Міська відкрита науково-практична конференція
Тема: «Живі утилізатори»
2006р
Зміст
Введення
Глава I. Живі утилізатори як один з варіантів вирішення екологічних проблем
§ 1. Короткий огляд екологічних проблем людства
§ 2. Функція мікроорганізмів як утилізаторів
§ 3. Майбутнє мікроорганізмів
§ 4. Рослини утилізатори
Висновок
Висновки
Список літератури
Введення
«Екологічна криза» - це словосполучення ще недавно викликало тривожні почуття і відчуття, що насувається. Але на тлі безлічі передкризових і кризових ситуацій у економіці, політиці, міжнародних відносинах практично перестали сприйматися як серйозні такі ознаки початку руйнування балансу природних сил, як почастішали руйнівні повені, поява нових хвороб і багато інших. Від частого вживання всує стирається сенс самого терміна «екологія». Власне екологічні проблеми, багато з яких набули глобального значення і стали проблемами виживання людства, часто підміняються місцевими санітарними завданнями, рішення яких замінює роботу над складними і вимагають глибокого розуміння їх істоти екологічними проблемами.
Будь-яка екологічна проблема починається з повсякденної поведінки людей, їх побуту, вчинків. Наприклад, банальний викид сміття, нераціональне використання чистої води та інших природних ресурсів. Пом'якшити дані підвалини на рівні введення політичних заборон і інших адміністративних норм досить важко. Але ж сама природа може допомогти людям вирішити ці проблеми за допомогою живих організмів - утилізаторів. Ця проблема до цих пір не була добре вивчена зарубіжними і вітчизняними вченими біологами, тому ми вважали за необхідне і актуальним розглянути цю проблему саме у даний час.
Актуальність висунутої теми зумовила постановку мети роботи.
Мета роботи: показати роль живих утилізаторів у вирішенні екологічних проблем.
Завдання роботи:
1) проаналізувати еколого-біологічну літературу з даної тематики;
2) визначити функції утилізаторів в живій природі;
3) визначити можливі види живих утилізаторів;
Глава I. Живі утилізатори як один з варіантів вирішення екологічних проблем
§ 1. Короткий огляд екологічних проблем людства
Проблеми забруднення повітря, вод, їжі достатньо широко обговорюються і в основних рисах знайомі кожному. Тому на даному етапі безліч коштів та уваги приділено взаємодії різних середовищ в перенесенні забруднень, механізмам впливу токсикантів на людину та екосистеми, а також обговорення основних стратегічних і тактичних напрямів дій щодо запобігання забруднення природного середовища - єдиної середовища проживання людей.
На порядку денному стоїть життєво важлива проблема. Швидке зростання міст і міського населення, безперервно збільшуються масштаби світового промислового виробництва породили так звану «проблему відходів». Тільки в США в даний час накопичилося 57 мільйонів тонн токсичних та інших небезпечних відходів, 60% з них - продукти хімічної промисловості. До 1990 року, за розрахунками, їх кількість зростає до 80 мільйонів тонн.
Хотілося б відзначити, що естетичні, етичні та еколого-санітарні аспекти проблеми біорізноманіття, які й визначають ставлення до неї не тільки широкому загалу, а й керівників самого різного рангу, в тому числі приймаючих державні рішення, не повинні бути визначальними. Загроза втрати біорізноманіття - це загроза всьому виглядом життя на Землі, складу атмосфери і вод, клімату, властивим сучасному стану біосфери, в якому сформувався й існує людина.
Основна причина кризи, що розвивається взаємовідносин «природа - людина» лежить у сфері культури, формує підпорядковане, охоронне або споживацьке ставлення людини до природи, і від відношення цього залежить розподіл зусиллі сучасного людства, що спрямовуються на експлуатацію, збереження, відтворення і примноження природних ресурсів.
Всі подібні дані про причини виникнення екологічних проблем, можливі шляхи їх вирішення були зібрані в науці «екології».
Екологія (від грецького «ойкос» - будинок) виділилася в самостійний розділ біології в другій половині XIX століття. Обгрунтував необхідність цього розділу біології, дав йому назву і сформулював комплекс проблем, що стоять перед екологією, Ернст Геккель, один з яскравих послідовників еволюційного вчення Чарльза Дарвіна. Геккель визначав екологію як «загальну науку про відносини організмів до навколишнього середовища». Сучасні визначення екології, відрізняючись в деталях у різних авторів, зводяться до уявлення про «біологічної науки, що вивчає організацію та функціонування надорганізменних систем різних рівнів: популяцій, біоценозів (спільнот), біогеоценозів (екосистем) та біосфери» [Розанов, 12]. Екологія вивчає залежність чисельності кожного досліджуваного виду від конкретних умов, і дозволяє в необхідних випадках керувати чисельністю, а, отже, ефективністю господарського чи іншого використання виду.
Екологія як наука про взаємодію організмів і середовища розвивається в значній мірі під впливом потреб практики. У сучасному світі XXI століття ця потреба збільшується в кілька разів, що пояснюється інтенсивним науково-технічним прогресом у таких областях, як: промисловість, автомобілебудування, металургія та деяких інших.
Ті живі організми, які надають допомогу у вирішенні екологічних проблем, переробляючи «забруднювачі» і очищаючи тим самим воду, повітря, грунт, називаються утилізаторами. Утилізація - це залучення різних типів забруднення в нових технологічні цикли або використання в інших корисних цілях. Утилізатор-це той, хто знищує. В якості прикладів утилізаторів в нашій роботі наводяться: мікроорганізми і рослини.
§ 2. Функція мікроорганізмів як утилізаторів
Ще одним дуже важливим питанням проблеми відходів є вишукування найбільш ефективних методів і засобів очищення, знешкодження і утилізація побутових і виробничих стічних вод, які у всіх промислово-розвинених країнах є основними джерелами забруднення природних водойм і атмосфери. Про гостроту, масштабності завдання говорять такі дані: щорічний водозабір з природних джерел господарсько-побутові потреби в даний час в усьому світі становить 3,5 тисячі кубічних кілометрів, а обсяг води, забруднюють промислово-побутовими стоками, дорівнює 6 тисячам кубічних кілометрів.
У природі будь-яка, навіть сама незначна, на перший погляд, частина може мати великий вплив на яку-небудь ситуацію, що склалася. Наприклад, мікроорганізми здійснюють величезну роботу зі створення одних гірських порід та мінералів і руйнування інших, механізм цієї роботи часто наводить на думку про можливість використання цього процесу роботи, але вже у вирішенні екологічної проблеми.
Великі родовища сірки поступово вичерпуються, а нові виявити все важче. Вихід знайшовся абсолютно несподівано. Стало відомо, що араби, які живуть біля озера Айнез-Зауя в Північній Африці, протягом багатьох років видобували на його берегах сірку. І зараз у водах цього озера відбувається таїнство сероосажденія: 20-сантиметровий шар сірки вистилає все дно. Аналогічна картина спостерігається і на озері Сєрно Куйбишевської області, в якому ще за Петра I добували сірку для виробництва пороху. Щоб проникнути в таємницю цього процесу, побудували мініатюрну модель озера і поставили ряд дослідів: у звичайну колбу з водою помістили гіпс і сульфат натрію, потім у цей же посудину поселили сульфатредуцирующие і так звані пурпурні бактерії. Перші створювали з вихідних речовин сірководень, а другі переводили його в сірку. На стінках і дні колби випадав осад сірки!
Розрахунки показують, що при відтворенні умов лабораторних експериментів у водоймі глибиною 5 метрів і площею 1 квадратний кілометр за сто днів серобактерии виробили б від 100 до 500 тисяч тонн сірки! Цифри досить переконливо говорять про високу «продуктивності» праці робітників-невидимок. Реальність розрахунків можна підтвердити також прикладом, наведеним академіком В. Вернадським в «Нарисах геохімії»: мікроби так швидко розмножуються у відповідних умовах, що одна бактерія за 4-5 днів може утворити 10 особин. Значить, вся справа в тому, щоб створити мікробам відповідні умови, і тоді вони будуть працювати «не за страх, а за совість».
Не менш придатною, а головне, дешевої середовищем для діяльності серобактерий можуть стати стічні, каналізаційні води. Тут можна отримати подвійний виграш: мікроби будуть виробляти сірку і одночасно очищати міські відходи.
Перевага мікроорганізмів при очищенні від нафтопродуктів вдалося продемонструвати в 1989 р ., Коли танкер «Валдіз» компанії «Екссон» наткнувся на риф біля узбережжя Аляски. У море вилилося близько 40 тис. т нафти, забруднивши 2 тис. км узбережжя. Це було найбільш значним забрудненням за всю історію США, і відбулося воно в одному із самих чистих куточків Землі. Загинули: 1 млн. птахів, 95% тюленів, 75% ділянок проживання лосося на Алясці були забруднені.
Ліквідація наслідків катастрофи обійшлася в 2 млрд. дол До механічної очистки узбережжя залучили 11 тис. робітників і дороге обладнання. Паралельно для очищення берега в грунт внесли азотне добриво, що сприяло розвитку природних мікробних спільнот. Це в 5 разів прискорило розкладання нафти. У результаті забруднення, наслідки якого, за розрахунками, позначалися б і через 10 років, в основному усунули за 2 роки. Витрати на біоочищення не перевищили 1 млн. дол
З кожним днем все більше експертів вважають, що саме біотехнології стають символом могутності сучасної науки, втіленням досягнень цивілізації. Колись біля узбережжя Пакистану затонув танкер з десятками тисяч тонн нафти. Тваринному світу і узбережжю Аравійського моря завдано величезної шкоди. Біотехнологічні методи боротьби із забрудненням навколишнього середовища в змозі запобігти такі втрати.
Нафтою і нафтопродуктами сьогодні забруднена навіть Антарктида. У Росії ж взагалі видобуток, транспортування і переробка нафти сприймаються як страшна загроза живій природі. І не без підстав - у Західному Сибіру, де сорок років тому почали освоювати найбільші родовища, на величезних територіях нафту знищила все живе.
Проблема виявляється в центрі уваги ЗМІ, коли трапляються великі розливи (аварії танкерів, розриви нафтопроводів). Але проходить час, це перестає бути новиною, і про «нафтову загрозі» біосфері благополучно забувають, хоча покриті нафтовою плівкою акваторії, пляжі або ділянки тайги не відновляться і через десятиліття. На автозаправних станціях, аеродромах, військових базах (точніше, під ними) все частіше знаходять величезні «лінзи» нафтопродуктів. Забруднення нафтопродуктами вкрай небезпечні, бо деякі їхні компоненти, зокрема поліароматичні вуглеводні, дуже токсичні (канцерогенні) і руйнуються вкрай повільно.
