Геоэкология Эволюция взглядов на взаимодействие человека и

Геоэкология
Эволюция взглядов на взаимодействие человека и природы
Нашей планете 4,4 миллиарда лет. Жизнь на ней появилась 3,5 миллиарда лет назад. Спустя миллиарды
лет эстафета развития жизни завершилась появлением человека. На шкале геологического времени эпоха его
формирования ничтожна мала. Если весь геологический возраст планеты принять за год, то формирование
Homo sapiens займет лишь малую долю последней секунды. Однако именно эта последняя доля секунды
ознаменовала поворот в истории и в дальнейшей судьбе всей биосферы. Впрочем, эта доля секунды в
нормальном летоисчислении занимает не менее шестисот тысяч лет. По сравнению с продолжительностью
жизни человека срок солидный. За это время на Земле сменилось несколько десятков тысяч поколений людей. И
вначале ничто не предвещало грядущего крутого и опасного поворота…
Взаимоотношения, связи и конфликты людей с матерью-природой мало отличались от ее контактов с
другими формами жизни. Длительное время человек удовлетворялся экологическими нишами, завоеванными
его предками у природы, и лишь немного подправлял и постепенно расширял их, расселяясь по планете. Это
был человек-собиратель, который имел кормовую территорию более чем в 500 га и проходил в сутки 25-30 км.
На Земле проживало в то время не более 2 млн. человек. Его отношения с природой, по мере того, как он
вырастал в Человека разумного, менялись.
Сначала человек научился пользоваться огнем и, тем самым, получил дополнительную энергию. Это
позволило ему заселить территории с умеренным климатом и заняться охотой. Использование огня и
изобретение оружия, возможно, привело к первому экологическому кризису, причиной которого стало
истребление охотниками крупных млекопитающих средних широт. Этот кризис вынудил человека перейти от
собирательства к земледелию и скотоводству.
Первые земледельческие цивилизации возникли в районах недостаточного увлажнения. Первоначальное
развитие цивилизации в таких условиях возможно по единственному пути — созданию оросительных систем.
Следствием орошения является эрозия и засоление почв. Это, как показывают археологические раскопки в
бассейнах рек Тигр и Евфрат, вызывало локальные экологические катастрофы, приводившие к ослаблению или
гибели государств. Такого рода катастрофы очень распространены и сейчас: в мире заброшено из-за
ирригационного засоления больше земель, чем используется для орошения.
Земледелие продвигалось на территории достаточного увлажнения, т.е. в зоны леса и лесостепи, в
результате чего началась интенсивная вырубка лесов. Сведение лесов резко изменяло влагооборот, что
способствовало увеличению площади пустынь. Сейчас пустыни расширяются со скоростью до 20 га в минуту;
такова же скорость исчезновения лесов. Это ведет к увеличению аномалий, связанных с влагооборотом: к
засухам, наводнениям, ураганам. Уменьшается регулирующая роль биоты, возрастает роль океанической
составляющей, которая имеет случайный характер. По некоторым оценкам, лесистость суши на нашей планете
сократилась с 50-60% 10 тыс. лет назад до 23-30% сейчас, что примерно соответствует площади пустынь.
Таким образом, рост потребления еще в доиндустриальную эпоху сопровождался локальными
экологическими катастрофами. (Катастрофа экологическая — сравнительно быстро происходящая цепь
событий, приведших к труднообратимым или необратимым процессам деградации природы и/или ее
загрязнению (заражению), к реальной опасности тяжелых заболеваний и смерти людей, мутагенным и
канцерогенным эффектам, к росту генетических пороков).
Экологические кризисы и катастрофы не являются чем-то новым в истории человечества, как в прочем и в
эволюции нашей планеты. Палеогеография и палеонтология дают множество свидетельств глобальных и
локальных экологических кризисов и катастроф природного происхождения. Локальные экологические кризисы
случаются довольно часто: вулканические извержения, лесные пожары, землетрясения и т.п. Экологические
катастрофы прошлого и многие локальные нынешние катастрофы имели и имеют в своей основе геофизические
причины, но природные процессы в биосфере довольно быстро ликвидируют их последствия.
Отношения между человеком и природой в течение очень долгого времени изменялись очень медленно и
были чисто количественными.
Качественный характер они стали приобретать лишь два столетия назад. В первую половину прошлого
века эти изменения стали стремительно нарастать, чтобы затем — в середине века — обрушиться на
цивилизацию лавиной. В настоящее время хозяйственной деятельностью охвачено более трети суши, на одного
человека добывается и перерабатывается примерно 20 т сырья, которое перерабатывается в конечные продукты
массой 2 т, идущие на прямое потребление. В процессе переработки сырья возникает множество веществ.
Человек умеет синтезировать около 10 млн. различных веществ, производит в больших масштабах около 50
тыс., в особо крупных масштабах — 5 тыс. соединений, большинство из которых чуждо биосфере. При этом
около 90% сырья уходит в отходы. Из 2 т конечного продукта в течение того же года выбрасывается примерно 1
т.
Таким образом, на планете за последние сто лет возник еще один механизм воздействия на окружающую
среду — выброс (сброс) продуктов антропогенного происхождения. Выбрасываются вещества, чуждые природе,
в также радиоактивные вещества и тепло.
Антропогенное давление на окружающую среду неодинаково в различных регионах и странах.
Нарастание экологической напряженности проявляется в социальных последствиях — таких, как все
большая нехватка продовольствия в мире, рост заболеваемости населения, возникновение новых болезней,
экологическая миграция населения, возникновение локальных экологических конфликтов из-за создания
экологически опасных в глазах населения предприятий, возникновение локальных этнических и религиозных
войн. Мы сталкиваемся с проявлением экологической агрессии — вывозом токсичных технологических
процессов и отходов в другие страны.
В глобальном масштабе идет деградация систем жизнеобеспечения: изменяется газовый состав
атмосферы, что приводит к усилению парникового эффекта, на тысячи километров от источника переносятся
кислотные осадки, истощается озоновый слой, имеет место рост загрязнения вод Мирового океана и почв суши,
ухудшаются условия производства продуктов питания. Не решена проблема обеспечения чистой водой всех
жителей Земли, более трети население планеты ее не имеют.
Люди начали осознавать, что виновниками лавины этих опасных явлений являются они сами — их наука,
техника, технология, транспорт, города-гиганты… Так, независимо от желания человека его отношения с
природой планеты оказались грубо нарушенными. Ускорителем нарушений, повлекших за собой отрицательные
изменения в биосфере, стал научно-технический прогресс и научно-техническая революция.
НТР подвела людей к осознанию того, что ограничены не только ресурсы пищи, запасы нефти, угля,
металлов, но и количество пресной воды, кислорода и даже неопресненной морской воды, казалось бы, на
безграничных просторах Мирового океана.
НТР заставила задуматься и о том, что вторжение в природу не может быть безграничным, что за
дальнейшее расширение производства материальных благ и энергии придется платить очень дорогой ценой, что
в биосфере прогрессируют изменения, которые в обозримом будущем грозят стать необратимыми, что
последствий этих изменений для человечества в целом и самой жизни предугадать невозможно, что по существу
на карту поставлена судьба цивилизации. НТР вплотную подвела людей к мысли, что будущее ныне зависит от
того, сможет ли человечество разрешить свои сугубо земные проблемы, порожденные марафоном прогресса,
сумеет ли сохранить мир, сумеет ли предотвратить дальнейшее загрязнение атмосферы, воды и почвы отходами
производства.
Сегодня многим становится ясно, что скоро человечество столкнется с необходимостью решать проблему
перенаселения Земли, и решать ее цивилизованным, хотя, возможно, и жестоким путем.
Первым во весь голос об ограниченности ресурсов сказал английский экономист и священник
преподобный Мальтус в книге “Опыт о законе народонаселения …” (1798 г.). В своем труде он отметил, что в
росте народонаселения главная роль принадлежит биологическим законам, население растет в геометрической
прогрессии, в то время как производство продуктов питания — в арифметической прогрессии. В дополнении ко
всему в земледелии действует закон “убывания плодородия почв”. Поэтому, по мнению Мальтуса, необходимо
регулировать численность населения, причем наравне с “естественными” (голод, эпидемии, войны) способами
регулирования необходима регламентация браков и регулирования рождаемости.
Наступившая вскоре промышленная революция позволила снять часть проблемы, и о здравом зерне в идее
Мальтуса на время забыли.
Однако в середине прошлого столетия опять возникли проблемы в мировой экономики, связанные с
народонаселением и дефицитом минерального сырья. Человечество оказалось в очень сложной ситуации,
обусловленной противоречиями между человеческим обществом, цивилизацией и окружающей природной
средой. Опять назрел вопрос о необходимости перестройки общества, о необходимости создания новых
международных всеохватывающих политических и экономических механизмов с целью ограничения
использования ресурсов и жесткого регулирования потребления.
В 1968 году по инициативе итальянского экономиста и специалиста в области управления
промышленностью доктора А. Печчеи в Риме собралась группа из30 ученых, представляющих 10 стран. В
группу входили естественники, математики, экономисты, социологи, промышленники, преподаватели,
служащие государственных учреждений. Они собрались, чтобы обсудить настоящие и будущие трудности
человечества. Группа получила название “Римский клуб”. Деятельность этой группы финансируют итальянская
фирма “Фиат”, германский концерн “Фольсвагенверке” и другие промышленные корпорации, заинтересованные
в систематическом анализе перспектив сырьевой и энергетической базы. Привлеченные для разработки
прогнозов ученые охватили в своих работах более широкий круг вопросов, включая такие глобальные, как
загрязнение окружающей среды, расхищение природных ресурсов, нехватка продовольствия и т.д. Результаты
работ членов этого клуба издаются серией “Доклады Римского клуба” под общим названием “Затруднения
человечества”.
Первый доклад был составлен в 1972 году большой группой ученых Массачусетского университета под
руководством супругов Денисс и Донелла Медоуз и назывался “Пределы роста”. Группа строила глобальные
компьютерные модели с помощью методик системного анализа, разработанных Дж. Форрестером в 1968-1971
гг. Эти модели должны были предсказать, что ожидает нас в будущем при сохранении современных
экономических и политических методах.
Результаты моделирования показали, что в связи со многими жизненно важными ресурсами будут
наблюдаться циклы взлетов и падений. Промышленный рост и потребление ресурсов будут продолжать
увеличиваться ускоряющимися темпами одновременно с ростом численности населения и увеличением
потребления энергии до тех пор, пока не будет достигнут некий предел. Затем произойдет катастрофа. Настанет
страшный суд — вымирание людей вследствие дефицита природных ресурсов, резкого ухудшения качества
жизни из-за загрязнения среды. В докладе осуждалась общественная мания роста, при которой ставится цель на
каждом уровне (индивидуальном, семейном, классовом, национальном) стать богаче и могущественнее, без
учета окончательной платы за экспоненциальный рост. Эти выводы очень близки к выводам Мальтуса.
Общественность восприняла доклад как разорвавшуюся бомбу. Книга стала бестселлером, было продано 9
млн. экземпляров. Большинство людей поняло ситуацию так, что следует прекратить промышленный рост или
изменить весь стиль жизни.
За первым докладом последовали другие. В них были сделаны попытки не только описать более подробно
существующую ситуацию и предсказать варианты будущего развития человечества, но и обосновать действия,
которые необходимо предпринять, чтобы избежать катастрофы.
Второй доклад, составленный в 1974 году коллективом авторов, возглавляемым американским
кибернетиком профессором М. Месаревичем и директором института теоретической механики в ФРГ Э.
Пестелем, назывался “Человечество у поворотного пункта”. В докладе анализ проводился на основе выделения
на Земле 10 взаимосвязанных регионов. В разных частях Земли проблемы значительно различаются. Вновь
анализировались проблемы глобального кризиса и опасность промедления.
Авторы пришли к заключению, что пассивное следование стихийному развитию ведет к гибели, поэтому
мир больше не должен развиваться стихийно. Особое внимание авторами доклада было обращено на постоянно
расширяющиеся пропасти, которые находятся в центре современного кризиса: между человеком и природой и
между богатыми и бедными.
Экологи всего мира поддержали идеи авторов доклада, исходя из того, что если мы хотим избежать
глобальной катастрофы, то эти пропасти должны быть уничтожены. Достичь этого можно, только обеспечив
некое единство всего мира, при котором была бы подтверждена взаимозависимость человека и природы, а
народы всех стран четко представляли бы себе, что Земля не бесконечна. Авторы второго доклада полагали, что
необходимо начинать с определения направлений, которых следует придерживаться. Необходимо, чтобы
развитие каждого региона шло своим путем, но исходя из глобальных, а не узких национальных интересов. В
качестве рецепта таким регионам рекомендовалась политика если и не “нулевого прироста”, то по крайней мере
экономического застоя, дальнейшей зависимости от развитых капиталистических стран. Таким образом, модель
мира выглядела как гибкий, базирующийся на вычислительной технике инструмент планирования, содержащий
в себе многоуровневые региональные модели мировой системы.
Третий доклад: “Перестройка международного порядка” — был подготовлен голландским экономистом Я.
Тинбергеном с соавторами. Доклад показывал, что сочетание локальных и глобальных целей возможно.
Четвертый доклад: “Цели для глобального общества” — был составлен философом Э. Ласло и освещал
два фундаментальных вопроса:
- в чем заключаются цели человечества?
— согласны ли мы предпочесть материальному росту развитие духовных человеческих качеств?
Последующие модели и доклады, основанные на них, посвящались важным составным частям глобальных
проблем, например, проблемам переработки отходов, использования энергии, организации общества,
достижения изобилия и благосостояния.
Сейчас модели стали рабочим инструментом комплексного прогнозирования глобальных проблем
человечества. Они оказывают серьезное воздействие на мировое развитие. По существу возникло новое
междисциплинарное направление — глобальное моделирование, предназначенное для анализа тенденций
развития глобальной социально-экономической системы.
Среди выводов, полученных на всех моделях можно выделить следующие ключевые позиции:
технологический прогресс желателен и жизненно необходим, но необходимы также социальные,
экономические и политические изменения;
народонаселение и ресурсы не могут расти бесконечно на конечной планете;
нам неизвестна емкость среды, т.е. неизвестно, до какой степени физическая среда Земли и системы
жизнеобеспечения смогут удовлетворять нужды и потребности будущего роста населения; снижение
роста все же уменьшит вероятность превышения допустимого уровня;
природа будущего глобального устройства не предопределена; многое зависит от того, как скоро
изменятся существующие нежелательные тенденции;
цивилизация представляет собой систему, поэтому при приближении к пределу в отношении ресурсов
сотрудничество имеет большую ценность, чем конкуренция.
Таким образом, человечество постепенно приходит к сознанию того, что индустриализация, если ее
осуществлять без оглядки на природные факторы, порождает явления, разрушительный потенциал которых
сопоставим с последствиями применения ядерного оружия. Экологический фронт проходит по самому краю
борьбы за выживание человечества наравне с разоружением, регулированием региональных конфликтов,
преодоление экономической отсталости, т.е. из чисто биологической сферы переходит в область политики.
Сфера политики смыкается в наши дни со сферой охраны природы в единую дисциплину —
политэкологию. Свое практическое выражение в международных делах политэкология находит в концепции
экологической безопасности. Под экологической безопасностью понимается такое состояние международных
отношений, при котором обеспечивается сохранность, рациональное использование, воспроизводство и
повышение качества окружающей среды в интересах устойчивого и безопасного развития всех государств и
создания благоприятных условий для жизни каждого человека. В конечном итоге речь идет о воплощении в
жизнь тех идей о рациональном взаимодействии человека и природы, которые были сформулированы великим
русским ученым В. И. Вернадским, т.е. о превращении биосферы в ноосферу. Однако на пути к гармоничному
развитию стоят трудно разрешимые противоречия как между ненасытными потребностями человека и
ограниченными возможностями природы, так и между интересами отдельных государств и общества в целом и
природой в целом.
Природа на всех одна, поэтому решить вопросы взаимодействия природы и человека можно лишь путем
международного сотрудничества.
Исторически международное природоохранное сотрудничество началось еще в начале XX века (1902 г.)
Парижским соглашением охраны ресурсов животного мира.
На настоящий момент создались две основные формы сотрудничества: двухсторонние и многосторонние
международные соглашения и конвенции по вопросам охраны окружающей среды и участие в деятельности
международных природоохранных организациях.
Большим успехом в охране природы от загрязнений явилось заключение договора (1963 г.) о запрещении
испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой. В настоящее время к этому
договору присоединилось более 100 стран.
С 1973 г. действует специализированное учреждение “Программа ООН по окружающей среде — United
Nations Environment Program” (ЮНЕП), одно из начинаний которой было создание системы глобального
мониторинга биосферы. Кроме того, международное сотрудничество ведется по линии ЮНЕСКО —
организации ООН, занимающейся вопросами образования, науки и культуры; ВООЗ — Всемирной организации
охраны здоровья; МСОП — Международном союзе охраны природы и природных ресурсов; МАГАТЭ —
Международном агентстве по атомной энергии; в Greenpeace; ЕЭК ООН — Европейской экономической
комиссии ООН, а также на международных форумах по ООС в целом и по отдельным направлениям.
Результатом сотрудничества стран мира в деле защиты окружающей среды явилось подписание целого
ряда важнейших документов. Среди них:
Заключительный акт Совещания по безопасности и сотрудничеству в Европе (1975 г.);
Резолюция Генеральной Ассамблее ООН “Об исторической ответственности государств за
сохранение природы Земли для нынешнего и будущих поколений” (1981 г.);
“Всемирная хартия природы” (1982 г.), которая возлагает на все государства ответственность за
сохранение планеты и ее богатств;
Венская конвенция по охране озонового слоя (1985 г.);
Конвенция о запрещении военного и любого иного враждебного использования средств воздействия
на природную среду, к которой присоединились многие страны мира. Нашей страной Конвенция
ратифицирована в 1978 г;
Монреальский протокол, принявший ограничение, а в дальнейшем и полное прекращение
производства фреонов;
Женевская декларация (1979 г.) о малоотходных и безотходных технологиях и использовании
отходов;
Мюнхенская конвенция (1987 г.) о снижении загрязнений атмосферы серой и ее соединениями и ряде
других.
Что касается Европы, то в рамках деятельности Комитета по экологической политике ЕЭК ООН
регулярно проводятся конференции министров окружающей среды стран Европы, разрабатываются
экологические программы с целью совершенствования политики и управления природоохранной деятельностью
в странах с переходной экономикой.
Основное взаимодействие нашей страны с ЮНЕП осуществляется в рамках выполнения проектов на
территории России. Главное внимание сосредоточено на совершенствовании информационных систем,
гармонизации информационных систем и природоохранного законодательства России и стран СНГ, проблемах
Черного и Каспийского морей, других региональных программах.
Специалисты России принимают участие в осуществлении специальной международной программы
“Человек и биосфера”, Международном совете по охране птиц (СПО), Международной федерации молодежи по
исследованию и охране окружающей среды Научного комитета по проблемам окружающей среды,
Международного совета научных союзов (СКОПЕ). Примером плодотворного межгосударственного
сотрудничества в области охраны природы служит деятельность Международного союза охраны природы
(МСОП).
Наравне с многосторонним сотрудничеством в области охраны окружающей среды осуществляются и
многочисленные двусторонние сотрудничества. Так, между нашей страной и США такое сотрудничество
осуществляется в рамках 11 научно-исследовательских программ и 30 проектов. Оно ведется по следующим
направлениям: предотвращение загрязнения воздуха, охрана вод и морской среды от загрязнения;
предотвращение загрязнения окружающей среды, связанного с сельскохозяйственным производством;
организация заповедников, изучение биологических и генетических последствий загрязнения окружающей
среды и др. Сотрудничество с США ведется путем обмена учеными и специалистами, научно-технической
информацией, результатами исследований, проведения двусторонних конференций, симпозиумов и совещаний,
совместной разработки проектов, программ и др. Аналогичная работа ведется Германией, Англией, Францией,
Финляндией, Канадой, Швецией и некоторыми другими странами.
С 1992 г. осуществляется сотрудничество с государствами — членами СНГ в рамках Соглашения о
взаимодействии в области экологии и охраны окружающей природной среды. Образованы Межпарламентская
ассамблея СНГ по проблемам охраны окружающей среды и Межгосударственный экологический совет (МЭС).
Принята Концепция межгосударственной системы экологического мониторинга государств-участников МЭС.
Из всех имевшихся в нашей стране конституций лишь в Конституции РФ, принятой 12 декабря 1993 г.,
отражены основные положения экологической стратегии государства и главные направления укрепления
экологического правопорядка.
Центральное место среди экологических норм Конституции РФ занимает ст. 9, ч. 1, где указывается, что
земля и другие природные ресурсы в Российской Федерации используются и охраняются как основа жизни и
деятельности народов, проживающих на соответствующей территории.
Важнейшими законодательными актами в нашей стране, направленными на обеспечение экологической
безопасности, являются закон РСФСР “Об охране окружающей природной среды”, введенный в действие с
3.02.1992 г., Водный кодекс РФ (1995 г.), Земельный кодекс РСФСР (1991 г.), законы РФ “О недрах” (1992 г.) и
“Об экологической экспертизе” (1995 г.). До принятия соответствующих документов РФ продолжает
действовать закон СССР “Об охране атмосферного воздуха” (1980 г.).
Ряд требований по охране окружающей среды зафиксированы в других законах, в частности, в законе
РСФСР “О предприятиях и предпринимательской деятельности” (1991 г.), в законе РФ “О защите прав
потребителей” (1992 г.).
В выполнении всех природоохранных законах значительная роль отводится нормативно-технической
документации. Эта документация включает федеральные, республиканские, местные санитарные нормы и
правила Министерства здравоохранения РФ, строительные нормы и правила Комитета по строительству,
архитектурной и жилищной политике РФ, систему стандартов “Охраны природы”, документы Министерства
природных ресурсов РФ, Государственного комитета РФ по охране окружающей среды, Федеральной службы
России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Эти ведомства частично используют
документацию организаций, правоприемниками которых они являются: Минздрава СССР, Госстроя СССР,
Госстандарта СССР, Госкомприроды СССР и Госгидромета СССР.
В конце 70-х годов различными международными организациями (МСОП, ЮНЕП, ВВФ) была выдвинута
идея разработки Всемирной стратегии охраны природы. В первом варианте Стратегии подчеркивалась
необходимость учета экологических факторов в прогрессе социально-экономического развития и впервые был
использован термин “устойчивое развитие” (sustainable development).
В конце 80-х гг. стало очевидным, что необходим новый документ, учитывающий происходящие в мире
изменения и опыт реализации первой Стратегии. Этот документ появился в результате работ, проведенных в
течение трех лет правительственными и неправительственными организациями, сотнями ученых и экспертов
разных стран, и был принят на уже упомянутой ранее Конференции в Рио-де-Жанейро.
В этой конференции принимали участие главы государств и правительств более чем 170 стран. Впервые
политическим деятелям пришлось принять трудное решение об изменении мировоззренческой стратегии
человечества. Они признали, что идеал экономически развитых стран, беспрецедентный уровень благополучия
и мощь богатого меньшинства, недостижимы для развивающихся стран Азии, Африки и Латинской Америки.
Модель развития, по которой развивающиеся страны должны стремиться догнать экономически развитые
страны может привести цивилизацию к краху. Конференция ООН констатировала невозможность движения
развивающихся стран по пути, которым прошли к своему благополучию развитые страны. Природа не
выдержит такого бурного роста потребления.
Участники конференции согласились с тем, что экологическое благополучие любого государства не
может обеспечиваться за счет других государств или без учета их интересов. Любая деятельность государства
не должна наносить ущерб окружающей среде как в пределах, так и за пределами его национальной
юрисдикции.
Итак, документ, принятый Конференцией и получивший название “Стратегия устойчивого развития”,
состоит из трех частей.
