінних видів промислових організмів; • на важливих для рибного господарства передгреблевих ділянках річок; • в місцях організованого скидання дренажних зворотних вод із зрошувальних територій та промислових стічних вод; • при перетинанні річками державних кордонів України; • в районах із середньою забрудненістю вод. Пункти контролю III категорії розташовують на водоймах і водотоках: • в районах міст з населенням до 0.5 млн. осіб; • на замикаючих ділянках великих і середніх річок; • в гирлах забруднених приток великих річок і водойм; • в районах організованого скидання зворотних вод, внаслідок якого спостерігається низька забрудненість поверхневих вод. 381

Пункти контролю IV категорії розміщують на незабруднених ділянках водойм і водотоків, розташованих на території державних заповідників і природних національних парків, що є унікальними природними утвореннями. Розташування пунктів контролю встановлюють з урахуванням стану та перспектив використання водних об’єктів на підставі попередніх досліджень, які включають: • збір та аналіз відомостей про водокористувачів, джерела забруднення вод, аварійні скиди забруднюючих речовин, що відбувалися раніше, даних про режимні, фізико-географічні морфометричні ознаки водойми чи водотоку; • обстеження водойми чи водотоку та прибережних водоохоронних смуг з метою визначення їх стану, виявлення додаткових джерел забруднення, визначення зон забрудненості та переліку специфічних забруднюючих речовин, виділення характерних біотопів. Пункти контролю можуть включати один або декілька створів, які встановлюють з урахуванням гідрометеорологічних та морфометричних особливостей водного об’єкта, розташування джерел забруднення, об’єму і складу зворотних вод, що скидаються у водний об’єкт, інтересів водокористувачів. Один створ встановлюють на водотоках в разі відсутності організованого скиду зворотних вод, в гирлах забруднених приток, на незабруднених ділянках водотоків, на передгреблевих ділянках річок, на замикаючих ділянках річок і в місцях перетину державного кордону України. Два та більше створів встановлюють на водотоках при наявності організованого скиду зворотних вод. Один з них розміщують на відстані 1 км вище за течією від джерела забруднення поза зоною його впливу, інші - нижче джерела забруднення чи останнього за течією з групи джерел забруднення у таких місцях: • в створі достатньо повного (не менше 80 %) змішування зворотних вод з водами водотоку; в разі неможливості відбору проб в створі повного змішування (значне віддалення, відсутність під’їзду тощо) допускається відбір проб у створі, розташованому ближче до джерела забруднення; • в створі не далі 0.5 км від скиду зворотних вод у водні об’єкти рибогосподарського водокористування при відсутності розсіюючого випуску. При наявності на водотоку декількох рукавів створи розташовують на тих із них, де спостерігаються найбільші витрати води та порушення норм якості води. При контролі на водоймі в цілому встановлюють не менше трьох створів, по можливості рівномірно розподілених по її акваторії з урахуванням конфігурації берегової лінії. В разі контролю по окремих ділянках водойми створи розташовують таким чином: 382

• на водоймах з інтенсивним водообміном - один створ вище джерела забруднення і решта створів (не менше двох) нижче джерела забруднення на відстані 0.5 км від місця скиду зворотних вод та безпосередньо за межею зони забрудненості; • на водоймах з помірним та уповільненим водообміном - один створ поза зоною впливу джерела, другий створ суміщають зі створом скиду зворотних вод, решту створів (не менше двох) розташовують по обидва боки від останнього на відстані 0.5 км від місця скиду та безпосередньо за межею зони забрудненості. Кількість вертикалей в створі на водотоках визначається з урахуванням умов змішування вод водотоку із зворотними водами, а також з водами приток. При неоднорідному хімічному складі води в створі встановлюють не менше трьох вертикалей (на стрижені1 та на віддалі 3-5 м від берегів), а при однорідному хімічному складі - одну вертикаль (на стрижені водотоку). Кількість вертикалей в створі на водоймах визначають з урахуванням ширини зони забрудненості водойми. При цьому першу вертикаль розташовують на відстані не далі 0.5 км від берега чи від місця скиду зворотних вод, останню - безпосередньо за межею зони забрудненості. Кількість горизонтів на вертикалі визначають з урахуванням глибини водного об’єкта. При глибині до 5 м встановлюють один горизонт біля поверхні води: влітку - на глибині 0.3 м від поверхні води (щоб запобігти забрудненню проб поверхневим матеріалом), а взимку - біля нижньої поверхні льоду. При глибині від 5 до 10 м встановлюють два горизонти: біля поверхні води та на відстані 0.5 м від дна (щоб запобігти забрудненню проб донними відкладеннями). При глибині більше 10 м встановлюють три горизонти, при цьому проміжний горизонт встановлюють на половині глибини водного об’єкта. При глибині більше 50 м встановлюють такі горизонти: біля поверхні, на глибинах 10, 20, 50, 100 м та біля дна. Крім того, встановлюють додаткові горизонти в кожному шарі води з різкою зміною її густини. Проби води з різних глибин водного об’єкта відбирають за допомогою спеціального приладу - батометра (від гр. báthos - глибина та metréo - вимірюю), виготовленого з інертного матеріалу. Періодом спостережень за поверхневими водами прийнято вважати календарний або гідрологічний рік. Частота відбору проб води у контрольних створах залежить від багатьох факторів: • якості води; • її витрат та інших гідрологічних характеристик; • господарського значення водного об’єкта; • змінності якості води протягом року; 1

Стрижень - лінія найбільших поверхневих швидкостей течії річки, на прямих ділянках розташована, зазвичай, поблизу середини водотоку, на вигині - ближче до увігнутого берегу. 383

• кількості та складу зворотних вод, що скидаються у водний об’єкт; • економічних та технічних можливостей; • категорії пункту контролю. Табл.8.1. Програми контролю поверхневих вод за гідрологічними та гідрохімічними показниками Показники Гідрологічні: Витрати води, м3/с, (на водотоках) або рівень, м, (на водоймах) Швидкість течії, м/с Гідрохімічні: Візуальні спостереження Температура, °С Колірність, град.; прозорість, см; запах, бали Концентрації розчинених у воді газів, мг/л: - кисню - двоокису вуглецю Концентрація завислих речовин, мг/л Водневий показник (рН) Окисно-відновний потенціал (Еh), мВ Питома електропровідність, См/см Концентрації головних іонів1, мг/л: хлоридних, сульфатних, гідрокарбонатних, кальцію, магнію, натрію, калію, суми іонів ХПК, мг/л БПК5, мг/л Концентрації біогенних елементів, мг/л: амонійних, нітритних, нітратних іонів, фосфатів, заліза загального, кремнію Концентрації широко поширених забруднюючих речовин, мг/л: нафтопродуктів, СПАР, летючих фенолів, пестицидів і сполук металів Концентрації двох-трьох забруднюючих речовин, основних для води в даному пункті контролю, мг/л Концентрації всіх речовин, що забруднюють воду в даному пункті контролю, мг/л

Вид програми обов’язскорочені кова 1 2 3 х х

х -

х -

х х

х х х

х х -

х х -

х х

х х х х х х

х х х -

х х х -

х х х -

х х х

-

х х -

х х -

х

-

-

-

-

-

х

-

-

-

-

х

Частота відбору проб має визначатися, виходячи з мети досліджень та методики інтерпретації результатів, що використовується. Оптимальною вважається частота відбору проб не менше 12 разів протягом гідрологічного року [23, 91]. Мінімальна кратність відбору проб для рівнинних річок з урахуванням водності становить 7 разів на рік, тобто в основні гідрологічні фази: зимову межень, підйом, пік, спад весняної повені, літню межень, осінні паводки і перед льодоставом. Теоретично необґрунтованим є дослідження річок з частотою, меншою ніж 1 раз на квартал, оскільки утворена на їх основі вибірка показників якості води є неточною і малодостовірною [91]. У створах, особ1

При наявності нижче джерела забруднення декількох створів концентрацію головних іонів вимірюють тільки в першому створі після скиду зворотних вод. 384

ливо важливих для господарства (I категорії), контроль якості води доцільно здійснювати за допомогою автоматичних станцій та доповнювати його періодичним відбором проб. З метою достовірного визначення ступеня впливу джерел забруднення на якість поверхневих вод відбір проб слід здійснювати з урахуванням режимів роботи промислових підприємств. Перелік показників якості води водних об’єктів, що мають контролюватися, встановлюють з урахуванням: • цільового використання водного об’єкта; • складу зворотних вод, що скидаються у водний об’єкт; • потреб користувачів інформації. Якість води контролюють за певними видами програм, вибір яких залежить від категорії пункту контролю. Програми контролю за гідрологічними та гідрохімічними показниками наведені в табл.8.1, а за гідробіологічними показниками - в літературі [51]. При визначенні гідрохімічних показників якість води оцінюють шляхом порівняння цих показників, визначених в пунктах контролю, з встановленими нормами якості води. Періодичність проведення контролю за гідрологічними та гідрохімічними показниками встановлюють у відповідності з категорією пункту контролю (табл.8.2). Табл.8.2. Періодичність проведення контролю за гідрологічними та гідрохімічними показниками Періодичність проведення контролю Щоденно Щодекади Щомісяця В основні фази водного режиму

Програми контролю для пунктів контролю категорії I II III IV Скорочена 1 Візуальні спостереження Скорочена 2 Скорочена 1 Скорочена 3 Обов’язкова

8.2.1.2. Планування моніторингу підземних вод Господарська діяльність людини тією чи іншою мірою впливає на гідрохімічний та гідродинамічний режим підземних вод, спричинює стійкі порушення умов формування та погіршення їх якості. Забруднення і виснаження підземних вод відбувається, насамперед, в зонах підвищеного техногенного навантаження (інтенсивної господарської діяльності): в місцях розміщення накопичувачів рідких і твердих відходів виробництва, тваринницьких комплексів, водозаборів підземних вод, підприємств гірничодобувної промисловості, в районах промислово-міських агломерацій, на осушуваних і зрошуваних масивах тощо.

385

Для забезпечення охорони підземних вод від забруднення та виснаження в умовах функціонування господарських об’єктів необхідна організація моніторингу стану підземних вод. Проектування мережі моніторингу підземних вод здійснюють на основі [27]: • картосхеми розміщення господарських об’єктів; • переліку джерел забруднення підземних вод; • переліку діючих водозаборів підземних вод та поодиноких свердловин; • інформації про стан підземних вод на діючих господарських об’єктах; • відомостей про експлуатаційні ресурси продуктивних водоносних горизонтів та їх використання; • даних про якість підземних вод. Головними завданнями моніторингу підземних вод є: • спостереження за рівневим і гідрохімічним режимами підземних вод в зонах інтенсивного антропогенного впливу; • аналіз і узагальнення даних спостережень з метою оцінки змін стану (режиму та якості) підземних вод, визначення ступеня антропогенного впливу, оцінки факторів і визначення джерел забруднення підземних вод; • прогнозування стану підземних вод в умовах впливу господарської діяльності; • забезпечення місцевих органів виконавчої влади, контролюючих органів, юридичних і фізичних осіб систематичною оперативною інформацією про зміни стану підземних вод для розробки необхідних заходів та запобігання можливим негативним наслідкам. Організація моніторингу підземних вод здійснюється у відповідності зі спеціальними програмами досліджень, які складаються індивідуально в залежності від особливостей гідрогеологічних умов, природної захищеності, техногенного впливу та характеру негативних наслідків. Спостережна мережа повинна створюватися на всіх функціонуючих господарських об’єктах, незалежно від їх форми власності, діяльність яких впливає або може вплинути на стан підземних вод. Влаштування мережі спостережних свердловин має передбачатися проектами всіх господарських об’єктів, які обумовлюють можливість зміни стану підземних вод. Розміщення мережі планується з урахуванням особливостей об’єкту, що контролюється (його геоморфологічного розташування, геологічних умов, природної захищеності підземних вод), таким чином, щоб по можливості охопити гідрохімічні аномалії і встановити причини та наслідки негативного антропогенного впливу. Мережа спостережних пунктів повинна забезпечувати систематичність спостережень, їх чутливість до змін якості води, репрезентативність і селективність спостережень щодо ідентифікації змін. Кількість 386

спостережних пунктів (свердловин, колодязів, джерел) повинна забезпечувати достатньо повну картину змін рівнів, температури та якості води, які відбуваються у підземних горизонтах по всій площі під впливом господарського об’єкта, і має бути обґрунтована проектом створення спостережної мережі. Розміщення спостережних свердловин в районах водозаборів має переважно площинний характер; в місцях розташування господарських об’єктів може бути площинним або прив’язаним до профілю, зорієнтованого за потоком підземних вод, з боковими поперечниками на окремих ділянках, де розташовані джерела інтенсивного забруднення підземних вод; на територіях населених пунктів - по кількох профілях, зорієнтованих за напрямком і навхрест потокові підземних вод, з боковими короткими поперечниками або площинними системами на ділянках гідрохімічних аномалій чи джерел забруднення. Розширення мережі спостережних свердловин в плані має визначатися характером і швидкістю розповсюдження забруднених підземних вод, які визначаються на початковому етапі досліджень. Розширення мережі спостережних свердловин в місцях розташування господарських об’єктів - джерел забруднення здійснюється в напрямку від джерела забруднення; в районах водозабірних споруд - від межі забруднених або некондиційних вод в напрямку водозабору, а у випадку виснаження - від водозабору до периферії. Відстань між спостережними пунктами визначається шляхом гідродинамічних розрахунків, виходячи з того, що рівень води в суміжних свердловинах має різнитися не менше ніж на 0.15-0.2 м. Визначальною є також швидкість розповсюдження забруднених підземних вод. У випадку уповільненого руху підземного потоку (0.01-0.5 м/доб) відстань між спостережними свердловинами не повинна перевищувати 150-200 м. Контроль якості підземних вод повинен здійснюватися, в першу чергу, для вод зони аерації. Якщо виявлено їх забруднення, спостереженню підлягають і більш глибокі водоносні горизонти. Обладнання спостережних свердловин виконується згідно технічного проекту. В конструкції спостережних свердловин (рис.8.1) виділяють такі елементи: кришку, патрубок, замок, фільтр, надфільтрову глуху трубу, відстійник, пробку, гравійну обсипку. Конструкція спостережної свердловини повинна забезпечувати надійний захист від проникнення через затрубний простір атмосферного стоку та вод горизонтів, суміжних з тим, що контролюється. Для зручності проведення спостережень висота патрубка над поверхнею землі приймається 0.5-1 м. Для попередження проникнення атмосферних опадів у затрубний простір свердловини в її гирлі влаштовується глиняний, цементний або комбінований замок, який на поверхні землі довкола труби має конусоподібну форму для відтоку поверхневих вод. Для цього в гирлі свердловини виконують шурф глибиною 0.4-0.5 м і площею 1 м2, який заповнюють гідроізоляційним матеріалом. Інтервал розміщення фільтру має знаходитись в межах сезонних коливань рівня води у водоносному горизонті, що контролю387

ється. Всі свердловини спостережної мережі мають бути промарковані (номер свердловини та індекс горизонту) та пофарбовані. кришка Для отримання, систематизації, аналізу та замок оцінки даних щодо змін хімічного складу підземних вод з метою розробки водоохоронних патрубок заходів як один з головних елементів моніторингу проводиться їх гідрохімічне дослідження. Перелік показників, які підлягають контролю, визначається індивідуально в залежглуха ності від місцевих природних умов і видів надфільтрова труба господарської діяльності на досліджуваній території та характеру негативних наслідків. У всіх випадках в спостережних свердловинах обов’язково контролюють температуру підземних вод (особливо на територіях промисгравійна фільтр обсипка фільтра лових об’єктів та населених пунктів), оскільки зміни рівневого та гідрохімічного режиму підземних вод часто супроводжуються тепловим відстійник забрудненням. До складу спостережень підземних вод пробка входять вимірювання рівнів і температури та відбір проб води із свердловин й інших об’єкРис.8.1. Типова конструкція тів (колодязів, джерел тощо). Періодичність спостережної свердловини вимірювань рівнів встановлюється в залежності від гідродинамічного режиму водоносних горизонтів та антропогенного впливу на них. Контроль за якістю підземних вод на територіях, де здійснюється господарська діяльність (у т.ч. й експлуатація підземних вод), проводиться в перший рік спостережень не менше 4 разів на рік, в подальшому - не рідше одного разу на рік. Вимірювання рівнів в спостережних свердловинах проводяться до 5 разів на місяць, одночасно вимірюють температуру підземних вод. Визначення рівнів та температури води в річках, озерах, водосховищах, а в необхідних випадках і контроль якості води, має здійснюватись у ті самі строки, що й на мережі спостережних свердловин. Частота вимірювань має обґрунтовуватись для кожного конкретного господарського об’єкта. У випадках різкої зміни гідрохімічної обстановки (у карстових районах, в аварійних ситуаціях) проби води відбирають щомісяця і навіть частіше. Частота відбору проб коригується в залежності від результатів попередніх випробовувань та задачі досліджень. Для вимірювання рівнів підземних вод в залежності від глибини їх залягання використовують такі пристрої: • у шурфах при глибині залягання вод до 3 м рівень можна вимірювати за допомогою переносної рейки; 388

• в спостережних свердловинах, колодязях, шурфах при глибині залягання вод до 20 м використовують рулетки (сталеві або полотняні, армовані металевою ниткою) з хлопушкою; • при глибині залягання вод більше 20 м для вимірювання рівня води застосовують сталеві тросики з хлопушкою або електрорівнеміри. Всі виміри виконують від марки на краю обсадної труби (зрубу колодязя чи шурфу), як геодезично встановленої точки відліку. Точність вимірів має становити не менше 1 см. Дебіт водозабірних свердловин визначають по продуктивності насосного обладнання з періодичним контролем об’ємним способом. В разі неможливості використання об’ємного способу застосовують водоміри або водозливи. Температуру води вимірюють за допомогою “лінивого” (ртутного) термометра, вмонтованого у металеву оправу (ціна ділення шкали - 0.1-0.2°С). В свердловинах, у випадку проведення прокачування, температуру води вимірюють до та після прокачування. Для відбору проб води на хімічний і бактеріологічний аналіз використовують спеціальні пробовідбірники, виготовлені з інертних матеріалів. Хімічні та біологічні показники якості підземних вод визначають стандартизованими або рекомендованими та обґрунтованими для дослідження специфічних показників якості підземних вод методиками. 8.2.1.3. Планування моніторингу повітря населених пунктів Правила контролю якості повітря сельбищних територій населених пунктів визначаються ГОСТ 17.2.3.01-86 “Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов” [17]. Встановлюють три категорії постів спостереження за забрудненням атмосферного повітря: стаціонарні, маршрутні і пересувні (підфакельні). Стаціонарні пости призначені для забезпечення безперервної реєстрації вмісту забруднюючих речовин або регулярного відбору проб повітря для наступного аналізу. Серед стаціонарних виділяють опорні пости, призначені для виявлення довгострокових змін вмісту основних та найбільш поширених забруднюючих речовин. Маршрутні пости призначені для регулярного відбору проб повітря у фіксованій точці місцевості при спостереженнях, які здійснюють за допомогою пересувного обладнання. Пересувні (підфакельні) пости призначені для відбору проб під димовим (газовим) факелом з метою виявлення зони впливу даного джерела. Кожний пост незалежно від категорії розміщується на відкритому, провітрюваному з усіх сторін майданчику з покриттям, що не пилить (асфальт, твердий ґрунт, газон), - таким чином, щоб виключити спотворення результатів вимірювань через наявність зелених насаджень, будинків тощо. 389

Стаціонарні і маршрутні пости розташовують у місцях, вибраних на підставі попереднього дослідження забруднення повітряного середовища міста промисловими викидами, викидами автотранспорту, побутовими та іншими джерелами та умов розсіювання. Ці пости розміщують у центральній частині населеного пункту, житлових районах з різним типом забудови (в першу чергу, найбільш забруднених), в зонах відпочинку, на територіях, прилеглих до магістралей інтенсивного руху транспорту. Місця відбору проб при підфакельних спостереженнях вибирають на різних відстанях від конкретного джерела забруднення з урахуванням закономірностей розповсюдження забруднюючих речовин в атмосфері. Кількість постів та їх розміщення визначають з урахуванням чисельності населення, площі населеного пункту та рельєфу місцевості, а також розвитку промисловості, мережі магістралей з інтенсивним транспортним рухом та їх розташування на території міста, розосередженості місць відпочинку та курортних зон. Кількість стаціонарних постів в залежності від чисельності населення встановлюють не менше: • 1 пост - до 50 тис. жителів; • 2 пости - до 100 тис. жителів; • 3 пости - 100-200 тис. жителів; • 3-5 постів - 200-500 тис. жителів; • 5-10 постів - більше 500 тис. жителів; • 10-20 постів (стаціонарних і маршрутних) - більше 1 млн. жителів. В населених пунктах встановлюють один стаціонарний чи маршрутний пост через кожні 0.5-5 км з урахуванням складності рельєфу та наявності значної кількості джерел забруднення. Встановлюють чотири програми спостережень на стаціонарних постах: повну, неповну, скорочену і добову. Повна програма спостережень призначена для отримання інформації про разові та середньодобові концентрації. Спостереження за повною програмою виконують щоденно шляхом безперервної реєстрації за допомогою автоматичних пристроїв чи дискретно через рівні проміжки часу не менше чотирьох разів з обов’язковим відбором в 1, 7, 13, 19 годин за місцевим часом. Спостереження за неповною програмою дозволяється проводити з метою отримання інформації про разові концентрації щоденно в 7, 13, 19 годин за місцевим часом. За скороченою програмою спостереження проводять з метою отримання інформації про разові концентрації щоденно в 7 та 13 годин місцевого часу. Програма добового відбору проб призначена для отримання інформації про середньодобові концентрації. Спостереження за цією програмою здійснюють шляхом безперервного добового відбору проб. У період несприятливих метеорологічних умов та значного зростання вмісту забруднюючих речовин проводять спостереження через кожні 3 годи390

ни. При цьому відбирають проби під факелами основних джерел забруднення та на території найбільшої щільності населення. Одночасно з відбором проб повітря визначають такі метеорологічні параметри: напрямок і швидкість вітру, температуру повітря, стан погоди та підстилаючої поверхні. На опорних стаціонарних постах проводять спостереження за вмістом пилу, сірчистого газу, окису вуглецю, двоокису азоту (основні забруднюючі речовини) та за специфічними речовинами, що характерні для промислових викидів даного населеного пункту. На стаціонарних (неопорних) постах проводять спостереження за специфічними забруднюючими речовинами. Спостереження за основними забруднюючими речовинами на цих постах допускається проводити за скороченою програмою або не проводити взагалі, якщо середньомісячні концентрації цих речовин протягом року не перевищують 0.5 середньодобової ГДК. На маршрутних постах проводять спостереження за основними та специфічними забруднюючими речовинами, що характерні для промислових викидів даного населеного пункту. На пересувних (підфакельних) постах проводять спостереження за специфічними забруднюючими речовинами, характерними для викидів даного підприємства. Тривалість відбору проб забруднюючих речовин при визначенні разових концентрацій становить 20-30 хв, для визначення середньодобових концентрацій при дискретних спостереженнях за повною програмою - 20-30 хв, при безперервному відборі - 24 год. Відбір проб при визначенні приземної концентрації домішок в атмосфері здійснюють на висоті від 1.5 до 3.5 м від поверхні землі. Конкретні вимоги щодо способів та засобів відбору проб, необхідних реактивів, умов зберігання та транспортування зразків, індивідуальних для кожної забруднюючої речовини, встановлені у нормативно-технічних документах на методи визначення забруднюючих речовин. На підставі даних про забруднення атмосфери визначають величини концентрацій домішок: разові (20-30 хв), середньодобові, середньомісячні та середньорічні. Середньодобові концентрації визначають як середнє арифметичне значень разових концентрацій, отриманих за повною програмою через рівні проміжки часу, включаючи обов’язкові строки 1, 7, 13, 19 год, а також по даних безперервної реєстрації протягом доби. Середньомісячні значення концентрацій забруднюючих речовин визначають як середнє арифметичне значення всіх разових чи середньодобових концентрацій, отриманих протягом місяця.

391

Середньорічну концентрацію забруднюючої речовини визначають як середнє арифметичне значення разових чи середньодобових концентрацій, отриманих протягом року. Щоб зрозуміти істинну сутність явища - вивчай протилежне йому.

8.2.2. Види екологічних досліджень Згідно теорії моніторингу предметом спостережень мають бути об’єкти навколишнього природного середовища та джерела впливу на нього. Слід відзначити, що при оцінці та аналізі функціонування складних природних систем поділ на об’єкти та джерела впливу є досить умовним і визначається конкретною задачею досліджень. Крім того, в певних умовах, через існування зворотних зв’язків об’єкт впливу може перетворюватися на джерело впливу і навпаки. Виходячи з позицій системного підходу, для вивчення природних процесів необхідно використовувати практично всі відомі на даний час види спостережень і досліджень. Це спостереження і дослідження за різними методиками з різних галузей знань: агрономії, ґрунтознавства, геології, гідрогеології, метеорології, хімії, біології, екології та ін. Отримання первинної інформації про стан навколишнього природного середовища здійснюється за допомогою наступних досліджень стану об’єктів довкілля. Дистанційні (аерокосмічні) дослідження дозволяють одержувати інформацію про стан окремих компонентів природного середовища та його зміни під впливом техногенезу, проявів екзогенних геологічних процесів та ін. За допомогою одержаних дистанційним зондуванням спектральних характеристик рослинного покриву, ґрунтів і водних об’єктів вирішуються такі задачі: • оцінка біомаси та вологомісткості рослин, впливу на них метеоумов, агрохімікатів та важких металів; • ідентифікація мінерального складу ґрунтів і гірських порід; • оцінка вмісту завислих речовин і нафтопродуктів у воді поверхневих водних об’єктів. Ландшафтно-індикаційні (рекогносцирувальні) дослідження виконують з метою виявлення характерних зовнішніх (наочних) особливостей місцевості (інженерно-геологічних, гідрогеологічних, геоморфологічних, агромеліоративних та ін.), що дає можливість більш цілеспрямовано проводити екологічні дослідження, раціоналізувати мережу пунктів спостережень з урахуванням направленості змін рівнів забруднення навколишнього середовища. Геохімічні дослідження ландшафтів включають роботи з вивчення геохімічних характеристик різних компонентів природного середовища, що дозволяє виконувати балансові розрахунки і, таким чином, оцінювати кількісні характеристики міграції забруднюючих речовин. У найбільш повному вигляді 392

геохімічні дослідження ландшафтів включають в себе комплекс робіт з вивчення: • геохімії ґрунтів і порід зони аерації; • гідрогеохімії підземних вод; • геохімії донних відкладень водотоків і водойм; • біогеохімії представницьких рослинних угруповань; • гідрохімії атмосферних опадів і поверхневих вод. Кінцевою метою геохімічних досліджень є районування (типізація) геохімічних ландшафтів, в основу якого мають бути покладені територіальні відмінності умов накопичення та мігpації природних і техногенних неорганічних та органічних речовин. Гідрохімічне вивчення підземних вод здійснюють пробовідбором з природних джерел, криниць і гідрогеологічних свердловин. Обсяги цих досліджень визначають у кожному конкретному випадку, виходячи з можливості відбору проб, природної захищеності водоносних горизонтів та рівнів техногенних порушень досліджуваної території. Біогеохімічні дослідження проводять шляхом вивчення речовинного складу рослинності, насамперед її мікрокомпонентного складу (при вивченні впливу на навколишнє середовище будь-якого специфічного забруднювача вивчення біоти доцільно здійснювати саме за цим показником). При вивченні вмісту мікрокомпонентів у рослинах доцільним є використання матеріалів аерофотозйомки у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах, що дозволяє виділити зони, де хлорофіл рослин збагачений цими компонентами. Біогеохімічному випробовуванню підлягають молоді рослини чи паростки 3-5-pічного віку, бажано одного виду, характерного і розповсюдженого в межах полігону. Досліджують також трав’яну рослинність, лишайники, мохи, опале листя після сніготанення. На сільськогосподарських угіддях випробуванню підлягають рослини та продукція сільгоспвиробництва. Ґрунтово-газові дослідження використовують для вивчення: • активних зон тектонічних порушень; • техногенних забруднень вуглеводнями підземних вод чи порід у випадку, якщо забруднення не проявляється на поверхні; • летких забруднювачів. Гідрогеологічні дослідження спрямовані на вивчення гідрохімічних, гідродинамічних і гідрофізичних особливостей стану підземних вод та їх змін у просторі й часі. Схеми розташування гідрогеологічних пунктів спостережень, обсяги і режими досліджень визначаються конкретною природно-техногенною обстановкою.

393

Найважче побачити те, що прямо перед тобою. Ґете

8.2.2.1. Дистанційні методи дослідження навколишнього середовища Науковий прогрес та досягнення техніки відкрили можливості для розробки якісно нових дистанційних методів спостереження та вивчення як навколишнього середовища, так і елементів біосфери за допомогою літальних повітряних та космічних апаратів. Дистанційні методи - це комплекс апаратурних та методичних розробок, що дозволяє отримувати й інтерпретувати фото-, кіно- та телевізійні зображення, спектральні картини природних і штучних утворень, які доставляються або передаються з аерокосмічних засобів спостереження. До дистанційних методів також відносяться спостереження за середовищем за допомогою приладів, встановлених у важкодоступних місцях Землі, результати вимірів яких автоматично передаються у центри спостереження та збору інформації. Розробка та використання дистанційних методів вивчення природного середовища, слідкування за станом довкілля і його змінами розглядаються нині як самостійний і перспективний напрямок, що у сукупності є дистанційним моніторингом. Головними, практично значимими перевагами дистанційних методів моніторингу є інтеграція: • горизонтальна - отримання на одному зображенні великих ділянок поверхні Землі; • вертикальна - отримання на одному зображенні різних компонентів ландшафту: літосфери, гідросфери, біосфери, антропосфери та атмосфери; • динамічна - отримання однією реєструючою системою послідовних зображень тієї самої території через певні проміжки часу. Зображення, що отримують методами дистанційного моніторингу, відповідно до рівня їх просторової інтеграції поділяють на такі три категорії [104]: • глобальні - знімки та спектри всієї (або майже всієї) освітленої частини поверхні Землі; • регіональні, що охоплюють значні площі географічних районів і країн; • локальні, які дають уявлення про віддалені райони і ландшафти. Використання системи дистанційних досліджень і відповідної техніки дозволяє [114]: • виявляти сторонні речовини у навколишньому середовищі; • ідентифікувати специфічні забруднювачі та класифікувати їх; • спостерігати за вирівнюванням концентрацій забруднень через певні проміжки часу; • контролювати джерела, рух та долю забруднень; • виявляти вплив забруднень на навколишнє середовище; 394

• оцінювати якісний стан довкілля, його чутливість до факторів негативного впливу та отримувати відомості для планування і моделювання стану довкілля; • вивчати та освоювати природні ресурси (геологічні, рослинні, ґрунтові, водні, промислові); • визначати дрейф морських криг; • виявляти та прогнозувати зміни у регіональній системі міських зон тощо. Робота приладів для дистанційних досліджень ґрунтується на вибірковому поглинанні та відбиванні радіації природними утвореннями і біологічними об’єктами в інфрачервоному, видимому та ультрафіолетовому діапазонах спектра сонячного випромінювання або штучних джерел оптичного та радіодіапазонів. Ці прилади конструктивно оформлюють в лазерні та радарні скануючі системи і встановлюють на літальних апаратах та супутниках. Найзручнішою для дистанційних вимірювань частиною спектра є середня інфрачервона, де більшість забруднень має свої специфічні спектри поглинання. Спостереження можуть здійснюватися як вдень, так і вночі. Особливо незамінними дистанційні дослідження є у важкодоступних районах - непрохідних тропічних лісах, Арктиці тощо [7]. 8.2.2.2. Дистанційне вивчення атмосфери Досить широко дистанційні методи застосовують при вивченні атмосфери, зокрема для отримання даних про повітряні забруднення, їх типи, концентрації та джерела. Перевагою дистанційних вимірювань є можливість безперервного визначення середніх концентрацій шкідливих речовин по площі (на відміну від звичайних методів, які дають концентрацію тільки в одній точці), а також оцінки вертикального розподілу домішок, які характеризують потенціал забруднення. До того ж дистанційні методи дозволяють оцінювати рух забруднюючих речовин в атмосфері без аналізу проб в різних пунктах і, таким чином, встановлювати вплив джерела забруднення, розташованого на віддалі кількох кілометрів і прогнозувати загрозливі ситуації [104]. Успішне функціонування космічних систем різних країн світу дає великий обсяг супутникової метеорологічної інформації. Значна кількість та глобальність цих даних дозволяє використовувати їх для кліматологічних досліджень. Здійснюється узагальнення результатів у галузі супутникової кліматології, включаючи розробку класифікації хмарності та встановлення закономірностей планетарного розподілу хмарного покриву, визначаються місця утворення та напрямок переміщення циклонів, тайфунів, пилових бур, аерозольних та газоподібних забруднювачів. Починаючи з 60-х років, в світі здійснюються регулярні запуски метеорологічних супутників: радянських серій “Космос”, “Метеор” (останні об’єднані у космічну метеорологічну систему “Метеор”), американських серій “Тірос”, 395

“Есса”, “Німбус” тощо. За одну годину супутник здатний накопичувати і передавати інформацію з площі 30 тис.км2. За допомогою дистанційної зйомки можна виявляти і оцінювати скупчення, водність хмар, ділянки підвищених градієнтів температури та вологості повітря, розподіл інтенсивності й кількості атмосферних опадів, транспірацію, вологість ґрунту, сніговий покрив, інтенсивність потоків ґрунтових та поверхневих вод [10]. 8.2.2.3. Дистанційне вивчення водного середовища Отримані з космосу фотографії та телевізійні зображення широко використовуються при вивченні забруднення Світового океану, структури і напрямків морських течій, льодового покриву, танення льоду тощо. З орбіти досліджуються водні ресурси нашої планети. На фотографіях чітко видно снігові та льодові покриви. Визначення співвідношення площ територій, вкритих та невкритих снігом, становить значний інтерес для прогнозування повеней. Знімки дають можливість встановлювати заплави та дельти річок, що покриваються водою, давні русла, якість води крупних водойм та водотоків. Аналіз знімків дозволяє охарактеризувати засоленість прибережних зон, водну ерозію, області виходу підземних вод на поверхню. Всесвітня гідробіологічна служба, створена на базі орбітальних станцій, дає можливість отримати вичерпне уявлення про водні ресурси Землі та розробити наукові рекомендації щодо їх раціонального використання, що є важливим з огляду на загрозу хронічного водного голоду, перед яким стоїть людство. Вивчення забруднення Світового океану - один з аспектів загальної проблеми забруднення водного середовища. До головних забруднювачів океану, які визначаються за допомогою дистанційних методів, відносяться: нафта, побутові та сільськогосподарські стоки, радіоактивні речовини і термальні води. За допомогою приладів, встановлених на патрульних літаках, виявляють забруднення води по зміні її температури та кольору. Температура водної поверхні фіксується детекторами з точністю, що перевищує 0.5°С. Для визначення змін кольору використовують двоканальну оптико-механічну систему, яка реєструє довго- та короткохвильову радіацію. Чутливість такого методу виявлення і фіксації забруднених вод значно вища, ніж способів, що ґрунтуються на хімічному аналізі проб води. Основним і досить важливим показником стану Світового океану є його первинна продуктивність, яка зумовлена кількістю фітопланктону або його біомаси. Кількість біомаси легко визначити по вмісту хлорофілу, оскільки існує тісний зв’язок між цими величинами. Значну допомогу в цьому можуть надати дистанційні вимірювання, які здійснюються із супутників та інших літальних апаратів. Застосовують спектрографічні та спектрометричні методи, основані на відбиванні видимого світла або лазерного випромінювання від фітопланктону, включаючи також флуоресцентне випромінювання. 396

Особливої актуальності дистанційний моніторинг водних екосистем набув у зв’язку з інтенсивним антропогенним впливом на них. Результати такого впливу відчуваються і в центральних частинах акваторії Світового океану, де без дистанційних методів неможливо отримати необхідну інформацію. Значна частина вимірювань і досліджень виконується безпосередньо на поверхні океану за допомогою науково-дослідних експедиційних суден, а також радіотелеметричних океанографічних буїв. На цих буях встановлюють датчики для вимірювання необхідних параметрів, джерела живлення, пристрої для запису інформації та радіоапаратуру для передачі даних по радіоканалах на суднові або наземні приймальні станції. Буї стоять на якорях або дрейфують. 8.2.2.4. Дистанційне дослідження суші Останнім часом все більшого поширення набувають сучасні методи дистанційного дослідження ділянок суші земної поверхні із застосуванням супутників, лазерної і радарної техніки. Iснує різноманітна апаратура для радарної аерозйомки (РАЗ), яка дає оперативну та детальну інформацію. РАЗ є потужним узагальнюючим способом вивчення ландшафтних особливостей. Всепогодність методу дозволяє здійснювати зйомку у критичний фенологічний період, коли відмінності рослинних асоціацій виражені найбільш чітко [6]. За допомогою матеріалів, отриманих радарними чи лазерними скануючими системами, встановленими на літальних апаратах, можна визначити висоту дерев, кількість рослин, виміряти потік енергії, що входить в екосистему та виходить з неї (співвідношення поглинутої та відбитої радіації), отримати дані, які дозволяють передбачити поширення і статистичні параметри рослинності в зонах, де немає наземного контролю. Особливо перспективними є лазерні дослідження, за допомогою яких можна здійснити облік пасовищ або ділянок, що обробляються, локалізувати та виміряти осередки поширення фітопатогенних факторів, виявити лісові пожежі тощо. За допомогою аерофотозйомки та дешифрування отриманих знімків можна визначити зімкнутість та щільність лісу, провести лісопатологічні дослідження. Сухостій у насадженнях в більшості випадків надійно виділяється за допомогою спектрозональних аерознімків. Деревостани та окремі дерева, пошкоджені пожежею, ентомо- та фітошкідниками, за характером зображення помітно відрізняються на аерознімках від здорових дерев. Аерофотозйомка, що здійснюється після пожежі у важкодоступній місцевості, дає можливість визначити вид пожежі і ступінь пошкодження насаджень, а також намітити різні лісогосподарські заходи [111]. При ґрунтово-метеорологічних та фітомеліоративних роботах дешифруванням знімків рослинності вирішується багато завдань: встановлення динаміки та прогнозування рівнів ґрунтових вод, складання карт інтенсивності транспірації, об’єктивна індикація при ґрунтових, гідрологічних, геоморфоло397

гічних дослідженнях, а також визначення рослинних ресурсів в зоні впливу меліоративних споруд, прогнозування еволюції ландшафту в природних умовах та при антропогенному впливі. Дистанційні дослідження знаходять застосування і в сільському господарстві. Різноманітні форми впливу людини на природні ландшафти, як правило, добре розпізнаються на аерознімках. На середньомасштабних аерознімках (1 : 25 000) розрізняють основні типи культур і дуже окультурені ландшафти, на крупномасштабних (1 : 10 000) - всі типи окультурених ландшафтів. При сільськогосподарському дешифруванні знімків велике значення має розпізнавання культурної рослинності, вторинної рослинності цілини та культуро-технічного становища пасовищ і сіножатей [111]. За тоном рисунку фотозображення на аерознімках дешифрують границі розораних земель, стан посівів, склад культур та ґрунтові умови. Хліба утворюють суцільний гомогенний тон з помітною лінійною текстурою рядкового посіву. На аерознімках можна також розпізнати поля просапних культур (картоплі, буряку), посіви трав, зрошувальні землі, визначити фізіологічний стан посівів (ступінь розвитку, засміченість), зробити прогнози врожаю тощо [6, 7]. Особливо інформативними є спектрозональні знімки рослинного покриву, штучних насаджень та посівів різних культур, які отримують синхронним фотографуванням об’єктів в різних спектральних областях з наступним суміщенням та синтезом зображення. Неможна нічого сказати про глибину калюжі, поки не потрапиш у неї. Закон Міллера

8.2.3. Методи аналітичних визначень складу і властивостей природних компонентів Методи аналітичних визначень складу і властивостей проб об’єктів довкілля, викидів та скидів забруднюючих речовин у них поділяють на хімічні, фізико-хімічні та фізичні (табл.8.3). До хімічних методів аналізу відносять вагові, об’ємні, рідше калориметричні та електрохімічні методи, які, незважаючи на тривалість виконання аналізу, трудомісткість та інші недоліки, і дотепер досить широко застосовуються при визначенні показників стану навколишнього середовища.

