Текст книги "Общая и военная гигиена"

Почвой считается наружный поверхностный слой естественных земных пород, образовавшийся под воздействием факторов климата (воды, воздуха, колебаний температуры и т. п.), растительности, живых организмов, а также в результате целенаправленной деятельности человека. Различие материнских горных пород – предшественниц почв, послуживших основой их образования, и изменчивость указанных факторов почвообразования во времени и пространстве, обусловили формирование всего многообразия почв земного шара, объединяемого их генетическими типами. Различают тундровые, дерноподзолистые, серые лесные, черноземы, сероземы, красноземы, каштановые и другие типы почв. Важнейшим их свойством является плодородие.

Горные породы под влиянием физических и химических факторов окружающей среды подвергаются постоянному разрушению и выветриванию. Образующиеся в результате этих процессов частицы подразделяются на песок – достаточно крупные частицы размером от 0,05 до 2 мм, пыль (0,002—0,05 мм) и глину (менее 0,002 мм). Из этих компонентов в различных сочетаниях и состоит минеральная часть почвы (рис. 5.2).

В гигиеническом отношении наиболее благоприятными являются почвы, имеющие большую воздухо– и водопроницаемость, так как эти свойства способствуют процессам самоочищения и теплообмена с приземным слоем атмосферы.

Кроме минеральной части в состав верхнего слоя почвы входят также детрит – мертвое органическое вещество, и гумус – остаток органического вещества после усвоения детрита растениями.

Минеральная и органическая части почвы содержат множество живых организмов от редуцентов (грибов и бактерий) до более крупных детритофагов (дождевых червей, моллюсков, насекомых), формирующих сложную пищевую цепь, основанную на детрите.

Рис. 5.2. Классы механического состава почвы (Пивоваров Ю. П., 2004)

Любая почва состоит из твердой, жидкой (так называемый почвенный раствор), газообразной и живой частей. Толщина почвенного слоя колеблется от сантиметров до нескольких метров.

Почва – это одна из составляющих природной среды, которая благодаря своим свойствам обеспечивает человеку не только питание, водопотребление, но и здоровую среду обитания. Нарушение этих свойств (плодородие, самоочищение и др.) может стать причиной неблагоприятного влияния на здоровье людей и животных, на ухудшение качества продуктов питания, воды водоисточников, атмосферного воздуха и, как следствие, причиной роста уровня инфекционных, инвазивных и неинфекционных заболеваний.

Благодаря почве обеспечивается баланс химических веществ, включающихся в «пищевую цепь»: почва – растения – животные – человек. Почва обеспечивает получение необходимых количеств продуктов, воды и их химический состав. В организме человека содержится около 60 различных макро– и микроэлементов (0,6 % от общего веса тела). Только для поддержания нормального состава крови человека необходимо почти 25 микроэлементов, грудного молока – более 30.

Понимание того, что почва является для человека одним из главных компонентов окружающей среды, от которого зависят его условия жизни и состояние здоровья, требует большого внимания к предупреждению ее загрязнения и периодической гигиенической оценке ее качества.

Прямой контакт с почвой, ее обитателями, с выделяемыми ею газообразными веществами, частицами почвенной пыли, или через контактирующие среды – продукты питания (растения, грибы и др.) и поверхностные, грунтовые воды может положительно или отрицательно сказываться на здоровье людей. Характер и степень этого воздействия зависит от химического состава, биологических характеристик и других особенностей почвы.

В отличие от воздуха и воды химический состав, физические свойства и биологические особенности являются разными для более 90 видов почв, встречающихся на территории нашей страны. Поэтому для гигиенической оценки степени загрязнения необходимо знать фоновый состав почвы, характерный для данной местности, так как появление в ней чужеродных веществ даже в несущественных концентрациях может предварительно расцениваться как ее загрязнение.

Располагаясь на границе атмосферы и литосферы, почва является наиболее благоприятным для жизни слоем грунта, частью живой оболочки Земли – биосферы. В этом качестве она существует в неразрывной взаимной связи с другими частями биосферы, испытывает влияние происходящих в них процессов и, в свою очередь, влияет на них.