Боротися із забрудненням навколишнього середовища, як виявилося, можуть мікроорганізми. Вони ефективніше будь-яких інших живих істот перетворюють складні сполуки в прості. Для мікробів це просто процес харчування - використання складних органічних сполук в якості джерел азоту, вуглецю, фосфору і т.д. Складні сполуки служать їжею, а прості надходять в біосферу, беручи участь в знайомому зі школи циклі органічних сполук. Але мікроорганізмам доводиться мати справу і з новими для них сполуками, які раніше були надійно заховані в схованках планети, скажімо, глибоко під її поверхнею. Так сталося і з нафтою, яку «витягли» на поверхню. З кожним днем в біосферу потрапляють все нові синтетичні органічні сполуки, яких ніколи не було в природі. І мікроби не тільки демонструють фантастичну здатність до їх переробки, але і безупинно еволюціонують. І тут фахівці покладають надії на мікроорганізми, отримані методами генної інженерії і володіють потрібними властивостями. Проте суспільство боїться гіпотетичних ризиків генної інженерії, в тому числі і «виведених» з її допомогою мікроорганізмів. До речі, далеко не всі генетично модифіковані мікроорганізми - продукти генної інженерії: вони чудово обмінюються генами і в природі.
Крім очевидного використання мікроорганізмів у вирішенні екологічних проблем, існує і їхній «непряме» участь.
Легко розчинна закис заліза виноситься з водою на поверхню. Тут під дією залізобактерій вона окислюється, перетворюється в нерозчинну гідроокис і випадає в осад. У результаті залізо перекочовує з глибин Землі на поверхню і відкладається у вигляді залізної руди. На це ще у 1888 році вказував відомий російський мікробіолог С. Виноградський (1856-1953). [5; 56]. Усі найважливіші світові родовища заліза, на думку ряду вчених, мають бактеріальну основу. Член-кореспондент АН СРСР А. Вологдін (1896 - 1971) зазначав, що йому доводилося спостерігати під мікроскопом останки стародавніх залізобактерій у багатьох рудах - з Кривого Рогу, з Кольського півострова, з Казахстану, з Сибіру, з Далекого Сходу. І на дні Світового океану океанологи виявляють колосальну кількість скупчень залізо-марганцевих конкрецій, як вважають, мікробіологічного походження.
А оскільки ці нескінченно малі організми ведуть таку титанічну геологічну діяльність у масштабах нашої планети, якщо вони так могутні і всесильні, то їх, природно, потрібно змусити працювати на людину не тільки у мікробіологічній, хімічної, харчової, фармацевтичної промисловості, в сільському господарстві, в гірничорудної та металургійної промисловості, а й у біометаллургіі і біогорнорудной промисловості .. Тут для них неосяжне поле діяльності.
Більше тридцяти років тому провели дослідження іржавого осаду в шахтних водах. Передбачалося, що він утворюється тільки в результаті окислення. Досліди ж показали, що в стерилізованої воді залізо практично не окислюється, зате в шахтній ... Три доби - і воно вкрилося червонуватим нальотом. Винуватці цієї «хімічної диверсії» були виявлені за допомогою мікроскопа. Те, що раніше приймали за звичайну реакцію, виявилося біологічним процесом, в якому головну роль грають сіро-і залізобактерій. Ті ж самі серобактерии за власним рішенням звільняють вугілля від сполук сірки: за місяць вони окислюють до 30 відсотків сірки і видаляють її у вигляді сірчаної кислоти. Процес цей протікає дуже повільно, щоб застосовувати його в промисловості. Але зате він не вимагає ніякого спеціального устаткування.
У своїй життєдіяльності серобактерии виступають, подібно дволикого Януса, відразу в двох амплуа: у ролі творців родовищ сірки і в ролі рудних браконьєрів. Вони руйнують розкриті родовища сульфідних руд, окислюючи нерозчинні у воді сульфіди металів і перетворюючи їх у легкорозчинні з'єднання. Зрозуміло, сульфоредуцірующіе мікроби про це навіть не підозрюють. Здобуваючи собі енергію за рахунок реакції окислення, вони, як зазначалося вище, по-хижацькому розоряють поклади сірчистих руд. Перекладені в розчинну форму з'єднання металу вимиваються дренажними і грунтовими водами. Цінний продукт безперешкодно йде з руди і втрачається безповоротно.
А чи можна рудних браконьєрів перевиховати, перетворити з хижаків у збагачувачів бідних руд, в діяльних металургів? - Можна! Продукти власного хімічного виробництва не цікавлять залізо-і серобактерии. Неорганічні молекули для них лише своєрідні «дрова». Спалюючи їх в «полум'я хімічного багаття», вони отримують необхідну для себе енергію. Отже, не ущемляючи інтересів бактерій, з ними можна укласти взаємовигідний договір: вам - вершки, а нам - корінці, вам - тепло «хімічного багаття», а нам - його золу. Саме з цією метою і вступили уральські вчені «в союз» з серобактериями. Вони розробили схему перший дослідно-промислової установки по бактерійному (підземному) вилуговування металу з мідних і цинкових руд. Вона виявилася гранично простий. По трубопроводу в свердловини подається бактеріальний розчин. Він зволожує руду. Бактерії окислюють метал, і він переходить у розчин (концентрат), який викачує на поверхню в спеціальні жолоби. На цьому виробництво концентрату закінчується. Зміст металу в ньому досягає 80 відсотків. Тільки за час дослідів на Дегтярское родовищі з допомогою бактеріального вилуговування були здобуті десятки тонн міді, причому руда бралася з відпрацьованих ділянок родовища. Отримана цим способом медь майже втричі дешевше, ніж при використанні інших методів.
Тема: «Живі утилізатори»
2006р
Зміст
Введення
Глава I. Живі утилізатори як один з варіантів вирішення екологічних проблем
§ 1. Короткий огляд екологічних проблем людства
§ 2. Функція мікроорганізмів як утилізаторів
§ 3. Майбутнє мікроорганізмів
§ 4. Рослини утилізатори
Висновок
Висновки
Список літератури
Введення
«Екологічна криза» - це словосполучення ще недавно викликало тривожні почуття і відчуття, що насувається. Але на тлі безлічі передкризових і кризових ситуацій у економіці, політиці, міжнародних відносинах практично перестали сприйматися як серйозні такі ознаки початку руйнування балансу природних сил, як почастішали руйнівні повені, поява нових хвороб і багато інших. Від частого вживання всує стирається сенс самого терміна «екологія». Власне екологічні проблеми, багато з яких набули глобального значення і стали проблемами виживання людства, часто підміняються місцевими санітарними завданнями, рішення яких замінює роботу над складними і вимагають глибокого розуміння їх істоти екологічними проблемами.
Будь-яка екологічна проблема починається з повсякденної поведінки людей, їх побуту, вчинків. Наприклад, банальний викид сміття, нераціональне використання чистої води та інших природних ресурсів. Пом'якшити дані підвалини на рівні введення політичних заборон і інших адміністративних норм досить важко. Але ж сама природа може допомогти людям вирішити ці проблеми за допомогою живих організмів - утилізаторів. Ця проблема до цих пір не була добре вивчена зарубіжними і вітчизняними вченими біологами, тому ми вважали за необхідне і актуальним розглянути цю проблему саме у даний час.
Актуальність висунутої теми зумовила постановку мети роботи.
Мета роботи: показати роль живих утилізаторів у вирішенні екологічних проблем.
Завдання роботи:
1) проаналізувати еколого-біологічну літературу з даної тематики;
2) визначити функції утилізаторів в живій природі;
3) визначити можливі види живих утилізаторів;
Глава I. Живі утилізатори як один з варіантів вирішення екологічних проблем
§ 1. Короткий огляд екологічних проблем людства
Проблеми забруднення повітря, вод, їжі достатньо широко обговорюються і в основних рисах знайомі кожному. Тому на даному етапі безліч коштів та уваги приділено взаємодії різних середовищ в перенесенні забруднень, механізмам впливу токсикантів на людину та екосистеми, а також обговорення основних стратегічних і тактичних напрямів дій щодо запобігання забруднення природного середовища - єдиної середовища проживання людей.
На порядку денному стоїть життєво важлива проблема. Швидке зростання міст і міського населення, безперервно збільшуються масштаби світового промислового виробництва породили так звану «проблему відходів». Тільки в США в даний час накопичилося 57 мільйонів тонн токсичних та інших небезпечних відходів, 60% з них - продукти хімічної промисловості. До 1990 року, за розрахунками, їх кількість зростає до 80 мільйонів тонн.
Хотілося б відзначити, що естетичні, етичні та еколого-санітарні аспекти проблеми біорізноманіття, які й визначають ставлення до неї не тільки широкому загалу, а й керівників самого різного рангу, в тому числі приймаючих державні рішення, не повинні бути визначальними. Загроза втрати біорізноманіття - це загроза всьому виглядом життя на Землі, складу атмосфери і вод, клімату, властивим сучасному стану біосфери, в якому сформувався й існує людина.
Основна причина кризи, що розвивається взаємовідносин «природа - людина» лежить у сфері культури, формує підпорядковане, охоронне або споживацьке ставлення людини до природи, і від відношення цього залежить розподіл зусиллі сучасного людства, що спрямовуються на експлуатацію, збереження, відтворення і примноження природних ресурсів.
Всі подібні дані про причини виникнення екологічних проблем, можливі шляхи їх вирішення були зібрані в науці «екології».
Екологія (від грецького «ойкос» - будинок) виділилася в самостійний розділ біології в другій половині XIX століття. Обгрунтував необхідність цього розділу біології, дав йому назву і сформулював комплекс проблем, що стоять перед екологією, Ернст Геккель, один з яскравих послідовників еволюційного вчення Чарльза Дарвіна. Геккель визначав екологію як «загальну науку про відносини організмів до навколишнього середовища». Сучасні визначення екології, відрізняючись в деталях у різних авторів, зводяться до уявлення про «біологічної науки, що вивчає організацію та функціонування надорганізменних систем різних рівнів: популяцій, біоценозів (спільнот), біогеоценозів (екосистем) та біосфери» [Розанов, 12]. Екологія вивчає залежність чисельності кожного досліджуваного виду від конкретних умов, і дозволяє в необхідних випадках керувати чисельністю, а, отже, ефективністю господарського чи іншого використання виду.
Екологія як наука про взаємодію організмів і середовища розвивається в значній мірі під впливом потреб практики. У сучасному світі XXI століття ця потреба збільшується в кілька разів, що пояснюється інтенсивним науково-технічним прогресом у таких областях, як: промисловість, автомобілебудування, металургія та деяких інших.
Ті живі організми, які надають допомогу у вирішенні екологічних проблем, переробляючи «забруднювачі» і очищаючи тим самим воду, повітря, грунт, називаються утилізаторами. Утилізація - це залучення різних типів забруднення в нових технологічні цикли або використання в інших корисних цілях. Утилізатор-це той, хто знищує. В якості прикладів утилізаторів в нашій роботі наводяться: мікроорганізми і рослини.
§ 2. Функція мікроорганізмів як утилізаторів
Ще одним дуже важливим питанням проблеми відходів є вишукування найбільш ефективних методів і засобів очищення, знешкодження і утилізація побутових і виробничих стічних вод, які у всіх промислово-розвинених країнах є основними джерелами забруднення природних водойм і атмосфери. Про гостроту, масштабності завдання говорять такі дані: щорічний водозабір з природних джерел господарсько-побутові потреби в даний час в усьому світі становить 3,5 тисячі кубічних кілометрів, а обсяг води, забруднюють промислово-побутовими стоками, дорівнює 6 тисячам кубічних кілометрів.
У природі будь-яка, навіть сама незначна, на перший погляд, частина може мати великий вплив на яку-небудь ситуацію, що склалася. Наприклад, мікроорганізми здійснюють величезну роботу зі створення одних гірських порід та мінералів і руйнування інших, механізм цієї роботи часто наводить на думку про можливість використання цього процесу роботи, але вже у вирішенні екологічної проблеми.
