vide

SATURA RĀDĪTĀJS

1.IEVADS

Jau kopš dzīvības izcelšanās dzīvās būtnes sāka ietekmēt dabā noritošos procesus, iespaidojot gan vielu, gan enerģijas plūsmas. Visu šo procesu rezultātā dzīvība uz Zemes aktīvi piedalās savas dzīves vides veidošanā. Par īpaši nozīmīgu uzskatāma dzīvo organismu ietekme uz gaisa vidi- atmosfēru. Dzīvo organismu darbības rezultātā (vispirms fotosintēzes rezultātā) ir izveidojies pašreizējais atmosfēras sastāvs, kas no otras puses nosaka Zemes klimatu, dzīvības pastāvēšanu tās esošajās formās. Vienlaikus atzīmējams tas, ka tad, kad kādu faktoru ietekmē apkārtējā vide kļuva nelabvēlīga dzīvo or

r
rganismu attīstībai, tie nenovēršami tika nolemti bojāejai vai arī izmainījās to kopienu struktūra. Vides piesārņojums, kas spēj apdraudēt mūsu planētu, un cilvēces pastāvēšanai vitāli nepieciešamo resursu milzīgie patēriņa apjomi ir kļuvuši par vienu no nozīmīgām problēmām, ar kurām cilvēce saskaras mūsdienās. Līdz ar to rodas nepieciešamība sabalansēt sociālās vides un ekonomikas attīstību, nodrošinot vides aizsardzību tā, lai novērstu ekoloģiskās katastrofas draudus cilvēces pastāvēšanai. To, kā tas sasniedzams, aplūko ilgtspējīgas attīstības koncepcija. Vides aizsardzības nepieciešamības apzināšanās, globālās, reģionālās un lokālās vides pr
r
roblēmas, kā arī esošo resursu (neatjaunojamo, vispirms enerģētisko) izsmelšanas draudi radīja nepieciešamību pārvērtēt vēlmi nodrošināt augstus ekonomiskās attīstības tempus, esošos patēriņa modeļus ar acīmredzamo nepieciešamību pasargāt vidi. Kaut arī nepastāv vienotas izpratnes par ilgtspējīgas attīstības kritērijiem, lielākā daļa tās definīciju pa
a
amatojas uz idejām, kuras izteiktas “ilgtspējīga attīstība ir attīstība, kura apmierina pašreizējās paaudzes vajadzības, neradot draudus nākamajām paaudzēm apmierināt to vajadzības”.

Lielā mērā ilgtspējīgas attīstības jēdziena pamatā ir vides jautājumu ietekmes uz cilvēces attīstību apzināšanās. Tradicionālais antropocentriskās sabiedrības attīstības modelis balstās uz pieņēmumu, ka ekonomiskā attīstība nav limitēta un dabas bagātības ir neizsmeļamas. Taču 20. gadsimtā pierādījās, ka cilvēka nelabvēlīgās ietekmes uz vidi (vispirms rūpnieciskās un lauksaimnieciskās ražošanas, kā arī sadzīves atkritumu uzkrāšanās), var padarīt cilvēka dzīves vidi par neizmantojamu, kā arī var novest pie visai straujas resursu (vispirms neatjaunojamo) izsmelšanas vai arī to kvalitātes pazemināšanos. Cilvēka nelabvēlīgās ietekmes uz vidi var izpausties gan lokāli (piemēram, atkritumu uzkrāšanās un augsnes un pazemes ūdeņu piesārņošana), reģionāli (piemēram, skābo nokrišņu veidošanās, jūru piesārņojums), kā
ā
ā arī globāli (globālās pasiltināšanās draudi, ozona koncentrācijas stratosfērā pazemināšanās). Var tikt ietekmēta ne tikai cilvēku veselība, kas dzīvo piesārņotā vidē, nākamo paaudžu veselība, bet var tikt ietekmēti arī citi dzīvie organismi, biosfēra, atmosfēra un uz Zemes noritošo procesu kopums. Zinātniski tehniskā progresa rezultātā cilvēka darbība mūsdienās ir kļuvusi par tik aktīvu apkārtējās vides veidojošu faktoru, kāds nav pastāvējis kopš dzīvības rašanās uz Zemes. Lielā mērā cilvēka darbība spēj apdraudēt paša cilvēka izdzīvošanu. Līdz ar to izveidojusies situācija prasa aktīvu ie
ejaukšanos ap
pkārtējās vides atveseļošanā. Taču šo jautājumu risināšanai nepieciešamas zināšanas par vielu īpašībām un to pārvērtībām, t.i., priekšstats par ķīmiskajām vielām un to īpašībām apkārtējā vidē.