В первой части провозглашаются принципы устойчивого развития:
уважение и забота о всем сущем на Земле;
повышение качества жизни;
сохранение жизнеспособности и разнообразия экосистем;
предотвращение истощения невозобновляемых ресурсов;
развитие в пределах потенциальной емкости экосистем;
изменение сознания человека и стереотипов его поведения;
поощрение социальной заинтересованности общества в сохранении среды обитания;
выработка национальных концепций интеграции социально-экономического развития и охраны
окружающей среды;
достижение единства действий на мировом уровне.
Во второй и третьей частях документа даны рекомендации по претворению этих принципов в жизнь,
изложена предполагаемая последовательность мероприятий.
Цель Стратегии: не заменяя национальных программ охраны окружающей среды, дать основные
ориентиры.
Стратегия ставит две основные задачи: выживание человечества и философское определение смысла
жизни человека.
Выживание не является сугубо человеческой задачей, и в этом смысле человек мало отличается от других
живых существ. Перспектива сохранения человека как вида сейчас уже достаточно проблематична. Данные
палеонтологии свидетельствуют о том, что десятки миллионов видов живых существ вымерли на Земле. Среди
них есть виды, принадлежащие к человеческому роду. Ясно, что нужны большие усилия, для того, чтобы нас не
постигла та же участь. Человек — довольно молодой вид в масштабах истории Земли. Сейчас человек
находится в наиболее агрессивной стадии развития; он пытается осознать, что, либо он впишется в биосферу,
приспособится к ней, либо его постигнет судьба вымерших видов.
Среди принципов, провозглашенных Стратегией, наиболее спорный и не совсем привычный для нас —
регуляция численности населения (семейное планирование). У нас всегда поощрялось увеличение рождаемости,
теперь надо будет регулировать численность населения не меньше, чем традиционное природопользование.
Цивилизация западного типа не может существовать при большей плотности населения, чем достигнутая сейчас
в развитых странах.
Большое внимание в Стратегии уделено “неистощительному использованию ресурсов”. Только такой
подход дает надежду на то, что мы сможем оставить что-то потомкам.
С решением многих проблем, поставленных в Стратегии, связано понятие экологической емкости
природных экосистем. Стратегия гармонизации человеческой деятельности и природы заключается в том,
чтобы лес оставался лесом, степь — степью, тундра — тундрой и т.п., несмотря на использование их ресурсов.
В Стратегии сформулировано понятие “духовности” как наличие целей, отличающихся от целей простого
выживания. Стратегия подсказывает необходимость интеграции и обеспечения единства действий различных
государств независимо от социально-экономического устройства.
В Стратегии можно выделить следующие, наиболее актуальные направления сотрудничества для России и
республик СНГ:
разработка общих принципов природоохранного законодательства;
разработка общих принципов экологической этики;
согласование общих подходов к оценке хозяйственных воздействий на природную среду и к
экологическому нормированию хозяйственной деятельности;
сохранение общей системы экологического мониторинга;
экологическое прогнозирование для всех субъектов Федерации;
резервирование территорий для развития заповедной сети;
разработка интегрированной системы мер для сохранения и рационального использования
биологического разнообразия;
экологический контроль внешнеэкономической деятельности, включая экологическую экспертизу
импортируемых товаров и лицензирования экспорта биологических ресурсов;
выполнение обязательств по международным договорам в области охраны окружающей среды.
Отношение к основным положениям Стратегии устойчивого развития весьма неоднозначно. Ряд
известных ученых отнесся к ней отрицательно или довольно скептически. Так, например, академик Н. Н.
Моисеев — один из ведущих российских специалистов по биосферным явлениям, считает, что концепция
устойчивого развития является опасным заблуждением. Она порождает иллюзии, которые в какой-то мере
успокаивают общественное мнение. На самом деле потенциальные возможности современной цивилизации
исчерпаны или близки к исчерпанию. Человечество стоит перед реальной возможностью исчезновения с лица
планеты. По его мнению, чисто технического или технологического пути преодоления кризиса не существует.
Энергосберегающие технологии, очистка воды, воздуха, почвы и охрана природы — недостаточны для
преодоления неизбежного экологического кризиса. Необходимы меры, способные качественно изменить
планетарную экологическую обстановку. Людям придется изменить шкалу ценностей и сам процесс развития
человечества, что потребует согласованных действий всех народов планеты.
Весьма скептически относятся к Стратегии и многие другие российские ученые. Большинство из них
считает, что в основе Стратегии лежит ожидание чуда: надежда на то, что минимизация воздействий человека
на окружающую среду приведет к сохранению биосферы как системы жизнеобеспечения. Реальность же такова:
человечество уже живет в разрушающемся мире, в условиях нарастающего экологического кризиса, который
превращается в кризис цивилизации.
Оптимистический взгляд, однако, заключается в том, что накопленный интеллектуальный потенциал
может остановить разрушение природы. Существенным препятствием длительное время была гонка
вооружений, поглощавшая громадные ресурсы, но сейчас, благодаря серьезным политическим изменением в
мире, она стала ослабевать.
Соревнование между двумя экономическими системами завершилось поражением централизованно
управляемой экономики. Планета превращается в единое рыночное пространство, причем пропасть между
государствами увеличивается. Капиталы будут концентрироваться в государствах с высоким уровнем
производительности труда, и эти страны будут продолжать богатеть. В этих условиях, по мнению Н. Н.
Моисеева, решение глобальных экологических проблем вряд ли возможно. Необходимо целенаправленно
усовершенствовать экономический и политический порядок. Надо ускорить экономический рост в
развивающихся странах. Однако, если делать это по схеме промышленно развитых стран, то природе будет
нанесен невосполнимый ущерб.
Концепция устойчивого развития, ориентированная на сохранение “природного капитала”, сводится к
необходимости сбалансировать деятельность человека со способностью природы восстанавливаться. Концепция
признает, что экономический рост необходим для избавления от бедности, которая приводит к разграблению
ресурсов.
Нужны быстрые перемены. Промышленно развитым странам придется изменить образ жизни,
предусматривающий интенсивное использование ресурсов. Производство должно быть переориентировано на
резкое сокращение ресурсопотребления и загрязнения окружающей среды. Развивающимся странам придется
использовать менее разрушительные для природы методы ведения сельского хозяйства, осуществлять
индустриализацию с беспрецедентной осторожностью и сокращать уровень рождаемости. Они не смогут
добиться этого без помощи богатых стран материальными вливаниями и промышленными технологиями.
Общее воздействие таких изменений сейчас сравнивают с воздействием промышленной революции.
Не все согласны с тем, что такая “революция” необходима, некоторые думают, что проблемы
окружающей среды не столь серьезны. Есть мнение, что если рост населения стабилизируется (это, по
прогнозам ООН, ожидается в середине XXI века), то экономический рост может продолжаться. Но многие с
таким мнением не согласны и полагают, что единственный путь обеспечить выживание человека на планете —
перераспределение богатства между богатыми и бедными странами.
Устойчивое развитие угрожает устоявшимся интересам и поэтому сталкивается с противодействием в
высших политических сферах. Наиболее остро стоит вопрос о взаимоотношениях стран с разным уровнем
жизни. Проблему обостряют долги, которые составили у развивающихся стран в 1989 г. 1,2 трлн. долларов, что
соответствует 44% их общего ВНП. Чтобы погасить эти долги, им приходится ежегодно экспортировать
различные природные ресурсы примерно на 50 млрд. долларов. Такая распродажа сулит еще большее
разрушение природной среды. Так, из 33 стран, экспортирующих древесину тропических деревьев в 1985 г., 23
страны, скорее всего, исчерпают ее запасы в течение десяти ближайших лет. Если индустриализация в
развивающихся странах будет идти без использования чистых технологий, как это происходит в Китае,
Бразилии, она в значительной степени увеличит загрязнение окружающей среды и ускорит ее разрушение.
Тем не менее, несмотря на все противоречия, на сегодняшний день Стратегия представляет собой
документ, выражающий основной экологический стереотип мышления к началу XXI века. Экологическая
политика государств, в том числе и России, ориентировано именно на идею устойчивого развития. В ближайшее
время станет ясно, удастся ли найти пути стабилизации ситуации или очевидное погружение в глобальную
экологическую катастрофу будет продолжаться.
В 1995 г. был сделан еще один шаг на пути реализации стратегии устойчивого развития. На
Международном форуме “Экологическая политика и миротворчество в Евразийском пространстве”, был принят
документ — “Общественный экологический кодекс”, направленный на принятие новых мировоззренческих
основ и правовых норм. Он исходит из того, что главной причиной развивающейся катастрофы является все
возрастающее потребление природных ресурсов в ущерб физическому и духовному развитию человека.
В первом разделе этого документа постулируется, что природа Земли вошла в кризисное состояние в
результате деятельности человека. В этой связи главной задачей нынешнего и будущего поколений является
сохранение и восстановление природы. Основной тезис: жизнь во всех ее формах самоценна и уникальна;
осознание человеком своей ответственности за все живое — основа нравственного поведения. Культура
человека — это умение сохранять Природу, видеть ее красоту. В связи с ограниченностью природных ресурсов
бережное отношение к ним является делом совести каждого человека. Разрушение природной среды аморально
и является экологическим преступлением. Каждый человек имеет право на здоровую среду обитания и в то же
время несет ответственность за ее состояние и за ущерб, причиненный Природе, перед потомками. В документе
подчеркивается, что каждый имеет право на достоверную информацию о состоянии окружающей среды и на
возмещение ущерба, нанесенного его здоровью или имуществу экологическими правонарушениями. Для
защиты этого права каждый человек может обратиться в суд, государственные органы и межправительственные
организации.
Геоэкология: возникновение, проблемы и задачи
Вопросы взаимодействия человека и природы относятся к вечной и неисчерпаемой теме. Сохранение
природы и жизнеобеспечивающих природных ресурсов является одной из важнейших глобальных проблем
человечества. Актуальность и многогранность этой проблемы привела в последние годы к экологизации многих
естественных и гуманитарных наук. Более широкое толкование получил и сам термин “экология”: наряду с
чисто биологическим приложением, сформулированным в 1866 г. Э. Геккелем, он стал использоваться для
описания широкого круга проблем взаимодействия общества и природы, а экологический подход был признан
общенаучным в сфере изучения природы и человеческой деятельности.
Одновременно появились и специфические направления экологии — геоэкология, промышленная
экология, социальная экология, экология человека, экология города и другие.
Из всех этих направлений экологии мы будем рассматривать геоэкологию. Наиболее полным
определением геоэкологии является следующее:
Геоэкология — это наука, изучающая геосферные оболочки Земли как компоненты окружающей среды и
минеральную основу биосферы и происходящие в них изменения под влиянием природных и техногенных
факторов.
Термин “геоэкология” впервые предложен в 1939 г. К. Троллом применительно к изучению природных,
неизменных ландшафтов. Однако фундаментальные аспекты этой науки были заложены значительно раньше.
Следует упомянуть хотя бы важнейшие работы, заложившие основу научных знаний в области геоэкологии и не
утратившие своего значения до настоящего времени. К их числу относится уже упомянутая работа Мальтуса,
но, прежде всего монография Г. Марша “Человек и природа: или о влиянии человека на изменение
физико-географических условий”, изданная в 1864 г. В ней сформулированы основные причины кризиса в
отношениях человека и природы.
Исключительная заслуга в формировании учения о биосфере и геоэкологического подхода в исследовании
эволюции Земли и деятельности человека принадлежит В. И. Вернадскому. развивая учение о биосфере, он
выделяет деятельность человека и сопоставляет ее с крупнейшими геологическими процессами, способными к
созиданию и разрушению. Вместе с тем в работах В. И. Вернадского не прозвучала тревога за состояние
окружающей среды; надвигающейся глобальной угрозе биосфере от противопоставил концепцию перехода ее в
ноосферное состояние, определенное им как “охват планеты научной мыслью”.
Его современник А. Е. Ферсман более осторожно относился к изменениям, происходящим в природе под
влиянием деятельности человека. В 1934 г. он писал, что через 500 лет человечеств удвоит содержание
углекислого газа в атмосфере (что вызовет повышение температуры на 4 оС) и будет безумно растрачивать
запасы природных месторождений, которых хватит лишь на первые сотни лет. К сожалению, опасения А. Е.
Ферсмана оправдываются быстрее, чем он предполагал.
Большая заслуга в разработке идей рационального использования и охраны земной коры принадлежит Е.
М. Сергееву, который впервые сформулировал понятие “геологической среды” как одного из компонентов
окружающей среды.
При рассмотрении сущности понятия геоэкологии нужно исходить из того, что эта наука связана с
изучением естественных и измененных человеком природных геосистем, которые формируют геооболочки
Земли и являются частью окружающей среды.
Мы ввели в употребление достаточно большое количество новых терминов, поэтому стоит остановиться и
дать некоторые определения.
Литосфера — сплошная твердая оболочка Земли.
Гидросфера — водная оболочка Земли.
Атмосфера — газовая оболочка Земли.
Педосфера — почвенный слой Земли.
Биосфера — оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены в основном
деятельностью живых организмов.
Фитосфера — область распространения растений.
Зоосфера — область распространения животных организмов.
Абиотическая среда — все неживое, что окружает человека (химические, физические, климатические
факторы, строение поверхности и геологическое строение и т.п.).
Биотическая среда — совокупность живых организмов и их жизнедеятельность.
Социальная среда, или социально-экономическая среда — отношения между людьми и между ними и
создаваемыми (в том числе накопленными) ими материальными и культурными ценностями. Включает
социально-психологические, социологические, демографические, национально-культурные, этнические,
экономические (соотношение доли зарплаты, прибыли, уровень цен и т.п.) и др. близкие элементы.
Среда, окружающая человека — совокупность абиотической, биотической и социальных сред, совместно
и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство.
Природная среда, окружающая человека — совокупность природных и незначительно измененных
деятельностью людей абиотических и биотических факторов, оказывающих влияние на человека. Отличается от
других составляющих окружающей человека среды свойством самоподдержания и саморегуляции без
корректирующего воздействия человека.
Окружающая среда — тоже, что природная среда, окружающая человека, но вне зависимости от
непосредственных ее контактов с человеком. Может рассматриваться по отношению к животным, растениям и
т.д.
Исключительный приоритет геоэкологии состоит в том, что она изучает неорганическое (косное), а также
биогенное и биокосное вещество (каменный уголь, нефть, битумы, коры выветривания), образованное в далеком
прошлом с участием живых организмов. Это вещество слагает литосферу, верхняя часть которой, находящаяся
под влиянием производственной деятельности человека получила название геологической среды.
Геологическая среда — окружающие нас природные и измененные человеком образования и поля —
такие, как рельеф, горные породы, почва, вода, полезные ископаемые, различные геофизические поля,
эндогенные и экзогенные процессы, являющиеся минеральной (жизнеобеспечивающей) основой биосферы и
влияющие на условия существования и деятельность человека.
Исключительный приоритет геоэкологии состоит в том, что она изучает неорганическое (косное), а также
биогенное и биокосное вещество (каменный уголь, нефть, битумы, коры выветривания), образованное в далеком
прошлом с участием живых организмов. Это вещество слагает литосферу, верхняя часть которой, находящаяся
под влиянием производственной деятельности человека и является геологической средой.
Основное отличие геоэкологии от учения о биосфере заключается в том, что живое вещество (в том числе
и человек) не являются объектом ее исследований. Геоэкология изучает неживой компонент биосферы и
происходящие в ней изменения под влиянием деятельности человека. В то же время, как у любой экологической
науки, конечной целью геоэкологии является социальный аспект, т.е. сохранение жизнеобеспечивающей
продуктивной окружающей среды, необходимой для здоровья человека и развития жизни на Земле.
В центре внимания геоэкологии находится твердая (литосферная) оболочка вместе с содержащимися в ней
минеральными ископаемыми и водой. В то же время состояние геологической среды, особенно в поверхностной
зоне литосферы, определяется ее взаимодействие с другими геовещественными средами Земли атмосферой,
поверхностной гидросферой). Поэтому к области исследований геоэкологии следует относить не только
литосферное пространство, но также педосферу, приземные слои атмосферы, поверхностные воды и даже
растительный покров различных ландшафтов как индикаторов состояния литогенной основы, или, другими
словами, областью исследования геоэкологии является географическая оболочка — область
взаимопроникновения и взаимодействия лито-, атмо-, гидро-, педо-, фито- и зоосфер, выражающихся в обмене
веществом, энергией и информацией. Попутно дадим еще одно определение, которое нам понадобится в
дальнейшем, а именно, географическая среда — часть географической оболочки, которая тем или иным
способом, в той или иной мере освоена человеком, вовлечена в общественное производство и образует
материальную основу существования человека.
Геоэкологические исследования включают в себя изучение ландшафтов (ландшафт — относительно
однородный участок географической оболочки, отличающийся закономерным сочетанием явлений, характером
взаимосвязи взаимодействия между компонентами географической оболочки, особенностями сочетания более
мелких территориальных единиц), почв, поверхностных вод, нижние слои атмосферы.
Геоэкологические проблемы, как правило, носят комплексный характер и требуют интеграции биологии,
экологии, геологии, географии, почвоведения, геофизики, геохимии, горных наук в единую систему знаний о
геологической среде. Охватывая все сведения о Земле, геоэкология является не просто суммирующей, а
обобщающей областью знаний. Она имеет свой объект и предмет исследований, которые не следуют из теории
какой-либо отдельной науки о Земле.
Объектом геоэкологии являются геосферные оболочки Земли, которые представляют собой уникальные
природные образования, имеющие различный геовещественный состав и многоуровневую структурную
иерархию. Каждая из этих геосфер состоит из системы более мелких природных тел различных уровней
структурной и вещественной организации.
Помимо естественных неизменных природных тел к объектам геоэкологии относятся
природно-технические системы, о которых будет сказано далее.
Предметом геоэкологии являются все знания о геосферных оболочках и их изменениях под влиянием
природных и техногенных факторов как многокомпонентных, иерархично построенных, динамичных системах
с многоступенчатыми процессами саморегулирования.
К общенаучному методу, применяемому в геоэкологии, относится системный анализ, основанный на
всеобщей связи процессов, происходящих на различных структурных и вещественных уровнях изучаемых
явлений и образований. Специфическим методом геоэкологии, отличающим ее от традиционных наук о Земле,
следует считать экологический подход. Он базируется на изучении геосферных оболочек и происходящих в них
изменениях с точки зрения влияния их на живую природу.
Зарождение геоэкологии связано с появлением в науках о Земле ряда проблем, ранее не
рассматривавшихся как принципиально важные и не относившихся к числу приоритетных.
К числу таких проблем, которые можно рассматривать как важнейшие задачи геоэкологии относятся:
1. Анализ изменения геосфер под влиянием природных и техногенных факторов.
2. Рациональное использование водных, земельных, минеральных и энергетических ресурсов Земли.
3. Снижение ущерба окружающей среде от природных и природно-техногенных катастроф и
обеспечение безопасного проживания людей.
Рассмотрению всех этих проблем и посвящен настоящих курс лекций.
Воздействие человека на природную среду в процессе хозяйственной деятельности ныне приобрело
глобальный характер. Оно происходит во всех оболочках, о чем мы будем говорить в дальнейшем. Сейчас же, в
качестве примера, вкратце перечислим наиболее распространенные изменения в геологической оболочке:
Изменение ландшафтов урбанизированных территорий, сельскохозяйственных и горнодобывающих
районов, деформирование поверхности Земли в результате откачки воды, газообразных и жидких полезных
ископаемых, подработки территорий;
Подъем уровня грунтовых вод и подтопление территорий при строительстве водохранилищ, орошении
земель, засыпке естественных дрен в ходе планировки территорий, и связанное с этим изменение несущей
способности грунтов и деформации сооружений, засоление почв, заболачивание, повышение сейсмичности
территорий.
Особенно интенсивное разрушение природной среды и исчерпание ресурсов идет под влиянием
урбанизации (урбанизация — комплексный социально-экономический процесс, выраженный в росте городского
населения, развитии новых форм городского населения, развитии новых форм городского расселения и
широком распространении городского образа жизни, его норм и технического оснащения) на территориях
крупных городов и промышленных центров, где происходит пространственно-сосредоточенное воздействие
человека на окружающую среду.
Практически любая деятельность человека оказывает воздействие на природную среду. Но особенно
сильным и долговременным является воздействие искусственных объектов, которые функционируют в
непосредственном контакте с окружающей средой. Совокупность всех искусственных элементов,
производственных процессов, технических средств и орудий труда, созданных и размещенных человеком на
земной поверхности и в ее глубинах, принято называть техносферой.
Элементы техносферы постоянно взаимодействуют с окружающей средой, образуя единую
природно-техническую систему (ПТС). ПТС — ассоциация природных и техногенных элементов,
функционирующих как единая система.
Природные механизмы и процессы, управляющие системой Земля
На прошлой лекции мы договорились, что объектом исследований геоэкологии являются геосферные
оболочки в своей совокупности или, другими словами, географическая оболочка.
Напомню, географическая оболочка — область взаимопроникновения и взаимодействия гидро-, атмо-,
лито-, биосфер, выражающихся в обмене веществом, энергией и информацией.
Гидросферой называется непрерывная водная оболочка земного шара, расположенная над
поверхностью, на поверхности земной коры и в ее толще, представляющая совокупность вод атмосферы,
океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод), включая снежный покров и
ледники, а также воду живых организмов.
Гидросфера, являясь частью географической оболочки, охватывает весь комплекс земных оболочек.
Гидросфера проникает, с одной стороны, в твердую каменную оболочку Земли в виде подземных вод, с другой
— в атмосферу в виде водяных паров. Поэтому гидросфера тесно связана как с атмосферой, так и с литосферой.
Гидросфера непрерывна и едина. Ее единство заключается в общности происхождения всех природных вод из
мантии Земли, в единстве их эволюции, взаимосвязи всех видов вод и способности перехода одного вида вод в
другой, в единстве их функций в природе.
Гидросфера содержат около 1390 млн. км3 воды, при этом на долю Мирового океана приходится 96,4%.
Из водных объектов суши наибольшее количество воды содержат ледники — 25,8 млн. км3 (1,86% всех вод на
Земле). Из этого количества на долю ледников Антарктиды, Гренландии и островов Арктики приходится
соответственно 89,8; 9,7; 0,3%. На горные ледники остается всего 0,2%. Подземных вод на Земле около 23,4
млн. км3 (1,68%). Подземных вод зоны многолетней мерзлоты около 300 тыс. км 3 (0,022%). В живых организмах
биосферы содержится порядка 1000 км3 воды. В атмосфере в среднем находится около 13 тыс. км 3 воды в виде
водяного пара, капель, кристаллов льда. При этом 90% воды находится в самом нижнем слое атмосферы — 0-5
км.
Большое значение имеет оценка количества пресной воды. Всего на планете 36,7 млн. км3 пресной воды
(2,64% всей воды), из них 71% находится в твердой фазе, остальная — жидкость и пар. В озерах заключено 91
тыс. км3 пресной воды (0,007% всей воды и 0,25% пресной), в реках соответственно — 2; 0,0002; 0,005, в
болотах — 11; 0,0008; 0,03.
С химической точки зрения гидросфера в основном представлена кислородом и водородом, т.е. водой
(96,69% всей массы). В воде гидросферы растворены самые разнообразные химические соединения, среди
которых можно встретить почти все элементы таблицы Менделеева, однако большинство из них содержится в
ничтожных долях процента. И лишь на долю натрия и хлора, т.е. хлористого натрия, приходится 3%. Таким
образом, гидросфера представлена в основном четырьмя элементами: кислородом, водородом, хлором и
натрием, на долю которых приходится 99,69%.
Характерной чертой гидросферы является ее подвижность. В океанах и морях наблюдаются приливы и
отливы, штормы и течения; в озерах вода перемешивается под действием ветра и температуры; в водотоках вода
движется под уклон под действием силы тяжести. Вода легко переходит из одного агрегатного состояния в
другое, выделяя или поглощая большое количество энергии. Вода в атмосфере в виде пара перемещается на
значительные расстояния, а затем выпадает на поверхность в виде осадков. Эта подвижность гидросферы имеет
большое значение для функционирования планеты, о чем мы будем говорить далее.
