Книга Химия окружающей среды
Девятое издание «Химии окружающей среды», во многом сохраняя организационную структуру и детальность изложения предыдущих изданий, содержит новые сведения, характерные для стремительно развивающейся науки о химии окружающей среды. Таким образом, вместо того, чтобы открываться рассмотрением конкретной экологической проблемы (к примеру, истощения стратосферного озонового слоя), книга для начала раскрывает системные принципы химии окружающей среды. Благодаря этому читатель, переходя к рассмотрению конкретных проблем загрязнения, уже имеет о них некоторое представление. По сравнению с восьмым изданием в главы 1 и 2 были внесены существенные изменения с целью дать более точное представление об экологической устойчивости, энвиронике как науке в целом, о превращении и переносе химических веществ, их круговороте, о природе химии окружающей среды и экологически безопасной («зеленой») химии. Содержащаяся в восьмом издании глава, посвященная проблеме терроризма, была удалена, но определенные аспекты этой темы (например, потенциальная возможность использования токсичных веществ террористами) теперь представлены в целом ряде глав. По причине важности энергии для окружающей среды и экологической устойчивости в книгу была добавлена большая глава, раскрывающая именно данную тему. В настоящее издание не были включены отдельные главы, посвященные химическим основам и органической химии, но их можно запросить в формате pdf у автора или издателя.
В книге окружающая среда рассматривается как состоящая из пяти сфер: 1) гидросферы; 2) атмосферы; 3) геосферы; 4) биосферы и 5) антропосферы. Особо подчеркивается значение антропосферы — той части окружающей среды, что создана и управляется человеком и разработанными им технологиями. Эта часть сферы окружающей среды оказывает столь большое влияние на планету и ее экологические системы, что, согласно мнению лауреата Нобелевской премии Пола Крутзена, впору говорить о завершении эпохи голоцена, на протяжении которой на Земле существовало человечество, и начале эпохи антропоцена, в рамках которой последствия человеческой деятельности (в частности, выбросы газов, существенно влияющие на потепление климата и защитные свойства атмосферы) будут иметь определяющее влияние на условия существования человечества. Поскольку технологии будут использоваться для обеспечения жизни людей на планете, крайне важно, чтобы антропосфера разрабатывалась и управлялась на таких принципах, которые окажутся совместимы с экологической устойчивостью и позволят конструктивно взаимодействовать с другими сферами окружающей среды. В этой связи химия окружающей среды может сыграть свою роль.
Со времени опубликования в 1972 г. первого издания книги «Химия окружающей среды» наука о химии окружающей среды значительного эволюционировала. (В отношении этой эволюции можно отметить интересный факт: в каждом новом издании приходилось пересматривать расчет pH обычной дождевой воды, поскольку концентрации диоксида углерода в атмосфере увеличивались настолько, что эти показатели влияли на результат, представленный в каждом предыдущем издании.) Если в начале 1970-х гг. химия окружающей среды занималась главным образом загрязнением и его последствиями, то сегодня акцент делается на устойчивости (экологической стабильности). Кроме того, с тех пор во многом утратили свою остроту проблемы, связанные с хлорорганическими пестицидами и фосфатными моющими средствами, вызывающими эвтрофикацию вод, поскольку производство и продажа этих веществ практически прекратились. На момент выхода первого издания еще не было до конца понятно, что происходит с большими количествами оксида углерода, выделяемого в атмосферу автомобилями; изначально полагали, что это загрязняющее вещество перерабатывается в ходе метаболизма почвенных микроорганизмов. Однако сегодня известно, что повсеместно присутствующие гидроксильные радикалы очищают атмосферу от CO. В 1972 г. проблема истощения озонового слоя стратосферы только начинала приобретать актуальность и никак не связывалась с используемыми в холодильных установках хлорфторуглеродами (фреонами), которые, как выяснилось, являются главным фактором ее возникновения. По мере выхода последующих изданий книги была обнаружена озоновая дыра, возникающая весной в Антарктике и увеличивающаяся с каждым годом; Молина, Роуланд и Крутцен получили за работу в этой области заслуженную Нобелевскую премию, ставшую первой в области экологической химии. Было доказано, что потенциал парникового эффекта, обусловленного выбросом диоксида углерода, метана и других газов, поглощающих инфракрасное излучение, представляет собой серьезную угрозу для планеты, пути устранения которой все еще не найдены. В 1972 г. еще не существовало таких терминов, как зеленая химия и промышленная экология; эти дисциплины, что появились лишь в 90-е гг. прошлого века, стали важнейшими элементами экологической химии.
В главе 1 представлен общий обзор и базовые принципы в области науки об окружающей среде и экологической устойчивости. В начале главы вкратце рассматривается важнейший вопрос нашего времени, касающийся энергии (см. раздел «От солнечной энергии к ископаемому топливу и обратно»). Далее рассматриваются вопросы превращения и переноса химических веществ, проблемы экологического терроризма и экологической криминалистической экспертизы.