Великі родовища сірки поступово вичерпуються, а нові виявити все важче. Вихід знайшовся абсолютно несподівано. Стало відомо, що араби, які живуть біля озера Айнез-Зауя в Північній Африці, протягом багатьох років видобували на його берегах сірку. І зараз у водах цього озера відбувається таїнство сероосажденія: 20-сантиметровий шар сірки вистилає все дно. Аналогічна картина спостерігається і на озері Сєрно Куйбишевської області, в якому ще за Петра I добували сірку для виробництва пороху. Щоб проникнути в таємницю цього процесу, побудували мініатюрну модель озера і поставили ряд дослідів: у звичайну колбу з водою помістили гіпс і сульфат натрію, потім у цей же посудину поселили сульфатредуцирующие і так звані пурпурні бактерії. Перші створювали з вихідних речовин сірководень, а другі переводили його в сірку. На стінках і дні колби випадав осад сірки!
Розрахунки показують, що при відтворенні умов лабораторних експериментів у водоймі глибиною 5 метрів і площею 1 квадратний кілометр за сто днів серобактерии виробили б від 100 до 500 тисяч тонн сірки! Цифри досить переконливо говорять про високу «продуктивності» праці робітників-невидимок. Реальність розрахунків можна підтвердити також прикладом, наведеним академіком В. Вернадським в «Нарисах геохімії»: мікроби так швидко розмножуються у відповідних умовах, що одна бактерія за 4-5 днів може утворити 10 особин. Значить, вся справа в тому, щоб створити мікробам відповідні умови, і тоді вони будуть працювати «не за страх, а за совість».
Не менш придатною, а головне, дешевої середовищем для діяльності серобактерий можуть стати стічні, каналізаційні води. Тут можна отримати подвійний виграш: мікроби будуть виробляти сірку і одночасно очищати міські відходи.
Перевага мікроорганізмів при очищенні від нафтопродуктів вдалося продемонструвати в
Ліквідація наслідків катастрофи обійшлася в 2 млрд. дол До механічної очистки узбережжя залучили 11 тис. робітників і дороге обладнання. Паралельно для очищення берега в грунт внесли азотне добриво, що сприяло розвитку природних мікробних спільнот. Це в 5 разів прискорило розкладання нафти. У результаті забруднення, наслідки якого, за розрахунками, позначалися б і через 10 років, в основному усунули за 2 роки. Витрати на біоочищення не перевищили 1 млн. дол
З кожним днем все більше експертів вважають, що саме біотехнології стають символом могутності сучасної науки, втіленням досягнень цивілізації. Колись біля узбережжя Пакистану затонув танкер з десятками тисяч тонн нафти. Тваринному світу і узбережжю Аравійського моря завдано величезної шкоди. Біотехнологічні методи боротьби із забрудненням навколишнього середовища в змозі запобігти такі втрати.
Нафтою і нафтопродуктами сьогодні забруднена навіть Антарктида. У Росії ж взагалі видобуток, транспортування і переробка нафти сприймаються як страшна загроза живій природі. І не без підстав - у Західному Сибіру, де сорок років тому почали освоювати найбільші родовища, на величезних територіях нафту знищила все живе.
Проблема виявляється в центрі уваги ЗМІ, коли трапляються великі розливи (аварії танкерів, розриви нафтопроводів). Але проходить час, це перестає бути новиною, і про «нафтову загрозі» біосфері благополучно забувають, хоча покриті нафтовою плівкою акваторії, пляжі або ділянки тайги не відновляться і через десятиліття. На автозаправних станціях, аеродромах, військових базах (точніше, під ними) все частіше знаходять величезні «лінзи» нафтопродуктів. Забруднення нафтопродуктами вкрай небезпечні, бо деякі їхні компоненти, зокрема поліароматичні вуглеводні, дуже токсичні (канцерогенні) і руйнуються вкрай повільно.
Боротися із забрудненням навколишнього середовища, як виявилося, можуть мікроорганізми. Вони ефективніше будь-яких інших живих істот перетворюють складні сполуки в прості. Для мікробів це просто процес харчування - використання складних органічних сполук в якості джерел азоту, вуглецю, фосфору і т.д. Складні сполуки служать їжею, а прості надходять в біосферу, беручи участь в знайомому зі школи циклі органічних сполук. Але мікроорганізмам доводиться мати справу і з новими для них сполуками, які раніше були надійно заховані в схованках планети, скажімо, глибоко під її поверхнею. Так сталося і з нафтою, яку «витягли» на поверхню. З кожним днем в біосферу потрапляють все нові синтетичні органічні сполуки, яких ніколи не було в природі. І мікроби не тільки демонструють фантастичну здатність до їх переробки, але і безупинно еволюціонують. І тут фахівці покладають надії на мікроорганізми, отримані методами генної інженерії і володіють потрібними властивостями. Проте суспільство боїться гіпотетичних ризиків генної інженерії, в тому числі і «виведених» з її допомогою мікроорганізмів. До речі, далеко не всі генетично модифіковані мікроорганізми - продукти генної інженерії: вони чудово обмінюються генами і в природі.
Крім очевидного використання мікроорганізмів у вирішенні екологічних проблем, існує і їхній «непряме» участь.
Легко розчинна закис заліза виноситься з водою на поверхню. Тут під дією залізобактерій вона окислюється, перетворюється в нерозчинну гідроокис і випадає в осад. У результаті залізо перекочовує з глибин Землі на поверхню і відкладається у вигляді залізної руди. На це ще у 1888 році вказував відомий російський мікробіолог С. Виноградський (1856-1953). [5; 56]. Усі найважливіші світові родовища заліза, на думку ряду вчених, мають бактеріальну основу. Член-кореспондент АН СРСР А. Вологдін (1896 - 1971) зазначав, що йому доводилося спостерігати під мікроскопом останки стародавніх залізобактерій у багатьох рудах - з Кривого Рогу, з Кольського півострова, з Казахстану, з Сибіру, з Далекого Сходу. І на дні Світового океану океанологи виявляють колосальну кількість скупчень залізо-марганцевих конкрецій, як вважають, мікробіологічного походження.
А оскільки ці нескінченно малі організми ведуть таку титанічну геологічну діяльність у масштабах нашої планети, якщо вони так могутні і всесильні, то їх, природно, потрібно змусити працювати на людину не тільки у мікробіологічній, хімічної, харчової, фармацевтичної промисловості, в сільському господарстві, в гірничорудної та металургійної промисловості, а й у біометаллургіі і біогорнорудной промисловості .. Тут для них неосяжне поле діяльності.
Більше тридцяти років тому провели дослідження іржавого осаду в шахтних водах. Передбачалося, що він утворюється тільки в результаті окислення. Досліди ж показали, що в стерилізованої воді залізо практично не окислюється, зате в шахтній ... Три доби - і воно вкрилося червонуватим нальотом. Винуватці цієї «хімічної диверсії» були виявлені за допомогою мікроскопа. Те, що раніше приймали за звичайну реакцію, виявилося біологічним процесом, в якому головну роль грають сіро-і залізобактерій. Ті ж самі серобактерии за власним рішенням звільняють вугілля від сполук сірки: за місяць вони окислюють до 30 відсотків сірки і видаляють її у вигляді сірчаної кислоти. Процес цей протікає дуже повільно, щоб застосовувати його в промисловості. Але зате він не вимагає ніякого спеціального устаткування.
У своїй життєдіяльності серобактерии виступають, подібно дволикого Януса, відразу в двох амплуа: у ролі творців родовищ сірки і в ролі рудних браконьєрів. Вони руйнують розкриті родовища сульфідних руд, окислюючи нерозчинні у воді сульфіди металів і перетворюючи їх у легкорозчинні з'єднання. Зрозуміло, сульфоредуцірующіе мікроби про це навіть не підозрюють. Здобуваючи собі енергію за рахунок реакції окислення, вони, як зазначалося вище, по-хижацькому розоряють поклади сірчистих руд. Перекладені в розчинну форму з'єднання металу вимиваються дренажними і грунтовими водами. Цінний продукт безперешкодно йде з руди і втрачається безповоротно.
А чи можна рудних браконьєрів перевиховати, перетворити з хижаків у збагачувачів бідних руд, в діяльних металургів? - Можна! Продукти власного хімічного виробництва не цікавлять залізо-і серобактерии. Неорганічні молекули для них лише своєрідні «дрова». Спалюючи їх в «полум'я хімічного багаття», вони отримують необхідну для себе енергію. Отже, не ущемляючи інтересів бактерій, з ними можна укласти взаємовигідний договір: вам - вершки, а нам - корінці, вам - тепло «хімічного багаття», а нам - його золу. Саме з цією метою і вступили уральські вчені «в союз» з серобактериями. Вони розробили схему перший дослідно-промислової установки по бактерійному (підземному) вилуговування металу з мідних і цинкових руд. Вона виявилася гранично простий. По трубопроводу в свердловини подається бактеріальний розчин. Він зволожує руду. Бактерії окислюють метал, і він переходить у розчин (концентрат), який викачує на поверхню в спеціальні жолоби. На цьому виробництво концентрату закінчується. Зміст металу в ньому досягає 80 відсотків. Тільки за час дослідів на Дегтярское родовищі з допомогою бактеріального вилуговування були здобуті десятки тонн міді, причому руда бралася з відпрацьованих ділянок родовища. Отримана цим способом медь майже втричі дешевше, ніж при використанні інших методів.
Не секрет, що металургам все частіше і частіше доводиться мати справу з бідними рудами, волею-неволею доводиться витрачати величезні кошти на спорудження великих комбінатів, єдине призначення яких - збільшити вміст металу в руді. Від усього цього нас звільнить майбутня високошвидкісна біометаллургія, фундамент якої закладається сьогодні.
Досвід підземного вилуговування показав, що використання бактерій особливо ефективно на останній, завершальній стадії експлуатації рудників. На цьому етапі вони взагалі незамінні. Зазвичай у вироблених родовищах, як правило, ще залишається від 5 до 20 відсотків руди. Витягти її сучасними технічними засобами майже неможливо. Дістатися до цього підземного кладовища міді можна лише одним-єдиним шляхом - мобілізувавши багатомільярдну армію бактерій. Подібно працьовитим мурашкам або казковим гномам, вони будуть невтомно працювати, переводячи метал з невиробленим залишків руди в розчин. Так можна повернути, щонайменше, три чверті залишилися запасів мідної руди. Тридцять п'ять років тому закрилося родовище Південна Виклінка. Маркшейдери сказали - міді немає. Призвали на допомогу бактерії - почали отримувати десятки тонн металу. Таким же шляхом на мексиканському руднику зі старих, занедбаних вибоїв за один тільки рік було «вичерпати» 10 тисяч тонн міді.
У міру вироблення природних родовищ цінних копалин погляди фахівців все частіше і частіше звертаються до нагромадилися у шахт і рудників відвалам порід. Вже в перших дослідах бактерії і тут зарекомендували себе самими економними і невередливим металургами. За багато років у Мексиці на родовищі Кананеа біля шахт накопичилося близько 40 мільйонів тонн відвалів породи. Зміст міді в них мізерна - всього 0,2 відсотка. Відвали почали зрошувати шахтної водою, яка стікала потім в підземні резервуари. З кожного літра зібраної води бактерії витягли по три грами міді. У результаті - 650 тонн дорогого металу на місяць!