Атмосфера — газовая оболочка Земли, характеризующаяся резко выраженной неоднородностью строения.
Масса атмосферы — 5. 1015 т. Девять десятых этой массы сосредоточено в самом нижнем слое толщиной в 17
км, хотя в целом ее признаки фиксируются и на высоте 20 тыс. км от поверхности Земли.
Атмосфера как оболочка не симметрична в отношении центра Земли: в плоскости эклиптики она имеет
выступ в направлении, противоположном Солнцу. Этот “газовый хвост” Земли, разреженный как у комет, имеет
в длину около 120 тыс. км.
Атмосферу делят на пять сфер: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Мощность
тропосферы 8-10 км в полярных областях и 16-18 км у экватора. Это самая плотная часть атмосферы, и она
непосредственно граничит с поверхностью океана и суши. Температура здесь понижается с высотой (до 6 оС на
каждый километр), верхняя граница тропосферы называется тропопаузой, температура здесь составляет
примерно 220 оК.
Для географической оболочки значение тропосферы исключительно велико. Именно здесь зарождаются
облака, выпадают осадки, происходят горизонтальные и вертикальные передвижения воздушных масс. Из-за
непрерывного перемешивания воздуха и динамического равновесия, поддерживаемого антагонистическими
действиями автотрофных и гетеротрофных организмов и различными геохимическими явлениями, газовый
состав атмосферы во всей толще тропосферы остается практически постоянным. Состав сухого вещества (в
процентах по объему): азот -78,09; кислород — 20,95; аргон — 0,93; углекислый газ — 0,03. Кроме названных
компонентов воздух обычно содержит следы водорода, перекиси азота, озона, сернистого ангидрида, оксида
углерода, аммиака и т.д. О роли отдельных компонентов атмосферы мы поговорим позднее.
Стратосфера разделена на 2 зоны: нижнюю, с температурой, характерной для тропопаузы, достигающую
высоты 25 км, и верхнюю, которая называется область инверсии и простирается до высоты 50 км. В области
инверсии температура начинает возрастать и достигает 273 К. эта температура остается неизменной в
стратопаузе, которая располагается между высотами 50 и 55 км. Важно отметить, что в стратосфере на высоте
около 25 км расположен озонный защитный слой, определяющий верхний предел распространения жизни на
планете.
Далее, до высоты 80 км простирается мезосфера, опять характеризующаяся понижением температуры с
высотой. Верхней границей мезосферы является мезопауза, в зоне которой температура опускается до 190 оК.
После мезопаузы температура в атмосфере вновь возрастает. Эта область до высоты 600 км называется
термосферой (ионосферой), в ее верхней части температура достигает 1000 оК.
Верхней оболочкой атмосферы является экзосфера, которая постепенно переходит в межпланетное
пространство. Экзосфера — область диссипации атмосферных газов. Диссипация — процесс преодоления
молекулами, атомами и ионами поля притяжения Земли.
Газы, входящие в состав атмосферы, можно разделить на три группы: постоянные (азот, кислород,
инертные газы), переменные (углекислый газ, вода) и случайные (определяются местными условиями).
В настоящее время на состав и функционирование атмосферы большое влияние оказывают антропогенные
факторы, причем как в самых нижних, так и в высотных ее частях. Техногенный выброс различных веществ в
атмосферу является наиболее очевидным из нарушений равновесия в окружающей среде, производимых
человеком.
Литосфера — это сплошная твердая оболочка Земли. В состав литосферы обычно включают земную кору
и самый верхний слой мантии. Литосфера расположена на астеносфере, по которой она может дрейфовать в
боковом направлении.
На долю земной коры приходится 1,5% всего объема Земли и 0,8% ее массы. Земная кора делится на
материковую и океаническую. Толщина земной коры не одинакова — от 70-75 км под горами до 6-8 км под
морским дном.
Горные породы, слагающие земную кору, можно подразделить на три типа:
изверженные, образующиеся путем остывания расплавленной магмы;
метаморфические, возникающие в результате нагрева или сжатия ранее образованных пород;
осадочные, состоящие из обломков более древних пород, подвергшихся выветриванию или эрозии,
либо из остатков живых организмов.
Цикл преобразования горных пород отражает взаимоотношения между этими тремя типами. Начальная
стадия цикла протекает в так называемой коре выветривания. Она включает в себя процессы растворения,
окисления, разложения более древних, в том числе и изверженных горных пород. Эти процессы совершаются
под действием атмосферы, почвенных и атмосферных вод, а также под влиянием живых организмов.
Следствием этих процессов является образование почвенного слоя и песка, а также перенос реками
возникающих при этом наносов в море. Почти вся масса осадков, создаваемая процессами выветривания и
эрозии, как на суше, так и вдоль берегов, доставляется в глубокие морские бассейны, где накапливаются
отложения большой мощности. Кора выветривания характеризуется низкими температурами и давлениями и
расположена она в верхней части литосферы и включает гидросферу и тропосферу. Мощность ее колеблется от
0,5 до 2 км.
Вследствие движения плит литосферы отдельные участки коры выветривания могут перемещаться вглубь
в область метаморфизма, где температура и давление настолько возрастают, что происходит превращение
горных пород, образование метаморфических пород, состоящих из определенным образом ориентированных
кристаллов. Область метаморфизма распространяется примерно до глубины 20-25 км.
При последующем перемещении горных пород вглубь Земли из-за дальнейшего повышения температуры
и давления, твердое вещество теряет свои обычные свойства и переходит в текучую, переполненную газами
полужидкую массу — магму. Здесь начинается третья область литосферы — магматическая.
Расплавленная порода легче твердой, благодаря чему она начинает двигаться кверху; достигнув
поверхности в виде потока лавы, она оказывается готовой к началу нового цикла. Хотя полный цикл включает
все преобразования, многие породы укорачивают его за счет выпадения отдельных стадий. Так, осадок может
быть литифицирован до песчаника, но затем геологическими движениями поднят со дна моря на сушу.
В процессе цикла преобразования горных пород происходит не только преобразование, но и изменение
концентрации отдельных химических элементов, что приводит к образованию месторождений различных
полезных ископаемых, часть которых используется человеком для удовлетворения своих потребностей.
Следующая геосфера Земли — это биосфера. Впервые понятие “биосфера” введено в биологию
французским натуралистом Ж.-Б. Ламарком в начале XIX столетия, а затем в геологию австрийским ученым Э.
Зюссом в конце XIX века. Заслуга в разработке стройного, целостного учения о биосфере как “области жизни”
принадлежит академику В. И. Вернадскому. Биосфера — область распространения живого вещества на
Земле, в формировании которой живые организмы играли в прошлом и играют в настоящее время
основную роль.
Биосфера состоит из трех главных компонентов: живого вещества; минеральных веществ, включенных
живым веществом в биогенный круговорот; продуктов жизнедеятельности живого вещества, временно не
участвующих в биогенном круговороте.
По Вернадскому, живое вещество — это совокупность существующих (или существовавших в
определенный промежуток времени) живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором. В
отличие от живых существ, изучаемых биологией на всех уровнях их организации, живое вещество как
биогеохимический фактор в понимании Вернадского характеризуется элементарным химическим составом,
массой и энергией. Оно трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в
непрерывный круговорот. Через живое вещество многократно прошли атомы почти всех химических элементов.
В конечном итоге, живое вещество определило состав атмосферы, гидросферы, почв и в значительной степени
осадочных пород нашей планеты.
В пределах биосферы везде встречается либо само живое вещество, либо следы его деятельности: газы
атмосферы; природная вода; запасы нефти, угля, известняка; глины; сланцы; граниты и др.
Живое вещество контролирует все основные химические превращения в биосфере. Различают пять
основных функций живого вещества на нашей планете.
Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с
космическим излучением, преимущественно солнечной радиацией. В основе этой функции лежит
фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция солнечной
энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной
энергии протекают все жизненные явления на Земле.
Газовая функция обуславливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав
биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе
функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород,
метан и др.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных
элементов окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества
планеты, что объясняет неоднородность химического состава биосферы.
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении в основном веществ,
содержащих атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца и др.). в результате
происходит превращение большинства химических соединений. При этом на поверхности Земли преобладают
биогенные процессы окисления и восстановления.
Деструктивная функция обуславливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти,
вследствие которой происходит минерализация органического вещества, т.е. превращение живого вещества в
косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещества биосферы.
В связи с выполняемыми функциями живого вещества, биосфера обладает рядом свойств, о которых мы
будем говорить в одном из последующих разделах.
И, наконец, последняя по счету геосфера — это педосфера, или почвенная оболочка Земли.
Почвой называется поверхностный слой коры выветривания, обладающий свойством плодородия, т.е.
способностью обеспечивать растение необходимой ему водой и пищей в усвояемой форме. Плодородие —
качественный признай почвы, отличающий ее от бесплодной горной породы, не способной производить урожай
растений. В то же время почва не может существовать без горной породы, поскольку лишь на горной породе
возможно возникновение почвы. Предварительной фазой превращения горной породы в почву является
выветривание. Оно разрушает породу, делает ее рыхлой, создает минеральную часть почвенного тела, но еще не
почву, так как в процессе выветривания минеральные элементы пищи растений не накапливаются в рыхлой
массе, а выносятся. Почва возникает лишь тогда, когда при помощи организмов на продуктах выветривания
начинается синтез органического вещества, в результате чего происходит концентрация элементов
минерального питания растений. Синтезированное растениями органическое вещество само по себе не может
служить питательным материалом для других растений, но в результате его разложения получаются
минеральные продукты, необходимые для питания растений. В накоплении и разложении органического
вещества почвы участвует большое количество разных живых организмов. В умеренном климатическом поясе в
среднем один гектар почвы содержит более 24 т живых организмов, в том числе корней растений 15 т, бактерий
3 т, грибов 3 т, актиномицетов 1,5 т, насекомых 1 т, дождевых червей 500 кг, простейших 100 кг, водорослей 100
кг, нематод 50 кг, ракообразных 40 кг, улиток и слизней 20 кг, грызунов и змей 20 кг.
Почвообразование — высоко динамичный процесс. В почве происходит непрерывное превращение одних
веществ в другие и непрерывное перемещение веществ из почвы в растения, из растений в почву, а внутри
почвы — от слоя к слою и вдоль слоев, т.е. вверх, вниз и в стороны. Превращение органической материи с
первую очередь связано с живыми организмами, а перемещение связано с движением воды. При этом вещества
переносятся либо в виде обычного раствора, либо в виде коллоидного. При передвижении растворов
происходит ряд физико-химических процессов, в результате которых появляются новые соединения.
Почва обладает способностью задерживать различные вещества. Эта поглотительная способность почвы
проявляется весьма разнообразно.
В первую очередь необходимо отметить так называемую биологическую поглотительную способность,
т.е. процессы усвоения растениями из почвы азота и элементов минеральной пищи и обогащение почвы азотом
при участии некоторых групп бактерий (клостридий, азотобактер, клубеньковые), способных связывать азот
воздуха и строить из него белки своего тела.
В жизни почвы большую роль играет и обменная поглотительная способность коллоидов, позволяющая
задерживать и обменивать ионы, находящиеся в почвенном растворе. К числу наиболее распространенных в
почве коллоидов относятся золи гидратов железа и алюминия, а также золи кремнезема (SiO2), марганца (MnO2),
гумусовые веществ и т.п.
Совокупность всех минеральных и органических коллоидов почвы, обуславливающая способность почвы
поглощать и связывать некоторые вещества и соли, называется почвенным поглощающим комплексом.
Высокодисперсное состояние почвенного поглощающего комплекса обуславливает его высокую активность по
отношению к электролитам и коллоидным растворам, причем основным (но не единственным) типом реакций
являются реакции двойного обмена катионами между электролитами и теми молекулами, которые образуют
поверхность твердых частиц почвенного поглощающего комплекса. Особенно высокой способностью к
реакциям обладает органическая часть почвенного поглощающего комплекса.
Таким образом, всякое вещество, в том числе и антропогенного происхождения, при переходе из
атмосферы и гидросферы в литосферу и обратно с неизбежностью встречает на своем пути преграду в виде
почвы, в которой оно может быть подвергнуто различным превращениям. Не случайно известный почвовед В.
А. Ковда назвал почву тончайшей, высокодинамичной органоминеральной оболочкой Земли, через которую
происходит обмен веществом и энергией между земной корой, атмосферой, гидросферой суши и всеми
обитающими на ней организмами. Динамичность почв целиком связана с динамичностью биосферы, и эта связь
может сыграть с людьми злую шутку, если мы не будем учитывать те многочисленные процессы, которые
протекают в “четвертой стихии” — почве.
И, наконец, последняя по счету геосфера — географическая оболочка — это наиболее сложная часть
нашей планеты, где соприкасаются и взаимопроникают атмосфера, гидросфера и литосфера. Только здесь
возможно одновременное и устойчивое существование вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях.
В этой оболочке происходит поглощение, превращение и накопление лучистой энергии Солнца; только в ее
пределах стало возможным возникновение и распространение жизни, которая явилась мощным фактором
дальнейшего преобразования и усложнения географической оболочки.
Географическая оболочка не имеет четких границ, она открыта воздействиям из Космоса и из глубинных
толщ планеты. Ее верхние пределы обычно проходят по тропопаузе, нижние границы лежат примерно на
глубине 3-5 км, куда еще проникают газы атмосферы, вода в жидком состоянии и некоторые бактерии.
Гидросфера полностью входит в состав географической оболочки, вплоть до самых глубин Мирового Океана.
Целостность географической оболочки определяется взаимообусловленностью ее компонентов,
непрерывным вещественно-энергетическим обменом между ними, который по своей интенсивности
значительно превосходит обмен между географической сферой в целом и открытым Космосом и глубинными
толщами планеты.
Структура географической оболочки чрезвычайно сложна, причем четко выражены как ее вертикальная,
так и горизонтальная составляющие. Три основных структурных блока — тропосфера, гидросфера и осадочная
оболочка земной коры (стратисфера) — расположены в виде ярусов в соответствии с их плотностью. Четвертый
блок (компонент) — биосфера как совокупность всех организмов — не образует самостоятельной оболочки, а
пронизывает все три главных яруса.
При этом все живое сосредоточено в основном в зонах непосредственного контакта трех неорганических
сфер: на стыке атмосферы, гидросферы и литосферы, атмосферы и гидросферы (точнее Мирового океана),
Мирового океана и литосферы.
Наибольшей сложностью отличается первая из этих зон, называемая ландшафтной оболочкой, или сферой
наземных ландшафтов. Эта оболочка включает поверхностную толщу земной коры — зону гипергенеза
мощностью в десятки или сотни метров (максимум до 500-800 м) и приземный слой тропосферы до высоты
30-50 м, пронизанный наземными частями растительного покрова. Здесь сосредоточена подавляющая часть (не
менее 99%) живого вещества. В этой зоне находятся основные механизмы трансформации вещества и энергии
Земли, здесь интенсивно протекают процессы влагообмена, миграции химических элементов, разрушения
горных пород, переноса и аккумуляции рыхлых наносов, биологического синтеза и разложения, формирования
почв, различных форм рельефа и т. д.
Сфере наземных ландшафтов присуща пестрота и контрастность от места к месту, т.е. имеет место ярко
выраженная латеральная структура.
Вторая контактная зона (зона непосредственного взаимопроникновения и взаимодействия гидросферы и
тропосферы) включает поверхностную толщу Мирового океана на глубину до 150-200 м и примыкающий к
нему приводный слой тропосферы. Газы тропосферы проникают в водную толщу, движение воздушных масс
способствует ее интенсивному перемешиванию. Этот слой Мирового океана заселен зелеными растениями, хотя
плотность их (на единицу площади) значительно меньше, чем на поверхности суши. Здесь также наблюдается
латеральная дифференциация, хотя и не такая пестрая.
Третья контактная зона — это сфера подводных ландшафтов. Она включает океаническое дно вместе с
придонным слоем водной толщи Мирового океана. Здесь при большом участии остатков водных организмов
формируются донные илы — аналог почвы. Хорошо выражена латеральная дифференциация, особенно на
шельфе.
Функционирование географической оболочки осуществляется за счет энергии Солнца. Тепловой поток из
глубин Земли эквивалентен всего лишь 0,02-0,03% потока солнечной энергии и поэтому при грубом расчете
теплового баланса Земли им можно пренебречь.
К внешней границе тропосферы Земли от Солнца ежегодно поступает 21.1020 кДж лучистой энергии, что
составляет примерно 1000 ккал/(см2. год). Из-за шарообразности Земли на единицу поверхности внешней
границы тропосферы в среднем поступает четвертая часть — примерно 250 ккал/(см2. год). Треть этого потока
отражается, и, следовательно, Земля поглощает 167 ккал/(см2. год). Из них 59 ккал/(см2. год) поглощает
атмосфера, и на долю поглощения земной поверхности приходится 108 ккал/(см2. год). Эта энергия
преобразуется различными способами, но в любом случае возвращается в атмосферу и далее в космос. Так, 12
ккал/(см2. год) возвращается в атмосферу через турбулентные потоки воздуха, 60 ккал/(см 2. год) — в результате
испарения воды с поверхности и ее конденсации в атмосфере, а 36 ккал/(см2. год) уходит в космос в виде
длинноволнового инфракрасного излучения. Часть этого инфракрасного излучения (1,3 ккал/(см2. год))
благодаря парниковому эффекту задерживается в атмосфере, нагревая ее.
Основной передатчик тепла между космосом и Землей — атмосфера — получает от Земли 60 ккал/(см2.
год) за счет конденсации водяных паров, упомянутые 12 ккал/(см 2. год) — за счет турбулизации и 59 ккал/(см 2.
год) — непосредственно от радиации Солнца. Вместе с 36 ккал/(см2. год) длинноволнового излучения от земной
подстилки мы и получим расход в целом — 167 ккал/(см2. год), в точности равный приходу энергии с потоком
солнечной радиации.
Из 72 ккал, поглощаемых каждым квадратным сантиметром земной поверхности в год, океан забирает
почти вдвое больше, чем суша, — 90 и 50 ккал соответственно. Это объясняется большой теплоемкостью воды
и ее подвижностью. Мировой океан является мощным аккумулятором солнечного тепла, в ней содержится тепла
в 2100 раз больше того количества, которое за год поступает от Солнца ко всей поверхности Земли (7,6. 1023
ккал по сравнению с потоком в 3, 65. 1020 ккал/год). Поэтому ее взаимодействием с атмосферой определяется
погода на земном шаре. Тепло, поглощаемое в тропиках, переносится течениями в высокие широты, смягчая
климат умеренных и полярных шрот. Один Гольфстрим несет в 22 раза больше тепла, чем все реки суши. В
целом гидросфера работает под влиянием накачки солнечной энергии как гигантская тепловая машина.
Есть несколько причин возникновения течений в Мировом океане, однако, главной причиной циркуляции
водных масс и образования системы морских течений оказываются ветра, которые в свою очередь являются
проявлением круговорота воздуха атмосферы.
В отличие от воды, которая испытывает фазовые превращения и гораздо более энергоемка, воздух только
механически перемещается согласно градиенту температур и давлений. Зато скорость его перемещения может
быть очень высокой по сравнению с водными потоками. Достаточно вспомнить о тропических ураганах. И хотя
кажется, что нет никакой системы в перемещении воздушных масс, на самом деле глобальный круговорот
воздуха достаточно хорошо организован и поддерживается неравномерным нагревом поверхности Земли
солнечными лучами. Наибольшая разность температур отмечается между тропическими и полярными
районами.
Воздух тропиков, нагреваясь, расширяется и поднимается к верхним слоям атмосферы. Воздух полярных
районов охлаждается и, сжимаясь, опускается вниз и растекается по поверхности Земли, устремляясь в
тропические районы. Вращение Земли приводит к отклонению циркуляции воздуха от меридионального
направления. Особенности земной поверхности вызывают дополнительные завихрения и потоки, образование
которых трудно предсказать (бури, ураганы и т.п.). Однако имеются и более постоянные перемещения
воздушных масс. В приэкваториальной зоне большую роль играют постоянно дующие ветры — пассаты
(северо-восточные — к северу и юго-восточные — к югу от экватора). На границе материк — океан перенос
воздуха и влаги осуществляется периодическими ветрами — муссонами, которые компенсируют разность
температур из-за неодинакового нагрева воздуха над сушей и водой. Летние муссоны дуют с моря, более
холодного, зимние — несут более холодный воздух суши. И, наконец, существуют менее мощные ветры —
бризы, которые меняют направление в течение суток. Этот ветер способен проникать на 40 км вглубь суши и
захватывать столб воздуха высотой до 500 м, выше — ветер дует в обратном направлении.
Рассматривая круговороты воды и воздуха необходимо учитывать их разномасштабность: от огромных
глобальных до мельчайших локальных. И все они вызываются потоками энергии, основу которых составляют
поток энергии от Солнца.
Круговорот вещества в географической оболочке не ограничивается его механическим перемешиванием в
однородной среде. Особое географическое значение имеют переходы вещества из одной геосферы в другую,
сопровождаемые сложными физико-химическими и биологическими превращениями и качественными
изменениями всех геосфер.
Циркуляция атмосферы — важный передаточный механизм, с помощью которого осуществляется обмен
теплом, влагой, минеральными солями между океаном и сушей. Влага, поступающая в воздушные массы в
результате испарения, циркулирует вместе с ними, составляя важнейшее звено мирового влагооборота.
Ежегодно в нем участвует 575 тыс. км3 воды, что немного больше объема Черного моря. Из них 458 тыс. км3
составляет водообмен между Мировым океаном и атмосферой, 47 тыс. км3 переносится с воздушными массами
из океанов на сушу и столько же возвращается в виде стока; влагооборот между сушей и атмосферой равен 72
тыс. км3.
Оценивая глобальный круговорот воды, не следует забывать о мощнейших океанических и морских
течениях, которые практически постоянно переносят громадные массы воды. Всем известен уже упомянутый
Гольфстрим, но мало кто знает об антарктическом циркуляционном кольце, которое является главным
переносчиком вод из океана в океан.
Интересно отметить интенсивность участия различных вод в круговороте: глубинные воды имеют
наиболее длительный цикл обновления, они возобновляются за 5000 лет, воды Мирового океана — за 3200,
воды непроточных озер в среднем — за 200 лет, воды проточных озер — за десятки лет, почвенная влага — за
год, речные воды — за 12-15 дней, атмосферная влага — за 8-10 дней. Следовательно, особенно интенсивны
процессы влагообмена, связанные с атмосферой и речными стоками.
Наиболее сложный характер имеет влагооборот в сфере наземных ландшафтов. Из 119 тыс. км3 общего
количества осадков на суше в виде поверхностного стока удаляется 29 тыс. км3, остальная часть фильтруется в
почву и грунты, откуда частично также стекает в Мировой океан в виде подземного стока, частично испаряется
с поверхности почвы и растений, но наибольшая часть перехватывается корнями растений и участвует в
продуктивном синтезе. При этом менее 1% всасываемой корнями влаги используется на построение живого
вещества, остальное же перекачивается в атмосферу путем транспирации. В ландшафтах с развитым
растительным покровом транспируется 50-80% выпадающих осадков.
Литосфера обладает большими запасами потенциальной энергии, накопленной за счет превращения
энергии тектонических процессов и равной примерно половине ежегодно приходящего к Земле потока энергии
от Солнца. Эта энергия превращается в кинетическую при денудации, т.е. перемещении твердых масс
обломочного материала. Литосфера обладает и большой потенциальной химической энергией, которая
накоплена в осадочной толще организмами за всю историю их существования и в настоящее время
расточительно расходуется человечеством.