В почве непрерывно протекают сложные процессы деструкции органических веществ и их синтез, в ходе которых возникают новые и исчезают старые неорганические и органические соединения.

Почва является средой обитания, взаимодействия и гибели бесчисленного множества микроорганизмов, простейших, гельминтов, червей, насекомых, а также огромного числа других представителей животного и растительного мира, вследствие чего она обогащается различными отходами их жизнедеятельности.

Техногенная нагрузка на почву, на ее биоценозы, с каждым годом возрастает, параллельно увеличивается отрицательное влияние такой почвы на атмосферу, воду, растительный и животный мир.

Ежегодно в мире синтезируется несколько десятков тысяч новых, ранее не существовавших, химических соединений, многие из которых, а также их производные теми или иными путями попадают в почву, включаются в биологические цепочки переноса веществ и, таким образом, становятся факторами, оказывающими самое непосредственное воздействие на экосистемы.

Почва обладает свойством аккумулировать не только различные химические загрязнения, в том числе опасные для человека тяжелые металлы, но и накапливать возбудителей заболеваний. Поэтому гигиеническое изучение почвы и оценка ее качества, особенно в местах постоянного контакта с нею человека, представляются, безусловно, необходимыми.

По данным ВОЗ (2002 г.), тяжелые металлы (ртуть, селен, кадмий, свинец, цинк и др.) уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как двуокиси углерода и серы. В прогнозе же они должны стать самыми опасными или даже более опасными, чем отходы АЭС (второе место) и твердые отходы (третье место).

Почвы являются основной депонирующей средой, куда тяжелые металлы поступают из атмосферы, с лиственным спадом, со сметом улиц, с ливневыми стоками и др. Поэтому состояние почв – это интегральный показатель многолетнего загрязнения всей окружающей среды, дающий представление о качестве жизнеобеспечивающих сред – атмосферного воздуха и вод.

Таким образом, почвы представляют тройной интерес: как начальное звено пищевой цепи, как источник вторичного загрязнения атмосферы и воды, а также как интегральный показатель состояния окружающей человека среды.

Одним из следствий интенсивной хозяйственной деятельности человека в настоящее время является появление множества так называемых «искусственных биогеохимических территорий», отличающихся необычно высоким содержанием в почве тех или иных химических соединений и их высокими концентрациями в растениях, тканях и органах обитающих на данных территориях животных.

Основными источниками, которые обеспечивают накопление таких веществ в почве, являются промышленные объекты и их отходы, в том числе аварийные выбросы, сельскохозяйственные предприятия, использующие бесконтрольно химические удобрения и различные устойчивые к деструкции ядохимикаты. На загрязненных территориях наблюдаются повышенное число аллергических заболеваний, прежде всего у детей, рост общего уровня заболеваемости населения, увеличение процента врожденных дефектов развития, отклонения в развитии детей раннего возраста, а также нарушения важнейших жизненных функций у более старших детей и у части взрослого населения. Одновременно могут наблюдаться повышенные уровни заболеваний растений и животных. Насыщение почвы токсичными для людей веществами может приводить к острым отравлениям, что, например, неоднократно наблюдалось у работников сельского хозяйства во время обработки полей пестицидами и появлению врожденных заболеваний у населения, проживающего в зоне выбросов химических объектов. Опасны не только сами ядохимикаты, но и продукты их превращений, образующиеся под воздействием влаги, ультрафиолетовых лучей и других факторов среды.

Вклад техногенно измененной окружающей среды, по данным разных авторов, в нарушение здоровья человека в России составляет от 40 до 60 %.

Как уже отмечалось, основу почвы составляют остатки разрушенных горных пород (90–99 %), а оставшуюся часть (1—10 %) – органические вещества, т. е. продукты разложения животных и растительных организмов (гумус), микрофлора и микрофауна, а также почвенная вода и почвенный воздух. От состава почвы и грунта зависит состав поверхностных и грунтовых вод, растений, питающихся ими животных, воздуха, заполняющего поры грунта и почвы и воздуха, прилегающего к ней с поверхности. Непрерывное разложение органических веществ почвы обеспечивает образование диоксида углерода. Восходящий ток почвенного воздуха увлекает мельчайшие частицы почвы и грунта, создавая запыленность припочвенного слоя атмосферы, в том числе и его естественную радиоактивность.