В главе 2 дается подробное определение химии окружающей среды и зеленой химии. Рассматривается важный принцип круговорота веществ. Вводится понятие антропосферы, рассказывается о ее взаимосвязи с другими сферами окружающей среды и ее влиянии на Землю. При рассмотрении компонентов антропосферы, влияющих на окружающую среду, акцент делается на важнейшем значении инфраструктуры как неотъемлемой части антропосферы.
В главах 3–8 освещаются проблемы гидросферы. В главе 3 представлены особые характеристики воды и экологическая химия воды. В главах 4–8 рассмотрены специфические аспекты химии воды, биохимии воды, экологической устойчивости воды и ее обработки. Главы 9–14 посвящены химии атмосферы. В главе 14 рассказывается о важнейшем на сегодняшний день прорыве, достигнутом в экологической химии, — исследовании озоноразрушающих хлорфторуглеродов, которое, как уже упоминалось, было удостоено первой Нобелевской премии в данной области. Здесь же подчеркивается значение парникового эффекта, который на настоящий момент может рассматриваться как главная угроза для окружающей среды.
Главы 15–16 посвящены проблемам геосферы, при этом в главе 16 основное внимание уделяется химии почвы и сельскохозяйственной химии. При рассмотрении последней обсуждается важная и противоречивая новая область, связанная с трансгенными культурами. Другой рассматриваемой областью является консервирующая обработка почвы, при которой ограниченное применение пестицидов позволяет выращивать урожай с минимальным нарушением почвы.
В главе 17 подробно рассматривается тема зеленой химии, а также родственная ей область промышленной экологии. Глава 18 посвящена проблемам ресурсов и устойчивых материалов.
Глава 19, в предыдущих изданиях посвященная энергии, теперь представляет собой совершенно новый текст. Она называется «Устойчивая энергетика: ключ к решению всех проблем» и рассматривает важнейшие вопросы устойчивой энергетики, в том числе консервацию и возобновляемые источники. В конце главы предлагается система промышленной экологии, разработанная для получения метана из возобновляемых видов биотоплива и водорода, производимых на основе электролиза воды с использованием возобновляемой ветряной и солнечной энергии.
В главе 20 анализируются вопросы природы и экологической химии вредных отходов, а в главе 21 — проблемы промышленной экологии, касающиеся уменьшения отходов, утилизации и обработки.
Главы 22–23 посвящены вопросам биосферы. В главе 22 представлен общий обзор биохимии с акцентом на экологических аспектах. В главе 23 вводится и раскрывается тема токсилогической химии. В главе 24 рассматривается токсилогическая химия различных классов химических веществ.
Главы 25–28 посвящены проблемам химического анализа окружающей среды, включая анализ воды, отходов, воздуха, а также содержания ксенобиотиков в биологических материалах.
Как уже говорилось выше, в целях сокращения из настоящего издания были удалены две главы, посвященные химическим основам и органической химии, которые присутствовали в предыдущих изданиях книги. Читатели, которым требуются эти материалы, могут получить файлы этих глав, запросив их у издателя или автора.
Я с радостью приму любые замечания и вопросы читателей, которые можно отправлять мне на электронный адрес manahans@ missouri.edu.
Стенли Э. Манаган
ОБ АВТОРЕ
Стенли Э. Манаган — почетный профессор университета Миссури-Колумбия, где работает с 1965 г. В 1960 г. получил степень бакалавра по химии в университете Emporia, а в 1965 г. — степень кандидата наук по аналитической химии в университете штата Канзас.
После 1968 г. главными направлениями его исследовательской и профессиональной деятельности стали химия окружающей среды, токсилогическая химия и проблемы обработки отходов. Начиная с 1972 г. его классическая работа, Химия окружающей среды, выдержала многократные переиздания; на сегодня она является наиболее авторитетным изданием на данную тему. Среди других его работ можно отметить такие книги, как Fundamentals of Environmental Chemistry, 3rd ed. (Taylor & Francis/CRC Press, 2009); Fundamentals of Sustainable Chemical Science (Taylor & Francis/CRC Press, 2009); Environmental Science and Technology, 2nd ed. (Taylor & Francis, 2006); Green Chemistry and the Ten Commandments of Sustainability, 2nd ed. (ChemChar Research, Inc, 2006); Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3rd ed. (CRC Press/Lewis Publishers, 2001); Industrial Ecology: Environmental Chemistry and Hazardous Waste (CRC Press/Lewis Publishers, 1999); Environmental Science and Technology (CRC Press/Lewis Publishers, 1997); Hazardous Waste Chemistry, Toxicology and Treatment (Lewis Publishers, 1992); Quantitative Chemical Analysis (Brooks/Cole, 1986); General Applied Chemistry, 2nd ed. (Willard Grant Press, 1982).
В качестве докладчика от Американского химического общества автор книги прочел во многих американских университетах многочисленные лекции по химии окружающей среды, токсилогической химии и проблемам обработки отходов, а также представил пленарные доклады по этим темам на международных конференция в Пуэрто-Рико, в университете Andes в Венесуэле, университете Хоккайдо в Японии, Национальном автономном университете Мексики, во Франции и Италии. В 2000 г. С. Э. Манаган стал лауреатом премии отделения экологической химии Итальянского химического общества. В своей работе он специализируется на исследованиях в области газификации вредных отходов.