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GRUNDLAGEN EINES SICHEREN LEBENS
Das Problem der Verschmutzung der Weltmeere. Grundlagen für sicheres Leben
Verzeichnis / Grundlagen des sicheren Lebens Öl und Ölprodukte. Öl ist eine viskose, ölige Flüssigkeit mit dunkelbrauner Farbe und schwacher Fluoreszenz. Öl besteht hauptsächlich aus gesättigten aliphatischen und hydroaromatischen Kohlenwasserstoffen. Die Hauptbestandteile des Öls – Kohlenwasserstoffe (bis zu 98 %) – werden in 4 Klassen eingeteilt: Paraffine (bis zu 90 % der Gesamtzusammensetzung) sind stabile Substanzen, deren Moleküle durch eine gerade und verzweigte Kette von Kohlenstoffatomen ausgedrückt werden. Leichte Paraffine weisen eine maximale Flüchtigkeit und Löslichkeit in Wasser auf. Cycloparaffine (30–60 % der Gesamtzusammensetzung) sind gesättigte zyklische Verbindungen mit 5–6 Kohlenstoffatomen im Ring. Neben Cyclopentan und Cyclohexan kommen auch bi- und polycyclische Verbindungen dieser Gruppe im Öl vor. Sie sind sehr stabil und biologisch schwer abbaubar. Aromatische Kohlenwasserstoffe (20–40 % der Gesamtzusammensetzung) sind ungesättigte zyklische Verbindungen der Benzolreihe, die 6 Kohlenstoffatome weniger im Ring enthalten als Cycloparaffine. Öl enthält flüchtige Verbindungen mit einem Molekül in Form eines einzelnen Rings (Benzol, Toluol, Xylol), dann bizyklisch (Naphthalin), dann polyzyklisch (Pyren). Olefine (bis zu 10 % der Gesamtzusammensetzung) sind ungesättigte, nichtzyklische Verbindungen mit einem oder zwei Wasserstoffatomen an jedem Kohlenstoffatom in einem geraden oder verzweigten Molekül. Öl und Erdölprodukte sind die häufigsten Schadstoffe im Weltmeer. Bis Anfang der 80er Jahre. Jährlich gelangten etwa 6 Millionen Tonnen Öl in den Ozean, was 0,23 % der Weltproduktion ausmachte. Die größten Ölverluste sind mit dem Transport aus den Fördergebieten verbunden. Notsituationen, Tanker, die Wasch- und Ballastwasser über Bord lassen – all dies führt zu permanenten Verschmutzungsfeldern entlang der Seewege. 1962-1979 Durch Unfälle gelangten etwa 2 Millionen Tonnen Öl in die Meeresumwelt. In den letzten 40 Jahren, seit 1964, wurden im Weltmeer rund 2000 Bohrlöcher gebohrt, davon allein in der Nordsee 1350. Aufgrund kleinerer Lecks gehen jährlich 0,1 Millionen Tonnen Öl verloren. Große Mengen Öl gelangen über Flüsse, häusliche Abwässer und Regenwasserkanäle in die Meere. Die Verschmutzungsmenge aus dieser Quelle beträgt 2 Millionen Tonnen/Jahr. Jährlich gehen 0,5 Millionen Tonnen Öl durch Industrieabfälle verloren. Wenn Öl in die Meeresumwelt gelangt, breitet es sich zunächst als Film aus und bildet Schichten unterschiedlicher Dicke. Anhand der Farbe des Films lässt sich seine Dicke bestimmen und anhand dieses Wertes lässt sich die Ölmenge im Wasser bestimmen (Tabelle 1). Der Ölfilm verändert die Zusammensetzung des Spektrums und die Intensität der Lichteindringung ins Wasser. Die Lichtabsorption dünner Rohölfilme beträgt 1–10 % (280 nm), 60–70 % (400 nm). Eine Folie mit einer Dicke von 30-40 Mikrometern absorbiert die Infrarotstrahlung vollständig. Beim Mischen mit Wasser bildet Öl zwei Arten von Emulsionen: direkte („Öl in Wasser“) und umgekehrte („Wasser in Öl“). Direkte Emulsionen, die aus Öltröpfchen mit einem Durchmesser von bis zu 0,5 Mikrometern bestehen, sind weniger stabil und charakteristisch für Öle, die Tenside enthalten. Wenn flüchtige Anteile entfernt werden, bildet das Öl viskose inverse Emulsionen, die an der Oberfläche verbleiben, von Strömungen transportiert, an Land gespült und am Boden abgelagert werden können. Tabelle 1. Bestimmung der Ölmenge im Meerwasser anhand der Filmdicke