398

Табл.8.3. Методи кількісного хімічного аналізу [76] Хімічні методи аналізу 1 Гравіметричний (ваговий) 2 Об’ємний (титрометричний): 2.1 нейтралізації 2.2 окислення-відновлення 2.3 осадження 2.4 комплексоутворення 3 Об’ємний седиментаційний 4 Об’ємний газовий Фізико-хімічні та фізичні методи аналізу 5 Електрохімічні: 5.1 потенціометрія 5.2 потенціометричне титрування 5.3 вольтамперометрія 5.4 вольтамперометричне титрування 5.5 потенціометричне титрування при постійному струмі, інверсійна вольтамперометрія 5.6 хронопотенціометрія 5.7 електроліз 5.8 кулонометрія 5.9 змінно-струмова полярографія 5.10 осцилополярографія 5.11 кондуктометрія 5.12 кондуктометричне титрування 6 Спектральні методи аналізу: 6.1 емісійна спектроскопія: 6.1.1 в дузі постійного струму 6.1.2 іскрова 6.1.3 графітової іскри 6.2 абсорбційна спектрофотометрія та оптичні методи: 6.2.1 спектрофотометрія: 6.2.1.1 видима 6.2.1.2 ультрафіолетова 6.2.1.3 інфрачервона 6.2.2 колориметрія 6.2.3 турбодиметрія 6.2.4 нефелометрія 6.2.5 флуоресценція 6.2.6 фотометрія полум’я 6.3 атомно-абсорбційні методи: 6.3.1 полуменева атомізація 6.3.2 графітова кювета 6.3.3 індуктивно-зв’язана плазма 6.4 рентген-флуоресцентний аналіз 6.5 спектроскопія магнітного резонансу

6.6 ЯМР-спектроскопія 6.7 ЕПР-спектроскопія 7 Хроматографія: 7.1 газова: 7.1.1 газорідинна з використанням детекторів: 7.1.1.1 термокондуктометричного (катарометра) 7.1.1.2 полуменево-іонізаційного 7.1.1.3 електрон-захоплювального 7.1.1.4 мікрокулонометричного 7.1.1.5 термоіонного 7.1.2 адсорбційна 7.2 рідинна колоночна 7.2.1 високоефективна зворотно-фазова з використанням детекторів: 7.2.1.1 фотометричного 7.2.1.2 рефрактометричного 7.2.1.3 флуоресцентного 7.2.1.4 поляриметричного 7.2.1.5 електрохімічного 7.2.2 адсорбційна 7.2.3 іонообмінна 7.3 тонкошарова 7.3.1 адсорбційна 7.3.2 зворотно-фазова 7.3.3 іонообмінна 7.4 паперова 7.4.1 адсорбційна 7.4.2 іонообмінна 7.5 хромато-мас-спектрометрія 8 Тестові методи аналізу: 8.1 кольорові реакції на підложках 8.2 кольорові реакції в тонкому шарі адсорбенту 8.3 кольорові реакції в розчинах 8.4 печатні реагентні засоби 8.5 плівкові 8.6 таблетки нітрогліцерину, поліфталату, целюлози та інші, насичені реагентами 8.7 реактивні індикаторні бумаги 8.8 колориметричні трубки 9 Радіометричні: 9.1 ізотопного розбавлення 9.2 радіоактиваційний аналіз 10 Мас-спектрометрія

Фізико-хімічні методи аналізу ґрунтуються на вимірюванні різних фізичних властивостей сполук чи простих речовин з використанням відповідних 399

приладів. Вимірюють густину, поверхневе натяжіння, в’язкість, поглинання променевої енергії (рентгенівського, ультрафіолетового, видимого, інфрачервоного випромінювання та мікрохвиль), помутніння, випромінювання радіації (внаслідок збудження), комбінаційне розсіювання світла, обертання площини поляризації світла, показник переломлення, дисперсію, флуоресценцію і фосфоресценцію, дифракцію рентгенівських променів і електронів, ядерний магнітний та електронний парамагнітний резонанси, ядерний гамма-резонанс, електричну провідність, діелектричну постійну, магнітне сприйняття, температуру фазових перетворень (кипіння, плавлення, кристалізації тощо), теплоту реакції (горіння, нейтралізації і т.п.), радіоактивність та інші фізичні властивості. Інструментальні (фізичні) методи аналізу - це кількісні аналітичні методи, для виконання яких необхідна електрохімічна, оптична, радіохімічна та інша апаратура. До цих методів зазвичай відносять такі: • електрохімічні методи - потенціометрію, вольтамперометрію, полярографію, кулонометрію, кондуктометрію тощо; • методи, що ґрунтуються на емісії чи абсорбції випромінювання: емісійний та абсорбційний спектральний аналіз (фотометрія в ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному діапазонах спектра), у тому числі спектрофотометрія, флуориметрія, турбодиметрія, нефелометрія, комбінаційне розсіювання світла, рентгеноспектральний аналіз та ін.; • мас-спектрометрію, різні методи газового аналізу, методи, що ґрунтуються на вимірюванні радіоактивності (наприклад, радіоактиваційний аналіз), тощо. Далі наведені короткі відомості про методи і методики аналізу речовинного складу природних компонентів довкілля, що найбільш часто застосовують у лабораторних умовах. Рентгеноспектральний аналіз здійснюють такими трьома методами: • за первинними рентгенівськими спектрами випpомінювання; • за вторинними рентгенівськими спектрами випpомінювання (рентгенофлуоресцентний аналіз); • за спектрами поглинання (абсорбційний рентгеноспектральний аналіз). Метод аналізу за первинними спектрами застосовують для визначення вмісту важких елементів у середовищі, що складається переважно з легких компонентів. Цей метод використовують у рентгенівському мікроаналізі (так званому локальному аналізі). Рентгенофлуоресцентним методом можна аналізувати як тверді, так і рідинні проби природних компонентів. Діапазон визначення вмісту - від 0.0001 до 100 %, а точність кількісних визначень досягає 0.3 % відносних значень. 400

Метод рентгенофлуоресцентного аналізу (РФА) є багатоелементним, він дозволяє визначати одночасно більше 30 елементів. При використанні сучасних приладів процес аналізу повністю автоматизований. Метод є експресним, час аналізу однієї проби може бути доведений до 1-5 хвилин. Цей метод досить широко застосовують для аналізу ґрунтів, води, аерозолів у повітрі, рослин, харчових продуктів, крові та біологічних тканин. Серед фізичних методів дослідження органічних речовин найбільш ефективними є ультрафіолетова та інфрачервона спектроскопія, ядерний магнітний резонанс, які застосовуються для встановлення властивостей і структури складних органічних речовин природного та техногенного походження у компонентах навколишнього середовища. Основним недоліком методу ядерного магнітного резонансу (ЯМР) є його низька чутливість навіть у порівнянні з інфрачервоною спектроскопією. Складність визначення органічних забpуднюючих pечовин, що містяться в об’єктах навколишнього сеpедовища, обумовлена багатьма причинами, основними з яких є їх малий вміст і велике розмаїття як за складом, так і за агрегатним станом. Забруднюючі речовини у компонентах навколишнього середовища можуть знаходитися в різних агрегатних станах, тоді як проби для дослідження методом ЯМР-спектроскопії повинні надаватися тільки у вигляді нев’язких рідин (розчинів). Приблизно аналогічні задачі вирішують методом електронно-парамагнітного резонансу (ЕПР), однак зразки можуть бути як в рідкому, так і в твердому стані. На відміну від методів ЕПР та ЯМР, де енергія електромагнітного поля поглинається окремими електронами чи ядрами речовини при зміні квантового стану, інфрачервона спектроскопія ґрунтується на явищі резонансного чи нерезонансного поглинання окpемими атомами та молекулами речовини інфрачервоного випромінювання (частини електромагнітного спектру, яка знаходиться між видимою і мікрохвильовою областями). Спектральні виміри в інфрачервоній області дозволяють проводити дослідження газів, рідин і твердих тіл. Серед методів атомної спектроскопії практичного використання набули три методи: атомно-емісійна спектроскопія (АЕС), атомно-флуоресцентна (АФС) та атомно-абсорбційна спектрометрії (ААС). В апаратурному відношенні найбільш простим із цих методів є атомноемісійний аналіз, при якому атоми збуджуються термічним способом (полум’я, дуга, іскра, плазменні джерела). Використання цього методу для аналітичних цілей потребує підтримки постійної температури джеpела, що на практиці реалізувати досить важко. Атомно-флуоресцентний метод ґрунтується на фотонному збудженні електронів. Чутливість методу залежить від інтенсивності збуджуючого випромінювання. Оскільки існуючі джеpела такого випромінювання є відносно 401

слабкими, чутливість атомно-флуоресцентного методу аналізу менша, ніж інших методів атомної спектрометрії. Метод атомно-абсорбційної спектрометрії ґрунтується на поглинанні ультрафіолетового чи видимого випромінювання атомами газу. При мас-спектрометричному аналізі досліджувана речовина бомбардується пучком електронів, після чого проводиться кількісна реєстрація утворених позитивних іонів, які являють собою фрагменти (уламки) молекул сполуки, що аналізується. Мас-спектрометрія знаходить своє основне застосування при визначенні ізотопного складу речовин та при дослідженнях органічних сполук для підтвердження або встановлення їх структури. Мас-спектрометрію застосовують також для встановлення виду забруднень і підтвердження структури токсичних сполук, наприклад, для визначення у природних водах вмісту такого сильного токсичного забруднювача, як діоксин, що характеризується надзвичайно низькою гранично допустимою концентрацією (згідно норм країн Західної Європи ГДК діоксину у питній воді становить 5·10-11 мг/л). Спектральним аналізом визначають речовинний (елементний) склад зразків за їх спектром в оптичній області, збудженим за допомогою гарячих джерел (газове полум’я, електрична дуга, іскра, плазма, лазерне випромінювання тощо). Емісійний спектральний аналіз (кількісний і напівкількісний) широко застосовується при вивченні складу мінеральних pечовин і має ряд переваг перед іншими методами аналізу, основними з яких є: • висока чутливість (0.01-0.0001 %); • мала кількість речовини для аналізу (від 10 до 100 мг); • низька вартість; • універсальність - можливість одночасного визначення в одній пробі до 10-20 елементів і більше (при напівкількісному аналізі - до 50-70 елементів); • документальність - можливість уточнення і перевірки результатів визначення за спектрограмою. Сьогодні спектральний аналіз дозволяє визначити у мінеральних речовинах вміст майже всіх хімічних елементів, крім інертних газів, водню, кисню та азоту. Для визначення хлору, брому, йоду, вуглецю, сірки і селену необхідні особливі умови проведення аналізу, тому цим методом їх визначають дуже рідко. Залежно від цілей вивчення властивостей природних компонентів використовують різні методики, які встановлюють раціональні способи і засоби для отримання бажаних результатів. Наприклад, визначення компонентного складу домішок, присутніх у пробах прісних пpиpодних вод і атмосферних опадів, можуть здійснюватися за кількома методиками, які потребують відповідної пpобопідготовки (способу відбору і об’єму проб, застосування того чи іншого консерванту, дотримання нормативних строків збереження пpоб то402

що) та приладового устаткування. На практиці найчастіше викоpистовують методики, за якими здійснюються: • повний хімічний аналіз (ПХА), згідно якого визначають: pH, натрій, калій, кальцій, магній, амоній, стронцій, літій, рубідій, цезій, залізо, бор, кремній, карбонати, гідрокарбонати, хлориди, сульфати, нітрати, нітрити, фосфати, броміди, йодиди, сухий залишок, окисність; • мікрокомпонентний аналіз: берилій, марганець, молібден, радій, селен, срібло, уран, алюміній, залізо, золото, кадмій, кобальт, мідь, нікель, свинець, цинк, боp, ванадій, вісмут, вольфрам, галій, германій, індій, ітpій, літій, миш’як, pеній, pубідій, скандій, стронцій, талій, телур, титан, торій, хром, цезій, ртуть, сурму; • макрокомпонентний аналіз: pH, гідрокарбонати, карбонати, хлориди, сульфати, нітрати, вуглець органічних сполук, натрій, калій, кальцій, магній, стронцій, літій, рубідій, цезій; • наближено-кількісний аналіз сухого залишку природних вод і атмосферних опадів, згідно якого визначають 42 елементи; • аналіз газових складових води: азот, водень, гелій, діоксид вуглецю, кисень, метан, етан, етилен, пропан, бутан, ізобутан, пропілен, сірководень, сульфіди, аміак, хлористий водень, аpсин, фосфін; • аналіз неорганічних сполук: pоданіди, ціаніди, двоокис кремнію, кислоти (соляна, сірчана, азотна, фосфорна, фтористоводнева); • аналіз ізотопів і pадіонуклідів: азот-15, дейтерій, кисень-18, тритій, стpонцій-90, вуглець-14, pадій-226, pадон-222, уpан-238, уpан-234, торій, калій-40; • аналіз розчинених органічних речовин: азот та вуглець оpганічних сполук, ароматичні вуглеводні та їх похідні (бензол, толуол, стирол, ксилоли, феноли леткі та сумарні, бенз(а)піpен, нафтенові кислоти, бензин, гас, інші нафтопродукти, смоли, асфальт), пестициди (ГХЦГ, ДДТ, ДДЕ, тpефпан, метафос, карбофос), гербіциди, галогеноpганічні сполуки (дихлоpметан, дихлоpтолуол, тpихлоpетилен, етилхлорид, хлороформ, чотирихлористий вуглець, діоксин), органічні спирти (метиловий, етиловий, пpопіловий, ізопpопіловий, H-бутиловий, ізобутиловий), ацетон, формальдегід, бітуми, гумусові речовини, леткі жирні кислоти, капролактам, ксантогенат бутиловий, тетpаетилсвинець. ГIС - це можливість нового погляду на навколишній світ як на єдине ціле.

8.2.4. Геоінформаційні системи і технології Прискорені темпи змін стану навколишнього середовища під впливом антропогенної діяльності обумовлюють необхідність застосування дедалі більш ефективних і гнучких форм та способів збору, збереження, аналізу і наочного відображення просторової інформації з можливістю її практичного викорис403

тання для цілей екологічного управління. Ефективним способом вирішення цих завдань є застосування географічних інформаційних систем (ГIС) і технологій, які дозволяють швидко та комплексно інтерпретувати накопичені дані, що мають просторову прив’язку, зручно маніпулювати ними та оперативно оновлювати інформацію, здійснювати її аналіз і синтез у поєднанні із системним прийняттям управлінських рішень на локальному, регіональному та глобальному рівнях. Ця технологія дозволяє зібрати разом та проаналізувати різну, на перший погляд мало зв’язану між собою інформацію, отримати оснований на масовому фактичному матеріалі узагальнений погляд на навколишній світ, кількісно та якісно проаналізувати взаємні зв’язки між параметрами, що його характеризують, та процесами, які в ньому відбуваються. Результатом застосування ГIС є підвищення ефективності та економічності управління використанням природних ресурсів, а також можливість стратегічного планування природоохоронних заходів. ГIС - це сучасна комп’ютерна технологія для картографування та аналізу об’єктів реального світу, а також подій, що відбуваються на нашій планеті, у нашому житті та діяльності. Iншими словами, ГIС - це технологія, що об’єднує традиційні операції при роботі з базами даних (такі як запит та статистичний аналіз) з перевагами повноцінної візуалізації та географічного (просторового) аналізу, які надає карта. Ці можливості відрізняють ГIС від інших інформаційних систем і забезпечують унікальні можливості для її застосування при вирішенні широкого спектру завдань, зв’язаних з аналізом і прогнозом явищ та подій навколишнього світу, з усвідомленням і виділенням головних факторів, причин і можливих наслідків, з плануванням стратегічних рішень та прогнозуванням наслідків запланованих заходів. ГIС є важливим засобом розуміння і управління станом навколишнього середовища. Всім відоме прислів’я “За деревами лісу не видно”, що відображає ситуацію, яка часто виникає в екологічному управлінні. У наявності є величезна кількість інформації, що зберігається на паперових чи магнітних носіях, але спроба її інтерпретувати у відповідному контексті нагадує “перебування серед дерев”. Тільки візуалізація інформації на карті дозволяє “піднятися над вершинами дерев”, об’єднати окремі елементи в єдине ціле і “побачити ліс за деревами”. Геоінформаційні системи є досить новою галуззю, що об’єднує сучасну інформаційну науку і технологію з наукою про землю (територію). Проте, незважаючи на свій порівняно “молодий вік”, ГIС є однією з найдинамічніших галузей інформаційних технологій. ГIС почали розроблятися на початку сімдесятих років ХХ ст. і перше застосування знайшли у ландшафтній архітектурі та генеральному плануванні. Нині ж цю технологію застосовують практично в усіх сферах людської діяльності - чи то аналіз таких глобальних проблем, як перенаселення, забруднення територій, голод, перевиробництво сільськогосподарської продукції, скоро404

чення лісових угідь, природні катастрофи, або ж вирішення окремих практичних завдань - пошук найкращого маршруту руху між пунктами, підбір оптимального розташування нового підприємства, пошук будинку за його адресою, прокладання трубопроводу чи лінії еклектропередач на місцевості, різноманітні муніципальні задачі, реєстрація земельної власності тощо. Проте ГIС - це не тільки інформаційно-пошукова й довідкова система для організації запитів типу “Що це?” і “Де це знаходиться?”. ГIС надає звичайним системам управління базами даних нової функції аналізу просторових взаємовідносин між об’єктами: “Що знаходиться поруч?”, “Який шлях найкоротший?”, “З якими об’єктами межує даний об’єкт?”, “Положення яких об’єктів перетинається у просторі і на скільки?” і т.п. За допомогою ГIС можна програвати сценарії типу “Що буде в разі, якщо...” Геоінформаційні системи і технології застосовують всюди, де необхідно враховувати, обробляти і демонструвати територіально розподілену інформацію. Особливо це стосується установ, діяльність яких цілком пов’язана із земною поверхнею (кадастрові й екологічні служби, розвідка та видобуток корисних копалин тощо). ГIС широко застосовують і в екологічних дослідженнях: управління природними ресурсами, сільськогосподарськими угіддями, аналіз розташування джерел забруднення довкілля і об’єктів екологічного ризику, антропогенного навантаження територій, місць проживання диких тварин, планування маршрутів (коридорів) їх міграції між заповідними територіями, виявлення масштабів і темпів деградації флори й фауни, ерозії ґрунтів, моделювання руху підземних вод і трекінг забруднення - ось тільки декілька можливих практичних застосувань ГIС у сфері екологічного захисту. Головне завдання ГIС у моніторингу навколишнього середовища полягає в утворенні спеціальних просторових систем даних, що є основою для побудови розрахункових моделей природних систем і процесів. Джерелами обновлюваної інформації можуть бути результати наземних зйомок або ж дистанційних спостережень. За допомогою ГIС зручно моделювати влив та розповсюдження забруднень від точкових та просторових джерел на місцевості, в атмосфері чи по гідрологічній мережі. Результати модельних розрахунків можна накладати на карти рослинності, житлових масивів, сільгоспугідь, що дозволяє оперативно оцінювати найближчі й віддалені наслідки таких екстремальних ситуацій, як аварійні забруднення довкілля нафтопродуктами та іншими шкідливими речовинами. Застосування ГIС є ефективним для виявлення причинно-наслідкових ланцюгів та взаємозв’язків, оцінки сприятливих і негативних наслідків природоохоронних заходів на екосистему в цілому та на її окремі компоненти, прийняття оперативних рішень по їх корегуванню залежно від зміни зовнішніх умов тощо. Основою ГIС є дані з просторовими координатами, зв’язані з конкретними об’єктами на місцевості. Просторова організація систем даних, які оформлюються в окремі тематичні шари цифрової карти, дає можливість співстав405

ляти різні типи даних та виявляти кореляційні залежності між ними. Тематичні шари карти можна довільним способом накладати один на одного, утворюючи нові сполучення вибраних даних, що дозволяє виявити нові закономірності природних процесів. Збереження інформації про реальний світ у вигляді набору тематичних шарів, які об’єднуються на основі географічного розташування, є простим і гнучким підходом, який довів свою цінність при вирішенні багатьох реальних задач - детального відображення існуючої обстановки та наслідків запланованих заходів, моделювання глобальної циркуляції атмосфери тощо. Інтегральні функціональні можливості ГIС найбільш яскраво проявляються та сприяють успішному проведенню спільних міжгалузевих досліджень. Вони забезпечують можливість об’єднання і накладання один на одного будь-яких типів даних, тільки б їх можна було зобразити на карті. До подібних досліджень, наприклад, відносяться: аналіз зв’язків між здоров’ям населення та різноманітними (природними, демографічними, економічними) факторами, кількісна оцінка впливу параметрів навколишнього середовища на стан локальних і регіональних екосистем та їх складових, виявлення чисельності та щільності ареалів поширення рідкісних видів рослин залежно від висоти місцевості, кута похилу та експозиції схилів тощо. У загальному випадку працююча ГIС включає в себе п’ять ключових складових: апаратні засоби, програмне забезпечення, дані, виконавців та методи. Апаратні засоби - це комп’ютер, на якому працює ГIС. Сучасні ГIС здатні працювати на різних типах комп’ютерних платформ - від централізованих серверів до окремих або зв’язаних мережею персональних комп’ютерів. Програмне забезпечення ГIС містить функції та інструменти, необхідні для збереження, аналізу і візуалізації географічної (просторової) інформації. Ключовими елементами програмних продуктів є наступні: інструменти для введення та оперування географічною інформацією; система управління базами даних (СУБД); інструменти підтримки просторових запитів, аналізу і візуалізації (відображення); графічний інтерфейс користувача (GUI) для зручного доступу до інструментів та функцій. Дані щодо просторового розташування об’єктів (географічна інформація) та зв’язані з ними описові (табличні) дані - це найбільш важливий компонент ГIС. В процесі управління просторовими даними ГIС інтегрує їх з іншими типами і джерелами даних, а також може використовувати СУБД, що застосовуються для вирішення інших завдань. Здатність зв’язувати описову інформацію, організовану у таблиці реляційної бази даних, з просторовими географічними об’єктами і є головною відмінністю ГIС від інших інформаційних систем. Саме наявність такого зв’язку й забезпечує широкий спектр можливостей ГIС. 406

Широке застосування ГIС неможливе без кваліфікованих виконавців людей, які працюють з програмними продуктами та розробляють плани їх використання для вирішення реальних задач. Користувачами ГIС можуть бути як технічні спеціалісти, що розробляють і підтримують систему, так і кінцеві користувачі, яким ГIС допомагає вирішувати поточні щоденні питання і проблеми. Успішність та ефективність (у тому числі й економічна) застосування ГIС значною мірою залежить від правильно складеного плану та правил роботи (методу), які складаються у відповідності зі специфікою завдань, що вирішуються у кожному конкретному випадку. Ядро ГIС становлять бази даних та аналітичні засоби для обробки координатно прив’язаної інформації. Будь-яка географічна інформація містить відомості щодо просторового розташування - чи то географічні або інші координати, чи то адресу, поштовий індекс, ідентифікатор земельної чи лісової ділянки, назву річки чи кілометрову позначку на магістралі тощо. При використанні подібних посилань для автоматичного визначення місця розташування чи положення об’єкта застосовується процедура, яка називається геокодуванням. З її допомогою можна швидко визначити, де знаходиться той чи інший об’єкт, де спостерігалося те чи інше явище, відбулася певна подія тощо. ГIС може працювати з двома типами просторових даних, що суттєво відрізняються один від одного - векторними і растровими. У векторній моделі інформація про точки, лінії та полігони кодується і зберігається у вигляді набору координат X, Y (в сучасних ГIС до них часто додають третю просторову та четверту часову координати). Векторна модель є особливо зручною для опису дискретних об’єктів і менше підходить для опису властивостей, що безперервно змінюються у просторі, таких як щільність населення чи концентрація забруднюючої речовини. Оптимальною для роботи з безперервними властивостями є растрова модель. Растрове зображення являє собою набір значень для окремих елементарних складових (комірок), воно є подібним до відсканованої карти або малюнка. Обидві моделі мають свої переваги і недоліки. Сучасні ГIС здатні працювати як з векторними, так і з растровими моделями даних. У загальному випадку ГIС здатні виконувати п’ять основних процедур (задач) з даними: введення, маніпулювання, управління, запит та аналіз і візуалізацію. Для можливості використання в ГIС дані мають бути перетворені у відповідний цифровий формат. Процес перетворення даних з паперових карт у комп’ютерні називають оцифровуванням. В сучасних ГIС цей процес може бути автоматизований з використанням сканерної технології, шляхом обробки аеро- та космічних знімків, що є особливо важливим при виконанні крупних проектів. При порівняно невеликому обсязі робіт дані можна вводити за 407

допомогою дигітайзера. Деякі ГIС мають вбудовані векторизатори, які автоматизують процес оцифровування растрових зображень. Iнколи для виконання конкретного проекту наявні дані необхідно додатково опрацьовувати відповідно до вимог системи (наприклад, для спільної обробки і візуалізації всі дані зручніше представляти в єдиному масштабі та в однаковій картографічній проекції). ГIС-технології надають багаті можливості для маніпулювання та відбору просторових даних, необхідних для вирішення конкретної задачі. У невеликих проектах географічна інформація може зберігатися у вигляді звичайних файлів, але при збільшенні обсягів інформації та зростанні кількості користувачів для зберігання, структурування й управління даними ефективніше застосовувати спеціальні комп’ютерні засоби для роботи з інтегрованими наборами даних - системи управління базами даних. В ГIС найбільш зручно використовувати реляційну структуру, при якій дані зберігаються у табличній формі, а для зв’язування таблиць застосовуються спільні поля. Цей підхід є достатньо гнучким і широко використовується в багатьох прикладних програмах. Сучасні ГIС мають багато потужних інструментів для просторового аналізу, серед яких найбільш важливими є два: аналіз близькості та аналіз накладання. Для проведення аналізу близькості об’єктів відносно один одного в ГIС застосовують процес, який називається буферизація. Він допомагає відповісти на питання типу: “Скільки будинків знаходиться не далі 100 м від цього підприємства?” Процес накладання включає інтеграцію даних, розташованих у різних тематичних шарах. У найпростішому випадку - це операція відображення, однак при деяких аналітичних операціях дані з різних шарів об’єднуються фізично. Для багатьох типів просторових операцій кінцевим результатом є представлення даних у вигляді карти або діаграми. Карта - дуже ефективний та інформативний спосіб зберігання, представлення і передачі географічної (просторової) інформації. ГIС надає нові вражаючі можливості, які розширюють і розвивають мистецтво та наукові основи картографії. Раніше карти були статичними і створювалися на століття. Впровадження ГIС забезпечує якісно новий шлях розвитку екологічного картографування. Завдяки перетворенню карт та інших видів інформації у цифрову форму ГIС дозволяє маніпулювати екологічними даними та відображати їх новими і вражаючими способами. Електронна карта, яка формується на екрані монітора, є динамічним об’єктом. За бажанням користувача можна легко змінити її масштаб, зміст, проекцію, спосіб відображення обстановки. Не викликає труднощів внесення будьяких корекцій. Комп’ютерні карти організовані пошарово, кожен шар містить певну множину об’єктів, за бажанням користувача можна включити або відключити окремі шари карти. В разі наявності відповідних периферійних пристроїв можна швидко отримати повнокольоровий аркуш карти або друкар408

ський видавничий оригінал. За допомогою ГIС візуалізація карт може бути легко доповнена звітами, тривимірними зображеннями, діаграмами, фотографіями та іншими засобами, наприклад, мультимедійними. Бачити легко, важко передбачити. Бенджамін Франклін

8.2.5. Методи прогнозування стану навколишнього природного середовища Екологічним прогнозуванням називають передбачення стійких змін у навколишньому природному середовищі, що відбуваються в результаті складних ланцюгових реакцій, зв’язаних як з безпосереднім впливом людства на довкілля, так і з віддаленими опосередкованими наслідками цих впливів. За масштабами передбачуваних явищ екологічні прогнози поділяють на: • глобальні (фізико-географічні); • регіональні (в межах кількох країн, одного материка, океану тощо); • національні (в межах країни); • локальні (для невеликих територій). За даними різних авторів нараховується від 100 до 250 методів прогнозу стану природного середовища, які можна об’єднати у три основні групи: методи експертної оцінки, екстраполювання та моделювання. Метод експертної оцінки (метод евристичного прогнозування або інтуїтивного передбачення - так званий метод Делфі) оснований на логічному моделюванні і полягає у вилученні прихованих в людині знань за допомогою штучних навідних запитань (маєвтика). Суть цього методу у сучасному розумінні зводиться до спеціалізованих експертних оцінок та математичної обробки анкет. Цей метод застосовують у випадках, коли об’єкти прогнозування не піддаються формалізації повністю чи частково. В основі методу лежить система отримання та обробки інформації шляхом цілеспрямованого індивідуального опитування експертів у вузькій галузі науки, техніки та виробництва. За допомогою методів експертної оцінки можна підвищити надійність прогнозів, отриманих іншими методами. Метод екстраполювання полягає у перенесенні даних, отриманих у певній області, на більш-менш обширні аналогічні площі або у розрахунку наступного ряду значень деякої властивості, виходячи з попереднього характеру кривої (продовження відомого ряду, існуючої тенденції на майбутній відрізок часу чи на поки що невідомий, але передбачуваний аналогічний простір). Iнколи до екстраполяції відносять пошук проміжних значень деякої властивості між відомими її значеннями - інтерполяцію прямолінійну, експоненціальну або за іншими заздалегідь відомими кривими змін. Метод екстраполювання використовують вибірково для короткострокових прогнозів. Застосовують його також у випадках, коли розвиток процесів протягом значного проміжку часу відбувається рівномірно, без значних стрибків. 409

Метод моделювання полягає у створенні спрощених версій реального світу, які називають моделями. У моделях знаходять відображення найсуттєвіші, найважливіші властивості та функції інколи складного та різноманітного процесу чи об’єкта. Модель може бути словесною (вербальною), графічною, статистичною чи математичною (у т.ч. комп’ютерною). При прогнозуванні наслідків антропогенних впливів на природне середовище зручно відрізняти геофізичні моделі (перенесення та перетворення забруднюючих речовин у навколишньому середовищі) та екологічні моделі (зміни стану екосистем під дією забруднення). Навіть у тому випадку, коли модель досить умовно відповідає реальному процесу чи об’єкту, вона є дуже корисною на перших етапах досліджень, оскільки виділяє ключові компоненти та взаємодії, що заслуговують найбільшої уваги. Робоча модель екологічної ситуації, зазвичай, включає такі чотири компоненти: • джерело енергії або іншу зовнішню силу; • властивості, які називають змінними часу; • напрямки потоків, які зв’язують властивості між собою та з діючими силами через потоки енергії та речовини; • взаємодії або функції взаємодій сил і властивостей, які змінюють, підсилюють та контролюють переміщення речовини і енергії або утворюють емерджентні властивості. Методи прогнозу в екології застосовують за допомогою таких спеціальних методик: • аналізу причинно-наслідкового ланцюга, або проведення аналогій (передбачається, що майбутній процес буде аналогічним за ланцюгом “причина-наслідок” до вже відомих явищ, які відбувалися у подібних умовах); • первинного поштовху (слабка, несуттєва у даний час зміна, що спостерігається, розглядається як така, що може перетворитися на сильну та високозначиму); • якісного стрибка (передбачення переходу слабкого росту у зверхекспоненціальний - варіант методу екстраполяції). Усі способи екологічного прогнозування мають обмеження, зв’язане з принципом неповноти інформації (принципом невизначеності), який полягає у наступному: інформація при проведенні акцій по перетворенню природи завжди є недостатньою для апріорного судження про всі можливі результати (особливо у віддаленій перспективі) заходу, що здійснюється. Це зв’язане з винятковою складністю природних систем, їх індивідуальною унікальністю та неминучістю природних ланцюгових реакцій, напрямок яких нерідко важко передбачити. Для зменшення ступеня невизначеності моделювання необхідно доповнювати безпосередніми дослідженнями у природі, натурними експериментами і з’ясуванням динаміки природних процесів. Принцип невизначенос410

ті служить важливим обмеженням у використанні методу аналогій при екологічному прогнозуванні, оскільки аналогія завжди є неповною через індивідуальність природних систем. Плоди науки - це прості плоди, точніше, плоди спрощення. Дж.Уейнберг

8.2.6. Iснуючі підходи щодо оцінки стану довкілля Оцінити якісно та кількісно стан навколишнього природного середовища, що знаходиться під впливом людської діяльності, є досить складним завданням, оскільки він визначається багатьма факторами. Важливо не тільки вибрати систему показників, визначити їх якісний характер та кількісні значення, але й інтерпретувати оцінку у формі, доступній для розуміння людей, що приймають природоохоронні рішення. На жаль, очевидним є той факт, що нині та у найближчій перспективі люди, які приймають рішення з екологічних питань (у широкому розумінні сюди входять не тільки чиновники екологічних, санітарно-гігієнічних і соціальних служб, але й керівники підприємств промисловості, транспорту тощо), аж ніяк не є спеціалістами у цій галузі. Крім того, якщо торкнутися проблеми екологічної освіти, що нині стала нагальною потребою, то також необхідні доступні для широкого кола людей форми опису та пояснення залежності якості їх життя від екологічного стану довкілля. У найбільш загальному вигляді оцінка екологічного стану певної території зводиться до визначення ступеня її антропогенного порушення, за яким умовно можна виділити такі три основні категорії: 1. Величина техногенного навантаження на довкілля перевищує допустимі рівні. Процес деградації, або девастації (від лат. devastatio - спустошення, знищення) природного середовища має необоротний характер, і більшість територіальних систем переходить в ранг “повністю зруйнована”. Забруднення атмосфери, гідросфери, педосфери і рослинності досягає критичних значень. Відродження нормального екологічного стану потребує якісно нових соціально-економічних підходів і значних капітальних вкладень. 2. Величина техногенного навантаження на довкілля зростає до критичних значень, але не перевищує девастаційного рівня. Навколишнє середовище стає дискомфортним для життєдіяльності. Розвиток екологічної обстановки на такій території може бути двозначним: − при відсутності системи контролю й управління природокористуванням можливий перехід до екологічної девастації; − при наявності ефективної системи контролю й управління можлива нормалізація антропогенного навантаження при збереженні промислово-сільськогосподарського комплексу території. 411

3. Величина техногенного навантаження на довкілля знаходиться у допустимих межах, що може обумовлюватися не тільки сприятливими антропогенними факторами, але й існуючою системою контролю та управління екологічною обстановкою на всій території. Внаслідок недостатнього рівня наших знань про явища, які мають місце у природних комплексах, сформувалася така концепція оцінки екологічної обстановки у довкіллі. Оцінку проводять шляхом порівняння достовірних показників якості природних компонентів з відповідними проектними значеннями та нормативними гранично допустимими величинами (згідно існуючих і майбутніх граничних навантажень на природні комплекси). Перевищення показників стану навколишнього середовища над проектними і нормативними величинами характеризує екологічну обстановку як несприятливу. Правильний вибір відповідних показників (параметрів) стану навколишнього середовища є досить важливим завданням. Показники мають характеризувати ключові риси антропогенного впливу на довкілля, описувати стан навколишнього середовища, дозволяти робити прогноз і оцінку його можливого стану та вибирати оптимальну стратегію. У загальному випадку якість довкілля можна охарактеризувати значною кількістю показників його стану та відповідних нормативів. Всі показники стану природного середовища можна умовно поділити на фізико-хімічні, біологічні, естетичні та соціально-економічні. Визначення одночасно всіх показників не завжди є необхідним та економічно доцільним. Практично в залежності від мети досліджень оцінка якості навколишнього середовища ґрунтується на обраних репрезентативних показниках, величини яких мають визначатися за уніфікованими методами аналізу якості компонентів довкілля. Реальна оцінка екологічної обстановки, а також процесів, що відбуваються у навколишньому середовищі, неможлива без застосування максимально достовірних критеріїв, тобто якісних чи кількісних ознак, взятих за основу класифікації стану природних систем. При багатоцільовому використанні природних об’єктів, коли для одних видів природокористування важливий синтез значної кількості продуктів тваринного і рослинного походження та високий ступінь промислового навантаження, а для інших - забезпечення максимальної швидкості самоочищення, самовідновлення довкілля, завдання щодо вибору критеріїв благополуччя природних об’єктів значно ускладнюється. Це пов’язане як з природною обмеженістю ресурсів, необхідних для задоволення всіх потреб господарства, так і з можливою суперечністю вимог до стану природних об’єктів з боку різних природокористувачів. У таких випадках необхідний пошук компромісних рішень, які враховують сукупність умов природокористування та благополуччя природних об’єктів. Оскільки кожному виду природокористування властива конкретна економічна та соціальна значимість, то, очевидно, система оцін412

ки стану довкілля повинна включати як екологічні, так і економічні та соціально-політичні критерії якості навколишнього середовища. Під екологічними критеріями розуміють комплекс ознак, що виходять з умови нормального функціонування екосистеми в часі та вимог природокористувачів. Екологічні критерії поділяють на такі: • критерії стану природних об’єктів як екологічних систем з урахуванням їх сталості (благополуччя1) та толерантності2; • критерії якості компонентів довкілля як природних ресурсів та факторів формування навколишнього середовища з урахуванням їх придатності для господарсько-побутових потреб і рекреації населення. Під економічними критеріями розуміють комплекс ознак, зв’язаних з рентабельністю використання природних ресурсів з урахуванням витрат на природоохоронні заходи. Економічні критерії якості довкілля відображають економічну ефективність його охорони від забруднення та виснаження. Поняття соціально-політичних критеріїв охоплює комплекс соціальнополітичних заходів, які здійснюються з метою захисту природних систем від забруднення у внутрішньому господарстві країн та у міжнародному співробітництві. Соціально-політичні критерії якості довкілля охоплюють регламентацію внутрішньодержавних та міжнародних природоохоронних відносин з урахуванням взаємних інтересів країн. При розробці методів комплексної оцінки якості довкілля визначилися два напрямки. Перший з них полягає в оцінці якості компонентів навколишнього середовища за допомогою різних класифікацій. Оцінка зводиться до визначення класу якості середовища по найгіршому показнику з числа тих, що розглядаються. Такий підхід набув поширення у країнах, що в минулому входили до складу СРСР або були членами Ради економічної взаємодопомоги (РЕВ). Спроби оптимізації програм контролю за забрудненням довкілля, розширення міжнародного співробітництва у галузі охорони природи стимулювали розвиток іншого напрямку - створення інтегральних оцінок якості навколишнього середовища, або індексів якості. В цьому випадку оцінка зводиться до отримання певного числового значення - індексу якості по сукупності значень обраних параметрів. Значну увагу розвитку цього напрямку приділяють у США, Канаді, Англії та інших країнах. Слід зазначити, що одне число аж ніяк не може передати всю повноту інформації про складну багатокомпонентну систему. Оскільки в інтегральну оцінку входить багато показників, по її значенню неможливо безпосередньо 1