Твердое вещество земной коры наиболее инертно вследствие большой силы сцепления частиц. Но под
влиянием ветров, атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод оно приводится в движение и
вовлекается в большой геологический круговорот, в водную и воздушную миграцию. С речным стоком
ежегодно с суши в океан выносятся десятки миллиардов тонн взвешенных частиц и сотни миллиардов тонн
растворенных солей в виде ионов кальция, магния, натрия, карбонатов, сульфатов, хлоридов и тому подобных
соединений. Часть выносимого осадка остается на шельфе, а часть доходит и до океанических впадин. Со
временем осадок сначала оказывается захороненным, а затем, погружаясь на все большую глубину и, испытывая
давление, в том числе и собственное, превращается в осадочные породы. При дальнейшем погружении эти
осадочные породы испытывают метаморфизм и подвергаются переплавке за счет тепла Земли. После чего в
зонах подъема, частично перемешиваясь с глубинным веществом, они поднимаются вверх в горных цепях в
виде магматических пород. И опять подвергаются выветриванию, попадая в следующие химические циклы.
Кроме этого пути выхода химических элементов из океана на сушу есть и иной путь. Из океанов, вместе с
водяным паром и брызгами солевые частицы поступают в атмосферу, и некоторое их количество с
атмосферными осадками выпадает на земную поверхность, частично компенсируя их вынос из земной коры.
Кроме того, между сушей и океаном наблюдается и интенсивный пылеоборот: ежегодно ветер поднимает в
воздух десятки или даже сотни миллиардов тонн пыли, в т.ч. и солевой. Часть этой пыли оседает на поверхность
суши, а часть выпадает над океаном.
С появлением живого вещества на основе круговорота веществ в атмосфере и гидросфере, т.е. на базе
геологического круговорота возник круговорот органического вещества, или малый, биологический,
круговорот.
В отличие от простого переноса — перемещения минеральных элементов в большом круговороте, — в
малом круговороте самыми важными моментами являются синтез и разрушение органических соединений. Эти
два лежащих в основе жизни процесса находятся в определенном соотношении, что и составляет одну из
главных ее особенностей.
В противоположность геологическому, биологический круговорот обладает более низкой энергией. Да и
сама его масса составляет ничтожную долю от общей массы географической оболочки. Однако роль живого в
функционировании и развитии этой оболочки огромна вследствие исключительной химической активности
организмов. Скорость биологического метаболизма во много раз превышает скорость абиогенного круговорота.
Ежегодно обновляется примерно десятая часть живой массы Земли, а фитопланктон океана в среднем
обновляется каждые сутки. Для сравнения, время обновления вод Мирового океана, как помните, составляет
3200 лет, иными словами, ежегодно в обороте находится 1/3200 часть воды Мирового океана. Что касается
вещества литосферы, то в оборот через денудацию вовлекается ежегодно лишь несколько более одной
десятимиллионной ее части.
Улавливание солнечной энергии осуществляется преимущественно растительным миром. Но в удержании
и преобразовании заключенной в нем энергии Солнца, перемещении ее по поверхности планеты принимает
участие все живое вещество. Этот процесс осуществляется благодаря размножению и последующему росту
организмов.
О масштабе и энергоемкости биологического круговорота на нашей планете можно судить по следующим
величин:
биомасса всех живых существ — 2,44.1012 т (по сухому веществу), из них менее 1% приходится на
долю Мирового океана;
первичная продукция (по сухому веществу) — 2,32.1011 т/год, из них 1,72.1011 т/год — продукция
континентов, а 0,6.1011 т/год — продукция Мирового океана;
из всей приходящей на поверхность Земли солнечной энергии на фотосинтез расходуется менее 0,1%
(на суше несколько выше 0,1%, на поверхности Мирового океана примерно 0,04%).
Живое вещество состоит из тех же химических элементов, что и литосфера, однако их количественный
состав существенно различаются. В живом веществе преобладают легкие атомы — водород, углерод, азот,
кислород, натрий, магний, кремний, сера, хлор, калий, кальций. Концентрация этих элементов в теле живых
организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Например, относительное содержание углерода в
организмах в 780 раз выше, чем в осадочных породах.
Живое вещество не только концентрирует химические элементы, но и рассеивает их. Это проявляется
через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении
организмами экскрементов, смене покровов, гибели организмов после разного рода перемещений в
пространстве.
Благодаря жизнедеятельности живых организмов химические элементы беспрерывно циркулируют в
биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция химических
элементов по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом.
Масса живого вещества (2,44.1012 т) на планете составляет ничтожную долю (0,00001%) от общей массы
географической оболочки (2.1019 т), а ежегодная продукция живого вещества и того меньше (2,32. 1011 т).
Однако, полагая, что последний миллиард лет продуктивность биосферы была близка к современной, можно
рассчитать суммарное количество вновь созданного живого вещества за этот период: 2. 1011. 109 = 2. 1020 т. То
есть, за миллиард лет на планете было создано живого вещества в 10 раз больше массы земной коры.
Следовательно, за всю историю существования планеты жизнь как бы многократно пропустила через тела
организмов вещество неорганических оболочек Земли, естественно полностью преобразовав их. Вся осадочная
оболочка (стратисфера), в т.ч. и органические осадочные породы, а также биокосные вещества — почти вся
вода биосферы, почва, кора выветривания и т.д. созданы при прямом или косвенном участии живых организмов.
Биогенное происхождение имеет и основной газовый состав атмосферы.
Уникальные свойства живого вещества и его биогеохимические функции, проявляющиеся в способности
трансформировать газы и концентрировать химические элементы, объясняют его способность совершать
грандиозную по масштабам и последствиям геохимическую работу на планете. Именно при таком подходе и
выявляется ведущая роль живого вещества в верхней части земной коры, в биосфере. Это позволяет
сформулировать закон, который принято называть законом Вернадского:
миграция химических элементов в биосфере и на Земле в целом осуществляется или при
непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде,
геохимические особенности которой (кислород, углекислый газ, сероводород и т.д.) обусловлены
преимущественно живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет данную биокосную
систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.
Приведем некоторые показатели, характеризующие “экономию биосферы”, или степень замыкания
круговорота за последний миллиард лет по одному из важнейших элементов — углероду. Годичная
продуктивность биосферы по углероду достигает 9.1010 т. За миллиард лет 9.1019 т. Запасы мертвого
органического вещества биогенного происхождения, выпавшего из круговорота в толщах осадочных пород, т.е.
ушедших из цикла древних биосфер, составляют по различным оценкам от 4.1015 до 15.1015 т (в расчете по
углероду), за среднее можно принять цифру 9.1015 т. Отсюда можно оценить степень несовершенства
круговорота как отношение потерянного углерода ко всему задействованному — 0,0001. А это значит, что в
среднем каждый атом углерода участвовал в цикле примерно десять тысяч раз, прежде чем был потерян для
жизни в захоронениях литосферы. Более того, и те органические остатки, которые захоронены в литосфере, если
говорить о геологическом времени, т.е. учитывать геохимические циклы, находятся там не вечно.
Так удивительно экономна наша биосфера как единая функциональная единица, так совершенен наш
глобальный биологический круговорот.
Таким образом, жизнедеятельность организмов — это мощный геологический фактор планетарного
масштаба, а сама географическая оболочка есть совокупность неисчислимого количества циклов, главным
участником которых является молекула воды — самый энергоемкий и подвижный носитель.
Все процессы в географической оболочке подвержены ритмическим и направленным (эволюционным)
изменениям. Динамика этой оболочки складывается из множества ритмических колебаний разной
продолжительности и разного происхождения. Самые короткие ритмы — суточный и годовой — имеют
астрономическое происхождение. Эти ритмы всем хорошо знакомы (суточное колебание температуры,
изменение погодных условий в течение года и т.п.), менее заметны циклы, связанные с колебаниями солнечной
активности, которые имеют период в 11, 22-23 года, 80-90 и 160-200 лет. Колебания эксцентриситета земной
орбиты, наклона земной оси к плоскости орбиты также отражаются на климате. С этими факторами связывают
ритмы большой продолжительности (41000-45000, 90000, 370000 лет), одним из проявлений которых являются
материковые оледенения.
Самые длительные ритмы, с амплитудой в миллионы лет, геологические. К ним относятся большие
геологические циклы (165-180 миллионов лет), в том числе каледонский, герцинский, мезозойский и
кайнозойский. Начало каждого из них знаменовалось опусканиями земной коры и морскими трансгрессиями,
выравниваем климатических контрастов; завершается цикл орогеническими движениями, расширением суши,
усложнением ее рельефа, усилением климатических контрастов, большими преобразованиями в органическом
мире.
Разные ритмы накладываются друг на друга, причем многие из них повторяются не со строгой
периодичностью, а имеют циклический характер. Поэтому отдельные ритмы не всегда бывают ясно выражены.
Ритмические изменения не бывают замкнутыми, и чем больше продолжительность цикла, тем меньше
возможность возвращения природных комплексов к прежнему состоянию. Каждый последующий цикл не
является полным повторением предыдущего, и в конечном итоге развитие географической оболочки
необратимо — оно имеет вид восходящей спирали, каждый виток которой знаменует одновременно поднятие на
более высокий уровень развития.
Необратимость развития географической оболочки проявляется в постепенном усложнении ее структуры,
появлении новых компонентов и новых типов геосистем. На протяжении последних 550-600 млн. лет,
соответствующих фанерозою, эволюция географической оболочки прослеживается особенно отчетливо. В
земной коре за это время происходило сокращение геосинклиналей и разрастание жестких платформенных
структур, усиление процесса осадкообразования, увеличение мощности осадочной оболочки и усложнение ее
вещественного состава, в особенности благодаря биогенной аккумуляции. В гидросфере увеличилась соленость,
изменилась роль отдельных ионов.
Прогрессивная линия развития — от низших форм к высшим — особенно очевидно выражена в
органическом мире, а живые организмы играют главную роль в преобразовании неорганических геосфер. Это
дает основание рассматривать жизнь, точнее ее взаимодействие с абиогенной средой, как главную движущую
силу развития географической оболочки.
Социально-экономические процессы, определяющие глобальные экологические изменения
На протяжении всей истории человечества численность населения увеличивалась очень медленно. Это
объяснялось большой зависимостью человека от природы, низким уровнем производства, частыми войнами,
эпидемиями, голодом. В XIX в. наметилась тенденция к увеличению скорости роста населения, а в XX в.
скорость роста населения приняла угрожающий характер. Если в начале этого века абсолютный ежегодный
прирост составлял 10 млн., в середине века — 40 млн., то в 80-х гг. он достиг 80 млн. человек. В результате в
1987 г. численность населения мира превысила 5 млрд. Всего же на протяжении XX века она возросла в 3,8 раза.
Такое резкое увеличение численности населения получило название “демографического взрыва” и связан этот
взрыв с условиями воспроизводства населения.
Воспроизводство (естественное движение) населения — это совокупность процессов рождаемости,
смертности и естественного прироста, которые обеспечивают беспрерывное возобновление и смену людских
поколений. Рождаемость, смертность и естественный прирост обычно измеряются числом людей из расчета на
каждую тысячу жителей. Процесс воспроизводства населения условно делят на два типа.
Для первого типа воспроизводства населения характерны относительно невысокие показатели
рождаемости, смертности и естественного прироста. Для второго типа характерны высокие и очень высокие
показатели рождаемости и естественного прироста и относительно низкие показатели смертности. Условно
границей между этими типами воспроизводства населения принято считать естественный прирост в 12 человек
на каждую тысячу жителей. Первый тип характерен для стран Европы, России, США, Канады, Австралии,
Новой Зеландии, Японии. Второй тип характерен для развивающихся стран Азии, Африки и Латинской
Америки.
Большинство стран мира пытаются управлять воспроизводством населения с помощью государственной
демографической политики. Демографическая политика — это система административных, экономических,
пропагандистских и других мероприятий, с помощью которых государство воздействует на естественное
движение населения (прежде всего на рождаемость) в желательном для себя направлении.
Каждому из двух типов воспроизводства населения соответствует свой тип его возрастного состава. В
странах первого типа доля детей (0-14 лет) во всем населении составляет в среднем 25%, средних возрастов
(15-64 года) — 60%, а старших возрастов (65 лет и более) — 15%. Для стран второго типа воспроизводства
соответствующие показатели — 42, 56 и 2%.
Возраст является главным критерием при определении основной производительной части населения —
трудовых ресурсов. О степени их вовлечения в общественное производство свидетельствует показатель
экономически активного населения, т.е. той части трудоспособного населения, которое занято в производстве. В
мире 2 млрд. такого населения, или ¾ всего трудоспособного населения.
Население земного шара размещается очень неравномерно. В наиболее заселенных районах мира,
занимающих лишь 7% земной суши сосредоточено 70% населения Земли. Наряду с этим свыше половины
обитаемой суши имеет плотность населения менее 5 человек на 1 км2. Примерно 15% суши еще совершенно не
освоено людьми. Такое неравномерное размещение населения определяется прежде всего размещением
производства и связанным с ним транспортными и торговыми путями, однако немаловажную роль при этом
играют природные, исторические, демографические и другие причины.
Большое воздействие на размещение населения, а также на его численность и состав оказывают миграции
(перемещения). Различают два вида миграций — внешние и внутренние. Внешние миграции населения
возникли в глубокой древности. Главным очагом эмиграции (выезда) населения была Европа, а главными
очагами иммиграции (притока) населения служила Северная и Южная Америка, Австралия и Новая Зеландия.
После второй мировой войны география внешних миграций сильно изменилась, главным районам притяжения
рабочей силы стала Западная Европа. В середине текущего века появилась новая форма внешних миграций —
утечка мозгов, т.е. переманивание специалистов высокой квалификации, что наносит особенно большой ущерб
развивающимся странам. В последние годы именно этот вид иммиграции приобретает все большее
распространение и в наибольшей степени поощряется правительствами принимающих стран.
Внутренняя миграция населения — перемещение населения в пределах страны. Наиболее массовыми
видами внутренней миграции являются перемещение населения из сельской местности в города и колонизация
новых земель. Первый из этих видов характерен для большинства стран мира, второй — прежде всего для
больших по территории стран, таких как Россия, Канада, Бразилия, Китай.
Вся история человечества — это история взаимодействия его с природой. Активная роль человека по
отношению к окружающей его среде находит выражение в природопользовании как особой сфере
хозяйственной деятельности. Природопользованием называется совокупность мер, предпринимаемых
обществом с целью изучения, охраны, освоения и преобразования окружающей среды. Оно может быть
рациональным и нерациональным. Первое предполагает гармоничное сочетание экономического и социального
развития с изучением, охраной, освоением и преобразованием природных условий и ресурсов, второе означает
одностороннее, иждивенческое отношение к природе, стремлении выжать из нее как можно больше
материальных благ, не заботясь о ее сохранении и тем более улучшении.
Географическая оболочка Земли обладает огромными и разнообразными природными ресурсами, т.е.
элементами природы, используемыми как источниками средств существования людей. Запасы отдельных видов
ресурсов неодинаковы и распространены они неравномерно. В результате ресурсообеспеченность мира и
отдельных его частей различна. Но ресурсообеспеченность зависит не только от бедности или богатства
территории природными ресурсами, но и зависит от масштабов их потребления. Ресурсообеспеченность — это
соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования. Во второй половине
нашего столетия возникла угроза регионального и даже глобального дефицита некоторых природных ресурсов.
Все природные ресурсы делятся на несколько видов.
Минеральные ресурсы, или полезные ископаемые, — это ресурсы, извлекаемые из литосферы. До сих пор
они достаточно надежно обеспечивают потребности человечества; всего используется более 200 различных
видов сырья и топлива. Однако при оценке обеспеченности минеральными ресурсами необходимо учитывать,
что они относятся к категории исчерпываемых и невозобновимых. Так, при нынешних темпах извлечения
разведанных запасов угля хватит на 250-300 лет, нефти — 30, природного газа -50, железной руды — на 180-200
лет.
Распространение полезных ископаемых на земном шаре подчиняется геологическим (тектоническим)
закономерностям.
Топливные полезные ископаемые всегда имеют осадочное происхождение. В мире известно более 3,6 тыс.
угольных бассейнов и месторождений, подавляющее большинство которых находится в северном полушарии.
3/5 мировых запасов приходится на Азию, ¼ — на Северную Америку. Основная часть всех запасов
сконцентрирована в 10 крупных бассейнах: Тунгусском, Ленском, Таймырском, Канско-Ачинском, Печорском,
Кузнецком, Донецком, Рурском, Аппалачском и Иллинойском.
Нефтегазоносных бассейнов в мире разведано более 600. Основные запасы также находятся в северном
полушарии. Более ½ всех мировых разведанных запасов нефти сконцентрировано в странах Ближнего и
Среднего Востока. Первое место в мире по запасам нефти занимает Саудовская Аравия.
Рудные полезные ископаемые (руда — природное минеральное соединение, содержащее какой-либо
металл или несколько металлов в концентрациях, при которых экономически целесообразно их извлечение)
могут залегать как в осадочных, так и магматических и метаморфических горных породах, они приурочены
преимущественно к древним платформам и складчатым поясам земной коры (Альпийско-Гималайскому,
Тихоокеанскому). Запасы железной руды сосредоточены в России (110 млрд. т), Бразилии (80), Канаде (34).
Медная руда — Россия, Чили, США, Замбия, Заир. Полиметаллические руды — Канада, США, ЮАР, Киргизия.
Земельные (почвенные) ресурсы определяются мировым земельным фондом, который без учета
Антарктиды составляет 13,4 млрд. га. Однако структура мирового земельного фонда не очень благоприятна.
Обрабатываемые земли занимают лишь немногим более 1/10 земельного фонда планеты. На протяжении
тысячелетий люди осуществляют расширение обрабатываемых земель. Только в течение XX в. распаханность
земной суши увеличилась вдвое. Сводятся леса, орошаются пустыни, осушаются болота, осваиваются целинные
земли, ведется наступление на прибрежные участки моря. Но одновременно происходит ухудшение, деградация
обрабатываемых и пастбищных земель. Главные причины этого процесса — неправильное ведение земледелия
и животноводства, сведение лесов, увеличение эрозии, вторичного заболачивания и засоления. В засушливых
областях Земли огромный вред наносит опустынивание, которое охватило территорию в 9 млн. км2 и угрожает
еще более 30 млн. км2. Все больше сельскохозяйственных земель отчуждается для городского, промышленного
и транспортного строительства.
В результате общая площадь сельскохозяйственных земель в мире ежегодно уменьшается на 50-70 тыс.
км2. Соответственно уменьшаются и душевые показатели обеспеченности земельными ресурсами. На 1 жителя
планеты приходится в среднем 0,3 га пахотных земель при огромном разбросе по отдельным регионам и
странам (Австралия — 3 га, Россия — 0,8, Япония — 0,04, Египет — 0,06, ФРГ — 0,1).
Наибольший интерес среди водных ресурсов суши представляют ресурсы пресной воды, которой имеется
всего 36,7 млн. км3 (2,64% от всего объема гидросферы), из них 71% в виде льда. Из водных ресурсов суши
наиболее доступны ресурсы речного стока, равные 40 тыс. км 3 в год. Практически можно использовать
половину этих ресурсов. Мировое водопотребление составляет около 6 тыс. км3, к тому же примерно половина
всей используемой пресной воды расходуется безвозвратно, особенно в сельском хозяйстве. Такое положение
создает реальную угрозу возникновения дефицита пресной воды в глобальном масштабе.
Водные ресурсы распределены на Земле неравномерно. Страны, расположенные в засушливом поясе
Земли, который занимает 1/3 суши, уже теперь испытывают острый дефицит пресной воды. Обеспеченность
ресурсами полного речного стока из расчета на душу населения в этих странах ниже 5 тыс. м3/год.
Для решения проблемы водообеспечения человечества используют два главных пути: а) уменьшение
безвозвратных потерь воды путем экономии, введения оборотного водоснабжения; б) сооружения
водохранилищ.
Среди растительных ресурсов выделяются прежде всего лесные ресурсы, относящиеся к категории
возобновимых. Лесные ресурсы характеризуются размерами лесной площади и запасами древесины. Размеры
лесной площади мира 40 млн. км2. Общий запас древесины в лесах мира 350 млрд. м 3, ежегодно он
увеличивается на 5,5 млрд. м3. Но проблема истощения лесных ресурсов становится все актуальнее. Это
объясняется тем, что лесная площадь все время сокращается из-за сведения лесов под пашню и многолетние
насаждения, из-за растущей потребности в дровах, строительной и поделочной древесине. Обеспеченность
лесными ресурсами отдельных частей мира очень сильно различается. В некоторых странах показатель
лесистости составляет 1-5%, в других он превышает 50%.
Ресурсы Мирового океана в первую очередь представлены самой морской водой, объем которой
составляет 1370 млн. км3. к тому же в ней содержатся огромные запасы поваренной соли, магния, калия, брома,
урана, золота и других веществ и соединений. Из морской воды получают почти весь бром, ½ магния, 1/3
поваренной соли. Большие минеральные ресурсы заключены в литосфере, образующей дно Океана
(прибрежные россыпи, нефть зоны шельфа, железо-марганцевые конкреции в глубоководной части).
Энергетические ресурсы Океана связаны с энергией морских приливов, волн, океанских течений, с
использованием разницы температур в поверхностных и глубинных слоях Океана. Биологические ресурсы
Океана — это животные и растения, обитающие в Океане, биомасса которого имеет объем в 35 млрд. т и
насчитывает 140 тыс. видов. В Мировом океане есть зоны с высокой и низкой продуктивностью, первые
приурочены в основном к шельфу и периферийным частям Океана.
И, наконец, природно-рекреационные ресурсы — объекты и явления природы, которые можно
использовать в целях отдыха, туризма и лечения. Это прежде всего морские побережья, берега рек и озер, горы,
лесные массивы, выходы минеральных источников и лечебных грязей. В наибольшей степени отдыхающих и
туристов привлекают районы и те страны, которые богаты и природно-рекреационными ресурсами, и
культурно-историческими достопримечательностями.
Неравномерное распределение природных ресурсов по разным регионам мира с неизбежностью привело к
международному географическому разделению труда, которое выражается в специализации отдельных стран на
производстве определенных видов продукции и услуг и последующем обмене ими. Международное разделение
труда приводит к формированию отраслей международной специализации. Например, для Саудовской Аравии
такая отрасль — нефтяная промышленность, для Японии одна из таких отраслей — автомобильная
промышленность.
Углубление международного разделения труда привело к особенно тесному сращиванию национальных
хозяйств отдельных стран, что в конечном итоге выразилось в международной экономической интеграции
(общий рынок, группировки в странах Азии, Африки и Латинской Америке), что в общем то является
положительным социально-экономическим фактором. Однако такое разделение труда увеличивает
экологическую нагрузку на окружающую среду тех стран, которые специализируются на добыче и переработке
природных ресурсов. Пример, Бразилия с ее уничтожением лесов Амазонки. Но не лучше выглядит и
специализация по отраслям в пределах одной страны. Пример, Кузбасс в России и его угольная
промышленность.
Наряду с международным разделением труда в середине XX века началась научно-техническая революция
(НТР), которая представляет собой коренное качественное преобразование производства, основанное на
превращении науки в непосредственную производительную силу общества. Для НТР характерны следующие
главные черты: 1) всеохватность; 2) чрезвычайное ускорение научно-технических преобразований; 3) коренное
изменение роли человека в процессе производства.
НТР включает четыре главные составные части: науку, технику и технологию, производство, управление.
Наука стала сложным комплексом знаний и одновременно она образует обширную сферу человеческой
деятельности, в которой занято 5,5 млн. научных работников.
Техника и технология в эпоху НТР развиваются как по эволюционному, так и по революционному пути.
Эволюционный путь заключается в дальнейшем совершенствовании уже известной техники и технологии.
Революционный путь заключается в переходе к принципиально новой технике и технологии. Наиболее яркое
выражение он находит в производстве электронной технике.
Производство в эпоху НТР развивается по следующим главным направлениям: электронизация,
комплексная автоматизация, ускоренное развитие атомной энергетики и использование достижений
космонавтики, производство новых материалов, ускоренное развитие биотехнологии.
Управление в эпоху НТР также приобретает очень большое значение, особенно в связи с быстрым ростом
научно-технической информации, наблюдается постепенный переход от бумажной к машинной информации.
