WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 10 |

«н.и. николайкин Высшее образование Н.Е. НИКОЛАЙКИНА э О.П. МЕЛЕХОВА ...»

-- [ Страница 6 ] --

мужчин женщин ных за год 64 Весь мир 59 72 Россия 76 83 4 Япония США 25 72 74 Канада 21 76 Швеция 18 64 Бразилия 62 Египет Заир 108 42 Гвинея 8.2. Экология человечества Рис. 8.3. Половозрастные пирамиды для развитых (о) и развивающихся (б) стран на 1984 г. (по Б. Небелу) Снижение рождаемости в развитых странах происходит из-за того, что люди достигли высокого уровня благосостояния и в их сознании происходит изменение системы ценностей. На смену ценностям, связанным с большой семьей, родственными отношениями, приходят идеалы комфорта, уютной, спокой­ ной личной жизни, требующие больших затрат на их обеспече­ ние. Таким образом, явно обозначился кризис сознания, веду­ щий к более высокому уровню потребления и препятствующий росту рождаемости населения.

В развивающихся странах, таких, как страны Африки, Индия, Индонезия, Малайзия и других, рост численности че­ ловеческой популяции до сих пор чрезвычайно активен. Там одновременно очень велики и рождаемость и детская смерт­ ность при сравнительно низкой продолжительности жизни.

Возрастная пирамида развивающихся стран выглядит совер­ шенно иначе, чем у развитых. Она имеет очень широкое осно­ вание, отражающее высокую рождаемость, и иллюстрирует высокую смертность в каждой десятилетней когорте. Средняя продолжительность жизни во многих развивающихся странах всего 40—50 лет, что примерно на 30 лет меньшее, чем в эконо­ мически развитых странах.

Из-за социального и экономического кризиса 90-х годов состояние популяции человека в России в конце XX в. оказа­ лось в критическом положении, ибо к этому времени смерт­ ность сильно выросла, а средняя продолжительность жизни 344 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ вместе с рождаемостью уменьшились. Странам, находящимся в кризисном состоянии (таким, как Россия), волна вымирания угрожает в первую очередь.

• Для развитых стран лимитирующий фактор развития — загрязнение окружающей среды, связанное с высоким уровнем потребления. Чем выше уровень потребления, тем выше расходы энергии, природных ресурсов, и тем интенсивнее происходит ее загрязнение отходами про­ изводства, потребления и быта.

• Для развивающихся стран главный лимитирующий фак­ тор — демографический. Высокая рождаемость сопро­ вождается высокой смертностью и численность населе­ ния этих стран растет в геометрической прогрессии.

В этих странах, как в любом аграрном обществе, при се­ мейном хозяйствовании используются каждые рабочие руки, включая детские. При высокой смертности, для того чтобы в хозяйстве осталось 2—3 взрослых работни­ ка, семье нужно иметь хотя бы 8—9 детей. Во многих развивающихся странах дети составляют почти полови­ ну населения.

Индустриальному обществу, наоборот, характерны неболь­ шие семьи, ибо, как правило, выживают все дети, а их воспи­ тание и образование стоит достаточно дорого. Для общества не менее важно и последующее содержание каждого его члена, что объясняется высоким уровнем потребления в таких стра­ нах. Так, в Индонезии, для обеспечения жизни одного челове­ ка расходуется примерно в 10 раз меньше природных ресур­ сов, чем в США. При этом основным фактором, лимитирую­ щим продолжительность человеческой жизни, является голод, который зачастую бывает вызван истощением плодородия почв, например из-за вырубки лесов и кустарников, вызываю­ щей их эрозию.

Таково начало порочного круга событий, ведущего к эко­ логическому кризису.

8.2.1.3. Качество жизни и здоровье Индикаторами качества жизни и состояния здоровья популяции человека в разных странах мира являются следую­ щие показатели: средняя ожидаемая продолжительность жиз­ ни и стандартизованная смертность (суммарная смертность от любых причин, включая младенческую и материнскую). Де 8.2. Экология человечества ятельность специализированных комиссий ООН в разных стра­ нах мира привела к тому, что в наши дни учитывают такие ка­ тегории, как причины смерти, заболеваемости, временной не­ трудоспособности, инвалидности, госпитализации.

В целом качество жизни в стране определяется количест­ вом и распределением валового национального продукта, т. е.

отношением валового национального продукта к численности населения. Так, 25% населения планеты, живущего в разви­ тых странах, потребляет 80% мирового валового продукта.

При этом суммарный средний коэффициент рождаемости (фертильности) в развитых странах составляет 1,9, тогда как в развивающихся — 4,0 (без Китая). Динамика коэффициента фертильности приведена на рис. 8.4. В развитых странах об­ щий коэффициент прироста населения (за вычетом смертнос­ ти) составляет 0,6%/г, а в развивающихся странах достигает 2,1%/г. Используя эти данные в качестве исходных, можно получить, что время удвоения численности населения раз­ витых стран составляет 117 лет, а развивающихся — всего 33,5 лет.

1960 1970 1980 Годы Рис. 8.4. Изменение коэффициента фертильности по данным UNDP на 1992 г.

Средний коэффициент рождаемости К — среднее число де­ тей, которое рождает к а ж д а я гипотетическая ж е н щ и н а за весь период ее детородного возраста. При К = 2,3 обеспечивается неизменная чис­ ленность населения. В литературе этот коэффициент часто называют по­ казателем фертильности (от лат. fertilis — плодородный;

способность ор­ ганизма производить потомство).

346 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ 8.2.2. Проблемы питания и производства продовольствия Почти 90% всех продуктов питания человечество по­ лучает благодаря земледелию. Земледелие — возделывание сельскохозяйственных растений с целью получения урожая.

Основой земледелия являются почвы. В принятой в 1983 г.

международными организациями, входящими в состав ООН, «Всемирной хартии почв» говорится: «Среди главных ресур­ сов, которыми располагает человек, выделяется земля;

к ней относятся почвы, вода, растения и животные: эксплуатация этих ресурсов не должна вызывать их деградацию или разру­ шение, так как жизнь человека зависит от их неиссякаемой продуктивности». Земледелие характеризуется постоянно рас­ тущей эффективностью. Исторически в нем сначала доминиро­ вало направление подбора сортов выращиваемых культур, за­ тем преобладало совершенствование агротехники и расшире­ ние посевных площадей. В настоящее время вновь делается акцент на селекции, химизации, механизации и других фор­ мах увеличения вложения энергии.

К концу второго тысячелетия человечество приблизилось к полной реализации потенциальных земельных ресурсов. Прак­ тически остается один путь увеличения производства продуктов питания — интенсивнее использовать каждый гектар пашни.

Культивирование сельскохозяйственных культур без сево­ оборотов повышает интенсивность использования почвы, сни­ жает естественное плодородие и требует повышения доз внесе­ ния удобрений. По данным ФАО 1, внесение 1 кг питательных веществ удобрений (N + Р 2 0 5 + К 2 0 ) в среднем дает прирост урожая пшеницы на 7,3 кг, риса — 8,6 кг, кукурузы — 8,8 кг, хлопчатника — 2,7 кг. Специалисты США так оценивают влияние различных факторов на урожайность сельскохозяйст­ венных культур (в процентах): удобрения — 41, гербициды — 15—20, благоприятная почва — 15, гибридные семена — 8, ир­ ригация — 5, прочие факторы — 11—16. В странах Западной Европы и Японии в последние годы вносят около 400 кг ми­ неральных удобрений на 1 га пашни. В нашей стране к нача­ лу 90-х годов на 1 га вносили около 115 кг минеральных удоб­ рений.

От англ. FAO — Food and Agriculture Organization UN — Продо­ вольственная и сельскохозяйственная организация ООН.

8.2. Экология человечества Кроме удобрений, фактором мощного химического антро­ погенного воздействия на почву является применение пести­ цидов. Пестициды (от лат. pestis — зараза и caedere — убиватъ) химические соединения, используемые для защиты растений, сельскохозяйственных продуктов, древесины, для уничтоже­ ния паразитов на коже домашних животных и борьбы с пере­ носчиками заболеваний. К ним относятся также вещества для регуляции роста и развития растений (ауксины, гиберилли ны), удаления листьев (дефолианты), уничтожения растений на корню (десиканты), отпугивания животных (репелленты), уничтожения нежелательных в хозяйстве насекомых (инсек­ тициды), вещества, применяемые для борьбы с возбудителями грибковых заболеваний у растений (фунгициды).

Пестициды первого поколения со временем стали неэффек­ тивны, ибо новые поколения вредителей приобрели устойчи­ вость к ним. Так, если в начале XX в. под воздействием циани­ да погибали около 90% одного из видов насекомых-вреди­ телей, то через 30 лет чувствительны к этому яду оказались лишь 3% особей этого вида.

Пестициды второго поколения, например ДДТ, были со­ зданы на основе синтетических органических соединений и оказались весьма эффективными (недорогими и губительны­ ми для многих видов) не только против насекомых — вредите­ лей посевов, но и насекомых — переносчиков болезней (вшей, комаров и др.). В 1948 г. за открытие пестицида ДДТ швейца­ рец Пауль Мюллер получил Нобелевскую премию. Этот ядохи­ микат долгое время широко применялся на полях при выра­ щивании продовольственных и кормовых культур, считаясь совершенно безвредным для теплокровных животных. В каче­ стве препарата для борьбы с майским жуком ДДТ распылялся с самолетов и при этом попадал не только на растения и почву, но и в водоемы, а также разносился воздушными потоками на значительные расстояния.

Позже выяснилось, что у вредителей со временем развива­ ется устойчивость и к этим пестицидам, в результате чего че­ рез некоторое время после обработки посевов возникают вто­ ричные вспышки численности вредителей на полях. Исследо­ вание биологических последствий применения ДДТ показало, что зачастую более чувствительны к яду оказываются природ­ ные враги вредителей. Это ведет к вторичным вспышкам чис­ ленности тех видов, с которыми была запланирована борьба.

В 1953 г. было замечено, что ДДТ опасен для домашнего скота.

348 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ Из-за химической устойчивости ДДТ в конце концов ока­ зывался в пище человека. Были выявлены также канцероген­ ный, мутагенный и тератогенный эффекты воздействия ве­ ществ, подобных ДДТ, на человека 1.

В 1972 г. немецкие ученые установили, что производные продукты ДДТ и такие пестициды, как каптан и дибромметан, обладают мутагенным действием, т. е. воздействующим на на­ следственность. Особенность многих пестицидов, в том числе и ДДТ, — способность накапливаться в жировых тканях жи­ вотных и организме человека, употребляющего содержащую пестициды пищу (правило «биотического усиления»).

Химическая борьба с вредителями оказалась безуспешной и противоречащей основным экологическим принципам. Дина­ мичность и сложность структуры экосистем — причина того, что химическая атака на один вид неизбежно ведет за собой серию незапланированных и совершенно нежелательных последствий.

В настоящее время в большинстве экономически развитых стран мира наблюдается тенденция снижения объемов приме­ нения химических средств защиты растений. Например, в США за период 1975—1985 гг. их производство сократилось с 727 до 337 тыс. т.

В странах СНГ, США, Индии, Китае, Канаде и Бразилии размещается около 750 млн га пашни, т. е. более половины всех обрабатываемых земель мира. Наиболее благоприятные условия для развития земледелия находятся в Европе, однако здесь очень высока плотность населения, и обеспеченность пашней не превышает 0,3 га/чел. В Азии, где сосредоточен 3 1 % мировой пашни, этот показатель составляет 0,15 га.

Африка и Южная Америка — материки, где население не может обеспечить себя продовольствием, но и размеры обраба­ тываемых земель в этих регионах составляют соответственно 6 и 8%. Помимо широкого распространения пустынь, полупус­ тынь и трудностей освоения влажных тропических лесов это­ му препятствует низкий экономический и социальный уровни развития государств, расположенных в данных регионах.

Применение ДДТ последние годы резко сокращено, хотя в отдель­ ных случаях он по-прежнему считается наиболее пригодным, например, для борьбы с малярией. Р е ш а я проблему применения пестицидов, чаще всего выбирают наименьшее из двух зол. Так, благодаря ДДТ на остро­ ве Маврикий произошел взрыв численности населения при постоянной с 1900 г. рождаемости. Применение пестицида снизило детскую смерт­ ность со 150 до 50 случаев на 1 тыс. детей.

8.2. Экология человечества По оценке, проведенной по заданию ФАО, первоклассные земли, способные давать высокие урожаи по 2—3 раза в год, занимают всего 400 млн га. Земли второго класса, урожай­ ность культур на которых составляет 40—60% от урожайнос­ ти первоклассных, занимают 500 млн га, а земли третьего класса с урожайностью, не превышающей 20—40% от уро­ жайности культур на первоклассных землях, занимают 1500 млн га. Продукция, полученная на землях третьего клас­ са, неконкурентноспособна на мировом рынке и используется только местным населением.

К началу 90-х годов второго тысячелетия системами оро­ шения было охвачено 18% пахотных земель планеты. Однако орошение одновременно с повышением урожайности способст­ вует засолению и заболачиванию почв. Значительный урон земледелию наносит эрозия почв — процесс разрушения и пе­ реноса почв и пород ветром и водой.

Резерв интенсификации сельскохозяйственного производ­ ства — это мелиорация почв, использование высокопродук­ тивных сортов культурных растений, методов и приемов их за­ щиты. Мелиорация — это совокупность мероприятий по ко­ ренному или, с расчетом на длительный срок, значительному изменению природной среды с целью ее улучшения для веде­ ния хозяйства (сельского, лесного и др.) или для жизни людей.

Цель мелиорации почв — повышение плодородия путем искусственного регулирования водного, воздушного, теплово­ го, солевого, биохимического и физико-химического режимов с помощью разнообразных приемов. Всего выделяют 35 видов мелиорации, включая орошение, осушение, борьбу с эрозией почв, оползнями, наводнениями, агролесомелиорацию, фито мелиорацию 1 и пр.

В экономически развитых странах, например странах За­ падной Европы, на каждый гектар вносится до 400 кг удобре­ ний, в странах Азии — 9—50 кг, т. е. фактически в странах третьего мира никакой подкормки истощенных почв не ведет­ ся. Во многих развивающихся странах основные виды работ в сельском хозяйстве выполняют вручную или с помощью до­ машнего скота. В США и Западной Европе один трактор при­ ходится в среднем на 34 га пашни, в развивающихся странах — Фитомелиорация — комплекс мероприятий по улучшению усло­ вий природной среды с помощью культивирования или поддержания естественных растительных сообществ: создание лесополос, посев трав и т. п.

350 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ на 620 га, а в Индии, например, — на 3000 га. Низкая культу­ ра земледелия — причина того, что урожайность важнейших продовольственных культур мала и не соответствует агропри родному потенциалу.

Наибольшие резервы по увеличению обрабатываемых уго­ дий имеют Южная Америка и Африка, где еще можно освоить сотни миллионов целинных земель. Распашка должна произ­ водиться в соответствии с принципами рационального исполь­ зования, сохранением должных размеров лесных и травянис­ тых полос. Основное внимание должно уделяться внедрению интенсивных технологий, а не освоению маломощных земель.

8.2.3. Ф а к т о р ы, лимитирующие развитие человечества За последние 40 лет в человеческом обществе, а в ре­ зультате и на планете в целом произошло столько событий, сколько раньше происходило за 1000 лет. Признаками, сопут­ ствующими современному этапу развития технологической цивилизации, являются экспоненциальный рост населения Земли, постепенное истощение ресурсов, а также растущее за­ грязнение окружающей природной среды.

8.2.3.1. Демографический взрыв Первопричина современного экологического кризиса — демографические проблемы человечества, связанные с экспо­ ненциальным ростом численности и усилением миграции на­ селения.