Attēls 1. Piesārņoti ūdeņi pie atkritumu izgāztuves.

Vielu ķīmisko īpašību un pārvērtības procesu izpratne uzskatāma par būtisku posmu, lai novērtētu un spētu analizēt vielu iedarbību uz dzīvajiem organismiem un ekosistēmām. Šajā sakarībā var atzīmēt to, ka tieši ar vides piesārņojuma bīstamības izpratni saistās jēdziena “vides aizsardzība” attīstība. Nenoliedzot bioloģiskās daudzveidības saglabāšanas nepieciešamību, augsnes erozijas, atsevišķu ekosistēmu apdraudētības nozīmi vides izpratnes veidošanās procesā, tieši vides piesārņojuma jēdzienam ir piešķirama īpaša vērība, jo pastāv tieša un acīmredzama saistība starp vides piesārņojumu un tā ietekmi uz katra cilvēka veselību, pārtikas kvalitāti, cilvēces kultūras mantojumu. Vides degradācija tās piesārņojuma rezultātā var izpausties kā tieši, materiāli novērtējami zaudējumi, piemēram, nozvejas, mežu platību samazināšanās, profesionālās saslimstības pieaugums un citi procesi, kas aktuāli valsts un vides politikas izveidē. No otras puses, vides piesārņojuma izpētes aktualitāti nosaka tā lielā ietekme uz cilvēku veselību. Piesārņojošo vielu klātbūtne pilsētu gaisā ir izsaukusi smogu un ir cēlonis astmas un dažādu alerģisku saslimstību skaita pieaugumam. Daudzas potenciāli indīgas vielas tiek izmantotas gan sadzīvē, gan arī var piesārņot vidi darba procesā.

Vides ķīmija ir 20.gs. zinātne, un tās pamatuzdevums ir Zemes garozas, pārējo ģeosfēru, kā arī citu kosmisko ķermeņu atomu vēstures pētījumi, izmantojot ķīmijas pētījumu metodes. Vides ķīmija pētī Zemes un tās komponentu – iežu, ūdens, gāzu, dzīvās vielas sastāvu, noskaidro ķīmisko elementu, to atomu, jonu, asociāciju izplatības un migrācijas likumsakarības. Kopā ar atomfiziku vides ķīmija pētī ķīmisko elementu izcelšanās problēmas, kopā ar bioloģiju – organisko vielu un tās līdzdalību minerālu, iežu, augšņu, citu dabas objektu veidošanā. Paralēli vides ķīmijai ir attīstījusies kosmoķīmija. Tātad, vides ķīmija aplūko divas nozīmīgas mūsdienu zinātnes problēmas- vides aizsardzības jautājumus un Zemes dzīļu resursu veidošanās likumsakarības to praktiskās nozīmes un ieguves iespēju izpētei. Tradicionāli vides ķīmijas izpētes objekts ir elementu sadalījums Zemē un to veidojošajās daļās: atmosfērā, litosfērā, mantijā, kodolā. Vienlaikus vides ķīmija līdzīgi pēta ārpuszemes objektus- meteorītus, planētas, zvaigznes. Vides ķīmija tās attīstības sākotnējā fāzē vispirms bija aprakstoša zinātne, bet mūsdienās tās pētījumu objekts vispirms ir procesi un reakcijas, kas katrā konkrētajā laika momentā nosaka to vai citu Zemes objektu sastāva veidošanos.