В эпоху НТР продолжается изменение пропорций между промышленностью и сельским хозяйством в
пользу промышленности. Получают интенсивное развитие добывающие отрасли, особенно открытая добыча
полезных ископаемых, их комплексная переработка, разведка и добыча нефти и природного газа, в том числе в
пределах континентального шельфа. Рост промышленности приводит к углублению экологического кризиса в
масштабах всей планеты. В первую очередь это относится к таким грязным отраслям, как горнодобывающая
промышленность, тепловая и атомная энергетика, металлургия, химическая, нефтехимическая и
целлюлозно-бумажная промышленности. Дальнейшее развитие промышленности немыслимо без создания
очистных сооружений, внедрения безотходных технологий, правильного размещения грязных производств.
Возникшая под влиянием НТР в сельском хозяйстве так называемая “зеленая революция”, приведшая к
резкой интенсификации сельскохозяйственного производства, потребовала применения большого количества
различных химических препаратов, несвойственных живой природе, что привело к усилению экологического
напряжения на планете.
Возникшие в эпоху НТР новые транспортные средства и совершенствование прежних привело к резкому
удешевлению перевозок, что способствует специализации и территориальному рассредоточению производства
и населения, освоению новых ресурсных районов. Но развитие транспортной сети приводит к нарушению
сложившихся биогеоценозов, что выводит природу из состояния равновесия, в транспортные средства
становятся главными загрязнителями атмосферы и гидросферы.
Все то о чем мы говорили выше, привело к возникновению глобальных проблем человечества.
Глобальные проблемы — это проблемы, затрагивающие интересы не отдельных государств, а всего
человечества. Они охватывают взаимоотношения между странами, между обществом и средой его обитания,
между человеком и обществом. Обострение глобальных проблем произошло во второй половине нашего века,
когда обмен веществ между обществом и природной приобрел особенно большие масштабы. Давление
общества на природу в результате развития процессов урбанизации, индустриализации, интенсификации
сельского хозяйства еще более возросло. В некоторых странах и районах антропогенное загрязнение среды уже
привело к состоянию экологического кризиса.
Все глобальные проблемы человечества тесно взаимосвязаны. Так, проблема преодоления отсталости
развивающихся стран связана почти со всеми остальными глобальными проблемами; проблема охраны
окружающей среды — с энергетической и сырьевой, демографическая — с продовольственной и т.д.
Проблема охраны окружающей среды, особенно на глобальном уровне, требует объединения усилий всех
стран мира. Главный путь ее решения заключается в такой организации производственной и
непроизводственной деятельности людей, которая позволила бы оптимизировать отношения человеческого
общества с этой средой.
В наши дни глобальные проблемы стали не просто научной полемикой, а жизненно важным фактором
человечества. Все прогнозы дальнейшего развития человечества можно разделить на два принципиально разных
подхода.
Пессимистический подход исходит из неизбежности глобального ресурсного, продовольственного,
экологического кризисов уже в середине наступающего века. Рекомендации прогнозов этого типа сводятся к
ограничению, а еще лучше к прекращению роста населения и производства.
Оптимистический подход исходит из того, что в условиях мира и НТР человеческой цивилизации не
грозит гибель из-за перенаселения, недостатка ресурсов и загрязнения окружающей среды. Главный путь
решения глобальных проблем при этом видится не в сокращении населения и производства, а в социальном
прогрессе человечества в сочетании его с НТР.
Геосферы Земли и деятельность человека
Прежде чем перейти к рассмотрению существа вопроса необходимо усвоить еще некоторые понятия.
Техносфера — часть биосферы, в прошлом преобразованная людьми с помощью прямого или косвенного
воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия своим материальным и
социально-экономическим потребностям.
Регион — территория, обладающая общими характеристиками состояния.
Природно-техническая система (ПТС) — ассоциация природных и техногенных элементов,
функционирующих как единая система.
Природные системы — совокупности элементов живой и неживой природы на данной территории —
сохраняют устойчивое единство и целостность при внешних условиях, которые не превышают определенного
уровня. Этот уровень называется предельно допустимая экологическая нагрузка.
Емкость природной среды — естественная способность природной среды претерпевать
социально-экономическую нагрузку (демографическую, хозяйственную, рекреационную) без существенного
нарушения выполняемых ею экологических, экономических, культурно-оздоровительных функций.
Емкость экологическая — качественно выраженная способность среды обитания (количество особей на
единицу территории, пределы возможностей среды при хозяйственном освоении территории и т.п.),
позволяющая экосистеме существовать без ущерба для составляющих ее компонентов.
Живучесть экосистемы — способность выдерживать резкие колебания среды, возникающие в результате
антропогенных нагрузок.
Предельно-допустимая нагрузка на экосистему для каждого типа экосистем различна. Она существенным
образом зависит от природно-климатических условий территории. Устойчивость экосистем, в частности,
зависит от запаса живой фитомассы, запаса мертвого органического вещества, эффективности образования
органического вещества. Так, если для естественного возобновления травяного покрова на лугах Подмосковья
требуется 2-3 года, то в тундре этот процесс затягивается на 30-50 и более лет. Подобное же влияние и
промышленных комплексов на природную среду в разных природно-климатических условиях. Так, например, в
Норильске, на Кольском полуострове, Урале, низовьях Волги возникли острые экологические проблемы даже
из-за более слабого антропогенного воздействия промышленности на природные комплексы, чем в
Нечерноземье.
Жизнеспособность экосистемы — степень способности экосистемы сохраняться или адаптироваться к
изменяющимся условиям среды без деградации образующих ее компонентов.
Природная устойчивость геосистем — способность геосистем испытывать внешние воздействия без
разрушения. Суммарная устойчивость естественных геосистем обусловлена наложением и взаимодействием
факторов природной среды.
Самоочищение геосистем — сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов
загрязнения и включения их в общий круговорот веществ.
Механизм устойчивости и самоочищения геосистем изучен очень плохо и каких-либо общих механизмов
этих процессов для всех геосистем неизвестно, поэтому такие механизмы мы будем рассматривать при
рассмотрении соответствующих геосистем.
Загрязнитель — любой природный или антропогенный физический или информационный агент,
химическое вещество или биологический вид, попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в
количествах, выходящих за рамки естественного фона.
Загрязнение окружающей среды — изменение естественного состава компонентов окружающей среды
(воздуха, воды, земель, лесов) в результате деятельности человека и природных факторов, приводящее к
неблагоприятным условиям для населения, существования животного и растительного мира.
Имеются следующие виды загрязнения окружающей среды:
Химическое — изменение естественных химических свойств среды, превышающее среднемноголетние
колебания количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода времени. Различаются по классам
опасности.
Физическое (энергетическое) — загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды:
температурно-энергетических (тепловое загрязнение), волновых (световое, шумовое и электромагнитное
загрязнение), радиационных (радиационное, или радиоактивное загрязнение).
Механическое — засорение среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без
физико-химических
последствий.
Фактически
замусоривание
почти
всегда
сопровождается
физико-химическими эффектами.
Радиационное — форма физического загрязнения, связанного с превышением естественного уровня
содержания в среде радиоактивных веществ.
Световое — форма физического загрязнения, нарушение естественной освещенности местности в
результате действия искусственных источников света, могущих приводить к аномалиям в жизни растений и
животных.
Тепловое (термальное) — форма физического загрязнения, происходящего в результате повышения
температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих
газов, сброса воды.
Шумовое (акустическое) — форма физического загрязнения. Происходит в результате увеличения
интенсивности шума сверх природного уровня.
Электромагнитное — форма физического антропогенного загрязнения. Происходит в результате
изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередач, радиовещательных и телевизионных
станций, некоторых промышленных и бытовых приборов и установок).
Все виды загрязнений природной среды нормируются Государственными и ведомственными стандартами.
Для каждого производственного предприятия органами Госкомприроды определяются предельно допустимые
нормы воздействия на природную среду, которые вносятся в экологический паспорт этого предприятия.
Предприятия платят за пользование природными ресурсами и за нанесенный природе ущерб.
Воздействие предприятий на компоненты природной среды (атмосферный воздух, водные объекты, почву
и растительный покров) оценивается по величине выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, сбросов
загрязняющих веществ в водные системы и рельеф местности, накопленных токсичных и нетоксичных отходов.
И, наконец, основная терминология, относящаяся к нормированию антропогенного загрязнения
природной среды:
Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества в жизненном пространстве —
максимальная концентрация загрязняющего жизненное пространство вещества, отнесенная к определенному
времени усреднения, которая при периодическом воздействии или же на протяжении всей жизни человека не
вызывает негативного прямого или косвенного влияния на природную среду и здоровье человека.
Предельно допустимая доза (ПДД) — максимальное количество вредного вещества, проникновение
которого в организмы (через дыхание и т.п.) еще не оказывает на него пагубного влияния. Различают
единовременную ПДД и ПДД за определенный промежуток времени (час, год, день).
Предельно допустимые нормы нагрузки (ПДН) — нормы хозяйственной или рекреационной деятельности
на окружающую природную среду с учетом емкости естественной среды, ее ресурсного потенциала,
способности к саморегулированию и воспроизводству с целью охраны окружающей среды от загрязнения,
истощения и разрушения.
Предельно допустимый сброс (ПДС) вещества в водный объект — масса вещества в сточных водах,
максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу
времени с целью обеспечения качества воды в контрольном пункте.
Предельно допустимый выброс (ПДВ) вещества в атмосферу — максимальное количество вредного
вещества, разрешенное предприятию для выброса в атмосферу в единицу времени с целью обеспечения
нормативов качества воздуха.
ПДВ и ПДС устанавливаются для каждого вещества отдельно. Норматив разрабатывается для условий
нормальной работы технологического оборудования при условии его полной загрузки.
Биохимическое потребление кислорода (БПК) — количество кислорода, необходимое для полной
минерализации органических веществ, содержащихся в 1 л воды, микроорганизмами-деструкторами.
Влияние деятельности человека на атмосферу
Атмосфера содержит в том или ином количестве частицы всех веществ, известных на планете.
Присутствие этих веществ обусловлено как естественными процессами, протекающими на планете, так и
деятельностью человека. Вещество, не входящее в постоянный состав атмосферы и неблагоприятно
воздействующее на окружающую среду и человека, называется загрязняющим. Следствием наличия в
атмосфере загрязняющих веществ является рост заболеваемости населения, сокращение продолжительности
жизни, снижение трудоспособности и т.д.
Для характеристики состава атмосферы и его воздействия на людей и окружающую среду в целом введено
понятие качества воздушной среды, под которым понимают совокупность ее свойств, определяющих степень
воздействия физическими, химическими и биологическими факторами на людей, растительный и животный
мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.
Антропогенное воздействие человека на атмосферу поставило вопрос об управлении качеством
воздушной среды. Нормирование качества воздушной среды представляет собой деятельность по установлению
показателей (нормативов) предельно допустимых воздействий человека на атмосферу. Причем нормативы могут
быть установлены на различных этапах: для технологического процесса, при оценке вредного выброса вещества
или его рассеивания.
Первопричиной загрязнения является источник, который выбрасывает газы или аэрозоли. Количество
выбросов на этом этапе можно регулировать за счет замены сырья, совершенствованием технологии,
модернизацией оборудования и т. д. Кроме того, необходимо использовать газоочистное и пылеулавливающее
оборудование. В некоторых случаях для регулирования качества воздуха можно использовать рассеивание
примесей в атмосфере, т.е. воспользоваться способностью атмосферы к самоочищению.
Атмосфера, как и все геосферы, способна к самоочищению. К основным факторам, способствующим
самоочищению атмосферы относятся ветер и осадки более 5 мм. Влияние метеофакторов на загрязнение
воздуха хорошо заметно в различных четко выраженных синоптических ситуациях. Так, высокое загрязнение
соответствует стационарным антициклонам, а прохождение активных циклонов способствует очищению
атмосферы. Поэтому в Сибири в холодный период почти вся территория имеет низкий потенциал
самоочищения атмосферы, что связано с большим числом длительных антициклонов.
Главными загрязнителями атмосферы и биосферы являются следующие вещества: окислы азота, нитраты,
нитриты, аэрозоли, сернистый газ, окись углерода, углекислый газ, нитрозамины, фотоокислители,
углеводороды, тяжелые металлы, хлор- и фторорганические вещества, нефть, попутный газ, микотоксины,
микробы и т.п.
Оксиды азота образуются в атмосфере как естественным (выделяются микроорганизмами, образуются при
извержении вулканов, при грозах), так и антропогенным путем. В значительных количествах они образуются
при высокой температуре в процессе горения в двигателях внутреннего сгорания и топках печей в результате
окисления азота воздуха. Подмечено, что в выхлопных газах автомобилей значительно больше NO, чем NO2.
NO в атмосфере окисляется кислородом воздуха до NO2.
Искусственными источниками углеводородов являются двигатели внутреннего сгорания, всевозможные
печи и баки автомобилей. Важно отметить, что при неполном сгорании топлива происходит синтез опасных
канцерогенных циклических углеводородов, например, бенз (а) — 3,4-пирена.
Оксиды азота и углеводороды вступают в атмосфере в фотохимические реакции (реакции, протекающие
под действием света), в результате образуются новые загрязнители воздуха. Эти новые загрязнители в сумме
определяют фотохимическое загрязнение атмосферы. Фотохимические загрязнители являются очень сильными
окислителями.
Впервые фотохимический смог был отмечен в 1944 г. в Лос-Анджелесе, когда в результате скопления
автомобилей была парализована жизнь одного из крупнейших городов США. Фотохимический смог возникает
под действием солнечного света в отсутствие ветра при низкой влажности. Наблюдается сильное раздражение
слизистых оболочек и дыхательных путей. Сохранение смоговой ситуации длительное время приводит к
повышению заболеваемости и смертности среди населения. Особенно сильное влияние такой смог оказывает на
детей и пожилых людей. Кроме того, он губительно действует на растительность, вызывая увядание и гибель
листьев.
В целом атмосферу можно рассматривать как огромную окислительную систему с высоким содержанием
основного окислителя — кислорода. Соединения, содержащие атомы C, H, S, N природного и антропогенного
происхождения, попадая в атмосферу, превращаются в стабильные долгоживущие соединения (например, СО2)
или в короткоживущие соединения кислотного характера (оксиды сера и азота), которые участвуют в
жидкофазных процессах с образованием кислот, удаляемых из атмосферы с осадками. Это и есть кислотные
осадки. В этих превращениях кроме кислорода участвуют озон О3, гидроксильный радикал НО. и ряд других
соединений. К кислотным осадкам относятся не только дожди, но и снег, туман, выпадение сухих кислотных
частиц. Кислотными осадками считаются осадки с рН = 5,5 и ниже.
Как предшественники кислотных осадков наиболее важны уже упомянутые оксиды азота, а также оксиды
серы.
При отсутствии источников загрязнения диоксид серы встречается в атмосфере в ничтожных количествах.
Единственным крупным естественным источником диоксида серы в атмосферу является вулканическая
деятельность. В основном SO2 поступает в атмосферу в результате человеческой деятельности. Главная причина
загрязнения им атмосферы — сжигание топлива. Первое место по поставке в атмосферу SO2 занимает каменный
уголь, второе — нефть, третье — газ.
Превращение SO2 и NO2 в атмосфере соответственно в серную и азотную кислоты достаточно сложный
процесс, который определяется размером аэрозольных частиц в атмосфере, временем года и временем суток.
Например, зимой оксиды азота и серы превращаются в соответствующие кислоты в 10 раз медленнее, чем
летом, хотя и летом абсолютная скорость конверсии оксидов в кислоты невелика и составляет днем около 0,5%
в час. Поэтому вместе с массами воздуха оксиды азота и серы могут переносится на значительные расстояния от
места их образования.
Серная и азотная кислоты вносят неравные вклады в образование кислотных осадков. Как правило, серной
кислоты содержится в кислотных осадках больше, чем азотной, но во многом их соотношение определяется
особенностями антропогенного загрязнения атмосферы в конкретном регионе.
О влиянии кислотных осадков на отдельные компоненты биоценозов мы поговорим в последующих
лекциях.
Изменение химического состава атмосферы, заметно ускорившееся за последние десятилетия,
выражаются в увеличении содержания в ней так называемых “парниковых газов” (углекислого газа, паров воды,
метана, фреонов и некоторых других малых газовых составляющих атмосферы).
Для того чтобы понять, как “парниковые газы” влияют на климат, необходимо знать, из каких процессов
складывается тепловой баланс Земли. Поток солнечной энергии, достигающий верхней границы атмосферы
всегда постоянен, — эта величина называется солнечной постоянной (Io). При прохождении через слои
атмосферы интенсивность солнечной радиации ослабевает и на уровне моря уже представляет собой величину
I = Io exp[-(aa + as + ad)m],
где aa — коэффициент поглощения солнечной радиации атмосферными газами; as — коэффициент
рассеяния радиации этими газами; ad — коэффициент ослабления, который учитывает поглощение и рассеяние
радиации частицами примесей; m — косеканс угла между направлениями на солнце и в зенит (является
функцией широты и времени).
Отсюда видно, что поток солнечной радиации, достигающий поверхности Земли, зависит, в том числе и от
поглощения и рассеяния радиации газами и примесями в атмосфере. На Землю попадает примерно половина
солнечной энергии, достигшей верхней границы атмосферы (это в основном видимое и инфракрасное
излучение). Та солнечная энергия, которая попадает на поверхность Земли, частично поглощается, а частично
отражается обратно в атмосферу. Способность поверхности отражать солнечную радиацию называется альбедо.
Определяется оно в процентах отраженной радиации от поступающей на поверхность. Самое большое альбедо у
снега (70-90%), наименьшее — у воды и вспаханных почв (до 5%).
Нагретая земная поверхность в свою очередь испускает тепловое (инфракрасное) излучение, которое
задерживается и поглощается “парниковыми газами” что приводит к разогреванию нижних слоев тропосферы.
Такое явление получило название “парниковый” эффект.
При отсутствии “парникового” эффекта средняя температура поверхности Земли составляла бы -19 оС,
тогда как в настоящее время она составляет +15 оС.
Роль разных газов в создании парникового эффекта неодинакова. Фреоны имеют в 1500, а метан в 15 раз
более сильный эффект, чем углекислота.
По содержанию “парниковых газов” в последнее столетие состав атмосферы претерпел значительные
изменения вследствие антропогенной деятельности, что привело к повышению средней по земному шару
температуры воздуха у поверхности на 0,5 оС. Усиление парникового эффекта на 50% обусловлено ростом
концентрации СО2, на 25% — фреонов и на 25% — метаном.
Содержание углекислого газа в атмосфере постоянно увеличивается, поскольку с каждым годом нарастает
потребление природных горючих материалов. Если сегодняшний уровень потребления ископаемого топлива
сохранится до 2050 года, то к этому времени концентрация СО2 в атмосфере возрастет вдвое. В отсутствие
других факторов это приведет к повышению температуры на 3 оС.
В атмосфере происходит накопление и других парниковых газов, таких, как метан и фреоны. В настоящий
момент метана в атмосфере содержится в 20 раз больше, чем в начале века. Годовой выброс метана в атмосферу
на 70% определяется антропогенной деятельностью (потери при добыче нефти и газа и их транспортировке, при
добыче угля, особенно открытым способом), на 30% — природными источниками (крупный рогатый скот, козы,
овцы — 87% всего природного метана, рисовыми чеками). Природным источником метана являются и взрывы
газогидратных панцирей в полярных зонах: только по Российской Арктике зарегистрировано более 300
выбросов высоконапорных струй метана и воды на высоту до 20 км и более. Фреоны используются в
холодильных установкой и аэрозольных баллончиках. Рост содержания обоих этих газов в атмосфере делает
более реальным глобальное потепление климата. Глобальное потепление климата может привести к повышению
уровня Мирового океана за счет теплового расширения верхних слоев воды и таяния ледников и, по-видимому,
уже является причиной повышения уровня Мирового океана на 10-14 см за последние сто лет.
Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне.
Антропогенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в крупных
городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние
атмосферы создают около городов пространства радиусом до 50 км и более с повышенным на 1-5оС
температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо
просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших
масс атмосферного воздуха.
С процессом глобального потепления связаны региональные климатические изменения на территории
нашей страны. За последнее десятилетие на Азиатской части страны почти на 3 оС увеличились зимние
температуры, почти по всей территории страны наблюдался рост годовых сумм атмосферных осадков на 5-10%.
Вместе с тем возросла повторяемость крупных засух в степной и лесостепной зонах.
Прогнозируемые последствия глобального потепления климата в целом благоприятны для нашей страны,
хотя и могут привести к заметным изменениям стока вод.
Кроме парниковых газов на потепление климата на планете может влиять и уменьшение альбедо Земли за
счет распашки под сельскохозяйственные культуры больших территорий, сведения лесов, таяния ледников, что
усиливает ее разогрев.
Но наряду с рассмотренными выше процессами протекают в прямо противоположные. Так, доля
солнечного света, достигающая поверхности Земли, уменьшается. Возможно, что это вызвано частицами,
взвешенными в воздухе. В последнее время усиливается выброс в тропосферу и стратосферу пыли
индустриальными предприятиями. Частицы пыли, попавшие в стратосферу, отражают солнечное излучение,
идущее в направлении Земли, вызывая тем самым охлаждение тропосферы. Природными источниками таких
частиц являются вулканы. Влияние пыли на климат подтверждается тем, что после мощных вулканических
извержений всегда наблюдается снижение температуры.
На температуру в тропосфере оказывает воздействие и облачность, которая должна усиливаться при
потеплении климата за счет большего испарения воды с поверхности Мирового океана. Оно во многом
неоднозначно. Облака отражают вниз радиацию, излучаемую земной поверхностью, и тем самым способствуют
сохранению тепла в тропосфере, и одновременно они отражают и солнечную радиацию, не пропуская ее на
Землю, вызывая снижение температуры. В результате по расчетам увеличение облачности на 1% должно
сопровождаться уменьшением количества энергии, получаемой земной поверхностью, что может привести к
похолоданию. Но это справедливо только для облаков нижней тропосферы, которые имеют большое альбедо и
почти непрозрачны для прямой солнечной радиации. А перистые облака, расположенные в верхней тропосфере
и стратосфере и имеющие меньшее альбедо, дают противоположный эффект.
Несмотря на большое значение рассмотренных выше загрязнителей для функционирования атмосферы,
наибольшую потенциальную угрозу биосфере представляют загрязнители, участвующие в разрушение
озонового слоя стратосферы. Таковыми являются химически инертные фреоны, т.е. хлорированные и
фторированные углеводороды, продукты, имеющие широкое применение при получении аэрозолей, сжиженных
газов, используемых в холодильниках и кондиционерах и при производстве разных пластмасс. Растущее
суммарное мировое производство хлорфторуглеводов превысило 1 млн.т. Наибольшее их количество
производится в странах ЕЭС (40%), в США (35%), а также в Японии (10%).
Диффундируя в стратосферу, хлорфторуглеводороды под действием солнечной УФ-радиации с длиной
волны около 190 нм фотолитически разлагаются, высвобождая атомы хлора, которые каталитически разлагает
озон:
CFCl3 — CFCl2 + Cl,
Cl + O3 — ClO + O2,
ClO + O — Cl + O2,
O3 + O — O2 + O2.
Уменьшение концентрации озона, приводящее к увеличению прохождения через атмосферу
ультрафиолетовых лучей, влияет не столько на климат, сколько непосредственно на клетки растений и
животных, разрушая макромолекулы и увеличивая частоту мутаций. Уменьшение толщины слоя озона на 1%
приводит к увеличению потока УФ-излучения на 2%, и, следовательно, заболевания людей раком кожи — на
4%.
Газы, разрушающие озон образуются не только промышленностью. В развивающихся странах при
сжигании биомассы (древесина, солома и другие естественные продукты) выделяется большое количество
метилхлорида, которые также обладают “антиозоновой” активностью. Половина всего исчезающего леса
сжигается. Кроме того, не следует забывать о лесных пожарах. Результат — в дополнение к углекислоте
выделяется от 2 до 5 млн. т метилхлорида, что дает около 5% от общей концентрации озоноразрушающих газов
в атмосфере.