В природных популяциях животных и растений рост чис­ ленности редко идет по экспоненциальному закону. Как пра­ вило, модели роста популяций в природе — это логистические модели, в соответствии с которыми из-за давления среды пре­ делы роста достигаются быстро. Факторы давления среды (ис­ тощение ресурсов, конкуренция за пространство и ресурсы) быстро приводит к ограничению численности любой природ­ ной популяции. Однако с человеком произошло иначе.

Считают, что первые люди во времена, когда они начали овладевать огнем и заселять планету, представляли собой по­ пуляцию численностью не более 1 млн чел. Это было еще до перехода к земледелию, т. е. до того, как человек вышел из-под влияния естественного отбора. С началом земледелия 8.2. Экология человечества и скотоводства численность человеческой популяции возросла примерно до 100 млн чел. (рис. 8.5).

Средняя продолжительность жизни в древнем мире была невелика: так, в Древней Греции она не превышала 20—25 лет.

В XVII—XIX вв. условия жизни начали улучшаться, медицина шагнула вперед. В конце XIX и особенно в XX в. произошли кардинальные изменения в этой области, благодаря чему уменьшилась детская смертность, продолжительность жизни перешагнула 25—30-летний рубеж (границу достижения реп­ родуктивного возраста) и начался очень быстрый, экспоненци­ альный рост численности человеческой популяции. Все это и стало началом современного демографического взрыва.

После Второй мировой войны на Земле в 1950 г. прожива­ ло 2,5 млрд человек. В 1982 г. общая численность населения планеты превысила 5 млрд, а в 2000 г. она уже составляла бо­ лее 6 млрд чел., т. е. почти в 2,5 раза выше, чем в 1950 г. Гео­ графически рост происходит неравномерно (рис. 8.4. и 8.6). За последнее время особенно быстро росло население Китая, Ин­ донезии, Индии, стран Африки и Латинской Америки. В СССР рост численности населения был большим за счет республик Средней Азии. В России же незначительный рост, происходив­ ший до 1992 г., сменился нарастающим снижением числен­ ности населения.

2-3 8000 6000 4000 2000 1000 1000 млн лет до н. э. н. э.

Рис. 8.5. Динамика изменения фактической численности населения Земли на протяжении человеческой истории и ее взрывообразный рост в.наши дни (по Ф. Рамаду с дополнениями);

1 — Древний к а м е н н ы й век;

2 — начало нового каменного века;

3 — Новый каменный век;

4 — Бронзовый век;

5 — Ж е л е з н ы й век;

6 — Средние века;

7 — наше время 352 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ К мерам по поддержанию по пуляционного равновесия чело­ вечества относится ряд междуна­ родных соглашений, принятых в рамках ООН, в частности, со­ глашение по народонаселению.

На основе программ ООН с целью снижения уровня рождаемости и уровня смертности разработана политика помощи развивающим­ ся странам, включающая обеспе­ чение контрацептивами и меди­ ко-санитарную помощь, а также экономические меры, призван­ 1950 1980 ные поднять уровень жизни и об­ разованность населения. Кроме Рис. 8.6. Тенденция изменения соотношения численности на­ того, были разработаны между­ селения в странах Севера и Юга народные проекты, в рамках ко­ по данным UNDP на 1992 г.

торых развивающимся странам передавались современные технологии, ориентированные не на крупные промышленные или сельскохозяйственные произ­ водства, а на небольшие семейные производства и фермерские хозяйства. Преимущественно это экологически оптимальные технологии, обеспечивающие высокую производительность труда.

8.2.3.2. Истощение природных ресурсов Истощение ресурсов идет по нескольким направлениям.

Во-первых, истощаются невозобновимые ископаемые энергоресурсы биогенного происхождения — уголь и нефть, хотя их запасы пока достаточно велики. Кроме того, биосфера имеет и альтернативные несчерпаемые источники энергии: ве­ тер, приливы и отливы, солнечную радиацию.

Во-вторых, истощаются такие относительно возобнови­ мые ресурсы, как почва и леса. Почвенный покров планеты страдает от эрозии, в результате которой катастрофически убывает плодородный слой. Многие древние цивилизации ис­ чезли с лица Земли именно вследствие неумеренной распашки почвенного слоя. Так, нынешняя пустыня Сахара была ког­ да-то богатейшей житницей Римской империи. И сейчас на различных участках земного шара происходит опустынива­ ние, связанное прежде всего с вырубкой лесов, сведением кус 8.2. Экология человечества тарников и травяного покрова. Сплошная распашка почв ведет к пыльным бурям, ветровой и водной эрозии плодородного почвенного слоя. Для борьбы с этими явлениями необходима защита полей лесными и кустарниковыми полосами, укрепле­ ние склонов оврагов древесными и кустарниковыми насажде­ ниями и иные простые, но эффективные мероприятия.

Катастрофичной в данное время является вырубка 1 тропи­ ческих лесов, которые являются одним из крупнейших источ­ ников кислорода, жизненно важного ресурса нашей планеты, возобновляемого биотой. Тропические леса исчезают в силу то­ го, что население в этих районах быстро увеличивается. Из-за угрозы голода люди в погоне за небольшими урожаями ис­ пользуют под поля и огороды любые клочки земли, вырубая для этого древние тропические леса, деревья, кустарники. В слу­ чае уничтожения лесов в экваториальной зоне, Амазонии и, как следствие, снижения содержания кислорода в атмосфере планеты человечество и само существование биосферы 2 ока­ жутся под угрозой гибели от гипоксии.

Другим значительным источником кислорода является фитопланктон тропического океана. Но и этот источник кисло­ рода находится под угрозой, так как океан с громадной скоро­ стью загрязняется отходами промышленного и сельскохозяй­ ственного производства. Таким образом, биогенные ресурсы кислорода хотя и являются возобновимыми, но в настоящий момент находятся под угрозой истощения.

В третьих, из-за загрязнения водоемов под угрозой исчез­ новения оказались запасы чистой пресной воды. Загрязняясь биогенами, водоемы подвергаются эвтрофизации, многие из них превращаются в болота, становясь непригодными для жиз­ ни рыб ценных промысловых пород. При загрязнении абиоген­ ными продуктами сельскохозяйственного и промышленного производства (тяжелыми металлами и ксенобиотиками) воды становятся токсичными для своих обитателей. Эта опасность — результат стока воды с полей и ферм, от промышленных объек­ тов. В загрязнение воды и почвы весомый вклад вносят:

• сельское хозяйство вследствие применения удобрений, пестицидов, гербицидов и иных химикатов, особенно при использовании их в произвольных количествах;

Иногда в литературе в данном контексте встречается термин «све­ дение лесов».

В настоящее время почти все живое на Земле нуждается в кисло­ родной атмосфере.

12 Экология 354 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ • промышленность из-за недостаточно совершенных очи­ стных сооружений.

Поскольку самовосстановление и саморегуляция являются природными свойствами экосистем, то почвы, воздух и вода в природных экосистемах способны к самоочищению. Однако из-за вымирания под натиском деятельности человека многих биологических видов — звеньев трофических цепей — экосис­ темы теряют способность к восстановлению и начинают разру­ шаться сами.

8.2.3.3. Загрязнение среды обитания Человек для удовлетворения собственных нужд вовлек в сферу своего потребления большое количество новых для биосферы веществ и материалов, не имея при этом достаточ­ ных сведений о их безопасности. В конце второго тысячелетия на нашей планете с коммерческими целями производится око­ ло 100 000 химических веществ, но 95% объема мирового про­ изводства приходится всего на 1500 из них.

При современном уровне развития науки и техники высо­ кий уровень безопасности использования может быть обеспе­ чен для любых химических веществ и материалов. Однако, по оценкам международных экспертов, большинство стран, осо­ бенно развивающихся, пока не способны сочетать рентабель­ ность и безопасность при использовании химических веществ.

Обобщенные данные о доле производимых человеком химиче­ ских веществ, исследованных на настоящий момент времени на токсичность, представлены на рис. 8.7.

Механизм пагубного воздействия результатов хозяйствен­ ной деятельности человека на живые организмы нашей плане­ ты см. в разд. 8.3.1. Особенностям и масштабам ускоряющего­ ся антропогенного загрязнения биосферы, связанного с разви­ тием промышленных и сельскохозяйственных производств, посвящена гл. 9.

8. 2. 4. Технологическая цивилизация и биосфера Технологическая цивилизация, обеспечившая демогра­ фический взрыв, развивалась шаг за шагом, начиная с древ­ них времен. Началом экономики явилось потребление кормо­ вых природных ресурсов в эпоху собирательства. Следующим 8.2. Экология человечества Пестициды Косметика Jjj Лекарства Пищевые добавки Химикаты 20 40 60 80 100 % Цанные имеются Данные отсутствуют Имеются частичные данные Рис. 8.7. Данные о токсичности по группам химических веществ по данным U N E P на 1991 г.

шагом стало появление новых технологий добычи, охотничьих и боевых приемов, т. е. конкурентная борьба за ресурсы. Изо­ бретение орудий труда способствовало появлению технологий переработки ресурсов, развитие которых является отличитель­ ным свойством человеческих популяций.

Современные технологии направлены, с одной стороны, на использование новых ресурсов, с другой стороны, на сокраще­ ние и утилизацию отходов. В идеале создаются технологиче­ ские пирамиды, подобные природным трофическим пирами­ дам. Поэтому устойчивость технологических систем, как и природных экосистем, обеспечивается наличием разнообра­ зия. Развитие технологической цивилизации прошло через не­ сколько стадий. Начальной была малоспециализированная добыча и экстенсивное производство. Промежуточная стадия характеризовалась ростом эффективности переработки. Совре­ менная стадия, имеющая шанс перейти в устойчивую, отлича­ ется специализированным производством с высокой эффектив­ ностью использования и реутилизации ресурсов.

Развитие технологической цивилизации в конце концов должно привести к созданию ресурсосберегающих технологий, и тогда вершиной цивилизации так же, как вершиной природ 356 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ ной эволюции, станут практически безотходные круговороты вещества. Человек же вмешивается в безотходные природные круговороты и нарушает их, тем самым разрушая системы саморегуляции в биосфере.

8.3. Экологические кризисы и катастрофы В истории планеты многочисленны примеры экологиче­ ских кризисов и катастроф различного масштаба. Они неод­ нократно потрясали биосферу, несли гибель многим видам живого и существенно меняли генотипический состав биоты.

Нарастание негативных последствий антропогенного воздейст­ вия на биосферу привело к современной кризисной ситуации в ней.

Кризисы, бедствия и катастрофы — это нарушения при­ родного экологического равновесия, потеря устойчивости био­ логическими системами. При этом кризисы, не разрушают сис­ тему полностью, а приводят ее в состояние неустойчивости, из которого возможен выход к изменению уровня функциониро­ вания или управления системой, либо к гибели системы. Таким образом, кризис может быть и обратимым. Катастрофа — комплекс изменений в системе, которые ведут к ее исчезнове­ нию. При катастрофе нарушается одновременно большое ко­ личество взаимосвязей, прекращает функционировать систе­ мообразующий фактор, и система, как таковая, перестает су­ ществовать.

Катастрофы в биосфере за время ее существования бывали редко и не оставляли генотипических следов, ибо приводили к вымиранию большого количества видов. После этого выми­ рания происходили крупные эволюционные перестройки, по­ являлись новые виды, значительно отличавшиеся по своей ор­ ганизации от предшествующих.

Причинами катастроф были необратимые природные явле­ ния (локальные засухи, моры), а также перестройки (прежде всего климатические) во всей биосфере, связанные с периода­ ми горообразования, глобальных потеплений или похолода­ ний, образования, движения или таяния ледников. Во время тех древних катастроф вымирало более половины всех живу­ щих на Земле видов, причем исчезали климаксные (устойчи­ вые) сообщества и планета заселялась как бы заново, уже дру 8.3. Экологические кризисы и катастрофы гими видами, которыми начинались новые (первичные) сук цессионные ряды.

В наши дни более 90% мировых стихийных бедствий при­ ходится на наводнения, ураганы, землетрясения и засухи. Ос­ тавшиеся 10% в сумме составляют сели, цунами, торнадо, сне­ гопады и т. п. По материальному ущербу для человека наибо­ лее значимы наводнения, а по числу человеческих жертв — ураганы.

8. 3. 1. Особенности антропогенного воздействия на биоту Антропогенное воздействие на биоту имеет важные осо­ бенности:

• нелинейность дозового эффекта различных чуждых ве­ ществ или излучений на биологические системы, т. е., как правило, действие малых доз зачастую является не­ соразмерно сильным. Нелинейность дозового эффекта выражается в том, что для некоторых веществ (напри­ мер, опасных канцерогенов) или ряда мутагенных фак­ торов (например, ионизирующей радиации) безопас­ ных доз и концентраций просто не существует;

• наличие кумулятивного эффекта, т. е. накопление не­ благоприятного воздействия на организм. В частности, в организме человека кумулятивный эффект загрязне­ ний проявляется в виде накопления стресса, общей ус­ талости, напряжения, переходящих в предболезнь;

• синергическое, т. е. совместное, действие. Если даже малые концентрации каких-либо химических веществ действуют на один и тот же организм одновременно, то возможен самый разнообразный интегральный эффект.

Одни вещества могут усиливать или ослаблять действие других, а в некоторых случаях возможен неожиданный результат;

• наличие генотипических, иммунологических и индиви­ дуальных различий в чувствительности к тем или иным воздействиям, т. е. для всех живых организмов харак­ терны различия в чувствительности мишеней. На при­ мере критических периодов онтогенеза видно, что такая разница в чувствительности может быть очень велика.

Так, во время формирования у эмбриона какого-либо органа самая ничтожная доза химического вещества 358 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ (такого, как аспирин или легкое снотворное) может вызвать уродство, тогда как у взрослого организма эта же доза не окажет неблагоприятный эффект.

Следовательно, все антропогенные воздействия могут быть сравнимы с факторами естественного отбора. В конечном счете суммарное воздействие на человека антропогенно измененных факторов окружающей среды происходит аналогично естест­ венному отбору и проявляется в форме бесплодия, предродо­ вой и послеродовой смертности. В старых промышленных районах население благодаря генетической адаптации оказы­ вается более устойчивым к загрязнениям.

Многим загрязнениям характерно триггерное 1 действие, а именно то или иное загрязнение может вызвать цепную реак­ цию, начинающуюся с какого-то одного наиболее чувствитель­ ного вида. Далее реакция передается по трофической сети и ве­ дет к тому или иному поражению целой экосистемы.

Например, хлорфторуглероды (фреоны) оказывают токси­ ческое действие на организм человека, но при малых дозах эф­ фект не заметен. Одновременно эти газы относятся к «парни­ ковым», и при их накоплении в атмосфере возникают такие глобальные изменения, как перераспределение осадков или потепление. Результатом присутствия фреонов в атмосфере яв­ ляется разрушение озонового слоя и, как следствие, повыше­ ние мутагенного эффекта ультрафиолетовых лучей Солнца.

Анализ всей цепочки воздействия на биоту показывает, что да­ же небольшие концентрации этих веществ ведут к значитель­ ным изменениям в организме.

8.3.2. История антропогенных экологических кризисов История биосферы богата примерами локальных эколо­ гических кризисов. Они случались как до появления человече­ ства 2, так и во время его существования. В районах, оказав­ шихся испорченными неумелым хозяйствованием человека, «свет цивилизации» постепенно затухал, зато с новой силой и новым блеском он вспыхивал в других районах земного ша Триггер (от англ. trigger) — спусковой крючок, собачка По одной из теорий считается, что само возникновение разумного существа — человека — является следствием доантропогенного экологи­ ческого кризиса аридизации, случившегося около 3 млн лет назад.