Pestizide. Hierbei handelt es sich um eine Gruppe künstlich hergestellter Substanzen zur Bekämpfung von Pflanzenschädlingen und -krankheiten. Pestizide werden in folgende Gruppen eingeteilt:
Es wurde festgestellt, dass Pestizide zwar Schädlinge vernichten, aber viele nützliche Organismen schädigen und die Gesundheit von Biozönosen beeinträchtigen. In der Landwirtschaft besteht seit langem das Problem des Übergangs von chemischen (umweltfreundlichen) zu biologischen (umweltfreundlichen) Methoden der Schädlingsbekämpfung. Derzeit werden mehr als 5 Millionen Tonnen Pestizide auf den Weltmarkt geliefert. Etwa 1,5 Millionen Tonnen dieser Stoffe sind über Asche und Wasser bereits in terrestrische und marine Ökosysteme gelangt. Bei der industriellen Produktion von Pestiziden entstehen zahlreiche Nebenprodukte, die das Abwasser belasten. Vertreter von Insektiziden, Fungiziden und Herbiziden kommen am häufigsten in Gewässern vor. Synthetisch hergestellte Insektizide werden in drei Hauptgruppen eingeteilt: Organochlor, Organophosphor und Carbonate. Organochlor-Insektizide werden durch Chlorierung aromatischer und heterozyklischer flüssiger Kohlenwasserstoffe hergestellt. Dazu gehören DDT und seine Derivate, in deren Molekülen bei gemeinsamer Anwesenheit die Stabilität aliphatischer und aromatischer Gruppen zunimmt, sowie alle Arten chlorierter Derivate des Chlordiens (Eldrin). Diese Stoffe haben eine Halbwertszeit von bis zu mehreren Jahrzehnten und sind sehr resistent gegen biologischen Abbau. In der aquatischen Umwelt kommen häufig polychlorierte Biphenyle vor – Derivate von DDT ohne aliphatischen Teil, die 210 Homologe und Isomere umfassen. In den letzten 40 Jahren wurden mehr als 1,2 Millionen Tonnen polychlorierte Biphenyle zur Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen, Transformatoren und Kondensatoren verwendet. Polychlorierte Biphenyle (PCB) gelangen durch die Einleitung von Industrieabwässern und die Verbrennung fester Abfälle auf Deponien in die Umwelt. Letztere Quelle liefert PCBs in die Atmosphäre, von wo aus sie mit Niederschlägen in alle Regionen der Erde fallen. So lag der PCB-Gehalt in Schneeproben aus der Antarktis bei 0,03–1,2 kg/l. Synthetische Tenside (Tenside). Reinigungsmittel (Tenside) gehören zu einer großen Gruppe von Stoffen, die die Oberflächenspannung von Wasser herabsetzen. Sie sind Bestandteil synthetischer Reinigungsmittel (CMC), die im Alltag und in der Industrie weit verbreitet sind. Zusammen mit dem Abwasser gelangen Tenside in kontinentale Gewässer und in die Meeresumwelt. CMCs enthalten Natriumpolyphosphate, in denen Detergenzien gelöst sind, sowie eine Reihe weiterer Inhaltsstoffe, die für Wasserorganismen giftig sind: Duftstoffe, Bleichmittel (Persulfate, Perborate), Soda, Carboxymethylcellulose, Natriumsilikate. Abhängig von der Art und Struktur des hydrophilen Teils werden Tensidmoleküle in anionische und kationische, amphotere und nichtionische unterteilt. Letztere bilden im Wasser keine Ionen. Die häufigsten Tenside sind anionische Substanzen. Sie machen mehr als 50 % aller weltweit produzierten Tenside aus. Das Vorhandensein von Tensiden in Industrieabwässern ist mit ihrer Verwendung in Prozessen wie der