Екологічне благополуччя природних об’єктів - стан рівноваги екосистем природних об’єктів з нормальною структурою, сталим функціонуванням та відтворенням основних компонентів, незважаючи на вплив антропогенних і природних чинників. 2 Толерантність - спроможність екосистем протистояти відхиленням факторів середовища від оптимальних значень. 413

визначити величину окремого показника, можна лише орієнтовно вказати діапазон його ймовірних значень. Проте індекси якості можуть застосовуватися в тих випадках, коли опис та оцінка всієї ситуації потребує надто багато часу, є коштовною або незручною для оперативного використання. У природокористуванні існує досить широке коло задач, де такого роду оцінки можуть успішно використовуватися (наприклад, при спостереженні за динамікою якості води та її наочній інтерпретації, оцінці ефективності роботи очисних споруд, прогнозуванні якості води та ефективності природоохоронних заходів тощо). Так, при складанні карти забруднення численність показників створює певні труднощі, особливо у випадках, коли по значенню деяких показників природні об’єкти можуть бути віднесенні до різних класів. Ці труднощі можна подолати шляхом виділення декількох основних показників, кожному з яких може бути надане певне умовне числове значення відповідно до величини цього показника та його важливості (вагомості) у загальній оцінці. Підсумовуючи умовні числові значення показників з наступним діленням на кількість ознак, можна отримати загальний показник забруднення, що має числовий вираз. Таким чином можна визначити ступінь забруднення довкілля і нанести його на карту, яка характеризує екологічний стан певної території. Ускладнювати - просто, спрощувати - складно. Закон Меєра

8.2.6.1. Оцінки якісного стану поверхневих вод Для вирішення багатьох водоохоронних завдань необхідна узагальнена інформація про стан водних об’єктів, яка дозволяє комплексно оцінювати як ступінь їх забрудненості, так і здатність до самоочищення. У даний час чітко прослідковується тенденція, з одного боку, посилення диференціації проблеми комплексних оцінок з метою більш детального вивчення її складових, які характеризують якість води по окремих показниках, а з іншого боку - інтеграції цих складових, що дозволяє отримати обґрунтовані висновки про якість води в цілому. В зв’язку з цим намітилися дві групи методів, які різняться між собою в першу чергу принципами їх розробки. До першої групи відносяться методи, які дозволяють оцінити якість води у вигляді набору різних характеристик, що класифікують її по гідрохімічних, гідробіологічних, мікробіологічних і гідрологічних показниках. Вони не дають однозначної оцінки якості води і відносять той самий стан водного об’єкта по окремих показниках до різних класів забрудненості. Неможливість віднесення стану води водного об’єкта в цілому до певного класу обмежує рамки широкого застосування цих методів у практичній роботі. До другої групи відносяться методи, які дозволяють однозначно оцінити якість води, і хоча одне число не може передати всю повноту інформації про таку складну багатокомпонентну систему, якою є поверхневі води, ці методи знаходять досить широке застосування. Крім того, вони дозволяють вирішу414

вати різноманітні завдання по встановленню рівня забрудненості у просторово-часовому аспекті і приймати однозначні рішення з різноманітних водоохоронних питань. Більш суттєво існуючі методи комплексної оцінки якості води відрізняються за цілями їх побудови, способами формалізації даних, встановленням та використанням критеріїв оцінки, обсягами і характером вихідної інформації. Серед різних способів вирішення зазначеної проблеми найдавнішим і в той же час найбільш поширеним у практичній діяльності є віднесення вод до деякої градації у певній системі класифікації водних об’єктів, яка ґрунтується на оцінці їх якісного стану. На даний час запропоновано багато класифікацій такого роду, які відрізняються кількістю класів (категорій), складом показників, що використовуються, їх групуванням, нормативними величинами, методами інтерпретації результатів спостережень тощо. В деяких країнах зазначені класифікації навіть доведені до рівня державних стандартів і нормативних документів. Як основні принципи їх побудови до останнього часу використовувалися або оцінка ступеня забрудненості вод, або аналіз придатності їх для певних видів водокористування. Деякі класифікації поєднували обидва ці підходи. Перші оцінки ступеня забрудненості вод (наприклад, класифікація водних об’єктів, розроблена Королівською комісією по стічних водах в Англії у 1912 р.) передбачали аналіз стану вод за фізико-хімічними показниками, що характеризували вплив на водний об’єкт основного на той час джерела забруднення - господарсько-побутових стічних вод. За зовнішніми ознаками забруднення водні об’єкти поділяли на 6 груп: дуже чисті, чисті, досить чисті, порівняно чисті, сумнівні і погані. В основу класифікації були покладені такі ознаки: запах, мутність, наявність чи відсутність риб, характер водної рослинності, дані хімічного аналізу - БПК5, окисність, амонійний, альбуміноїдний, нітратний азот, завислі речовини, хлор-іон та розчинений кисень. Шкала охоплювала водні об’єкти із вмістом амонійного азоту від 0.04 до 6.7 мг/л та БПК5 від 1 до 10 мг/л. Найбільшої уваги надавали величині БПК. Тій самій меті служила й перша класифікація природних вод, основана на гідробіологічних показниках, - так звана система сапробності1 Колквитця і Марсона (1909 р.). Оцінку стану водного об’єкта здійснювали за біологічними ознаками, встановленими в результаті дослідження його зоо- та фітонаселення. Система включала 4 зони, починаючи від олігосапробної області практично чистої води до полісапробної - ділянки дуже сильного забруднення, де розвиваються анаеробні гнилісні процеси. Проміжна область, яка позначається як мезосапробна, поділена на дві підзони - альфа (α), що за низкою ознак наближається до полісабробної зони, та бета (β), що межує з олігосапробною 1

Сапробність вод - рівень вмісту у воді органічних речовин, що розкладаються. 415

зоною. Для кожної зони наводились хімічні ознаки, найбільш тісно зв’язані з життям організмів: вміст газів - кисню, вуглекислоти, сірководню; мінеральних сполук - форми азоту та заліза. У систему були також включені й бактеріологічні показники (під останніми мається на увазі сапрофітна1 мікрофлора, оскільки прямий підрахунок бактерій на той час був ще не відомий). За хімічними ознаками олігосапробна зона характеризується наявністю азоту в окисленій формі, у вигляді нітратів. У воді присутній кисень, джерелом якого є як його дифузія з повітря, так і фотосинтез. Біохімічні процеси йдуть у бік окислення органічної речовини до мінеральних сполук вуглецю та азоту. Залізо присутнє в окисній формі, переважно у вигляді нерозчинного гідрату окису. Характерною особливістю олігосапробної зони є значне розмаїття видів рослинних і тваринних організмів, переважно автотрофних, у значній кількості присутня вища водна рослинність. Всі організми, що існують в олігосапробних водоймах, відрізняються значною потребою у кисні. При надходженні у водний об’єкт великої кількості органічної речовини з господарсько-побутовими та деякими виробничими стічними водами повністю змінюються умови водного середовища як місця існування організмів. У полісапробній зоні різко зменшується світлопроникність води, докорінно порушується природний газовий режим. Кисень щезає, у складі розчинених газів з’являються продукти анаеробного розпаду: сірководень, метан, водень, вода надміру збагачена вуглекислотою. Через відновні процеси та наявність сірководню утворюється сульфід заліза. Внаслідок слабкого розвитку автотрофних рослин головним джерелом постачання водойми киснем стає його надходження з повітря. У воді багато білкових речовин та продуктів початкових стадій розпаду складних органічних сполук. Окислені форми азотних сполук зазвичай відсутні, незначні їх кількості, що надходять з вищих ділянок річки, швидко відновлюються до амонійних солей. Може відбуватися відновлення окислених сполук сірки - сульфатів. Характерним компонентом населення полісапробної зони є сапрофітна мікрофлора. Вища водна рослинність представлена слабо. Кількість органічної речовини у мезосапробній зоні значно менша, ніж у полісапробній. В α-мезосапробній зоні азотмісткі речовини представлені продуктами розпаду білка: амінами, амінокислотами, солями амонію, які в β-мезосапробній зоні переходять у нітрити та нітрати, відновно-окисні процеси змінюються на окисні, вуглекислота та сірководень хоча й присутні, проте вміст їх поступово зменшується. Закисні форми заліза у донних відкладеннях переходять в окисні. Проба води, відібрана в α-мезосапробній зоні, ще загниває, а у β-мезосапробній цього вже не спостерігається. Зменшення доступної бактеріям органічної речовини призводить до зниження кількості сапрофіт1

Сапрофіт - рослина чи мікроорганізм, що живиться органічною речовиною мертвих організмів та виділеннями тварин. 416

них бактерій, яка все ж таки залишається високою - сотні тисяч в α-мезосапробній зоні та десятки тисяч в β-мезосапробній. Починає зростати кількість організмів, що продукують органічну речовину. Iз збільшенням антропогенного впливу на водні об’єкти та розширенням складу забруднюючих речовин, що надходять у поверхневі води, до класифікацій включалися все нові показники, головним чином фізико-хімічні та окремі бактеріологічні характеристики. Так, наприклад, запропонована С.М.Драчовим [22] класифікація водних об’єктів, що набула поширення в СРСР, передбачала оцінку якості вод приблизно по 20 параметрах, у тому числі по вмісту у воді розчиненого кисню, амонійного азоту, завислих речовин, нафти, БПК5, перманганатній окисності, біологічному показнику забруднення (індексу Хорасави), колі-титру, загальній кількості мікроорганізмів, наявності токсичних та радіоактивних речовин тощо. Відповідно до цієї класифікації виділено шість категорій якості води - дуже чисті, чисті, помірно забруднені, забруднені, брудні, дуже брудні - і визначено величини окремих інгредієнтів для кожної категорії. До категорії дуже чистих віднесені водойми, які знаходяться у природному стані, практично не зміненому діяльністю людини (такого роду річки і озера майже не залишилися в Україні). Досить придатними для питного водокористування є водні об’єкти з категорії чистих вод, які зберігають природний характер, хоча й мають сліди впливу побутової і виробничої діяльності людини. Ознакою цього, зазвичай, є деяке підвищення вмісту сапрофітної мікрофлори. Забруднення водного об’єкта за хімічними показниками на цій стадії майже не помітне. До категорії помірно забруднених віднесені водні об’єкти, в яких поруч із збільшенням несприятливих біологічних показників забруднення відмічається зростання вмісту амонійного азоту, незначне підвищення концентрації хлор-іону, окисності і БПК. До водних об’єктів цієї групи відносяться в багатьох випадках невеликі за розмірами річки і стави у населеній місцевості, що забруднюються за рахунок поверхневого стоку та побутового використання. До категорії забруднених включені річки й озера, природні властивості яких значно змінені скиданням зворотних вод, що помітно відбивається на хімічному складі, вмісті сапрофітної мікрофлори і кисневому режимі. При утворенні льодового покриву на забрудненій ділянці річки можуть утворюватися анаеробні умови. Застосовуючи складні способи очищення, поверхневі води цього типу використовують у Західній Європі та США для господарсько-питного водопостачання. Подальше збільшення забруднення переводить водні об’єкти у категорію брудних. Природні властивості води в них дуже змінені, використання для цілей питного водопостачання виключене, стає неможливим і застосування їх для побутових потреб населення. В літній час запахи і зовнішній вигляд цих водойм справляють неприємне враження. 417

До категорії дуже брудних віднесені водні об’єкти, які повністю втратили природний вигляд і перетворилися на стічні канави. У цю групу входять струмки, річки з малими витратами, озера і стави, що використовуються як відстійники для стічних вод, струмки та малі річки, що протікають територією міст. Значна кількість характеристик складу і властивостей вод використовується і в класифікаціях водних об’єктів, що ґрунтуються на оцінці придатності їх для певних видів водокористування. Так, наприклад, у “Правилах охраны поверхностных вод...” [88], що діяли в СРСР з 1974 р., для оцінки стану вод передбачалося використання приблизно 500 показників, причому склад їх постійно розширювався за рахунок доповнень до цього документа. Слід зазначити, що кількість сполук, які нині надходять у водні об’єкти, а тим більше утворюються в результаті різноманітних процесів, що відбуваються у водоймах і водотоках, значно перевищує кількість характеристик, які використовуються для оцінки стану поверхневих вод та їх класифікації. Ця обставина примушує шукати інші підходи до вирішення даної проблеми. Одним з них є розробка групових показників якості води, таких як “сума важких металів”, органічні речовини, що екстрагуються чотирихлористим вуглецем, хлороформом, спиртом, “сумарна кількість відновлюваної речовини” тощо. Iншим напрямком є розробка і впровадження методів біотестування токсичності поверхневих вод, а також використання здатності ряду сполук до акумуляції у гідробіонтах. В залежності від принципів, закладених в основу класифікації, граничні значення окремих характеристик (відповідно виділених класів) в одних випадках визначаються на підставі натурних спостережень за станом водних об’єктів, що зазнають різний ступінь антропогенного навантаження, в інших виходячи з вимог, що висуваються до води певного виду водокористування. У даний час найбільш детально розроблені критерії визначення нормативів якості вод, що використовуються для господарсько-питного водопостачання та потреб рибного господарства. Проте, незважаючи на тривалу історію і глибину вивчення питання, граничні значення окремих показників в різних класифікаціях суттєво відрізняються, що свідчить про надзвичайну складність проблеми нормування якості води. Довгий час двох розглянутих вище типів класифікацій поверхневих вод було достатньо для ефективного контролю за їх якісним станом. Проте із збільшенням антропогенного впливу на водні об’єкти, який часом перевищує їх природну спроможність до самоочищення, виникли нові завдання в області контролю та управління водними ресурсами. Стало недостатньо оцінювати тільки якість води, виникла потреба аналізу умов функціонування механізмів, які забезпечують її відновлення. Вказані мотиви, а також успіхи в галузі екології призвели до розробки принципово іншого підходу до класифікації поверхневих вод, який передбачає оцінку якісного стану водних об’єктів з пози418

цій благополуччя їх як екосистем. Цей напрямок, безумовно, досить перспективний, оскільки класифікації такого типу є дієвим інструментом організації оптимального використання і охорони водних ресурсів. Наукові основи класифікації водних об’єктів на основі оцінки їх стану як екосистем ще тільки-но розробляються, і на цьому шляху поки що багато труднощів та невирішених проблем. Основна складність полягає перш за все в тому, що до теперішнього часу немає єдиної узгодженої думки відносно критеріїв оцінки функціонування природних екосистем. Не існує поки що єдиного уявлення про норму для систем такого високого ступеня складності. Крім того, при такому підході досить суттєвим є тип водного об’єкта, в залежності від якого змінюється пріоритетність окремих показників, їх оптимальні величини, строки проведення спостережень, розміщення пунктів відбору проб тощо. Кожна екосистема є унікальною, тому при розробці класифікацій поверхневих вод з позиції їх екологічного благополуччя виникає проблема нормування показників з урахуванням регіонального аспекту. Не випадково в багатьох країнах (Великобританія, Норвегія, Канада та ін.) вважається доцільним розробляти нормативи для кожного водного об’єкта окремо. Досить істотним є той факт, що поверхневі води являють собою складну багатокомпонентну систему, оцінити стан якої, а тим більше спрогнозувати напрямок його подальших змін, неможливо без урахування стану всього водозбірного басейну в цілому. Це й зумовило виникнення ще одного напрямку розробок екологічної оцінки стану поверхневих вод. Математика, ніби жорно, перемелює лише те, що під нього засипають, і подібно тому, як засипавши лободу, ви не отримаєте пшеничної муки, так само, списавши цілі сторінки формулами, ви не отримаєте істини, виходячи з хибних передумов. Гекслі

8.2.6.2. Система екологічної класифікації якості поверхневих вод суші та естуаріїв України Під екологічною оцінкою якості вод розуміють віднесення води до певного класу, категорії згідно з екологічною класифікацією на підставі аналізу значень показників її складу і властивостей. Екологічна оцінка якості вод дає інформацію про воду як складову водної екосистеми1, життєве середовище гідробіонтів і важливу частину природного середовища людини. Екологічна оцінка якості поверхневих вод є основою для з’ясування тенденцій її змін в часі і просторі, визначення впливу антропогенного навантаження на екосистеми водних об’єктів, оцінки змін стану водних ресурсів, вирішення економічних і соціальних питань, пов’язаних із забезпеченням охо1

Водна екосистема - екологічна система водного об’єкта, в якій нерозривно поєднуються неживе середовище та біота (складний комплекс угруповань і популяцій рослин, тварин, мікроорганізмів). 419

рони довкілля, інформування громадськості. Вона є основою для оцінки впливу людської діяльності на навколишнє середовище (ОВНС), визначення певних водоохоронних регламентів і застережень (стосовно кожного водного об’єкта окремо), планування і здійснення водоохоронних заходів та оцінки їх ефективності. Критеріальною базою екологічної оцінки є екологічна класифікація1 якості поверхневих вод, яка має здійснюватися за екосистемним принципом. Необхідна повнота і об’єктивність характеристики якості поверхневих вод досягається достатньо широким набором гідрофізичних, гідрохімічних, гідробіологічних, бактеріологічних та інших показників, які відображають особливості абіотичної і біотичної складових водних екосистем. Екологічну класифікацію здійснюють за певними якісними ознаками об’єктів чи за їх числовими значеннями - критеріями. Під критеріями якості води розуміють показники її складу та властивостей у кількісному виразі у вигляді значення, якому відповідають певні клас та категорія - рівні якості води, установлені за інтервалами числових значень показників її складу і властивостей. Необхідно зазначити, що будь-яка класифікація ступеня забрудненості водного об’єкта має умовний та відносний характер. На практиці зони забруднення не мають чітко окреслених границь, тому і границі інтервалів диференціальних оцінок (так само, як і границі інтервалів індексів) також не є чітко окресленими. Якість води в точках, близьких до граничних, може переходити з одного класу (категорії) якості в інший. Комплекс показників екологічної класифікації якості поверхневих вод включає загальні та специфічні показники. Загальні показники, до яких належать показники сольового складу і трофо-сапробності2 вод, характеризують звичайні властиві водним екосистемам інгредієнти, концентрації яких можуть змінюватися під впливом господарської діяльності. Специфічні показники характеризують вміст у воді забруднюючих речовин токсичної і радіаційної дії. Система екологічної класифікації якості поверхневих вод суші та естуаріїв України [51] включає три блоки показників: • блок показників сольового складу; • блок трофо-сапробіологічних (еколого-санітарних) показників; • блок специфічних показників токсичної і радіаційної дії. Оцінка сольового складу поверхневих вод передбачає наступне: • визначення мінералізації, або галинності (від гр. háls - сіль) вод; 1

Класифікація - упорядкування множини будь-яких об’єктів в групи (категорії, класи, розряди), які є підмножинами. Кожна група, в свою чергу, може бути поділена на дрібніші субмножини. 2 Трофність водних об’єктів - ступінь біологічної продуктивності екосистем водних об’єктів, який визначається вмістом у воді біогенних елементів (насамперед, фосфору і азоту) та комплексом гідрологічних, гідрохімічних, гідробіологічних й інших чинників. 420

• визначення класу, групи і типу вод за іонним складом (співвідношенням основних іонів); • оцінку якості прісних (гіпо- і олігогалинних) та солонуватих (β-мезогалинних) вод за вмістом компонентів сольового складу, що відображає ступінь їх антропогенного забруднення хлоридами, сульфатами та іншими іонами. Класифікація якості поверхневих вод за критерієм мінералізації (табл. 8.4) має три класи і підпорядковані їм сім категорій якості води: • клас прісних вод (I) з двома категоріями - гіпогалинних (1) і олігогалинних (2) вод; • клас солонуватих вод (II) з трьома категоріями - β-мезогалинних (3), α-мезогалинних (4) і полігалинних (5) вод; • клас солоних вод (III) з двома категоріями - еугалинних (6) і ультрагалинних (7) вод. Табл.8.4. Класифікація якості поверхневих вод за критерієм мінералізації Клас якості Категорія якості вод Мінералізація, г/л (‰)

Прісні води (I) ГіпогаОліголинні (1) галинні (2) <0.50 0.51-1.00

Солонуваті води (II) Поліβ-мезоα-мезогалинні (3) галинні (4) галинні (5) 1.01-5.00 5.01-18.0 18.01-30.0

Солоні води (III) Еугалинні Ультрага(6) линні (7) 30.01-40.0 >40.00

Класифікація якості поверхневих вод за критеріями іонного складу поділяє їх на три класи за аніонним складом - гідрокарбонатні, сульфатні та хлоридні, кожен з яких, в свою чергу, диференціюється на три групи за катіонним складом - кальцієві, магнієві та натрієві, тобто існує дев’ять категорій вод за іонним складом (табл.8.5). Крім того, певні категорії вод за іонним складом поділяються також на чотири типи за кількісним співвідношенням іонів. Табл.8.5. Класифікація якості поверхневих вод за критеріями іонного складу (за О.А.Альокіним, 1948) Клас Група Тип

Гідрокарбонатні (С) Ca Mg Na I II III I II III I II III

Ca II III IV

Сульфатні (S) Mg Na II III IV I II III

Ca II III IV

Хлоридні (Cl) Mg Na II III IV I II III

Сольовий склад поверхневих вод оцінюють за сумою іонів та окремими інгредієнтами. Клас води визначають за переважаючими аніонами, групи - за переважаючими катіонами, типи вод - за співвідношенням між іонами (в еквівалентах): • I - HCO3- > Ca2+ + Mg2+; • II - HCO3- < Ca2+ + Mg2+ < HCO3- + SO42-; • III - HCO3- + SO42- < Ca2+ + Mg2+ або Cl- > Na+; • IV - HCO3- = 0.

421

Приклади позначення видів природних вод: CIICa - гідрокарбонатний клас, кальцієва група, тип другий; SClIICa - сульфатно-хлоридно-кальцієві води другого типу. Прісні гіпо- і олігогалинні та солонуваті β-мезогалинні води оцінюють також за критеріями їх забруднення компонентами сольового складу, а саме за значеннями суми іонів, хлоридів і сульфатів (табл.8.6 та 8.7). Табл.8.6. Класифікація якості прісних гіпо- та олігогалинних вод за критеріями забруднення компонентами сольового складу Клас якості Категорія Показники, мг/л: Сума іонів Хлориди Сульфати

I 1

2

II 3

4

III 5

IV 6

V 7

≤500 ≤20 ≤50

501-750 21-30 51-75

751-1000 31-75 76-100

1001-1250 76-150 101-150

1251-1500 151-200 151-200

1501-2000 201-300 201-300

>2000 >300 >300

Табл.8.7. Класифікація якості солонуватих β-мезогалинних вод за критеріями забруднення компонентами сольового складу Клас якості I Категорія 1 Показники, мг/л: Сума іонів 1000-1500 Хлориди ≤200 Сульфати ≤400

2

II 3

4

III 5

IV 6

V 7

1501-2000 201-400 401-800

2001-2500 401-600 801-900

2501-3000 601-800 901-1000

3001-3500 801-1000 1001-1100

3501-4000 1001-1200 1101-1200

>4000 >1200 >1200

Екологічна класифікація якості поверхневих вод за трофо-сапробіологічними (еколого-санітарними) критеріями (табл.8.8) включає такі групи показників: • гідрофізичні показники - завислі речовини, прозорість; • гідрохімічні показники - рН, концентрації азоту амонійного, нітритного, нітратного, фосфору фосфатів, розчиненого кисню, перманганатна та біхроматна окисності (ХПК), БПК; • гідробіологічні показники - біомаса фітопланктону, індекс самоочищення-самозабруднення1; • бактеріологічні показники - чисельність бактеріопланктону та сапрофітних бактерій; • біоіндикація сапробності - індекси сапробності за системами ПантлеБукка і Гуднайта-Уітлея. Для забезпечення обґрунтованих висновків загальна кількість показників цього блоку повинна бути не менша 10.

1

Самозабруднення вод - погіршення їх якості внаслідок функціонування водних екосистем, зокрема, надмірного продукування органічної речовини водними рослинами (насамперед, фітопланктоном). Індекс самозабруднення-самоочищення води (A/R) - відношення величини валової первинної продукції фітопланктону до величини деструкції органічної речовини у планктоні. 422

Табл.8.8. Екологічна класифікація якості поверхневих вод за трофо-сапробіологічними (еколого-санітарними) критеріями Клас якості вод Категорія якості Гідрофізичні показники Завислі речовини, мг/л Прозорість (по диску Секкі), м Гідрохімічні показники рН

I 1

2

3

4

5

IV 6

V 7

<5 >1.50

5-10 1.00-1.50

11-20 0.65-0.95

21-30 0.50-0.60

31-50 0.35-0.45

51-100 0.20-0.30

>100 <0.20

6.9-7.0 7.1-7.5

6.7-6.8 7.6-7.9

6.5-6.6 8.0-8.1

6.3-6.4 8.2-8.3

6.1-6.2 8.4-8.5

5.9-6.0 8.6-8.7

<5.9 >8.7

Азот, мг/л: - амонійний - нітритний

<0.10 <0.002 <0.20 <0.015

0.21-0.30 0.0060.010 0.31-0.50 0.0310.050

0.31-0.50 0.0110.020 0.51-0.70 0.0510.100

0.51-1.00 0.0210.050 0.71-1.00 0.1010.200

1.01-2.50 0.0510.100 1.01-2.50 0.2010.300

>2.50 >0.10

- нітратний Фосфор фосфатів, мг/л

0.10-0.20 0.0020.005 0.20-0.30 0.0150.030 7.6-8.0 91-96 106-110 3.0-5.0

7.1-7.5 81-90 111-120 5.1-8.0

6.1-7.0 71-80 121-130 8.1-10.0

5.1-6.0 61-70 131-140 10.1-15.0

4.0-5.0 40-60 141-150 15.1-20.0

<4.0 <40 >150 >20.0

16-25 1.7-2.1

26-30 2.2-4.0

31-40 4.1-7.0

41-60 7.1-12.0

>60 >12.0

1.1-2.0

2.1-5.0

5.1-10.0

10.1-50.0

>50.0

0.8 1.2

0.7 1.3-1.5

0.6 1.6-2.0

0.5 2.1-2.5

<0.5 >2.5

1.6-2.5

2.6-5.0

5.1-7.0

7.1-10.0

>10.0

3.1-5.0

5.1-10.0

10.1-25.0

25.1100.0

>100.0

1.6-2.0 46-60

2.1-2.5 61-70

2.6-3.0 71-80

3.1-3.5 81-90

>3.5 91-100

Розчинений кисень: - мг/л - % насичення

>8.0 96-100 101-105 <3.0

II

Перманганатна окисність, мг/л ХПК, мг/л <9 9-15 <1.0 1.0-1.6 БПК5, мг/л Гідробіологічні показники Біомаса фітопланктону, <0.5 0.5-1.0 мг/л Індекс самоочищення1.0 0.9 самозабруднення (A/R) 1.1 Бактеріологічні показники Чисельність бактеріо<0.5 0.5-1.5 планктону, млн.кл./см3 Чисельність сапрофітних <1.0 1.0-3.0 бактерій, тис.кл./см3 Біоіндикація сапробності (індекси сапробності): - за Пантле-Букком <1.0 1.0-1.5 - за Гуднайтом-Уітлеєм 1-20 21-45 Сапробність: - зона Олігосапробні β-олігосапробні Трофність (переважаючий тип): - категорія Оліготрофні - підкатегорія Оліготрофні оліго-мезотрофні - підзона

α-олігосапробні

III

β-мезосапробні β’-мезосапробні

Мезотрофні Мезотрофні

Мезоевтрофні

β”-мезосапробні

α-мезосапробні α’-мезосапробні

Евтрофні Евтрофні

Ев-політрофні

>2.50 >0.300

α”-мезосапробні

Полісапробні Полісапробні

Політрофні Політрофні

Гіпертрофні Гіпертрофні

Блок показників якості поверхневих вод за критеріями вмісту і біологічної дії специфічних речовин включає такі три спеціалізовані класифікації: • екологічну класифікацію якості поверхневих вод за критеріями вмісту специфічних речовин токсичної дії; 423

• екологічну класифікацію якості прісних гіпо- і олігогалинних та солонуватих β-мезогалинних вод за рівнем токсичності; • екологічну класифікацію якості поверхневих вод за критеріями специфічних показників радіаційної дії. Екологічна оцінка якості поверхневих вод за специфічними показниками токсичної дії (табл.8.9) дається на підставі наявності та вмісту у воді таких інгредієнтів, як ртуть, кадмій, мідь, цинк, свинець, хром, нікель, миш’як, залізо, марганець, фториди, ціаніди, нафтопродукти, феноли (леткі), синтетичні поверхнево-активні речовини1. Оцінка по важких металах дається за їх загальним вмістом у воді. Табл.8.9. Екологічна класифікація якості поверхневих вод за критеріями вмісту специфічних речовин токсичної дії Клас якості води Категорія якості Показники, мкг/л: Ртуть Кадмій Мідь Цинк Свинець Хром (заг.) Нікель Миш’як Залізо (заг.) Марганець Фториди Ціаніди Нафтопродукти Феноли (леткі) СПАР

I 1

2

II 3

4

III 5

IV 6

V 7

<0.02 <0.1 <1 <10 <2 <2 <1 <1 <50 <10 <100 0 <10 0 0

0.02-0.05 0.1 1 10-15 2-5 2-3 1-5 1-3 50-70 10-25 100-125 1-5 10-25 <1 <10

0.06-0.20 0.2 2 16-20 6-10 4-5 6-10 4-5 76-100 26-50 126-150 6-10 26-50 1 10-20

0.21-0.50 0.3-0.5 3-10 21-50 11-20 6-10 11-20 6-15 101-500 51-100 151-200 10-25 51-100 2 21-50

0.51-1.00 0.6-1.5 11-25 51-100 21-50 11-25 21-50 16-25 501-1000 101-500 201-500 26-50 101-200 3-5 51-100

1.01-2.50 1.6-5.0 26-50 101-200 51-100 26-50 51-100 26-35 1001-2500 501-1250 501-1000 51-100 201-300 6-20 101-250

>2.50 >5.0 >50 >200 >100 >50 >100 >35 >2500 >1250 >1000 >100 >300 >20 >250

Токсичність поверхневих вод (табл.8.10), спричинена індивідуальною чи сукупною дією вищевказаних речовин, а також інших інгредієнтів, що потрапляють у водні об’єкти у складі промислових, сільськогосподарських, комунальних стічних вод, а також з поверхневим стоком та атмосферними опадами, визначають шляхом біотестування2 за методикою, викладеною в РД113-02-90. Для екологічної оцінки якості поверхневих вод за специфічними показниками радіаційної дії використовують: сумарну β-активність, концентрацію стронцію-90 та цезію-137 (табл.8.11). Конкретні гідрофізичні, гідрохімічні, гідробіологічні та специфічні кількісні показники є елементарними ознаками якості води. Комплексні кількісні ознаки, що побудовані на інтегруванні елементарних ознак, є узагальню1 У попередній редакції цієї методики [24] до переліку токсичних речовин додатково входили хлорорганічні та фосфорорганічні пестициди. 2 Біотестування - визначення якості води за реакціями водних організмів (тест-об’єктів) на вміст у воді отруйних для них речовин. 424

ючими ознаками якості вод. На основі елементарних і узагальнюючих ознак визначають класи, категорії та індекси якості вод, зони сапробності, ступені трофності (табл.8.12). Табл.8.10. Екологічна класифікація якості прісних гіпо- і олігогалинних та солонуватих β-мезогалинних вод за рівнем токсичності

Клас якості вод Категорія якості вод Токсичний ефект: Оцінюється смертність Daphnia magna Str., Ceroidaphnia affinis Lill. та інших тест-об’єктів протягом 48 та 24 годин біотестування і виражається у % (Брагинський, 1985) Оцінюється смертність Ceroidaphnia affinis Lill. протягом 48 годин біотестування і виражається в одиницях гострої летальної токсичності1 Оцінюється зменшення величини біохімічного споживання кисню бактеріями протягом 1 доби (БПК1) за методом Кньоппа і виражається у % (Метод определения..., 1983) Оцінюється виживання або плодючість Ceroidaphnia протягом 710 діб біотестування і виражається в одиницях хронічної токсичності2

I 1

II

III

2

Смертність відсутня

3

4

Смертність відсутня або менша 10 % протягом 48-годинного випробування

Смертність відсутня

0

<10.0

<1

1

IV 6

V 7

Смертність ≥ 50 % протягом 48-годинного випробування 1

Смертність ≥ 50 % протягом 24-годинного випробування >1

5

10.030.0

31.050.0

51.0-70.0

>70.0

2

4

8

>8

Табл.8.11. Екологічна класифікація якості поверхневих вод за критеріями специфічних показників радіаційної дії Клас якості вод Категорія якості Показники, ·10-11 Кі/л: Сумарна β-активність Sr-90 Cs-137

I 1

2

II 3

4

IIІ 5

IV 6

V 7

<0.44 <0.062 <0.012

0.44-0.55 0.062-0.075 0.012-0.025

0.56-0.75 0.076-0.099 0.026-0.05

0.76-1.0 0.1-0.3 0.051-0.50

1.1-15.0 0.31-4.0 0.51-15.0

15.1-27.0 4.1-9.0 16-150

>27.0 >9.0 >150

Екологічна оцінка якості води в певному водному об’єкті може бути орієнтовною і ґрунтовною. Ґрунтовна узагальнююча оцінка необхідна для переконливих, відповідальних висновків і рішень. Орієнтовна екологічна оцінка є необхідною з розвідувальною (рекогносцирувальною) метою для вироблення попередніх висновків та рішень і виконується на основі разових вимірів окремих показників якості води.

1 Одиниця гострої летальної токсичності - кратність розбавлення води, при якій гине 50 % і більше особин тест-об’єкта (КНД 211.1.4.055-97). 2 Одиниця хронічної токсичності - найбільше значення мінімальної кратності розбавлення води, в якій хронічна токсичність не виявляється (КНД 211.1.4.056-97). 425

Табл.8.12. Класи і категорії якості поверхневих вод за екологічною класифікацією Клас якості води Категорія якості вод Назва класів і категорій якості вод за їх природним станом Назва класів і категорій якості вод за ступенем їх чистоти (антропогенної забрудненості) Трофність (переважаючий тип)

Сапробність

I 1 Відмінні Відмінні

II 3 Добрі Дуже добрі

Дуже чисті Дуже чисті

III

2

5 Задовільні

Добрі Чисті

Чисті

4

Досить чисті

Задовіль- Посередні ні Забруднені Слабко Помірно забрудзабруднені нені Евтрофні

ОлігоМезотрофні трофні ОлігоМезоМезоЕвтрофні трофні трофні евтрофні оліго-мезотрофні Олігосапробні β-мезосапробні β-олігосапробні

α-олігосапробні

β’-мезосапробні

β”-мезосапробні

Ев-політрофні

IV 6 Погані Погані Брудні Брудні

Політрофні Політрофні

α-мезосапробні α’-мезосапробні

α”-мезосапробні

V 7 Дуже погані Дуже погані Дуже брудні Дуже брудні Гіпертрофні Гіпертрофні

Полісапробні Полісапробні

Ґрунтовна узагальнююча оцінка необхідна для переконливих, відповідальних висновків і рішень. Процедура виконання ґрунтовної екологічної оцінки складається з таких чотирьох послідовних етапів: • групування і обробки вихідних даних (результатів систематичного контролю якості води); • визначення класів і категорій якості води за окремими показниками; • узагальнення оцінок якості води за окремими показниками (вираженими в класах і категоріях) по окремих блоках з визначенням інтегральних значень класів і категорій якості води; • визначення об’єднаної оцінки якості води для певного водного об’єкта в цілому чи його окремих ділянок за певний період спостережень. Вихідні дані з якості води за окремими її показниками групуються у просторі і часі, а також в межах трьох блоків. Згруповані по блоках щодо кожного наявного показника якості води, вихідні дані (вибірки)1 піддаються певній 1

На жаль, методика не містить чітких рекомендацій щодо мінімально допустимої кількості спостережень у вибірці для здійснення ґрунтовної оцінки якості води. Для порівняння, згідно методики класифікації поверхневих вод країн-членів Ради економічної взаємодопомоги [23] (див. розділ 8.2.6.3) оцінка і відповідно класифікація якості поверхневих проточних вод у контрольних створах здійснюється на основі достовірних величин окремих показників забруднення, які отримують на кривій забезпеченості концентрацій при певному ступені ймовірності на підставі не менше 24 результатів аналізів, відібраних протягом одного-двох років. Показник достовірності приймається в залежності від виду водокористування: − для водних об’єктів із спеціально встановленими нормами якості води, питного та рибогосподарського водокористування першої і вищої категорій, а також таких, що використовуються для водопою худоби - 95 %; 426

обробці: обчислюються середньоарифметичні та визначаються найгірші (мінімальні чи максимальні) значення. Екстремальні значення окремих показників аналізуються з метою з’ясування природних чи антропогенних причин, які могли викликати їх появу, і прийняття рішень про використання чи вилучення цих значень. Визначення класів і категорій якості води для окремих показників здійснюють шляхом зіставлення середніх і найгірших (максимальних чи мінімальних) значень показників з критеріями спеціалізованих класифікацій. Узагальнення оцінок за окремими показниками з визначенням інтегральних значень класів і категорій якості води виконують на основі аналізу показників в межах відповідних блоків. Це узагальнення полягає у визначенні середніх і найгірших значень для трьох блокових індексів якості води: • середні значення визначають шляхом обчислення середнього номера категорії за всіма показниками даного блоку; • найгірші значення визначають за відносно найгіршим показником (з найбільшим номером категорії) серед всіх показників даного блоку. Визначення об’єднаної оцінки якості води для певного водного об’єкта в цілому чи для окремих його ділянок полягає в обчисленні інтегрального, або екологічного індексу IЕ, величина якого дорівнює середньому арифметичному значень блокових індексів1 I1 + I 2 + I 3 , (8.1) IE = 3 де I1 - індекс забруднення компонентами сольового складу; I2 - індекс трофосапробіологічних (еколого-санітарних) показників; I3 - індекс специфічних показників токсичної і радіаційної дії. Екологічний індекс якості води, як і блокові індекси, обчислюють для середніх і найгірших значень категорій окремо, він також може бути дробовим числом. За допомогою екологічного індексу можлива оцінка і співставлення рівня екологічного благополуччя води по окремих ділянках водних об’єктів, по басейнах, регіонах і в цілому по Україні, проте слід мати на увазі, що при цьому необхідно користуватися однаковим переліком показників.

l

q

−

для водних об’єктів господарсько-побутового та рибогосподарського водокористування другої категорії, а також таких, що використовуються для сільськогосподарського зрошення, промислового водопостачання, судноплавства, гідроенергетики та лісосплаву - 90 %. 1 У попередній редакції даної методики [24] для одержання об’єктивної оцінки екологічного стану вод було рекомендовано використовувати (як первинні дані) статистично достовірні показники (середні значення за визначений період, значення різних відсотків забезпеченості, медіанні значення тощо). Величини складових індексів для кожного блоку пропонувалося визначати за показниками, що мають найгірші значення, а величину узагальненого екологічного індексу - за найгіршим значенням блокових індексів I E = max I 1 + I 2 + I 3 . Такий підхід, на нашу думку, є більш обґрунтованим, оскільки невідповідність хоча б одного показника нормативним величинам дискваліфікує воду і є причиною віднесення її до більш низького класу (категорії) якості. 427

k

p

428

БПК5 , мг/л

Достовірні витрати, м 3/с

Результати екологічної оцінки якості поверхневих вод подають у вигляді таблиць, графіків і карт. Для водотоків результати доцільно подавати шляхом побудови профілю якості води, на якому показують: • довжину річки та її приток в км від гирла; • місцезнаходження джерел антропогенної дії; • контрольні та водомірні пости; • криву достовірних витрат води вздовж течії ріки; • значення показників якості води. З’єднуючи значення Притока Джерела забруднення А Б показників якості води у контрольних створах, отриКонтрольні створи 1 2 3 4 5 6 7 8 9 мують профіль якості води V вздовж течії річки. На БПК5 профілі також позначають IV критерії якості води, які порівнюють з відповідними кривими змін якості води. достовірні III витрати Точки перетину кривих змін якості води з прямими II нормативних величин є поI чатком та кінцем даного Клас якості вод II I IV III II V IV Відстань від класу (категорії) якості вод. 80 60 40 20 0 гирла річки, км 100 Таким чином вся річка розбивається на ділянки, довРис.8.2. Приклад класифікації вод вздовж течії річки на основі профілю якості води жина яких відповідає окремим класам (категоріям) якості вод (рис.8.2). Найбільш зручним способом подання результатів екологічної оцінки якості води є картографічний - карта досить наочно демонструє розподіл забруднення в річці в залежності від скидання стоків, впадіння приток та процесів самоочищення. В залежності від потреб розробляють карти, що відображають: • узагальнену екологічну оцінку якості води; • якість води за окремими блоками показників; • якість води за окремими показниками (рис.8.3). Екологічна оцінка якості води може бути зображена на карті для всього водного об’єкта (вздовж всього водотоку чи на всій площі водойми) або ж стосовно конкретних пунктів контролю за допомогою відповідних позначок. Останній спосіб при обмеженому обсязі інформації є більш коректним. Основні положення методики створення карт екологічної оцінки якості поверхневих вод викладені в літературі [52].