Moderno vides ķīmiju vispirms raksturo ķīmijas zināšanu un metožu izmantošana ģeoloģijas un ģeogrāfijas sfērā- vides sastāva un tajā noritošo procesu aprakstam un izpētei. No otras puses, vides ķīmija jūtami bagātina ķīmiju un palīdz attīstīt jaunas pieejas šajā zinātnes jomā. Galvenais, ko vides ķīmijas metodes sniedz ķīmijā ir izpratne par Zemes sastāva nepastāvīgumu un evolūciju. Zemes patreizējais stāvoklis ir tikai viena stadija tās attīstības procesā, kuru ietekmē ļoti daudzi faktori. Ņemot vērā vides ķīmijas izpētes objekta sastāvu un šajās vidēs noritošo procesu savdabību, tie ir visai tāli no tām vidēm un reakcijām, kas tipiskas ķīmijas pētījumos. Reakcijas Zemes dzīlēs norit pie liela spiediena (> 1011 Pa) un augstas temperatūras (> 1000 0 C). Šie procesi ir arī lēni (to norises laiks var būt miljoni gadu). Tas apgrūtina eksperimentu veikšanu, kas ir pamatā reakciju un vielu izpētei ķīmijā kā eksperimentālā zinātnē. Tātad, vides ķīmija bagātina arī ķīmiju un tajā izmantotās metodes.

Vides ķīmijas sākotnējā izpratnē procesu ilgums ievērojami pārsniedza cilvēka mūža garumu, un līdz ar to ilgu laiku pastāvēja uzskats, ka cilvēka ietekme uz Zemes sastāvu ir minimāla. Ražošanas attīstība un cilvēku skaita pieaugums parādīja šīs domas kļūdainumu. Ir pierādījies, ka cilvēks ir būtiski mainījis Zemes veidolu, spējot ietekmēt elementu aprites procesus un ietekmējot to saturu uz Zemes pat tādā mērā, ka šīs ietekmes var padarīt Zemi par neizmantojamu cilvēkam. Cilvēka vajadzības pēc materiāliem un enerģijas sedz izejvielas, kas tiek iegūtas no litosfēras. Vienlaikus šīs vielas pēc to izmantošanas iesaistās dažādos to aprites ciklos. Līdz ar to cilvēka iedarbība paātrina ķīmiskos procesus. Vēl lielāka ir dzīvības kā tādas ietekme uz ģeoloģiskajiem un ģeoķīmiskajiem procesiem vidē. Dzīvie organismi uztur patreizējo atmosfēras un hidrosfēras sastāvu un būtiski ietekmē ķīmiskos procesus vidē.

2.ĶĪMISKIE ELEMENTI

Zeme un citi kosmiskie ķermeņi sastāv no ķīmiskajiem elementiem un to elementārdaļiņām, ķīmiskie elementi sastopami arī starpzvaigžņu telpā. Elementu skaits ir samērā neliels, bet tie veido visas dabā zināmās vienkāršās un komplicētās vielas.