Почва участвует в формировании местного климата. Распределение типов естественных почв соответствует определенным климатическим зонам и типам растительности в этих зонах. Важнейшие физические свойства почвы характеризуются процессами воздухообмена, водообмена и теплообмена. Воздухообмен в почве обеспечивается благодаря тепловому расширению воздуха в порах и выходу его из почвы вместе с содержащимися в нем СО₂, радоном и другими почвенными газами, что наблюдается при нагреве почвы солнечными лучами днем. Ночью же процессы протекают в обратном порядке. На выход воздуха из почвы влияют также колебания атмосферного давления, изменения скорости ветра и связанные с ними изменения величины разрежения в поверхностном слое почвы, а также колебания уровня стояния грунтовых вод.

В результате воздухообмена почвенный воздух освобождается от избытка водяных паров, диоксида углерода, радона, продуктов анаэробного распада органических веществ (водорода, сероводорода, метана) и обогащается кислородом. Интенсивность воздухообмена падает с глубиной, в силу чего на глубине 1 м воздух содержит до 20 % кислорода и не более 1 % диоксида углерода, а на глубине 6 м соответственно 14 и 8 %. В загрязненной почве концентрация O₂ в почвенном воздухе снижается до 2–5 %, а концентрация СО₂ возрастает до 20–30 %. До такого же уровня могут возрастать концентрации водорода и метана. Эти особенности следует учитывать при различных работах, особенно связанных со спуском в шурфы, траншеи, смотровые колодцы, при проектировании, строительстве и эксплуатации землянок, фортификационных сооружений, жилой застройки и т. п. Кроме того, в почве могут накапливаться пропан, другие газы при проливах и утечках фракций нефтяного горючего.

Наибольшей водопроницаемостью характеризуются крупнозернистые почвы, и поэтому у песка она в 6000 раз выше, чем у глины.

Высота капиллярного поднятия воды обратно пропорциональна диаметру пор, в силу чего в мелкозернистых почвах она может достигать нескольких метров, в торфе – 5–6 м, в глине – 1–1,5 м, тогда как в песке всего 0,3–0,4 м. Это обстоятельство должно учитываться при закладке и гидроизоляции фундаментов строящихся зданий.

Важное влияние на жизнедеятельность биоценозов почвы и активность процессов минерализации органических веществ оказывает тепловой режим почвы. Лучше прогреваются солнцем и обеспечивают благоприятные условия для биоценозов крупнозернистые, с большой удельной поверхностью и темные, богатые перегноем почвы, причем температура их поверхности может достигать 50–80 °C. Влажные почвы более теплоемки и теплопроводны: теплоемкость воды в 4 раза, а теплопроводность – приблизительно в 20 раз выше, чем те же показатели воздуха, поэтому такие почвы медленнее прогреваются, быстро теряют тепло и имеют более низкую температуру.

Суточные колебания температуры воздуха влияют на температуру почвы лишь до глубины 0,5–1 м. Глубже они незаметны. Отмечаются лишь месячные (сезонные) колебания – более медленные изменения температуры, чем на поверхности, и более сглаженные. Средняя сезонная температура с возрастанием глубины все более отстает по времени от аналогичной температуры воздуха и поверхностных слоев почвы и становится менее контрастной, а ход температурной кривой – более пологим. На глубине 2 м от поверхности отставание составляет 2 мес., на глубине 5–7 м составляет 4–5 мес., т. е. на этой глубине температура достигает минимума не в январе, а в мае, зато максимум наблюдается не в июле, а в декабре. Кроме того, с глубиной интенсивность влияния поверхностных температур падает настолько, что межсезонные колебания выражаются всего несколькими градусами вместо десятков градусов на поверхности. На глубине от 10 до 30 м колебаний температуры практически нет, она постоянно держится на уровне около 10–11 °C. На еще большей глубине начинает сказываться влияние тепла земных недр, и далее на каждые 100 м глубины температура увеличивается в среднем на 3 °C.