Методом вилуговування за допомогою мікроорганізмів можна добувати таке важливе в наш час паливо, як уран. Зазвичай він знаходиться в рудах в дуже невисокої концентрації. Тому для видобутку урану вигідні малоенергоємних методи. Уран може бути витягнутий за допомогою кислих розчинів, утворених бактеріальним окисленням сульфідів. Сама організація бактеріального вилуговування урану досить проста. Дробленую руду складають у штабелі на водотривкої майданчику, наприклад асфальтованої. Потім купи висотою до 2 метрів зволожують, і в них відбувається розвиток тіонових бактерій за рахунок наявних сульфідів. Приблизно за два роки відбувається вилуговування до 80 відсотків урану. При підземному вилуговуванні забалансірованную пірітізірованную уранову руду зрошують у виробках. Зрошують води викачують на поверхню, і уран виймають з розчину на іонообмінних смолах. Вода з сірчанокислим закисное залізом надходить в Прудка, де відбувається окислення заліза, і кислий розчин знову надходить на зрошення руди.
У природі порівняно рідко зустрічаються руди, що містять тільки який-небудь один метал. Найчастіше в них є цілий комплекс різних супутніх компонентів. Це відноситься майже до всіх поліметалічних руд кольорових металів і до багатьох інших корисних копалин. Так, наприклад, титаномагнетиту містять, крім заліза, титан і ванадій. У кам'яному вугіллі, залізних рудах знаходяться германій та інші розсіяні елементи. Народне господарство, зрозуміло, зацікавлене у максимально повному вилученні всіх цінних компонентів, що містяться в рудах, іншими словами, в організації комплексної переробки руд. Успішно вирішити цю великий народногосподарської важливості завдання можна знову ж таки з допомогою бактерій. І вчені ведуть цілеспрямований пошук в світі мікробів все нових і нових трудівників для біометаллургіі. Цинк, молібден, залізо, хром - такий зараз далеко не повний асортимент металів, що видобуваються мікроорганізмами у нас і за кордоном.
Алхіміки середньовіччя мріяли про філософський камінь, здатному перетворювати будь-які метали в золото. У наші дні вчені збираються видобувати золото за допомогою ... бактерій. На перший погляд така ідея і зараз може видатися фантастичною. І багато фахівців так і розцінювали її до самого останнього часу. Аргументи були вагомі. Золото - метал інертний, на нього не діють навіть концентровані кислоти. Тільки «царська горілка» (суміш соляної та азотної кислот) здолає чисте золото. Оскільки мікроорганізмам не під силу конкурувати з такою «пекельною сумішшю», їх терені діяльності, говорили скептики, мідні і залізні рудники. Але жива природа показала інше. І ось яким чином.
У Сенегалі на березі річки Іввари є золотоносний пагорб Іті. Родовище це промислового значення не має, так як розмір часток самородного золота н. е перевищує мікрона і щільність поклади надзвичайно мала. Лише місцеві золотошукачі, витрачаючи масу часу і сил, стоїчно продовжують копати і промивати землю, отримуючи в нагороду за свій воістину сізіфова праця мізерну кількість пилу жовтого металу. Здавалося б, за багато десятиліть, хоча і кустарної розробки золотоносної жили її худі запаси повинні були б вичерпатися. Але от диво! Золота жила Іті залишається невичерпною. Враження таке, ніби хтось весь час поповнює родовище запасами дорогоцінного металу. Р. Мартіне - директор Бюро геологічних вишукувань і шахт в Дакарі, дізнавшись про таємничу невичерпна золотоносної жили пагорба Іті, висловив припущення, що це результат діяльності мікробів.
Знайшли серед мікроорганізмів радянські вчені й таких «фахівців», які дозволяють вирішити одну давню і надзвичайно важливу виробничо-технологічну проблему у вугільній промисловості. Мова йде про новий метод - використання бактерій для запобігання підземних вибухів. На перший погляд це може здатися неймовірним, в дійсності ідея виявилася не такою вже утопічною.
У будь-якому родовищі вугілля знаходиться велика кількість метану, розсіяного у вугільній масі. За багато мільйонів років під дією геологічних факторів (тиску, стиснення і розриву порід) метан мігрує по пласту, заповнюючи всі порожнини, і знаходиться під підвищеним тиском. При промислової експлуатації родовищ вугілля порушується геологічна щільність шару, і часто відбуваються несподівані катастрофічні викиди. Виділяючись із тріщин і порожнин у вугіллі, метан при концентрації від 5 до 16 відсотків утворює з повітрям вибухову суміш, І тоді достатньо однієї іскри, щоб з оглушливим ревом по шахті прокотився вогненний смерч, руйнуючи все на своєму шляху.
Метан - газ без кольору і запаху. Як же виявити його присутність в атмосфері підземних виробок і видалити його з шахти?
У давнину можна було спостерігати таку картину. Людина, закутаний з ніг до голови в мокру Доху, бреде, вздовж вибою по всіх підземним закутках. В руках у нього палаючий факел, яким він водить на всі боки, опускає до підлоги, піднімає до склепіння. А навколо і попереду самотньо йде сміливця підстерігає смерть. Вона ховається в чорних, тьмяно поблискують пластах вугілля, повільно сочиться по дрібних порах і тріщинах. Людина повинна виявити і знешкодити її - така професія газожега, яка була, мабуть, однією з найнебезпечніших. Чи не пролунає вибух, повернеться факельник - можна і уголек брати. А часто не повертався ...
Інших способів виявити наявність в шахті метану в старовину не було. Йти в газожегі людей змушувала потреба. Професія ця зникла лише тоді, коли «індикаторами» стали служити канарки. Ці птахи, дуже чуйно реагують на недолік кисню, за багато років врятували чимало шахтарських життів. Пізніше на зміну канаркам прийшла шахтарська бензинова лампа: за наявності метану над її полум'ям з'являвся блакитнуватий ореол.
Поки в лаві орудували обушком, метану виділялося порівняно мало. Але з'явився комбайн, здатний щодоби давати тисячі тонн вугілля. При такому руйнуванні пласта газу стало виділятися незмірно більше. Підступний невидимий ворог підстерігав шахтарів буквально за кожним рогом. Як же боротися з ним? Самий «старий з нових» способів - дегазація. У вугільному пласті бурять свердловини і закачують туди під великим тиском воду з домішками поверхнево-активних речовин. Мета цієї операції - розширити тріщини і пори у вугіллі і створити нові. Крім того, що полегшується вирубка вугілля, по тріщинах і порах метан активно виходить з пласта. А тут його вже «чекають» вакуумні насоси, які відсмоктують газ на поверхню. Цим способом можна видалити до 45 відсотків метану з вугільного пласта. А інші 55 відсотків? Щоб вони не стали причиною аварії, вчені перепробували ряд способів. Але всі вони виявилися малоефективними. Так, наприклад, автоматична система газового захисту - АГЗ, своєчасно виявляє вихід метану з пласта, що сигналізує про небезпеку, не рятує від викиду, не ліквідує саму небезпеку. Рішення проблеми підказали ... бактерії.
Ще на початку нашого століття були відкриті бактерії, що харчуються метаном в суміші з повітрям. Вони охоче поїдають метан у будь-якої концентрації, навіть у найбільш вибухонебезпечної. Зрозуміло, таке цінне якість не могло залишитися непоміченим. І вже в 30-х роках вчені почали думати, як використовувати ці бактерії для боротьби з підступним газом. Перші експерименти були проведені в 1937 році професором А. Юровським. Але подальшій роботі перешкодила війна. Про бактеріях, що поїдають метан, згадали лише через 37 років.
Вчені Московського гірничого інституту під керівництвом члена-кореспондента АН СРСР В. Ржевського, докторів технічних наук А. Бурчакова, Е. Москаленка, Н. Ножкіна розробили мікробіологічний метод боротьби з метаном і успішно випробували його в 1974 році на ряді шахт Донецького басейну. Технологія нового методу досить проста.
У вугільному пласті буряться свердловини на відстані 10 метрів один від одного, і в них нагнітається під тиском мінералізований водний розчин - живильне середовище разом з бактеріями. Бактерії поширюються по тріщинах і порах, де скупчується метан, але до «роботи» поки не приступають: для цього їм потрібне повітря. Він закачується в свердловини безперервно протягом тривалого часу - від п'ятнадцяти діб до півтора місяців, залежно від кількості газу. І весь цей час бактерії розмножуються і поїдають метан. Потім вода відкачується, гірські вироблення продуваються, і можна цілком безпечно добувати вугілля.
Застосування цього методу гарантує ліквідацію всього метану в пластах, пiдготовленi до експлуатації.
Що ж, в біотехнології, як і в будь-якій новій технології, ніколи не буде гарантії нульового ризику. Просто сучасні знання дозволяють вченим стверджувати, що мікроорганізми можна з успіхом застосовувати для очищення багатостраждальної природи від токсичних сполук.
Перевага мікроорганізмів при очищенні від нафтопродуктів вдалося продемонструвати в 1989 р ., Коли танкер «Валдіз» компанії «Екссон» наткнувся на риф біля узбережжя Аляски. У море вилилося близько 40 тис. т нафти, забруднивши 2 тис. км узбережжя. Це було найбільш значним забрудненням за всю історію США, і відбулося воно в одному із самих чистих куточків Землі. Загинули: 1 млн. птахів, 95% тюленів, 75% ділянок проживання лосося на Алясці були забруднені.
Ліквідація наслідків катастрофи обійшлася в 2 млрд. дол До механічної очистки узбережжя залучили 11 тис. робітників і дороге обладнання. Паралельно для очищення берега в грунт внесли азотне добриво, що сприяло розвитку природних мікробних спільнот. Це в 5 разів прискорило розкладання нафти. У результаті забруднення, наслідки якого, за розрахунками, позначалися б і через 10 років, в основному усунули за 2 роки. Витрати на біоочищення не перевищили 1 млн. дол
Однак мікробам і самим потрібна допомога. Скажімо, їм належить розкладати вуглеводні нафти, але для поліпшення «апетиту» їм не вистачає, наприклад, азоту, фосфору або кисню (нафтова плівка може перекрити доступ кисню). Значить, потрібно забезпечити їх тим, чого їм бракує: киснем і вологою, зорав і полив землю. Використовують і біопрепарати на основі мікроорганізмів, що розкладають різні вуглеводні. Їх заорюють у грунт або розпилюють у вигляді водних суспензій. Нарешті, третій підхід, який виглядає найбільш перспективним, - спільне використання рослин і мікроорганізмів. Рослини допомагають мікроорганізмам, забезпечуючи їх кореневими виділеннями, які містять потрібні поживні речовини, а мікроби, у свою чергу, допомагають рослинам засвоювати ті речовини, які без них рослинам засвоїти було б нелегко. Додаткова робота, як правило, невелика - насіння просто запилюють біопрепаратами. На проростаючих насінні починають розвиватися мікроорганізми, і в них набагато більше шансів влаштуватися на коренях рослин, ніж у конкурентів. Багато рослин ефективно акумулюють важкі метали, «висмоктуючи» їх з грунту. Мікроорганізми зробити це не можуть, хоча часто сприяють поглинанню токсинів. Система «мікроби - рослини» очищає грунт і від органіки, і від важких металів. Так очищали грунту і від миш'яку та інших токсичних сполук.