8.3. Экологические кризисы и катастрофы pa. Подобными кризисами, вызванными антропогенными воз­ действиями, принято считать следующие.

Кризис перепромысла животных (кризис консументов).

Это был п е р в ы й 1 антропогенный экологический кризис, который произошел 10—50 тыс. лет назад в результате интен­ сивного развития охоты. Выход из кризиса был найден в ходе сельскохозяйственной революции, ознаменовавшейся перехо­ дом к производящему хозяйству.

Кризис примитивного поливного земледелия (кризис продуцентов). Он возник около 2 тыс. лет назад в связи с повы­ шением производительности сельского хозяйства и появлени­ ем излишков продукции, которые можно было менять или продавать. Кризис был вызван истощением плодородия почв.

Решить проблему удалось в результате второй сельскохозяйст­ венной революции, переходом к широкому освоению неполив­ ных земель.

Кризис перепромысла растительного материала (кризис продуцентов). Этот кризис принято считать в т о р ы м ант­ ропогенным кризисом, который произошел 150—350 лет на­ зад. В ходе промышленной революции он заставил челове­ чество начать интенсивное использование минеральных (ис­ копаемых) источников энергии, что совместно с другими процессами вызвало дисбаланс в энергетических процессах биосферы.

Кризис физического и химического загрязнения биосфе­ ры (кризис редуцентов). Далее, 40—60 лет назад, в связи с развитием научно-технической революции начался и продол­ жается в настоящее время т р е т и й антропогенный или гло­ бальный кризис, который уже не в состоянии справляться с разложением всего постоянно растущего «антропогенного бу­ кета загрязнений». Особые проблемы возникают с теми впер­ вые синтезированными человеком веществами, которые не имеют природных аналогов, и, следовательно, для которых в природе нет систем (организмов или абиотических процес­ сов), способных редуцировать эти вещества до исходных хими­ ческих элементов.

Наименования и нумерация экологических кризисов здесь и в разд. 8.3.3 приводятся в соответствии с их классификацией, предложен­ ной Н. Ф. Реймерсом.

360 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ 8.3.3. Современный экологический кризис В наши дни третий антропогенный кризис дополнился четвертым глобальным термодинамическим (тепловым) кризисом или энергетическим к р и з и с о м п о т р е б л е н и я. Кроме научно-технической революции, он вызван кризисом сознания и увеличением по­ требления, т. е. идеалы потребительства стали превалировать над прежними идеалами человечества.

Уже более 3 млн лет наблюдается усиление антропогенно­ го воздействия на биосферу, которое происходит нелинейно, а в последние 40—50 лет — в режиме самоускорения (или обо­ стрения).

Термодинамический кризис вызывает климатические из­ менения в биосфере, связанные с парниковым эффектом, воз­ никающим из-за загрязнения атмосферы парниковыми газами (см. разд. 9.1.1.1). Растущее потребление энергии и выделение парниковых газов грозит планете глобальной экологической катастрофой. Может произойти повышение уровня Мирового океана и затопление прибрежных земель (таких, как земли се­ верной Европы) и многих крупных городов. Кроме этого, уже сейчас наблюдаются локальные кризисные климатические си­ туации, связанные с возникновением торнадо, цунами, резки­ ми перепадами погоды, наводнениями — все это результат на­ рушения термодинамического режима нашей планеты. Вы­ брос газов в атмосферу ведет еще к двум опасностям — выпадению кислотных осадков (см. разд. 9.1.1.3) и разруше­ нию озонового слоя (см. разд. 9.1.1.2).

В результате нарастания самоускоряющихся негативных процессов (демографического взрыва, уничтожения биологи­ ческих видов и целых экосистем, истощения природных ре­ сурсов, а также загрязнения окружающей природной среды) биосфера в наше время оказалась в состоянии экологического кризиса и даже более того — на грани экологической катастро­ фы (см. разд. 1.1.2). Главными чертами этого кризисного со­ стояния являются: истощение ресурсов, перенаселение, а так­ же загрязнение биосферы ксенобиотиками, т. е. чуждыми для нее веществами. Основные критические процессы в биосфере — это достижение человеком и значительное (в наши дни на по­ рядок) превышение порога энергетического лимита;

разруше­ ние природных экосистем.

8.3. Экологические кризисы и катастрофы 36 В 1900 г. естественные экосистемы суши были разрушены на 20%, а сейчас — уже на 6 3 %. Разрушаются также морские экосистемы, прежде всего внутренние моря.

В XX в. антропогенное воздействие усилилось. В начале века человечество потребляло примерно 1% чистой первичной биосферной продукции, а к концу века уже 10%. Кроме того, первичная продукция оказалась разрушена еще на 30%;

при этом часть ее перераспределилась человеком в пользу сопро­ вождающей фауны, т. е. домашних животных, крыс, мышей, тараканов, микроорганизмов. В результате нарушается круго­ ворот биогенов, меняется их естественная концентрация во всех средах, а в итоге постоянно снижается биоразнообразие.

По некоторым подсчетам в настоящее время ежегодно гибнут тысячи биологических видов.

Всякая живая система, используя обратные связи, всегда стремится к самосохранению. Система обратных связей в био­ сфере направлена на элиминацию1 человека как вида. Увели­ чивается генетический «груз» человечества, отмечается рост психических и нервных заболеваний, снижается общая сопро­ тивляемость болезням, усиливается стресс перенаселения в го­ родах, агрессия, страх и т. д. Человек для оправдания назва­ ния своего вида «Человек разумный» должен планировать дальнейшую деятельность так, чтобы сохранить оставшуюся и по возможности восстановить утраченную биоту планеты за счет естественной саморегуляции природной среды.

Современная эпоха характеризуется нарастающей необхо­ димостью соблюдения экологического императива, т. е. жест­ кого требования учитывать в хозяйственной деятельности человека природные экологические законы и ограничения, а также не превышать пределы экологической емкости при­ родных экосистем. Емкость природных экосистем определяет­ ся их способностью к регенерации изъятых ресурсов и к вос­ становлению основных природных «резервуаров» (воздушного и водного бассейнов и земель), а также мощностью потоков биогеохимического круговорота. Если не учитывать экологи­ ческую емкость природных экосистем при развитии производ­ ства или при заселении каких-то участков земли, то возможны локальные кризисные ситуации.

Элиминация (от лат. ellminare — изгонять) — исключение, устра­ нение;

в палеонтологии — избирательное уничтожение отдельных особей или целых групп организмов в результате естественного отбора.

Императив (от лат. imperativus — повелительный) — повеление, настоятельное требование, всеобщий обязательный закон.

362 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ На основе данных о емкости биосферы были проведены рас­ четы энергетического лимита хозяйственной деятельности че­ ловечества. Получено, что лимит составляет 0,74 • 1 0 1 2 ТВт, тогда как валовая мощность энергетики современного общества (включая энергию ископаемых топлив), по данным В. Г. Горш­ кова, оценивается в 18 • 10 1 2 ТВт или в 24 раза больше допус­ тимой величины.

Энергетика природных биоценозов построена таким обра­ зом, что микроорганизмы (мелкие грибки и бактерии) потреб­ ляют примерно 90% энергии растительной биомассы, мелкие беспозвоночные животные — еще около 10%, а крупные жи­ вотные (в том числе позвоночные) — всего 1 %. Эти организмы имеют малый коэффициент полезного действия, и их роль в биоте заключается в тонкой настройке функционирования со­ обществ. Следовательно, человек в естественных границах биосферы должен потреблять не более 1% добытой энергии, т. е. тратить только 1% на свои нужды, а 99% — на поддержа­ ние биоты.

Биота является на данный момент единственным механиз­ мом результативного управления окружающей природной сре­ дой, в которой только и может существовать человек. Сейчас энергетическая мощность биоты составляет примерно 1/ количества приходящей на Землю солнечной энергии. Столь малая часть регулирует климат, формирующийся за счет ос­ тального количества солнечной энергии. Увеличение доли би­ оты приведет к дисбалансу в климате планеты. Поэтому вели­ чина 1/1000 и является энергетическим лимитом, т. е. естест­ венным барьером для дальнейшего увеличения хозяйственной деятельности человека.

Силу антропогенного воздействия можно оценивать по сле­ дующим основным критериям:

• вероятности сохранения природных экосистем;

• вероятности сохранения здоровья человека;

• хозяйственному значению.

Сохранность экосистем, как правило, оценивается:

• по шкале обилия, т. е. шкале биопродуктивности (в ча­ стности, для растений об этом судят по проценту покры­ тия растительностью почвенного слоя);

• по шкале разнообразия, включающей несколько индек­ сов биологического разнообразия, обычно учитываемых при мониторинге.

Таким образом, современное человечество находится на пороге экологической катастрофы, и непременным условием 8.3. Экологические кризисы и катастрофы его д а л ь н е й ш е г о с у щ е с т в о в а н и я я в л я е т с я сохранение биосфе­ р ы. Д л я этого следует выбрать т а к о й п у т ь р а з в и т и я ц и в и л и з а ­ ц и й, при котором к а к м о ж н о быстрее удастся р е з к о умень­ ш и т ь (в н е с к о л ь к о раз) антропогенное давление на п р и р о д н у ю среду и тем с а м ы м оградить биосферу от р а з р у ш е н и я.

Контрольные вопросы и задания 8.1. В чем отличия и сходства человека и животного мира?

8.2. Почему человек стал строить свою собственную экосистему?

8.3. Полностью ли человек независим от факторов природной сре­ ды?

8.4. Почему экологической нишей человека является вся наша пла­ нета?

8.5. На какие типы можно подразделить среду обитания человека?

8.6. Какие факторы окружающей среды, влияющие на здоровье че­ ловека, являются абиотическими?

8.7. Какими факторами ограничен рост человеческой популяции?

8.8. Почему в динамике роста человеческой популяции преобладает экспоненциальная зависимость?

8.9. Что может произойти с человеческой популяцией, если ее чис­ ленность достигнет предельной биологической емкости среды?

8.10. В чем особенности современного экологического кризиса? Сфор­ мулируйте его основные черты.

ГЛАВА АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Загрязнение окружающей среды. Привнесение в при­ родную среду, или возникновение в ней новых, обычно неха­ рактерных, физических, химических, информационных или биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) воздействия перечисленных агентов на среду, приводящее к негативным (с позиций человека) по­ следствиям, называют загрязнением. В наиболее общем виде:

ЗАГРЯЗНЕНИЕ — это все то, что появляется не в т о м месте, не в то время и не в т о м количестве, к а к о е естественно для природы, что выводит ее системы из равновесия, отличается от н о р м ы, обычно наблюдаемой и (или) желательной для че­ ловека.

Необходимо обратить внимание на то, что те или иные агенты не просто воздействуют на воду, атмосферный воздух или почву, а объектом воздействия всегда является экосистема (биогеоценоз). Поскольку в экосистемах эти агенты выступают в роли экологических факторов, то фактически происходит изменение режимов экологических факторов. В результате один или несколько из них выходят за границы своих опти­ мальных значений и даже могут выйти за пределы толерант­ ности организмов соответствующего биоценоза, т. е. откло­ ниться от требований экологической ниши того или иного ор­ ганизма и даже звена трофической цепи. В последнем случае нарушаются процессы обмена веществ между звеньями пище­ вой цепи, что сказывается на интенсивности ассимиляции продуцентов, а следовательно, и на продуктивности биоценоза в целом.

Таким образом, загрязняющим агентом может быть лю­ бой экологический фактор, например любое вещество, находя Глава 9. Антропогенное загрязнение биосферы щееся в составе воздуха, воды, почвы. Загрязнение среды — сложный, многообразный процесс. При изучении или описа­ нии современных процессов в экосистемах и в биосфере в це­ лом принято выделять загрязнение:

• химическое (или ингредиентное), заключающееся в из­ менении химического состава среды (отклонении от нормального уровня концентрации характерных ингре­ диентов и от появления новых);

• физическое (или параметрическое), связанное с откло­ нением от нормы физических параметров окружающей среды;

• биологическое, включающее микробиологическое (бак­ териями и вирусами — возбудителями болезней, нося­ щих характер эпидемий) и макробиологическое (живот­ ными и растениями, случайно либо ошибочно интроду цированными в новые экосистемы).

В наши дни наиболее масштабным и значительным загряз­ нением окружающей природной среды считается химическое загрязнение, в большинстве случаев рассматриваемое отдель­ но для атмосферы, гидросферы и литосферы. При физическом же загрязнении выделить особенности его воздействия на от­ дельные компоненты биосферы труднее, поэтому его принято подразделять на виды: шумовое, электромагнитное, ионизи­ рующее и т. п. (см. разд. 9.1.4).

По масштабам воздействия различают загрязнение био­ сферы:

• локальное — характерно для городов, крупных про­ мышленных и транспортных предприятий, районов до­ бычи полезных ископаемых, крупных животноводче­ ских комплексов и т. п.;

• региональное — охватывает значительные территории и акватории как результат влияния крупных промыш­ ленных районов;

• глобальное — распространяется на большие расстояния от места возникновения и оказывает неблагоприятное воздействие на крупные регионы, вплоть до общеплане­ тарного влияния (чаще всего связано с выбросами в ат­ мосферу).

Антропогенное загрязнение. Загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямое или косвенное влияние на состав и интенсивность природного (естественного) загрязнения называют антро­ погенным. Эколог Э. Кормонди подчеркивал: «Загрязните 366 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ ли — нормальные побочные продукты жизнедеятельности че­ ловека как биологического вида и как социального творческо­ го существа. Они представляют собой органические и неорга­ нические отходы метаболизма и пищеварения, а также де­ ятельности по выращиванию и защите урожая, обогреву жилища, производству одежды, овладению энергией и т. д.».

Антропогенные помехи. С позиций кибернетики загрязне­ ние можно представить как комплекс помех в экосистемах, воздействующих на потоки вещества, энергии и информации в пищевых (энергетических, информационных) цепях. Однако эти помехи могут значительно превышать приспособительные возможности организмов, которые определяются эволюционно выработанной на уровне популяций нормой реакции, или ина­ че экологическим стандартом. Поэтому в отличие от естествен­ ных помех антропогенные помехи часто ведут не к «естествен­ ному» отбору, а к массовому вымиранию организмов.

В настоящее время основным загрязнителем окружающей природной среды стал человек. При этом изготовление (произ­ водство) абсолютного большинства видов промышленной про­ дукции интересует человеческое общество лишь в той мере, в какой она (продукция) удовлетворяет его потребности. Иначе говоря, целью всего, что делается человеком, является удов­ летворение его потребностей в продуктах питания, одежде, благоустроенном жилье, медицинской помощи, лекарствах, транспортных услугах, информации, в культурно-эстетиче­ ской сфере и т. п.

Так, железнодорожные составы, перевозящие уголь (ма­ зут), нужны людям лишь постольку, поскольку это топливо будет сожжено в печах и даст тепло в их дома. Только ради удовлетворения потребности в тепле общество соглашается строить вблизи от жилья железнодорожные пути, станции, ва­ гоноремонтные депо и другие объекты, негативно воздейст­ вующие на ОС. Тем не менее общепризнано и даже зафикси­ ровано в «Стратегии устойчивого развития: Проект второй Ми­ ровой стратегии охраны окружающей среды», одобренной в 1992 г. на конференции ООН в Рио-де-Жанейро, что «цель развития — улучшать качество жизни людей».

Удовлетворение потребности общества в предмете, услуге, информации всегда связано с обменом между природной и тех­ ногенной средой веществом, энергией, информацией, в процес­ се которого они образуют сложные геотехнические комплексы и системы. При этом каждое предприятие (горнодобывающее, промышленное, транспортное, энергетическое, сельскохозяй Глава 9. Антропогенное загрязнение биосферы 36/ ственное, коммунальное и т. д.) вовлекает в свою производст­ венную сферу сырье и природные ресурсы, а возвращает в ок­ ружающую природную среду лишь отходы производственных процессов.