Особенности температурного режима почвы и грунта учитываются при строительстве и эксплуатации разнообразных подземных сооружений, подземных частей зданий, подземных коммуникаций и т. д.

Глубина промерзания почвы и грунта на юге страны составляет около 0,5 м, в средней полосе – 1,2–1,5 м, на севере – 2,5 м. Более 50 % территории России лежит в зонах вечномерзлых грунтов, глубина которых достигает многих десятков метров. В этих зонах летом оттаивает лишь тонкий поверхностный слой почвы. Знать особенности вечномерзлых грунтов весьма важно для проектирования, строительства и эксплуатации фундаментов зданий и сооружений, сетей водо-, тепло– и газоснабжения, канализации, для разработки и эксплуатации систем очистки населенных пунктов и утилизации отходов.

Вне районов вечной мерзлоты водопроводные и канализационные сети закладываются ниже уровня промерзания грунта. В районах вечной мерзлоты, напротив, трубы этих сетей изолируются от грунта во избежание нежелательного оттаивания из-за их тепла вечномерзлых слоев и следующих за оттаиванием грунта разрушений зданий и сооружений. Нарушению нормальных природных процессов способствует загрязнение почвы, т. е. появление в ее составе или на поверхности веществ, не являющихся естественной составной частью и не свойственных данному типу почвы или ее местных разновидностей.

В почве, как и в водоемах, заканчивают свой путь бытовые и промышленные отходы, поэтому понятна существенная роль почвы в распространении инфекционных заболеваний. В незагрязненной почве возбудители болезней не находят благоприятных для существования условий и погибают через несколько часов или дней. Но при перегруженности загрязнениями, а также при обработке губительными для биоценозов дезинфицирующими веществами способность почвы к самоочищению подавляется, и патогенные микроорганизмы могут долго сохранять жизнеспособность. В почве с пониженной способностью самоочищения могут обнаруживаться разнообразные возбудители кишечных инфекций, столбняка, ботулизма, туберкулеза, чумы, холеры, гепатита, полиомиелита и др. (рис. 5.3). В почве десятилетиями могут сохранять жизнеспособность споры анаэробов и возбудителей особо опасных инфекций. Заражение находящимися в почве возбудителями возможно через пыль, при непосредственном контакте с зараженными частицами почвы, через выращенные на такой почве овощи, через грызунов или мух и других насекомых, при попадании загрязненной почвы в раны, через загрязненную воду и т. д.

Рис. 5.3. Инфекционные заболевания и гельминтозы, в механизме передачи которых участвует почва

С почвой связаны жизненные циклы развития геогельминтов – паразитов человека (аскарид, анкилостом, власоглавов и др.).

Таблица 5.11

Максимальные сроки выживания в почве некоторых возбудителей инфекционных заболеваний и яиц гельминтов

Жизнеспособность яиц глистов сохраняется в почве 1–2 года, а при благоприятных условиях – до 10 лет. Яйца аскарид, наиболее распространенных на территории России и многих других стран, созревают в почве и в течение 1,5–7 нед. могут выживать при температурах от –30 °C до 50 °C. В тонком поверхностном слое почвы они быстро, в течение нескольких суток, а иногда и нескольких часов погибают от воздействия ультрафиолетовых лучей солнечного света. Но на глубине 2,5—10 см и более, куда не проникают лучи солнца и где не бывает чрезмерно высоких для них температур, жизнеспособности яиц аскарид ничто не угрожает. В местностях с теплым, особенно с теплым влажным климатом, загрязнение почвы может приводить к 100 % заражению населения аскаридозом и трихоцефалезом. В теплое время года благоприятные для этого условия существуют на большей части густонаселенных территорий нашей страны. В почве могут находиться и онкосферы ленточных глистов (табл. 5.11).