31

1

3.0 ЗА БЛОКОВИМ IНДЕКСОМ

3

29

IА

5

6.0 27

А

7

25

5.0

9

23

IВ

11

21 19

13

17 15

IЕ Б

6.0

IБ А - сольовий склад Б - трофо-сапробіологічні показники В - специфічні показники IА, IБ, IВ - блокові індекси IЕ - інтегральний індекс

ЕКОЛОГIЧНА ОЦIНКА ЯКОСТI ПОВЕРХНЕВИХ ВОД ЗА СОЛЬОВИМ СКЛАДОМ, ТРОФО-САПРОБIОЛОГIЧНИМИ ПОКАЗНИКАМИ, СПЕЦИФIЧНИМИ ПОКАЗНИКАМИ ТОКСИЧНОЇ РАДIАЦIЙНОЇ ДIЇ Умовне Клас Категорія Характеристика позначення якості вод якості вод вод за якістю I 1 відмінні дуже добрі

ЗА IНТЕГРАЛЬНИМ ЕКОЛОГIЧНИМ IНДЕКСОМ (згідно з класами якості води) Умовне Характеристика позначення вод за якістю відмінна

II

2 3

добрі

III

4

задовільні

5

посередні

IV

6

погані

погана

V

7

дуже погані

дуже погана

дані відсутні

А - сольовий склад 1 - сума іонів 2 - хлориди 3 - сульфати

В

добра

задовільна

дані відсутні

ПОКАЗНИКИ ЯКОСТI ПОВЕРХНЕВИХ ВОД Б - трофо-сапробіологічні показники В - специфічні показники 4 - завислі речовини 13 - ХПК токсичної і радіаційної дії 19 - мідь 27 - нафтопродукти 5 - рН 14 - БПК5 6 - азот амонійний 15 - біомаса 20 - цинк 28 - феноли 7 - азот нітритний фітопланктону 21 - залізо 29 - СПАР 8 - азот нітратний 16 - індекс сапробності 22 - марганець 30 - сумарна 9 - фосфор фосфатів 17 - чисельність 23 - хром β-активність 10 - розчинений кисень бактеріопланктону 24 - нікель 31 - стронцій-90 11 - ступінь насичення 18 - чисельність 25 - ртуть 32 - цезій-137 киснем сапрофітних 26 - свинець 12 - перманганатна бактерій окисність

Рис.8.3. Приклад зображення на карті результатів екологічної оцінки якості вод в пунктах контролю [52] 429

Мир столько всякого познал С тех пор, как плотью стала глина, Что чем крикливей новизна, Тем гуще запах нафталина. Ігор Губерман

8.2.6.3. Єдині критерії якості вод, що застосовувалися в країнах РЕВ В рамках колишньої Ради економічної взаємодопомоги по лінії Наради керівників водогосподарських органів країн-членів РЕВ була прийнята методика класифікації якості поверхневих вод [23], дещо подібна до чинної нині в Україні. Iснували два види класифікації вод: з позицій екологічного благополуччя (табл.8.13) та з позицій придатності вод для використання (табл.8.14). Табл.8.13. Нормативи якості поверхневих вод з екологічних позицій Показники

Класи якості вод 1 2 3 4 5 А. Загальнофізичні показники та показники неорганічних речовин <20 25 25 30 30 Температура, °С рН 6.5-8.0 6.5-8.5 6.5-8.5 6.0-8.5 6.0-9.0 Розчинений кисень, мг/л >8 6 5 4 2 Насиченість киснем, % >90 75 60 40 20 Питома електропровідність, мкСм/см <400 700 1100 1300 1600 Загальна кількість розчиненої речовини, мг/л <300 500 800 1000 1200 1 <20 30 50 100 200 Загальна кількість завислих речовин , мг/л <15 1 1 5 10 Загальна жорсткість, н° Хлориди, мг/л <50 150 200 300 500 Сульфати, мг/л <50 150 200 300 400 Залізо загальне, мг/л <0.5 1 1 5 10 Марганець загальний, мг/л <0.05 0.1 0.3 0.8 1.5 Азот, мг/л: - амонійний <0.1 0.2 0.5 2.0 5.0 - нітритний <0.002 0.005 0.02 0.05 0.1 - нітратний <1 3 5 10 20 Фосфати, мг/л <0.025 0.2 0.5 1.0 2.0 Фосфор загальний, мг/л 0.05 0.4 1.0 2.0 3.0 Б. Загальні показники органічних речовин Перманганатна окисність, мг/л <5 10 20 30 40 ХПК, мг/л <15 25 50 70 100 <2 4 8 15 25 БПК5, мг/л Органічний вуглець, мг/л <3 5 8 12 20 Речовини, що екстрагуються чотирихлористим <0.2 0.5 1.0 3.0 5.0 вуглецем, мг/л Органічний азот, мг/л <0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 В. Показники неорганічних забруднювачів промислового походження Ртуть, мкг/л <0.1 0.2 0.5 1 5 Кадмій, мкг/л <3 5 10 20 30 Свинець, мкг/л <10 20 50 100 200 Миш’як, мкг/л <10 20 50 100 200 Мідь, мкг/л <20 50 100 200 500 Хром, мкг/л: - загальний <20 50 100 200 500 - тривалентний <20 100 200 500 1000 1

6 >30 6.0-9.0 <2 <20 >1600 >1200 >200 >10 >500 >400 >10 >1.5 >5.0 >0.1 >20 >2.0 >3.0 >40 >100 >25 >20 >5.0 >10.0 >5 >30 >200 >200 >500 >500 >1000

У випадку завислих речовин природного походження необхідний індивідуальний підхід. 430

- шестивалентний 0 20 Кобальт, мкг/л <10 20 Нікель, мкг/л <20 50 Цинк, мг/л <0.2 1.0 Ціаніди, що легко вивільнюються, мг/л 0.0 0.0 Ціаніди загальні, мг/л 0.0 0.0 Фториди, мг/л <0.2 0.5 Вільний хлор, мг/л 0.0 0.0 Сульфіти, мг/л 0.0 0.0 Г. Показники органічних забруднювачів промислового походження Аніоноактивні детергенти, мг/л 0.0 <0.5 Феноли леткі, мг/л <0.002 0.01 Похідні нафти, мг/л 0.00 <0.05 Д. Біологічні показники Сапробність (індекс Пантле-Букка) <1.0 1.5 Модифікація Сладечека ксено оліго Колі-титр (фекального типу) 1.0 0.1 <106 Загальна кількість мікроорганізмів <5·105 Зниження інтенсивності біохімічної трансформації 0 0

20 50 100 2.0 <0.05 <0.5 1.0 0.0 0.0

50 100 200 5.0 0.1 1.0 1.5 <0.05 <0.01

100 500 500 10.0 0.2 2.0 3.0 0.1 0.02

>100 >500 >500 >10.0 >0.2 >2.0 >3.0 >0.1 >0.02

1.0 0.05 0.10

2.0 0.1 0.30

3.0 1.0 1.0

>3.0 >1.0 >1.0

2.5 β-мезо 0.01 <3·106 <10 %

3.5 α-мезо 0.001 <5·106 <30 %

4.0 полі <0.001 <107 <70 %

>4.0 гіпер <0.001 >107 >70 %

Табл.8.14. Бажані та допустимі величини показників якості вод для різних цілей водокористування Показники якості води

Для питного водопостачання бажа- допусна тима

Група А 15 Температура, °С - максимальна влітку рН 6.5-8.0 Розчинений кисень, мг/л Загальна кількість розчинених 400 речовин, мг/л 15 Жорсткість загальна, н° Хлориди, мг/л 100 Сульфати, мг/л 100 Залізо загальне, мг/л 0.3 Марганець загальний, мг/л 0.05 Азот, мг/л: - амонійний 0.05 - нітритний 0.000 - нітратний 5 Фосфати, мг/л Фосфор загальний, мг/л Група Б Окисність перманганатна, мг/л 5 ХПК, мг/л 15 3-4 БПК5, мг/л Органічний вуглець, мг/л Органічний азот, мг/л Речовини, що екстрагуються чоти- 0.2 рихлористим вуглецем, мг/л Група В Ртуть, мкг/л Кадмій, мкг/л Свинець, мкг/л Миш’як, мкг/л Мідь, мкг/л -

Для зрошення бажана

допустима

6.5-8.5

6.0-8.5

5.0-9.0

800

500

1200

300

400

1.5 0.2

10.0 0.8

Для збереження іхтіофауни бажа- допусна тима

Для водопою в тваринництві бажана

допустима

6.5-8.5

6.5-9.0

600

2000

0.2 0.01 5

0.5 0.02 10

-

1 30 100 50 1000

20

20 300 400 0.5 0.1 1.0 0.002 10

10 25 5

6.5-8.0 >6.0 400

28 6.5-8.5 4.0 800

-

-

0.1

0.5

0.05 0.1

0.2 0.5

<15 <2 <2 -

25 3 6 2.0

-

0.2-1.0 5 100 50 -

0.5

1 10 50 50 1000

-

5 30 200 200 500

431

Хром загальний, мкг/л Кобальт, мкг/л Нікель, мкг/л Цинк, мг/л Ціаніди, що легко вивільнюються, мг/л Ціаніди загальні, мг/л Фториди, мг/л Група Г Аніоноактивні детергенти, мг/л Феноли леткі, мг/л Похідні нафти, мг/л Специфічні показники Процентний еквівалент натрію1 Алюміній, мг/л Берилій, мкг/л Колірність, мг Pt/л Запах Барій, мг/л Бор, мг/л Літій, мг/л Молібден, мкг/л Селен, мкг/л Срібло, мкг/л Ванадій, мкг/л

-

-

-

100 5.0 0.05

1.0

1.5

-

-

10 0.1 0.5

20-30 1.0-4.0 1.0

-

10 50 -

-

500 500 500 10

1.5

3

-

0.002

-

100 1000 1000 25 0.02

-

0.02-0.05

-

0.5

-

0.1-0.5 0.01 0.05

-

0.5 0.01 0.05

-

10.0

35 -

45 20 200

0.5 -

1.0 2.0 50 20

-

5.0

-

50

-

1000

-

200

При класифікації першого виду введені такі класи води: • I клас - вода дуже чиста; • II клас - вода чиста; • III клас - вода дуже незначно забруднена; • IV клас - вода незначно забруднена; • V клас - вода сильно забруднена; • VI клас - вода дуже забруднена. Другий вид класифікації передбачає три ступеня якості вод: • I ступінь - вода придатна; • II ступінь - вода допустима при відповідних методах обробки; • III ступінь - вода непридатна. Показники і нормативи розроблені для чотирьох видів використання вод: питного водопостачання, зрошення, потреб рибного господарства та тваринництва (водопій). Невідповідність хоча б одного показника певної групи нормативним величинам дискваліфікує цю воду і є причиною віднесення її до більш низького класу якості. 8.2.6.4. Оцінка екологічного стану басейнів малих річок Дещо інший підхід до оцінки стану поверхневих вод - шляхом визначення екологічного стану водозбірного басейну в цілому застосований Українським 1

Процентний еквівалент натрію - еквівалент натрію, виражений у процентах від загального еквівалента катіонів. 432

науково-дослідним інститутом водогосподарсько-екологічних проблем (УНДIВЕП), яким в 1992 р. розроблене “Методичне керівництво по розрахунку антропогенного навантаження і класифікації екологічного стану басейнів малих річок України” (НТД 33-4759129-03-92) [55]. Цей документ дозволяє якісно і кількісно оцінити в цілому стан екосистеми водозбірного басейну, оперативно порівняти антропогенні навантаження, що їх зазнають об’єкти, з нормативними, а також спрогнозувати тенденції їх зміни у часі, дати оцінку соціально-екологічної та економічної ефективності водоохоронних заходів. “Методичне керівництво...” може застосовуватися при розробці комплексних схем охорони та раціонального використання водно-земельних ресурсів в басейнах малих річок, плануванні будівництва і розширення підприємств, їх експертизі, визначенні черговості інвестицій на природоохоронні заходи. Загальну оцінку екологічного стану басейну річки здійснюють на підставі діючих на нього антропогенних навантажень. В системній моделі “Басейн малої річки” розглядають моделі чотирьох окремих підсистем: • підсистеми “Радіоактивне забруднення”, яка враховує щільність радіоактивного забруднення території в басейні річки цезієм-137, стронцієм-90 і плутонієм-239, 240; • підсистеми “Використання земельних ресурсів”, що враховує показники антропогенного впливу на земельні ресурси в басейні річки: лісистість, ступінь природного вигляду, сільгоспосвоєність, розораність, урбанізацію, еродованість; • підсистеми “Використання річкового стоку”, що враховує показники антропогенного впливу на водні ресурси: фактичного (повного) використання річкового стоку, безповоротного водоспоживання, надходження (скиду) січних вод та забруднених вод у річкову мережу; • підсистеми “Якість води”, що, в свою чергу, складається з двох блоків - “Хімічне забруднення” (ХПК, БПК5, концентрації завислих речовин, розчиненого кисню, азоту амонійного, нітритного, нітратного, фосфатів, заліза, фторидів, сульфатів, хлоридів) та “Бактеріальне забруднення” (колі-індекс1). Показники, що характеризують величини антропогенного впливу на земельні ресурси у басейні річки, окрім еродованості (змив ґрунту в т/(га·рік)), визначають за формулою 100 Fi , % (8.2) fi = FБ де FБ - загальна площа басейну річки, км2; Fi - відповідно для показників, км2: − лісистість - площа лісів, лісосмуг та деревно-чагарникової рослинності;

1

Колі-індекс - кількість бактерій кишкової палички в 1 л води. 433

− ступінь природного вигляду - площа угідь, що знаходяться у природному стані (боліт, водних територій, лісів природного і штучного походження, захисних водоохоронних насаджень, заповідних територій) або близькому до нього (пасовищ, сіножатей); − сільгоспосвоєність - площа всіх сільгоспугідь (ниви, багаторічних насаджень, сіножатей, пасовищ, присадибних земель); − розораність - площа ораних земель, включаючи ниву з категорії присадибних земель, сади і городи; − урбанізація - площа земель населених пунктів, промисловості, транспорту тощо. Показники, що характеризують величину антропогенного впливу на водні ресурси у басейні річки (окрім показника фактичного використання річкового стоку), визначають за формулою 100Wi , % (8.3) gi = WФ де WФ - фактичний об’єм стоку в річковій мережі (норма річного стоку), млн. м3; Wi - відповідно для показників, млн.м3: − показник безповоротного водокористування - сума об’єму забору води з річкової мережі, об’єму збитку річковому стоку внаслідок відбору підземних вод та об’єму скиду води в річкову мережу; − показник надходження (скиду) стічних вод у річкову мережу - об’єм скиду води в річкову мережу; − показник надходження (скиду) забруднених вод у річкову мережу об’єм скиду забруднених вод. Показник фактичного (повного) використання річкового стоку визначають за формулою 100 WЗ + WУ , % (8.4) g1 = WФ + WС де WЗ - об’єм забору води з річкової мережі, млн.м3; WУ - об’єм збитку річковому стоку внаслідок відбору підземних вод, млн.м3; WС - об’єм скиду води в річкову мережу, млн.м3. Для кожного показника (для показників антропогенного впливу на природні ресурси - залежно від природної сільськогосподарської зони басейну річки згідно схеми природно-сільськогосподарського районування [55]) визначають якісний стан, відповідну оцінку впливу xk та ваговий коефіцієнт показника αk. Міру спільного впливу показників у підсистемі розраховують за формулою nk α k xk . (8.5) Hi = nk

b

∑ k =1

g

∑α k =1

434

k

По отриманому значенню Hi визначають якісний стан підсистеми в цілому та міру підсистеми ϕi. По значеннях показників блоку “Хімічне забруднення” визначають клас якості води по кожному показнику, міру блоку в цілому та з урахуванням міри блоку “Бактеріальне забруднення” - міру підсистеми “Якість води”. По отриманих значеннях мір окремих підсистем розраховують індукційний коефіцієнт антропогенного навантаження IКАН для системи в цілому як суму добутків мір окремих підсистем на їх вагові коефіцієнти βi 4

IКАН =

∑β ϕ i

i

. (8.6)

i =1

По отриманому значенню IКАН визначають якісний стан системи в цілому, аналізують вплив на категорію басейну окремих підсистем, приймають рішення щодо здійснення заходів по поліпшенню екологічного стану басейну річки. Головною метою теоретизування є така організація інформації, при якій виявляється можливим робити неочевидні висновки. Д.Хейсе

8.2.6.5. Система індексів якості навколишнього середовища у США В багатьох країнах світу, в т.ч. у США [49], створена обширна система так званих індексів якості навколишнього середовища. Можна сказати, що такий підхід займає проміжне положення між підходом за принципом “дозаефект” та аналізом благополуччя екосистем. Суть цього підходу (а нині він поширюється й на соціальні та естетичні сфери) полягає в тому, що в кожному з компонентів природного середовища виділяють параметри, які можна вважати визначальними. Певна їх якість приймається за ідеальну, а існуюча ситуація оцінюється як відхилення від ідеального стану. Потім індивідуальні індекси якості по окремих параметрах узагальнюють у комплексний індекс якості даного компонента природного середовища. Безумовною перевагою такого підходу є наочність інтерпретації результатів у формі, зрозумілій для управлінського персоналу та широких кіл населення. Недоліком підходу є відсутність очевидного переходу від розгляду окремих компонентів навколишнього середовища до узагальненої оцінки екологічного стану довкілля в цілому, хоча в рамках даного індексного підходу можливе замикання індексів якості окремих компонентів середовища у єдину систему. Слід сподіватися, що у недалекому майбутньому деяка розумна комбінація методик, які використовуються при визначенні індексів якості середовища, та методів біогеохімічного аналізу екосистем дозволить розробити критерії екологічної оцінки стану довкілля, які характеризуватимуться, з одного боку, системністю, а з іншого - наочністю. Методика визначення індексу якості води WQI була розроблена Національною санітарною службою США у 1970 р. В цьому індексі відображено 435

комплексний вплив найбільш значимих фізичних і хімічних параметрів, і він є певною зрозумілою одиницею виміру, що відображає зміни якості води. При розробці індексу якості води WQI був застосований метод Делфі: групу із 74 експертів піддали чотирьом серіям опитувань. Таким чином були визначені набір параметрів, якісний характер залежностей індексу якості води від обраних параметрів та вагомість кожного з них у комплексному індексі. Результуючим виразом для індексу якості води є адитивна модель, що має вигляд n

WQI =

∑ W q , (8.7) i

i

i =1

де WQI - значення індексу якості води від 0 до 1 (де 1 означає ідеальний стан); qi - значення i-го параметра, величина від 0 до 1; Wi - вагомість (ваговий коефіцієнт) i-го параметра, величина від 0 до 1; n - кількість параметрів. В результаті опитування експертів для загальної оцінки якості води було запропоновано 11 параметрів: показник фекального забруднення, рН, БПК5, температуру, мутність, концентрації розчиненого кисню, нітратів, фосфатів, завислих речовин, токсикантів і пестицидів. Проте при визначенні WQI кількість параметрів n дорівнює 9 - концентрації токсичних речовин і пестицидів не є одиничними параметрами і тому не можуть бути включені в індекс якості води адитивно. В цьому випадку встановлюються певні граничні значення концентрацій токсичних речовин і пестицидів, при досягненні яких індекс якості води автоматично прирівнюється до нуля. В процесі опитування експертів були також визначені залежності між величиною індексу якості (від 0 до 1) та конкретним значенням кожного з параметрів. Ці залежності представлені у графічній формі на рис.8.3, де на осі ординат показані значення індексу якості води, а на осі абсцис - конкретні значення кожного параметра. Відхилення активної реакції води рН (рис.8.4а) від нормального значення як в сторону зменшення, так і в сторону збільшення є небажаним для біологічних процесів у водному середовищі. Для більшості поверхневих вод величина рН змінюється в діапазоні від 6.5 до 9.0. Санітарна комісія р.Огайо (ORSANCO) за нормальне значення рН приймає величину 7.0, а Національна санітарна служба США (NSF) - 7.3. Мутність (рис.8.4б) характеризує ступінь розсіювання сонячного світла, що проходить через воду. Вона обумовлена наявністю у воді завислих та колоїдних частинок. Мутність води вимірюється в одиницях JTU (Jackson Turbidity Unit), де 1 JTU дорівнює мутності, обумовленій наявністю у воді 1 мг/л SiO2. У малорухомих водах мутність визначається вмістом колоїдних та дрібнодисперсних частинок, в річках - переважно крупнодисперсних частинок. Концентрація завислих речовин (рис. 8.4г) характеризує вміст у воді нерозчинених органічних та неорганічних речовин і безпосередньо впливає на ступінь мутності води. 436

1.0

0.8

0.8

індекс якості

індекс якості

1.0

0.6 0.4 0.2

0.4 0.2

-6

-4

-2

0

2

4

відхилення від нормального рН а)

6

0

1.0

1.0

0.8

0.8

індекс якості

індекс якості

0.6

0.6 0.4 0.2

5

10

60

80

100

120

15

20

25

30

мутність, JTU б)

0.6 0.4

-10

-5

0

5

10

15

0

о

відхилення від нормальної температури, С в)

1.0

0.8

0.8

0.6 0.4

35

концентрація завислих речовин, мг/л г)

1.0 індекс якості

індекс якості

40

0.2

-15

швидкі потоки

0.6 0.4

NSF

0.2

0.2 0

2

4

6

8

10

1.0

0.8

0.8

індекс якості

1.0

0.6 0.4

0

10

0

2

повільні потоки та резервуари

розчинений кисень, мг/л д)

індекс якості

20

20

30

40

50

6

8

10

БПК5, мг/л е)

60

70

0.6 0.4 0.2

0.2 0

0.02

0.04

0.06 0.08 0.10

неорганічний фосфор, мг/л ж)

4

неорганічний азот, мг/л з)

Рис.8.4. Залежність індивідуальних індексів якості води від окремих параметрів: а - величини рН; б - мутності; в - температури; г - концентрації завислих речовин; д - вмісту розчиненого кисню; е - БПК5; ж - концентрації неорганічного фосфору; з - концентрації неорганічного азоту 437

Температура (рис.8.4в) є провідним регулюючим фактором біологічних процесів у водному середовищі. Раптові або суттєві зміни температури можуть спричинювати необоротні зміни у водних екосистемах. Як і у випадку з рН, поняття “нормальної” температури потребує уточнення в кожному конкретному випадку. Вміст розчиненого кисню (рис.8.4д) є параметром, який найбільш часто використовують для оцінки якості води. Розчинність атмосферного кисню у прісній воді при нормальному тиску змінюється від 14.6 мг/л при 0°С до 7.1 мг/л при 35°С. Низький вміст розчиненого кисню безпосередньо впливає на життя риб та інших водних організмів, а також сприяє розвитку анаеробних мікроорганізмів. Потреба риб в кисні залежить від їх виду та віку. Рівень вмісту розчиненого кисню у воді від 3 до 6 мг/л є критичним практично для всіх видів риб. За рекомендаціями NSF за ідеальний стан прийнята концентрація розчиненого у воді кисню 9 мг/л. Біохімічна потреба кисню характеризує вміст у воді органічних речовин, що піддаються біохімічному окисленню, і відповідає тій кількості розчиненого кисню, яка буде вилучена з води внаслідок біологічної асиміляції органічних забруднень. Для повільних річок та водойм несприятливі умови можуть утворюватися вже при 5 мг/л БПК5, а у швидких гірських річках навіть 30 мг/л БПК5 може не впливати негативно на кисневий режим, оскільки швидкі потоки здатні ефективно насичуватися киснем та перешкоджати акумуляції органічних забруднень у донних відкладеннях. Тому результуюча крива (за рекомендаціями NSF) займає проміжне положення між двома крайніми варіантами (рис.8.4е). Азот (рис.8.4ж) разом з вуглецем та фосфором є одним із трьох найважливіших елементів живлення, які підтримують життя у воді. Очевидно, існує деяке оптимальне значення вмісту у воді неорганічного азоту, і якість середовища погіршується при відхиленнях від цього оптимуму. Так, при вмісті неорганічного фосфору менше 0.3 мг/л у воді починає відчуватися його дефіцит, при збільшенні концентрації понад 1 мг/л умови функціонування екосистеми також погіршуються, а збільшення його вмісту понад 10 мг/л призводить до уповільнення біологічних процесів. Фосфор (рис.8.4з) також є найважливішим елементом живлення у водних екосистемах. Різноманітні форми неорганічного фосфору часто є причиною евтрофікації водних об’єктів. Основними джерелами надходження фосфору у поверхневі води є побутові та промислові стічні води, а також змив добрив із сільськогосподарських полів. Нормальний вміст фосфору залежить від виду екосистем та вмісту у воді інших поживних речовин. Вважається, що в акваторіях з непорушеним екорежимом міститься від 0.001 до 0.003 мг/л неорганічного фосфору, при менших значеннях відчувається його дефіцит, вміст понад 0.02 мг/л може призвести до цвітіння водних об’єктів, при концентрації понад 0.08 мг/л води насичені фосфором надміру. 438

У поверхневих водах може міститися значна кількість потенційно токсичних компонентів (важких металів, ціанідів, хлор- і фосфорорганічних сполук), кожний з яких сам по собі чи у сукупності здатний негативно впливати на водні організми і завдавати суттєвої шкоди екосистемі в цілому. Наявність і вміст токсичних речовин визначають за допомогою спеціальних біологічних тестів. Будь-яке перевищення концентрації токсичних речовин понад гранично допустимі рівні вимагає термінового вживання заходів для зменшення їх вмісту. Під терміном “пестициди” розуміють всі речовин, що застосовують для боротьби з небажаною флорою й фауною. Дія пестицидів на водні рослини і тварини значно залежить від виду організмів, а також типу самих пестицидів. Незалежно від типу конкретної речовини, величина індексу якості води визначається відношенням реальної концентрації пестициду до його гранично допустимої. Якщо розглядати одну речовину, то значення індексу якості води змінюється лінійно від 1 (немає пестицидів) до 0, коли реальна або прогнозна концентрація досягає граничного рівня. У випадку декількох речовин можна використовувати співвідношення N

∑ QI

i

0.9 N , (8.8) N де QI - загальний індекс якості води за пестицидами; QIi - індекс якості за i-ою речовиною, отриманий з функціональної залежності; N - кількість речовин. У США застосовують також такі індекси якості води, безпосередньо зв’язані з видами водокористування водних об’єктів: • FAWL - індекс якості води водних об’єктів, що використовуються для рибогосподарських цілей (враховує 9 параметрів); • PWS - індекс якості води водних об’єктів, що використовуються для водопостачання населення (13 параметрів). Чотири параметри є загальними для всіх трьох індексів якості води: мутність, рН, вміст розчиненого кисню та нітратів. БПК5 і показник фекального забруднення, які враховуються при визначенні WQI, не включені у FAWL, відповідно феноли та амоній, враховані у FAWL, не входять до складу WQI. При визначенні індексу якості PWS враховується вміст розчинених домішок, фторидів, фенолів, хлоридів, сульфатів, колірність, жорсткість та лужність води, а також економічні та естетичні вимоги, які відсутні у WQI та FAWL. Забруднення повітря, особливо в екологічному середовищі населених пунктів, часто являє собою складну суміш окремих компонентів, що надходять у повітря від різноманітних промислових джерел, транспортних засобів та комунальних об’єктів. Вторинні забруднювачі утворюються безпосередньо в атмосфері в результаті хімічних реакцій. Між багатьма забруднювачами QI =

i =1

439

спостерігається синергічна взаємодія. Все це суттєво ускладнює проблему оцінки якості повітря та розробку певного універсального індексу його якості. У США введені первинні та вторинні національні стандарти для шести найбільш поширених забруднювачів повітря (табл.8.15). Первинні стандарти розраховані, виходячи з вимог охорони здоров’я населення, а більш суворі вторинні стандарти мають на меті забезпечити збереження не тільки здоров’я, але й естетичних та матеріальних цінностей. Табл.8.15. Вибіркові відомості про національний стандарт якості повітря у США (NAAQS)1), який діяв у 1990 р. [115] Концентрації забруднювачів

Первинні стандарти мкг/м3 млн-1

Вторинні стандарти мкг/м3 млн-1

1

Завислі частинки (РМ-10): - середньоарифметична за рік 50 50 - максимальна середньодобова 150 150 2 Двоокис сірки: - середньоарифметична за рік 80 (0.03)2) - максимальна середньодобова 365 (0.14) - максимальна 3-годинна3) 1300 (0.50) 3 Окис вуглецю: - максимальна 8-годинна (10000.0) 9.0 - максимальна годинна (40000.0) 35.0 4 Двоокис азоту: - середньоарифметична за рік (100) 0.053 (100) 0.053 5 Озон: - максимальна годинна протягом доби4) (235) 0.12 (235) 0.12 6 Свинець: - максимальна середня за квартал 1.5 1.5 Примітки: 1. Окремі штати можуть вводити більш жорсткі стандарти якості повітря, ніж федеральний мінімум. Наприклад, в штаті Каліфорнія стандарт вмісту двоокису сірки майже втричі менший, ніж загальнонаціональний стандарт, і наближається до стандарту, рекомендованого Всесвітньою організацією охорони здоров’я. 2. В дужках наведені значення, що відповідають приблизно еквівалентним концентраціям. 3. Стандарт не може бути перевищений більше, ніж 1 раз на рік. 4. Вважається, що вимоги стандарту дотримуються, коли очікувана кількість днів у календарному році з максимальною годинною концентрацією озону понад 0.12 млн-1 менша або дорівнює 1.

Табл.8.16. Градації можливих рівнів забруднення атмосферного повітря (згідно системи оповіщення населення у США) [49] Показники забруднення Завислі речовини (добова концентрація) Двоокис сірки (добова концентрація) Окис вуглецю (8-годинна концентрація) Озон та інші фотохімічні окисники (годинна концентрація) Двоокис азоту (годинна концентрація) 440

Значення показників (мкг/м3) при можливому рівні забруднення 1 2 3 4 5 1000 815 625 375 260 2620 2100 1600 800 365 57.5 46.0 34.0 17.0 10.0 1200 1000 800 400 160 3750

3000

2200

1130

1130

Крім того, у США на основі національних стандартів (рівнів гранично допустимої концентрації забруднювача у повітрі протягом визначеного часу) діє спеціальна система оповіщення населення про ступінь забруднення повітряного середовища (табл.8.16). Визначені рівні забруднення характеризуються таким характером шкідливого впливу на здоров’я населення та передбачають наступні заходи безпеки: 1. Аварійна обстановка. Вважається, що характер впливу на здоров’я населення стає небезпечним, якість повітря досягає рівня відчутної шкоди, збільшується смертність серед хворих та літніх людей, рекомендується зачинити вікна та двері, намагатися не виходити на вулицю, зменшити фізичну активність. 2. Попередження про небезпеку. Вважається, що характер впливу на здоров’я населення продовжує залишатися небезпечним, якість повітря є тривожною, зростає кількість захворювань, зменшується опірність організму, рекомендується літнім та хворим людям залишатися в приміщеннях, здорові мають зменшити фізичну активність, намагатися не виходити на вулицю. 3. Стан готовості, обстановка дуже нездорова. Такого роду забруднення повітря сильно впливає на здоров’я, якість повітря визнається незадовільною, збільшується кількість серцево-судинних та респіраторних захворювань, у тому числі у здорових людей, рекомендується хворим та літнім людям, особливо із серцево-судинними та респіраторними захворюваннями, не виходити з дому, обмежити фізичну активність. 4. Обстановка нездорова. Хоча вважається, що такі величини забруднення не впливають на здоров’я населення, однак якість повітря має насторожувати, загострюються деякі захворювання, рекомендується особам, що страждають на серцево-судинні та респіраторні захворювання, зменшити фізичну активність поза приміщеннями. 5. Обстановка задовільна. Забруднення має характер помірного впливу на здоров’я, і якість повітря відповідає національним стандартам. Одним з найбільш поширених індексів якості повітря у США є ORAQI індекс, розроблений Національною лабораторією Оук Рідж спільно з Національною санітарною службою (NSF). В цьому індексі враховані відповідно до своєї вагомості 5 із 6 забруднювачів повітря, визнаних у США основними: окис вуглецю, двоокис сірки, двоокис азоту, озон та інші фотохімічні окисники, завислі речовини. Вуглеводні не враховані у цьому індексі, оскільки вважається, що вони є тільки попередниками забруднення, а не власне забруднювачами. Шкідлива дія вуглеводнів враховується через вимірювання вмісту озону та інших фотохімічних окисників. В разі необхідності наведена система може враховувати й додаткові або переглянуті національні стандарти. Формально індекс ORAQI визначається за виразом 441

FG H

5

IJ K

1.37

Ci , (8.9) i =1 S i де Ci - концентрація i-го забруднювача; Si - стандарт Агентства з охорони навколишнього середовища (ЕРА) для i-го забруднювача. Коефіцієнт та показник степеня нормують індекс таким чином, що при рівні незабрудненого фону значення ORAQI дорівнює 10, а при досягненні граничного рівня забруднення - 100. Окрім індексу ORAQI для оцінки якості повітря застосовують індекс, аналогічний WQI, який узагальнює індивідуальні індекси якості повітря по кожному забруднювачу, що розглядаються (рис.8.5).