Цей підхід до очищення навколишнього середовища швидко розвивається. При розсіяних забрудненнях (нафтопродукти, пестициди, тринітротолуол, яким забруднені численні полігони та стрільбища) йому просто немає альтернативи. З'ясувалося, що й рослини переробляють органічні сполуки (колись це вважалося неможливим). Все частіше і хімічні засоби захисту рослин замінюють мікробіологічними, використовуючи замість отрутохімікатів мікроорганізми, стимулюють ріст рослин і захищають їх від хвороб і шкідників.
На відміну від промислової біотехнології, де всі параметри технологічного процесу суворо контролюються, при використанні мікробів для очищення навколишнього середовища такий контроль утруднений. Це завжди «ноу-хау», свого роду мистецтво, яке передбачає не тільки найвища майстерність, але і особливий дар. Тому боротися з нафтовими розливами повинні не підрозділи МНС, військові або добровольці з мішками та лопатами, а спеціальні структури, створені при всіх компаніях, що займаються видобутком, транспортуванням або переробкою нафти. Якщо компанія не в змозі гарантувати, що здатна самостійно впоратися з будь-якою аварією, яка може виникнути в процесі її діяльності, їй не можна працювати з нафтою. Ця вимога може здатися занадто жорстким, але тільки його беззаперечне виконання залишає надію на те, що ми зуміємо перемогти збільшення забруднення біосфери, а не вона нас.
Одним з найважливіших питань проблеми відходів є вишукування найбільш ефективних методів і засобів очищення, знешкодження та утилізації побутових і виробничих стічних вод, які в усіх промислово розвинених країнах є основними джерелами забруднення природних водойм і атмосфери. Про гостроту, масштабності завдання говорять такі дані: щорічний водозабір з природних джерел господарсько-побутові потреби в даний час в усьому світі становить 3,5 тисячі кубічних кілометрів, а обсяг води, забруднюють промислово-побутовими стоками, дорівнює 6 тисячам кубічних кілометрів.
У промислових стічних водах міститься безліч компонентів, вельми небезпечних для людини: канцерогенні речовини, фторовані вуглеці, біоциди, важкі метали, шлами різних виробничих процесів. Однією з основних тенденцій у сучасній світовій практиці є розробка методів очищення стічних вод з повторним їх використанням у технологічних процесах (оборотне водопостачання).
Невисока ефективність застосовуваних індустріальних методів очищення промислових вод, що вимагають великих капітальних витрат і експлуатаційних витрат, спонукала вдатися до допомоги мікроорганізмів, зайнятися розробкою і впровадженням дешевих, малоенергоємних і надійних біологічних і біохімічних методів очищення.
За останнє десятиліття запропоновано досить велике число біохімічних методів очищення стічних вод. У загальному вигляді біохімічну очистку умовно розділити на дві стадії, що протікають одночасно, але з різною швидкістю адсорбції із стічних вод тонкодисперсних і розчинних домішок органічних і неорганічних речовин поверхнею тіла мікроорганізмів і руйнування адсорбованих речовин всередині клітини мікроорганізмів при протікають в ній біохімічних процесах (окислення, відновлення ). Обидві стадії можуть відбуватися як в аеробних, так і в анаеробних умовах.
Оригінальний метод знищення пластмасової тари розробляють шведські вчені. Вони виводять спеціальні бактерії, якими буде «заражатися» пластмаса при виготовленні. Деякий час бактерії повинні знаходитися в стані спокою, а коли тара буде викинута, під впливом навколишнього середовища вони активізуються і зруйнують пластмасу ...
Поки світ мікробів вивчений набагато гірше, ніж світ тварин і рослин. Без ризику помилитися, можна стверджувати, що мікробіологам сьогодні відомо не більше десятої частки видів мікроорганізмів, що населяють водойми і грунт.
Науковий пошук корисних бактерій, яких треба було б «приручити», змусити працювати на людину в різних областях його практичної діяльності, по суті, тільки починається. Належить виділити і вивчити десятки і сотні нових видів, які раніше було неможливо знайти на поживних середовищах, що застосовувалися з часів Луї Пастера і Роберта Коха-
Однією з найважливіших проблем найближчого майбутнього є виведення мікробів «домашніх порід», що володіють підвищеною активністю. Виходячи з цього, вчені планують провести в найближчі роки велику роботу по окультурення «диких» форм мікробів і створення нових, більш корисних культур шляхом радіаційних і хімічних мутацій і гібридизації. По ефективності та продуктивності вони будуть, як вважають мікробіологи, в сотні разів перевершувати своїх «диких» побратимів. Вони зможуть виконувати функції, не властиві ні одному природному мікроби, і виконувати їх направлено.
§ 3. Майбутнє мікроорганізмів
У недалекому майбутньому реально постане питання про управління ценозах (живими спільнотами) як на полях, так і в «дикою» природі і в невидимому світі мікробів.
Вже створені математичні моделі, що описують взаємини організмів в угрупованнях. А це - перший крок до управління ценозах.
Нью-йоркський винахідник знайшов нескладний спосіб зробити життя в містах трохи чистіше і ближче до природи. Він спробував уявити, що буде, якщо природну грунт під ногами схрестити зі звичними для нас непроникно-твердими і нудними плитами бруківці.
Отже, Biopaver - це збірна водопроникна система мощення вулиць, яка гарантує належний дренаж і навіть б'ється з забруднювачами.
Кожен камінь Biopaver складається з трьох основних компонентів: бетонна оболонка, розкладається мікроорганізмами пластиковий вкладиш (він потрібний при литві плити), ядро з компосту, ну і плюс целюлоза, різні добавки, і "стабілізатор грунту".
За задумом Хагермена, промисловість могла б поставляти такі блоки замість традиційних бетонних плит.
Ілюстрація проблеми: три середи - природна природа, передмістя і мегаполіс. Синій колір - проникнення дощової води в грунт, сірий - поверхневий слив, тобто, видалення води в інше місце, стрілка вгору - випаровування.
У центр цього блоку можна заздалегідь висівати насіння рослин.
Та не будь-яких, а тих видів, які краще інших вбирають і переробляють отрути з грунту, зокрема, продукти нафтового походження.
Робота звичайної закритою поверхні, проникного бетону і біобрусчаткі. Забруднення в першому випадку змиваються кудись, у другому - проникають у грунт, у третьому - вбираються, спеціально підібраними рослинами Джозеф згадує в цьому контексті важливість проблему міст - дренаж дощової води.
Не те, щоб хороша каналізація з цим не справлялася. Але винахідник вважає, що тут нам слід наближатися до природної картині дренажу - де більша частина води всмоктується в грунт.
У великих містах, затягнутих асфальтом, цей цикл порушений - воду виводять по зливовим стоків геть.
Три основні частини Biopaver: бетонна плитка, вкладиш з біодеградірующей пластмаси і компост
Починалося все це неподобство, до речі, С розкладається пластмаси, зразок якої потрапив до Хагермену випадково. Американець спочатку припускав застосувати таку пластмасу як просту і дружню природі форму для відливання бетонних прикрас. Потім його думка стала розвиватися в напрямку різного поєднання "екологічних" і "розкладаються" продуктів з бетоном і прийшла, врешті-решт, до ідеї, яка повинна сподобатися "багатомільярдної" бетонної промисловості.
Зараз проблему водовідведення подекуди вирішують викладкою водопроникних бетонних плиток, що вже краще глухий поверхні.
Так, на думку винахідника, буде виглядати результат заміни частини мостової і тротуару на блоки Biopaver
Так, на думку винахідника, буде виглядати результат заміни частини мостової і тротуару на блоки Biopaver. Але в цьому випадку забруднювачі грунту проникають в неї вільно. Хагермен додав "встановлений" шматок дуже поживного грунту і насіння рослин, переробних бруд.
Але в цьому випадку забруднювачі грунту проникають в неї вільно. Хагермен додав "встановлений" шматок дуже поживного грунту і насіння рослин, переробних бруд.
І ось - готове комплексне рішення проблеми. А те, що такі плитки можуть бути ще й прикрасою міст - побічний ефект.
Пам'ятайте травичку, яка пробивається між щілинами старих тротуарних плиток?
Винахідник Biopaver вважає, що потрібно заздалегідь "передбачати" вирощування подібних зелених "плям" прямо під нашими ногами.
§ 4. Рослини утилізатори
Багато вчених пропонує усувати екологічні проблеми за допомогою рослин. З ейхорнія, більш відомої в Росії під назвою водяний гіацинт, експериментують у новосибірському Інституті цитології і генетики СВ РАН. У невеликий басейн, зарослий соковитими темно-зеленими розетками ейхорнія, виливають отруйний розчин солей важких металів. Через п'ять днів беруть проби води - і в них немає ніяких слідів небезпечних речовин! Операцію повторюють знову і знову, збільшуючи концентрацію забруднювачів, але кожен раз дивна рослина з апетитом поглинає чергову порцію отрути без видимого збитку для себе.
Механізм накопичення шкідливих речовин в рослині - окрема наука. Про ейхорнія вчені поки точно знають тільки те, що в міжклітинному соку, який виступає у вигляді роси, ніякої отрути немає. Значить, метали і вся інша бруд накопичуються безпосередньо в клітинах. А, наприклад, стронцій і цезій рослина засвоює замість схожим за властивостями кальцію і магнію. Як би плутають. Ейхорнія потрібно дуже багато їжі - органіки, мінеральних солей, вуглецю.
Вчені так і не змогли визначити межу насичення водяної гіацинта солями кадмію та свинцю. За літературними даними, рослина здатна накопичувати в собі метали в концентрації, в 10 тисяч разів перевищує концентрацію у воді. За органічним видам забруднювачів показники ще дивніше, тому що в процесі очищення беруть участь не тільки сама рослина, але і численні мікроорганізми, які знаходять притулок в потужній плаваючою кореневій системі гіацинта.
Дуже невибаглива рослина стала на батьківщині справжнім бичем водойм. Але в наших широтах гіацинт не може вирватися з-під контролю людини, тому що не витримує холоду. Таке поєднання властивостей означає, що за допомогою ейхорнія відмінною можна створювати відмінні низьковитратні та енергозберігаючі біологічні фільтри для самих шкідливих виробництв.
Ця ідея особливо актуальна для Росії, де очисних споруд вкрай недостатньо або вони малоефективні.
Практична екологія в усьому світі найчастіше тримається на окремих ентузіастів, таких, наприклад, як начальник очисних споруд новосибірського свинокомплексу «Кудряшевскій» Анатолій Сівков. Десь він вичитав про дивовижні асенізаторські здібності амазонської ейхорнія, насилу роздобув кілька екземплярів рослин і спробував самостійно акліматизувати. Але тропічної дивина безумовно не сподобалося жити в Сибіру. Тоді Сівков звернувся за допомогою в академічній НДІ цитології і генетики. За справу взялися досвідчені рослинники - селекціонери Сергій Вепрев і Микола Нечипуренко. За пару років вони вивчали біологію і можливості водяного гіацинта. Тепер теплу частину року рослина трудиться на свинокомплексі, чудово очищаючи стічні води у ставках-накопичувачах, а на зиму йде у відпустку - живе в залитих світлом теплицях НДІ.