В почве также создаются условия, благоприятные для завершения цикла созревания личинок мух и москитов. Обнаруживаются в ней и клещи – переносчики природно-очаговых болезней.

Промышленные отходы, загрязняющие почву, чаще содержат соединения хрома, ртути, меди, цинка, ванадия, мышьяка, свинца, фтора или сами эти элементы, компоненты нефтяных и других, в частности ракетных, топлив, детергенты, смолы, многие органические соединения, другие вредные вещества, обнаруживаемые за несколько километров от предприятий – источников таких загрязнений. Загрязнения присутствуют также на обширных территориях сельскохозяйственных и лесных угодий, обрабатываемых ядохимикатами и удобряемых минеральными смесями. В почве, обработанной ядохимикатами, наиболее опасны диоксины, являющиеся, в частности, примесями некоторых дефолиантов, инсектицидов и антибактериальных веществ, ДДТ, гексахлоран, симазин, аразин, парижская зелень, которые способны сохраняться в ней десятки лет, накапливаясь при повторных применениях в самой почве, в растениях и организме животных, питающихся ими. Классическим является пример ДДТ, устойчивость которого во внешней среде обусловила его глобальное распространение и многократное увеличение концентрации с каждым звеном пищевой цепи. Хотя препарат давно снят с производства, и применение его повсеместно запрещено, ДДТ до настоящего времени находят в грудном молоке матерей многих стран, и даже в печени пингвинов Антарктиды.

В настоящее время разработаны ПДК многих вредных веществ в почве и критерии комплексной оценки уровней загрязнения ее различными токсикантами.

При широком спектре выявляемых ныне загрязняющих почву веществ более информативными следует признать сведения о всей сумме загрязнений.

Суммарное загрязнение, превышающее содержание тех же веществ в чистой почве не более чем в 16 раз, считается неопасным, от 16 до 32 раз – умеренно опасным, до 128 раз – опасным. Более высокие степени превышения отнесены к чрезвычайно опасным загрязнениям.

При умеренно опасных загрязнениях возрастает общая заболеваемость самой чувствительной к ним части населения – ослабленных детей. При опасных загрязнениях у детей возрастает частота заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной и некоторых других систем. При чрезвычайно опасном загрязнении к предпатологическим изменениям и патологии детей присоединяется патология репродуктивной функции у женщин.

В крупнейших городах страны уже имеются территории, загрязненные до чрезвычайно опасной степени, причем наблюдаются 300—400-кратные превышения фонового уровня, хотя удалось определить концентрации далеко не всех загрязнивших почву веществ. Доля таких территорий имеет тенденцию к увеличению.

Почва и горные породы, являясь земными источниками радиации, ответственны за большую часть естественного облучения – ⁵/₆, которому подвергается человек в течение года (оставшаяся часть – радиационный фон, создаваемый космическими лучами).

Причем, ⁴/₆ от суммарной годовой эффективной эквивалентной дозы (2 мЗв) приходится на вещества, поступающие в организм из почвы с пищей, водой, воздухом и создающие внутреннее облучение.

Почва аккумулирует радиоактивные выпадения в результате испытаний ядерного оружия, пуска обычных ракет и аварий на радиационно-опасных объектах. Но искусственные источники радиации формируют не более ¹/₆ общего радиационного фона.

Под влиянием различных процессов и факторов радиоактивные вещества могут распространяться на значительные площади и на разную глубину в почву и грунт. Например, на глубине 5 м плотность поверхностного радиоактивного загрязнения почвы и грунта может составлять от 0,3 до 3,5 Kи/км², чаще она равна 1 Kи/км² (3,7 · 10⁴ Бк/м²).

Следует отметить, что уровни земной радиации неодинаковы для разных территорий и зависят от концентрации естественных и искусственных радионуклидов в почве и грунте. Для сравнения, среднегодовая эффективная доза для населения Земли составляет около 2,4 мЗв, при этом для США она составляет почти 3,6 мЗв, а для различных областей России от 0,6 до 3,1 мЗв (МЗ РФ, 2000).