∑

1.0

1.0

0.8

0.8

індекс якості

індекс якості

ORAQI = 5.7

0.6 0.4 0.2

0.6 0.4 0.2

0

10

20

30

40

оксид вуглецю, млн-1

50

0

1.0

1.0

0.8

0.8 індекс якості

індекс якості

а)

0.6 0.4 0.2

0.1

0.2

0.3

0.4

100

200

300

400

вуглеводні (середня 3-годинна концентрація), млн-1 б)

0.6 0.4 0.2

0

0.05

0.10

оксиди азоту (середньорічна концентрація), млн-1 в)

0.15

0

аерозолі (середньодобова концентрація), мкг/м3 г)

Рис.8.5. Залежність індивідуальних індексів якості повітря від концентрації окремих речовин: а - оксиду вуглецю; б - вуглеводнів; в - оксидів азоту; г - аерозолів

Оксид вуглецю надходить у повітря внаслідок промислових і транспортних викидів, від його концентрації у повітрі залежить вміст карбоксигемогло442

біну в крові. Вважається, що порушення є оборотними, і величина індексу практично не змінюється до концентрації оксиду вуглецю 10 млн-1, токсичним рівнем вважається концентрація 40 млн-1 (рис.8.5а). Вуглеводні можуть надходити у повітря як від штучних, так і від природних джерел. Близько половини загальної кількості різноманітних вуглеводнів надходить в атмосферу через викиди транспорту. Специфічними компонентами суміші вуглеводнів є метан, пропан та інші похідні ароматичних органічних речовин. Вуглеводні є небезпечними в першу чергу тому, що вони здатні вступати в реакції з оксидами азоту і спричинювати утворення фотохімічного смогу. Безпосередній вплив вуглеводнів на здоров’я людей починається лише з концентрацій порядку 1000 млн-1 і більше, у той час як шкідлива дія фотохімічного смогу починає відчуватися при значно менших їх концентраціях - порядку 0.30 млн-1 (рис.8.5б). Оксиди азоту (NO, NO2, N2O) разом з вуглеводнями є основними хімічними компонентами фотохімічних реакцій, що призводять до утворення смогу. Основне джерело надходження оксидів азоту у повітря - високотемпературне горіння різних видів палива. Вважається, що середньорічна концентрація оксидів азоту нижче 0.05 млн-1 не завдає шкоди здоров’ю людини, тоді як перевищення цього рівня призводить до збільшення респіраторних захворювань (рис.8.5в). Аерозолі (тверді та рідкі частинки у повітрі) надходять в атмосферу від природних і штучних джерел. Негативний вплив аерозолів на здоров’я починається при середньорічних концентраціях 80 мкг/м3 (вони можуть викликати бронхіти, емфіземи, серцево-судинні захворювання). Проте залежність індексу якості повітря від концентрації аерозолів враховує не тільки їх вплив на здоров’я, але й проблеми видимості: при концентрації зависі близько 25 мкг/м3 видимість погіршується, а при перевищенні середньорічної концентрації 200 мкг/м3 можуть виникати серйозні проблеми із здоров’ям (рис.8.5г). Важливим при розрахунку індексів якості води і повітря є питання визначення вагомості або значимості кожного з параметрів, що розглядаються, у загальному показнику якості. Вагомість параметра має відображати той ступінь важливості, який ми хочемо надати цьому параметру (забруднювачу). Бажано, щоб фактор вагомості залежав нелінійно від дійсної концентрації забруднювача у середовищі, тобто щоб його величина прискорено зростала при наближенні концентрації забруднювача до граничного рівня. Така залежність може бути описана рівнянням σi , (8.10) Wi = Si − µ i де Si - значення національного стандарту для i-го забруднювача; µi - середня концентрація i-го забруднювача; σi - стандартне відхилення для i-го забруднювача. 443

Якщо допустити, що концентрація забруднювача у середовищі може бути описана за допомогою функції нормального розподілення із середнім µi і стандартним відхиленням, то за виразом (Si - µi)/σi можна визначити ймовірність того, що концентрація забруднювача буде меншою або дорівнюватиме стандарту. Так, для середньої добової концентрації i-го забруднювача можна очікувати, що 84 % цих середніх добових концентрацій будуть меншими за µi + σi і близько 98 % - меншими за µi + 2σi. Якщо стандарт встановлений на рівні µi + 2σi (98 % забезпеченості), це означає, що перевищення стандарту по даному забруднювачу допускається у 20 днях із 1000. Значення фактору вагомості може ставати від’ємним, що свідчить про необхідність вживання термінових заходів щодо зменшення середнього рівня забруднення по цьому показнику або про необхідність перегляду стандартів (ГДК). Окрім проблеми визначення вагомості кожного параметра, не менш важливим завданням є узагальнення індивідуальних індексів у комплексний індекс якості. Найбільш поширеним способом узагальнення залишається визначення деякого середнього арифметичного, наприклад, за поширеним виразом K

∑W p i

Ia =

i

i =1 K

∑

, (8.11)

Wi

i =1

де Wi - фактор вагомості для i-го забруднювача; pi - індивідуальний індекс i-го забруднювача; K - кількість забруднювачів, що розглядаються. Основним недоліком такого підходу є можливість усереднення значення параметра, який перевищує стандарт, настільки, що узагальнений індекс якості не відображатиме дійсну ситуацію. Iншим недоліком є можливість впливу на величину узагальненого індексу параметра із значною вагомістю Wi. Цей підхід також неможливо застосовувати в ситуації, коли значення Wi є від’ємним. Виходячи з наведеного, більш доцільно використовувати вираз K

∑W p i

Ia =

i

i =1

. (8.12) K За цим підходом узагальнений індекс якості не залежить від кількості параметрів, що розглядаються, а також їх особливостей. Узагальнений індекс якості можна також обчислювати як середнє геометричне індивідуальних індексів забруднювачів за виразом

F W IJ = G∏ p W K H K

Ia

i

i =1

444

min i

1

K

, (8.13)

де Wmin - найменший фактор вагомості Wi серед K забруднювачів, що включені у розрахунок. Якщо ви не думаєте про майбутнє, у вас його не буде. Джон Голсуорсі 8.3. Створення глобальної та національних систем моніторингу навколишнього середовища

Необхідність здійснення систематичних спостережень за глобальним станом навколишнього середовища, його змінами під впливом природних і особливо антропогенних факторів була усвідомлена ще наприкінці 60-х років. Цілком очевидно, що проблеми оцінки стану довкілля у глобальному масштабі, перенесення забруднюючих речовин на великі відстані, зміни глобального клімату тощо можна вирішити тільки в рамках міжнародного співробітництва, спільними зусиллями різних держав і спеціалістів різних країн світу. Важливо відмітити, що й створення національних систем моніторингу також включає міжнародний аспект, оскільки тільки стандартні та загальноприйняті принципи організації національних систем і уніфіковані методи спостережень та аналізу можуть забезпечити отримання зіставимих даних, які необхідні для оцінки стану навколишнього середовища як у глобальному, так і в регіональному та національному масштабах. Основні елементи системи моніторингу вперше були описані в роботах Р.Манна, а сам термін “моніторинг” з’явився у 1971 р. напередодні проведення Стокгольмської конференції ООН з навколишнього середовища у доповіді “Global Environmental Monitoring” спеціальної комісії SCOPE (Scientific Committee on Problems of the Environment) - Наукового комітету з проблем навколишнього середовища Міжнародної ради наукових союзів. Експертами цієї комісії були вперше сформульовані принципи побудови глобальної системи моніторингу стану біосфери і визначені показники цього стану, за якими слід встановити постійні спостереження та контроль. На Першій міжнародній конференції ООН з охорони навколишнього середовища у Стокгольмі 5-16 червня 1972 р.1, де зібралися представники 113 країн світу, були схвалені принципи і підходи, розроблені в рамках SCOPE, а також прийнята Програма дій з міжнародного співробітництва в галузі охорони навколишнього природного середовища - ЮНЕП (UNEP - United Nations Environment Programme). Ця Програма, зокрема, включала рекомендації відносно спостережень, контролю і оцінки стану біосфери та антропогенного впливу на якість навколишнього природного середовища. Так, була рекомендована організація мережі станцій спостережень за рівнем забруднення ком1

День відкриття цієї конференції - 5 червня - був проголошений Всесвітнім днем охорони навколишнього середовища. Конференція прийняла Декларацію, яка складається з 26 принципів і була першим кроком на шляху створення комплексу міжнародно-правових норм, які регулюють всі аспекти охорони навколишнього середовища. 445

понентів довкілля (атмосферного повітря, вод, ґрунтів), джерелами забруднення та розповсюдженням шкідливих речовин, а також за впливом забруднень на живі організми, у тому числі й на здоров’я людини. Перед рядом органів ООН - ВООЗ, ФАО, ЮНЕСКО та ін. - були поставлені відповідні завдання з побудови міжнародної системи моніторингу стану довкілля. Відразу після Стокгольмської конференції і в значній мірі під її впливом на проблему моніторингу стану природного середовища звернули увагу багато міжнародних міжурядових та неурядових організацій. Були розроблені спеціальні міжнародні програми та підписані угоди про співробітництво, у яких створення оптимальної інформаційної системи моніторингу стану біосфери було визнане одним з головних пріоритетів людства. Резолюція Стокгольмської конференції включала рекомендацію заснувати Раду керівників Програми ООН з проблем навколишнього середовища (ЮНЕП), завданням якої є створення глобальної системи моніторингу. I сесія Ради керівників ЮНЕП відбулася у 1973 р. На першій міжурядовій нараді з моніторингу в Найробі (Кенія, лютий 1974 р.) були розроблені основні положення проекту створення в рамках ЮНЕП глобальної системи моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС), представлені на розгляд II сесії Ради керівників ЮНЕП в березні 1974 р. Головна мета ГСМНС - надавати інформацію, необхідну для забезпечення в дійсному і майбутньому захисту здоров’я, добробуту, безпеки і свободи людей та розумного управління навколишнім середовищем і його ресурсами. Основними принципами міжнародного співробітництва при створенні ГСМНС були визначені такі: • максимально можливе використання існуючих національних і міжнародних систем та спеціалізованих агентств ООН; • пріоритетність глобального і багатонаціонального рівнів та міжнародний обмін інформацією про найбільш істотні локальні проблеми. Реалізація ГСМНС здійснюється відповідно до поетапного плану, розробленого на замовлення ЮНЕП і опублікованого у 1974 р., яким, зокрема, передбачене створення директорату, центру зв’язку і збору даних, лабораторій по розробці стандартів, а також інтегральної мережі регіональних центрів і служб спостережень. ГСМНС складається з п’яти взаємозв’язаних підсистем: вивчення кліматичних змін, далекого перенесення забруднюючих речовин, гігієнічних аспектів довкілля, дослідження Світового океану та ресурсів суші. Iснують 22 мережі діючих станцій системи глобального моніторингу, а також міжнародні й національні системи моніторингу [72]. Нині в багатьох країнах світу склалося єдине розуміння проблеми національної екологічної безпеки, вирішення якої багато в чому залежить від інформаційної взаємодії держав, яка ґрунтується на регулярних спостережен446

нях, оцінках і прогнозах стану природного середовища і здоров’я населення на основі узгодженої методології. Протягом 1980-х років в рамках Конвенції Економічної комісії Європи ООН по транскордонному перенесенню атмосферних забруднень (ЕКЄ ООН) була розпочата реалізація чотирьох різних програм з моніторингу та оцінки впливу атмосферних забруднювачів на навколишнє середовище. Ці Міжнародні програми співробітництва (МПС) були спрямовані на дослідження лісів, джерел прісної води, сільськогосподарських культур і матеріалів. У 1988 р. ЕКЄ ООН рекомендувала країнам-учасницям сприяти розробці пілотної “Програми комплексного моніторингу” (ПКМ) в еталонних регіонах для вивчення довгочасних змін у навколишньому середовищі, що піддається прямому чи опосередкованому впливу атмосферних забруднювачів. Швеції була надана роль провідної країни, а Фінляндії, яка вже приймала активну участь в роботах з моніторингу країн Північної Європи, було запропоновано взяти на себе відповідальність за обробку даних. Центр збору даних про навколишнє середовище (ЦЗДНС) був заснований в м. Гельсінкі. В період 1988-1990 рр. були узгоджені методи проведення комплексного моніторингу, оцінки здійснення яких на пілотному етапі ПКМ стали основою для прийняття рішень стосовно майбутнього програми. На нараді в листопаді 1992 р. Виконавчий комітет прийняв рішення щодо продовження ПКМ під назвою “Міжнародна програма співробітництва в галузі комплексного моніторингу впливу атмосферного забруднення на екосистеми” (МПС/КМ). Характерною особливістю комплексного моніторингу є перехід від реєстрації рівнів забруднення компонентів природного середовища до слідкування за змінами властивостей всіх елементів екосистеми, а також контроль потоків забруднюючих речовин у суміжних природних середовищах та трофічних ланцюгах. Очевидно, що проведення такого моніторингу можливе на локальних територіях, природні умови яких є репрезентативними для наукових і практичних цілей, а сам моніторинг - економічно, організаційно і технічно здійсненним протягом тривалого періоду. Такими територіями з чітко визначеними межами та державним статусом існування є біосферні або природно-ландшафтні заповідники, національні парки та інші зони існування природних екосистем, що охороняються від впливу антропогенної діяльності. З урахуванням цього, комплексний моніторинг навколишнього середовища доцільно називати “Комплексним фоновим моніторингом”, підкреслюючи тим самим його цільове призначення: спостереження за змінами фонових характеристик функціонування екосистем в консервативних зовнішніх умовах. Центром збору даних про навколишнє середовище Національної ради водних ресурсів та навколишнього середовища Фінляндії було розроблене і 447

розповсюджене “Керівництво з комплексного моніторингу” [67], мета якого полягає у забезпеченні єдності підходів до виконання різних видів робіт, починаючи від вибору району та місць проведення моніторингу різних компонентів природного середовища, рекомендацій щодо методик польових та лабораторних робіт, які виконуються за спеціальними програмами спостережень і досліджень компонентів екосистем, - до попередньої обробки результатів спостережень і вимірів, процедур забезпечення якості даних та складання різноманітних звітів, у тому числі таких, що використовуються для виконання зобов’язань країн згідно з міжнародними екологічними програмами. Це “Керівництво...” є базовим для організації і проведення загального екологічного моніторингу природно-технічних систем. Воно також регламентує правила впорядкування, кодування, формалізації та передачі даних комплексного моніторингу на міжнародному рівні [68]. На практиці програма комплексного моніторингу навколишнього середовища поділяється на низку підпрограм (табл.8.17), зв’язаних між собою через визначення транзитних параметрів (по методу проходження потоків речовин через суміжні компоненти природного середовища - повітря, води, ґрунти, біоту) або через вивчення причинно-наслідкових зв’язків. Табл.8.17. Підпрограми комплексного моніторингу навколишнього природного середовища Код AM AC DC SF TF SC SW GW RW LC FC LF

Назва підпрограми Дослідження клімату Дослідження хімії атмосфери Дослідження хімії опадів Дослідження підкронового стоку Дослідження стовбурового стоку Дослідження хімії ґрунтів Дослідження хімії ґрунтових вод Дослідження хімії підґрунтових вод Дослідження хімії вод поверхневого стоку Дослідження хімії озерних вод Дослідження хімії листя Дослідження хімії опаду

Код RB LB FD VG MC EP AL

Назва підпрограми Дослідження гідробіології струмків Дослідження гідробіології озер Дослідження пошкодження лісів Дослідження рослинності Дослідження хімії мохів Дослідження стовбурових епіфітів1 Дослідження надземних зелених водоростей MB Дослідження мікробного розкладання AR Облік лісових деревостанів PA Облік рослинного покрову BB Облік птахів / дрібних гризунів BV Облік рослин

Одна з перших спроб створення національної системи моніторингу була зроблена ще у рамках колишнього Союзу РСР, де мережа контролю забруднення довкілля будувалася за принципами системності та комплексності спостережень, тобто разом з дослідженнями рівнів забруднення атмосферного повітря, вод і ґрунтів здійснювалися метеорологічні та гідрологічні спостереження з метою коректної інтерпретації отриманих результатів та їх всебічної оцінки [108]. Пункти спостережень створювалися на водних об’єктах, в 1 Епіфіти (від гр. epí - на, над та phytón - рослина) - автотрофні рослини, що не мають зв’язку з ґрунтом, оселяються на стовбурах та гілках інших рослин, використовують вологу та мінеральні речовини опадів і пилу. 448

містах, у промислових та сільськогосподарських районах, які зазнавали значного впливу від господарської діяльності людини. З метою проведення фонового моніторингу створювалася мережа спостережень у районах мінімального забруднення. Серед забруднювачів найбільша увага приділялася таким [31]: • діоксиду сірки - з урахуванням ефектів його вимивання з атмосфери і надходження у вигляді сірчаної кислоти та сульфатів у ґрунти, рослинність і водойми; • важким металам - свинцю, кадмію і особливо ртуті з урахуванням ефектів їх міграції, вимивання з атмосфери, змивання з ґрунтів у водойми та трансформації у високотоксичні хімічні похідні; • деяким канцерогенним речовинам, зокрема, бенз(α)пірену; • нафтопродуктам в морях та океанах, головним чином у полярних районах через їх надзвичайно повільний розклад при низьких температурах. У сільських районах першочергова увага приділялася хлорорганічним пестицидам, а в містах - оксиду вуглецю та оксидам азоту. Функції і завдання моніторингу в СРСР покладалися на Загальнодержавну службу спостережень і контролю за рівнем забруднення навколишнього середовища, організовану наприкінці 1972 р. на базі спостережних, оперативних та наукових органів Держкомгідромету, а також органів Міністерства охорони здоров’я, Міністерства меліорації і водного господарства, Міністерства сільського господарства та ряду інших відомств. Проте єдиного управлінського центру національного моніторингу, як і єдиної методичної бази з організації і проведення цих спостережень, створено не було. Певна відомча відокремленість в організації національного моніторингу була успадкована й новоутвореною Україною, де існування незалежних одна від одної систем і методик спостережень (Мінприроди, Держкомгідромет, Держкомзем, Держкомводгосп, Держкомгеології та ін.), спрямованих на вирішення окремих вузьковідомчих завдань, часто незіставимих між собою, стояло на перешкоді національних інтересів суверенної країни. Саме тому з отриманням Україною статусу незалежної держави і початком нового історичного періоду її суверенного розвитку постало завдання розробки та впровадження власної державної системи екологічного моніторингу, яке знайшло відображення у статті 22 Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища” [28], прийнятому 25 червня 1991 р. З кінця 1992 р. на основі Довгострокової науково-технічної програми системного моніторингу навколишнього середовища, розробленої АН України, та Програми першочергових заходів по системі екологічного моніторингу (автори - Мінприроди та АН України) були розпочаті науково-дослідні і проектні роботи по створенню національної системи екологічного моніторингу 449

та її приладової бази (скорочено, за першою назвою 1992 р. - СЕМ “Україна” [62]). В рішенні семінару-наради “Розробка та впровадження в Україні єдиної державної системи екологічного моніторингу” (Київ, 6-8 квітня 1993 р.) зазначалося, що СЕМ “Україна” (рис.8.6) створюється як автоматизована інформаційна система, яка на сучасному науково-технічному рівні забезпечує збір, обробку, збереження та аналіз екологічної інформації, комплексну (багатофакторну) оцінку і прогноз стану природного середовища та здоров’я населення, розробку обґрунтованих рекомендацій для прийняття ефективних природоохоронних, економічних, соціальних та інших рішень на всіх рівнях виконавчої влади та вдосконалення відповідних законодавчих і нормативно-правових актів. МОНIТОРИНГ СТАНУ НПС

Спостереження

Контрольновимірювальні засоби

Оцінка

Прогноз

Рішення

Технологічні і дослідницькі програмно-технічні комплекси

Показникі стану НПС

Висновки, карти

Задачі обробки даних

Контактні

Дистанційні

Систематизація

Iнтерпретація

Узагальнення

Природні і техногенні об’єкти

Локальні бази даних

Прогнозування

Моделювання

Регіональні банки даних

Iнформаційне обслуговування Синтез рішень

Національний банк даних

Рис.8.6. Структура технічних, інформаційних і програмно-алгоритмічних компонентів СЕМ “Україна” [62]

Постановою Кабінету Міністрів України від 23 вересня 1993 р. № 785 було затверджене “Положення про державний моніторинг навколишнього при-

450

родного середовища”1 [79], яке стало правовим підґрунтям впровадження та функціонування такої системи в нашій країні. Положення визначало загальні засади системи державного моніторингу навколишнього середовища, її структуру та рівні, організацію роботи та порядок функціонування. Наводилися характеристика принципів, на яких будується ця система, її завдання, перелік суб’єктів державного моніторингу довкілля та їх функції тощо. Перелік об’єктів спостережень охоплював усі компоненти навколишнього середовища: повітря, воду, землю, біоту. На Мінприроди України разом з іншими органами державної виконавчої влади покладалося завдання вдосконалення мереж спостережень в Україні, їх раціоналізації та оптимізації, уніфікації методик спостережень і лабораторних аналізів тощо. В Положенні також містилося загальне роз’яснення того, яким чином здійснюється аналіз і узагальнення інформації, обмін нею, прогнозування змін стану довкілля, науково-методичне, метрологічне, матеріально-технічне і фінансове забезпечення системи державного моніторингу. Визначалося, що фінансування системи здійснюється з державного бюджету України та інших джерел фінансування. Головними виконавцями СЕМ “Україна” були визначені ДГП “Геопрогноз” (системна частина), Київське науково-виробниче об’єднання “Аналітприлад” (комплекс приладів для контролю параметрів довкілля контактними методами), Центр аерокосмічних досліджень Землі АН України (комплекс дистанційного моніторингу). Структура СЕМ (рис.8.7) передбачає багаторівневу систему локальних, регіональних та національного центрів збору, обробки, аналізу і передавання даних про стан довкілля. Складовими частинами СЕМ є блоки відомчого екологічного моніторингу, розробку і функціонування яких забезпечують міністерства й відомства: охорона природи, здоров’я населення, сільське, лісове, водне та комунальне господарство, гідрометеорологія, геологічне середовище, землекористування, а також блок міжвідомчого моніторингу екосистем Чорного та Азовського морів, блок фонового екомоніторингу, комплекси аерокосмічного, дистанційного та радіаційного моніторингу. Роботи по окремих блоках СЕМ здійснюються за підтримки міжнародних організацій. Наприклад, у створенні блоку радіаційного моніторингу брала участь фірма РА Consulting Group (Англія), яка за міжнародною програмою ТАСIS, що фінансується Комісією Європейського Співтовариства, виконувала проектування і технічне оснащення мережі радіаційної безпеки України, насамперед у зонах впливу п’яти діючих атомних електростанцій. Ці роботи були розпочаті фірмою у 1992 р. спільно з Українським науковим центром радіаційної медицини, потім - з Ірландським інститутом радіаційного захисту у тісному контакті з Управлінням моніторингу та Управлінням ядерної і радіа1

Замість цього “Положення...” 30 березня 1998 р. Постановою Кабінету Міністрів України № 391 введено в дію “Положення про державну систему моніторингу довкілля” [80]. 451

ційної безпеки Мінприроди України, а також Українським науковим центром охорони вод Мінприроди України.

Відомчі мережі спостережень

Відомчі центри екомоніторингу (ВБнД)

Територіальні центри екомоніторингу (ЛБД, РБнД)

Національний центр екомоніторингу (НБнД)

Ситуаційний центр при Президенті України

Навколишнє середовище

Органи управління міністерств і відомств

Органи територіального держуправління і самоврядування

Державні органи влади і управління

Міжнародні екологічні установи

Рис.8.7. Схема загальної інформаційної структури СЕМ “Україна” [62]

Метою цього проекту, що отримав назву “Гамма”, є створення експериментальної системи радіаційного спостереження та раннього оповіщення про радіаційну аварію в Україні та Білорусі. Роботи, пов’язані з розробкою проекту, постачанням обладнання та послугами, обумовленими розробниками проекту, фінансуються Комісією Європейського Співтовариства, а частина робіт, пов’язаних з підготовкою постів контролю, створенням регіональних і Національного центрів, а також забезпеченням зв’язку між ними, фінансуються і виконуються Україною. Проект викликав велику зацікавленість в Європі. Так, у тендері на продовження робіт взяли участь 24 фірми різних країн світу. На сьогодні реалізовано першу чергу цього проекту - “Гамма-1” - створено мережі стаціонарних постів навколо Рівненської і Запорізької АЕС, а також регіональні (Рівне, Запоріжжя) та Національний (Київ) центри радіаційного моніторингу. В січні 1997 р. система радіаційного моніторингу “Гамма-1” була введена у дослідну експлуатацію. Впровадження СЕМ “Україна” передбачалося здійснити в два етапи. На першому етапі (1992-1995 рр.) здійснювалася інвентаризація й оптимізація існуючих відомчих мереж, уніфікація методик спостережень, створювалися окремі ланки системи, в першу чергу в регіонах з найскладнішим екологічним станом (Львів, Запоріжжя, Харків, Дніпропетровськ і Дніпропетровська обл., Луганськ і Луганська обл., Каховське водосховище, Запорізька АЕС, басейн Дунаю) та на національному рівні. Другий етап (1996-2000 рр.) передбачав створення і введення в експлуатацію локальних, регіональних та Національного центрів збору і обробки інформації, розробку комплексу контрольно-вимірювальних засобів для спостережень за станом навколишнього природного середовища, здійснення інших заходів щодо впровадження системи у повному обсязі на всій території України. На жаль, відомі економічні негаразди в нашій країні помітно стримують темпи розробки і введення в дію систем екологічного моніторингу на націо452

нальному і більш низьких рівнях, адже їх запровадження передбачає створення спеціальних штатів спостережників, їх професійну підготовку, забезпечення досконалими приладами, організацію комп’ютерних мереж та інформаційних систем тощо. Через ряд об’єктивних та суб’єктивних причин не всі заплановані заходи вдалося реалізувати у повній мірі, з часом дещо змінилася концепція системи, головні виконавці робіт, суб’єкти моніторингу, проте роботи із створення системи тривають. Впровадження системи моніторингу було і залишається одним з пріоритетних напрямів державної політики України у галузі охорони довкілля та раціонального використання природних ресурсів [73]. Немає нічого більш складного для планування, більш ризикованого та непевного в управлінні, ніж створення нової системи. Макіавеллі 8.4. Державна система моніторингу навколишнього природного середовища в Україні

8.4.1. Організаційні основи державної системи моніторингу довкілля в Україні Нормативно-правовою базою створення та функціонування державної системи моніторингу довкілля в Україні є: • Закон України “Про охорону навколишнього природного середовища” [28]; • Положення про державну систему моніторингу довкілля, затверджене постановою Кабінету Міністрів України від 30.03.98 р. № 391 [80]; • Порядок здійснення державного моніторингу вод, затверджений постановою Кабінету Міністрів України від 20.07.96 р. № 815 [83]; • Порядок організації та проведення моніторингу в галузі охорони атмосферного повітря, затверджений постановою Кабінету Міністрів України від 9.03.99 р. № 343 [84]; • Положення про моніторинг земель, затверджене постановою Кабінету Міністрів України від 20.08.93 р. № 661 [82]; • відомчі нормативні акти, міжвідомчі положення, технологічні інструкції тощо. Державна система моніторингу довкілля - це система спостережень, збирання, оброблення, збереження, передавання та аналізу інформації про стан навколишнього природного середовища, прогнозування його змін і розроблення науково обґрунтованих рекомендацій для прийняття управлінських рішень щодо запобігання негативним змінам стану довкілля та дотримання вимог екологічної безпеки [80]. Вона створюється як відкрита інформаційна система, пріоритетами функціонування якої є захист життєво важливих екологічних інтересів людини і суспільства, збереження природних екосистем, 453

відвернення кризових змін екологічного стану довкілля та запобігання надзвичайним екологічним ситуаціям. Створення державної системи моніторингу довкілля забезпечує досягнення таких основних цілей: • підвищення рівня адекватності дійсному екологічному стану довкілля його інформаційної моделі, яка формується на основі даних систематичних спостережень, здійснюваних спеціальними службами міністерств і відомств, підприємствами, організаціями та установами в порядку виробничо-інформаційної діяльності, і науково-дослідних робіт; • підвищення оперативності одержання та достовірності первинних даних за рахунок використання досконалих методик, сучасних контрольно-вимірювальних приладів і засобів комп’ютеризації процесів збирання, накопичення та оброблення екоінформації на всіх рівнях державного управління і місцевого самоврядування; • підвищення рівня та якості інформаційного обслуговування користувачів екоінформації на всіх рівнях функціонування системи на основі мережевого доступу до розподілених відомчих та інтегрованих банків даних, комплексного оброблення і використання інформації для прийняття відповідних рішень; • підвищення якості обґрунтування природоохоронних заходів та ефективності їх здійснення; • сприяння розвитку міжнародного співробітництва у галузі охорони довкілля, раціонального використання природних ресурсів та екологічної безпеки. Оскільки ця система створюється як складова національної інформаційної інфраструктури і має бути сумісною з аналогічними системами інших країн, її впровадження та функціонування здійснюється з дотриманням міжнародних вимог і ґрунтується на таких принципах: • узгодженості нормативно-правового та організаційно-методичного, а також сумісності технічного, інформаційного і програмного забезпечення її складових частин; • систематичності спостережень за станом довкілля та техногенними об’єктами, що впливають на нього; • своєчасності отримання, комплексності оброблення та використання екологічної інформації, що надходить і зберігається в системі моніторингу; • об’єктивності первинної, аналітичної і прогнозної екологічної інформації та оперативності її доведення до органів державної влади, органів місцевого самоврядування, громадських організацій, засобів масової інформації, населення України, заінтересованих міжнародних установ та світового співтовариства; 454

• доступності екологічної інформації населенню України та світовій спільноті. Суб’єктами державної системи моніторингу довкілля, відповідальними за обов’язкове здійснення державної програми екомоніторингу, є міністерства й відомства та інші центральні органи виконавчої влади, які відповідно до своєї компетенції отримують і обробляють дані про стан довкілля і виробляють відповідні рішення щодо нормалізації або поліпшення екологічної обстановки, раціонального використання і забезпечення якості природних ресурсів. Суб’єктами державної системи моніторингу довкілля в Україні визначені: • Міністерство екології та природних ресурсів (Мінекоресурсів) України, • Міністерство України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи (МНС), • Міністерство охорони здоров’я (МОЗ) України, • Міністерство аграрної політики (Мінагрополітики) України, • Державний комітет лісового господарства (Держкомлісгосп) України, • Державний комітет України по земельних ресурсах (Держкомзем), • Державний комітет будівництва, архітектури та житлової політики (Держбуд) України, • Державний комітет України по водному господарству (Держкомводгосп), • Департамент гідрометеорологічної служби і моніторингу Мінекоресурсів України (до 2000 р. - Комітет України з питань гідрометеорології), • Департамент геології та використання надр Мінекоресурсів України (до 2000 р. - Комітет України з питань геології та використання надр), їх органи на місцях, а також підприємства, установи та організації, що належать до сфери їх управління. Основними завданнями суб’єктів державної системи моніторингу довкілля є: • довгострокові систематичні спостереження за станом навколишнього середовища; • аналіз екологічного стану довкілля та прогнозування його змін; • інформаційно-аналітична підтримка прийняття рішень у галузі охорони природи, раціонального використання природних ресурсів та екологічної безпеки; • інформаційне обслуговування органів державної влади та місцевого самоврядування, а також забезпечення екологічною інформацією населення країни та міжнародних організацій. 455

Функціональні завдання суб’єктів державної системи моніторингу довкілля наведені в табл.8.18. Табл.8.18. Функціональні завдання, що покладаються на суб’єктів державної системи моніторингу довкілля Мінекоресурсів України здійснює моніторинг: • джерел промислових викидів в атмосферу (вміст забруднюючих речовин (далі - ЗР), у тому числі pадіонуклідів); • джерел скидів стічних вод (вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів); • поверхневих вод (вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів); • ґрунтів різного призначення, у тому числі на природоохоронних територіях (залишкова кількість пестицидів, агрохімікатів і важких металів, природна і штучна радіоактивність); • водних об’єктів у межах природоохоронних територій (фонова кількість ЗР, у тому числі pадіонуклідів); • наземних і морських екосистем (фонова кількість ЗР, у тому числі pадіонуклідів, умови існування біотопів); • звалищ промислових і побутових відходів (склад відходів, вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів); МНС - моніторинг на територіях, підпорядкованих Адміністрації зони відчуження і зони безумовного (обов’язкового) відселення, а також в інших зонах радіоактивного забруднення внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС: • атмосферного повітря (вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів); • поверхневих і підземних вод (вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів); • наземних і водних екосистем (біоіндикаторні визначення); • ґрунтів і ландшафтів (вміст ЗР, pадіонуклідів, просторове поширення); • джерел викидів в атмосферу (вміст ЗР, обсяги викидів); • джерел скидів стічних вод (вміст ЗР, обсяги скидів); • об’єктів поховання радіоактивних відходів (вміст pадіонуклідів, радіаційна обстановка); МОЗ - моніторинг у місцях проживання і відпочинку населення: • атмосферного повітря (вміст шкідливих хімічних речовин); • поверхневих вод суші і питної води (хімічні, бактеріологічні, радіологічні, вірусологічні визначення); • морських вод (хімічні, бактеріологічні, радіологічні, вірусологічні визначення); • ґрунтів (вміст пестицидів, важких металів, бактеріологічні, вірусологічні визначення, наявність яєць геогельмінтів); • фізичних факторів (шум, електромагнітні поля, радіація, вібрація тощо); Мінагрополітики - моніторинг: • ґрунтів сільськогосподарського використання (радіологічні, агрохімічні та токсикологічні визначення, залишкова кількість пестицидів, агрохімікатів і важких металів); • сільськогосподарських рослин і продуктів з них (токсикологічні та радіологічні визначення, залишкова кількість пестицидів, агрохімікатів і важких металів); • сільськогосподарських тварин і продуктів з них (зоотехнічні, токсикологічні та радіологічні визначення, залишкова кількість пестицидів, агрохімікатів і важких металів); • поверхневих вод сільськогосподарського призначення (токсикологічні та радіологічні визначення, залишкова кількість пестицидів, агрохімікатів і важких металів); Держкомлісгосп - моніторинг: • ґрунтів земель лісового фонду (радіологічні визначення, залишкова кількість пестицидів, агрохімікатів і важких металів); • лісової рослинності (пошкодження біотичними та абіотичними чинниками, біомаса, біорізноманіття, радіологічні визначення, вміст ЗР); 456

•

мисливської фауни (видові, кількісні та просторові характеристики, радіологічні визначення); Гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України - моніторинг: • атмосферного повітря та опадів (вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів, транскордонне перенесення забруднюючих речовин); • річкових, озерних, морських вод (гідрохімічні та гідробіологічні визначення, вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів); • ґрунтів (вміст ЗР, у тому числі pадіонуклідів); • радіаційної обстановки (на пунктах стаціонарної мережі та за результатами обстежень); • стихійних та небезпечних природних явищ (повені, паводки, снігові лавини, селі тощо); Держкомводгосп - моніторинг на водогосподарських системах комплексного призначення, системах міжгалузевого та сільськогосподарського водопостачання в зонах впливу АЕС: • річок, водосховищ, каналів, зрошувальних систем і водойм у зонах впливу атомних електростанцій (вміст радіоактивних речовин); • поверхневих вод у прикордонних зонах і місцях їх інтенсивного виробничо-господарського використання (вміст ЗР); • зрошуваних та осушуваних земель (глибина залягання та мінералізація ґрунтових вод, ступінь засоленості та солонцюватості ґрунтів); • підтоплення сільських населених пунктів; • прибережних зон водосховищ (переформування берегів і підтоплення території); Геологічна служба Мінекоресурсів України - моніторинг: • підземних вод (гідрогеологічні та гідрохімічні визначення складу і властивостей, у тому числі залишкової кількості пестицидів і агрохімікатів, оцінка ресурсів); • ендогенних та екзогенних процесів (видові і просторові характеристики, активність прояву); • геофізичних полів (фонові та аномальні визначення); • геохімічного стану ландшафтів (вміст і поширення природних та техногенних хімічних елементів і сполук); Держкомзем - моніторинг: • ґрунтів і ландшафтів (вміст ЗР, прояви ерозійних та інших екзогенних процесів, просторове забруднення земель об’єктами промислового і сільськогосподарського виробництва); • рослинного покриву земель (видовий склад, показники розвитку та ураження рослин); • зрошуваних і осушених земель (вторинне підтоплення і засолення тощо); • берегових ліній річок, морів, озер, водосховищ, лиманів, заток, гідротехнічних споруд (динаміка змін, ушкодження земельних ресурсів); Держбуд - моніторинг: • питної води централізованих систем водопостачання (вміст ЗР, обсяги споживання); • стічних вод міської каналізаційної мережі та очисних споруд (вміст ЗР, обсяги надходження); • зелених насаджень у містах і селищах міського типу (ступінь пошкодження ентомошкідниками, фітозахворюваннями тощо); • підтоплення міст і селищ міського типу (небезпечне підняття рівня ґрунтових вод).

Підприємства, установи і організації незалежно від їх підпорядкування та форми власності, діяльність яких призводить чи може призвести до погіршення стану довкілля, зобов’язані здійснювати екологічний контроль за виробничими процесами та станом промислових зон, збирати, зберігати та без457

оплатно надавати суб’єктам системи моніторингу дані і узагальнену інформацію для її комплексного оброблення. Система моніторингу ґрунтується на використанні існуючих організаційних структур суб’єктів моніторингу і функціонує на основі єдиного нормативного, організаційного, методологічного та метрологічного забезпечення, об’єднання складових частин та уніфікованих компонентів цієї системи. Суб’єкти системи моніторингу забезпечують вдосконалення підпорядкованих їм мереж спостережень за станом навколишнього середовища, уніфікацію методик спостережень і лабораторних аналізів, приладів і систем контролю, створення банків даних для їх багатоцільового колективного використання за допомогою єдиної комп’ютерної мережі, яка забезпечує автономне і спільне функціонування складових цієї системи та взаємозв’язок з іншими інформаційними системами, які діють в Україні та за її межами. Організаційна інтеграція суб’єктів системи моніторингу на всіх рівнях здійснюється органами Мінекоресурсів на основі: • загальнодержавної і регіональних (місцевих) програм моніторингу довкілля, що складаються з програм відповідних рівнів, поданих суб’єктами системи моніторингу; • укладених між усіма суб’єктами системи моніторингу угод про спільну діяльність під час здійснення моніторингу довкілля на відповідному рівні. Методологічне забезпечення об’єднання складових частин і компонентів системи моніторингу покладається на Мінекоресурсів із залученням суб’єктів цієї системи, Національної академії наук, Української аграрної академії наук, Національного космічного агентства України (НКАУ), Національного агентства з питань інформатизації при Президентові України та ін. і здійснюється на основі: • єдиної науково-методичної бази щодо вимірювання параметрів і визначення показників стану довкілля, біоти і джерел антропогенного впливу на них; • впровадження уніфікованих методів аналізу і прогнозування властивостей довкілля, комп’ютеризації процесів діяльності та інформаційної комунікації; • загальних правил створення і ведення розподілених баз та банків даних1 і знань, картування і картографування2 екологічної інформації, 1 База даних - сукупність відомостей, інформаційний масив вихідних даних для вирішення проблемних завдань на основі комп’ютерних програм. Банк даних - інформаційно-довідкова система, що містить накопичену та підтримувану у робочому стані сукупність відомостей (базу даних) та комп’ютерних програм, необхідних для вирішення певного кола завдань. Банк даних забезпечує інформацією колективи користувачів або надає матеріал для вирішення проблемно орієнтованих, зазвичай прогнозних та управлінських завдань. 2 Слід розрізняти картування як власне процес переведення натурного оригіналу у графічну модель (топографічна зйомка, вибір масштабу карти тощо) та картографування - аналітико-синте458

стандартних технологій з використанням географічних інформаційних систем. Метрологічне забезпечення об’єднання складових частин і компонентів системи моніторингу покладається на Мінекоресурсів із залученням суб’єктів цієї системи та органів Держстандарту і здійснюється на основі: • єдиної науково-технічної політики щодо стандартизації, метрології та сертифікації вимірювального, комп’ютерного і комунікаційного обладнання; • єдиної нормативно-методичної бази, що забезпечує достовірність і порівнянність вимірювань та результатів оброблення екологічної інформації в усіх складових частинах цієї системи. Суб’єкти системи моніторингу, місцеві державні адміністрації та органи місцевого самоврядування, підприємства, установи і організації незалежно від їх підпорядкування і форми власності повинні здійснювати: • розроблення і узгодження з органами Мінекоресурсів та МНС планів здійснення заходів з метою спостереження за станом екологічно небезпечних об’єктів, запобігання екологічно небезпечній виробничій, господарській та іншій діяльності; • захист зареєстрованих у системі моніторингу постів (пунктів, станцій) спостережень за об’єктами довкілля від пошкодження та несанкціонованого перенесення; • виділення в установленому порядку земельних ділянок під влаштування нових постів спостережень на підставі затверджених програм удосконалення і розвитку складових частин системи моніторингу. Інфраструктура системи моніторингу, її складові частини, системоутворюючі та уніфіковані компоненти створюються на підставі відповідних технічних завдань і проектів, затверджених у встановленому порядку. Для здійснення державного моніторингу довкілля розробляються національні, регіональні, відомчі та локальні програми екологічного моніторингу, в яких визначаються показники і мережі спостережень об’єктів та джерел забруднення довкілля, регламенти передавання, оброблення та використання інформації. Довгострокова державна програма екологічного моніторингу визначає спільні, узгоджені за цілями, завданнями, територіями та об’єктами, часом (періодичністю) і засобами виконання дії відомчих органів державної виконавчої влади, підприємств, організацій та установ. Просторова та часова організація державного моніторингу довкілля, зокрема мережі пунктів спостережень та поділ цих пунктів за категоріями, визначення переліків пріоритетних показників стану навколишнього середовища та показників негативного впливу на нього, розроблення регламентів і техтичну роботу з графічними моделями об’єктів, процесів і явищ (складання типологічної легенди карти, сітки районування тощо). 459

нологій передачі інформації та ін. здійснюються суб’єктами системи та міжвідомчими комісіями ведення державного моніторингу довкілля. Взаємовідносини суб’єктів системи моніторингу ґрунтуються на: • взаємній інформаційній підтримці рішень у галузі охорони довкілля, раціонального використання природних ресурсів та екологічної безпеки; • координації дій під час планування, організації та проведення спільних заходів з екологічного моніторингу, виникнення надзвичайних екологічних ситуацій та ліквідації їх наслідків; • ефективному використанні наявних організаційних структур, засобів спостережень за об’єктами довкілля та комп’ютеризації процесів діяльності; • сприянні найбільш ефективному розв’язанню спільних завдань моніторингу довкілля та екологічної безпеки; • відповідальності за повноту, своєчасність і достовірність переданої інформації; • колективному використанні інформаційних ресурсів та комунікаційних засобів; • безкоштовному інформаційному обміні. Фінансування робіт із створення і функціонування системи моніторингу та її складових частин здійснюється відповідно до порядку фінансування природоохоронних заходів за рахунок коштів, передбачених у державному та місцевих бюджетах згідно із законодавством. Покриття певної частини витрат на створення і функціонування складових частин і компонентів системи моніторингу може здійснюватися за рахунок інноваційних фондів у межах коштів, передбачених на природоохоронні заходи, міжнародних грантів та інших джерел фінансування. Найбільшого успіху досягає той, хто краще інформований. Б.Дізраелі

8.4.2. Iнформаційне забезпечення моніторингу довкілля Результатом здійснення моніторингу довкілля є така інформація, у тому числі: • первинні дані, які одержують суб’єкти державної системи моніторингу в результаті спостережень; • узагальнені дані, що стосуються певного проміжку часу або певної території; • індекси і комплексні показники, одержані в результаті узагальнення за параметрами; • оцінки стану довкілля та джерел негативного впливу на нього; • прогнози стану довкілля і його змін; 460