Всякая хозяйственная деятельность приводит к образованию отходов, к о т о р ы е рассеиваются в о к р у ж а ю щ е й природной с р е д е, меняя диапазон естественных колебаний экологиче­ ских (в первую очередь абиотических) факторов.

Характеризуя химическое воздействие на окружающую природную среду, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) отмечает, что из более чем 6 млн известных химических соединений человеком непосредственно используется до 500 тыс. соединений, при этом из них около 40 тыс. обладают вредными для людей свойствами.

В природной среде техногенные вещества и энергия (в виде - отходов) перераспределяются за счет миграции, трансформа­ ции и аккумуляции в различных компонентах биосферы. Так, пыление и газовыделение из хранилищ жидких и твердых от­ ходов приводят к загрязнению атмосферы. Атмосферные осад­ ки, вымывая загрязняющие вещества из воздуха, переносят их на подстилающую поверхность и в водоемы. Это в свою оче­ редь способствует вымыванию и выщелачиванию мелкодис­ персных и растворимых составляющих пород антропогенного и природного происхождения в поверхностные и грунтовые во­ ды. Взаимный качественно-количественный массообмен су­ ществует также между поверхностными и подземными водое­ мами.

Прямое и косвенное, преднамеренное и непреднамерен­ ное воздействия на природу. Прямым антропогенным воздей­ ствием называют непосредственное влияние деятельности че­ ловека н а природные экосистемы. П р я м о е в о з д е й с т ­ в и е — это любой вид непосредственного вторжения человека в биогеоценозы: строительство поселений, дорог, использова­ ние земель в сельскохозяйственном производстве, ведение ле­ созаготовок, охотничьего или рыболовецкого промысла, добы­ ча полезных ископаемых, промышленное производство и др.

Все это ведет к перерождению биогеоценозов и сужению разно­ образия биологических видов, а также к накоплению загряз­ нений в природной среде.

Последствия подобной деятельности не ограничиваются только прямым преднамеренным воздействием на природу.

368 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Учитывать следует также к о с в е н н ы е и отдаленные по­ следствия хозяйствования. Так, лесозаготовительные работы в бассейне реки могут привести к ряду взаимосвязанных послед­ ствий: уменьшению влажности почвы, снижению уровня грун­ товых вод, усыханию притоков реки, снижению уровня воды в реке и в озере, куда она впадает, изменению водных и поч­ венных биоценозов. В озере могут создаться условия, умень­ шающие численность некоторых видов рыб, развивающие ци анобактерии («цветение» водоема). В результате эта цепочка событий приведет к отрицательным последствиям для людей, живущих около водоема и пользующихся его водой.

Характерные примеры цепной реакции н е п р е д н а м е ­ ренных воздействий первичной преднамеренной хозяйственной акции — это последствия использования пести­ цидов в сельском хозяйстве.

Ресурсный цикл. К концу второго тысячелетия в биосфере наряду с биогеохимическим круговоротом веществ сформиро­ вался антропогенный круговорот веществ, или ресурсный цикл.

Ресурсный цикл — обмен веществ между природой и обще­ ством, включающий извлечение естественных ресурсов из при­ родной среды, вовлечение их в хозяйственный оборот с после­ дующей утилизацией, а также возвращение трансформированной природной субстанции в окружающую среду. Аналогом ресурс­ ного цикла является ж и з н е н н ы й ц и к л продукции — новое понятие, введенное международными стандартами ИСО серии 14 000. На рис. 9.1 представлена схема ресурсного цик­ ла, включающего основные этапы цепи «сырье — производст­ во — эксплуатация (потребление) — утилизация (вторичные ресурсы) — отходы».

Э т а п 1. Разведка, добыча природного ресурса, представ­ ленного i-ы видом сырья или материала, топлива или энергии Mi при г = 1,2, 3,..., п.

Э т а п 2. Изготовление ;

-го изделия, детали, полупродук­ та N. при у = 1, 2, 3,..., т.

Э т а п 3. Производство из Z N- изделий, деталей, полу­ продуктов некоего предмета потребления или объекта (напри­ мер, транспортного средства, медицинского центра или косми­ ческого спутника связи) для оказания в дальнейшем услуги (соответственно, транспортной, медицинской, информацион­ ной или иной, необходимой обществу).

Э т а п 4. Эксплуатация объекта (включая хранение, на­ пример, транспортных средств на стоянках) для удовлетворе Глава 9. Антропогенное загрязнение биосферы ния потребности общества и конкретных людей в предмете (по­ требление предмета), в транспортной, медицинской, информа­ ционной или иной услуге, а также в культурно-эстетической сфере, т. е. реализация той цели, для достижения которой на предыдущем этапе и был изготовлен предмет или объект.

Э т а п 5 1. Ремонт объекта для восстановления утраченных потребительских свойств (технических характеристик) с целью продления срока службы, если это по каким-либо причинам (например, экономическим) рациональнее изготовления объек­ та заново.

Э т а п 6. Реновация объекта, т. е. подготовка к эксплу­ атации его (или его узлов, агрегатов, комплектующих) по ино­ му назначению или в иной (преимущественно менее ответст­ венной) сфере потребления 2.

Э т а п 7. Утилизация объекта, его узлов и деталей, а так­ же всех отходов и веществ, уловленных при очистке выбросов в атмосферу и сбросов в природные водоемы на предыдущих этапах, с выделением всего, что может быть использовано по­ вторно в качестве вторичных материальных (BMP) и энергети­ ческих ресурсов (ВЭР).

На каждом этапе превращения природного ресурса в ко­ нечный продукт имеются потери используемого вещества. При добыче полезных ископаемых в отвалы направляется «пустая порода». Значительны потери при транспортировке сырья к месту переработки. При выработке энергии, например с ис­ пользованием органического топлива, оно полностью превра­ щается в иные соединения — золу, шлаки, оксиды углерода и др. Отсутствие технологий, обеспечивающих комплексную пе­ реработку сырья (т. е. использующих все его компоненты) на стадии производства изделий, приводит к образованию боль­ шого количества отходов.

Является подциклом общего ресурсного цикла.

Диапазон возможностей для реновации очень широк. Он включает и перемонтаж выработавших летный ресурс авиадвигателей воздушных судов на речные и морские суда на подводных к р ы л ь я х, и перевозку ме­ бели на дачный участок при замене ее в современной городской квартире, и сезонные распродажи товаров. Реновация экологически эффективна также при решении задач конверсии военной техники и оборонных пред­ приятий. Все вещества и энергия (бывшие природные ресурсы), за иск­ лючением возвращенных в ресурсный цикл BMP и ВЭР, после седьмого этапа поступают в окружающую природную среду, где они уже являются загрязнением.

370 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Рис. 9.1. Схема использования природных ресурсов при удовлетворении потребностей общества (по Н. И. Николайкину): неуловленное при очистке вещество и низкопотенциальная энергия, рассеивающиеся в ок­ ружающей среде Перемещение с этапа на этап требует дополнительных транспортных затрат, вызывающих в свою очередь загрязне­ ние биосферы отходами транспортных средств. В среднем в процессе ресурсного цикла по целевому назначению использу­ ется не более 5% добытого вещества (а зачастую не более 1%), остальные 95% (99%) так или иначе попадают обратно в окру­ жающую среду в виде отходов, не удовлетворив никаких по­ требностей человека. Так, по данным Госкомэкологии РФ, в начале 90-х годов количество ежегодно извлекаемых природ Глава 9. Антропогенное загрязнение биосферы ных ресурсов составляло 53 т на одного жителя России. Добы­ ча и переработка этой массы сырья ежегодно требовала около 7000 кВт • ч электроэнергии и 800 т воды. В итоге в расчете на одного человека в год получалось 2—3 т конечной продукции, а остальная масса возвращалась в ОС в виде отходов.

Конечная продукция в свою очередь также является отхо­ дами, только отложенными во времени. Изготовленные изде­ лия (машины, оборудование, предметы потребления), полу­ ченные химические соединения, в с е, ч т о п р о и з в е л ч е ­ л о в е к, включая шедевры искусства и памятники истории, р а н о и л и п о з д н о изнашивается, выходит и з строя, разру­ шается и р а с с е и в а е т с я в ОС. Вовлекаемые в ресурсный цикл вещества полностью возвращаются в окружающую среду.

Однако замкнутость ресурсного цикла существенно отличается от замкнутости биогеохимического или биотического цикла.

Изъятый ресурс возвращается в биосферу в существенно измененном виде, в том числе с новым для природы сочетани­ ем химических элементов. Такие соединения не могут быть ас­ симилированы в биосфере обычным путем. Кроме того, добы­ тые для переработки природные ресурсы возвращаются не точ­ но на место изъятия, а попадают в другие экологические системы;

характерный пример — добыча фосфатов, их исполь­ зование в качестве минерального удобрения и последующая эвтрофикация водоемов. Следовательно, антропогенный ре­ сурсный цикл является главным источником загрязнения ок­ ружающей среды.

Ресурсный цикл (рис. 9.1) подобен пищевой (трофической) цепи в природных экосистемах и так же, как они, достаточно условен. Места добычи, производства, потребления и утилиза­ ции в этом цикле в большинстве случаев не совпадают, тогда как в природных экосистемах существуют не цепи, а разветв­ ленные трофические сети. Благодаря этому обеспечивается наиболее эффективное использование всех ресурсов среды, в том числе происходит переработка отходов тут же на месте.

В природе цепи трансформации всех веществ максимально за­ мыкаются в циклы (круговороты) и понятия «загрязнение» не существует. Реализация ресурсного цикла в пределах одного предприятия невозможна даже теоретически. В полной мере Подтверждением служит пример Робинзона Крузо, который, во-пер­ вых, не обошелся без инструментов и оружия со своего затонувшего ко­ рабля, а во-вторых, в конечном итоге создал условия жизни на уровне, никак не привлекающем современного человека.

372 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ это недостижимо и в рамках одного промышленного узла.

Максимально возможное совершенствование ресурсного цикла (хотя очень далекое от уровня совершенства трофической сети) достигается при создании территориально-производственных комплексов (ТПК). В этом случае в производство вовлекается наибольшая часть комплексного потенциала сырья, включая вскрышные породы, образующиеся при добыче ископаемых, побочные продукты и отходы производства.

Основными направлениями совершенствования ресурсно­ го цикла при некотором фиксированном уровне потребления общества являются:

• уменьшение потерь на этапах добычи и транспортиров­ ки ресурсов;

• разработка технологий, позволяющих использовать для производства (потребностей человека) максималь­ но возможное количество компонентов извлекаемого сырья;

• уменьшение материалоемкости продукции, энергоем­ кости производства и эксплуатации продукции;

• увеличение срока службы изделий.

Совершенствование ресурсного цикла идет по пути со­ здания новых технологий, оптимизации технических решений (в том числе оборудования), исходя из принципа минимизации экологического ущерба. Очевидно, что принципиально новые решения вызывают изменения на всех этапах ресурсного цик­ ла. От одного и того же «усовершенствования» на разных эта­ пах ресурсного цикла могут быть получены различные как по величине, так и по знаку экологические эффекты (или ущер­ бы). Например, разработка и широкое внедрение нового хла­ дагента велись 20—30 лет с целью замены в холодильных ус­ тановках экологически очень опасного аммиака на инертное, нетоксичное, пожаробезопасное вещество. Изначально хлор фторуглероды (фреоны) казались идеальным решением про­ блемы, и лишь всестороннее изучение ресурсного цикла пока­ зало серьезную ошибочность этого вывода, ибо они оказались смертоносны для озонового слоя Земли.

Другой пример: экологически более чистые виды топлива, которые меньше загрязняют атмосферу при совершении тако­ го же количества работы, выгодны для использования на транспорте, но не выгодны при производстве, так как требуют более сложной переработки углеводородного сырья, большего расхода энергии, а в результате становятся дороже.

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу Еще одним примером является происходящая в наши дни широкомасштабная компания по введению новых европей­ ских стандартов на допустимые выбросы в атмосферу от авто­ транспорта. Двигатели внутреннего сгорания автомобилей — основные источники загрязнения атмосферы в городах и гус­ тонаселенных регионах. Принятые нормы допустимых выбро­ сов автомобилей, введенные с 2000 г., столь высоки, что им удовлетворяют только лишь самые современные марки ма­ шин. При этом известно, что и эти марки совершенно бесперс­ пективны для модернизации с целью соответствия уже приня­ тым европейским нормам 2005 г.

Таким образом, европейские страны в ближайшие годы сознательно идут на затраты (как экономические, так и эколо­ гические), связанные с производством и практически полной за­ меной парка легковых и грузовых автомобилей, ради резкого снижения объема выбросов в атмосферу, гарантируемого новы­ ми нормами. Аналогичное происходит и в авиадвигателестрое нии.

Современная экологическая экспертиза любых принимае­ мых решений обязательно должна быть всесторонней, учиты­ вающей все возможные последствия для окружающей природ­ ной среды, человека, растительного и животного мира, био­ сферы в целом.

9.1. Антропогенное воздействие на биосферу Человек, как и любой другой организм, с момента воз­ никновения на Земле влиял на биосферу. Выделяют следую­ щие основные этапы воздействия человека на окружающую среду:

• влияние на биосферу как биологического вида;

• сверхинтенсивная охота без изменения экологических систем в целом (в период становления человечества);

• изменение экосистем через естественно идущие процес­ сы: пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т. п.;

• усиление влияния путем распашки земель и вырубки лесов;

• глобальное изменение структурных компонентов наибо­ лее крупных экосистем, биомов и биосферы в целом.

374 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Последний этап начался примерно 250 лет назад. Источни­ ками антропогенного воздействия на биосферу, а следователь­ но, и загрязнения являются промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, сфера потребления и быта — любая деятельность современного человека.

Воздействие на биосферу современного человека происхо­ дит по следующим основным направлениям:

• изменение структуры земной поверхности (распашка земель, горнодобыча, вырубка лесов, осушение болот, создание искусственных водоемов и водотоков и т. п.);

• изменение химического состава природной среды, кру­ говорота и баланса веществ (изъятие и переработка по­ лезных ископаемых, размещение отходов производства в отвалах, на полигонах, в атмосферном воздухе, вод­ ных объектах);

• изменение энергетического (в частности, теплового) ба­ ланса в пределах как отдельных регионов земного ша­ ра, так и на планетарном уровне;

• изменения в составе биоты (совокупности живых орга­ низмов) в результате истребления одних видов живот­ ных и растений, создания других видов (пород), переме­ щения их на новые места обитания (интродукция).

По состоянию на конец XX в. среди существующих источ­ ников воздействия выделяют:

• главные источники антропогенного загрязнения воз­ духа: энергетику, транспорт, черную и цветную метал­ лургию, химию и нефтехимию;

• основные загрязнители гидросферы: предприятия цел­ люлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, химиче­ ской, пищевой и легкой промышленности. В последнее время значительно увеличилась доля загрязнений, пос­ тупающих в водоемы от индустриального сельского хо­ зяйства;

• основная масса промышленных твердых и жидких от­ ходов образуется на предприятиях горнодобычи и гор­ нопереработки, энергетики, металлургической и хими­ ческой отраслей промышленности.

Твердые отходы, поступающие в окружающую среду, под­ разделяют на сельскохозяйственные, промышленные и быто­ вые. Утилизация твердых бытовых отходов повсеместно за­ труднена.

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу 9. 1. 1. Воздействие на атмосферу Воздух как природный ресурс представляет собой обще­ человеческое достояние. Постоянство его состава (чистота) — важнейшее условие существования человечества. Поэтому лю­ бые изменения состава рассматриваются как загрязнение ат­ мосферы.