Attēls 2. Elementu periodiskā tabula

Pašlaik ir atklāti 108 ķīmiskie elementi, 105 no tiem ir savi nosaukumi un ķīmisks raksturojums. Uz Zemes dabā atrodami 89 (pēc dažu autoru domām 93) elementi, pārējie ir iegūti mākslīgi. Klasiskās Mendeļējeva periodiskās sistēmas (attēls 2) ietvaros (92 elementi) pēc hafnija (1923.g) un rēnija (1925.g.) atklāšanas bija palikušas četras tukšas vietas ar atomnumuriem 43, 61, 85 un 87. Trīs pirmo tolaik vēl neatklāto elementu eksistenci prognozēja jau Mendeļējevs, dodot tiem nosaukumus ekamangāns, ekajods un ekacēzijs. To meklējumi Zemes objektos beidzās nesekmīgi, bet vēlāk šie elementi tika iegūti mākslīgi un nosaukti par tehnēciju (1937.g.), prometiju (1947.g.), astatu (1940.g.) un franciju (1939.g.). Piecdesmito gadu sākumā tehnēcijs (Tc) tika atklāts Saules atmosfērā un dažu zvaigžņu spektros. Amerikāņu ģeoķīmiķis Mūrs uzskata, ka Tc ir iespējams arī Zemes garozā – ar urāna minerāliem paraģenētiski saistītos molibdenītos, kur tas varētu rasties no molibdēna kodoliem neitronu starojuma iespaidā. 1944.g. uz Zemes tika konstatēts astats (At) ar pussabrukšanas periodu 7,5 stundas kā polonija (Po) radioaktīvo izmaiņu produkts. Drīz pēc francija (Fr) mākslīgās iegūšanas tas tika konstatēts arī dabiskajās aktīnija (Ac) radioaktīvās sabrukšanas rindās ar pussabrukšans periodu 21 min. Tādējādi uz Zemes būtībā nav konstatēts tikai prometijs (Pm), lai gan daudzi ķīmiķi apšauba arī datus par pārējiem augšminētajiem elementiem.

Par mākslīgi iegūtajiem transurāna elementiem pastāv tēlains izteiciens, ka tie ir it kā augšāmcēlušies dabā sen mirušo urāna (U), protaktīnija (Pa) un torija (Th) vecāki. Pats ilgmūžīgākais no transurāna elementiem ir neptūnijs (Np), kura pussabrukšanas periods ir tuvs 2 milj. gadu. Neptūnijs (Nr.93) tika atklāts 1940. gadā un nosaukts pēc planētas Neptūns, kura Saules sistēmā atrodas aiz Urāna (Nr.92), gadu vēlāk tika radīts elements Nr.94 – plutonijs (Pu), kurš savukārt ieguva vārdu no nākošās planētas Plutona. Abi šie elementi vēlāk tika konstatēti urāna piķa rūdā un dažos monacītos, kur tie veidojas neitronu reakcijās ar atomu kodoliem, to koncentrācijas attiecība pret U koncentrāciju ir 1,8.10-12. Ir parādījušās ziņas par to, ka dažos kosmiskajos ķermeņos konstatēti arī citi transurāna elementi – amerīcijs (Am), kirijs (Cm), berklijs (Bk), kalifornijs (Cf), līdz ar to var uzskatīt, ka kosmosā līdz šim pavisam ir zināmi 97 elementi.

Vissīkākā elementa daļiņa, kam vēl piemīt tā īpašības ir atoms, kura galvenās sastāvdaļas ir pozitīvi lādēts kodols un elektronu apvalks. No pēdējā uzbūves ir atkarīgas elementa ķīmiskās un daudzas fizikālās (optiskās, magnētiskās, elektriskās u.c.) īpašības. Smago atomu radioaktīvās sabrukšanas atklāšana parādīja, ka atomi nebūt nav kaut kas nesagraujams, tie ir nedalāmi tikai ķīmiskajā aspektā. Fizikāli tie ir sarežģītas materiālas sistēmas, kuras būvētas no sīkākām daļiņām un ir spējīgas šķelties un pārveidoties. Kopīgais atklāto elementārdaļiņu skaits ir apmēram 400, vairums no tām ir ļoti īsmūžīgas un parādās tikai atomu kodolu pārvērtību brīdī. Elementārdaļiņas dabā ne vienmēr ir tikai atomu sastāvā, tās dažviet sastopamas brīvā veidā, piemēram, kosmiskajos staros.