Вчені змушені утримувати в тепличних умовах «маточне стадо» ейхорнія, тому що поки не до кінця відпрацювали технологію отримання і пророщування насіння цієї рослини, - розповідає науковий керівник теми, директор Інституту цитології і генетики академії Володимир Галасливе .- Завдання виявилося нетривіальною: у природі водяний гіацинт має властивість саме - несумісності, тобто не може запилюватися власним пилком. Для запліднення потрібна пилок іншого, обов'язково неспорідненого примірника рослини. На Амазонці перенесенням пилку ейхорнія займається особливий вид бджіл, а в Інституті цитології - особисто Сергій Вепрев. Він вже вирішив проблему отримання повноцінного насіння, і ми сподіваємося, що скоро потреба в зимовій продержке рослин відпаде. Тоді розведення водяного гіацинта стане економічно вигідною справою навіть в умовах Сибіру. Якщо з'являться заможні замовники, ми зможемо зайнятися, наприклад, виведенням нових сортів ейхорнія із заздалегідь заданими властивостями.
Замовники не змусили себе довго чекати. Нещодавно договір з інститутом уклав Новосибірський аеропорт «Толмачова», який в останні роки бурхливо розвивається, і вже набув міжнародного статусу. Зараз тут впритул приступили до вирішення проблем утилізації шкідливих стоків. Один з найбільш неприємних забруднювачів - протизаморожувача рідина «Арктика - ДГ» на основі діетиленгліколю. Після обробки літаків на стоянках тонни цієї небезпечної речовини потрапляли в сніг, а потім неслися талими водами в річку Власіха, що впадає в Об. Тепер обладнана спеціальна площадка. Сніг з неї збирають і скидають у меліораційні канали, куди з початком теплих днів висаджують ейхорнія. Забруднена вода досить успішно очищається, хоча біологи наполягають, що для повної утилізації потрібно будувати спеціальний накопичувальний ставок.
Такі очисні споруди, крім усього іншого, надзвичайно красиві. Особливо коли ейхорнія цвіте своїми ліловими неоново сяючими кольорами. Накопичувальний ставок можна заховати під скляний дах, і тоді живий фільтр буде діяти цілий рік, очищаючи, наприклад, стічні води житлового селища.
«Нам би потрапити на челябінський« Маяк »чи ще на які-небудь об'єкти Мінатому, де є накопичувачі рідких виробничих відходів», - мріє Сергій Вепрев. На даний момент всі учасники цього експерименту мріють перевірити, як водяний гіацинт впорається з радіацією. Теоретично і ці забруднювачі мали перекочувати з розчину в зелену масу рослин, а її потім треба просто висушити, спресувати і зберігати як тверді відходи, за добре відпрацьованою і досить безпечної технології. Аналіз літератури показав, що використання рослин в якості утилізаторів дуже обмежено. Нами знайдено поки одну рослину. Решта розглядаються як рослини - індикатори, тобто вони не переробляють шкідливі речовини, а своїм зовнішнім виглядом вказують на їх високу концентрацію.
Висновок
На основі вивчених матеріалів ми прийшли до висновку, що для виходу з екологічної кризи людство має вирішити складний комплекс глобальних проблем, що загострюється з кожним роком. Воно повинно спрямувати достатні зусилля на зменшення забруднення повітряного басейну, вод, грунтів; активно розробляти екологічно безпечні технології, залучати до цього процесу ряд живих - утилізаторів, запобігати руйнування озонового шару, зменшити теплове забруднення землі. Живі утилізатори допомагають зробити людям великий крок вперед у вирішенні нехай деяких, але значущих екологічних проблем.
Серед утилізаторів особливе місце займають мікроорганізми, які схильні до більш детального вивчення з боку вчених. Тому що багато хто з них несуть певні зміни швидше ніж інші організми. Багато мікроорганізмів до яких відносяться і бактерії вже апробовані і активно знаходять своє місце в еколого-соціальній сфері життя людини.
Список літератури
1. Литинецкой І. Уроки природи. Ж-л. Людина і природа. Вид. «Знання» М.: 1985
2. Небел Б. Наука про навколишнє середовище. Т. 1. М.: Світ, 1993.
3. Одум Ю. Екологія. М.: Світ, 1986. Т. 1.; Т.2.
4. Розанов С. І. Загальна екологія: Підручник для технічних напрямів і спеціальностей. 3-тє вид., Стер. - СПб.: Видавництво «Лань», 2003 (Підручники для вузів. Спеціальна література).
5. Самахова І. Відмінний зелений утилізатор. Ж-л. Ломоносов липень-серпень 2003.
6. Смирнова Н.З. Екологічна Азбука. Красноярськ. Вид. КДПУ. Вид. «Бонус» 1996 ..
7. Степановских А. С. Екологія: Підручник для вузів. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
8. Хозін Г. Турбота всіх і кожного. Ж-л. Людина і природа. Вид. «Знання» М.: 1986.
9. Яблоков А.В., Остроумов С. О. Охорона живої природи. Проблеми і перспективи. М.: Лісова промисловість, 1983.
10. http://www.icg.sbras/ru Інститут цитології і генетики СВ РАН.
Досвід підземного вилуговування показав, що використання бактерій особливо ефективно на останній, завершальній стадії експлуатації рудників. На цьому етапі вони взагалі незамінні. Зазвичай у вироблених родовищах, як правило, ще залишається від 5 до 20 відсотків руди. Витягти її сучасними технічними засобами майже неможливо. Дістатися до цього підземного кладовища міді можна лише одним-єдиним шляхом - мобілізувавши багатомільярдну армію бактерій. Подібно працьовитим мурашкам або казковим гномам, вони будуть невтомно працювати, переводячи метал з невиробленим залишків руди в розчин. Так можна повернути, щонайменше, три чверті залишилися запасів мідної руди. Тридцять п'ять років тому закрилося родовище Південна Виклінка. Маркшейдери сказали - міді немає. Призвали на допомогу бактерії - почали отримувати десятки тонн металу. Таким же шляхом на мексиканському руднику зі старих, занедбаних вибоїв за один тільки рік було «вичерпати» 10 тисяч тонн міді.
У міру вироблення природних родовищ цінних копалин погляди фахівців все частіше і частіше звертаються до нагромадилися у шахт і рудників відвалам порід. Вже в перших дослідах бактерії і тут зарекомендували себе самими економними і невередливим металургами. За багато років у Мексиці на родовищі Кананеа біля шахт накопичилося близько 40 мільйонів тонн відвалів породи. Зміст міді в них мізерна - всього 0,2 відсотка. Відвали почали зрошувати шахтної водою, яка стікала потім в підземні резервуари. З кожного літра зібраної води бактерії витягли по три грами міді. У результаті - 650 тонн дорогого металу на місяць!
Методом вилуговування за допомогою мікроорганізмів можна добувати таке важливе в наш час паливо, як уран. Зазвичай він знаходиться в рудах в дуже невисокої концентрації. Тому для видобутку урану вигідні малоенергоємних методи. Уран може бути витягнутий за допомогою кислих розчинів, утворених бактеріальним окисленням сульфідів. Сама організація бактеріального вилуговування урану досить проста. Дробленую руду складають у штабелі на водотривкої майданчику, наприклад асфальтованої. Потім купи висотою до 2 метрів зволожують, і в них відбувається розвиток тіонових бактерій за рахунок наявних сульфідів. Приблизно за два роки відбувається вилуговування до 80 відсотків урану. При підземному вилуговуванні забалансірованную пірітізірованную уранову руду зрошують у виробках. Зрошують води викачують на поверхню, і уран виймають з розчину на іонообмінних смолах. Вода з сірчанокислим закисное залізом надходить в Прудка, де відбувається окислення заліза, і кислий розчин знову надходить на зрошення руди.
У природі порівняно рідко зустрічаються руди, що містять тільки який-небудь один метал. Найчастіше в них є цілий комплекс різних супутніх компонентів. Це відноситься майже до всіх поліметалічних руд кольорових металів і до багатьох інших корисних копалин. Так, наприклад, титаномагнетиту містять, крім заліза, титан і ванадій. У кам'яному вугіллі, залізних рудах знаходяться германій та інші розсіяні елементи. Народне господарство, зрозуміло, зацікавлене у максимально повному вилученні всіх цінних компонентів, що містяться в рудах, іншими словами, в організації комплексної переробки руд. Успішно вирішити цю великий народногосподарської важливості завдання можна знову ж таки з допомогою бактерій. І вчені ведуть цілеспрямований пошук в світі мікробів все нових і нових трудівників для біометаллургіі. Цинк, молібден, залізо, хром - такий зараз далеко не повний асортимент металів, що видобуваються мікроорганізмами у нас і за кордоном.
Алхіміки середньовіччя мріяли про філософський камінь, здатному перетворювати будь-які метали в золото. У наші дні вчені збираються видобувати золото за допомогою ... бактерій. На перший погляд така ідея і зараз може видатися фантастичною. І багато фахівців так і розцінювали її до самого останнього часу. Аргументи були вагомі. Золото - метал інертний, на нього не діють навіть концентровані кислоти. Тільки «царська горілка» (суміш соляної та азотної кислот) здолає чисте золото. Оскільки мікроорганізмам не під силу конкурувати з такою «пекельною сумішшю», їх терені діяльності, говорили скептики, мідні і залізні рудники. Але жива природа показала інше. І ось яким чином.
У Сенегалі на березі річки Іввари є золотоносний пагорб Іті. Родовище це промислового значення не має, так як розмір часток самородного золота н. е перевищує мікрона і щільність поклади надзвичайно мала. Лише місцеві золотошукачі, витрачаючи масу часу і сил, стоїчно продовжують копати і промивати землю, отримуючи в нагороду за свій воістину сізіфова праця мізерну кількість пилу жовтого металу. Здавалося б, за багато десятиліть, хоча і кустарної розробки золотоносної жили її худі запаси повинні були б вичерпатися. Але от диво! Золота жила Іті залишається невичерпною. Враження таке, ніби хтось весь час поповнює родовище запасами дорогоцінного металу. Р. Мартіне - директор Бюро геологічних вишукувань і шахт в Дакарі, дізнавшись про таємничу невичерпна золотоносної жили пагорба Іті, висловив припущення, що це результат діяльності мікробів.
Знайшли серед мікроорганізмів радянські вчені й таких «фахівців», які дозволяють вирішити одну давню і надзвичайно важливу виробничо-технологічну проблему у вугільній промисловості. Мова йде про новий метод - використання бактерій для запобігання підземних вибухів. На перший погляд це може здатися неймовірним, в дійсності ідея виявилася не такою вже утопічною.
У будь-якому родовищі вугілля знаходиться велика кількість метану, розсіяного у вугільній масі. За багато мільйонів років під дією геологічних факторів (тиску, стиснення і розриву порід) метан мігрує по пласту, заповнюючи всі порожнини, і знаходиться під підвищеним тиском. При промислової експлуатації родовищ вугілля порушується геологічна щільність шару, і часто відбуваються несподівані катастрофічні викиди. Виділяючись із тріщин і порожнин у вугіллі, метан при концентрації від 5 до 16 відсотків утворює з повітрям вибухову суміш, І тоді достатньо однієї іскри, щоб з оглушливим ревом по шахті прокотився вогненний смерч, руйнуючи все на своєму шляху.