Совокупность имеющихся данных показывает, что даже если все страны мира с 2000 года прекратят
выпуск и использование соединений, инициирующих разрушение озонового слоя, то и этом случаи процесс его
распада будет продолжаться, так как время жизни большинства галогенуглеводородов по отношению к
процессам выведения из атмосферы чрезвычайно большое (в среднем около 100 лет).
В случае же дальнейшего неконтролируемого роста выбросов хлорфторуглеводородов в атмосферу к
середине следующего столетия может произойти заметное истощение озонового слоя Земли. Общее содержание
озона в средних широтах северного полушария уменьшится на 4-8%, а в полярных районах Арктики и
Антарктики на 12-15% от современного уровня. Однако уже сейчас слой озона в Антарктиде в отдельные
месяцы уменьшается не на 12-15, а на 40-50%.
Американские ученые ведут исследования озона в атмосфере с 1978 года. С 1992 года к этой работе
подключились и наши исследователи. Установлено, что наибольшая концентрация озона наблюдается в области
средних широт, к экватору количество озона уменьшается. В области полярных широт имеет место появление
сезонной (сентябрь — ноябрь) “озоновой дыры” в Антарктиде с прогрессивным ее нарастанием и углублением и
сезонное истощение озонового слоя в Арктике. Наиболее обширная и глубокая “озоновая дыра” над
Антарктидой была отмечена в 1987 г. (к 7 октября потери озона составили в среднем 50%, а на отдельных
высотах — более 97% по сравнению с 15 августа). В период с декабря 1992 г. по сентябрь 1993 г. для средних и
высоких широт территории СНГ были характерны пониженные значения содержания озона в озоновом слое на
10-12%. В сентябре-октябре 1993 г. впервые непрерывно в течение 6 недель на огромной территории к югу от 70
град.ю.ш. содержание озона было понижено на 65%. В период озоновой дыры в слое 12-20 км практически весь
озон был уничтожен.
Одни исследователи объясняют это естественной изменчивостью озоносферы, другие считают,
первопричиной рост фреонов. Возможно, что уменьшение озона над Антарктидой отчасти связано и с
парниковым эффектом, т.к. потепление в приземном слое сопровождается похолоданием в стратосфере.
Изменение озонового слоя связывают также с циклической активностью Солнца и с естественными
атмосферными процессами.
В целом, сведений о химии, составе и динамике озоносферы, накопленных за последние годы, оказалось
недостаточно для объяснения причин изменчивости внезапно возникшей загадки Антарктической озоновой
дыры. Это говорит о сложности и важности интенсификации исследований, а с другой — о необходимости
превентивных защитных мер, в том числе и о запрете на использование фреонов.
В результате техногенного воздействия на атмосферу угрожающая обстановка сложилась в ближнем
геокосмосе (стратосфере, ионосфере, магнитосфере). Именно он подвергся в настоящее время наиболее
сокрушительному удару. Это тем более опасно, что ближний геокосмос является передаточным механизмом в
режимах солнечно-земных взаимосвязей.
Воды в ионосфере уже в 20 с лишним тысяч раз больше ее бывшего природного содержания. Более 8 тыс.
крупных твердых (активных и пассивных) тел вращается вокруг Земли и каждые 40 минут на ее поверхность
падает технометеор. Первый удар по ионосфере был нанесен серией ядерных взрывов в период с 1958 по 1962
гг., что привело к необратимым изменениям, и вызвало первый процесс техногенной убыли общего содержания
озона: несколько недель в 1962 г. существовал искусственный радиационный пояс толщиной в 100 км. Каждый
старт ракет вносит в состояние ионосферы громадные возмущения, что подтверждается дистанционным
контролем старта ракет по термоионизационной колонке факельной проработки и гибелью озона — только один
старт “Шатла” губит не менее 10 млн.т. озона. Выброс вещества и энергии на различные высоты приводит
ближний геокосмос в неравновесное состояние, что привело к новому семидневному циклу магнитных
колебаний на высоте 30 тыс. км и изменению природного магнитного поля и солнечно-земной взаимосвязи.
Влияние деятельности человека на гидросферу
Все воды земного шара тесно взаимосвязаны между собой и находятся в непрерывном движении, в
который в последнее время стал вмешиваться человек, причем это вмешательство наиболее остро ощущаются в
крупных городах. Существует два основных пути влияния человека на гидросферу — это изменение условий
формирования поверхностных и подземных вод и загрязнение вод.
Изменение условий формирования вод происходит по разным причинам, начиная от изменения
потребления и кончая изменением условий испарения. Если в начале XX столетия человечество потребляло 400
км3 воды в год, то ныне потребляет уже более 4000 км3 кубических километров воды ежегодно. Только в
водохранилищах в год накапливается от нескольких десятков до нескольких сотен кубических километров
воды. Каждый год водопотребление возрастает на 90 км3, причем все большая часть воды надолго изымается из
ее естественного круговорота: она аккумулируется в водохранилищах, испаряется с их поверхности и с
поливных полей. Наиболее сильно воздействие человека ощущается сейчас в бессточных бассейнах. Так, приток
речных вод в Каспийское море уменьшился на 15%, а в Аральское — на 70%.
Доля потерь на испарение достигает сейчас половины всего объема водопотребления. Это приводит к
некоторому ускорению влагооборота на суше, а, возможно, и к росту атмосферных осадков. С другой стороны,
строительство водохранилищ, суммарный объем которых сейчас 6000 км3, способствует замедлению
водообмена. Средняя скорость возобновления речных вод уже замедлилась из-за этого в 10-12 раз.
Упомянутые выше процессы существенно нарушают естественный круговорот воды в густонаселенных
районах суши, но не могут пока заметно повлиять на количество воды в ее основных резервуарах — океане и
ледниках — и на скорость их водообмена с другими частями гидросферы. Однако в ближайшие десятилетия
могут быть затронуты, если уже не затронуты и они. Речь идет о влиянии на режим ледников и Мирового
океана имеющего места потепления, причиной которого также является деятельность человека. Однако эта
проблема настолько сложна, что требует специального рассмотрения.
Использованная животными и людьми вода возвращается в круговорот в виде загрязненных и
инфицированных стоков и сточных вод, которые представляют потенциальную опасность для здоровья и
продуктивности живых организмов.
Производственные и хозяйственно-бытовые сточные воды издавна сбрасывают в разных странах
преимущественно в водоемы: озера, реки, моря. Кроме того, в водоемы попадают ядохимикаты и некоторые
отходы сельскохозяйственного производства. Ранее, когда объем сбросных сточных вод был невелик,
поверхностные воды сохраняли способность к самоочищению.
Загрязнению подвергаются и подземные воды. Загрязняющие вещества могут попасть в подземные воды
непосредственно при инфильтрации атмосферных осадков через грунт, либо из поверхностных вод, поскольку и
те и другие взаимосвязаны. Крупные и средние реки дренируют грунтовые и артезианские воды. В свою
очередь, линейная фильтрация воды через русла поверхностных водотоков создает взаимосвязь поверхностных
вод с потоком подземных вод.
Естественное самоочищение воды складывается из совокупности физических, химических и
биологических процессов, приводящих к устранению из воды загрязняющих веществ и восстановлению ее
первоначального химического состава и видового состава населяющих ее гидробионтов.
В самоочищении водоемов участвуют все водные организмы. При этом происходит два процесса:
бактериальное разрушение загрязняющих веществ и их накопление в клетках некоторых гидробионтов.
Если в природную воду попадают органические вещества, то первыми включаются в борьбу с ними
бактерии, водные грибы и планктоновые водоросли. Поедая загрязнители, эти организмы перерабатывают их до
углекислого газа, воды и минеральных солей, а затем сами становятся пищей для простейших (например,
инфузорий).
Большое значение в самоочищении водоемов имеют животные типа моллюсков, которые пропускают
через себя сравнительно большое количество воды и удаляют из нее не только взвешенные вещества, но и
микроорганизмы, в числе которых возможны и возбудители опасных болезней. Так, обычные моллюски
пресных вод средних широт — перловицы и беззубки пропускают через себя до 20-50 литров воды в сутки.
20-25 перловиц могут за сутки очистить 400 литров воды, что является суточной оптимальной нормой расхода
человеком воды на бытовые нужды. Являясь прекрасным очистителем воды от большинства загрязнителей,
моллюски плохо переносят загрязнение воды сельскохозяйственными ядохимикатами.
Некоторые распространенные в водоемах бактерии играют основную роль в круговороте азота
(протеолиты, амонификаторы, нитрофикаторы, денитрофикаторы, азотофиксирующие) и углерода
(кислотообразователи, щелочеобразователи, нейтральные). Присутствие этих микроорганизмов в воде является
показателем активных процессов бактериального самоочищения водоемов.
Крупные макрофиты (тростник, рогоз, камыш, аир, ежеголовка и др.) способны извлекать из воды в
большом количестве азот, фосфор, кальций, натрий, серу, железо, кремний и этим предупреждать и снижать
эвтрофикацию водоемов.
В то же время совершенно не выносят загрязнения и быстро исчезают различные осоки, кувшинки,
кубышки и другие водные растения.
Поскольку при самоочищении воды ведущая роль принадлежит живым организмам, то, естественно, что
подземные воды самоочищаются значительно хуже, чем поверхностные.
Самоочищение вод поверхностных водоемов ускоряется при увеличении скорости их перемешивания, что
способствует процессам аэрации, приводящим к насыщению воды кислородом. Снижение скорости речного
потока уменьшает самоочищение реки. Поэтому, например, уменьшилась самоочищающаяся способность реки
Москва в черте города после подпора ее воды Перервинской плотиной. Этому в немалой степени
способствовало и накапливанию органических осадков на приплотинных участках, связанное с замедлением
скорости воды. Осадки начали подвергаться анаэробному разложению и гниению, продукты которых поступая в
воду, образовали мощный вторичный очаг загрязнения, который вызвал увеличение окисляемости и БПК
речной воды...
Для самоочищения воды в реке требуется некоторое время, поэтому, по данным разных авторов, в зонах с
умеренным климатом самоочищение рек отмечается на расстоянии от 200 до 400 км от места поступления
загрязнителя. В реках северных зон очищение происходит на расстоянии более 2000 км.
Наиболее важным источником водоснабжения и водообеспечения являются реки и в то же время реки
испытывают в наибольшей степени антропогенное воздействие. Состояние реки и ее бассейна может быть в
некоторых случаях в антропологическом смысле определяющим. Например, в бассейне Волги сосредоточено
40% населения России и здесь производится половина всей продукции страны. Поэтому становится понятной та
забота о реках, которую в последнее время стали проявлять страны, по территории которых они протекают.
Наиболее известны национальные и международные программы по восстановлению Дуная, Рейна, Темзы,
Колорадо, Миссисипи. В России в качестве первоочередного рассматривается проект спасения и возрождения
Волги, хотя и многие другие реки нуждаются в этом не меньше. Так, по гидробиологическим показателям
только 12% обследованных водных объектов территории РФ можно отнести к условно чистым, 32% находится в
состоянии антропогенно-экологического напряжения (умеренно чистые), остальные 56% являются
загрязненными водными объектами, экосистемы которых находятся в состоянии экологического регресса.
Если человечество ежегодно потребляет 7-8 Гт минеральных ресурсов, то воды такое количество
расходует ежесуточно. Это, в частности, связано с тем, что при производстве практически любой продукции
расходуется много воды. Так, при производстве 1 т пшеницы расходуется 800-1200 м3 воды, никеля —
5000-7000 м3, синтетического волокна — 2500 -5000 м3. В среднем на 1 ГВт установленной мощности ТЭЦ
требуется 40 м3/с воды.
В 1988 г. народное хозяйство СССР потребило 286 км3 свежей воды. Из них: на орошение и
сельскохозяйственное водоснабжение пошло 54%, в промышленность — 37%, на хозяйственные нужды — 9%.
В 1992 г. предприятия России сбросили в природные воды, главным образом речные:
- нефтепродуктов — 39400 т;
- фенолов -200 т;
- соединений железа — 51200 т;
- фосфора — 59800 т;
- азота аммонийного — 187000 т.
Столь существенная ежегодная нагрузка на водоемы существенно влияет на гидрохимический и
биологический режим природных вод, что оказывается причиной нарушения экологического равновесия в
экосистемах. Загрязненная вода становится частично или полностью непригодной для того или иного вида
пользования.
Вода становится опасной для жизнедеятельности растительных и животных организмов, когда
концентрация поступающих веществ в нее возрастает до такого предела, при котором способность воды к
окислению или восстановлению этих веществ и образовавшихся соединений становится недостаточной.
В открытые водоемы загрязнители поступают главным образом путем смыва их талыми и дождевыми
водами (с поверхностным стоком), а также путем инфильтрации загрязненных атмосферных осадков (например,
кислотных осадков), поливных и других вод в грунтовые потоки, гидрологически связанные с водоемами. Еще
один путь — это поступление загрязнителей из атмосферы в составе осадков непосредственно в водоемы.
Из внесенных на склоновые земли удобрений вымывается до 20% азота, 2-5% фосфора, 10-70% калия.
Вынос пестицидов с орошаемых земель достигает 4% от внесенного количества.
С интенсификацией сельскохозяйственного производства и, в частности, животноводства возросла
опасность загрязнения поверхностных и подземных вод биогенными органическими веществами и другими
элементами, а также различными микроорганизмами, включая патогенные. В 1985 году в СССР
животноводческими комплексами и фермами было сброшено в водоемы более 1 млн. м3 сточных вод, что
соответствует по степени загрязненности биогенными элементами количеству бытовых стоков от городов с
суммарной численностью населения 300 млн. человек. Общий годовой сток птицефабрик в 1,5 раза превышает
объем сточных вод животноводства. Одно из основных последствий загрязнения природных вод биогенными
элементами является эвтрофирование последних. В результате эвтрофирования природные воды переходят от
аэробных условий к анаэробным, что ведет к смене обычной флоры на нежелательные сине-зеленые водоросли
и ухудшению к качества воды.
Под влиянием загрязняющих веществ, в том числе и кислотных осадков, изменяется активная кислотность
природных вод, к которой чувствительны все живые существа. Жизнедеятельность фитопланктона снижается
при рН 6, при сохранении или частичном увеличении суммарной биомассы одни типы замещаются другими.
Численность популяций видов, образующих бентос начинает снижаться при рН 6. При рН менее 4,5 резко
падает интенсивность размножения амфибий. Негативные изменения зоопланктона возникают при рН 5, причем
особенно сильно они проявляются при повышенном содержании алюминия. При этой же кислотности
практически исчезают популяции рыб. Именно по состоянию популяций рыб наиболее полно можно судить о
функциональном состоянии водных экосистем.
На популяцию рыб отрицательно влияет и уменьшение содержания в речной воде пероксида водорода.
Причина снижения концентрации перексида водорода в воде — это уменьшение его поступления с осадками
из-за увеличения диоксида серы в атмосфере, на окисление которого он и расходуется, а также нарушение
деятельности организмов бентоса по генерации этого соединения из-за повышения кислотности вод,
зарегулированности стоков, увеличения концентрации токсичных металлов в придонном слое. Последние
факторы способствуют бурному развитию сине-зеленых водорослей, которые выделяют в воду вещества
восстановительной природы, оказывающие губительное действие не только на другие водоросли, но и на
мальков и взрослых рыб, водоплавающих птиц, скот и вызывающие заболевания среди людей. Так, в последнее
время по всей Европе отмечено усиление цветения водоемов и выявляются случаи гибели животных и
массового заболевания людей в связи с этим (Великобритания, Дания, Швеция, Финляндия, СССР).
Для снижения кислотности водоемов в первую очередь необходимы строгие ограничения количества
вредных промышленных выбросов, что приведет к снижению кислотности осадков и позволит со временем
восстановить водоемы. Наблюдения в ряде областей Канады и США, где в последние годы выбросы диоксида
серы сократились на 40-45%, свидетельствуют о снижении содержания сульфатов в природных водах,
понижении кислотности и оздоровлении рыбных популяций.
Большую опасность для биоты водоемов представляет их загрязнение тяжелыми металлами. В качестве
примера рассмотрим ртуть. Появление ртути в природных водах связано с выветриванием минералов,
геотермальной и вулканической деятельностью. Однако в последнее время главными источниками ртути
являются шахты, металлургические заводы, предприятия по производству щелочи и хлора, этилена и
красителей, топочные устройства, ртутьсодержащие ядохимикаты, бытовые отходы. В Женевском озере в
донных отложениях содержится более 65 т ртути, из них только 5 т естественного происхождения.
Попадая в природные воды, тяжелые металлы, в т.ч. и ртуть, после прохождения по пищевым цепочкам
накапливаются в тканях рыб, что делает их потенциально опасными для человека. Например, в Швеции более
100 рек и озер определены как опасные с точки зрения потребления выловленной в них рыбы. Рыболовам
рекомендовано возвращать в озера пойманную рыбу в возрасте старше трех лет, а населению употреблять рыбу
из этих озер младших возрастов не чаще одного раза в неделю.
С ростом населения и экономическим развитием стремительно растет спрос на пресную воду. Особое
место в использовании водных ресурсов занимает качество воды. Это обусловлено тем, что
недоброкачественная вода может быть причиной развития неблагоприятных изменений в организме,
приводящих к возникновению инфекционных и неинфекционных заболеваний человека. По данным Всемирной
организации здравоохранения (ВОЗ) около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с
неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм
водоснабжения. Количество людей, имеющих хронические заболевания в связи с использованием загрязненной
воды, приближается к 2 миллиардам. Ежегодно от этого умирает около 5 миллионов человек.
Патогенные микробы и животные-паразиты (гельминты) попадают в водоисточники с выделениями
людей и животных. Наибольшему бактериальному загрязнению подвержены поверхностные водоемы, особенно
в густонаселенных и урбанизированных районах. В этом отношении крайне опасны необеззараженные стоки
инфекционных и ветеринарных больниц, городские бытовые стоки и отходы предприятий по переработки
животного сырья, сбросы нечистот в водоемы с речных судов, загрязнение берегов, водопой скота, стирка белья
и купание.
Из всего вышеописанного ясно, что все негативные процессы, имеющие место в речном бассейне,
отражаются на состоянии природных вод. И в этом смысле, природные воды можно рассматривать
одновременно и как интегратор и как индикатор процессов, протекающих на данной территории. О состоянии
самих же природных вод можно судить по состоянию биоты водоема, в том числе его ихтиофауны.
Важнейший путь решения проблемы водного дефицита — водосбережение, заключающееся в создании
систем повторного и многократного использования воды, снижении удельного потребления воды в
промышленности. Теоретически в промышленности и в быту 90% воды может быть использовано повторно,
тогда как в сельском хозяйстве этот уровень не превышает половины необходимой воды. Кроме того, постоянно
снижается удельное потребление воды промышленностью. Так, с 60-х годов до настоящего времени расход
воды на производство 1 т целлюлозы снизился с 180 т до 30-50 т.
Главный резерв экономии воды в сельском хозяйстве связан с совершенствованием ирригационных работ,
активно разрабатываются и внедряются технологии водосбережения при оросительных работах, в частности,
так называемые микроирригационные технологии, среди которых наиболее известно капельное орошение.
Еще один путь водосбережения — это применение очищенных сточных вод для других целей, кроме
питьевых, например, для промывки туалетов, полива земель, тушения пожаров, как технической воды и т.д.
Моря и океаны
Конечное звено техногенной миграции химических элементов — Мировой океан. Его прогрессирующее
загрязнение в основном необратимо и может привести к последствиям глобального характера.
Океанические воды загрязняются сточными водами, выбросами двигателей внутреннего сгорания водных
транспортных средств, нефтью и нефтепродуктами. Аварии и неправильная эксплуатация скважин и бурильных
установок на континентальном шельфе, столкновения и аварии судов, строительство подводных нефтепроводов,
запрещенная (но реализуемая на практике) промывка танкеров забортной водой и сброс этих вод в море
являются причинами нефтяных разливов.
Особенно сильно страдает от эксплуатации нефтяных месторождений на шельфе Северное море, где с
4000 скважин, 150 буровых платформ и нефтепроводов общей протяженностью около 8000 км, из труб которых
ежегодно просачивается более 30000 т углеводородов.
Записи со спутников показывают, что около 10% Мирового океана покрыто нефтяной пленкой. Эта
нефтяная пленка не только приносит неудобства человеку, загрязняя пляжи, но, самое главное, нарушает
процесс тепло- и массообмена, изменяет климатический режим и препятствует насыщению воды кислородом.
Однако наибольший ущерб океаническим водам наносит интенсивная урбанизация прибрежных областей.
От загрязнения наиболее сильно пострадали Мексиканский и Токийский заливы, Карибское, Ирландское,
Северное, Балтийское и Средиземное моря. Проблемы этих регионов обусловлены либо перенаселенностью и
несовершенной системой ликвидации отходов, либо чрезмерной концентрацией промышленности, либо обоими
факторами вместе.
Так, отходами промышленных предприятий сильно загрязнены Балтийское и Северное моря и Токийский
залив. Например, Рейн и другие реки ежегодно доставляют в Северное море сотни миллионов тонн цинка,
свинца, меди, а также немалое количество кадмия, мышьяка, ртути и радиоактивных отходов. Здесь же
сконцентрирована добыча нефти на шельфе и морской транспорт. Все это привело к тому, что в море полностью
исчезли лосось, осетровые, устрицы, скат, пикша и т.д., а совсем недавно наблюдались случаи массовой гибели
тюленей, причиной которых явилось ослабление иммунной системы из-за наличия в воде большого количества
ядовитых химических соединений.
В Карибском бассейне, несмотря на то, что здесь сброс промышленных отходов невелик, загрязненность
очень высока из-за перенаселенности и слабой обеспеченности канализацией (только 10% всего населения
обеспечено канализацией).
Большой вред Мировому океану наносит осушение заболоченных прибрежных зон, которые долгие годы
были своеобразным коллектором вредных стоков. В результате осушения все вредные вещества переходят в
морскую воду.
Загрязнение Мирового океана уже сейчас привело к нарушению его гидробиологического режима. В
последнее время в океанах наблюдается бурное цветение водорослей — феномен, получивший название
“красные приливы”. Негативное действие этого явления во многом аналогично цветению водорослей в
пресноводных водоемах. “Красный прилив” — это гигантское скопление фитопланктона. Образование “красных
приливов” в первую очередь связывают с повышенным содержанием в морской воде фосфатов и нитратов,
которые, как правило, даже при обработке сточных или загрязненных вод удаляются в незначительной степени
и при попадании в воду стимулируют рост планктона.
Распространению этого явления способствуют и кислотные дожди. На примере Чесапикского залива
(США) показана прямая связь образования планктона с атмосферными выбросами в этой зоне кислых газов,
кислотных осадков и содержанием выпадающих нитратов. Более того, установлено, что если не удастся взять
под контроль ситуацию с кислотными дождями, усилия по контролю за наземными источниками азота могут
оказаться тщетными.
Распространение “красных приливов” возможно связано с миграцией этого планктона вместе с
транспортными средствами (например, при обрастании днищ судов). Действительно, водоросли, которые были
зафиксированы у берегов Мексики, неожиданно появились у берегов Испании. Наблюдаются “красные
приливы” у берегов Таиланда, Японии, Индонезии и Италии. Иногда интенсивность “красных приливов” очень
впечатляюща, — у берегов Скандинавии они имели вид ковров водорослей длиной 30-40 км, шириной — 7-8 км
и толщиной более 1 м.
В районе распространения “красных приливов” практически все живое погибает. Механизм
уничтожающего действия фитопланктона очень прост — это выделение токсинов при контакте с жабрами рыб
или быстрый рост поглощения кислорода, в результате чего рыба задыхается. При этом также гибнут водоросли
других видов и моллюски. Из-за “красных приливов” прибрежные государства несут огромные убытки. Так,
только у скандинавских берегов ущерб от гибели искусственно выращиваемой рыбы, составил 200 млн.
долларов.