Основными ингредиентами загрязнения атмосферы явля­ ются оксиды углерода (СО), азота (N0 X ) и серы (SO^.), углеводо­ роды ( ^ Н ^ ) и взвешенные частицы (пыль).

Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бас­ сейн в виде газов или аэрозолей, могут:

• оседать под действием силы тяжести (крупнодисперс­ ные аэрозоли);

• физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в лито- и гидросферу;

• включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и пр.);

• изменять свое агрегатное состояние (конденсировать­ ся, испаряться, кристаллизоваться и т. п.) или хими­ чески взаимодействовать с другими компонентами воз­ духа, после чего пойти одним из вышеуказанных пу­ тей;

• находиться в атмосфере относительно длительное вре­ мя, переносясь циркуляционными потоками в различ­ ные слои тропо- и стратосферы и в разные географиче­ ские области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их физической или химической трансфор­ мации (например, фреоны).

Сводные данные о количестве наиболее распространенных выбросов (табл. 9.1) показывают, что их основная часть прихо­ дится на промышленно развитые страны Северной Америки и Европы и в меньшей степени Азии. Динамика изменения объ­ емов антропогенных выбросов в мире в конце XX в. приведена на рис. 9.2.

В результате антропогенного воздействия на атмосферу возникают:

• локальная или региональная загазованность приземно­ го слоя;

• трансграничный перенос загрязнений на значительные расстояния;

376 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Таблица 9. Выбросы загрязняющих веществ по группам стран Количество веществ, млрд т в год Континенты sox Взвешенные вещества СО СН N Ox п т Северная 5, 77,3 11,3 9,05 18, Америка Южная 1, 9,05 1,8 1, 1, Америка 6, 7, 21,4 2,6 21, Европа 7,5 4, 3, Азия 8,5 1, 1,6 0, 2,5 0,75 0, Африка Австралия 2,4 0,7 0,3 0, 2, и Океания о 100 120 140 160 180 млнт 20 40 60 Рис. 9.2. Выбросы в атмосферу (млн т/г.) оксидов углерода, серы, азота и взвешенных частиц в 1970—1990 гг. по данным UNEP;

ОЭСР — Орга­ низация экономического сотрудничества и развития;

ЮНЕП (UNEP) — Программа ООН по проблемам окружающей среды (United Nations Envi­ ronmental Program) 3 9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу • различные глобальные (общепланетарные) эффекты, та­ кие, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя;

• загрязнение лито- и гидросферы как результат процес­ сов естественного самоочищения атмосферы.

9. 1. 1. 1. Загрязнение парниковыми газами К настоящему времени деятельность человека значи­ тельно влияет на состав воздуха планеты и приводит прежде всего к созданию парникового эффекта, т. е. к увеличению со­ держания в нем парниковых газов. Эти газы, будучи прозрач­ ными для коротковолновых солнечных лучей, плохо пропус­ кают длинноволновые излучения, уходящие обратно в косми­ ческое пространство. В результате нижний слой атмосферы и поверхность Земли нагреваются. Рост средней температуры за последние полтора века показан на рис. 9.3.

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 Годы Рис. 9.3. Динамика изменения средней глобальной температуры у по­ верхности Земли за 1860—1998 гг. по данным Британского метеорологи­ ческого общества. Столбиками показана средняя ежегодная температура воздуха у поверхности Земли в соответствующем году, а кривой — темпе­ ратура, усредненная по пятилетиям 378 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Основной примесный газ, создающий парниковый эф­ фект, — диоксид углерода (С0 2 ), содержание которого за пре­ дыдущие 150 лет заметно изменилось (рис. 9.4, а). Причинами роста концентрации С 0 2 в атмосфере являются выброс диокси­ да углерода промышленными предприятиями, работающими на углеводородном сырье (топливе), а также снижение интен­ сивности его поглощения биотой наземных экосистем, прежде всего лесами (фотосинтез).

Другим газом, создающим парниковый эффект на планете, является метан. Рост его концентрации в воздухе подтвержден экспериментально путем анализа пузырьков газа в полярных льдах (рис. 9.4, б). Основная природная причина образования метана — деятельность особых бактерий, разлагающих в ана­ эробных условиях (без доступа кислорода) углеводы. Это про­ исходит прежде всего на болотах и в пищеварительном тракте животных. Метан образуется в кучах компоста, на свалках, рисовых полях (везде, где вода и грязь изолируют остатки рас­ тений от доступа воздуха), а также при добыче ископаемого топлива.

Метан в основном окисляется в тропосфере, однако неболь­ шая его часть все-таки достигает стратосферы, где он положи­ тельно влияет на природные процессы, ибо взаимодействует с атомарным хлором (виновником разрушения озонового слоя):

СН 4 + С1 СН 3 + НС 1800 1900 Годы Годы а) б) Рис. 9.4. Изменение концентрации диоксида углерода в атмосфере (а) и метана в полярных ледниковых пузырьках по годам образования льда (б) 9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу Помимо диоксида углерода и метана к парниковым газам относятся хлорфторуглероды (фреоны) и их заменители, гемо оксид азота и гексафторид серы (табл. 9.2) 1.

В целом наличие такого явления, как парниковый эффект, для биосферы полезно. Полное отсутствие этих газов в атмос­ фере привело бы к снижению температуры у поверхности Зем­ ли примерно на 30—33 °С, и она, как и Луна, была бы бесплод­ на, сильно нагреваясь днем и переохлаждаясь ночью. В то же время, имей Земля атмосферу Венеры (более чем на 95% со­ стоящую из С0 2 ), парниковый эффект привел бы к такому сильному перегреву, что жизнь также была бы невозможна.

Изменения концентрации парниковых газов и температу­ ры у земной поверхности (и даже весьма значительные, напри­ мер, в ледниковые периоды) уже происходили на нашей пла­ нете (рис. 9.5). Так, вследствие вулканической деятельности и крупных лесных пожаров резко увеличивалась концентрация С 0 2, что приводило, и не раз, к природным экологическим кризисам и катастрофам.

Современное потепление как следствие парникового эф­ фекта — проблема не новая. Еще в 1827 г. французским уче 6000 2000 д о н. э. дон. э. н.э.

Рис. 9.5. Колебания средней температуры на нашей планете за последние 10 тыс. лет: 1 — конец ледникового периода;

2 — малый ледниковый период;

3 — средневековый теплый период;

за 0° принята современная температура у поверхности Земли Парниковый эффект также создается парами воды, однако их со­ держание в атмосфере определяется прежде всего процессами общеплане­ тарного круговорота воды. Современным человеком эти процессы не мо­ гут регулироваться, поэтому в рассматриваемой проблеме пары воды да­ же не упоминаются.

380 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ ным Ж. Фурье было высказано предположение, что атмосфера влияет на температуру поверхности Земли по-разному, пропу­ ская излучения с разной длиной волны. В конце XIX в. швед­ ский ученый Аррениус пришел к выводу, что следствием уве­ личения выброса предприятиями диоксида углерода в период промышленной революции будет изменение его концентрации в атмосфере и рост приземной температуры. В отличие от слу­ чавшегося на Земле ранее современная ситуация уникальна особо быстрым нарастанием негативных процессов — все мо­ жет произойти за какие-то 100—200 лет.

Таблица 9. Основные парниковые газы и их влияние на глобальное потепление (по материалам конференции в Киото, 1997) Потенци­ Доля в ал гло­ сумме Время Основные бального парнико­ пребы­ Газ источники потепле­ вых газов вания, лет ния' на 1990 г.

С ж и г а н и е ис­ Различ­ копаемого топ­ ное, в ос­ Д и о к с и д уг­ лива (77%);

81, новном лерода ( С 0 2 ) в ы р у б к а лесов около (23%) Р и с о в ы е план­ т а ц и и ;

утечки при добыче и транспорти­ ровке ископае­ м ы х видов топ­ 13, Метан ( С Н 4 ) л и в а ;

жизнеде­ 9— ятельность животных;

гниение на свалках Производство удобрений;

с ж и г а н и е ис­ копаемого топ­ Гемиоксид 4,0 л и в а ;

сельско­ азота ( N 2 0 ) хозяйственное возделывание земли 9. 1. Антропогенное воздействие на биосфер/ Окончание таблицы 9. Доля в Потенци­ сумме ал гло­ Время Основные Газ парнико­ пребы­ бального источники вания, лет вых газов потепле­ на 1990 г. ния' Использова­ Хлорфто ние в качестве руглероды хладагентов, (ХФУ или 2600— растворите­ 0, фреоны) и 50 000 и более лей, вспенива родствен­ телей, основы ные газы** аэрозолей Хлор- Использова­ 1,5—264 140— фторуглево- ние в качестве 11 (наиболее дороды заменителей (наиболее 0,56 характер­ (ХФУВ)*** ХФУ (фреонов) характер­ ный 14,6) ный 1300) Гексафто- Производство рид серы электроники (SF 6 )*** и изоляцион­ 0,30 23 ных материа­ лов Потенциал глобального потепления (Global warming potential) ха­ рактеризует «разогревающее» воздействие молекулы парникового газа относительно молекулы диоксида углерода. Эти оценки потенциалов использовались для расчетов перед подписанием Киотского протокола.

** Со времени подписания Монреальского соглашения эти газы быст­ ро заменяются на ХФУВ, но, попав в атмосферу ранее, они будут присут­ ствовать в ней еще долго.

* Выбросы этих газов пока невелики, но их объемы постоянно воз­ растают.

Количество С 0 2 в атмосфере при современных темпах по­ требления человеком ископаемого топлива удваивается каж­ дые 23 года, что может привести к потеплению климата уже к 2025 г. на 1 °С и к концу начавшегося столетия — на 2 °С (с учетом фактора неопределенности — на 1—3,5 °С). Из-за инерционности глобальных процессов потепление продолжит­ ся еще несколько десятилетий даже при стабилизации содер­ жания парниковых газов в атмосфере.

На основании расчетов, проведенных с использованием климатических моделей, сделан вывод, что если не принять 382 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ меры по прекращению выбросов парниковых газов, то уровень моря на Земле поднимется примерно на 200 мм к 2030 г. и на 600—1000 мм к концу столетия. Это произойдет в результате увеличения объема воды из-за нагрева и таяния снегов.

Повышение уровня моря на 300—500 мм вызовет серьез­ ные проблемы в странах, расположенных в низменных райо­ нах, и в ряде крупных городов, таких, как Амстердам, Вене­ ция, Рио-де-Жанейро, Санкт-Петербург. Дальнейший подъем уровня моря (на 1 м выше современного) затронет человече­ ское сообщество значительно сильнее: море затопит арабские страны, зальет около 15% площади Египта, до 4% урожайной земли Бангладеш, засолит пресноводные прибрежные аквато­ рии и загрязнит воду в системах водоснабжения у берегов.

Таяние вечной мерзлоты может привести к разрушению всего, что создано человеком на ее поверхности. Увеличатся интенсивность и частота экстремальных явлений природы — ураганов,засух.

По прогнозам ученых, общее потепление во много раз пре­ высит адаптационные способности многих природных сооб­ ществ. Парниковый эффект может привести к быстрой гибели лесов и отдельных видов животных, смещению географиче­ ских зон — к сокращению территорий, пригодных для жизни растений, животных и людей. По некоторым оценкам, до тре­ ти всех наземных экосистем могут начать меняться и перехо­ дить в другой тип: например, леса — в степи, тундры — в леса и т. п.

Одновременно со всплеском гибели привычной человеку биоты будут возникать новые виды, для которых подобные ус­ ловия станут благоприятными. В итоге Природе гибель не гро­ зит, проблема в том, сможет ли Человек выжить в новых усло­ виях, а если сможет, то какой ценой?

Киотский протокол. Проведенный в 1957 г. Международ­ ный геофизический год позволил международному научному сообществу создать широкую сеть станций по наблюдению за окружающей средой — основу для понимания планетарных процессов и влияния на них антропогенной деятельности. Ис­ следования сразу же выявили непрерывное повышение содер­ жания С 0 2 в атмосфере. В итоге уже в 1970 г. в отчете Гене­ рального секретаря ООН упоминается о возможности «катаст­ роф, связанных с потеплением».

Обеспокоенность мирового сообщества данной проблемой привела к разработке и принятию в 1992 г. в Рио-де-Жанейро Международной Рамочной Конвенции ООН по изменению кли 9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу мата (см. разд. 10.7.3). В декабре 1997 г. в Киото 1 (Япония) на Конференции сторон этой конвенции был подписан протокол к Конвенции, установивший для промышленно развитых госу­ дарств-участников четкие лимиты (количественные обязательст­ ва) по сокращению выбросов С 0 2 относительно базового 1990 г.

Цель соглашения в Киото — добиться совокупного сокра­ щения к 2008—2012 гг. соответствующих выбросов по край­ ней мере на 5%, для чего члены Европейского союза и Швей­ цария должны в оговоренные сроки снизить выбросы на своей территории на 8%, США — на 7%, Япония — на 6% в год.

Обязательства на последующие периоды времени Стороны Конференции договорились обсудить не позднее 2005 г.

Киотский протокол предусматривает реализацию ряда сов­ местных программ, в частности создание уникального меха­ низма торговли квотами 2, заключающегося в том, что Стороны протокола могут перераспределять между собой (например, перепродавать) разрешенные им в течение определенного сро­ ка объемы выбросов.

В России выбросы парниковых газов в конце 90-х годов прошлого века не превышали допустимого уровня и сниже­ ния не требовалось, в конце 1998 г. общий выброс в атмосфе­ ру составил всего 70% от уровня базового 1990 г. Прогноз, выполненный по инициативе Всемирного банка, показал, что к 2010 г. выброс этих газов составит 96% от базового, а при внедрении энергосберегающих технологий — только 9 2 %.

Экономический кризис и спад производства в России в конце XX в. позволяет ей иметь неиспользованные квоты на выброс диоксида углерода примерно в количестве 250 млн т/г. Кроме того, в России в настоящее время существует 119,2 млн га зе­ мель, покрытых лесом, а, как известно, 1 га леса связывает 1,5 т углерода в год. Следовательно, только за счет лесопоса Ход реализации Рамочной Конвенции ООН «Об изменении клима­ та» обсуждается на ежегодно созываемых международных конференци­ ях. Соответствующие заседания прошли в Берлине (1995), Женеве (1996), Киото (1997), Буэнос-Айресе (1998), Бонне (1999), Гааге (2000);

заседание в Гааге было прервано из-за серьезных противоречий между участниками), Найроби (2001).

Квота (от лат. quota) — часть, приходящаяся на каждого.

Термин «углерод» широко используется к а к синоним диоксида уг­ лерода в международных дискуссиях по глобальной климатической про­ блеме, при этом имеется в виду количество С 0 2 в пересчете на углерод (44 т СО, эквивалентны 12 т углерода).

384 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ док в России за год может быть связано до 178,8 млн т угле­ рода.

Россия пока не ратифицировала Киотский протокол, меж­ ду тем участие в решении глобальной климатической пробле­ мы нашей стране чрезвычайно выгодно, ибо в Киото за точку отсчета был взят 1990 г., когда выбросы России были макси­ мальны. Поэтому участие в «общем деле» не только не потре­ бует денежных затрат, но будет прибыльным.

Дело в том, что по расчетам затраты на выполнение Киот ских обязательств на национальном уровне для большинст­ ва стран составляют 20—60 долл. США за тонну С 0 2 (или 80—200 долл. США в пересчете на 1 т углерода). Таким об­ разом, даже по самым пессимистическим прогнозам, торгов­ ля излишками квот на выброс парниковых газов может да­ вать около 10 долл. США за тонну. В сложившейся ситуации Россия претендует на ведущую роль на формирующемся меж­ дународном «рынке углерода». Кроме того, свободный дос­ туп к международным программам и фондам может дать воз­ можность в значительной мере решить отечественные проб­ лемы энергоэффективности, энергоснабжения и адаптации к новым климатическим условиям за счет международных средств, причем не взятых в долг, а фактически безвозмезд­ ных.