Метан - газ без кольору і запаху. Як же виявити його присутність в атмосфері підземних виробок і видалити його з шахти?
У давнину можна було спостерігати таку картину. Людина, закутаний з ніг до голови в мокру Доху, бреде, вздовж вибою по всіх підземним закутках. В руках у нього палаючий факел, яким він водить на всі боки, опускає до підлоги, піднімає до склепіння. А навколо і попереду самотньо йде сміливця підстерігає смерть. Вона ховається в чорних, тьмяно поблискують пластах вугілля, повільно сочиться по дрібних порах і тріщинах. Людина повинна виявити і знешкодити її - така професія газожега, яка була, мабуть, однією з найнебезпечніших. Чи не пролунає вибух, повернеться факельник - можна і уголек брати. А часто не повертався ...
Інших способів виявити наявність в шахті метану в старовину не було. Йти в газожегі людей змушувала потреба. Професія ця зникла лише тоді, коли «індикаторами» стали служити канарки. Ці птахи, дуже чуйно реагують на недолік кисню, за багато років врятували чимало шахтарських життів. Пізніше на зміну канаркам прийшла шахтарська бензинова лампа: за наявності метану над її полум'ям з'являвся блакитнуватий ореол.
Поки в лаві орудували обушком, метану виділялося порівняно мало. Але з'явився комбайн, здатний щодоби давати тисячі тонн вугілля. При такому руйнуванні пласта газу стало виділятися незмірно більше. Підступний невидимий ворог підстерігав шахтарів буквально за кожним рогом. Як же боротися з ним? Самий «старий з нових» способів - дегазація. У вугільному пласті бурять свердловини і закачують туди під великим тиском воду з домішками поверхнево-активних речовин. Мета цієї операції - розширити тріщини і пори у вугіллі і створити нові. Крім того, що полегшується вирубка вугілля, по тріщинах і порах метан активно виходить з пласта. А тут його вже «чекають» вакуумні насоси, які відсмоктують газ на поверхню. Цим способом можна видалити до 45 відсотків метану з вугільного пласта. А інші 55 відсотків? Щоб вони не стали причиною аварії, вчені перепробували ряд способів. Але всі вони виявилися малоефективними. Так, наприклад, автоматична система газового захисту - АГЗ, своєчасно виявляє вихід метану з пласта, що сигналізує про небезпеку, не рятує від викиду, не ліквідує саму небезпеку. Рішення проблеми підказали ... бактерії.
Ще на початку нашого століття були відкриті бактерії, що харчуються метаном в суміші з повітрям. Вони охоче поїдають метан у будь-якої концентрації, навіть у найбільш вибухонебезпечної. Зрозуміло, таке цінне якість не могло залишитися непоміченим. І вже в 30-х роках вчені почали думати, як використовувати ці бактерії для боротьби з підступним газом. Перші експерименти були проведені в 1937 році професором А. Юровським. Але подальшій роботі перешкодила війна. Про бактеріях, що поїдають метан, згадали лише через 37 років.
Вчені Московського гірничого інституту під керівництвом члена-кореспондента АН СРСР В. Ржевського, докторів технічних наук А. Бурчакова, Е. Москаленка, Н. Ножкіна розробили мікробіологічний метод боротьби з метаном і успішно випробували його в 1974 році на ряді шахт Донецького басейну. Технологія нового методу досить проста.
У вугільному пласті буряться свердловини на відстані 10 метрів один від одного, і в них нагнітається під тиском мінералізований водний розчин - живильне середовище разом з бактеріями. Бактерії поширюються по тріщинах і порах, де скупчується метан, але до «роботи» поки не приступають: для цього їм потрібне повітря. Він закачується в свердловини безперервно протягом тривалого часу - від п'ятнадцяти діб до півтора місяців, залежно від кількості газу. І весь цей час бактерії розмножуються і поїдають метан. Потім вода відкачується, гірські вироблення продуваються, і можна цілком безпечно добувати вугілля.
Застосування цього методу гарантує ліквідацію всього метану в пластах, пiдготовленi до експлуатації.
Що ж, в біотехнології, як і в будь-якій новій технології, ніколи не буде гарантії нульового ризику. Просто сучасні знання дозволяють вченим стверджувати, що мікроорганізми можна з успіхом застосовувати для очищення багатостраждальної природи від токсичних сполук.
Перевага мікроорганізмів при очищенні від нафтопродуктів вдалося продемонструвати в
Ліквідація наслідків катастрофи обійшлася в 2 млрд. дол До механічної очистки узбережжя залучили 11 тис. робітників і дороге обладнання. Паралельно для очищення берега в грунт внесли азотне добриво, що сприяло розвитку природних мікробних спільнот. Це в 5 разів прискорило розкладання нафти. У результаті забруднення, наслідки якого, за розрахунками, позначалися б і через 10 років, в основному усунули за 2 роки. Витрати на біоочищення не перевищили 1 млн. дол
Однак мікробам і самим потрібна допомога. Скажімо, їм належить розкладати вуглеводні нафти, але для поліпшення «апетиту» їм не вистачає, наприклад, азоту, фосфору або кисню (нафтова плівка може перекрити доступ кисню). Значить, потрібно забезпечити їх тим, чого їм бракує: киснем і вологою, зорав і полив землю. Використовують і біопрепарати на основі мікроорганізмів, що розкладають різні вуглеводні. Їх заорюють у грунт або розпилюють у вигляді водних суспензій. Нарешті, третій підхід, який виглядає найбільш перспективним, - спільне використання рослин і мікроорганізмів. Рослини допомагають мікроорганізмам, забезпечуючи їх кореневими виділеннями, які містять потрібні поживні речовини, а мікроби, у свою чергу, допомагають рослинам засвоювати ті речовини, які без них рослинам засвоїти було б нелегко. Додаткова робота, як правило, невелика - насіння просто запилюють біопрепаратами. На проростаючих насінні починають розвиватися мікроорганізми, і в них набагато більше шансів влаштуватися на коренях рослин, ніж у конкурентів. Багато рослин ефективно акумулюють важкі метали, «висмоктуючи» їх з грунту. Мікроорганізми зробити це не можуть, хоча часто сприяють поглинанню токсинів. Система «мікроби - рослини» очищає грунт і від органіки, і від важких металів. Так очищали грунту і від миш'яку та інших токсичних сполук.
Цей підхід до очищення навколишнього середовища швидко розвивається. При розсіяних забрудненнях (нафтопродукти, пестициди, тринітротолуол, яким забруднені численні полігони та стрільбища) йому просто немає альтернативи. З'ясувалося, що й рослини переробляють органічні сполуки (колись це вважалося неможливим). Все частіше і хімічні засоби захисту рослин замінюють мікробіологічними, використовуючи замість отрутохімікатів мікроорганізми, стимулюють ріст рослин і захищають їх від хвороб і шкідників.
На відміну від промислової біотехнології, де всі параметри технологічного процесу суворо контролюються, при використанні мікробів для очищення навколишнього середовища такий контроль утруднений. Це завжди «ноу-хау», свого роду мистецтво, яке передбачає не тільки найвища майстерність, але і особливий дар. Тому боротися з нафтовими розливами повинні не підрозділи МНС, військові або добровольці з мішками та лопатами, а спеціальні структури, створені при всіх компаніях, що займаються видобутком, транспортуванням або переробкою нафти. Якщо компанія не в змозі гарантувати, що здатна самостійно впоратися з будь-якою аварією, яка може виникнути в процесі її діяльності, їй не можна працювати з нафтою. Ця вимога може здатися занадто жорстким, але тільки його беззаперечне виконання залишає надію на те, що ми зуміємо перемогти збільшення забруднення біосфери, а не вона нас.
Одним з найважливіших питань проблеми відходів є вишукування найбільш ефективних методів і засобів очищення, знешкодження та утилізації побутових і виробничих стічних вод, які в усіх промислово розвинених країнах є основними джерелами забруднення природних водойм і атмосфери. Про гостроту, масштабності завдання говорять такі дані: щорічний водозабір з природних джерел господарсько-побутові потреби в даний час в усьому світі становить 3,5 тисячі кубічних кілометрів, а обсяг води, забруднюють промислово-побутовими стоками, дорівнює 6 тисячам кубічних кілометрів.
У промислових стічних водах міститься безліч компонентів, вельми небезпечних для людини: канцерогенні речовини, фторовані вуглеці, біоциди, важкі метали, шлами різних виробничих процесів. Однією з основних тенденцій у сучасній світовій практиці є розробка методів очищення стічних вод з повторним їх використанням у технологічних процесах (оборотне водопостачання).
Невисока ефективність застосовуваних індустріальних методів очищення промислових вод, що вимагають великих капітальних витрат і експлуатаційних витрат, спонукала вдатися до допомоги мікроорганізмів, зайнятися розробкою і впровадженням дешевих, малоенергоємних і надійних біологічних і біохімічних методів очищення.
За останнє десятиліття запропоновано досить велике число біохімічних методів очищення стічних вод. У загальному вигляді біохімічну очистку умовно розділити на дві стадії, що протікають одночасно, але з різною швидкістю адсорбції із стічних вод тонкодисперсних і розчинних домішок органічних і неорганічних речовин поверхнею тіла мікроорганізмів і руйнування адсорбованих речовин всередині клітини мікроорганізмів при протікають в ній біохімічних процесах (окислення, відновлення ). Обидві стадії можуть відбуватися як в аеробних, так і в анаеробних умовах.
Оригінальний метод знищення пластмасової тари розробляють шведські вчені. Вони виводять спеціальні бактерії, якими буде «заражатися» пластмаса при виготовленні. Деякий час бактерії повинні знаходитися в стані спокою, а коли тара буде викинута, під впливом навколишнього середовища вони активізуються і зруйнують пластмасу ...
Поки світ мікробів вивчений набагато гірше, ніж світ тварин і рослин. Без ризику помилитися, можна стверджувати, що мікробіологам сьогодні відомо не більше десятої частки видів мікроорганізмів, що населяють водойми і грунт.
Науковий пошук корисних бактерій, яких треба було б «приручити», змусити працювати на людину в різних областях його практичної діяльності, по суті, тільки починається. Належить виділити і вивчити десятки і сотні нових видів, які раніше було неможливо знайти на поживних середовищах, що застосовувалися з часів Луї Пастера і Роберта Коха-
Однією з найважливіших проблем найближчого майбутнього є виведення мікробів «домашніх порід», що володіють підвищеною активністю. Виходячи з цього, вчені планують провести в найближчі роки велику роботу по окультурення «диких» форм мікробів і створення нових, більш корисних культур шляхом радіаційних і хімічних мутацій і гібридизації. По ефективності та продуктивності вони будуть, як вважають мікробіологи, в сотні разів перевершувати своїх «диких» побратимів. Вони зможуть виконувати функції, не властиві ні одному природному мікроби, і виконувати їх направлено.
§ 3. Майбутнє мікроорганізмів
У недалекому майбутньому реально постане питання про управління ценозах (живими спільнотами) як на полях, так і в «дикою» природі і в невидимому світі мікробів.
Вже створені математичні моделі, що описують взаємини організмів в угрупованнях. А це - перший крок до управління ценозах.