По мнению специалистов “красные приливы” только первый сигнал о нарушении состояния Мирового
океана, о начале нарушений в биологической цепочке. Эти нарушения настолько велики, что если сейчас
прекратить вредные выбросы, то для нормализации экологической ситуации потребуется несколько
десятилетий. Это подтверждается, например, тем, что пестициды в осадках или донном иле сохраняются
десятки лет, а микробиологический распад пластмасс в воде длится в среднем 400-500 лет.
Большинство морей и все океаны не принадлежат одному определенному государству, поэтому проблема
сохранения вод Мирового океана может быть решена лишь при международном сотрудничестве. И такое
сотрудничество осуществляется. Так, с целью сохранения чистоты Средиземного моря 17 прибрежных стран в
1976 г. взяли на себя обязательства по контролю за состоянием водных ресурсов. И это не единственный пример
международного сотрудничества в области охраны Мирового океана. В настоящее время существуют и
действуют под эгидой ООН:
Программа региональных морей ЮНЕП (ЮНЕП — международный орган ООН по проблемам
окружающей среды);
Конвенция ММО по сбросам загрязняющих веществ с судов;
международные исследования в рамках Международной геосферно-биосферной программ (МГБП);
соглашения о международном сотрудничестве по Черному, Каспийскому и Аральскому морях.
С речными системами связаны и природные катастрофы, которые по своим разрушительным
последствиям стоят на первом месте. Это наводнения. По данным ЮНЕСКО, за последнее столетие в мире от
них погибло 9 млн. человек, в то время как от землетрясений и ураганов — 2 млн. По некоторым оценкам, от 2
до 10% общей площади стран, на которой проживает 1-5% населения, подвержены периодическим
наводнениям.
Педосфера. Влияние деятельности человека
Почвенный покров имеет вполне определенные функции в системе земных геосфер. Являясь
поверхностной геомембраной Земли, почвенный покров регулирует взаимодействие атмосферы, гидросферы,
литосферы, пропуская, отражая или задерживая те или иные потоки вещества и энергии, поступающие из
земных недр непосредственно на сушу, либо через гидросферу и из космоса через атмосферу.
Почвам принадлежит роль регуляторов многих процессов миграции вещества в ландшафтах, к чему в
условиях агроценозов на распаханных землях может добавляться и усиленный перенос твердого вещества
вследствие эрозии почв. При водной эрозии смывается верхний, наиболее обогащенный техногенными
продуктами горизонт и именно он образует делювиальный нанос, вследствие чего опасность загрязнений почв
пониженных элементов рельефа еще более возрастает, так же как и опасность загрязнения местных водоемов.
Роль почвы как фактора окружающей среды, основного средства производства растительной продукции,
места очистки, отделения, преобразования и вторичного использования различных загрязнителей зависит в
основном от ее физических, химических и биологических свойств.
Присутствие глины и гумусовых веществ раздельно или в соединении придает почве адсорбционную
способность, которая в зависимости от механизмов этого процесса подразделяется на два больших класса:
ионообменную и молекулярную адсорбцию. Ионообменная адсорбция включает катионный и анионный обмен.
Первый происходит в основном благодаря отрицательным электрическим зарядам илистых частиц, кислотным
группам веществ, а также корням растений; второй в основном происходит из-за присутствия в почве
гидроокисей алюминия и железа, каолинита и других минералов, обладающих анионным обменом.
В процессе молекулярной адсорбции адсорбируемые молекулы нейтральны и удерживаются на
поверхности илистых частиц и гумусовых коллоидов двухполюсными силами, водородными связями и
дисперсионными силами.
Из ионов, содержащихся в почвенном растворе особенно важны ионы водорода. Концентрация этих ионов
определяет реакцию почвы (рН) и служит показателем кислотности или щелочности почвы. Реакция почв (рН)
варьирует от 3,5 (сильно кислая) до11 (сильнощелочная). Сильное закисление почвы — нежелательный эффект,
поскольку в этом случае появляется токсичный растворимый алюминий и снижается жизнедеятельность
микроорганизмов. Чем больше кислотность почв, тем выше, например, адсорбция тяжелых металлов в
растениях, а особенно кадмия.
Высокая емкость обмена катионов придает почве устойчивость к изменению рН среды и состава катионов,
а соответственно и высокую буферность. Это свойство почвы необходимо учитывать при оценке влияния
кислотных дождей, в частности, в оценке способности почвы задерживать сульфат-анион последних.
Помимо кислотных дождей, на поверхность почвенного покрова попадает широкий спектр загрязнителей
промышленного происхождения.
Наиболее высокий уровень загрязнения почв веществами, которые выбрасываются промышленными
предприятиями, характерен для местностей вблизи центров черной и цветной металлургии СССР. Так, на
расстоянии до 20 км вокруг Белово уровни содержания в почве свинца достигают от 111-29 ПДК, в Чимкенте —
340 ПДК, ртути вокруг Аайдаркане (Киргизстан) — до 100 ПДК. Более чем в 50 раз превышает фоновую
концентрацию содержание никеля в Мончегорске. Фтористыми соединениями загрязнены почвы в окрестности
предприятий Братска, Волгограда, Красноярска, Новокузнецка, где максимальное содержание общего фтора
превышает фоновое значение в 6-10 раз.
Предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности загрязняют почвы в
основном нефтепродуктами. Вокруг районов нефтедобычи в радиусе 1-2 км содержание нефтепродуктов в
почве заметно превышает фоновый уровень, при этом толщина загрязненного слоя нарушенных земель доходит
до 1, местам 2-х метров. Наибольшее загрязнение почвы нефтепродуктами отмечено на территории
Апшеронского месторождения, где среднее содержание нефтепродуктов превышает фоновую концентрацию в
32 раза, максимальные — 83 раза.
Кроме того, источником загрязнения почв являются золоотвалы предприятий энергетики, а также
бытовые и сельскохозяйственные отходы, что в совокупности с промышленными загрязнениями приводит к
снижению урожайности и ухудшению качества сельскохозяйственной продукции.
По отношению ко многим минеральным и органическим загрязняющим веществам почвы являются
фильтрами, — не даром их используют в очистных сооружениях и для очистки вод. Но это замечательное
свойство почв и создает в то же время главную опасность из загрязнения. В зависимости от количества и
состава гумуса, кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий, адсорбционной способности и
других свойств в почвах задерживается часть макро- и микроэлементов, поступающих с техногенным потоком.
Часть веществ, проникающая с почвенными растворами в более глубокие части профиля, встречает на своем
пути еще ряд почвенно-геохимических барьеров: это иллювиальные, глеевые или карбонатные горизонты почв,
задерживающие определенные группы элементов. Мощными геохимическими барьерами являются
торфянистые горизонты почв. В качестве механического и термического барьера выступает горизонт
многолетнемерзлых грунтов.
В зависимости от почвенно-геохимических условий часть удерживаемых в почвах элементов, в том числе
и высокотоксичные, переходит в труднорастворимые недоступные для растений формы, и они не включаются в
биологический круговорот. Другие элементы в этих же почвах образуют относительно мобильные, но все же
накапливающиеся формы, и поэтому опасны для биоты. Остальные образуют в этих же условиях
легкорастворимые формы, в почвах с промывным режимом выносятся периодически за пределы почвенного
профиля и поэтому представляют меньшую опасность. В почвах с застойным водным режимом, наоборот, эта
последняя группа растворимых и поэтому наиболее легкодоступных биохимически активных веществ насыщает
водоносные горизонты почвы, и представляют при слабом оттоке вод наибольшую опасность.
В почвах промывного типа степень опасности загрязнения подвижными формами загрязняющих веществ
зависит, кроме того, от механического состава почв. Так, она наименьшая для хорошо водопроницаемых
песчаных почв и увеличивается к менее водопроницаемым суглинистым и глинистым, а также к почвам с
чередующимися прослоями разного механического состава, которые создают местные водоупоры.
Опасность сохранения и накопления в почвах микроэлементов зависит, прежде всего, от
кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий. В аэрируемых кислотных почвах с
преобладанием окислительных условий (подзолистые почвы с хорошим дренажом) одна группа
микроэлементов, в т.ч. кадмий и ртуть, мигрируют и вымываются из профиля. Другая группа микроэлементов в
этих условиях дает слабоподвижные формы, они могут накапливаться в гумусовом и иллювиальном горизонтах
почв и быть доступными для растений с глубокой корневой системой. Среди них имеются также токсичные
микроэлементы: свинец, мышьяк, селен.
В кислых глеевых почвах подвижность большинства микроэлементов уменьшается, особенно если среди
загрязняющих веществ присутствует соединение серы. В этих условиях создается сероводородная среда и
многие металлы образуют нерастворимые или слаборастворимые сульфиды. В растворах остаются лишь
стронций, барий, избыток которых в застойных почвенных водах может создать неблагоприятную обстановку
для биоты. В практически неподвижные формы переходят молибден, ванадий, мышьяк, селен, сера.
Значительная группа элементов в кислых заболоченных почвах накапливается в относительно подвижных
и поэтому опасных для живого формах. Среди них могут быть свинец, хром, кобальт, медь, цинк, кадмий, ртуть.
Эти же элементы могут быть и в кислых не заболоченных почвах.
В слабокислых и нейтральных почвах с хорошей аэрацией (дерново-подзолистые, серые лесные, бурые
лесные, дерново-карбонатные), нерастворимые формы образуют соединения свинца. В этих условиях хорошо
подвижны, и поэтому при сезонном промывании почв могут выщелачиваться, соединения ванадия, цинка,
мышьяка, селена. Однако, большая группа элементов все же может задерживаться в гумусовом и иллювиальном
горизонтах этих почв в слабоподвижных формах (например, кадмий, ртуть). Следовательно, по мере
уменьшения кислотности почв опасность загрязнения этими элементами увеличивается.
В глеевых слабокислых и нейтральных почвах южной части таежной зоны и зоны широколиственных
лесов легко растворимы лишь соединения стронция. Большая часть микроэлементов в этих условиях дает
слабоподвижные формы, среди них мышьяк, селен и хром, которые и представляют главную опасность. Менее
опасен свинец, поскольку в этих условиях он практически неподвижен.
Рассмотренные закономерности естественно усложняются в зависимости от состава и количества гумуса,
коллоидов, особенностей гидротермического режима почв.
Столь же различна судьба попадающих на поверхность почв органических загрязняющих веществ, в том
числе пестицидов. Опасность загрязнения остаточными пестицидами усиливается вследствие того, что многие
первоначально нетоксичные соединения по мере разложения в почвах или в водоемах образуют стойкие
токсичные метаболиты, поэтому существенным моментом очищения среды является их полная минерализация.
Степень опасности загрязнения среды токсичными веществами зависит от уровня техногенной нагрузки
на территорию, состава и устойчивости загрязняющих веществ, условий разложения и рассеяния загрязняющих
веществ в почвах и сопредельных средах.
На пашнях по сравнению с лесом увеличивается скорость разложения органических веществ, что
объясняется возрастанием микробиологической активности пахотных земель по сравнению с целинными. Кроме
того, пахотные земли быстрее почв лесных массивов очищаются от органических веществ, в частности, от
пестицидов и гербицидов из-за большей их испаряемости в этих условиях.
Скорость разложения органических веществ по ландшафтным зонам и подзонам убывают с севера на юг в
соответствии с нарастанием теплообеспеченности почв. В одной и той же зоне скорость разложения зависит от
типа почвы и особенно мала в тундрово-глеевых и торфяно-болотных почвах, где органические загрязняющие
вещества могут сохраняться десятки и сотни лет. Существенно уменьшается скорость разложения органических
веществ в пределах одной и той же зоны при ухудшении аэрации почв, связанной с периодическим или
постоянным переувлажнением.
Поэтому наличие переувлажненных и заболоченных почв сильно ухудшает условия разложения
поступающих в ландшафт органических веществ. Особенно медленное разложение и длительную консервацию
загрязняющих органических веществ, в частности битумоидов, следует ожидать на всех болотных массивах, где
темп разложения даже природных органических веществ настолько мал, что возраст полуразложившихся
торфяных толщ в их нижних горизонтах измеряется тысячелетиями.
Таким образом, степень опасности остаточного накопления пестицидов в почвах возрастает с юга на
север, а в пределах каждой зоны — от песчаных почв к суглинистым и глинистым, от незаболоченных — к
переувлажненным и болотным.
Почвы, благоприятные для нормального роста и развития растений и позволяющие получать биомассу,
пригодную для кормления животных и питания человека, не должны содержать химические элементы в
концентрации выше допустимой.
Большинство растений для своего развития нуждаются в определенном количестве макро- и
микроэлементов, без которых они не могут нормально развиваться. Однако избыточное количество этих
элементов или присутствие некоторых токсичных элементов даже в очень небольших количествах могут
вызвать заболевание и даже гибель растений. Источником, вызывающим насыщение почв химическими
элементами в токсических концентрациях, является антропогенная деятельность. В условиях интенсивного
использования химических веществ в сельском хозяйстве, основные усилия по охране окружающей среды и
почв направлены на снижение уровня их загрязнения удобрениями, тяжелыми металлами и пестицидами.
Таким образом, почвенный покров на планете имеет довольно многообразные экологические функции
(как глобальные, так и региональные), которые он может нормально выполнять лишь в ненарушенном
состоянии. Поэтому охрана и рациональное использование почвенного покрова, как основы жизни на Земле,
является глобальной экологической проблемой.
К сожалению, почвенный покров и земельные ресурсы планеты находятся в бедственном состоянии.
Основное использование человеком почвы — это производство продуктов питания. В настоящее время в
мире не осталось резервных пространств для сельскохозяйственной эксплуатации, более того, площади,
пригодные для выращивания растений постоянно уменьшаются. Так, площадь сельскохозяйственных угодий РФ
в 1990 г. составила 217,5 млн.га, в том числе пашни — 133,5 млн.га, по сравнению с 1975 г. она уменьшилась
соответственно на 3,7 и 1,1 млн.га. Много теряется земель при добыче полезных ископаемых открытым и
подземными способами, при отводе земель для несельскохозяйственных нужд, неправильном осуществлении
мелиоративных мероприятий.
В большинстве стран производство продуктов питания увеличивается благодаря росту интенсивности
земледелия. В Европе и США продуктивность почвы практически достигла естественного предела,
определяемого наличием тепла и влаги. А слишком высокие нормы внесения удобрений, большой расход
ядохимикатов и специализация ферм ведут к отказу от сложных почвосберегающих севооборотов,
повсеместному усилению процессов эрозии почв, уменьшению в них содержания гумуса и увеличению
загрязнения. В масштабах больших географических зон разрушается структура почвы, она уплотняется под
воздействием тяжелой техники. Увеличение выноса питательных веществ с продукцией полей при
одновременном уменьшении количества внесенного в почву органического вещества приводит к снижению
плодородия почвы. В результате почве все труднее и труднее становится выполнять возложенные на нее
природой функции. Одним из наиболее губительных процессов является водная и ветровая эрозия. Скорость
эрозии сейчас превышает скорость естественного формирования и восстановления почвы. В РФ ежегодно
теряется около 1,5 млрд. т почвы в результате различных форм эрозии. В США потери верхнего слоя почвы
также находятся около этой величины. Эрозия — главная причина потери гумуса, которые на
сельскохозяйственных землях России в среднем составляют 0,64 т/га в год. За последние 20 лет его содержание
в почвах пашни снизилось на 8-30%. Недобор урожая на эродированных почвах достигает в среднем 36%.
Потеря природного плодородия приводит к необходимости постоянно увеличивать объем применения
удобрений. И во многих странах этот процесс достиг сегодня предела. Ни почва, ни сельскохозяйственные
культуры при периодических отклонениях от максимально благоприятного сезона не способны усваивать и
ассимилировать излишки многих минеральных солей, особенно нитратов и нитритов. В результате нитраты
накапливаются ив культурах, и в почве, из которой они вымываются в водоемы. Таким образом, нитраты —
канцерогены оказываются и в пищевых продуктах и в воде.
Эрозия почв вызывает усиление засух и опустынивания территорий. Ареалы опустынивания на юге
России, в тундре и горных районах быстро разрастаются. Только в Калмыкии и Дагестане площади подвижных
песков на пастбищах увеличились с 15 тыс. га в 1954 г. до 1 млн. га к настоящему времени и продолжают
возрастать ежегодно на 40-50 тыс. га. Быстрыми темпами идет опустынивание пастбищных земель в тундровой
зоне, особенно в Западной Сибири, в связи с добычей нефти и газа.
Огромное количество сельскохозяйственных угодий теряется в России ежегодно из-за неправильного
ведения оросительных и осушительных мероприятий, приводящих к засолению и заболачиванию почв,
повышению их плотности и как результат — потери плодородия. Площадь засоленных и солонцеватых почв в
России составляют 36 млн. га, т.е. около 17% общей площади земель. Опасные размеры приобрели процессы
заболачивания, зарастания угодий кустарником и мелколесьем. Площадь таких земель в РФ около 26,4 млн. га к
этому следует добавить быструю деградацию почв и потери ее продуктивности под действием кислотных
дождей. Повышенную кислотность имеют 42,7 млн. га сельскохозяйственных земель.
Свалка и выбросы промышленных отходов, строительство крупных животноводческих комплексов,
кислотные дожди, сбросы неочищенных вод ведут к загрязнению почв и продуктов питания.
Актуальной проблемой остается рекультивация земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых,
строительных и других работах, занятых под отвалами и карьерами. Общая площадь таких земель в России
составляет около 1,2 млн. га.
Большой урон почве наносят катастрофические природные и техногенные аварии типа Чернобыльской и
др.
Литосфера. Влияние деятельности человека
Литосфера — верхняя твердая оболочка Земли. Толщина литосферы под материками достигает 30-70 км,
под океанами 3-10 км. В литосфере можно выделить три слоя — верхний, представленный главным образом
осадочными горными породами, средний гранитный слой, отсутствующий под океанами, и нижний —
базальтовый слой более плотных пород.
Литосфера является практически единственным источником минеральных ресурсов, о чем мы говорили в
одной из предыдущих лекций.
В литосфере идет непрерывная реорганизация вещества, выделение и поглощение энергии,
сопровождающиеся изменением напряженно-деформированного состояния земной коры и взаимодействием
физических полей различной природы. Происходящие изменения лежат в основе глобальной эволюции земли и
ее геодинамики, приводящей к развитию эндогенных, экзогенных, гидрологических и атмосферных процессов.
Они протекают соответственно внутри и на поверхности литосферы, а также в поверхностной гидросфере и
атмосфере Земли.
На Земле нет ни одного элемента ландшафтной оболочки, который бы не испытал на себе прямого или
косвенного влияния эндогенных процессов. Поднятие огромных участков земной коры влечет за собой
расширение площади континентов, осушение части морского дна, соединение островов и материков,
возникновение морских и речных террас, оживление глубинной эрозии, усиление континентальности климата,
создает дополнительную возможность миграции наземных растений и животных. Поднятие ограниченных по
размерам территорий на значительную высоту, если оно не аннулируется процессами разрушения земной коры
экзогенными факторами, приводит к возникновению гористого рельефа, к увеличению разнообразия климатов,
к вертикальной поясности географических явлений со всеми вытекающими отсюда последствиями.
В результате опускания участков литосферы имеют место морские трансгрессии, подвергается абразии
суша, разъединяются материки, от них отчленяются острова, расширяются области океанического климата,
ослабевает эрозия, возрастает аккумулятивная работа рек, на Земле получает господство тенденция к развитию
равнинных форм рельефа, благоприятнее становятся предпосылки для миграции морских организмов.
К эндогенным процессам относятся и землетрясения, извержения вулканов, горные удары, выбросы газов
в горных выработках. Землетрясения порождают деформации на земной поверхности, меняют режим грунтовых
вод, стимулируют обвалы, оползни, оплывины. Извержения вулканов обогащают атмосферу пылью и
углекислым газом, вызывают преобразования рельефа, влияют на органическую жизнь, гидрографическую сеть.
Иными словами, рельеф, климат, почвы, реки, озера, подземные воды, растения, животные, горные
породы — все это рано или поздно, в большей или меньшей степени, в той или иной форме реагируют на
разнообразные движения литосферы, вызванные эндогенными силами.
В формировании облика планеты не меньшая роль принадлежит эндогенным процессам, являющимся
причиной денудации земной поверхности.
Среди экзогенных процессов наиболее разрушительными считаются оползни, обвалы, сели, провалы и
просадки поверхностей, подтопление, переработка берегов. Гидрологические и атмосферные явления включают
наводнения, цунами, ураганы, тайфуны, смерчи, смоги, грозы и др.
Совокупность эндогенных и экзогенных процессов является причиной круговорота веществ на планете.
Техногенное воздействие способно активизировать многие из перечисленных выше природных процессов,
что приводит к развитию аналогичных процессов природно-техногенного происхождения.
Несмотря на научно-технический прогресс, уязвимость нашего общества природными и
природно-техногенными катастрофами усиливается. В среднем на Земле число катастроф ежегодно возрастает
на 6%. Это связано с несколькими причинами: 1) техногенным изменением окружающей среды,
способствующим активизации катастрофических процессов; 2) возведением объектов повышенного риска
(АЭС, ГЭС, химпредприятий, транспортных магистралей); 3) ростом населения и развитием урбанизации.
Прошедшее десятилетие (1990-2000 гг.) по решению ООН было провозглашено Десятилетием борьбы за
снижение ущерба от природных катастроф. Принятие такого решения объясняется только что отмеченным
возрастающим развитием на Земле катастрофических природных процессов, которые приносят не только
огромный экономический ущерб, но и являются причиной гибели людей. По данным ООН, за последние 20 лет
от природных катастроф на Земле погибло около 2,8 млн. человек и пострадало в той или иной степени 820 млн.
человек.
Наиболее энергетически мощным природным процессом являются землетрясения, которые напоминают о
себе очень часто, особенно в последние годы. По экспертным оценкам, за 40 лет — с 1948 г. (Ашхабадское
землетрясение) до 1988 г. (Спитакское) на территории бывшего СССР погибло при землетрясениях до 200 тыс.
человек, а прямой материальный ущерб составил 40 млрд. долларов. Если учесть потери, обусловленные
срочными восстановительными работами, а также нарушением народнохозяйственных связей, то ущерб от
землетрясений исчисляется 3,3 млрд. долларов в год.
Среди гидрологических катастроф, происходящих на территории бывшего СССР, наиболее
разрушительными являются наводнения. Только по РФ потенциальной опасности затопление паводковыми
водами подвержена площадь около 50 млн. га, а площадь ежегодного затопления составляет от 3,бдо 5,6 млн. га.
Прямой среднегодовой ущерб отраслям народного хозяйства оценивается суммой от 2,3 до3,5 млрд. долларов.
Катастрофический характер могут принимать процессы, происходящие в криолитозоне в связи с
глобальным потеплением климата. Почти две трети территории России располагаются в высокоширотной зоне
Земли и покрыты многолетнемерзлой толщей пород. Согласно прогнозам, в условиях развивающегося
парникового эффекта и образования озоновых дыр именно этот регион становится зоной максимального
экологического риска, обусловленного нарушением циркуляции биогенных систем, повышением температуры и
интенсивности жесткой солнечной радиации. Это неизбежно приведет к нарушению и без того хрупких
северных природных экосистем, подвергающихся еще активному техногенному воздействию в связи с
промышленным освоением.
Повышение температуры и отступление многолетней мерзлоты будут сопровождаться огромным
экономическим ущербом, поскольку переход грунтов в талое состояние приведет к потере его несущей
способности, разрушению и деформациям огромного количества промышленных и гражданских объектов,
дорог, линий электропередач и т.д. Так, например, уже сейчас в зоне БАМа отмечаются существенные
изменения состояния пород и активизация экзокриогенных процессов. Анализ состояния восточного участка
трассы свидетельствует, что не менее 11% земляного полотна подвержено сильным деформациям, из-за которых
скорость движения поездов снижается в несколько раз, около 15% трассы находится в потенциально опасном
состоянии. Через 10-20 лет железнодорожное полотно, спроектированное без учета глобального изменения
климата, может на многих участках оказаться в состоянии, непригодном для эксплуатации.