Самоочищение почвы – сложный физико-химический и биохимический процесс превращения загрязнений в безвредные для человека и животных, а также для контактирующих с ними растений вещества.

Эффективность самоочищения зависит от многих факторов, в числе которых химический состав и структура почвы, ее температурный и влажностный режимы, состав и особенности биоценозов, а также характер обработки почвы и ее использования.

В результате самоочищения органическая часть загрязнений превращается в минеральные вещества или в перегной (гумус), отмирают патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов, снижается количество микроорганизмов в единице массы почвы. В процессе самоочищения разрушаются некоторые вредные химические соединения, способность которых к разрушению в процессе самоочищения почвы учитывают разработчики промышленных и агротехнических технологий и специалисты по синтезу новых химических веществ.

Органические вещества распадаются в почве в результате анаэробных и аэробных процессов. При анаэробном распаде белки и другие азотсодержащие вещества разлагаются с образованием аммиака, сероводорода, зловонных соединений – индола, скатола, путресцина, кадаверина, меркаптана и др. Жиры распадаются на глицерин, летучие и нелетучие жирные кислоты, а углеводы подвергаются метановому брожению.

При аэробном распаде аммонификация белковых веществ сменяется нитрификацией с участием бактерий нитрозомонас (В. Nitrosomonas) и нитробактер (В. Nitrobactеr), открытых С. Н. Виноградским (1889). Конечный продукт распада – нитраты – усваиваются растениями. Углеводы и жиры превращаются в карбонаты и воду; сероводород – в сульфаты; фосфор – в фосфаты. Процессы нитрификации, сульфитации, карбонизации и фосфатации наиболее эффективны при 27–35 °C и при относительной влажности не ниже 25–30 %. Крайние температурные пределы их протекания – от 3 до 56 °C.

При наличии значительного количества органических веществ растительного происхождения, главным образом клетчатки, при достаточных влажности и температуре под воздействием микробов и грибков происходит не полная минерализация, а частичное разложение растительных и животных остатков и образование гумуса, который затем уже медленно минерализуется.

Гумус – продукт живой материи, источник жизненно необходимых элементов – состоит из высокомолекулярных соединений. Он химически нейтрален и, разлагаясь, не загнивает. Благодаря большому запасу питательных веществ, гумус является резервом и стабилизатором жизни на Земле. В нем нет патогенных микроорганизмов, хотя и могут быть их споры, поэтому он практически не опасен в эпидемическом отношении. В черноземных почвах слой гумуса может достигать 10 и даже 15 м. В искусственных условиях процесс гумификации может быть воспроизведен в сооружениях для биотермического обеззараживания бытовых отходов, причем в этих условиях он продолжается не несколько лет, а несколько дней или недель.

Рыхление почвы, высев растений, особенно бобовых, внесение термофильных микроорганизмов и минеральных удобрений значительно ускоряют самоочищение.

Таким образом, неизмененная почва обладает весьма большими возможностями по освобождению от загрязнений и восстановлению естественных свойств. По этой причине химическое обеззараживание почвы допустимо лишь как крайняя мера, по эпидемическим показаниям, и только для небольших участков почвы. Для этой цели применяются хлорсодержащие (20 % раствор хлорной извести, 10 % раствор ДТС ГК) и другие препараты (3 % раствор формалина и др.). Биоценозы почвы при этом погибают, способность почвы к самоочищению резко и надолго снижается. Применение хлорсодержащих и других дезинфицирующих препаратов может сопровождаться также образованием ряда вредных и стойких соединений.

Возможно появление так называемых «токсикозов» почвы, т. е. феноменов угнетения или отмирания некоторых видов микроорганизмов и растений. Причина токсикозов окончательно не выявлена, но известно, что токсические вещества чаще накапливаются в подзолистых необработанных почвах и что удобрения способны снижать их токсичность.

Охрана почвы как часть системы охраны окружающей природной среды представляет собой комплекс законодательных, экологических, санитарных, инженерно-технических, организационно-эксплуатационных и других хозяйственных мер, которые должны осуществляться повсеместно и постоянно с целью сохранения здоровья нынешнего и будущих поколений.