Нью-йоркський винахідник знайшов нескладний спосіб зробити життя в містах трохи чистіше і ближче до природи. Він спробував уявити, що буде, якщо природну грунт під ногами схрестити зі звичними для нас непроникно-твердими і нудними плитами бруківці.
Отже, Biopaver - це збірна водопроникна система мощення вулиць, яка гарантує належний дренаж і навіть б'ється з забруднювачами.
Кожен камінь Biopaver складається з трьох основних компонентів: бетонна оболонка, розкладається мікроорганізмами пластиковий вкладиш (він потрібний при литві плити), ядро з компосту, ну і плюс целюлоза, різні добавки, і "стабілізатор грунту".
За задумом Хагермена, промисловість могла б поставляти такі блоки замість традиційних бетонних плит.
Ілюстрація проблеми: три середи - природна природа, передмістя і мегаполіс. Синій колір - проникнення дощової води в грунт, сірий - поверхневий слив, тобто, видалення води в інше місце, стрілка вгору - випаровування.
У центр цього блоку можна заздалегідь висівати насіння рослин.
Та не будь-яких, а тих видів, які краще інших вбирають і переробляють отрути з грунту, зокрема, продукти нафтового походження.
Робота звичайної закритою поверхні, проникного бетону і біобрусчаткі. Забруднення в першому випадку змиваються кудись, у другому - проникають у грунт, у третьому - вбираються, спеціально підібраними рослинами Джозеф згадує в цьому контексті важливість проблему міст - дренаж дощової води.
Не те, щоб хороша каналізація з цим не справлялася. Але винахідник вважає, що тут нам слід наближатися до природної картині дренажу - де більша частина води всмоктується в грунт.
У великих містах, затягнутих асфальтом, цей цикл порушений - воду виводять по зливовим стоків геть.
Три основні частини Biopaver: бетонна плитка, вкладиш з біодеградірующей пластмаси і компост
Починалося все це неподобство, до речі, С розкладається пластмаси, зразок якої потрапив до Хагермену випадково. Американець спочатку припускав застосувати таку пластмасу як просту і дружню природі форму для відливання бетонних прикрас. Потім його думка стала розвиватися в напрямку різного поєднання "екологічних" і "розкладаються" продуктів з бетоном і прийшла, врешті-решт, до ідеї, яка повинна сподобатися "багатомільярдної" бетонної промисловості.
Зараз проблему водовідведення подекуди вирішують викладкою водопроникних бетонних плиток, що вже краще глухий поверхні.
Так, на думку винахідника, буде виглядати результат заміни частини мостової і тротуару на блоки Biopaver
Так, на думку винахідника, буде виглядати результат заміни частини мостової і тротуару на блоки Biopaver. Але в цьому випадку забруднювачі грунту проникають в неї вільно. Хагермен додав "встановлений" шматок дуже поживного грунту і насіння рослин, переробних бруд.
Але в цьому випадку забруднювачі грунту проникають в неї вільно. Хагермен додав "встановлений" шматок дуже поживного грунту і насіння рослин, переробних бруд.
І ось - готове комплексне рішення проблеми. А те, що такі плитки можуть бути ще й прикрасою міст - побічний ефект.
Пам'ятайте травичку, яка пробивається між щілинами старих тротуарних плиток?
Винахідник Biopaver вважає, що потрібно заздалегідь "передбачати" вирощування подібних зелених "плям" прямо під нашими ногами.
§ 4. Рослини утилізатори
Багато вчених пропонує усувати екологічні проблеми за допомогою рослин. З ейхорнія, більш відомої в Росії під назвою водяний гіацинт, експериментують у новосибірському Інституті цитології і генетики СВ РАН. У невеликий басейн, зарослий соковитими темно-зеленими розетками ейхорнія, виливають отруйний розчин солей важких металів. Через п'ять днів беруть проби води - і в них немає ніяких слідів небезпечних речовин! Операцію повторюють знову і знову, збільшуючи концентрацію забруднювачів, але кожен раз дивна рослина з апетитом поглинає чергову порцію отрути без видимого збитку для себе.
Механізм накопичення шкідливих речовин в рослині - окрема наука. Про ейхорнія вчені поки точно знають тільки те, що в міжклітинному соку, який виступає у вигляді роси, ніякої отрути немає. Значить, метали і вся інша бруд накопичуються безпосередньо в клітинах. А, наприклад, стронцій і цезій рослина засвоює замість схожим за властивостями кальцію і магнію. Як би плутають. Ейхорнія потрібно дуже багато їжі - органіки, мінеральних солей, вуглецю.
Вчені так і не змогли визначити межу насичення водяної гіацинта солями кадмію та свинцю. За літературними даними, рослина здатна накопичувати в собі метали в концентрації, в 10 тисяч разів перевищує концентрацію у воді. За органічним видам забруднювачів показники ще дивніше, тому що в процесі очищення беруть участь не тільки сама рослина, але і численні мікроорганізми, які знаходять притулок в потужній плаваючою кореневій системі гіацинта.
Дуже невибаглива рослина стала на батьківщині справжнім бичем водойм. Але в наших широтах гіацинт не може вирватися з-під контролю людини, тому що не витримує холоду. Таке поєднання властивостей означає, що за допомогою ейхорнія відмінною можна створювати відмінні низьковитратні та енергозберігаючі біологічні фільтри для самих шкідливих виробництв.
Ця ідея особливо актуальна для Росії, де очисних споруд вкрай недостатньо або вони малоефективні.
Практична екологія в усьому світі найчастіше тримається на окремих ентузіастів, таких, наприклад, як начальник очисних споруд новосибірського свинокомплексу «Кудряшевскій» Анатолій Сівков. Десь він вичитав про дивовижні асенізаторські здібності амазонської ейхорнія, насилу роздобув кілька екземплярів рослин і спробував самостійно акліматизувати. Але тропічної дивина безумовно не сподобалося жити в Сибіру. Тоді Сівков звернувся за допомогою в академічній НДІ цитології і генетики. За справу взялися досвідчені рослинники - селекціонери Сергій Вепрев і Микола Нечипуренко. За пару років вони вивчали біологію і можливості водяного гіацинта. Тепер теплу частину року рослина трудиться на свинокомплексі, чудово очищаючи стічні води у ставках-накопичувачах, а на зиму йде у відпустку - живе в залитих світлом теплицях НДІ.
Вчені змушені утримувати в тепличних умовах «маточне стадо» ейхорнія, тому що поки не до кінця відпрацювали технологію отримання і пророщування насіння цієї рослини, - розповідає науковий керівник теми, директор Інституту цитології і генетики академії Володимир Галасливе .- Завдання виявилося нетривіальною: у природі водяний гіацинт має властивість саме - несумісності, тобто не може запилюватися власним пилком. Для запліднення потрібна пилок іншого, обов'язково неспорідненого примірника рослини. На Амазонці перенесенням пилку ейхорнія займається особливий вид бджіл, а в Інституті цитології - особисто Сергій Вепрев. Він вже вирішив проблему отримання повноцінного насіння, і ми сподіваємося, що скоро потреба в зимовій продержке рослин відпаде. Тоді розведення водяного гіацинта стане економічно вигідною справою навіть в умовах Сибіру. Якщо з'являться заможні замовники, ми зможемо зайнятися, наприклад, виведенням нових сортів ейхорнія із заздалегідь заданими властивостями.
Замовники не змусили себе довго чекати. Нещодавно договір з інститутом уклав Новосибірський аеропорт «Толмачова», який в останні роки бурхливо розвивається, і вже набув міжнародного статусу. Зараз тут впритул приступили до вирішення проблем утилізації шкідливих стоків. Один з найбільш неприємних забруднювачів - протизаморожувача рідина «Арктика - ДГ» на основі діетиленгліколю. Після обробки літаків на стоянках тонни цієї небезпечної речовини потрапляли в сніг, а потім неслися талими водами в річку Власіха, що впадає в Об. Тепер обладнана спеціальна площадка. Сніг з неї збирають і скидають у меліораційні канали, куди з початком теплих днів висаджують ейхорнія. Забруднена вода досить успішно очищається, хоча біологи наполягають, що для повної утилізації потрібно будувати спеціальний накопичувальний ставок.
Такі очисні споруди, крім усього іншого, надзвичайно красиві. Особливо коли ейхорнія цвіте своїми ліловими неоново сяючими кольорами. Накопичувальний ставок можна заховати під скляний дах, і тоді живий фільтр буде діяти цілий рік, очищаючи, наприклад, стічні води житлового селища.
«Нам би потрапити на челябінський« Маяк »чи ще на які-небудь об'єкти Мінатому, де є накопичувачі рідких виробничих відходів», - мріє Сергій Вепрев. На даний момент всі учасники цього експерименту мріють перевірити, як водяний гіацинт впорається з радіацією. Теоретично і ці забруднювачі мали перекочувати з розчину в зелену масу рослин, а її потім треба просто висушити, спресувати і зберігати як тверді відходи, за добре відпрацьованою і досить безпечної технології. Аналіз літератури показав, що використання рослин в якості утилізаторів дуже обмежено. Нами знайдено поки одну рослину. Решта розглядаються як рослини - індикатори, тобто вони не переробляють шкідливі речовини, а своїм зовнішнім виглядом вказують на їх високу концентрацію.
Висновок
На основі вивчених матеріалів ми прийшли до висновку, що для виходу з екологічної кризи людство має вирішити складний комплекс глобальних проблем, що загострюється з кожним роком. Воно повинно спрямувати достатні зусилля на зменшення забруднення повітряного басейну, вод, грунтів; активно розробляти екологічно безпечні технології, залучати до цього процесу ряд живих - утилізаторів, запобігати руйнування озонового шару, зменшити теплове забруднення землі. Живі утилізатори допомагають зробити людям великий крок вперед у вирішенні нехай деяких, але значущих екологічних проблем.
Серед утилізаторів особливе місце займають мікроорганізми, які схильні до більш детального вивчення з боку вчених. Тому що багато хто з них несуть певні зміни швидше ніж інші організми. Багато мікроорганізмів до яких відносяться і бактерії вже апробовані і активно знаходять своє місце в еколого-соціальній сфері життя людини.
Список літератури
1. Литинецкой І. Уроки природи. Ж-л. Людина і природа. Вид. «Знання» М.: 1985
2. Небел Б. Наука про навколишнє середовище. Т. 1. М.: Світ, 1993.
3. Одум Ю. Екологія. М.: Світ, 1986. Т. 1.; Т.2.
4. Розанов С. І. Загальна екологія: Підручник для технічних напрямів і спеціальностей. 3-тє вид., Стер. - СПб.: Видавництво «Лань», 2003 (Підручники для вузів. Спеціальна література).
5. Самахова І. Відмінний зелений утилізатор. Ж-л. Ломоносов липень-серпень 2003.
6. Смирнова Н.З. Екологічна Азбука. Красноярськ. Вид. КДПУ. Вид. «Бонус» 1996 ..
7. Степановских А. С. Екологія: Підручник для вузів. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
8. Хозін Г. Турбота всіх і кожного. Ж-л. Людина і природа. Вид. «Знання» М.: 1986.
9. Яблоков А.В., Остроумов С. О. Охорона живої природи. Проблеми і перспективи. М.: Лісова промисловість, 1983.
10. http://www.icg.sbras/ru Інститут цитології і генетики СВ РАН.