• науково обґрунтовані рекомендації, необхідні для прийняття рішень. Відповідно до своїх функціональних завдань суб’єкти державної системи моніторингу довкілля збирають, обробляють і безстроково зберігають за допомогою сучасних комп’ютерних технологій первинні дані про стан навколишнього природного середовища та надають усім заінтересованим користувачам системи моніторингу інформацію з відповідних питань (табл.8.19). Табл.8.19. Склад первинної інформації суб’єктів державної системи моніторингу довкілля Мінекоресурсів збирає, обробляє і безстроково зберігає дані про: • концентрацію забруднюючих речовин у скидах у водні об’єкти, в тому числі на об’єктах, що мають pадіаційно небезпечні технології; • залишкову кількість пестицидів і важких металів на сільськогосподарських угіддях; • стан поверхневих вод суші; • стан наземних і морських екосистем; • зберігання, транспортування, застосування та поховання пестицидів і агрохімікатів; • вміст залишкових кількостей пестицидів, агрохімікатів і важких металів у ґрунтах на землях природоохоронного призначення та у водних об’єктах в межах територій природнозаповідного фонду; НКАУ - дані про: • вміст озону в атмосфері; • забрудненість атмосфери; • забрудненість річкових, озерних та морських вод; • забрудненість ґрунтів, у тому числі сільськогосподарських угідь; • стан сільськогосподарських посівів (рівень забруднення сільськогосподарських культур промисловими токсикантами, пестицидами тощо); • стан поверхневих вод суші; • стан лісів; • танення снігового покриву; • радіаційний стан; МОЗ - вибіркові дані пpо: • pівень забpуднення атмосферного повітря в місцях проживання населення; • стан забpуднення поверхневих вод суші в місцях використання їх населенням; • стан морських вод у рекреаційних зонах; • хімічне та біологічне забpуднення ґрунтів на території населених пунктів і господаpськопобутові відходи; • інтенсивність фізичних факторів (шум, електромагнітні поля, радіація, вібрація тощо); та дані пpо: • стан здоров’я населення; • вплив забpуднення навколишнього природного середовища на здоpов’я; Мінагрополітики - дані: • радіологічного, агрохімічного й токсикологічного спостереження за ґрунтами сільськогосподарського викоpистання; • токсикологічного і радіологічного спостереження за сільськогосподарськими рослинами та продуктами з них; • зоотехнічного, токсикологічного і радіологічного спостереження за сільськогосподаpськими тваринами і пpодуктами з них; • токсикологічного та радіологічного спостереження за поверхневими водами, призначеними для сільськогосподарських потреб; 461

•

щодо збереження і підвищення родючості ґрунтів, захисту рослин від шкідників, хвороб і бур’янів; • про вміст залишкових кількостей пестицидів, агрохімікатів і важких металів у поверхневих водах, призначених для сільськогосподарських потреб, ґрунті на землях сільськогосподарського призначення, кормах, а також у сільськогосподарській продукції та сировині, що надходять до державних ресурсів; Держкомлісгосп - дані пpо: • стан лісів; • ступінь пошкодження насаджень (токсичними викидами, рекреацією, зміною гідрологічного режиму, ентомошкідниками та фітозахворюваннями); • концентрацію pадіонуклідів, токсичних речовин у гpунті та в різних ярусах лісових насаджень; • стан мисливської фауни у лісах; • застосування пестицидів і агрохімікатів під час захисту лісів, підвищення родючості ґрунтів і продуктивності земель лісового фонду; • вміст залишкових кількостей пестицидів і агpохімікатів у ґрунтах лісів; Гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України - дані: • метеорологічні, актинометричні, теплобалансові; • аерологічні; • про загальний вміст озону в атмосфері та рівень ультрафіолетового випромінювання; • гідрологічні (річкові, озерні, морські); • про сніговий покрив, снігові лавини; • спостережень за станом сільськогосподарських посівів, запасами вологи у ґрунті та агрометеорологічними умовами формування врожаю; • про забруднення атмосферного повітря та опадів (включаючи спостереження за транскордонним перенесенням забруднюючих речовин); • гідрохімічні та гідробіологічні на річках, озерах, водосховищах; • гідрохімічні морські; • про забруднення ґрунтів; • про радіаційну обстановку (на пунктах радіометричної мережі спостережень та в районах діяльності АЕС); Держкомводгосп - дані про: • концентрацію радіоактивних речовин у річках, водосховищах, каналах, зрошувальних системах і водоймах у зонах атомних електростанцій; • концентрацію забруднюючих речовин у поверхневих водах у місцях їх інтенсивного використання для господарських потреб; • використання води підприємствами, установами й організаціями; • меліоративний стан зрошуваних та осушуваних земель (глибину залягання та мінералізацію ґрунтових вод, ступінь засоленості та солонцюватості гpунтів, обсяги заходів щодо поліпшення меліоративного стану); • підтоплення сільських населених пунктів; • переформування берегів і гідрогеологічний стан (підтоплення території) в прибережних зонах водосховищ; Геологічна служба Мінекоресурсів України - дані: • про стан підземних вод; • спостережень за ендогенними та екзогенними процесами; • пpо геофізичні поля; • пpо геохімічний стан ландшафтів; Деpжкомзем - дані пpо: • структуру землекористування в регіоні за видами угідь та їх господарське викоpистання; • трансформацію земель цільового призначення; 462

•

стан і якість ґрунтів (рівні забруднення, прояви ерозійних та інших екзогенних процесів) та стан рослинного покриву земель; • стан поверхневих і підземних вод (вибірково); • стан берегових ліній річок, морів, озер, водосховищ, лиманів, заток, гідротехнічних споруд; • рекультивацію порушених земель; • стан зрошуваних, осушених земель, а також земель, що мають ознаки вторинного підтоплення і засолення; • стан і pівні забpуднення земель викидами і скидами промислових підприємств та об’єктами сільськогосподарського виробництва; • об’єми знімання, зберігання та нанесення родючого шару ґрунту, що знімається при виконанні робіт, пов’язаних з порушенням ґрунтового покриву; • наявність та напрямки використання ґрунтової родючої маси, що накопичується на цукрових заводах; • об’єми поліпшення (землювання) малопродуктивних угідь; • якісний стан осушених та зрошуваних земель; Держбуд - дані про: • концентрацію забруднюючих речовин у питній воді централізованих систем водопостачання міст і селищ міського типу; • концентрацію забруднюючих речовин у стічних водах підприємств, що скидаються до міської каналізаційної мережі; • концентрацію забруднюючих речовин у стічних водах після очисних споруд міст і селищ міського типу; • ступінь пошкодження насаджень у містах і селищах міського типу (ентомошкідниками, фітозахворюваннями тощо); • підтоплення міст і селищ міського типу. МНС - дані про: • забрудненість атмосфери; • забрудненість поверхневих та підземних вод; • забрудненість питної води; • забрудненість ґрунтів; • забрудненість сільськогосподарської продукції та продуктів харчування з них і лісової продукції; • рівні дозового навантаження та вплив забруднення навколишнього середовища на стан здоров’я населення; • стан природного середовища навколо об’єктів з підвищеним радіоекологічним ризиком; • аварії із шкідливими екологічними наслідками; • райони, що підпали під дію транскордонного перенесення забруднюючих речовин.

НКАУ надає всім заінтересованим суб’єктам системи моніторингу архівну та поточну інформацію з дистанційного зондування Землі, а також методичну і технічну допомогу користувачам щодо інтерпретації та використання аерокосмічних даних. Усім заінтересованим суб’єктам державної системи моніторингу довкілля інформацію також надають: • органи Держкомводгоспу - про державний облік використання вод і скидання стічних вод водокористувачами; • органи Мінагрополітики - про фізичні, геохімічні та біологічні зміни якості ґрунтів сільськогосподарського призначення; 463

• органи Держкомзему - про стан земельного фонду, структуру землекористування, трансформацію земель, заходи щодо запобігання негативним процесам і ліквідації їх наслідків. Державне еколого-геологічне картування території країни та її частин здійснюють підприємства, установи та організації, що належать до сфери управління геологічної та картографічної служб Мінекоресурсів України. Розрахункова інформація (узагальнені дані, оцінки, прогнози та кількісні рекомендації) повинна одержуватися за атестованими математичними моделями та зареєстрованими розрахунковими методиками. Iнформація державного моніторингу довкілля має оброблятися за допомогою сертифікованої програмної продукції (програмних засобів). Національне агентство з питань інформатизації при Президентові України сприяє використанню в системі моніторингу сучасних комп’ютерних і комунікаційних засобів, які рекомендуються до застосування в національній інформаційній інфраструктурі. Iнформація, отримана і оброблена суб’єктами державного моніторингу довкілля, є офіційною. Iнформація підприємств, установ і організацій, які згідно із законодавством зобов’язані вести спостереження за скидами і викидами забруднюючих речовин та розміщенням відходів і не належать до суб’єктів державної системи моніторингу довкілля, вважається допоміжною і включається до складу офіційної лише після перевірки та підтвердження її достовірності суб’єктами системи моніторингу. Право володіння, користування і розпорядження інформацією, одержаною під час виконання загальнодержавної і регіональних (місцевих) програм моніторингу довкілля, регламентується законодавством. Інформація, що зберігається в системі моніторингу, використовується для прийняття рішень у галузі охорони довкілля, раціонального використання природних ресурсів та екологічної безпеки органами державної влади та органами місцевого самоврядування і надається їм безкоштовно відповідно до затверджених регламентів інформаційного обслуговування користувачів системи моніторингу та її складових частин. Спеціально підготовлена інформація на запит користувачів підлягає оплаті за домовленістю, якщо інше не передбачене нормативними актами або укладеними двосторонніми угодами про безкоштовні взаємовідносини постачальників і користувачів інформації. Мінекоресурсів, МНС та їх органи на місцях здійснюють оперативне управління інформацією, одержаною на всіх рівнях функціонування системи моніторингу. Щорічно Мінекоресурсів та його органи на місцях разом із суб’єктами державної системи моніторингу довкілля готують узагальнені оцінки стану навколишнього середовища та прогнози його змін, а також рекомендації, необхідні для прийняття рішень, і подають їх відповідним органам державної виконавчої влади у вигляді національної (на державному рівні) або регіо464

нальної (на регіональному рівні) доповідей про стан навколишнього природного середовища в Україні. Оцінка впливу забруднення довкілля на стан здоров’я населення покладається на МОЗ та його органи на місцях, які повинні своєчасно інформувати органи державної влади та органи місцевого самоврядування про негативні тенденції або кризові зміни стану здоров’я населення внаслідок погіршення екологічної обстановки. Якщо починають з хибного, то мало надії на правильне завершення. Конфуцій

8.4.3. Iснуючі мережі моніторингових спостережень в Україні та їх сучасний стан Забезпечення екологічного моніторингу навколишнього природного середовища, всебічного контролю за станом довкілля є одним з найбільш складних завдань екологічного управління і вимагає проведення тривалих та дорогих спостережень і досліджень. Природно, що при теперішньому скрутному економічному становищі держави на виділення значних асигнувань для постановки комплексних екологічних досліджень, створення спеціалізованої служби моніторингу усіх компонентів навколишнього середовища марно сподіватися. Тому при впровадженні державної системи моніторингу довкілля в Україні зроблено ставку на максимальне використання для цих цілей існуючих організаційних структур, аналітичних служб та мереж пунктів спостережень різних міністерств і відомств. Моніторинг навколишнього природного середовища в Україні реалізується через декілька незалежних відомчих систем спостережень (табл.8.20), які початково не призначалися для цілей екологічного регулювання - боротьби із забрудненням навколишнього природного середовища, планування і розробки політики у цій галузі та ін. Моніторинг навколишнього природного середовища також здійснюють ряд науково-дослідних інститутів, включаючи Академію Наук України. Такі системи збирають велику кількість даних, але більша їх частина не служить цілям екологічного регулювання. З метою забезпечення більш високого ступеня інтеграції, покращання звітності та підвищення ефективності використання результатів спостережень для прийняття управлінських рішень координація робіт по здійсненню державного екологічного моніторингу покладається на Мінекоресурсів України. Власна система моніторингу Мінекоресурсів майже повністю обмежується вибірковою перевіркою промислових джерел викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря та скидів стічних вод у водні об’єкти з метою контролю за додержанням екологічного законодавства (дотриманням нормативів ГДВ та ГДС речовин).

465

Табл.8.20. Склад існуючих мереж спостережень за станом навколишнього природного середовища в Україні [61] Об’єкти спостережень Атмосферне повітря

Поверхневі води

Морські води

Гідрометеорологічна служба Мережа: 167 ПСЗ в 49 містах. Контролюється 37 шкідливих домішок, основні: пил, діоксид сірки, діоксид азоту, оксид вуглецю, важкі метали, бенз(α)пірен. Метеорологічні спостереження на 186 метеостанціях. Основні параметри: температура, швидкість вітру, вологість, тиск. Мережа: 244 пункти (384 створи) на 162 водних об’єктах. Контролюється 51 інгредієнт. Спостереження за гідрологічним режимом на 378 постах річкових, 62 постах на озерах та водосховищах. Основні параметри: температура, рівень, витрати води, наноси, льодові явища.

МОЗ

Мінекоресурсів

Держкомводгосп

Мінагрополітики

Мережа: 223 постійні пункти. Основні показники: β-активність, радіонукліди (стронцій, цезій), СПАР, нафтопродукти, важкі метали, феноли, пестициди.

Мережа: за стічними водами - 98 пунктів. Здійснюється токсикологічний контроль (пестициди, нітрати).

Мережа: 54 стаціонарних, 2010 підфакельних, 602 маршрутних пункти. Контролюється близько 100 шкідливих домішок. Основні: сірчистий ангідрид, діоксид азоту, оксид вуглецю, сірководень, сажа, свинець, формальдегід, завислі частки.

Контроль джерел промислових викидів в атмосферне повітря по дотриманню нормативів ГДВ. Контролюється 65 інгредієнтів. Основні: пил, діоксид сірки, оксид вуглецю, діоксид азоту, сірковуглець, сірководень, аміак, формальдегід, фтористий водень, опади, хлористий водень, сірчана кислота, важкі метали, бенз(α)пірен. Мережа: 1332 постійних створи Мережа: 1123 пункти (2216 створів). спостережень. Контролюється Контролюється 55 інгредієнтів. Основбільше 30 показників, основні: ні: азот амонійний, нітратний, нітритзапах, колір, температура, рН, ний, БПК, важкі метали, нафтопродукжорсткість, мінеральний склад, ти, феноли, СПАР, хлориди, сульфати. розчинений кисень, БПК5, ХПК, нафтопродукти, завислі речовини, хлориди, сульфати, мідь, аміак, нітрити, нітрати, СПАР, хром, жир, мастила, свинець, цинк, нікель, патогенна мікрофлора. Мережа спостережень за забруд- Мережа: 155 постійних створів. Контроль випусків стічних вод в Чорне ненням морських вод: 175 станцій, Основні показники: запах, колір, і Азовське моря. 988 горизонтів. температура, рН, жорсткість, мінеральний склад, розчинений кисень, БПК5, ХПК, нафтопродукти, завислі речовини, хлориди, сульфати, мідь, аміак, нітрити, нітрати, СПАР, хром, жири, мастила, свинець, цинк, нікель, патогенна мікрофлора.

Об’єкти спостереже нь Підземні води

Земля

Гідрометеорологічна служба

МОЗ

Мінагрополітики

Мережа: 103 свердловини на спеціалізованих (воднобалансових, болотній, агрометеорологічних) і метеостанціях. Основні параметри: температура, рівень, хімічний склад. Пестициди: 9 пунктів постійних спостережень. Щорічні спостереження на окремих ланах. Основні пестициди: фосфамид, тіодан трехлан. Промислові токсиканти: 8 пунктів (міст) багаторічних спостережень. Щорічні спостереження в окремих пунктах. Визначаються 15 інгредієнтів (свинець, магній, олово, марганець, нікель, кадмій та ін.).

Держкомлісгосп

Мережа: 7248 свердловин, джерел. Основні показники: фізичні параметри (рівень, температура); хімічний склад: макрокомпоненти, мінералізація, пестициди, нітрати, важкі метали, радіонукліди. Мережа: 2543 постійних пункти, 1528 тимчасових. Основні показники: рН, хлориди, нітрати, азот, азот загальний, сульфати, свинець, ртуть, бактеріальні показники.

Мережі: радіологічних спостережень - 345 пунктів, агрохімічних спостережень - 596 пунктів. Основні показники: радіологічні цезій, стронцій; токсикологічні хлор, фосфор органічний, інші пестициди; агрохімічні - рН, Н, азот, оксид калію, фосфорний ангідрид, гумус.

Ведуться постійні спостереження за екзогенними процесами (зсувними і карстовими явищами, селями, абразією морського узбережжя тощо).

Надра

Біологічні ресурси

Геологічна служба

Мережі: радіологічні спостереження - 659 пунктів, токсикологічні спостереження - 180 пунктів, агрохімічні спостереження 211 пунктів. Основні показники: радіологічні - цезій, стронцій; токсикологічні - пестициди, нітрати; повний зоотехнічний аналіз: NPK, Ca, жир, протеїн, каротин, клітчатка, зольність.

Мережа: 155 постійних пунктів. Основні параметри: ступінь дефоліації, пошкодження ентомошкідниками та фітозахворюваннями, морфологічні заміри, відбір зразків ґрунту, рослинності, кори для лабораторного аналізу.

Контролюється близько 65 інгредієнтів у газодимових викидах та 55 інгредієнтів у стічних та поверхневих водах. Мережа моніторингу поверхневих водних об’єктів включає 2216 створів у 1123 постійних пунктах спостережень. Мінекоресурсів також отримує інформацію від інших відомств, які здійснюють моніторинг забруднення повітря, вод, ґрунтів та біологічних ресурсів. Гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України (колишній Комітет України з питань гідрометеорології) має в своєму розпорядженні найбільш обширну мережу спостережень за станом довкілля. Моніторинг якості атмосферного повітря здійснюють 167 постійних станцій у 49 містах (контролюється 37 шкідливих домішок). Метеорологічні спостереження здійснюються на 186 метеостанціях. Моніторинг поверхневих вод проводиться у 244 пунктах (384 створи), ним охоплено 144 річки, 7 озер та 15 водосховищ. Оскільки мережа станцій моніторингу поверхневих вод гідрометеорологічної служби початково проектувалася для вивчення якості води у природних (фонових) умовах, системою спостережень найбільш охоплені водні об’єкти не забруднених регіонів країни, а Карпат і Криму. В цілому мережа станцій відслідковує 51 забруднюючу речовину. Спостереження за гідрологічним режимом поверхневих вод здійснюються на 378 річкових та 62 постах на озерах і водосховищах. Гідрометеорологічна служба має також 103 спостережні свердловини на спеціалізованих воднобалансових, агрометеорологічних і болотній та метеостанціях для моніторингу підземних вод, де вимірюють температуру, рівні води та її якісний склад. Близько 175 станцій займаються оцінкою забруднення морської води (спостереженнями охоплено 988 горизонтів). Моніторинг сільськогосподарських ґрунтів здійснюється в 9 пунктах постійних спостережень, де контролюють стан забруднення ґрунтів пестицидами, у 8 пунктах (містах) займаються визначенням вмісту промислових токсикантів (головним чином, важких металів) у ґрунтах міських територій. Геологічна служба Мінекоресурсів України (колишній Комітет України з питань геології та використання надр) має у своєму складі головне управління по гідрогеології та геоекології, якому підпорядковані близько 1000 станцій моніторингу підземних вод. Проби води відбирають з періодичністю від 4 до 12 разів на рік і аналізують по 56 хімічних і фізичних параметрах, включаючи температуру, хімічний склад, вміст пестицидів, важких металів і радіонуклідів. Геологічна служба здійснює також контроль за видобутком та використанням корисних копалин. МОЗ підпорядковані державні санітарно-епідеміологічні станції, які здійснюють моніторинг забруднення атмосферного повітря у житлових районах поблизу крупних промислових підприємств і транспортних магістралей. МОЗ має більше 2000 постійних пунктів моніторингу та аналізу якості повітря, де визначають вміст близько 100 шкідливих домішок. Аналіз здійснюється за допомогою як стаціонарних, так і мобільних засобів. Крім того, мережа спосте468

режень МОЗ передбачає постійний контроль за якістю питної води та поверхневих вод на ділянках рекреаційного призначення - вздовж берегів річок, водосховищ та морського узбережжя. Оскільки головним об’єктом уваги системи моніторингу МОЗ є оцінка впливу різноманітних чинників на здоров’я населення, пріоритетне значення у програмі моніторингу займають біологічні індикатори. Держкомводгосп здійснює моніторинг поверхневих вод на мережі спостережень, яка охоплює 233 постійні пункти. У функції Держкомводгоспу входить також збір даних статистичної звітності водокористувачів про скиди стічних вод за формою 2ТП-водгосп (звітує близько 16000 підприємств) та подання цієї інформації Держкомстату України у вигляді узагальнених показників навантаження забруднень по містах, районах, областях тощо. Мережа моніторингу поверхневих вод Мінагрополітики включає 98 пунктів токсикологічного контролю, в яких визначають рівні вмісту у воді пестицидів і нітратів. Спостереження за забрудненням ґрунтів здійснюють у більш ніж 900 пунктах, з них у 725 пунктах - радіологічні, у 345 - токсикологічні та у 596 - агрохімічні спостереження. Крім того, близько тисячі станцій займаються моніторингом продукції тваринництва і рослинництва, з них 659 станцій здійснюють радіологічний контроль, 180 - токсикологічний та 211 агрохімічний. Держкомлісгоспу підпорядковані 155 станцій моніторингу, які оцінюють основні показники стану лісових ресурсів: ступінь дефоліації, вплив пестицидів, враження пагонів і листя ентомошкідниками та фітозахворюваннями, а також спостерігають за іншими, пов’язаними із станом дерев, явищами. Окремі підприємства-природокористувачі також надають місцевим органам Держкомстату статистичні дані щодо викидів шкідливих речовин у повітря (форма 2ТП-повітря) та скидів стічних вод у водойми (форма 2ТП-водгосп), які узагальнюються по окремих адміністративно-територіальних одиницях. Слід сказати, що багатовідомча система спостережень за станом навколишнього природного середовища, яка існує нині в Україні, утруднює отримання і ефективне використання інформації. Організації виконують, в основному, відомчий моніторинг стану природного середовища для вирішення своїх спеціальних завдань, що дуже ускладнює отримання єдиної картини стану забруднення довкілля в цілому. В Україні немає служби, яка б здійснювала комплексний, системний контроль за усіма видами забруднення одночасно з позицій єдиного методологічного підходу, що базувався б на сучасній інформаційній основі. Залишаються невирішеними багато питань уніфікації відомчих нормативно-методичних баз, узгодження спостережень по місцю і часу, через що результати спостережень різних відомств важко порівнювати та узагальнювати [61]. 469

В Україні сьогодні немає єдиної державної програми моніторингу навколишнього природного середовища, спостереження здійснюються суб’єктами екологічного моніторингу за їх відомчими програмами і планами робіт. Останніми роками через слабке фінансове і матеріально-технічне забезпечення ряд суб’єктів моніторингу довкілля скоротили свої мережі спостережень та зменшили періодичність контролю. Лабораторна база практично всіх суб’єктів моніторингу довкілля не відповідає сучасним вимогам. В основному, використовуються трудомісткі методи аналізу, які потребують значних витрат часу, реактивів і часто є шкідливими для здоров’я виконавців. Через недостатнє фінансування лабораторії не можуть придбати прилади, які б дозволили впровадити сучасні ефективні методи аналізу - іонну та газову хроматографію, мас-спектрометрію тощо. Внаслідок цього не виконується багато досліджень по виявленню негативних змін стану природного середовища, не ведеться контроль його забруднення по багатьох показниках. Лабораторії усіх відомств потерпають від недостатнього забезпечення реактивами, лабораторним посудом, традиційним лабораторним обладнанням (дистилятори, бідистилятори, термостати, компресори, дозатори тощо), а також транспортом. Практично не впроваджуються передові методи експрес-аналізу, що є особливо важливим при проведенні оперативного контролю стану довкілля. Майже не застосовуються прилади безперервного автоматизованого контролю стану довкілля, які працюють в масштабі реального часу. Через недостатнє фінансування скорочуються штати лабораторій суб’єктів моніторингу, деякі лабораторії взагалі закриваються. Як негативний чинник слід відмітити слабку мотивацію персоналу щодо виконання виробничих завдань, адже кваліфікований труд потребує гідної оплати праці. Останніми роками в ряді відомств для обробки та зберігання первинних даних спостережень впроваджені персональні комп’ютери, проте парк обчислювальної техніки представлений в основному комп’ютерами застарілих марок, не впроваджені локальні комп’ютерні мережі. Комп’ютерні бази та банки даних, що застосовуються в системі моніторингу, мають обмежені функції адміністрування, не пердбачають можливості роботи в комп’ютерних мережах, організації колективного доступу до даних, розмежування рівнів доступу по паролях, заходів щодо надійного захисту та збереження інформації, її аналізу та візуалізації тощо. До цього слід додати відсутність єдиних класифікаторів об’єктів моніторингу та показників стану довкілля, що робить існуючі бази даних практично несумісними. Для передачі інформації недостатньо використовуються сучасні телекомунікаційні засоби і технології, суб’єкти екомоніторингу практично не мають доступу до глобальної телекомунікаційної мережі Інтернет в режимі on-line. Для оперативного відображення (візуалізації) екологічної ситуації та аналізу результатів спостережень майже не використовуються засоби сучасних 470

геоінформаційних систем і технологій. Основною перешкодою у застосуванні ГІС є майже повна відсутність електронних карт необхідних масштабів і форматів. Недостатнім сьогодні є методологічне забезпечення практичного виконання моніторингових робіт, особливо з питань статистичного аналізу результатів вимірювань, комплексної багатофакторної оцінки екологічної ситуації на основі даних спостережень різних відомств, визначення інтегральних показників стану довкілля, прогнозування його змін, створення та ведення розподілених міжвідомчих баз та банків даних, організаційної інтеграції суб’єктів моніторингу в єдину систему тощо. Чіткі конкретні рекомендації з цих питань на сьогодні майже повністю відсутні. Складність, масштабність і новизна завдань з моніторингу навколишнього середовища обумовлюють необхідність залучення для їх вирішення науково-дослідних установ і організацій. Слід сказати, що через глибоку економічну кризу, яка охопила всі сфери суспільного життя в Україні, вітчизняна наука переживає сьогодні надзвичайно скрутні часи, значно погіршилося фінансування фундаментальних і прикладних науково-дослідних робіт. Проте актуальною є необхідність більш широкого залучення науково-дослідних установ та організацій для систематизації і аналізу накопичених результатів моніторингових спостережень, здійснення комплексної оцінки стану довкілля, прогнозування змін та розробки науково обгрунтованих рекомендацій щодо його покращання. Як свідчить аналіз сучасного стану державного екологічного моніторингу в Україні, існування багатьох проблем у цій галузі пов’язане із слабким фінансовим та матеріально-технічним забезпеченням. Це, в свою чергу, обумовлене як складною економічною ситуацією і гострим бюджетно-фінансовим дефіцитом в країні, так і недосконалістю існуючого механізму фінансування моніторингових спостережень, оскільки цільове бюджетне фінансування цих робіт як на державному, так і на місцевому рівнях на даний час не передбачене. Обсяги фінансування моніторингових робіт по відомчих лініях, а також з місцевих природоохоронних фондів є зовсім недостатніми і не забезпечують виконання цих робіт у повному об’ємі і на сучасному рівні. Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые; иначе такое бросание будет пустою забавою. Козьма Прутков

8.4.4. Державний моніторинг вод До об’єктів державного моніторингу вод належать такі [83]: • поверхневі води; • природні водойми (озера), водотоки (річки, струмки); • штучні водойми (водосховища, ставки), канали та інші водні об’єкти; • підземні води та джерела; 471

• внутрішні морські води та територіальне море, виключна (морська) економічна зона України1; • джерела забруднення вод, включаючи зворотні води, аварійні скидання рідких продуктів і відходів, втрати продуктів і матеріалів при видобуванні корисних копалин у межах акваторій поверхневих вод, внутрішніх морських вод, територіального моря і виключної (морської) економічної зони України та дампінг відходів, води поверхневого стоку із сільськогосподарських угідь, фільтрація забруднюючих речовин з технологічних водойм та сховищ, масовий розвиток синьо-зелених водоростей; • надходження шкідливих речовин з донних відкладень (вторинне забруднення) та інші джерела забруднення, щодо яких можуть здійснюватися спостереження. Спостереження за станом водного об’єкта здійснюють відповідно до загального переліку показників, до якого входять: • показники, що характеризують кількість водних ресурсів та її зміни; • показники якості вод і нормативів екологічної безпеки водокористування, зокрема санітарні норми, рибогосподарські нормативи; • екологічний норматив та категорії якості води водних об’єктів, що розробляються і затверджуються в установленому порядку. Спостереження за джерелами негативного впливу на екологічний стан водних об’єктів здійснюють відповідно до загального переліку показників, до якого входять: • показники використання водних ресурсів, включаючи забір води та скидання зворотних вод до водних об’єктів; • показники, що використовуються під час встановлення нормативів гранично допустимого скидання; • показники рівня токсичності зворотних вод; • показники стану ґрунтових вод у межах впливу полігонів захоронення твердих побутових відходів; • інші показники негативного впливу на водні об’єкти. До суб’єктів державного моніторингу вод в Україні належать Мінекоресурсів, його гідрометеорологічна та геологічна служби, державна санітарно-епідеміологічна служба МОЗ, Держкомводгосп, Держбуд, їх органи на 1

Внутрішні води (категорія морського права) - моря, річки та озера, які повністю розташовані на території держави, морські порти, бухти та затоки, береги яких належать одній державі і ширина входу у які не перевищує 10 морських миль (18.52 км). Територіальні води - частина морської (океанічної) акваторії, яка знаходиться під юрисдикцією прибережної держави. Традиційно ширина смуги територіальних вод дорівнювала граничній дальності польоту ядра корабельної гармати XVIII ст. - 3 милі. У даний час ширина смуги територіальних вод - 12 миль (22.2 км), а зона переважного права експлуатувати ресурси моря (зона економічних інтересів приморських країн) - 200 миль (370.4 км). 472

місцях, а також організації, що входять до сфери управління цих міністерств і відомств. Фоновий моніторинг вод здійснюють шляхом систематичних спостережень на водних об’єктах у місцях мінімального опосередкованого антропогенного навантаження з метою одержання інформації для оцінок і прогнозування фонових змін стану водних об’єктів внаслідок промислової та господарської діяльності. Фоновий моніторинг поверхневих та внутрішніх морських вод, а також вод територіального моря і виключної (морської) економічної зони України здійснює гідрометеорологічна, а підземних вод - геологічна служби Мінекоресурсів України. Загальний моніторинг вод, що складається з моніторингу на державній мережі пунктів спостережень, моніторингу антропогенного впливу на водні об’єкти, моніторингу водних об’єктів у місцях їх використання та спеціальних видів моніторингу, здійснюється з метою виявлення фактичного стану водних об’єктів, розробки та прийняття рішень з ефективного використання, охорони та відтворення водних ресурсів. Моніторинг на державній мережі пунктів спостережень здійснюють для поверхневих вод - гідрометеорологічна, для підземних вод - геологічна служби Мінекоресурсів України. Моніторинг антропогенного впливу на водні об’єкти здійснюють шляхом проведення систематичних спостережень за джерелами забруднення вод та якісним станом водних об’єктів у місцях впливу цих джерел на поверхневі та внутрішні морські води, а також води територіального моря і виключної (морської) економічної зони України - Мінекоресурсів, його гідрометеорологічна служба та підприємства водопровідно-каналізаційного господарства, а на підземні води - геологічна служба Мінекоресурсів України. Моніторинг водних об’єктів у місцях їх використання для господарських і культурно-побутових потреб (забору питної та технічної води, рекреації тощо) здійснюють у такому порядку: • з метою визначення придатності води до використання Держкомводгосп здійснює моніторинг якісного стану води водних об’єктів у районах основних водозаборів комплексного призначення, водогосподарських систем міжгалузевого та сільськогосподарського водопостачання за радіологічними і хімічними показниками; • моніторинг дотримання санітарних норм хімічних, бактеріологічних і радіологічних показників водних об’єктів, які використовуються для питних і культурно-побутових потреб, здійснює державна санітарноепідеміологічна служба МОЗ; • з метою отримання систематичної інформації про якість води Держкомводгосп та підприємства водопровідно-каналізаційного господарства (після споруд водопідготовки) здійснюють моніторинг якості во473

ди в районах питних водозаборів за хімічними і біологічними показниками. Спеціальні види моніторингу вод включають спостереження: на озерах і водосховищах; з науковою метою; для охорони водних екосистем та виконання зобов’язань, що витікають з міжнародних договорів України. Моніторинг озер і водосховищ включає моніторинг антропогенного впливу на них і спостереження за переформуванням берегів та гідрогеологічним режимом прибережних територій. Його здійснюють Держкомводгосп та гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України. Моніторинг охорони водних екосистем здійснює Мінекоресурсів. Моніторинг транскордонного перенесення забруднюючих речовин здійснюють Мінекоресурсів та його гідрометеорологічна служба. Кризовий моніторинг у зонах підвищеного ризику та у зонах впливу аварій і надзвичайних ситуацій здійснюють шляхом систематичних, частіших і додаткових спостережень за кількісними та якісними параметрами водних об’єктів як на державній мережі пунктів спостережень, так і на тимчасовій мережі, що встановлюється під час виникнення несанкціонованих чи аварійних забруднень і стихійного лиха з метою оповіщення та розроблення оперативних заходів щодо ліквідації їх наслідків та захисту населення, екосистем і власності (табл.8.21). Табл.8.21. Кризовий моніторинг водних об’єктів Мінекоресурсів України здійснює кризовий моніторинг за: • рівнями забрудненості поверхневих і внутрішніх морських вод, а також вод територіального моря і виключної (морської) економічної зони України у зонах підвищеного ризику та у районах об’єктів, що стали причиною несанкціонованого скиду чи аварійного забруднення; Гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України - кризовий моніторинг за: • витратами та рівнем води водних об’єктів під час загрози та виникнення значних паводків і повеней, на морських гирлових ділянках річок; • гідрометеорологічними параметрами, гідрохімічними і гідробіологічними показниками якості поверхневих і внутрішніх морських вод, а також вод територіального моря і виключної (морської) економічної зони України на державній мережі пунктів спостереження; Геологічна служба Мінекоресурсів України - кризовий моніторинг за: • рівнями забрудненості підземних вод у разі, коли надзвичайна ситуація може вплинути на підземні води; Держкомводгосп - кризовий моніторинг за: • рівнями забрудненості поверхневих вод у районах водозаборів, що знаходяться у зоні впливу аварійних забруднень, та додатково у місцях, які забезпечують необхідну інформацію для прогнозування поширення аварійних забруднень; Державна санітарно-епідеміологічна служба МОЗ - кризовий моніторинг за: • рівнями забрудненості вод у районах водозаборів, що знаходяться в зоні впливу аварії, стихійного лиха, катастрофи.

Прогнозування стану водних об’єктів та його змін здійснюється шляхом математичного моделювання кількісних і якісних показників води цих об’єк474

тів з метою розроблення рекомендацій щодо здійснення заходів для запобігання можливим негативним змінам та поліпшення існуючого стану цих об’єктів (табл.8.22). Табл.8.22. Прогнозування стану водних об’єктів та його змін суб’єктами державної системи моніторингу довкілля Мінекоресурсів України здійснює прогнозування: • змін якісного стану води річок при існуючих та очікуваних скиданнях зворотних вод, виявлення на цій основі найнебезпечніших джерел забруднення і підготовку рекомендацій щодо їх усунення; • змін якісного і кількісного стану поверхневих та підземних джерел централізованого господарсько-питного водопостачання у районах водозаборів; • тенденцій змін стану внутрішніх морських вод, а також вод територіального моря і виключної (морської) економічної зони України; Гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України - прогнозування: • рівнів (витрат) води у річках та очікуваного притоку води до водосховищ; • очікуваних рівнів (витрат) води у річках в період повеней і паводків та видачу відповідних попереджень, характеристик льодового режиму на річках та водосховищах; Держкомводгосп та гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України прогнозування: • змін якісного і кількісного стану вод та геоморфології озер і водосховищ, виявлення на цій основі головних причин (джерел) погіршення стану цих об’єктів та розроблення рекомендацій щодо їх усунення; Геологічна служба Мінекоресурсів України - прогнозування: • змін рівнів та якості підземних вод, виявлення основних причин негативних змін і розроблення рекомендацій щодо їх усунення.