Flotationskonzentration von Erzen, der Trennung von Produkten der chemischen Technologie, der Herstellung von Polymeren, der Verbesserung der Bedingungen für das Bohren von Öl- und Gasquellen und der Bekämpfung der Korrosion von Geräten verbunden. In der Landwirtschaft werden Tenside in Pestiziden eingesetzt. Verbindungen mit krebserzeugenden Eigenschaften. Karzinogene Stoffe sind chemisch homogene Verbindungen, die eine transformierende Aktivität aufweisen und die Fähigkeit haben, krebserregende, teratogene (Störung embryonaler Entwicklungsprozesse) oder mutagene Veränderungen im Körper hervorzurufen. Abhängig von den Expositionsbedingungen können sie zu Wachstumshemmung, beschleunigtem Altern, Störungen der individuellen Entwicklung und Veränderungen im Genpool von Organismen führen. Zu den Stoffen mit krebserregenden Eigenschaften zählen chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, Vinylchlorid und insbesondere polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Die maximale Menge an PAK in Sedimenten des Weltmeeres (mehr als 100 μg/kg Trockenmasse) wurde in tentonisch aktiven Zonen gefunden, die tiefen thermischen Effekten ausgesetzt sind. Die wichtigsten anthropogenen PAK-Quellen in der Umwelt sind die Pyrolyse organischer Stoffe bei der Verbrennung verschiedener Materialien, Holz und Brennstoffe. Schwermetalle. Quecksilber, Blei, Cadmium, Zink, Kupfer und Arsen sind Schwermetalle und häufige und hochgiftige Schadstoffe. Sie werden häufig in verschiedenen industriellen Prozessen eingesetzt, daher ist der Gehalt an Schwermetallverbindungen im Industrieabwasser trotz Behandlungsmaßnahmen recht hoch. Eine große Anzahl von Verbindungen gelangt über die Atmosphäre in den Ozean. Für marine Biozönosen sind Quecksilber, Blei und Cadmium am gefährlichsten. Quecksilber wird durch kontinentale Abflüsse und durch die Atmosphäre in den Ozean transportiert. Durch die Verwitterung von Sediment- und magmatischen Gesteinen werden jährlich 3,5 Tausend Tonnen Quecksilber freigesetzt. Atmosphärischer Staub enthält etwa 12 Tonnen Quecksilber, von denen ein erheblicher Teil anthropogenen Ursprungs ist. Etwa die Hälfte der jährlichen Industrieproduktion dieses Metalls (910 Tonnen/Jahr) landet auf verschiedenen Wegen im Meer. In durch Industriegewässer belasteten Gebieten steigt die Konzentration von Quecksilber in Lösung und Schwebstoffen stark an. Gleichzeitig wandeln einige Bakterien Chloride in hochgiftiges Methylquecksilber um. Die Kontamination von Meeresfrüchten hat wiederholt zu einer Quecksilbervergiftung der Küstenbevölkerung geführt. Bis 1977 gab es 2 Opfer der Minomata-Krankheit, die durch Abfälle aus Vinylchlorid- und Acetaldehyd-Produktionsanlagen verursacht wurde, die Quecksilberchlorid als Katalysator verwendeten. Unzureichend gereinigtes Abwasser aus Fabriken floss in die Minomata Bay. Blei ist ein Element, das in allen Bestandteilen der Umwelt vorkommt: Gestein, Boden, natürliche Gewässer, Atmosphäre, lebende Organismen. Schließlich wird Blei während der menschlichen Wirtschaftstätigkeit aktiv in die Umwelt abgegeben. Dabei handelt es sich um Emissionen aus Industrie- und Haushaltsabwässern, aus Rauch und Staub von Industriebetrieben sowie aus Abgasen von Verbrennungsmotoren. Der Migrationsstrom von Blei vom Kontinent in den Ozean erfolgt nicht nur über Flussabflüsse, sondern auch durch die Atmosphäre. Mit kontinentalem Staub erhält der Ozean jährlich 