По оценкам UNDP, всего через несколько десятилетий изменения климата могут принести странам бывшего СССР годовой ущерб свыше 20 млрд долл. США, в том числе, по рас­ четам Всемирного фонда охраны дикой природы (WWF), ущерб России составит 5—10 млрд/г. При этом ущерб США (а также стран Европейского Союза) будет почти в 10 раз боль­ ше ущерба России. Тем не менее следует четко понимать, что для нашей страны грядущие изменения климата — это не только и не столько мягкое и постепенное потепление. Цена этого явления заключается также и во вторичных негативных эффектах, сила которых намного превысит «приятные нам» последствия.

В случае правильности прогнозов от потепления легче ста­ нет только энергетике России, а сельское хозяйство из-за рез­ ких заморозков и оттепелей может проиграть больше, чем вы­ играть от увеличения средней температуры. Вторичными эф­ фектами будут: повышение смертности вследствие резких скачков температуры, увеличение лесных пожаров, таяние вечной мерзлоты, деградация экосистем, сокращение запасов 9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу пресной воды, новые для нас болезни 1, а также непредсказуе­ мая пока иммиграция в Россию из стран с катастрофическими изменениями климата и многое другое, трудно прогнози­ руемое.

Одна из причин современных бурных политических деба­ тов по проблеме парникового эффекта — неравномерный вклад государств (особенно развитых, с одной стороны, и раз­ вивающихся — с другой) в это «общее дело» (рис. 9.6). В разви­ тых странах выбросы соответствующих газов, приходящиеся на душу населения, в среднем в 10 раз больше, чем в странах третьего мира (особенно Азии и Африки). Да и развитые стра­ ны по этому показателю неодинаковы — удельные выбросы в Европе и Японии составляют только половину от показате­ лей США, Канады или Австралии. Поэтому действительно трудно и даже бессмысленно требовать от развивающихся стран контролировать и ограничивать их выбросы в атмосферу до того, как развитые страны не займутся всерьез собственным самоограничением.

млн чел.

Рис. 9.6. Распределение по странам и группам стран удельного (на душу населения) выброса С 0 2 в пересчете на углерод В первую очередь это, вероятно, распространение передающихся паразитами таких инфекционных болезней, к а к м а л я р и я, лихорадка денге и желтая лихорадка. По прогнозам, в зоне распространения маля­ рии будет проживать уже 60% мирового населения, а не 4 5 %, к а к в на­ стоящее время.

13 Экология 386 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ В то же время решить проблему без участия развивающих­ ся стран невозможно, ибо в ближайшие десятилетия самые крупные из них могут так значительно увеличить выбросы в ат­ мосферу, что все усилия развитых стран будут сведены на нет.

Существуют и иные, частные, но достаточно обоснованные противоречия. Так, многие развивающиеся страны полагают, что при учете объемов выбросов парниковых газов их следует относить не на счет стран, с территории которых они (выбро­ сы) производятся, а на счет стран, предприниматели которых поощряют эти выбросы. Причина в том, что фирмы развитых государств из-за более дешевой рабочей силы и менее жестких экологических ограничений стремятся свои производственные мощности размещать в Африке, Латинской Америке, Азии, а продукцию и доходы возвращать в свои страны, обеспечивая исключительно высокий уровень жизни. При таком подходе рост содержания С 0 2 в атмосфере, вызванный рубкой тропиче­ ских лесов для поставок в Японию или США, вполне логично было бы записывать на счет этих стран, а не на счет Малайзии или Бразилии, чьи леса вырубались.

Борьба за ратификацию Киотского протокола проходит в непростых условиях в ряде стран, включая европейские.

Тем не менее в марте 2002 г. министры охраны окружаю­ щей среды Европейского Союза (ЕС) единогласно пришли к со­ глашению, обязывающему все страны — члены ЕС ратифици­ ровать Киотский протокол, как это уже сделали четыре стра­ ны ЕС. Планируется предпринять все необходимые меры для вступления Киотского протокола в силу во время проведения Всемирного саммита по устойчивому развитию в Йоханнесбур­ ге осенью 2002 г.

При этом центральное место на переговорах по глобаль­ ным климатическим изменениям занимают США не столько из-за политического или экономического веса, сколько из-за доли выбросов в атмосферу планеты;

вклад этой страны со­ ставляет 25%, так что любые международные соглашения без их участия почти бессмысленны. В отличие от европейских стран США крайне осторожны и неактивны, что связано с це­ ной, которую они должны будут заплатить за снижение выбро­ сов С 0 2.

Протокол, который был выработан в соответствии с поже­ ланиями прежде всего США, неожиданно оказался на грани провала из-за того, что США могут отказаться его ратифици­ ровать. Так, одним из первых наиболее важных заявлений Дж. Буша, сделанных в начале 2001 г., было заявление о ре 9.1. Антропогенное воздействие на биосферу шении США «выйти» из Киотского протокола, подписанного Б. Клинтоном. Причина в том, что экономика США опирается на собственные, пока кажущиеся безграничными, дешевые ре­ сурсы ископаемого топлива. Существует мнение, что сниже­ ние выбросов С 0 2 в США потребует больших финансовых вло­ жений либо приведет к резкому, кажущемуся неприемлемым для американцев ограничению уровня их жизни (потребле­ ния). Поэтому сотни миллионов долларов тратятся на научные исследования, направленные на поиск обоснований ошибоч­ ности выводов о причинах начавшихся глобальных изменений климата 1 и необходимых действиях международного сообще­ ства. Корни зла США видят не в собственном энергопотребле­ нии, а в частности, в вырубке тропических лесов 2, в увеличе­ нии площадей рисовых плантаций, в росте народонаселения и экономическом развитии стран третьего мира.

Юридически Киотский протокол может вступить в силу и без ратификации США, но для его реализации участие этой страны, причем активное, является важным.

Результаты комплексных исследований и прогнозирова­ ние развития ситуации в XXI в. показывают, что даже полно­ стью выполненные обязательства, принятые по Киотскому протоколу, смогут повлиять на изменения климата намного меньше, чем требуется. Концентрация парниковых газов будет продолжать увеличиваться. Поэтому всем странам необходимо в той или иной степени готовиться к приспособлению к неиз­ бежным изменениям климата.

М и р начал м н о г о о б е щ а ю щ и й и трудный п р о е к т, который по­ м о ж е т в решении самой опасной для человечества экологиче­ ской проблемы, и пути назад нет.

Хотя выполнение Киотских договоренностей приведет лишь к достаточно с к р о м н ы м экологическим успехам, но в л ю б о м случае это хорошее начало.

Существуют различные гипотезы. Группа ученых, среди которых есть и наши соотечественники, объясняет потепление обычными колеба­ ниями климата (рис. 9.6). Так, по их мнению, в конце XX в. завершился очередной малый ледниковый период, пик которого имел место в XVII в., и рост концентрации С 0 2 — это следствие, а не причина потепления. Су­ ществуют и иные гипотезы, опровержение либо подтверждение которых возможно лишь в будущем.

В Киотском протоколе применяется термин «обезлесивание».

388 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ 9.1.1.2. Разрушение озонового слоя Общее количество озона в атмосфере не велико, тем не менее озон — один из наиболее важных ее компонентов.

Благодаря ему смертоносная ультрафиолетовая солнечная ра­ диация в слое между 15 и 40 км над земной поверхностью ос­ лабляется примерно в 6500 раз. Озон образуется в основном в стратосфере под действием коротковолновой части ультрафи­ олетового излучения Солнца. В зависимости от времени года и удаленности от экватора содержание озона в верхних слоях ат­ мосферы меняется, однако значительные отклонения от сред­ них величин концентрации озона впервые были отмечены лишь в начале 80-х годов прошлого века. Тогда над южным по­ люсом планеты резко увеличилась озоновая дыра 1 — область с пониженным содержанием озона. Осенью 1985 г. его содер­ жание снизилось относительно среднего на 40%. Уменьшение содержания озона наблюдалось и на других широтах. В част­ ности, на широте Москвы оно составило около 3%.

Уменьшение «толщины» озонового слоя приводит к изме­ нению (увеличению) количества ультрафиолетового излуче­ ния Солнца, достигающего поверхности Земли, нарушению теплового баланса планеты. Изменение интенсивности солнеч­ ного излучения заметно влияет на биологические процессы, что в конце концов может привести к критическим ситуаци­ ям. С увеличением доли ультрафиолетовой составляющей в из­ лучении, доходящем до поверхности планеты, связывают рост числа раковых заболеваний кожи у людей и животных. У че­ ловека это три вида быстротекущих раковых заболеваний: ме ланома и две карценомы.

Установлено, что увеличение дозы ультрафиолетового из­ лучения на 1% приводит к увеличению раковых заболеваний на 2%. Однако у жителей высокогорных районов, где интен­ сивность излучения в несколько раз выше, чем на уровне мо­ ря, рак крови встречается реже, чем у жителей низменностей.

Это противоречие пока объясняют тем, что не столько увели­ чился уровень облучения, сколько изменился образ жизни лю По современным данным, озоновая дыра существовала практиче­ ски всегда, то появляясь время от времени, то исчезая в соответствии с сезонными изменениями в состоянии атмосферы. В начале 80-х годов прошлого века было установлено, что произошли серьезные изменения в динамике этого явления — «дыра» перестала восстанавливаться до ис­ ходного состояния. Таким образом, природные колебания концентрации озона в стратосфере усложнились из-за антропогенного воздействия.

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу дей, которые стали значительно больше времени проводить на солнце. В то же время жесткое (А. < 320 нм) ультрафиолетовое излучение относится к числу ионизирующих излучений, а сле­ довательно, является мутагенным фактором среды обитания.

Среди катализаторов разложения озона наиболее роль принадлежит оксидам азота:

NO + 0 3 = N 0 2 + 0 N02 + 0 =NO + 0 03 + О = 2 0 2 - 391 кДж/моль, а также атомам хлора:

С1 + 0 3 = СЮ + 0 СЮ 4- О = 0 2 + С В качестве катализатора реакции разложения озона может служить ОН-радикал, образующийся с участием паров воды:

По расчетам одна молекула хлора способна разрушить до 1 млн молекул озона в стратосфере, а одна молекула оксида азота — до 10 молекул 0 3. Феномен антарктической «озоновой дыры» по одной из теорий объясняется воздействием хлорфто руглеродов (фреонов) антропогенного происхождения. Так, из­ мерения показали почти двукратное превышение фоновых концентраций хлорсодержащих частиц в зоне антарктической «дыры» и наличие в весенние месяцы в стратосфере над Ан­ тарктидой областей почти без озона.

Природной причиной разрушения озонового слоя из-за поступления в стратосферу атомарного хлора является хлорме тан (CHgCl) — продукт жизнедеятельности организмов в оке­ ане и лесных пожаров на суше. В то же время достоверно уста­ новлено, что в результате деятельности человека в атмосфере появился значительный избыток азотных и галогеноуглерод ных соединений.

Оксиды азота антропогенного происхождения образуются из азота и кислорода воздуха при высоких температурах (начи­ ная с 1000 °С и выше) в присутствии катализаторов, в качестве которых выступают различные металлы. Такие условия скла­ дываются при сжигании топлив, причем чем выше температура процесса горения, тем больше образуется оксидов азота (N0^.).

Наиболее подходящие условия для образования оксидов азота 390 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ имеются в современных двигателях, в том числе у воздушных судов, давно освоивших как тропосферу, так и стратосферу.

Кроме того, зона стратосферы, где находится озоновый слой, подвергается воздействию ракетной техники. Принци­ пиально новые проблемы возникают при использовании раке­ тоносителей, в первую очередь на твердом топливе, так как оно содержит много соединений хлора и азота. При подъеме на высоту 50 км при общей массе полезного груза 29,5 т для уско­ рителей американского «Спейс шатл» количество отходов, наиболее опасных для озонного слоя, составляет, т:

хлор и его соединения оксиды азота (NO x ) оксиды алюминия (в виде аэрозолей) Согласно оценкам экспертов Всемирной метеорологиче­ ской организации, при уровне поступления в атмосферу фрео нов, имевшемся в начале 90-х годов, концентрация озона в стратосфере через 15—20 лет должна уменьшиться на 17%, после чего стабилизироваться. При этом климат у поверхности Земли должен измениться незначительно, а уровень ультрафи­ олетового излучения — возрасти на треть.

Атомарный хлор образуется в стратосфере в результате фо­ тохимического разрушения хлорфторуглеродов (ХФУ), или фреонов, или хладонов CF 2 C1 2 и CFC1 3. Эти вещества летучи и устойчивы в тропосфере. Однако в условиях стратосферы они начинают распадаться в связи с образованием свободных атомов галогенов.

Хлорфторуглероды являются очень стабильными вещест­ вами. Время их существования в атмосфере велико: многие десятилетия и даже столетия они долгое время широко приме­ нялись в аэрозольных баллончиках, холодильных и иных ус­ тановках. Хлорфторуглерод «Хладон 12» (CC12F2) был специ­ ально подобран для замены токсичного и обладающего резким запахом аммиака, повсеместно применявшегося до того време­ ни в холодильных агрегатах. Демонстрируя в 1930 г. новый хладагент в Американском химическом обществе, американ­ ский инженер Томас Мидгли вдыхал его в себя и задувал им свечу. Тем самым подчеркивались два основных положитель­ ных качества «Хладона 12» — негорючесть и нетоксичность 1.

Кроме всего, это соединение коррозионно пассивно.

Среди вредных веществ, включенных в ГОСТ 12.1.005-88, выде­ лятся фреоны с максимальными значениями ПДК рабочей зоны, равны­ ми 1000—5000 мг/м 3.

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу 39 «Хладон 12», а также и «Хладон 11» (CC13F) относятся к классу хлорфторуглеродов — веществ, состоящих из хлора, фтора и углерода. Этот класс включает в себя несколько соеди­ нений с различной температурой кипения, что позволяет лег­ ко подобрать конкретное вещество для решения разнообраз­ ных задач: создания холодильного агрегата или автомобильно­ го кондиционера;

очистки поверхности печатных плат для изделий микроэлектроники;

аэрозольного распыления косме­ тических или иных средств из «аэрозольных баллончиков»;

вспенивания сырья при изготовлении изделий из пластмасс;

пожаротушения и пр. К ХФУ также относятся метилхлоро форм (CHgCClg), четыреххлористый • углерод (СС14) и талоны 1.

После того как выяснилось, что ХФУ столь губительны для стратосферного озона, было предложено использовать замени­ тели — хлорфторуглеводороды (ХФУВ) и фторуглеводороды (ФУВ), имеющие в составе своих молекул атом водорода, хи­ мическая связь с которым менее прочная. Эта особенность сни­ жает стойкость соединения, и оно может разрушаться уже в тропосфере, а не только когда попадает в стратосферу.

Понимая остроту и сложность этой неожиданно возникшей перед человечеством глобальной экологической проблемы, уча­ стники международных переговоров в Вене в марте 1985 г. под­ писывают «Венскую конвенцию по охране озонового слоя», призывающую страны к проведению дополнительных исследо­ ваний и обмену информацией по сокращению озонового слоя.

Однако они не смогли прийти к согласию о единых междуна­ родных мерах ограничения производства и выбросов ХФУ.

В 1987 г. на международной встрече в Монреале 98 стран заключили соглашение (Монреальский протокол) о постепен­ ном прекращении производства ХФУ и запрещении выбросов их в атмосферу. В 1990 г. на новой встрече в Лондоне ограни­ чения были ужесточены — около 60 стран подписали дополни­ тельный протокол с требованием полностью прекратить произ­ водство ХФУ к 2000 г.