8.4.4.1. Моніторинг поверхневих вод Моніторинг поверхневих водних ресурсів в Україні реалізується через декілька відомчих систем, що історично склалися і призначалися початково для досягнення цілей, які не передбачали збору даних для попередження забруднення навколишнього середовища, планування і розробки природоохоронної політики. Численність різноманітних систем такого роду, а також відсутність ефективної координації дій між різними відомствами призвели до ситуації, коли моніторинг деяких водних об’єктів дублюється, а інші взагалі не контролюються. Державна мережа пунктів спостережень за поверхневими водами гідрометеорологічної служби Мінекоресурсів України складається з 244 гідрохімічних постів на 144 річках, 7 озерах і 15 водосховищах. Ця система початково призначалася для вивчення якості водних ресурсів у природних умовах і найбільш ефективно функціонує в горах Карпат і Криму. В основному вивчаються показники хімічного складу поверхневих вод (вміст мінеральних солей та інших неорганічних речовин). В залежності від економічного значення водотоку, витрат води та її якості спостережні пости гідрометеорологічної служби на річках поділяють на 4 категорії, відповідно до яких і визначаються програми моніторингу вод: 475

• одна станція у Донбасі щодобово вимірює температуру, вміст розчиненого кисню та електропровідність води; • 4 станції у Києві, Житомирі, Кіровограді та Донецьку здійснюють відбір проб кожні 10 діб; додатково до вищевказаних параметрів тут визначають рН води та вміст завислих твердих і розчинених органічних (по БПК5) речовин; вміст у воді хлоридів, аміаку, формальдегіду і фенолу визначають в разі необхідності; • 34 станції, розташовані в основному в обласних центрах, здійснюють відбір проб раз на місяць; додатково до вищевказаних параметрів тут визначають вміст у воді детергентів (СПАР), хрому шестивалентного, нафтопродуктів і ртуті; • на інших близько 200 станціях відбір проб здійснюють 7 разів на рік в основні гідрологічні фази річок; вимірюють близько 50 параметрів (вміст кальцію, магнію, натрію, калію, сульфатів і гідрокарбонатів тощо); в разі необхідності визначають концентрації у воді мікрозабруднювачів (наприклад, пестицидів). Моніторинг на водосховищах і озерах здійснюють за останньою з наведених схем, але проби відбирають по сезонах, тобто 4 рази на рік. Моніторингові спостереження гідрометеорологічної служби, в принципі, призначені для загальних інформаційних цілей, але певною мірою вони також зв’язані і з контролем стану навколишнього природного середовища та з оповіщенням про екологічну небезпеку. Якщо, згідно даних моніторингу, концентрації забруднюючих речовин у поверхневих водах перевищують допустимі більше ніж у 10 разів, або ж вміст розчиненого кисню у воді влітку стає нижчим за 3 мг/л, а взимку - 2 мг/л, то гідрометеорологічна служба сповіщає інші органи Мінекоресурсів України і місцевої влади про небезпечну ситуацію, що склалася. У функції органів Мінекоресурсів на місцях не входить здійснення регулярного контролю природної (фонової) якості води у річках та озерах, вони лише контролюють рівні забруднення води в пробах, відібраних з водного об’єкта на відстані 500 м вище та нижче за течією від зареєстрованого джерела скиду стічних вод. Це допомагає визначити “допустиме розбавлення” стічних вод (нормативи гранично допустимого скиду речовин) та проконтролювати вплив джерела забруднення на стан водного об’єкта. Всі дані стосовно фонової якості водних ресурсів зазвичай надає гідрометеорологічна служба. Санітарно-епідеміологічні станції (СЕС) МОЗ здійснюють моніторинг поверхневих вод у місцях їх використання для господарських і культурно-побутових потреб з метою визначення якості водних ресурсів та розробки рекомендацій щодо водокористування. Цим визначається перелік параметрів, що контролюються МОЗ, та програма здійснення моніторингу вод. Кількість вимірюваних параметрів змінюється в залежності від адміністративного рівня: 476

• міські та районні станції контролюють якість сирої і питної води та оцінюють мікробіологічні умови на громадських пляжах; • обласні станції здійснюють більш детальне вивчення якості джерел питної води, а також вод, що використовуються у рекреаційних цілях; як правило, вони мають більш досконале обладнання, ніж міські та районні станції, і аналізують значно більшу кількість параметрів; • центральні санепідстанції зайняті спеціальними дослідженнями та вирішенням стратегічних проблем моніторингу вод, включаючи керівництво діяльністю СЕС на регіональному і місцевому рівнях. Деякі інститути Академії наук України здійснюють програми по оцінці та реєстрації якості природних вод (наприклад, Iнститут гідробіології здійснює регулярні дослідження складу водоростей та тенденцій до заболочування у Дніпровських водосховищах), проте ці дослідження мають суто теоретичний та вузький характер, і доступ до їх результатів досить обмежений. Слід зазначити, що сьогодні увесь процес моніторингу поверхневих вод здійснюється, в основному, шляхом традиційних фізико-хімічних аналізів проб води. Такий підхід утруднює визначення рівнів впливу мікрозабруднювачів - важких металів, пестицидів, хлорованих вуглеводнів - досить шкідливих навіть при низьких концентраціях. На думку багатьох експертів, такі забруднювачі широко розповсюджені у водних об’єктах України, і їх моніторинг слід здійснювати за допомогою аналізу біологічних показників та проб донних відкладень. Багато мікрозабруднювачів накопичуються у тканинах риб, молюсків, водного моху, на дні озер, водосховищ та рівнинних річок, і можуть аналізуватися шляхом такого пробовідбору. 8.4.4.2. Моніторинг морських вод Дослідженнями якості води в Чорному та Азовському морях займаються численні інститути та відомства України. В Мінекоресурсів України діють державні інспекції з охорони Чорного та Азовського морів, функції яких в принципі подібні до діяльності регіональних органів міністерства. Співпрацюючи з Українським науковим центром морської екології, державні інспекції здійснюють моніторинг якості води та контролюють забруднення в районах, що знаходяться під юрисдикцією України. Український науковий центр морської екології Мінекоресурсів України проводить польові дослідження екологічного стану Чорного та Азовського морів (визначаються гідрофізичні, гідрохімічні, метеорологічні, біологічні параметри, вміст забруднюючих речовин, фізичний та хімічний стан дна, показники забруднення донних відкладень тощо). В цілому мережа спостережень Мінекоресурсів включає 158 пунктів спостережень у виключній економічній зоні України в Чорному морі, 88 пунктів у північно-західній частині Чорного моря, 14 пунктів в Азовському морі, 477

близько 30 пунктів на станціях спостереження на Дністрі, Дунаї та біля Одеси. Гідрометеорологічна служба Мінекоресурсів України спостерігає за хімічним та біологічним забрудненням морських вод. З цією метою здійснюються регулярні відбори проб з різних горизонтів у визначених місцях морської акваторії. При цьому пости спостереження поділяють на 3 категорії, залежно від яких визначають програму моніторингу вод. Спостереження проводять у 161 пункті в Чорному та Азовському морях, в місцях дампінгу відходів та у шельфових зонах. Всього визначають 19 параметрів. Регіональні органи МОЗ здійснюють контроль якості води у прибережних районах та в зонах рекреації населення. 8.4.4.3. Моніторинг підземних вод Оцінку якості підземних вод здебільшого здійснює геологічна служба Мінекоресурсів України. Моніторингом в основному охоплені Донбас, Криворізький басейн, басейн Дніпра та Одеська область. В цих регіонах виділено 120 ділянок для спільного контролю з боку Мінекоресурсів, МНС та Академії наук України. Додаткові дані надаються Держбудом. Існують також додаткові пункти спостереження за забрудненням підземних вод засобами хімізації сільського господарства. Геологічна служба має власну лабораторну базу, а також користується послугами Iнституту токсикології. Мережа спостережень геологічної служби Мінекоресурсів включає 7475 пунктів по всій території країни, де здійснюється слідкування за рівнями підземних вод та проводяться геохімічні дослідження. Ця мережа представлена окремими станціями спостереження, розташованими здебільшого у непорушених регіонах. Цей факт є досить суттєвим, оскільки територія України характеризується значним ступенем порушення природного гідрологічного режиму. В результаті, спостереженнями за водами верхніх горизонтів, які несуть основне техногенне навантаження, у непорушених регіонах охоплено 62 % території, а у порушених регіонах - лише 37.5 %. В цілому спостереження за хімічним складом підземних вод здійснюються в 2135 пунктах (27 %). Визначають 22 хімічні показники. Вміст мікроелементів визначається тільки в декількох пунктах і, як правило, нерегулярно. Таким чином, мережа геологічної служби є малоефективною з точки зору геохімічних спостережень, вона не має для цього відповідного організаційного забезпечення та задовільної лабораторної бази. Вивчення процесів формування підземних вод на забруднених та виснажених територіях здійснюються на 63 базових станціях (у 875 спостережних свердловинах). Більшість полігонів і станцій розташовані в районах Донецька, Кривого Рога, в Криму, де налічується найбільша кількість потенційних джерел забруднення, і відбувається найбільш інтенсивне використання водоносних горизонтів. На цих станціях особливої уваги надають аналізам якості 478

підземних вод з метою виявлення відхилень від норм та визначення границь залягання солоних вод. Спостереження за режимом формування підземних вод у районах їх виходу на поверхню здійснюють на 93 ділянках у 818 пунктах спостереження. Моніторинг шахтних вод здійснюється на 58 базових шахтах і кар’єрах у 443 точках спостереження. На місцевому рівні відчутний брак даних про якість підземних вод в районах розташування полігонів твердих промислових і побутових відходів, занедбаних водойм, промислових майданчиків та інших джерел забруднення. Відсутність сучасного лабораторного обладнання не дозволяє визначати ступінь локального та крупномасштабного забруднення підземних вод токсичними органічними речовинами (пестициди, хлорорганічні розчинники). Оскільки підземні води є важливим джерелом питного водопостачання, постає потреба значного розширення моніторингу певних водоносних горизонтів та впровадження проблемно-орієнтованого моніторингу. У зв’язку з цим особливої актуальності набуває: • мікробіологічний моніторинг якості води у свердловинах в сільській місцевості; • моніторинг найбільш перспективних горизонтів підземних вод з урахуванням їх використання як джерел питного водопостачання; • моніторинг звалищ побутових і промислових відходів, занедбаних водойм та інших місцевих джерел забруднення; • необхідність удосконалення нормативів з питань будівництва та консервації колодязів і свердловин. 8.4.4.4. Моніторинг питної води та скидів стічних вод Контроль за якістю води водних об’єктів - джерел питного водопостачання постійно здійснюється санітарно-епідеміологічною службою МОЗ, комунальними службами та деякими іншими відомчими водогосподарськими організаціями. Під наглядом також знаходяться міські комунальні, відомчі, сільські водопроводи та джерела децентралізованого водопостачання (колодязі, артезіанські свердловини тощо). Оцінка якості води проводиться згідно існуючих державних нормативних документів на кожен вид водокористування (для питної води - це ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством” та СанПіН 136/40 “Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання”, 1997). Мережа лабораторій контролю якості питної води та стічних вод є досить розгалуженою, на кожній станції водоочистки та очистки стічних вод існують відповідні підрозділи. Діяльність цих лабораторій контролюється санітарноепідеміологічною службою МОЗ. Проби води відбирають на водозабірних та водоочисних спорудах, з водопровідної мережі та перед випуском стічних вод 479

у водний об’єкт. Визначають мікробіологічні та токсикологічні показники. Періодичність контролю мікробіологічних параметрів залежить від чисельності населення, системи водопостачання, а також наявності чи відсутності споруд знезаражування води. Перелік та періодичність контролю хімічних показників якості води погоджується із санітарно-епідеміологічною службою в залежності від місцевих та санітарних умов. В цілому контролюють 27 параметрів якості питної води та 35 - стічних вод. Моніторинг стічних вод, що скидаються промисловими підприємствами та комунальними очисними спорудами, здійснюється самими водокористувачами. Промислові підприємства та комунальні очисні споруди отримують дозвіл Мінекоресурсів на скид стічних вод і відбирають проби на випуску стоків для порівняння з параметрами, вказаними у дозволі. Всі результати вимірювань зберігаються на підприємстві в робочому журналі, а їх узагальнений варіант надається регіональним підрозділам міністерства раз на рік. Підприємства можуть приймати та очищувати стічні води від інших підприємств та населення, хоча зазвичай промислові підприємства подають свої стоки на комунальні очисні споруди. У цьому випадку сторона-постачальник контролює об’єм та якість стічних вод, а сторона-приймальник здійснює вимірювання з метою визначення вартості очищення стоків. Мінекоресурсів здійснює моніторинг стічних вод, що скидаються у водні об’єкти, для перевірки даних статистичної звітності. Додатково відбираються проби води з водних об’єктів у створах, розташованих на відстані 500 м вище та нижче за течією від місця скиду стічних вод. Через нестачу обладнання контрольний моніторинг здійснюється лише 4-6 разів на рік. Місцеві та обласні санепідстанції контролюють роботу промислових і комунальних очисних споруд та випусків стічних вод, керуючись тими самими принципами, що й Мінекоресурсів. You don’t need a weatherman to know which way the wind blows. Боб Ділан

8.4.5. Моніторинг у галузі охорони атмосферного повітря До об’єктів моніторингу в галузі охорони атмосферного повітря належать такі [84]: • атмосферне повітря, у тому числі атмосферні опади; • викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря. Суб’єктами моніторингу атмосферного повітря є Мінекоресурсів України, його гідрометеорологічна служба, МНС, державна санітарно-епідеміологічна служба МОЗ, їх органи на місцях, підприємства, установи, організації, діяльність яких призводить або може призвести до погіршення стану атмосферного повітря. В результаті проведення моніторингу атмосферного повітря отримують: 480

• первинні дані контролю за викидами та спостережень за станом забруднення; • узагальнені дані про рівень забруднення на певній території за певний проміжок часу та про склад і обсяги викидів забруднюючих речовин; • оцінки рівнів та ступеня небезпечності забруднення для довкілля і життєдіяльності населення, а також складу і обсягів викидів забруднюючих речовин. Під час проведення моніторингу атмосферного повітря в обов’язковому порядку визначають наявність в атмосферному повітрі загальнопоширених забруднюючих речовин, показників та інгредієнтів атмосферних опадів, зазначених у списку А, що наведений у додатку 1 до “Порядку організації та проведення моніторингу в галузі охорони атмосферного повітря” [84] (табл.8.23). Табл.8.23. Список А загальнопоширених забруднюючих речовин в атмосферному повітрі, показників та інгредієнтів атмосферних опадів Забруднюючі речовини в атмосферному повітрі 1 2 3 4 5 6 7 8

Пил Діоксид сірки Оксид вуглецю Діоксид азоту Свинець та його неорганічні сполуки (в перерахунку на свинець) Бенз(α)пірен Формальдегід Радіоактивні речовини (за переліком, погодженим Мінекоресурсів, його гідрометеорологічною службою, МОЗ, МНС)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Показники та інгредієнти атмосферних опадів Сульфати Хлор Азот амонійний Нітрати Гідрокарбонати Натрій Калій Кальцій Магній рН Кислотність

За рішеннями місцевих органів виконавчої влади або органів місцевого самоврядування, з урахуванням екологічної ситуації в регіоні, населеному пункті може додатково визначатися наявність в атмосферному повітрі забруднюючих речовин, зазначених у списку Б (додаток 2 до “Порядку...” [84], табл.8.24). У разі виникнення надзвичайної ситуації (виявлення в атмосферному повітрі однієї або кількох речовин, вміст яких перевищує їх максимальні разові гранично допустимі концентрації, внаслідок аварії, катастрофи, стихійного лиха, що створює загрозу здоров’ю населення, призводить або може призвести до матеріальних втрат), інформація про це негайно передається суб’єктами моніторингу атмосферного повітря органам виконавчої влади або органам місцевого самоврядування разом з пропозиціями про вжиття необхідних заходів для ліквідації наслідків аварії, катастрофи чи стихійного лиха. Система моніторингу атмосферного повітря містить три типи спостережень: стаціонарні, маршрутні і пересувні (підфакельні).

481

Табл.8.24. Список Б забруднюючих речовин, моніторинг яких проводиться на регіональному (локальному) рівні 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Аміак Анілін Бензол Водень хлористий Водень ціанистий Етилбензол Залізо та його сполуки (у перерахунку на залізо) Кадмій та його сполуки (у перерахунку на кадмій) Кислота азотна Кислота сірчана Ксилол Марганець та його сполуки (у перерахунку на діоксид марганцю) Мідь та її сполуки (у перерахунку на мідь) Миш’як та його сполуки (у перерахунку на миш’як) Нікель та його сполуки (у перерахунку на нікель)

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Озон Оксид азоту Ртуть та її сполуки Сажа Сірководень Сірковуглець Толуол Фенол Фтористий водень Хлор Хлоранілін Хром та його сполуки (у перерахунку на хром) Цинк та його сполуки (у перерахунку на цинк) Радіоактивні речовини (за переліком, погодженим Мінекоресурсів, його гідрометеорологічною службою, МОЗ, МНС)

Стаціонарні газоаналізатори встановлюються на постах спостережень (у павільйонах) для відбору проб повітря і безперервної реєстрації наявності шкідливих домішок в атмосфері. Маршрутні пости проводять систематичне відбирання проб повітря та його аналіз за допомогою пересувних автолабораторій. Пересувні пости виконують спостереження з автомобілів епізодично з метою визначення концентрації забруднюючих речовин під димовим або газовим факелом великих джерел викидів підприємств. Спостереження за забрудненням атмосферного повітря проводяться гідрометеорологічною службою Мінекоресурсів України в 53 містах на 171 стаціонарному, 6 маршрутних та 37 підфакельних постах, які забезпечують регулярний відбір проб для наступного фізико-хімічного аналізу. За даними про забруднення атмосфери визначають величини концентрацій домішок: • разові 20-30-хвилинні; • середньомісячні - середнє арифметичне значення усіх разових концентрацій, отриманих протягом місяця спостережень; • середньорічні - середнє арифметичне значення разових концентрацій, отриманих протягом року спостережень. Згідно ГОСТ 17.2.3.01.86 “Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов” на всіх постах здійснюють систематичне спостередження за пилом, діоксидом сірки, діоксидом азоту, оксидом вуглецю. У повітрі багатьох міст України контролюють вміст специфічних домішок, які є характерними для прмислових викидів на їх теріторіях. В 482

цілому гідрометеорологічна служба визначає вміст у повітрі близько 20 шкідливих речовин. Одночасно з відбором проб атмосферного повітря для аналізу вимірюють і метеорологічні показники: температуру повітря, вологість, напрямок і швидкість вітру, інші погодні умови. Спостереження за забрудненням атмосферних опадів здійснюються гідрометеорологічною службою в промислових містах на спостережній метеорологічній мережі (36 метеостанцій). В теплий період року відбір проб та аналіз вмісту забруднюючих речовин виконується для рідких опадів, а в холодний період року - для снігу. Кислотність опадів визначається на 66 метеостанціях в 29 промислових містах. Спостереження за транскордонним перенесенням забруднювачів атмосферного повітря виконуються гідрометеорологічною службою шляхом відбору проб газів, атмосферних випадінь, аерозолів вздовж державного кордону України (метеостанції в Раві-Руській та Світязі). Контроль за станом атмосферного повітря в промислових зонах здійснюється аналітичною та інспекційною службами обласних державних управлінь Мінекоресурсів України. Враховуючи надзвичайно напружену екологічну обстановку у Донецькій, Дніпропетровській, Луганській, Запорізькій, Київській областях, додатково створені аналітичні лабораторії в містах із значним техногенним навантаженням: Кривому Розі, Маріуполі, Нікополі, Сєверодонецьку, Білій Церкві та ін. Основне завдання цих аналітичних служб полягає у здійсненні нерегулярних спостережень за якістю поверхневих вод, промислових викидів забруднюючих речовин в атмосферу, забруднення ґрунтів в районах підвищеного техногенного навантаження. На даний час Мінекоресурсів України не має власних постійних пунктів спостереження за станом атмосферного повітря і використовує інформацію гідрометеорологічної та інших служб. Спостереження за викидами шкідливих речовин від промислових джерел здійснюються відповідно до обласних програм. В цілому аналітичними службами Мінекоресурсів визначається вміст приблизно 65 забруднювачів у промислових викидах. Періодичний нагляд за забрудненням атмосферного повітря у міських та сільських населених пунктах (маршрутні пости, вибіркові точки спостереження), а також в робочих зонах промислових підприємств здійснюється санітарно-епідеміологічною службою МОЗ. В особливо забруднених містах ця служба здійснює спостереження на власних 54 стаціонарних постах, де визначають вміст у повітрі близько 100 інгредієнтів. Додатково проводяться спостереження на 602 маршрутних та 2010 підфакельних постах, а також визначення спеціальних параметрів навколишнього середовища. Санепідслужба є також джерелом інформації про якість повітря житлових і громадських будівель.

483

Земля, в яку не вкладений труд, імені не має. Туркменське прислів’я

8.4.6. Державний моніторинг земель Моніторинг земель [82] складається із систематичних спостережень за їх станом (зйомки, обстеження і вишукування), виявлення змін та оцінки: • стану використання угідь, полів, ділянок; • процесів, пов’язаних із змінами родючості ґрунтів (розвиток водної і вітрової ерозії, втрата гумусу, погіршення структури ґрунту, заболочення і засолення), заростання сільськогосподарських угідь, забруднення земель пестицидами, важкими металами, радіонуклідами та іншими токсичними речовинами; • стану берегових ліній річок, озер, водосховищ, морів, заток, лиманів, гідротехнічних споруд; • процесів, пов’язаних з утворенням ярів, зсувів, сельовими потоками, землетрусами, карстовими, кріогенними1 та іншими явищами; • стану земель населених пунктів, територій, зайнятих нафтогазодобувними об’єктами, очисними спорудами, гноєсховищами, складами пально-мастильних матеріалів, добрив, стоянками автотранспорту, захороненням токсичних промислових відходів і радіоактивних матеріалів, а також іншими промисловими об’єктами. Моніторинг земель здійснює Держкомзем за участю Мінекоресурсів, Мінагрополітики, Української академії аграрних наук, Національного космічного агентства України та інших заінтересованих міністерств і відомств. Довгострокові спостереження за забрудненням ґрунтів здійснюються на мережі спостережень гідрометеорологічної служби і мають на меті виявлення змін забруднення ґрунтів в містах та на сільськогосподарських землях, спричинених викидами промислових підприємств, застосуванням отрутохімікатів та мінеральних добрив. Ці спостереження здійснюються також з метою виявлення сезонних змін рівнів забруднення ґрунтів пестицидами. Спостереження за забрудненням ґрунтів здійснюють в 23 регіонах України, крім того 2 станції (Костянтинівка і Маріуполь) здійснюють довгострокові спостереження за рівнями забруднення ґрунтів важкими металами. Сезонні спостереження здійснюють в 59 регіонах України на сільськогосподарських землях, де застосовують отрутохімікати. В цілому гідрометеорологічною службою визначається вміст у ґрунтах 19 речовин. Аналітичні служби обласних управлінь Мінекоресурсів України здійснюють контроль стану ґрунтів шляхом періодичного відбору проб з наступним їх лабораторним аналізом за програмою Головної державної екологічної інспекції. 1

Кріогенні процеси (від гр. krýos - холод, мороз, лід та génes - походження, виникнення) - сукупність фізичних, хімічних, біохімічних та ін. процесів, що супроводжуються утворенням льоду. 484

Санітарно-епідеміологічна служба МОЗ здійснює вибірковий контроль ґрунтів згідно затвердженої програми, при цьому визначається близько 20 показників. Мережа контролю екологічного стану земельних ресурсів Держкомзему складається з двох типів структур - мережі спостережень обласних управлінь, що безпосередньо підпорядковані комітету, та мережі регіональних відділів Iнституту землеустрою. Польові дослідження складаються з турів суцільних агрохімічних обстежень, які здійснюються раз на 15 років. В останні роки додатково створена мережа стаціонарних пунктів спостереження на дослідних станціях та ділянках, яких нині нараховується близько 50. Держкомзем контролює виконання планів робіт по землевпорядкуванню, відновленню ґрунтів, іригації, рекультивації, а також екологічні умови землекористування. Показники екологічного стану земельних ресурсів, зокрема, включають: рівні забруднення ґрунтів хімічними та радіоактивними речовинами, поширеність шкідників, забур’яненість, захищеність від вітрової та водної ерозії тощо. Спостереження за ґрунтами здійснюють шляхом широкомасштабної зйомки з проходженням шурфів для кожної 8...20-ої точки (залежно від ступеня складності об’єкта спостереження). З шурфів відбирають для лабораторного аналізу від 12 до 30 зразків ґрунту на 1000 га земель. В пробах аналізують катіонно-аніонний склад водного розчину, фізико-хімічні і гідрохімічні параметри та вміст поживних речовин. Мінагрополітики України здійснює спостереження за станом забруднення сільськогосподарських угідь та продукції рослинництва і тваринництва засобами хімізації сільського господарства та радіонуклідами. Iснуюча мережа єдиного ґрунтово-агрохімічного моніторингу складається з 25 пунктів контролю та 651 пункту спостереження. Безперервний агрохімічний моніторинг родючості та якості ґрунтів виконується науково-дослідними станціями хімізації сільського господарства, які здійснюють регулярну агрохімічну зйомку, контроль якості основних видів фуражу, визначення рівнів забруднення ґрунтів і рослин та виявлення вмісту токсичних речовин у сільськогосподарській продукції. Стаціонарні пункти контролю здійснюють спостереження на базових господарствах, типових за своїми ґрунтово-агрохімічними умовами для даного регіону. Геологічна служба на сьогодні не має постійної мережі спостережень за геохімічним складом ґрунтів та донних відкладень. Інформацію збирають шляхом вибіркових геологічних досліджень, які тількі останнім часом почали включати еколого-геохімічні спостереження. Основними контрольованими параметрами є вміст токсичних хімічних елементів та сполук (пестицидів, фенолів, поверхнево-активних речовин і важких металів). Ці спостереження, зазвичай, виконуються під час здійснення геологічних або ландшафтно-геохімічних досліджень. Перелік контрольованих геохімічних параметрів залежить 485

від мети геологічних досліджень, тому результати цих спостережень розкривають забруднення ґрунтів лише частково. Геологічна служба проводить також моніторинг екзогенних і ендогенних геологічних процесів (зсуви, карсти, суфозія, провали, селі, землетруси тощо) та небезпечних тенденцій їх розвитку. Існує 205 стаціонарних точок спостереження за екзогенними геофізичними процесами, включаючи 30 точок спостереження за карстовими процесами, 127 - зсувами, 8 - селями, 5 - боковою ерозією, 15 - яружною ерозією, 15 ерозією морського узбережжя та 5 - береговими лініями водосховищ. Методи спостереження за екзогенними геологічними процесами можна поділити на маршрутні та стаціонарні, а параметри спостережень - на групи: метричні, топо-геодезичні, геофізичні, фізико-хімічні, хімічні тощо. Мережа спостережень за ендогенними геологічними процесами являє собою систему постів (об’єктів), на яких визначають від 1-2 до 10 параметрів. До основних методів спостережень за гідрогеологічними параметрами належать: • спостереження за змінами рівнів підземних вод у свердловинах; • вимірювання показників pH та Еh води у свердловинах та джерелах; • визначення вмісту у воді хлоридів, гідрокарбонатів, кальцію, загальної жорсткості, розчиненого вуглекислого газу та сірководню безпосередньо в свердловинах з використанням аналітичних методів. Природа не терпить неточностей і не прощає помилок. Р.Емерсон

8.4.7. Радіаційний моніторинг Радіометричні спостереження здійснюються гідрометеорологічною службою за програмою: • щоденні вимірювання рівнів гамма-випромінювання (182 станції); • щоденні відбори проб радіоактивних випадінь (68 станцій); • щоденні визначення вмісту радіоактивних аерозолів в атмосферному повітрі (9 станцій); • періодичні відбори проб для визначення вмісту тритію та стронцію-90 у поверхневих та морських водах (5 станцій); • щомісячні аналізи опадів на вміст тритію (36 станцій). Крім того, гідрометеорологічною службою здійснюються періодичні спостереження радіоактивного забруднення малих річок басейнів Прип’яті та Дніпра, водних об’єктів і ґрунтів в районах розташування АЕС та ґрунтів на всій території України. Санітарно-епідеміологічна служба здійснює радіологічні дослідження на територіях міських та сільських населених пунктів в зонах радіоактивного забруднення, у 30-км зонах АЕС, на промпідприємствах, комунальних об’єктах, в дитячих та освітніх закладах. СЕС також контролює радіологічні об’єк486

ти на промпідприємствах, в медичних установах і науково-дослідних інститутах. If anything can go wrong, it will. Якщо якась неприємність може трапитись, вона трапляється. Закон Мерфі

8.4.8. Моніторинг у кризових екологічних ситуаціях Надзвичайна ситуація - це порушення нормальних умов життя і діяльності людей на об’єкті, території або акваторії, спричинене промисловою чи транспортною аварією, катастрофою, стихійним лихом, епідемією, епізоотією, епіфітотією, великою пожежею, бойовими засобами ураження, що призвели, або можуть призвести до людських і матеріальних втрат та завдати шкоди навколишньому середовищу [32, 81]. Розрізняють такі типи надзвичайних ситуацій: • аварія (промислова, транспортна) - небезпечна подія техногенного характеру, що виникла внаслідок неконтрольованих змін під час будьякої діяльності, пов’язаної з небезпечними речовинами, механізмами, апаратами на промисловому об’єкті чи на транспорті, і яка призвела до руйнування будівель, споруд, обладнання і транспортних засобів, порушення виробничого або транспортного процесу чи завдає шкоди довкіллю; • катастрофа - великомасштабна аварія чи інша подія, що призвела до тяжких, трагічних наслідків; • стихійне лихо - надзвичайна ситуація природного походження (землетрус, ураган, повінь, снігова лавина тощо); • епідемія, епізоотія, епіфітотія - надзвичайна ситуація біологічного походження (масове інфекційне захворювання відповідно людей, тварин, рослин); • ураження бойовими засобами - бойове або аварійне ураження населення, тварин, навколишнього середовища зброєю звичайного або масового ураження (ядерною, хімічною, біологічною). Відповідно до причин походження небезпечних подій розрізняють такі надзвичайні ситуації [81]: • техногенного характеру - транспортні аварії (катастрофи), пожежі, неспровоковані вибухи чи їх загрози, аварії з викидом (загрозою викиду) небезпечних хімічних, радіоактивних, біологічних речовин, раптове руйнування споруд та будівель, аварії на інженерних мережах і спорудах життєзабезпечення, гідродинамічні аварії на греблях, дамбах тощо; • природного характеру - небезпечні геологічні, метеорологічні, гідрологічні морські та прісноводні явища, деградація ґрунтів чи надр, природні пожежі, зміна стану повітряного басейну, інфекційне захворю487

вання людей, сільськогосподарських тварин, масове ураження сільськогосподарських рослин хворобами чи шкідниками, зміна стану водних ресурсів тощо; • соціально-політичного характеру, пов’язані з протиправними діями терористичного та антиконституційного спрямування; • воєнного характеру, пов’язані з наслідками застосування зброї масового ураження або звичайних засобів ураження, під час яких виникають вторинні фактори ураження населення внаслідок зруйнування атомних і гідроелектричних станцій, складів і сховищ радіоактивних і токсичних речовин та відходів, нафтопродуктів, вибухівки, транспортних та інженерних комунікацій тощо. Відповідно до територіального поширення, обсягів заподіяних або очікуваних економічних збитків, кількості людей, що постраждали, визначають такі категорії надзвичайних ситуацій [32]: • об’єктову - наслідки не виходять за межі об’єкта; • місцеву - наслідки не виходять за межі території міста, району чи області; • регіональну - з наслідками в межах кількох областей; • державну - з наслідками, що охоплюють значну територію країни; • трансграничну - з наслідками, що поширюються за межі країни. Відповідно до Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища” (ст.65) Рішенням Верховної Ради України окремі території країни можуть оголошуватися зонами екологічної катастрофи, зонами підвищеної екологічної небезпеки чи відноситись до інших категорій зон надзвичайних екологічних ситуацій. Зоною екологічної катастрофи оголошуються території, де внаслідок діяльності людини чи руйнівного впливу стихійних сил природи виникли стійкі або необоротні негативні зміни в навколишньому природному середовищі, що призвели до неможливості проживання на них населення і ведення господарської діяльності. При цьому необоротними негативними змінами вважаються такі втрати якісних властивостей компонентів довкілля, внаслідок яких порушуються процеси відновлення попередніх умов існування, розвиток живих організмів і життя людей або виникають масові важкі захворювання населення і втрачається будь-яка доцільність ведення господарської діяльності. Зоною підвищеної екологічної небезпеки оголошуються території, де у навколишньому природному середовищі на тривалий час виникли негативні зміни, що ставлять під загрозу здоров’я людей, збереження природних об’єктів і обмежують ведення господарської діяльності. Невідкладними заходами, які необхідно здійснювати у зонах надзвичайних екологічних ситуацій, є такі: у зоні екологічної катастрофи: 488

• проведення систематичного екологічного та медико-біологічного моніторингу; • здійснення екологічного і санітарно-гігієнічного контролю; • забезпечення евакуації населення; • припинення господарської діяльності; • проведення досліджень з метою встановлення характеру та наслідків екологічної катастрофи; • здійснення інших заходів відповідно до програми запобігання надзвичайним екологічним ситуаціям та ліквідації їх наслідків; у зоні підвищеної екологічної небезпеки: • обмеження на період існування підвищеної екологічної небезпеки ведення господарської діяльності; • забезпечення постійного медичного нагляду за станом здоров’я населення; • проведення систематичного екологічного, санітарно-гігієнічного та ветеринарного моніторингу і контролю; • проведення науково-технічних робіт, спрямованих на зниження ризику екологічної небезпеки, відновлення природних ресурсів, реконструкцію та модернізацію виробничих потужностей, які шкідливо впливають на навколишнє природне середовище; • забезпечення населення питною водою, “чистими” продуктами харчування та медикаментами; • здійснення інших заходів, передбачених програмою запобігання надзвичайним екологічним ситуаціям та ліквідації їх наслідків. Внаслідок виникнення надзвичайної ситуації - порушення технологічного процесу виробництва або в результаті пошкодження споруд та устаткування природними явищами - може відбуватися аварійне забруднення навколишнього природного середовища. Уся інформація про аварійне забруднення в державній системі моніторингу довкілля вважається екстреною і негайно надається суб’єктами системи моніторингу органам МНС і Мінекоресурсів відповідного рівня та державній санітарно-епідеміологічній службі МОЗ на місцях для оповіщення в установленому порядку. Центральні та місцеві органи виконавчої влади, органи місцевого самоврядування, підприємства, установи, організації та громадяни повинні негайно інформувати Мінекоресурсів, МНС та їх органи на місцях про виникнення або загрозу виникнення надзвичайних екологічних ситуацій будь якого походження. Мінекоресурсів разом з МНС за погодженням з іншими суб’єктами системи моніторингу встановлюють спеціальні регламенти спостереження за екологічно небезпечними об’єктами, критерії визначення і втручання у разі виникнення або загрози виникнення надзвичайних екологічних ситуацій. При цьому екологічно небезпечними вважаються об’єкти, на яких використовують, виготовляють, переробляють, зберігають або транспортують небезпечні 489

радіоактивні, пожежовибухові, хімічні речовини та біологічні препарати, гідротехнічні і транспортні споруди, транспортні засоби, а також інші об’єкти, що створюють реальну загрозу виникнення надзвичайних ситуацій. Події природного походження або результати діяльності природних процесів, які за своєю інтенсивністю, масштабом поширення і тривалістю можуть уражати людей, об’єкти економіки та довкілля, називають небезпечними природними явищами. Попередження про виникнення або загрозу виникнення небезпечних природних явищ, оцінка їх розвитку і можливих наслідків покладається на гідрометеорологічну (метеорологічні, гідрологічні та геліогеофізичні явища на суші і на морі) та геологічну (екзогенні та ендогенні геологічні процеси) служби Мінекоресурсів України. У разі екстремально високого рівня забруднення довкілля, що безпосередньо не викликає порушення нормальних умов життя і діяльності людей, уся інформація про ці випадки є першочерговою і повинна терміново надаватися суб’єктами державної системи моніторингу довкілля органові Мінекоресурсів відповідного рівня. Критерії визначення екстремально високого рівня забруднення довкілля встановлює Мінекоресурсів разом з МОЗ (табл.8.25). Табл.8.25. Критерії екстремально високого рівня забруднення навколишнього природного середовища [32] Для атмосферного повітря: • вміст однієї чи декількох забруднюючих речовин, який перевищує гранично допустиму максимальну разову концентрацію (ГДКМР) у приземному шарі атмосферного повітря: - в 20-29 разів при збереженні цього рівня концентрації протягом 2 діб; - в 30-49 разів при збереженні цього рівня концентрації протягом 8 і більше годин; - в 50 і більше разів незалежно від часу утримання концентрації. Для поверхневих, підземних і морських вод: • перевищення максимального разового вмісту однієї або декількох речовин, що нормуються, в 50 і більше разів, поява запаху води інтенсивністю більше 4-х балів, покриття водної поверхні плівкою більше третини оглядової площі, або площею в 2 км2 і більше, зменшення вмісту розчиненого кисню до 2 мг/л і менше; • зменшення водності поверхневих джерел в 2 рази і більше, біологічне забруднення. Для ґрунтів: • вміст пестицидів в концентраціях 50 і більше ГДК по санітарно-токсикологічних критеріях або 10 і більше ГДК по діотоксичних критеріях; • вміст забруднюючих речовин техногенного походження в концентраціях 50 і більше ГДК; • забруднення земної поверхні промисловими стічними водами, нафтопродуктами та іншими шкідливими речовинами; • втрата родючості ґрунтів у зв’язку із стихійним лихом. Для тваринного і рослинного світу: • масова загибель риби (захворювання) та інших водних організмів і рослин, відхилення від нормального розвитку ікри, личинок і молоді риб, зменшення і втрата місць нагулу, нересту, шляхів міграції; • масова загибель або захворювання тварин, у тому числі диких, якщо рівні їх загибелі або

490

• •

захворювання перевищують середньо статистичні в 3 і більше разів; масова загибель рослинності, в тому числі лісових масивів і сільськогосподарських рослин (внаслідок опіків1, усихання тощо); загибель або пошкодження до ступеня припинення росту чи життєдіяльності об’єктів (пам’яток природи, зоологічних садів) або територій (заказників, заповідників, урочищ, парків-пам’яток) природно-заповідного фонду.

При встановленні екстремально високого рівня забруднення навколишнього природного середовища завдання моніторингу довкілля у загальному випадку включають: • обстеження зони розповсюдження екстремального забруднення; • встановлення можливого джерела забруднення (якщо джерело невідоме) і речовин, які спричинили забруднення; • обстеження об’єкта, який став (при наявності даних про джерело забруднення) або потенційно міг стати джерелом екстремально високого забруднення довкілля, виявлення причин виникнення аварійного забруднення; • встановлення (уточнення) обсягів надходження забруднюючих речовин у навколишнє середовище; • здійснення контролю за поширенням зони забруднення; • складання оперативного прогнозу поширення зони екстремального забруднення; • розробка рекомендацій щодо здійснення заходів по припиненню (скороченню) надходження забруднюючих речовин, локалізації та ліквідації наслідків екстремально високого забруднення.

1

Опік рослин - побуріння листя, пагонів та ін. частин рослин з наступним їх відмиранням, спричинене дією пестицидів (хімічний опік), високої температури (тепловий опік), морозу (низькотемпературний опік) або в результаті різкої зміни тепла й холоду. 491

9. ЛIТЕРАТУРА 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 492

Агесс П. Ключи к экологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 97 с. Бертокс П., Радд Д. Стратегия защиты окружающей среды от загрязнений. - М.: Мир, 1980. 608 с. Буравлев Е.П. Мотивации устойчивого развития. // Довкілля та здоров’я. - 1999. - № 2 (9). С.52-56. Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере. / Русский космизм: Антология философской мысли. - М.: Педагогика-Пресс, 1993. - С.303-311. Верниченко А.А. Классификации поверхностных вод, основывающиеся на оценке их качественного состояния. / Комплексные оценки качества поверхностных вод. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - С.14-24. Виноградов Б.В. Аэрометоды изучения растительности аридных зон. - М., Л.: Наука, 1966. 361 с. Виноградов Б.В. Дистанционная индикация в экологической ботанике. / Журн. общ. биологии. - 1976. - 37, № 1. - С.47-56. Владимиров А.М., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 424 с. Водний кодекс України. // ВВР. - 1995. - № 24. - С.190. Вовк I.В. Чиста вода - проблема віку. - К.: Т-во “Знання” УРСР, 1984. - 48 с. Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды. // Изв. АН СССР. Сер. географ. - 1975. - № 3. - С.13-25. ГIС у галузі муніципального управління охороною навколишнього природного середовища. - К.: Екомедсервіс, 1999. - 16 с. Говоруха Л.С. Основы экологии и международное сотрудничество в области охраны природы. - К.: УМК ВО, 1991. - 84 с. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 248 с. ГОСТ 17.1.1.02-77. Охрана природы. Гидросфера. Классификация водных объектов. ГОСТ 17.1.3.07-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов. Гохман В., Андрианов В. Что такое ГИС. // ARCReview. - 1998. - № 4 (7). - С.2-3. Данилов А.Д., Кароль И.Л. Атмосферный озон - сенсации и реальность. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 119 с. Додатковий перелік № 1 ГДК шкідливих речовин для води рибогосподарських водойм. № 12-04-11 від 28.12.90 р. Доповідь про стан навколишнього природного середовища в Рівненській області у 1999 р. Рівне: Держуправління екологічної безпеки в Рівненській області, 2000. - 208 с. Драчев С.М. Борьба с загрязнением рек, озер и водохранилищ промышленными и бытовыми стоками. - М., Л.: Наука, 1984. - 274 с. Единые критери качества вод. - М.: Секретариат СЭВ, 1982. - 70 с. Екологічна оцінка якості поверхневих вод суші та естуаріїв України. Методика. КНД 211.1.4.010-94. - К., 1994. - 37 с. Екологія і закон: Екологічне законодавство України. У 2-х кн. - К.: Юрінком Iнтер, 1997. Загальний перелік ГДК і ОБРВ шкідливих речовин для води рибогосподарських водойм. № 12-04-11 від 9.08.1990 р. Загальні вимоги до локального моніторингу підземних вод. (Посібник для працівників територіальних органів Мінприроди України). - Харків: УкрНЦОВ, 1993. - 16 с. Закон України “Про охорону навколишнього природного середовища”. // ВВР. - 1991. - № 41. - С.546.

29. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с. 30. Израэль Ю.А. К стратегии охраны природной среды и рационального природопользования в СССР. // Вопросы философии. - 1979. - № 6. - С.119-127. 31. Израэль Ю.А., Филиппова Л.М., Головина Т.А. Научное обоснование мониторинга состояния окружающей природной среды в СССР в рамках проекта МАБ № 14. / Человек и биосфера в странах социализма. Тр. I Совещ. по координации деятельности нац. ком. соц. стран по программе ЮНЕСКО “Человек и биосфера” (МАБ), Москва, 14-18 марта 1977 г. - М.: ВИНИТИ, 1979. - С.172-188. 32. Iнструкція про порядок дій підрозділів Державної екологічної інспекції Мінприроди України при виникненні надзвичайних ситуацій (аварії, катастрофи, стихійного лиха і т.ін.) і екстремально високому забрудненні навколишнього природного середовища. - К.: Мінприроди України, 1994. 33. Інструкція про порядок обчислення та сплати збору за забруднення навколишнього природного середовища. - К., 1999. 34. Iнструкція про порядок розробки та затвердження гранично допустимих скидів (ГДС) речовин у водні об’єкти із зворотними водами. - К.: Мінекобезпеки України, 1994. 35. Iнструкція щодо оформлення та змісту проекту нормативів гранично допустимих викидів забруднюючих речовин у атмосферне повітря від стаціонарних джерел. - К.: Мінекобезпеки України, 1996. 36. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Н.И.Лихачев, И.И.Ларин, С.А.Хаскин и др.; Под общ. ред. В.Н.Самохина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981. - 639 с., ил. - (Справочник проектировщика). 37. Канализация. Учебник для вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. / С.В.Яковлев, Я.А.Карелин, А.И.Жуков, С.К.Колобанов.- М.: Стройиздат, 1975. - 632 с. 38. Карпинская Р.С. Коэволюция: развитие темы. // Природа. - 1992. - № 11. - С.3-8. 39. Китинг М. Программа действий. Повестка дня на 21 век и другие документы конференции в Рио-де-Жанейро в популярном изложении. - Центр “За наше общее будущее”, 1993. - 70 с. 40. Коваленко Г.Д. Цикл лекций для учебного центра радиационного мониторинга и раннего предупреждения о радиационной аварии “Гамма”. - Харьков: УкрНИИЭП, 1999. 41. Конспект лекцій з курсу “Екологія та охорона природи” / М.А.Голубець, В.А.Кучерявий, С.А.Генсірук та ін. - К.: УМК ВО, 1990. - 216 с. 42. Конференція ООН. Навколишнє середовище і розвиток. Бразилія - 92. Національна доповідь України. - К.: “Час”, 1992. - 44 с. 43. Коротун I.М. Основи загального землезнавства. Навчальний посібник для студентів екологічних спеціальностей вищих закладів освіти України. - Рівне: РДТУ, 1999. - 310 с. 44. Крапивин В.Ф. Проблемы мониторинга. - М.: Знание, 1991. - 64 с 45. Кузнецов М.А. Учение В.И.Вернадского о ноосфере: перспективы развития человечества. // Вопросы философии. - 1988. - № 3. 46. Лаптев И.П. Научные основы охраны природы. - Томск: Изд-во Томского университета, 1970. - 490 с. 47. Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. - М.: Мысль, 1974. - 448 с. 48. Лоева И.Д., Полетаева Л.Н., Сафранов Т.А. Основы экологии (конспект лекций). - Одесса, 1995. 49. Малкина И.Г. Системы критериев качества среды. - М.: ВНИИ системных исследований, 1989. - 71 с. 50. Мартинюк В.О., Iльїн Л.В. Основи екологічних знань: Словник-довідник. - Рівне: Державне редакційно-видавниче підприємство, 1993. - 165 с. 51. Методика екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями. / В.Д.Романенко, В.М.Жукинський, О.П.Оксіюк та ін. - К.: СИМВОЛ-Т, 1998. - 28 с. 52. Методика картографування екологічного стану поверхневих вод України за якістю води. / Л.Г.Руденко, В.П.Разов, В.М.Жукинський та ін., - К.: СИМВОЛ-Т, 1998. - 48 с. 493

53. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 94 с. 54. Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными водами. - Харьков: ВНИВО, 1990. - 113 с. 55. Методичне керівництво по розрахунку антропогенного навантаження і класифікації екологічного стану басейнів малих річок України. НТД 33-4759129-03-04-92. - К.: Мінприроди України, Держкомводгосп України, УНДIВЕП, 1992. - 40 с. 56. Моисеев Н.Н. Будущее планеты и системный анализ. // Наука и жизнь. - 1974. - № 4. - С.98104. 57. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. - М.: Молодая гвардия, 1990. 58. Моніторинг довкілля. Навчально-методичний посібник для студентів заочного відділення за спеціальністю “Екологія”. - К.: ДIПК та ПК Мінекобезпеки України, 1998. - 92 с. 59. Мошинський В.С. Моніторинг і оцінка еколого-меліоративного стану осушуваних земель Рівненської області. - Рівне: Рівненська гідрогеолого-меліоративна партія, 1995. - 48 с. 60. Научное и социальное значение деятельности В.И.Вернадского. / Сборник научных трудов / под ред. А.Л.Яншина. - Л.: Наука, 1989. 61. Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні. - К., 1992. - 156 с. 62. Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні. 1993. К.: Видавництво Раєвського, 1994. - 180 с. 63. Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні. 1995. К.: Видавництво Раєвського, 1997. - 96 с. 64. Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні у 1996 році. Скорочений виклад. - К.: Видавництво Раєвського, 1998. - 96 с. 65. Національний план дій з гігієни навколишнього середовища. - К.: МОЗ України, Мінекобезпеки України, 1998. 66. Національна програма екологічного оздоровлення басейну Дніпра та поліпшення якості питної води. - К., 1998. - 92 с. 67. НД 211.9.3.002-96. Методика комплексного мониторинга природной среды. - К., 1996. 68. НД 211.9.3.003-96. Инструкция. Представление и передача данных комплексного мониторинга природной среды. - К., 1996. 69. Одум Ю. Экология (в 2-х томах). - М.: Мир, 1986. 70. Орленок В.В. Вода в истории Земли и планет. - М.: Знание, 1990. - 48 с. 71. Основи екологічних знань. Навчальні матеріали. - Тернопіль: Книжково-журнальне видавництво “Тернопіль”, 1994. - 176 с. 72. Основи загальної екології: Підручник / Г.О.Білявський, М.М.Падун, Р.С.Фурдуй. - К.: Либідь, 1993. - 304 с. 73. Основні напрями державної політики України у галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки. - К., 1999. - 92 с. 74. Охорона навколишнього природного середовища в Україні. 1994-1995. - К.: Видавництво Раєвського, 1997. - 96 с. 75. Охорона природного середовища у збройних силах України. Посібник. - К.: “Варта”, 1998. 208 с. 76. Переліки тимчасово допущених до використання та атестованих методик визначення складу та властивостей проб об’єктів довкілля, викидів та скидів забруднюючих речовин в них. К.: Мінекобезпеки України, Технічний комітет з стандартизації ТК 82 “Охорона навколишнього природного середовища та раціональне використання ресурсів України”, 1997. - 180 с. 77. Перельман А.И. Геохимия биосферы. - М.: Наука, 1973. - 168 с. 78. Пиннекер Е.В. Охрана подземной гидросферы. - М.: Знание, 1979. - 48 с. 79. Положення про державний моніторинг навколишнього природного середовища. Затверджено постановою Кабінету Міністрів України від 23 вересня 1993 р. № 785. 80. Положення про державну систему моніторингу довкілля. Затверджено постановою Кабінету Міністрів України від 30 березня 1998 р. № 391. 494

81. Положення про класифікацію надзвичайних ситуацій. Затверджене постановою Кабінету Міністрів України від 15 липня 1998 р. № 1099. 82. Положення про моніторинг земель. Затверджене постановою Кабінету Міністрів України від 20 серпня 1993 р. № 661. 83. Порядок здійснення державного моніторингу вод. Затверджений постановою Кабінету Міністрів України від 20 липня 1996 р. № 815. 84. Порядок організації та проведення моніторингу в галузі охорони атмосферного повітря. Затверджений постановою Кабінету Міністрів України від 9 березня 1999 р. № 343. 85. Порядок встановлення нормативів збору за забруднення навколишнього природного середовища і стягнення цього збору. Затверджений постановою Кабінету Міністрів України від 1 березня 1999 року № 303. 86. Правила охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами. Затверджені постановою Кабінету Міністрів України від 25 березня 1999 р. № 465. 87. Правила охраны поверхностных вод. - М.: Госкомприроды СССР, 1991. 88. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. - М.: Минздрав СССР, 1975. - 38 с. 89. Предельно допустимые концентраци (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. - К., 1992. 90. Програма поетапного припинення використання етильованого бензину в Україні. Затверджена постановою Кабінету Міністрів України від 1 жовтня 1999 р. № 1825. 91. Програма регіонального моніторингу поверхневих вод басейну вибраної ріки. - Замость: Бібліотека Моніторингу Середовища, 1996. - 80 с. 92. Проценко С.Б. Використання сучасних інформаційних технологій в системі регіонального екологічного моніторингу та управління. / Качество воды и здоровье человека. Сборник научных статей. - Одеса: ОЦНТЕI, 1999. - С.46-50. 93. Проценко С.Б. Впровадження системи регіонального екологічного моніторингу “Полісся”. / Экологические аспекты загрязнения окружающей среды. Тезисы докладов международной научно-практической конференции, г. Киев, 26-28 марта 1996 г. - К., 1996. 94. Проценко С.Б. Застосування геоінформаційних систем в екологічному управлінні. / Экологические аспекты загрязнения окружающей среды. Тезисы докладов международной научно-практической конференции, г. Киев, 26-28 марта 1996 г. - К., 1996. 95. Разумихин Н.В. Природные ресурсы и их охрана. - Л.: ЛГУ, 1987. - 267 с. 96. Рамад Ф. Основы прикладной экологии. Воздействие человека на биосферу. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 543 с. 97. Регіональна екологічна программа “Полісся” (основні положення). - К.: Мінекобезпеки України, 1996. - 39 с. 98. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. - М.: Мысль, 1990. - 639 с. 99. Розенберг Г.С. О периодизации в экологии. // Экология. - 1992. - № 4. - С.3-18. 100.Руководящие принципы комплексного управления природоохранной деятельностью в странах с экономикой переходного периода. - Нью-Йорк: ООН, 1994. - 42 с. 101.Савченко В.К. Чернобыльская катастрофа и биосфера. // Природа и ресурсы. - 1991. - Т.27, № 3-4. - С.499-520. 102.СанПиН № 4630-88. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. - М.: Минздрав СССР, 1988. 103.Сердюк А.М. 52 мільйони... над прірвою. // Наука-Фантастика. - 1991. - № 6 (616). - С.1-5. 104.Ситник К.М., Брайон О.В. Оптична дальнометрія в ботанічних дослідженнях. // Укр. ботан. журн. - 1976. - 33, № 1. - С.100-124. 105.Ситник К.М., Брайон О.В., Гордецький А.В., Брайон А.П. Словник-довідник з екології. - К.: Наукова думка, 1994. - 668 с. 106.Скиннер Б. Хватит ли человечеству ресурсов? - М.: Мир, 1989. - 264 с. 107.Соколов А.А. Вода: проблема на рубеже ХХ века. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 165 с. 108.Сытник К.М., Брайон А.В., Гордецкий А.В. Биосфера. Экология. Охрана природы. - К.: Наукова думка, 1987. - 523 с. 495

109.Тетиор А.Н. Строительная экология. - К.: УМК ВО, 1991. - 276 с. 110.Федоров Е.К. Экологический кризис и социальный прогресс. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 176 с. 111.Харин Н.Г. Дистанционные методы изучения растительности. - М.: Наука, 1975. - 132 с. 112.Яблоков А.В. Сельское хозяйство без пестицидов. / Экологическая альтернатива. - М.: Прогресс, 1990. - С.49-52. 113.Ядерная энциклопедия. / Автор проекта, руководитель и главный редактор А.А.Ярошинская. - М.: Благотворительный фонд Ярошинской, 1996. - 656 с. 114.Proceeding of the 7th International Symposium on Remote sensing of environment, Michigan, 1721 May 1971. - Michigan: Michigan Univ. Press, 1971. - 1574 p. 115.Ukraine. Suggested Priorities for Environmental Protection and Natural Resource Management. Document of The World Bank. Report No. 12238-UA. September 20, 1993. 116.Ukrainian Environment: Facts and Figures. 1994-1995. - Kyiv: Rayevsky Scientific Publishers Inc., 1996. - 64 p.

10. ПОКАЖЧИК ТЕРМIНIВ А Абсорбери ................................................240 Аварія .......................................................487 Автотроф ............................................. 25; 41 Адсорбент.................................................241 Адсорбтив ................................................241 Адсорбція .................................................154 Аерація .....................................................180 Аеробіосфера ...........................................252 Аерозоль ...................................................199 Аеротенки........................................ 180; 188 Активний мул...........................................180 Активність................................................104 Алювій......................................................136 Альбедо ......................................................48 Альгіциди .................................................264 Анаероб ......................................................24 Антифіданти.............................................264 Антропогенні фактори ................................6 Апвелінг .....................................................63 Арборициди .............................................264 Аридність ...................................................80 Асиміляція..................................................55 Атмосфера ................................................196 Атрактанти ...............................................264 АТФ ............................................................62

Б База даних ................................................458 Бактерициди.............................................264 Банк даних................................................458 Басейн ріки...............................................134 Басейновий принцип встановлення ГДС332 Біогеоценоз.................................................17 Біоіндикатори...........................................371 Біологічна плівка .....................................186 Біологічний вид .........................................10 496

Біологічні стави ...................................... 187 Біологічні фільтри .................................. 187 Біотестування .......................................... 424 Біотехносфера ........................................... 29 Біотоп......................................................... 17 Біоценоз ..................................................... 17 Болото ...................................................... 139 Бродіння .................................................... 24

В Вертикальна конвекція........................... 196 Верховодка .............................................. 141 Весняна повінь........................................ 135 Вивітрювання.......................................... 254 Витік ........................................................ 134 Відносний ризик ..................................... 324 Відстійники вертикальні......................................... 185 вторинні .............................................. 182 горизонтальні ..................................... 185 двоярусні ............................................ 192 первинні.............................................. 181 радіальні ............................................. 185 Відстійники ............................................. 184 Води артезіанські......................................... 142 внутрішні ............................................ 472 ґрунтові............................................... 141 дренажні ............................................. 168 зворотні............................................... 168 міжпластові ........................................ 142 підґрунтові.......................................... 142 підземні............................................... 140 скидні.................................................. 168 стічні ................................................... 168 територіальні ...................................... 472 Водна екосистема ................................... 419

Водні об’єкти ...........................................325 з ненормованою якістю води .............326 з нормованою якістю води.................326 загальнодержавного значення ...........325 із спеціально встановленими нормами якості води......................................328 місцевого значення .............................326 Вододіл .....................................................134 Водоємність виробництва.......................148 Водозбір ...................................................134 Водокористування господарсько-побутове.......................327 питне ....................................................327 рибогосподарське ...............................327 Водокористувачі ......................................147 первинні...............................................338 Водоохоронна зона ..................................339 Водоохоронна смуга................................340 Водоспоживачі.........................................147 Водосховище............................................134 ВООЗ ........................................................126

Г Галофіти ...................................................255 Генофонд ....................................................10 Гербіциди .................................................264 Гетеротроф .................................................41 Гирло ........................................................134 Гідрографічна мережа .............................134 Гідрометеори..............................................52 Гідросфера................................................132 Гіпотеза Геї ................................................27 Глобальна система моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС)446 Гомеостаз....................................................23 Гомеостатичне плато .................................23 Гранично допустима концентрація (ГДК)315 максимальна разова ............................316 речовин у воді .....................................320 середньодобова ...................................316 Гранично допустимий викид (ГДВ) речовини..............................................341 Гранично допустимий скид (ГДС) речовини..............................................329 Ґрунт .........................................................252 гідроморфний......................................256 плакорний............................................256 Ґрунтоутворення ......................................254 Гумідність ................................................256 Гумус ........................................................255

Д Дампінг.....................................................157 ДДТ.............................................................95

Дельта ріки .............................................. 136 Державна система моніторингу довкілля453 Десорбція................................................. 240 Деструктор ................................................ 41 Детергент................................................. 152 Детрит........................................................ 56 Дефляція .................................................. 267 Дефоліанти .............................................. 264 Джерело іонізуючого випромінювання. 104 Динамічна рівновага................................. 64 Доза еквівалентна поглинута ..................... 106 експозиційна....................................... 105 ефективна еквівалентна..................... 107 колективна ефективна еквівалентна. 107 очікувана (повна) колективна ефективна еквівалентна................ 107 поглинута............................................ 105 Дозвіл на спецводокористування .. 330; 338 Дуалізм процесу пізнання ........................ 19

Е Евтрофікація ........................................... 153 Екзосфера ................................................ 198 Екологічна ніша ........................................ 68 Екологічне благополуччя природних об’єктів ............................................... 413 Екологічні нормативи............................. 313 Екологічні норми .................................... 313 Екологічні стандарти.............................. 312 Екологічно небезпечний об’єкт ............. 489 Екологія ..................................................... 12 Еколого-правова відповідальність ........ 292 Екорозвиток .............................................. 11 Екосистема ................................................ 40 Екстремально високий рівень забруднення490 Електрофільтри ....................................... 233 Елементи біогенні ..................................... 49 Емульсія................................................... 169 Ентропія..................................................... 21 Епідемія ..................................................... 67 Епізоотія .................................................... 67 Епіфітотія .................................................. 67 Ерозія ....................................................... 267 вітрова................................................. 268 водна ................................................... 269 ґрунту.................................................. 267 іригаційна ........................................... 269 лінійна................................................. 269 площинна............................................ 269 природна геологічна .......................... 267 прискорена (антропогенна) ............... 267 технічна .............................................. 269 497

Еукаріоти....................................................17 Ефект парниковий .....................................48 Ефект сумації дії шкідливих речовин ....316

З Заболочування вторинне.........................139 Забруднення ...............................................94 антропогенне .........................................94 біологічне ..............................................98 випадкове ..............................................99 вод ........................................................151 вторинне ................................................99 енергетичне ...........................................98 матеріальне............................................98 механічне...............................................97 нестійке..................................................98 первинне ................................................99 природне................................................94 радіаційне ..............................................97 радіоактивне..........................................97 стійке .....................................................98 супутнє...................................................98 умисне....................................................98 фізичне...................................................97 хімічне ...................................................97 Забруднювач ..............................................94 Завислі речовини .....................................169 Закон біогенної міграції атомів ......................65 відповідності між рівнем розвитку виробничих сил та природноресурсним потенціалом ...................73 внутрішньої динамічної рівноваги......63 генетичної різноманітності ..................67 Генрі.......................................................55 екологічної кореляції............................70 зменшення енергетичної ефективності природокористування......................72 зменшення природно-ресурсного потенціалу ........................................72 зменшення родючості (ґрунтостомлення)............................72 константності ........................................67 максимізації енергії ..............................69 максимуму біогенної енергії ................69 мінімуму ................................................70 обмеженості природних ресурсів ........71 однонаправленості потоку енергії .......73 оптимальності .......................................71 піраміди енергій....................................73 послідовності проходження фаз розвитку............................................71 рівнозначності умов життя ..................69 498

розвитку природної системи за рахунок навколишнього середовища........... 68 сукупної дії екологічних факторів...... 69 сукцесійного уповільнення ................. 70 толерантності ....................................... 70 фізико-хімічної єдності живої речовини66 Закони термодинаміки ............................. 38 Заповідник біосферний .......................... 373 Затока....................................................... 133 Захворюваність ....................................... 126 Захищеність підземних вод.................... 160 Зв’язок зворотний.............................................. 22 зворотний негативний ......................... 22 зворотний позитивний......................... 22 прямий .................................................. 21 Згінно-нагінні явища .............................. 329 Здоровий стан людини ........................... 126 Землі......................................................... 252 заболочені........................................... 139 перезволожені..................................... 139 порушені ............................................. 272 Земна кора ............................................... 252 Знезараження стічних вод...................... 183 Зона аерації ................................................. 142 екологічної катастрофи ..................... 488 парабіосферна ...................................... 58 підвищеної екологічної небезпеки ... 488 санітарної охорони............................. 340

І Індекс самозабруднення-самоочищення води (A/R)........................................... 422 Інсектициди ............................................. 264 Інфільтрація............................................... 52 Іонізуюче випромінювання .................... 104

К Кадастр .................................................... 171 Карст ........................................................ 141 Картографування .................................... 458 Картування .............................................. 458 Катастрофа екологічна ..................... 92; 487 Каустобіоліти ............................................ 26 Квазістаціонарний стан............................ 64 Керівні форми ........................................... 77 Кларк.......................................................... 50 Класи шкідливості речовин ................... 315 Класифікація ........................................... 420 Коеволюція................................................ 94 Колі-індекс .............................................. 433 Консумент ................................................. 41 Контрольний створ ................................. 328

Конус виносу............................................136 Концентрація речовини молярна................................................170 нормальна............................................170 об’ємна ................................................170 Криза екологічна........................................92 зниження надійності екологічних систем ...............................................94 консументів ...........................................92 продуцентів ...........................................93 редуцентів..............................................93 термодинамічна ....................................94 Кріогенні процеси....................................484 Кругообіг ....................................................37 азоту.......................................................60 води........................................................51 вуглецю..................................................54 кисню .....................................................58 речовин біологічний .............................37 речовин геологічний.............................37 сірки.......................................................61 фосфору .................................................62 Ксенобіотики............................................262 Кумулятивний ефект ...............................151

Л Лімітуюча ознака шкідливості (ЛОШ) .320 Лісосмуги .................................................340 Літобіосфера ............................................252 Літосфера .................................................252 Льодостав .................................................135 Льодохід ...................................................135

М МАГАТЕ...................................................113 Межень зимова ..................................................135 літня .....................................................135 Мезосфера ................................................197 Меліоративний фонд ...............................139 Метантенки ..............................................192 Мінералізація органічних речовин.........181 Мінімальні середньомісячні витрати води 95 %-ої забезпеченості .......................175 Моніторинг ......................................... 6; 445 абіотичний...........................................374 авіаційний............................................374 базовий ................................................373 біоекологічний ....................................371 біологічний..........................................371 біосистемний.......................................371 біосферний ..........................................372 генетичний ..........................................371 геоекологічний ....................................372

геосистемний...................................... 372 геофізичний ........................................ 374 глобальний.......................................... 369 екологічний ........................................ 372 загальний ............................................ 373 імпактний ................................... 370; 373 історичний .......................................... 374 кліматичних систем ........................... 374 космічний ........................................... 374 кризовий ............................................. 373 локальний ........................................... 370 льодовикових осциляцій ................... 374 медико-біологічний ........................... 371 міжнародний ...................................... 370 науковий ............................................. 373 національний...................................... 370 оперативний ....................................... 373 палеомоніторинг ................................ 374 природно-господарський................... 372 регіональний....................................... 370 санітарно-гігієнічний......................... 371 санітарно-токсикологічний ............... 371 стандартний........................................ 373 фізичний ............................................. 374 фоновий .............................................. 373 хімічний .............................................. 374 Море......................................................... 133 Морський фітопланктон........................... 59 Мутації..................................................... 127

Н Надзвичайна ситуація............................. 487 воєнного характеру ............................ 488 природного характеру ....................... 487 соціально-політичного характеру..... 488 техногенного характеру..................... 487 Небезпечне природне явище.................. 490 Нематициди (нематоциди) ..................... 264 Нітрифікація............................................ 170 НКДАР ООН ........................................... 116 Ноогенез .................................................... 28 Ноосфера ................................................... 28 Норми якості води .................................. 326 Нормування екологічне ........................................... 314 санітарно-гігієнічне ........................... 313 Нуклід ...................................................... 103

О Одиниця гострої летальної токсичності........... 425 хронічної токсичності........................ 425 Опік рослин ............................................. 491 Організми азотфіксуючі ........................... 60 499

Орієнтовно безпечний рівень впливу (ОБРВ) .................................................315 Орієнтовно допустимий рівень (ОДР) ...315 Очищення стічних вод ............................178 біологічне ............................................180 глибоке.................................................182 електролітичне ....................................179 механічне.............................................178 фізико-хімічне.....................................180 хімічне .................................................179

П Паводок ....................................................135 Падіння ріки.............................................135 Палеонтологія ............................................77 Пандемія.....................................................82 Парниковий ефект .....................................25 Педосфера ................................................252 Перегній ...................................................255 Період напіврозпаду................................104 Пестициди ................................................263 Пиловловлювачі.......................................233 Пилоосадкові камери ..............................234 Питоме водоспоживання.........................149 Підхід ієрархічний............................................19 системний..............................................18 Піна...........................................................169 Пісковловлювачі......................................184 Показник водневий рН ........................................170 якості життя ........................................126 Поля зрошення .............................................186 фільтрації.............................................186 Популяція ...................................................13 Потреба кисню біохімічна (БПК).................................170 хімічна (ХПК) .....................................170 Потужність дози ......................................107 Поширеність хвороб................................126 Пояс суворого режиму ............................340 Правило взаємодії факторів ................................70 м’якого управління природою.............74 міри перетворення природних систем 72 обов’язкового заповнення екологічних ніш.....................................................68 одного відсотка .....................................73 Принцип віддаленості події .................................75 емерджентності .....................................20 інстинктивного заперечення-визнання75 500

історизму .............................................. 20 Ле Шательє - Брауна............................ 65 неповноти інформації .......................... 75 облудного благополуччя...................... 74 природності .......................................... 74 Природні ресурси ..................................... 77 Природні умови ........................................ 76 Притока.................................................... 134 Продуктивність каталізатора ................. 244 Продуцент.................................................. 41 Прокаріоти ................................................ 17 Промивачі................................................ 237 Протока.................................................... 133

Р Радіоактивний розпад............................. 103 Радіоактивність....................................... 103 Радіонуклід.............................................. 103 Реаерація.................................................. 176 Революція екологічна ............................... 92 еколого-планова ................................... 94 енергетична .......................................... 94 Регенерація активного мулу................... 190 Редуцент .................................................... 41 Режим річки ............................................ 135 Рекультивація.......................................... 272 Репеленти................................................. 264 Реутилізація............................................... 93 Речовина біогенна................................................. 16 біокосна ................................................ 16 жива ...................................................... 15 косна ..................................................... 16 Решітки .................................................... 183 Ризик ........................................................ 324 Рівень компенсації.................................... 58 Ріка........................................................... 134 головна................................................ 134 Річкова долина ........................................ 134 Річкова система....................................... 134 Родючість ................................................ 255 Ротоклони ................................................ 238 Русло ........................................................ 134

С Самозабруднення вод ............................. 422 Самоочищення вод ................................. 151 Сапробність вод ...................................... 415 Сапропель.................................................. 16 Сапрофіт .................................................. 416 Світовий океан ........................................ 133 Септики ................................................... 192 Середня тривалість життя ...................... 126 Синергізм................................................. 323

Система водопостачання оборотна ..............................................147 прямоточна..........................................147 Система СІ................................................105 Системний аналіз.......................................21 Скрубери ..................................................237 Смертність................................................126 дітей .....................................................126 Смог електронний......................................98 Сорбція .....................................................240 Ставок.......................................................134 Сталий розвиток ........................................11 Стихійне лихо ..........................................487 Стік внутрішній...........................................134 периферійний ......................................134 поверхневий ........................................133 річковий...............................................133 твердий ................................................136 хімічний...............................................137 Стратифікація атмосфери .......................213 Стратосфера .............................................197 Сукцесія......................................................67 Суспензія ..................................................169 Суховій .....................................................269

Т Термосфера ..............................................197 Техногенез ..................................................30 Тимчасово погоджений викид (ТВП) речовини..............................................343 Тимчасово погоджений скид (ТПС) речовини..............................................332 Толерантність...........................................413 Торфоутворення.......................................139 Транспірація........................................ 47; 53

Тропосфера.............................................. 196 Трофічна піраміда..................................... 41 Трофічний ланцюг .................................... 42 Трофність водних об’єктів..................... 420

У Угруповання................................................ 7 Улоговина................................................ 137 Ураження бойовими засобами............... 487

Ф ФАО ......................................................... 265 Фіксація азоту ........................................... 60 Фільтри .................................................... 233 Фітобіосфера ........................................... 252 Фітонциди ................................................. 80 Фонова якість води ................................. 333 Фотоліз....................................................... 58 Фотосинтез .......................................... 25; 38 Фуміганти ................................................ 264 Фунгіциди................................................ 264

Х Хемостерилізатори ................................. 264

Ц Циклони................................................... 234

Ч Червона книга ........................................... 85 Червоний приплив .................................. 157

Ю ЮНЕП...................................................... 446 ЮНЕСКО .................................................. 85

Я Ядерна зима............................................... 74 Ядерний паливний цикл......................... 114

501

ЗМIСТ 1. МІСЦЕ І РОЛЬ МОНІТОРИНГУ В СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯМ ...................................................................................... 5 2. ЕКОЛОГІЯ ЯК НАУКОВА ОСНОВА РАЦІОНАЛЬНОГО ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ.......................................................................................... 8 2.1. ПРЕДМЕТ, ЗАВДАННЯ ТА СКЛАДОВІ ЕКОЛОГІЇ ................................................................. 12 2.2. ВЧЕННЯ ПРО БІОСФЕРУ ................................................................................................... 14 2.2.1. Склад біосфери ..................................................................................................... 15 2.2.2. Сучасна методологія наукового вивчення біосфери ......................................... 18 2.2.3. Еволюція біосфери ............................................................................................... 24 2.2.4. Біологічний контроль стану природного середовища ...................................... 26 2.3. КОНЦЕПЦІЯ НООСФЕРИ ТА МОДЕЛЬ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ................................................. 28 2.3.1. Біотехносфера та техногенез ............................................................................ 29 2.3.2. Модель сталого розвитку ................................................................................... 32 2.3.3. Проблеми переходу України на модель сталого розвитку............................... 35 2.4. МАТЕРІАЛЬНО-ЕНЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНС У БІОСФЕРІ ......................................................... 37 2.4.1. Енергетично-речовинні зв’язки в екосистемах ................................................. 40 2.4.2. Енергетичний баланс планети, глобальні зміни клімату ................................. 46 2.4.3. Біологічний кругообіг атомів у природі ............................................................. 49 2.4.4. Кругообіг води ...................................................................................................... 51 2.4.5. Кругообіг вуглецю................................................................................................. 54 2.4.6. Кругообіг кисню.................................................................................................... 57 2.4.7. Кругообіг азоту.................................................................................................... 59 2.4.8. Кругообіги сірки та фосфору ............................................................................. 61 2.5. ОСНОВНІ ЕКОЛОГІЧНІ ЗАКОНИ ........................................................................................ 63 2.5.1. Структурні закони .............................................................................................. 65 2.5.2. Функціональні закони........................................................................................... 68 2.5.3. Міжсистемні закони ........................................................................................... 71 2.5.4. Емпіричні наслідки екологічних законів ............................................................. 73 3. ВИКОРИСТАННЯ ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ ТА АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА НАВКОЛИШНЄ ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ ................................................... 76 3.1. ПРИРОДНІ УМОВИ І РЕСУРСИ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ ........................................................ 76 3.2. ВИДИ АНТРОПОГЕННИХ ВПЛИВІВ НА ДОВКІЛЛЯ ............................................................... 86 3.3. АНТРОПОГЕННІ ЗМІНИ ДОВКІЛЛЯ .................................................................................... 88 3.4. ЕКОЛОГІЧНІ КРИЗИ, КАТАСТРОФИ Й РЕВОЛЮЦІЇ .............................................................. 92 3.5. ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА ......................................... 94 3.5.1. Класифікація забруднень природного середовища............................................ 97 3.5.2. Основні джерела антропогенного забруднення довкілля ................................. 99 3.5.3. Радіоактивне забруднення навколишнього середовища................................. 103 3.6. СТАН НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА В УКРАЇНІ .................................... 119 3.7. ВПЛИВ ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА НА ЗДОРОВ’Я ЛЮДИНИ .............................................................................................................................. 125 4. ВОДНІ РЕСУРСИ ТА АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА ГІДРОСФЕРУ ........ 132 4.1. БУДОВА ГІДРОСФЕРИ ЗЕМЛІ .......................................................................................... 132 4.1.1. Води Світового океану ...................................................................................... 133 502

4.1.2. Поверхневі води суші.......................................................................................... 133 4.1.3. Підземні води ...................................................................................................... 140 4.2. ВОДНІ РЕСУРСИ ............................................................................................................ 143 4.3. ВОДОСПОЖИВАННЯ ТА ВОДОКОРИСТУВАННЯ ............................................................... 147 4.4. ЗАБРУДНЕННЯ ПРИРОДНИХ ВОД .................................................................................... 150 4.4.1. Забруднення вод Світового океану................................................................... 156 4.4.2. Забруднення підземних вод ................................................................................ 160 4.4.3. Екологічний стан водних об’єктів України ..................................................... 161 4.5. ВОДОВІДВЕДЕННЯ ........................................................................................................ 168 4.6. ОХОРОНА ВОДНИХ РЕСУРСІВ ВІД ВИСНАЖЕННЯ ТА ЗАБРУДНЕННЯ ................................. 171 4.6.1. Самоочищення води у водних об’єктах............................................................ 175 4.6.2. Очищення стічних вод ....................................................................................... 178 5. ПОВІТРЯНИЙ БАСЕЙН ТА АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА АТМОСФЕРУ195 5.1. БУДОВА І СКЛАД АТМОСФЕРИ ЗЕМЛІ............................................................................. 196 5.2. ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРИ ........................................................................................... 199 5.2.1. Характеристика основних забруднюючих речовин ........................................ 201 5.2.2. Основні джерела забруднення атмосферного повітря .................................. 207 5.2.3. Розсіювання та перенесення забруднюючих речовин в атмосфері ............... 213 5.2.4. Вплив забруднення атмосфери на біосистеми................................................ 221 5.2.5. Стан повітряного басейну в Україні................................................................ 222 5.3. ОХОРОНА АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ВІД ЗАБРУДНЕННЯ ................................................. 227 5.3.1. Очищення викидів забруднюючих речовин ....................................................... 230 5.3.2. Використання захисних властивостей рослин для очищення атмосфери ... 246 5.3.3. Заходи щодо охорони атмосферного повітря на стадії проектування ....... 246 6. ҐРУНТОВО-ЗЕМЕЛЬНІ РЕСУРСИ ТА АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА ЛІТОСФЕРУ.................................................................................................................... 251 6.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЛІТОСФЕРУ ........................................................................... 252 6.2. ҐРУНТИ ТА ҐРУНТОУТВОРЕННЯ ...................................................................................... 253 6.3. ҐРУНТОВО-ЗЕМЕЛЬНІ РЕСУРСИ СВІТУ ТА УКРАЇНИ ......................................................... 257 6.4. ОСНОВНІ ПРИЧИНИ ДЕГРАДАЦІЇ ТА ЗАБРУДНЕННЯ ҐРУНТІВ ............................................ 258 6.4.1. Зменшення родючості ґрунтів.......................................................................... 259 6.4.2. Забруднення ґрунтів засобами хімізації і техногенними викидами............... 261 6.4.3. Розвиток ерозійних процесів............................................................................. 267 6.4.4. Засолення, перезволоження та заболочення ґрунтів...................................... 270 6.4.5. Ущільнення ґрунтів ............................................................................................ 270 6.4.6. Осушення ґрунтів ............................................................................................... 271 6.4.7. Знищення ґрунтів та відведення земель для несільськогосподарських потреб, рекультивація порушених площ .................................................................................. 271 6.5. СТАН ЗЕМЕЛЬНИХ РЕСУРСІВ УКРАЇНИ ........................................................................... 273 6.6. ОХОРОНА ҐРУНТІВ ........................................................................................................ 277 7. УПРАВЛІННЯ У ГАЛУЗІ ОХОРОНИ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА ТА РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ........................................................................................................................ 280 7.1. ОСНОВНІ МЕХАНІЗМИ РЕАЛІЗАЦІЇ ДЕРЖАВНОЇ ЕКОЛОГІЧНОЇ ПОЛІТИКИ ......................... 281 503

7.2. ОРГАНИ УПРАВЛІННЯ В ГАЛУЗІ ОХОРОНИ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА В УКРАЇНІ ............................................................................................................................... 286 7.3. СИСТЕМА ЕКОЛОГІЧНОГО ЗАКОНОДАВСТВА .................................................................. 292 7.3.1. Еколого-правова відповідальність.................................................................... 292 7.3.2. Міжнародне співробітництво з питань екологічного законодавства ......... 295 7.3.3. Законодавчі основи системи екологічного управління в Україні ................... 298 7.4. ЕКОЛОГІЧНА СТАНДАРТИЗАЦІЯ І НОРМУВАННЯ ............................................................. 312 7.4.1. Норми якості навколишнього природного середовища.................................. 314 7.4.2. Нормування у галузі охорони водних ресурсів.................................................. 325 7.4.3. Нормування у галузі охорони атмосферного повітря .................................... 341 7.4.4. Нормування радіаційного фактора.................................................................. 348 7.5. ЕКОНОМІЧНИЙ МЕХАНІЗМ РЕГУЛЮВАННЯ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ ............................. 352 7.5.1. Фонди охорони навколишнього природного середовища................................ 354 7.5.2. Збір за забруднення навколишнього природного середовища ........................ 356 7.5.3. Збір за спеціальне використання водних ресурсів ........................................... 362 7.6. ДЕРЖАВНІ ПРОГРАМИ ОХОРОНИ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА І РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ ...................................................... 366 8. МОНІТОРИНГ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА ........ 369 8.1. РІВНІ ТА ВИДИ МОНІТОРИНГУ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА ................ 369 8.2. СУЧАСНА МЕТОДОЛОГІЯ МОНІТОРИНГУ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА 375 8.2.1. Планування моніторингових спостережень ................................................... 375 8.2.2. Види екологічних досліджень............................................................................ 392 8.2.3. Методи аналітичних визначень складу і властивостей природних компонентів.................................................................................................................. 398 8.2.4. Геоінформаційні системи і технології............................................................. 403 8.2.5. Методи прогнозування стану навколишнього природного середовища ....... 409 8.2.6. Iснуючі підходи щодо оцінки стану довкілля ................................................... 411 8.3. СТВОРЕННЯ ГЛОБАЛЬНОЇ ТА НАЦІОНАЛЬНИХ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ....................................................................................................................... 445 8.4. ДЕРЖАВНА СИСТЕМА МОНІТОРИНГУ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА В УКРАЇНІ ............................................................................................................................... 453 8.4.1. Організаційні основи державної системи моніторингу довкілля в Україні . 453 8.4.2. Iнформаційне забезпечення моніторингу довкілля.......................................... 460 8.4.3. Iснуючі мережі моніторингових спостережень в Україні та їх сучасний стан465 8.4.4. Державний моніторинг вод .............................................................................. 471 8.4.5. Моніторинг у галузі охорони атмосферного повітря .................................... 480 8.4.6. Державний моніторинг земель......................................................................... 484 8.4.7. Радіаційний моніторинг .................................................................................... 486 8.4.8. Моніторинг у кризових екологічних ситуаціях................................................ 487 9. ЛIТЕРАТУРА .............................................................................................................. 492 10. ПОКАЖЧИК ТЕРМIНIВ ........................................................................................ 496

504