20–30 Tonnen Blei. Einleitung von Abfällen ins Meer zum Zwecke der Entsorgung (Dumping). Viele Länder mit Zugang zum Meer führen die Entsorgung verschiedener Materialien und Substanzen im Meer durch, insbesondere Baggerboden, Bohrschlacke, Industrieabfälle, Bauschutt, feste Abfälle, Sprengstoffe und Chemikalien sowie radioaktive Abfälle. Das Volumen der Verschüttungen beträgt etwa 10 % der Gesamtmasse der Schadstoffe, die in die Weltmeere gelangen. Grundlage für die Entsorgung ist die Fähigkeit der Meeresumwelt, große Mengen an organischen und anorganischen Stoffen ohne große Wasserschäden zu verarbeiten. Allerdings sind die Möglichkeiten der Umgebung nicht unbegrenzt. Daher wird die Entsorgung aufgrund mangelhafter Technik als notwendige Maßnahme angesehen. Industrieschlacken enthalten eine Vielzahl organischer Stoffe und Schwermetallverbindungen. Haushaltsabfälle enthalten im Durchschnitt (bezogen auf das Trockenmassegewicht) 32–40 % organische Stoffe, 0,56 % Stickstoff, 0,44 % Phosphor, 0,155 % Zink, 0,085 % Blei, 0,001 % Quecksilber, 0,001 % Cadmium. Während der Entladung (dem Durchgang von Material durch eine Wassersäule) gehen einige der Schadstoffe in Lösung und verändern die Qualität des Wassers, während andere von suspendierten Partikeln sorbiert werden und in die Bodensedimente gelangen. Gleichzeitig nimmt die Trübung des Wassers zu. Das Vorhandensein organischer Substanzen führt häufig zu einem schnellen Sauerstoffverbrauch im Wasser und häufig zu dessen vollständigem Verschwinden, zur Auflösung von Schwebstoffen, zur Anreicherung von Metallen in gelöster Form und zum Auftreten von Schwefelwasserstoff. Durch das Vorhandensein einer großen Menge organischer Substanzen entsteht im Boden ein stabiles reduzierendes Milieu, in dem eine besondere Art von Schluffwasser entsteht, das Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Metallionen enthält. Benthosorganismen und andere sind den Einwirkungen ausgetragener Stoffe in unterschiedlichem Maße ausgesetzt. Bei der Bildung von Oberflächenfilmen, die Erdölkohlenwasserstoffe und Tenside enthalten, kommt es zu einer Störung des Gasaustausches an der Luft-Wasser-Grenzfläche. In die Lösung gelangende Schadstoffe können sich in den Geweben und Organen von Hydrobionten (Meereslebewesen) ansammeln und auf diese toxisch wirken. Die Einleitung von Ablagerungsmaterialien auf den Boden und eine länger anhaltende erhöhte Trübung des Bodenwassers führen zum Erstickungstod sesshafter Formen von Benthos. Bei überlebenden Fischen, Weichtieren und Krebstieren ist ihre Wachstumsrate aufgrund der sich verschlechternden Nahrungs- und Atmungsbedingungen verringert. Die Artenzusammensetzung einer bestimmten Gemeinschaft ändert sich häufig. Bei der Organisation eines Kontrollsystems für die Einleitung von Abfällen ins Meer ist die Lokalisierung von Deponiegebieten und die Bestimmung der Dynamik der Verschmutzung von Meerwasser und Bodensedimenten von entscheidender Bedeutung. Um die möglichen Einleitungsmengen ins Meer zu ermitteln, ist eine Berechnung aller Schadstoffe in der Bruttoeinleitung erforderlich. Die Auswirkungen anthropogener Einflüsse auf die aquatische Umwelt manifestieren sich also auf individueller und bevölkerungsbiozönotischer Ebene. Die langfristige Wirkung von Schadstoffen führt zu einer Vereinfachung des Ökosystems. Autoren: Aizman R.I., Krivoshchekov S.G.
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