В связи с тем что подобные ограничения затрагивали эко­ номические интересы стран, был организован специальный фонд для помощи развивающимся странам по выполнению Талоны — бромфторуглероды (CF g Br;

CF 2 BrCl;

C 2 F 4 B r 2 ), исполь­ зующиеся в огнетушителях, а также в некоторых видах военной техни­ к и, из-за чего информация о них крайне ограничена. Отличаются в не­ сколько раз большей озоноразрушающей способностью, хотя использу­ ются в относительно малых количествах.

392 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ требований Протокола. В частности, благодаря Индии было достигнуто отдельное соглашение о передаче этим странам пе­ редовых технологий для самостоятельного производства заме­ нителей хлорфторуглеродов.

В нашей стране в мае 1995 г. принято постановление Пра­ вительства РФ № 526 «О первоочередных мерах по выполне­ нию Венской конвенции об охране озонового слоя и Монреаль­ ского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой», а в мае 1996 г. — постановление Правительства РФ № «О регулировании ввоза в Российскую Федерацию и вывоза из Российской Федерации озоноразрушающих веществ и содер­ жащей их продукции».

К сожалению, расчеты показывают, что даже при успеш­ ном выполнении принятого графика реализации достигнутых соглашений содержание хлора в атмосфере вернется к уровню 1986 г. (когда впервые было выявлено антропогенное воздейст­ вие на озоновый слой) только лишь в 2030 г. Причина этого — миграция фреонов, уже попавших в атмосферу из ее нижних слоев в более высокие и большое время их «жизни» в природ­ ных условиях.

9.1.1.3. Кислотные осадки При нормальном природном составе воздуха обычная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН = 5,5... 5,6), что связано с хорошей растворимостью в ней С 0 2 и образовани­ ем слабой угольной кислоты по реакции С 0 2 + Н 2 0 => Н 2 С 0 3 —> —> Н С 0 3 + Н +, а также с присутствием в атмосфере оксидов серы и азота либо хлористого водорода природного происхож­ дения.

Однако физический захват (прилипание с возможным по­ следующим растворением, абсорбция или адсорбция) оседаю­ щими частицами воды (осадками) различных химических ве­ ществ, присутствующих в атмосферном воздухе в избыточном количестве (преимущественно вследствие антропогенного про­ исхождения), часто приводит к увеличению кислотности (уменьшению значения водородного показателя рН ниже 5,5), т. е. к образованию так называемых «кислотных» (или «кис­ лых») осадков — дождя, тумана, росы, града, снега (рис. 9.7).

Известен также «синдром кислотных частиц», при котором наблюдается оседание твердых частиц сульфатов Me x (S0 4 ), Me(HS0 4 ) или нитратов Me(N0 3 ) при отсутствии влаги с даль Увеличение кислотности Увеличение щелочности Рекордно кислый ливень в Уиллинге (США, 1978) Ливень в Питлочри (Шотландия, 1974) Ливень в Баварском лесу (Германия, 1981) Германии (1980—1990) Выживают не чувствительные к кислотному загрязнению насекомые Щелочь (раствор) 14 рН Сода Соляная Яблоко Сок Молоко Пресная Мыльные (раствор) кислота Лимон томатный вода растворы Аккумуляторная Обычный Кровь Морская кислота дождь человека вода Рис. 9.7. Ориентировочная кислотность дождевой воды, воды и различных веществ, выраженная в единицах рН 394 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ нейшим их растворением в воде на непосредственно подсти­ лающей поверхности с образованием кислот.

Основная причина образования и выпадения кислотных осадков (зачастую неточно называемых «кислотными дождя­ ми») — наличие в атмосфере оксидов серы и азота, хлористого водорода и иных кислотообразующих соединений. Считается, что преимущественно снижение величины рН вызвано выбро­ сом в атмосферу серосодержащих загрязнений (-2/3) и соеди­ нений, содержащих азот (-1/3). Присутствие в воздухе замет­ ного количества, например, аммиака или ионов кальция (Са 2 + ) приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков. Одна­ ко их также принято называть кислотными, ибо они имеют «нестандартную» кислотность и при попадании на почву или в водоем соответственно меняют кислотность последних.

Диоксид серы S 0 2 образуется в больших количествах при сжигании природных органических топлив (табл. 9.3). Сред­ нее время жизни S 0 2 в атмосфере составляет четверо суток.

В воздухе он подвержен фотохимическим (под действием сол­ нечного света) превращениям и дальнейшему окислению с об­ разованием триоксида серы S 0 3, гораздо более вредного для окружающей природной среды, чем исходный диоксид.

Таблица 9. Количество выбросов и источники образования атмосферных соединений серы Количество выбросов в год Источники млн т % Природные:

процессы разрушения биосферы 30—40 29— вулканическая деятельность поверхность океанов 50—200* Антропогенные 59— 60— ВСЕГО 92—112 Сульфаты в частицах соли над океанами. Из-за больших размеров они оседают и быстро возвращаются в океан, и л и ш ь ничтожная доля се­ ры попадает в верхние слои атмосферы или рассеивается над сушей. Кро­ ме того, из сульфатов морского происхождения в воздухе не может обра­ зовываться серная кислота, поэтому для кислотных осадков они не суще­ ственны.

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу Соединяясь с парами воды, находящимися в воздухе, S 0 образует серную кислоту H 2 S 0 4. Наибольшая кислотность на­ блюдается непосредственно после начала выпадения дождя или снега. В этот момент кислотность может быть значительно вы­ ше средней, но в процессе выпадения происходит самоочище­ ние атмосферы и рН приближается к нормальному значению.

Считается, что среди кислотных осадков наиболее сильной кислой реакцией отличаются кислотные туманы. Так, в Гамбур­ ге однажды была зафиксирована кислотность тумана (рН < 2) более высокая, чем у лимонного сока (рН = 2,3).

Явление «кислотности дождей» было впервые точно описа­ но еще в середине XIX в. Дж. Смитом, предложившим соответ­ ствующий термин по результатам изучения химизма осадков в районе г. Манчестера (Англия). Во второй половине XX в. про­ порционально растущим количествам выбросов оксидов серы и азота возросла и значимость последствий кислотных дождей, а в 70—80-е годы в промышленных регионах создалась ситу­ ация, близкая к экологической катастрофе.

Антропогенные выбросы соединений серы и азота харак­ терны практически для любого вида индустриальной деятель­ ности, а их абсолютные потоки в конце XX в. стали сопостави­ мы с соответствующими геохимическими потоками, иногда даже (на региональном уровне) превышая их (табл. 9.3).

Основной источник оксидов серы — современная энергети­ ка (теплоэлектростанции, работающие прежде всего на угле), а для оксидов азота — также и транспорт (рис. 9.8). По су­ ществующим оценкам около половины всей серы, поступаю­ щей в атмосферу с выбросами типичной электростанции, уда­ ляется из атмосферы с осадками.

Кислотные осадки ускоряют процессы коррозии металлов, разрушения зданий, сооружений. Установлено, что в промыш­ ленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разруша­ ется в 100 раз быстрее, чем в сельских районах. Многочислен­ ны примеры начавшегося с середины XX в. разрушения па­ мятников истории и культуры, изготовленных из природных минералов (мрамора, известняка и других, имеющих в своем составе СаС0 3 и MgC0 3 ).

Кислотные осадки представляют для человека опасность как при косвенном воздействии (путем изменения объектов окру­ жающей среды), так и при непосредственном контакте. В сере­ дине XX в. произошла одна из первых масштабных экологиче­ ских трагедий, истинная причина которой была достоверно за­ фиксирована — в Лондоне около 4 тыс. человек погибло от смеси 396 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Рис. 9.8. Схема образования кислотных осадков и их многообразного воздействия на экосистемы (по Б. Небелу) тумана с дымом — смога (от англ. smoke — дым и fog — туман).

Эта наиболее крупная из известных до сих пор катастроф, свя­ занных с загрязнением воздуха, которая унесла столько же жиз­ ней, сколько и последняя эпидемия холеры в 1866 г. 5 декабря 1952 г. почти над всей Англией возникла и сохранялась не­ сколько дней подряд зона высокого давления и безветрия, сопро­ вождавшаяся столь известным для этих мест густым туманом.

В результате в воздухе возникла температурная инверсия, нару­ шившая нормальную вертикальную циркуляцию в атмосфере.

Туман сам по себе для организма человека не опасен, одна­ ко в условиях города, при непрекращавшемся поступлении дыма в приземные слои атмосферы в них скопилось несколько сотен тонн сажи (одного из виновников температурной инвер­ сии) и вредных для дыхания человека веществ, главным из ко­ торых являлся сернистый газ.

Лондонский (влажный 1 ) смог — это сочетание газообраз­ ных и твердых примесей с туманом — результат сжигания большого количества угля (или мазута) при высокой влажнос­ ти атмосферы. Впоследствии в нем практически не образуется Сухой (фотохимический) смог (см. разд. 9.1.1.4).

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу каких-либо новых веществ. Таким образом, токсичность цели­ ком определяется исходными загрязнителями.

Английские специалисты зафиксировали, что концентра­ ция диоксида серы S 0 2 в те дни достигала 5—10 мг/м 3 и выше при предельно допустимой концентрации (ПДК) этого вещест­ ва в воздухе населенных мест 0,5 мг/м 3 (максимально разовое значение) и 0,05 мг/м 3 (среднесуточное). Смертность в Лондо­ не резко возросла в первый же день катастрофы, а по прошест­ вии тумана она снизилась до обычного уровня. Также было ус­ тановлено, что прежде других умирали горожане старше лет, люди, страдающие заболеваниями легких и сердца, а так­ же дети в возрасте до одного года.

Можно сопоставить данные о загазованности в Лондоне в те печально знаменитые дни со значением ПДК = 1 0 мг/м в воздухе рабочей зоны для диоксида серы. При таком значе­ нии ПДК здоровый работоспособный человек может трудиться «...ежедневно (кроме выходных) по 8 ч или иное время (но не более 41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа без заболе­ ваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколе­ ний» 1.

Точные данные о событиях тех дней — результат того, что к этому времени исследования воздуха проводились уже не­ сколько десятилетий, ибо проблема загазованности в Лондоне существовала с давних пор. Еще в XIII в., когда в окрестнос­ тях города начали исчезать леса, жители стали использовать каменный уголь, добывавшийся на морском побережье, плохо горевший и выделявший много дыма. Поэтому в 1273 г. в Анг­ лии был принят закон, запрещавший применение такого угля, что можно считать началом истории борьбы с загрязнением ат­ мосферы.

В 1952 г. загрязнение воздуха Лондона от отопительных систем домов в несколько раз превышало объем загрязнений от промышленных предприятий, развитие которых в город­ ской черте целенаправленно тормозилось английским законо­ дательством к тому времени уже более 100 лет. Урок из траге­ дии 1952 г. был извлечен достаточно быстро. В 1956 г. был принят закон о чистоте воздуха, который стал строго соблю­ даться, и к 1970 г. выброс сажи (виновника атмосферной Таково определение ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны по ГОСТ 12.1.005-88.

398 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ и н в е р с и и ) из о т о п и т е л ь н ы х систем домов удалось с н и з и т ь в 13 р а з, а из п р о м ы ш л е н н ы х установок — в 6 р а з. В результа­ те от б ы л ы х Л о н д о н с к и х туманов не осталось и следа. Отмеча­ ются случаи, когда в центре города тумана м е н ь ш е, чем в его о к р е с т н о с т я х, х о т я проблема з а г р я з н е н н о с т и о к с и д а м и серы сохранилась.

И з л и ш н е е количество к и с л о т ы в почве ведет к ее закисле н и ю, н а р у ш а е т биологическое равновесие. Кроме того, кисло­ т а м и и з п о ч в ы в ы щ е л а ч и в а ю т с я т я ж е л ы е м е т а л л ы, далее усва­ и в а е м ы е р а с т е н и я м и. Последние передают п о в ы ш е н н у ю дозу т я ж е л ы х м е т а л л о в ж и в о т н ы м, через к о т о р ы х ( и л и непосредст­ венно из растений) они поступают в о р г а н и з м ч е л о в е к а.

В регионах, где почва и дно водоема содержат з н а ч и т е л ь ­ н ы е к о л и ч е с т в а щ е л о ч н ы х веществ ( н а п р и м е р, и з в е с т н я к а ), к и с л о т н ы е осадки не н а н о с я т большого вреда, п о с к о л ь к у нейт­ р а л и з у ю т с я, н а п р и м е р в соответствии с уравнением р е а к ц и и С а С 0 3 + 2H+ -> С а 2 + + С 0 2 + Н 2 П р и этом и з в е с т н я к (карбонат к а л ь ц и я — С а С 0 3 ) расходуется, в ы с т у п а я в качестве природного «буфера».

В других регионах, х а р а к т е р и з у ю щ и х с я н а л и ч и е м преиму­ щественно гранитов и л и и н ы х с и л и к а т н ы х пород, неспособ­ н ы х нейтрализовать доминирующие кислотные дожди, величи­ на рН воды в озерах, р е к а х, а т а к ж е в л е с н ы х и с е л ь с к о х о з я й ­ с т в е н н ы х почвах п о н и ж а е т с я. Т а к и е геологические у с л о в и я х а р а к т е р н ы д л я м а л о м о щ н ы х л е д н и к о в ы х почв С к а н д и н а в и и, ю ж н ы х районов К а н а д ы, северных районов В е л и к о б р и т а н и и, северо-восточных областей США.

К и с л о т н ы е осадки в ы з ы в а ю т л е т а л ь н ы е последствия д л я ж и з н и в р е к а х и водоемах. Многие озера С к а н д и н а в и и и вос­ точной части Северной А м е р и к и о к а з а л и с ь н а с т о л ь к о закисле н ы, что р ы б а не м о ж е т не только нереститься в н и х, но и прос­ то в ы ж и т ь. В 70-е годы в половине озер у к а з а н н ы х регионов рыба полностью исчезла. Наиболее опасно п о д к и с л е н и е оке­ а н и ч е с к и х мелководий, ведущее к н е в о з м о ж н о с т и р а з м н о ж е ­ н и я м н о г и х м о р с к и х беспозвоночных ж и в о т н ы х, что м о ж е т в ы з в а т ь р а з р ы в п и щ е в ы х сетей и глубоко н а р у ш и т ь экологи­ ческое равновесие в Мировом о к е а н е.

Тем не менее к и с л о т н ы е осадки столь вредоносны не д л я всех озер, а т о л ь к о д л я тех, чей водосборный бассейн не обла­ дает способностью к н е й т р а л и з а ц и и к и с л о т н ы х добавок. Если п о д с т и л а ю щ и е породы ( н а п р и м е р, г р а н и т ы и л и г н е й с ы ) устой­ ч и в ы к растворению, то и озерам х а р а к т е р н а « м я г к а я » вода, 9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу а если в подстилающих породах присутствует известняк, то во­ да становится «жесткой» (содержащей много солей). Озера последнего типа лучше «сопротивляются» закислению воды.

Наряду с подстилающими породами на чувствительность озер к кислотным дождям аналогичным образом воздействуют и местные почвы.

Наибольший ущерб от кислотных осадков наблюдается в лесах с глинистой и алюмосиликатными почвами, из которых кислые воды вымывают ионы алюминия. Последние уничто­ жают полезные почвенные бактерии, через корневую систему поступают в древесину и далее действуют как клеточные яды.

В нормальных (не кислых) естественных условиях соединения алюминия практически нерастворимы и потому безвредны. По аналогичной схеме при подкислении среды начинается дейст­ вие и других токсичных элементов, в том числе ртути и свинца.

Установлено, что кислотные осадки повреждают расти­ тельность. Первоначально снижается продуктивность лесов (прирост биомассы, что фиксируется по уменьшению размеров годичных колец на срезе ствола), а потом леса начинают гиб­ нуть. По данным многочисленных наблюдений, наиболее чув­ ствительны хвойные породы деревьев, хотя, как и для озер, важную роль здесь играют почвы и подстилающие породы.

В 70-е годы и в начале 80-х, когда в Европе было зафиксирова­ но значительное увеличение кислотности осадков, вызванное сжиганием высокосернистых углей (рис. 9.9), леса получили значительные повреждения. В наибольшей степени пострада­ ли леса ФРГ, Чехословакии, Польши;

их деградация отмечена в Австрии, Швейцарии, Швеции, Голландии, Румынии, Вели­ кобритании, Югославии, США.

Тщательные исследования показали, что деградация лесов — результат комплекса негативных факторов, который, помимо кислотных осадков с последующим изменением минерального состава почвы, включает:

• засухи, предшествовавшие повреждению деревьев;

• большую высоту над уровнем моря и облачный покров, в который попадали пострадавшие деревья;

• присутствие серы в листве и озона в атмосфере.

Совместное действие перечисленных абиотических эколо­ гических факторов среды обитания лесов привело к экологиче­ ской катастрофе в Северном полушарии.

В наглей стране наблюдения за кислотностью и химиче­ ским составом атмосферных осадков ведутся много лет, созда­ на сеть станций экомониторинга федерального и регионального 400 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ уровней. Результаты наблюдений Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды при­ ведены в табл. 9.4, из которой видно, что химический состав осадков по регионам России изменяется в значительных преде­ лах, а кислотность (величина рН) была достаточно стабильна.

Таблица 9. Кислотность и состав атмосферных осадков на территории России по ежемесячным данным сетей экомониторинга в 1997 г.

ЕТР — Европейская территория России.

* Неполные данные.

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу 40 I Сравнение данных 1997 г. с данными 1995—1996 гг. по­ казывает, что общая минерализация осадков по стране не­ сколько увеличилась, а в центре и северо-западе ЕТР загряз­ нение осадков выросло почти в 1,5 раза. На побережье Арк­ тики и Дальнего Востока по-прежнему преобладают хлорид и сульфат-ионы, составляя более 50% от суммы ионов, что больше значений предыдущи лет. На остальной территории ос­ новными компонентами осадков остаются сульфат- и гидро­ карбонат-ионы, доля которых на юге Западной и Восточной Сибири достигла 80%. Пространственное распределение ни­ трат-ионов осталось на уровне прошлых лет, причем их вклад в общую минерализацию не превышает 10%. Наиболее высо­ кое содержание нитрат-ионов наблюдается в центре ЕТР и По­ волжье.

Отмеченное значительное (более чем в 2 раза) увеличение хлорид-ионов в осадках прибрежных районов Дальнего Восто­ ка и Арктики — свидетельство важной роли природных фак­ торов в формировании состава атмосферных осадков.

За указанный период кислотность осадков практически на всей территории России уменьшилась, причем наблюдается рост Рис. 9.9. Средние значения рН = 4, 1... 4,9 осадков в Европе по данным наблюдений за 1978—1982 гг.

402 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ минимальных и снижение максимальных значений при сохра­ нении средних значений рН на уровне 5,6—6,7. При этом в еди­ ничных пробах осадков были зафиксированы минимальные рН = 3,6...3,7 (в центре ЕТР и на юге Западной и Восточной Си­ бири) и максимальные рН = 9,4 значения (на Урале и в Пред уралье).

Изложенное выше подтверждается данными наблюдений, выполненных в 1997 г. в рамках Европейской программы мо­ ниторинга и оценки дальнего переноса загрязняющих веществ на трех российских станциях контроля трансграничного пере­ носа. Обобщение многолетних наблюдений этих станций по­ казало, что в 1997 г. с атмосферными осадками на подсти­ лающую поверхность выпало меньше свободных ионов водоро­ да. Зафиксированные среднемесячные значения рН признаны не представляющими какой-либо опасности даже для высо­ кочувствительных экосистем Севера. Такое положение, веро­ ятно, связано, с одной стороны, с достижениями европейских стран в области защиты окружающей природной среды от за­ грязнения, а с другой стороны, со значительным спадом промышленного производства на территории бывшего СССР в конце XX в.

9.1.1.4. Загрязнение иными химическими веществами Помимо перечисленных газов, имеющих антропогенное происхождение, от промышленных и транспортных предприя­ тий, предприятий бытового и коммунального обслуживания, предприятий современного высокомеханизированного сельско­ го хозяйства в атмосферу поступают и другие загрязняющие вещества.

Оксид углерода. Оксид углерода (СО), или «угарный газ», — широко распространенный загрязнитель воздуха, содержа­ щийся в дымовых газах любых установок сжигания органи­ ческого топлива, в том числе в выхлопных газах транспорта с двигателями внутреннего сгорания. Особенность воздействия СО на многие виды животных и, в частности, на человека за­ ключается в способности центрального атома железа Fe в мо­ лекуле гемоглобина крови образовывать с молекулой оксида углерода значительно более прочную связь, чем с молекулой кислорода. Попадая в организм, угарный газ действует как яд:

он изолирует железо в гемоглобине, препятствуя переносу кис­ лорода.

9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу Углеводороды. Углеводороды с общей формулой Cniim также относятся к числу основных примесей антропогенного происхождения, загрязняющих атмосферу. Они попадают в воздух с дымовыми газами теплоэнергетических установок, из хранилищ жидкого и газообразного топлива, с выхлопными газами транспорта. Если не учитывать метан, то 80% всех со­ держащихся в воздухе углеводородов приходится на этан, эти­ лен, ацетилен, н-бутан, изопентан, пропан, толуол, н-пентан, ксилол, изобутан. Под действием солнечного света углеводоро­ ды участвуют в образовании фотохимического смога. Кроме того, при определенных условиях они вступают в реакции с об­ разованием канцерогенных веществ.

Сероводород. Сероводород (H 2 S) является распространен­ ным серосодержащим загрязнителем атмосферы, попадающим в нее из скважин добычи и от нефте- и газоперерабатывающих заводов, химических предприятий, целлюлозно-бумажных комбинатов и т. п. Сероводород — один из продуктов жизнеде­ ятельности организмов (например, анаэробных бактерий).

Среднее время жизни сероводорода в атмосфере около 2 сут., после чего он окисляется до диоксида серы.

Фотохимический (сухой 1 ) смог. Такой смог формируется в атмосфере под действием солнечного света при отсутствии ветра и низкой влажности из компонентов, характерных для выхлопных газов автомобилей. Впервые смог зафиксирован в 1944 г. в Лос-Анджелесе, когда в результате большого скоп­ ления автомобилей была парализована жизнь одного из круп­ нейших городов США. В результате фотохимических реак­ ций образуются соединения, вызывающие увядание и гибель растений, сильно раздражающие слизистые оболочки дыха­ тельных путей и глаз. Смог Лос-Анджелесского типа усилива­ ет коррозию металлов, разрушение строительных конструк­ ций, резины и других материалов. Окислительный характер такому смогу придают озон и другие образующиеся в нем вещества. Исследования, проведенные в 50-х годах в Лос-Анд­ желесе, показали, что увеличение концентрации озона связано с характерным изменением относительного содержания N 0 и NO.

Озон. Озон (0 3 ) — важный компонент атмосферы, обра­ зующий в стратосфере защитный экран от ультрафиолетового излучения Солнца. С развитием промышленности и транспор­ та началось увеличение содержания озона в нижних слоях ат Влажный (Лондонский) смог описан выше (см. разд. 9.1.1.3).

404 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ мосферы. Источником озона является оборудование, искрящее и генерирующее жесткое излучение: электросварочные ап­ параты, контактные устройства электропоездов и т. п. Озон не только сильно токсичен, но и обладает свойством мутаген­ ности.

Часть озона в тропосфере образуется в результате сложной последовательности реакций в условиях фотохимического смога. Процесс проходит при ярком солнечном свете преиму­ щественно в крупных городах, атмосфера которых сильно за­ грязнена выхлопными газами автомобилей. В этом случае ато­ мы кислорода образуются из диоксида азота:

N 0 2 + hv (X < 400 нм) -» NO + О, О + 0 2 -> 0 В присутствии оксида азота как катализатора и при воз­ действии солнечного света с длиной волны X = 300—400 нм озон образуется также в результате окисления метана (и дру­ гих органических веществ). При этом протекает цикл реак­ ций, суммарное уравнение которых:

СН 4 + 4 0 2 -> СН 2 0 + Н 2 0 + 2 0 Присутствие озона в воздухе создает серьезные негативные проблемы, ибо он (активнейший окислитель, используемый человеком для дезинфекции) разрушает некоторые молекулы, играющие большую роль в биологических процессах, ослабля­ ет иммунную систему человека и поражает легочную ткань.

В совокупности с кислотными осадками и углеводородами озон считается виновником замедления роста и гибели лесов в Европе.

Расчеты показывают, что антропогенный выброс моноок­ сида азота NO, являющегося непременным компонентом сум­ мы оксидов азота N0^., удваивает приземную концентрацию 0 3, а рост выбросов СН 4 (многократно опережающий по тем­ пам роста другие виды загрязнений тропосферы) еще больше увеличивает концентрацию озона по сравнению с поступлени­ ем его из стратосферы в процессе глобальной циркуляции ат­ мосферы.

Аэрозоли. Аэрозоли (пыли, дымы, туманы) также явля­ ются загрязнителями атмосферы. Аэрозольные частицы попа­ дают в атмосферу либо в готовом виде в результате деятельнос­ ти вулканов, пожаров, морской соли, пыли или при сжигании топлива и с отходящими газами промышленных производств, 9. 1. Антропогенное воздействие на биосферу либо образуются непосредственно в атмосфере в результате химических реакций между компонентами газовых выбро­ сов, причем доля антропогенной запыленности составляет 10—20% от общего поступления твердых частиц в атмосферу.

Основная доля мирового выброса взвешенных частиц — около 94% — приходится на Северное полушарие;

максимальное их количество поступает с территории промышленно развитых стран.

Наличие аэрозолей нарушает тепловой баланс атмосферы.

Появление при смоге голубоватой дымки, сопровождающееся ухудшением видимости, есть следствие образования твердых аэрозольных частиц. Запыленность атмосферы играет особую роль в общепланетарных тепловых процессах: ее рост ведет к увеличению альбедо Земли и, как следствие, к уменьшению поглощения солнечной радиации.

Образование аэрозолей с твердыми частицами в воздухе го­ родов часто вызывается диоксидом серы S 0 2, превращающим­ ся в серную кислоту H 2 S 0 4, которая в свою очередь вступает в реакцию с аммиаком N H 3, образуя частицы сульфата аммо­ ния ( N H 4 ) 2 S 0 4.

Большая часть аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу, остается в тропосфере, причем до 80% на высотах до 1 км. Вре­ мя их пребывания в воздухе зависит от размеров частиц и на высотах до 1 км не превышает 3 сут., а в верхних слоях — 30 сут.

Количество твердых частиц в воздухе сильно варьируется в зависимости от местности. В нижней тропосфере в сельских районах концентрация частиц составляет около 10 000 см" 3, а над городами превышает 100 000 см" 3. Фоновая концентра­ ция в воздухе районов, мало подверженных воздействию ант­ ропогенной деятельности, составляет всего 200—500 см" аэрозольных частиц.

Тяжелые металлы. В атмосферу в виде твердых аэрозолей попадают металлы, в том числе токсичные — ртуть, свинец, кадмий, а также их соединения. Аэрозоли образуются при сжигании угля, нефти, торфа и других горючих ископаемых, а также из дыма плавильных печей при производстве сталей и сплавов цветных металлов. В результате антропогенной де­ ятельности в атмосферу поступает во много раз больше золота, кадмия, свинца, олова, селена, теллура и других металлов, чем из природных источников.

Для ртути выброс в результате антропогенной деятельнос­ ти составляет около 1/3 всех поступлений этого металла в ат 406 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ мосферу. Оттуда она выпадает на сушу и с поверхностным сто­ ком поступает в водоемы. Под действием бактерий происходит алкилирование ртути, и она становится еще более токсичной, чем в ионной форме. Подобные превращения характерны не только ртути, но и другим металлам и неметаллам: мышьяку, олову, свинцу, таллию, селену, кадмию и даже золоту. В алки лированной форме металлы губительны даже в количестве не­ скольких нанограмм.

В наибольшей степени атмосфера загрязняется свинцом, антропогенное поступление которого в воздух больше природ­ ного. Из общего количества выбросов свинца около 70—75% принадлежит продуктам сгорания бензина с добавками соеди­ нений свинца (в основном тетраэтилсвинца РЬ(С 2 Н 5 ) 4 в качест­ ве антидетонационных присадок). С выхлопными газами в ат­ мосферу, а затем в почву поступает более 250 тыс. т свинца в год. Кроме того, по данным американских исследователей источниками загрязнения свинцом являются также продукты сжигания твердых отходов (13%), индустрия (11%) и сжига­ ние угля и нефти (3,8%), которые ежегодно рассеивают над континентами около 100 тыс. т свинца.

Городская пыль содержит около 1% свинца, в дожде и сне­ ге его до 300 мг/дм 3. Ежегодно житель города поглощает около 45 мкг свинца. Содержание свинца в крови современного чело­ века в 100 раз превышает его содержание в крови первобытно­ го человека. Токсичное действие свинца связано с его способно­ стью замещать кальций в костях и нервных волокнах.

Серьезную опасность представляет загрязнение воздуха кад­ мием, антропогенный выброс которого в атмосферу (7000 т/г.) на­ много больше поступления из природных источников (850 т/г.).

В дождевой воде его может содержаться до 50 мкг/дм 3. Еже­ дневно в организм взрослого человека поступает до 50 мкг кад­ мия, хотя задерживается не более 2 мкг/сут., а остальное вы­ водится. Хроническое воздействие даже незначительных кон­ центраций кадмия ведет к заболеваниям нервной системы и костных тканей, нарушению ферментного обмена, дезорга­ низации работы почек.

Прочие вещества. Общий объем выбросов в атмосферу (см. табл. 9.1) увеличивался до конца XX в. и продолжает рас­ ти в настоящее время. Одновременно усиливается и внимание к решению возрастающих экологических проблем. К концу прошлого века в нашей стране установлены гигиенические нормативы (допустимые уровни воздействия на организм че­ ловека) уже более 2100 индивидуальных веществ, тогда как 9. 1, Антропогенное воздействие на биосферу 40/ для первых десяти веществ они были введены еще в 1951 г.

(см. разд. 10.4.2). В соответствии с п. 7 ст. 15 Федерального за­ кона «Об охране атмосферного воздуха» от 04.05.99 г. № 96-ФЗ:

выброс в атмосферный воздух загрязняющих веществ, I степень опасности которых для человека и ОС не уста­ новлены, запрещен.

9.1.2. Воздействие на гидрс^|эеру Вода, как и воздух, является количественно неисчер­ паемым природным ресурсом, но человеку и всему живому в биосфере нужна не просто вода как вещество с формулой Н 2 0, а вода определенного качества, т. е. имеющая опреде­ ленные прозрачность, температуру, сопутствующие примеси и т. п.

Гидросфера — это естественный фильтр-аккумулятор за­ грязняющих веществ, поступающих в окружающую природ­ ную среду, что связано с циклом глобального круговорота во­ ды и с ее универсальной способностью к растворению газов и минеральных веществ.

Статистика показывает, что 80% всех заболеваний в мире вызвано неудовлетворительным качеством питьевой воды:

Болезнь Гастро- Трахома Шистосо- Малярия энтерит матоз Число людей, стра­ дающих заболевани­ ем, млн чел 400* 500 200 Ежегодно в мире умирают около 22 млн чел.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 10 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.