Ущерб, наносимый природными и природно-техногенными катастрофами, может быть снижен на основе
прогнозирования развития этих процессов и научно-обоснованных мероприятий по инженерно-экологической
защите территорий. Они позволят уменьшить урон, причиняемый окружающей среде и повысить безопасность
проживания людей. Так, при правильном размещении дренажных и укрепительных сооружений удается
защитить территории и людей от пагубного воздействия оползней и селей, предотвратить размыв берегов
морей, водохранилищ; применяя специальные конструкции фундаментов, можно сохранить температурный
режим многолетнемерзлых грунтов, а проводя закрепление слабых грунтов, — снизить их сжимаемость и
предотвратить деформации сооружений при подтоплении и т.д.
Экологические условия любого природного региона обусловлены интенсивностью и видами техногенной
нагрузки. Техногенному воздействию подвергаются разные компоненты экосистем, в том числе и относящиеся
в литосфере, а именно: подземные воды, грунты, почвы, рельеф, горные породы, геологические процессы. Так,
при строительстве г. Верного (Алма-Аты) были вырублены большие площади лесов. В результате изменился
микроклимат, активно стали протекать процессы выветривания, разрушения горных пород, изменился водный
режим и т.п. и район Алма-Аты превратился в селеопасный благодаря техногенному воздействию. Сель 1921
года был катастрофическим для природы, сооружений и лишил жизни десятки тысяч человек.
Катастрофическим был сель и в 1973 г. Сели в этом районе стали проходит достаточно часто, хотя до
строительства города в этом месте они не наблюдались.
Размеры зон экологического влияния, степень и качество изменения геологической среды зависят как от
строения, структуры, свойств геологической среды, так и от типа источников техногенного воздействия,
которые часто переходят в источники загрязнения среды. Источниками техногенного воздействия могут быть
шахты, карьеры, подземные хранилища, хвостохранилища, отстойники, ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС, заводы и комбинаты
химической, нефтехимической и металлургической промышленности, нефтепроводы, водохранилища, плотины,
каналы, насыпи, котлованы, взрывные работы, сельскохозяйственные угодья, свалки твердых бытовых отходов,
автомагистрали и т.п. Разные источники техногенного воздействия оказывают разное влияние на геологическую
среду.
Остановимся более подробно на этом вопросе.
Особенно сильное влияние человек оказывает на литосферу своей геологической деятельностью. В
настоящее время в мире добывается около 400 видов минерального сырья. Основная доля их падает на горючие
ископаемые — нефть, газ, уголь. На их долю приходится примерно 85% мировой добычи.
Современный уровень техники позволяет добывать полезные ископаемые в огромных масштабах. Однако
высокие темпы добычи полезных ископаемых не сопровождаются соответствующим ростом полноты и
комплексности извлечения полезных веществ из земных недр. Потери ценного сырья при добыче, обогащении и
переработке достигают огромных величин. Так, в США только за 1940-1970 гг. потери ценного сырья в отходах
и отвалах составили более 20 млрд. т.
Сравнение мировых запасов полезных ископаемых с их добычей показывает, что проблема имеет два
аспекта. Общие запасы элементов в земной коре настолько больше добычи, что говорить об их исчерпаемости в
ближайшей перспективе не приходится, тем более, что многие химические элементы получают свойство
бесконечности в технологических циклах в результате многократного использования. Речь идет об
исчерпаемости промышленных запасов геологического сырья при существующей технологии его добычи из тех
концентрированных месторождений, которые природа создала за многие миллионы лет. Например, пригодные
для добычи руды урановые месторождения мира содержат около 5-8 млн. т, в то время как всего в земной коре
урана содержится 2500 млрд. т. Аналогичная картина имеет место и в отношении других металлов. Несколько
хуже дело обстоит в отношении органического сырья, но здесь ситуация не столь трагична, как это обычно
изображается.
Таким образом, проблема состоит в постепенном исчерпании промышленных запасов ряда полезных
ископаемых, извлекаемых из недр при современной технологии и экономики, т.е. залегающих в относительно
благоприятных условиях, на сравнительно небольших глубинах. Поэтому, горнодобывающая промышленность
во всем мире и в нашей стране вынуждена переходить к освоению месторождений с все более и более
сложными инженерно-геологическими условиями. Возрастает удельный вес месторождений, расположенных в
зоне многолетнемерзлых грунтов, в условиях Крайнего Севера, на обширных заболоченных площадях
Западно-Сибирской низменности. Растут глубины разведываемых и эксплуатируемых месторождений, переход
на глубокие карьеры при открытой разработке месторождений и на глубокие горизонты при шахтной добыче.
Надо заметить, что вопрос исчерпания даже промышленных запасов минерального сырья не является
бесспорным, поскольку разведанные геологические запасы составляют лишь небольшую долю того, что еще
может быть открыто. До сих пор мировые разведанные запасы важнейших видов минерального сырья не просто
увеличивались, но росли быстрее, чем их потребление.
Кроме того, не так уж бесспорен вопрос и о росте стоимости сырья по мере истощения богатых
месторождений и вовлечении бедных месторождений с малым содержанием элементов. Так, с 1925 по 1971 г.
среднее содержание металла в добываемой руде меди снизилось с 2,1% до 0,6%, однако это не привело к
катастрофическому росту стоимости и снижению ее добычи, а наоборот, добыча меди непрерывно растет.
Таким образом, проблема минеральных ресурсов литосферы весьма многоплановая и не сводится к
“полному исчерпанию” или “глобальному кризису ресурсов”.
Другой вопрос — нарушение литосферы в местах добычи, особенно в случаях добычи полезных
ископаемых открытым способом в карьерах. За год мире извлекается около 100 млрд. т полезных ископаемых,
включая руды, топливо, стройматериалы, а общее перемещение горных пород достигает 2-3 трлн. т. Создаются
специфические горнопромышленные ландшафты, подобные “лунным пейзажам”.
Характер и интенсивность изменений геологической среды, вызванных разработкой месторождений
полезных ископаемых, зависят от климата, рельефа, гидрогеологических условий, геологического строения,
современных геологических процессов и явлений и, кроме того, от способа добычи полезного ископаемого.
При существующих масштабах горных работ происходят существенные изменения всей
природно-геологической обстановки целых бассейнов и горнорудных районов:
1) меняется ландшафт местности, исключаются из землепользования и застройки огромные площади,
снижается комфортность среды обитания, вследствие создания в горнорудных районах отвалов
пустой породы, терриконов, хвостохранилищ;
2) изменяются гидрогеологические условия, нарушается водоснабжение целых промышленных районов
в результате проведения осушительных работ на месторождениях;
3) развиваются специфические инженерно-геологические явления — оседание земной поверхности в
результате извлечения из недр земли воды, нефти, газа, а также при сдвиге горных пород над
выработанным пространством;
4) меняются естественные физические поля, в первую очередь поле напряжений и геотермическое поле.
Последнее особенно динамично и наиболее быстро реагирует на изменения естественных условий в
районах многолетнемерзлых грунтов;
5) изменяется интенсивность, и даже направленность геохимических процессов окисления,
выветривания в результате аэрации подземных выработок, их осушения, изменения
гидродинамических условий.
Кроме этих локальных явлений возникают условия для развития последствий глобального характера. При
таких горных работах своего геологического будущего лишаются тела и сопровождающие их существование
процессы наиболее сложно организованные — месторождения полезных ископаемых. Возникают новые
механизмы стабилизации коровых процессов, что ведет к активизации глубинных разломов. Изъятие
промышленно перспективных веществ из литосферы без выяснения их значения для геолого-геофизической
стабилизации эволюции Земли означает начало общепланетарной дезорганизации.
Последние исследования по динамической геоэлектрике показывают, что рудные месторождения и
рудные узлы играют существенную роль в вертикальном перетоке электромагнитной энергии в системе
“литосфера -атмосфера — ионосфера” служа регуляторным механизмом в сбросе тектонофизических
напряжений путем электромагнитного излучения избытка энергии в верхнее пространство (в атмосферу и
ионосферу).
Следовательно, всюду, где месторождения и рудные тела были сильно загружены, следует ожидать
геодинамического отклика после изъятия этих руд. Медноколчедановые разработки купцов Демидовых в
прошлом веке дали отклик в 70-х годах нашего века в виде горных выбросов и газовыделения в Уральском
регионе. Наступившее расформирование вековых магнитных аномалий в Северном Казахстане вызванное
добычей руд в Казахстане привело к нарушению электромагнитной обстановки в атмосфере над этими
районами.
Изменения в геологической среде при разработке месторождений полезных ископаемых делают весьма
актуальными задачи управления инженерно-геологическими процессами, в т.ч. и прогноза этих процессов.
Причем, прогнозные оценки должны даваться уже на стадии детальной разведки и учитываться при
проектировании горных предприятий.
В преобразовании геологической среды исключительно большая роль принадлежит городам и
промышленным центрам. Это обусловлено тем, что город и геологическая среда едины и взаимосвязаны.
Природная среда влияет на город, город изменяет и природную среду.
Для современного крупного города характерно разнообразие воздействий его на геологическую среду.
Это связано с осуществлением многоотраслевого строительства: гражданского, промышленного, транспортного,
гидротехнического, горного, коммунального, с разнообразием типов конструкций, размеров и веса зданий и
сооружений, глубиной из заложения, нагрузок на грунты, напряжений.
Характер и интенсивность воздействия города на геологическую среду зависит от профиля, размеров и
возраста города.
Важнейшим компонентом геологической среды является рельеф поверхности земли. Естественный рельеф
территории под городом активно преобразуется в связи с застройкой, благоустройством, вертикальной
планировкой городских и промышленных территорий, с производственной деятельностью предприятий.
В ходе антропогенной эволюции рельефа наблюдаются следующие исторические закономерности: общее
нивелирование рельефа; уменьшение разницы высот; стирание геоморфологических граней — уступов, террас и
др.; постепенное исчезновение естественного микрорельефа; переход отрицательных форм рельефа (оврагов,
балок, мелких речных долин) в погребенное состояние; развитие антропогенного микрорельефа; преобладание
повышения отметок над понижением рельефа, главным образом, за счет извлечения и перемещения огромных
масс пород из недр Земли и накопления отходов производства и быта. Наиболее интенсивное изменение
рельефа характерно для городов горных стран.
Преобразование рельефа оказывает влияние на режим склоновых геологических процессов, выветривание
пород, состояние и физико-механические свойства пород и др.
Города и промышленные центры активно трансформируют подземную гидросферу, изменяя условия
питания,
стока,
разгрузки,
гидрологический,
уровенный,
температурный
режимы
и
-химико-бактериологический состав подземных вод. Воздействие городов и промышленных центров в
настоящее время проникает на большие глубины: в городах нефтепромыслового профиля на глубину 8-10 км, в
городах шахтной добычи угля и других полезных ископаемых — 2-4 км, в остальных городах — чаще до
100-300 м. Нередко гидрологические условия изменяются коренным образом: исчезают и появляются новые
водоносные горизонты, формируются специфические типы подземных вод, качественно отличные от
природных. На территориях градообразующих промышленных комплексов образуются зоны подпора или
депресионные понижения, нарушается сложившееся взаимодействие поверхностного и подземного стока;
перемещаются области питания и разгрузки, изменяются пути и скорости фильтрации;происходит загрязнение
подземных вод.
Для города характерно уменьшение атмосферного питания, увеличение конденсации влаги под зданиями,
сооружениями и водонепроницаемыми покрытиями, может увеличиваться или уменьшаться приток воды извне,
повышаться или понижаться уровень подземных вод.
Понижение уровня подземных вод обусловлено длительными откачками, мелиоративным осушением
территории с применением дренажных систем, уменьшением инфильтрации атмосферных осадков за счет
застройки, применения водонепроницаемых покрытий, водосточных систем, снегоуборки, вырубки лесов и
прочее. Оказывает влияние также искусственное уменьшение речных паводков, ликвидация водоемов и так
далее. Величина водопонижения колеблется от 0 до 300 м и более.
Повышение уровня подземных вод сопряжено со многими антропогенными воздействиями на
геологическую среду. Среди них наиболее существенны: подпор уровня рек, инфильтрация воды из
водохранилищ, каналов, прудов; орошение, утечки сточных вод, магазинирование поверхностного стока,
заводнение нефтегазоносных месторождений, оседание земной поверхности и другое. Повышение уровня
колеблется от 0,5 м до 100 м и более, чаще составляет 2-10 м. Максимальное повышение приурочено к городам
и промышленным центрам, расположенным в зоне влияния крупных и особенно горных водохранилищ. С
повышением уровня грунтовых вод связано широко распространенное явление — подтопление застроенных
территорий.
Подземные воды городов испытывают геохимические изменения в основном в направлении ухудшения
качества из-за загрязнения и повышения минерализации.
Породы, слагающие верхнюю часть литосферы, служат основанием, вместилищем, а иногда и материалом
для промышленных и гражданских сооружений. Огромное разнообразие воздействий градопромышленных
объектов на геологическую среду оказывает существенное влияние на состав структуру, химические,
физические и механические свойства пород. Среди антропогенных воздействий на породы различают прямые и
косвенные. Примером прямых воздействий могут служить: статические, динамические нагрузки, техническая
мелиорация и т.п. Примером косвенных воздействий являются: вырубка лесов, изменение микро- и мезоклимата
и т.д. Прямые воздействия обычно активнее.
Породы разного петрографического состава, генезиса и возраста неодинаково реагируют на
искусственные воздействия. В коре выветривания наиболее чувствительны породы, легко деформируемые под
нагрузками, при взаимодействии с водой, при изменении термических условий. Антропогенные изменения
пород и антропогенные геологические явления неразрывно связаны между собой и часто служат причиной
развития последних, например, сжатие пород и осадка, обводнение и просадка, замерзание и пучение,
выщелачивание и карст. До 70% всех деформаций и аварий зданий и сооружений связаны с антропогенные
геологическими явлениями.
Следует отметить, что отличительной чертой геологической среды городских и промышленных
территорий является формирование своеобразной специфической зоны в верхних слоях литосферы. В этой
среде природные геологические образования в той или иной мере замещены антропогенными накоплениями и
строительными объектами. Природные и искусственные элементы находятся здесь в тесном взаимодействии, а
геологические, прежде всего, гидрогеологические и инженерно-геологические процессы подчинены как
естественной (сезонной) ритмике, так и техническим циклам.
Еще одной не менее важной проблемой является реакция геологической среды на строительство
автомобильных дорог.
Рассматривая особенности дороги, которые существенным образом могут проявляться с точки зрения
воздействия на геологическую среду, прежде всего, следует отметить, что дорога может располагаться в самых
различных по рельефу, геологическому строению, гидрогеологии и климату районах страны и на различных
территориях, зачастую в таких условиях, в которых другие инженерные сооружения стараются не возводить.
Примером может служить строительство дорог на севере Тюменской и Томской областях, где заболоченность
достигает 90% и более.
Сооружение дороги всегда сопряжено с необходимостью исправления рельефа путем устройства насыпей
и выемок с соответствующим воздействием на геологическую среду. Ближайшим последствием создания этих
новых геоморфологических форм является изменение поверхностного стока, что может приводить к осушению
или переувлажнению прилегающей территории. Наблюдается изменение режима грунтовых вод. Наиболее ярко
это проявляется при вскрытии выемками водоносных горизонтов, что требует проведения необходимых
дренажных работ и приводит к существенному снижению уровня грунтовой воды на прилегающей территории.
Нарушение в результате строительства дороги естественного рельефа и условий поверхностного стока и
снегоотложения могут вызывать заметные изменения в процессе водной эрозии. В этом отношении наиболее
уязвимыми оказываются откосы выемок и насыпей, активными очагами повышенной эрозии служат также
водоотводные канавы, которые могут служить источниками оврагов. Серьезные проблемы возникают в
результате активации ветровой эрозии при строительстве дорог в песчаных пустынях. Ветровая эрозия может
усиливаться не только в пустынях, но и при строительстве на сильно пересеченной местности, где при выемках
вскрываются грунтовые слои, в природных условиях не подвергающиеся непосредственному воздействию
природно-климатических факторов. При определенных условиях эти породы могут начать интенсивно
выветриваться.
При сооружении насыпей грунтовая толща оснований насыпи претерпевает изменение напряженного
состояния. Увеличение при этом нормальных напряжений может вызвать процесс уплотнения грунта, особенно
содержащих “слабые” прослои (торф, илы, заторфованные грунты). Наиболее масштабные последствия может
иметь изменение напряженного состояния грунтовой толщи при сооружении земляного полотна на склонах, где
возможно развитие деформации ползучести и, как следствие этого, появление оползней.
При строительстве дорог имеет место изменение условий тепло-массообмена в верхних слоях грунтовой
толщи. Это явление, прежде всего, связано с условиями эксплуатации в зимнее время. Особенно заметным
может оказаться нарушение режима тепло-массообмена в районах распространения вечномерзлых грунтов,
сопровождающееся поднятием или опусканием верхней границы мерзлоты.
Влияние гидротехнических сооружений на геологическую среду в последнее время стал превращаться в
один из наиболее важных критериев оценки экономической целесообразности строительства крупных
гидротехнических комплексов.
Наблюдения за районами крупных водохранилищ (с глубиной 100 м и более) показали увеличение
сейсмической активности некоторых из них. Это увеличение проявляется в возрастании частоты относительно
слабых землетрясений с небольшой магнитудой и бальностью. Возбужденные землетрясения обусловлены
тектоническими деформациями земной коры, возникающими под влиянием дополнительной нагрузки от веса
воды водохранилища, физико-химических процессов, снижающих прочность пород, термодинамических
процессов, вызывающих дополнительные термоупругие напряжения.
Создание крупных водохранилищ нередко приводит к значительному изменению гидрогеологических
условий на больших территориях. Примером изменения таких условий может служить Каховское
водохранилище. Его влияние проявилось в нарушении режима взаимосвязи подземных вод, что привело к
подъему их уровней и переформированию подземного стока, в результате чего произошло смешивание
подземных вод разных горизонтов, изменение их химического состава и минерализации. В целом, качество
подземных вод заметно ухудшилось.
В донных отложениях водохранилищ наблюдается накопление токсичных элементов — ртути, меди,
мышьяка и других. При пересечении долинами рек ртутных проявлений, включая месторождения, возможно
повышение содержания ртути в воде на определенных участках. В частности, именно возможность такого
последствия явилось причиной остановки строительства Катюньской ГЭС.
Еще одним из интенсивных и массовых воздействий на геологическую среду является отбор подземных
вод на хозяйственно-питьевое водоснабжение.
При работе водозаборов происходит снижение уровней грунтовых вод, сработка напоров, осушение
водонасыщенных толщ и увеличение мощности зоны аэрации, исчезают родники, осушаются болота,
изменяются условия питания и разгрузки подземных вод. В результате нарушается водный баланс, изменяется
русловый режим, параметры поля напряжений, возникают суффозионно-карстовые явления, происходит
изменение водно-физических свойств пород и загрязнение подземных вод, используемых для питья. Из
сказанного видно, что в процессе водоотбора нарушаются условия взаимосвязи поверхностных и подземных
вод, претерпевает изменения геологическая среда и подземная гидросфера, которая является наиболее
динамичным компонентом геологической среды. Все это приводит к изменению общих природных условий, в
ряде случаев является причиной осадки земной поверхности, деформации сооружений.
Геоэкологические аспекты сельскохозяйственной деятельности
Экологические проблемы земледелия
Земледелие — один из наиболее древних видов человеческой деятельности. С целью обеспечения своего
существования человек занимается земледелием уже не менее 7-8 тысяч лет. При этом важно подчеркнуть, что
эта деятельность человека охватывает в тех или иных масштабах все природные пояса и зоны планеты, за
исключением климатически экстремальных полярных пустынь. За исторический период земледелия
значительная часть суши в той или иной степени прошла через земледельческое использование, что привело к
существенным природной окружающей среды.
В процессе земледелия человек настолько резко изменяет природные экологические условия среды своего
обитания, что в результате истощения и деградации земель, лесов и вод гибнут целые цивилизации
(Месопотамия, Семиречье, Карфаген и т.д.). Но на их месте или рядом через некоторое время возникали новые и
все шло своим чередом. Однако вздох человека по поводу того, что “жить становится все труднее”, по мере
развития истории человечества все более и более нарастал пока не достиг современного крика души об
экологическом кризисе планеты.
Самое первое влияние земледелия на окружающую среду и самое большое по объему — это уничтожение
природной растительности на огромной площади и замена ее растительностью культурных полей. Следствием
этого является: 1) замена большого разнообразия растительных видов, разнообразно приспособленных к
варьирующим природным условиям, на небольшое количество специфических “тепличных” видов; 2) резкое
снижение устойчивости растительных сообществ, состоящих из многих разнообразных видов, к
неблагоприятным воздействиям среды; 3) снижение общей биологической продуктивности и биомассы на суше
земного шара; 4) изменение природного биологического круговорота веществ и изъятие из него существенной
массы химических элементов;5) изменение природных радиационных и водного балансов крупных территорий;
6) изменение гидрологического режима крупных территорий; 7) уничтожение природных местообитаний
животных; 8)загрязнение атмосферы, гидросферы и педосферы; 9) деградация и потери почвенного покрова; 10)
нарушение эволюционно сложившихся связей организмов биосферы и замена их новыми связями.
Если проанализировать современные земельные ресурсы мира с точки зрения их биологической
продуктивности и влияния на нее человека, то получается следующая картина.
8% суши, представленные антропогенными пустынями и бедлендами, — это прямое наследие прошлой
сельскохозяйственной деятельности человека, земли, исключенные из биологической продуктивности за
историческое время.
На 38% суши биологическая продуктивность значительно понижена в результате деятельности человека,
из них 13% — это сельскохозяйственные земли, где в среднем биологическая продуктивность существенно
понижена по сравнению с природной (в широколиственном лесу она составляет 125 ц/га, в луговой степи — 120
ц/га, а на пашне — в среднем лишь 50 ц/га); 10% — это истощенные, выбитые сухостепные, полупустынные и
саванные пастбища; 15% — вторичные леса, кустарники, бамбучники, появившиеся на месте бывших
высокопродуктивных лесов в результате вырубки и распашки земли, преимущественно в системе
подсечно-огневого и переложного земледелия.
2% всей суши изъято из биологического обращения под города, постройки, дороги и т.п. и полностью
лишено биологической продуктивности.
Таким образом, на 48% суши в результате сельскохозяйственной деятельности человека биологическая
продуктивность либо утеряно вовсе, либо существенно снижена.
Вторым по своему объему влиянием сельскохозяйственной деятельности человека на окружающую среду
надо признать развитие ускоренной ветровой и водной эрозии почвенного покрова и связанные с этим потери
земельных ресурсов, о чем мы подробно говорили ранее. Потери эти огромны и пока в глобальном масштабе не
снижаются.
Культурные растения, как правило, обладают узким диапазоном приспособленности к
почвенно-климатическим условиям произрастания. Поэтому на Земле имеет место то там, то тут существенное
снижение продуктивности сельскохозяйственных культур либо в результате засух, либо вследствие избытка
атмосферных осадков, либо из-за заморозков или перегрева. Мировой недобор урожая вследствие этих причин
ежегодно достигает огромных размеров по сравнению с тем, что могли бы дать эти культуры в оптимальных
условиях. Важно отметить и то обстоятельство, что амплитуда колебаний урожаев постоянно возрастает по мере
прогрессивного роста средних урожаев, что, в частности, связано с уменьшением устойчивости новых
высокопродуктивных сортов к колебаниям погоды.
Аналогичное явление имеет место и в отношении болезней и вредителей сельскохозяйственных культур.
Одновидовые растительные сообщества очень легко поражаются на значительных площадях, что приводит в
годы вспышек к существенному снижению биологической продуктивности. И хотя человек изобрел массу мер
борьбы с вредителями и болезнями (ядохимикаты, севооборот, агротехника, биологические меры), проблема в
целом весьма далека от решения.
Очень важное значение имеет изменение биологического круговорота веществ природных экосистем при
их замене агросистемами, что приводит в общепланетарном масштабе и к изменению геологического
круговорота веществ. Так, вынос биофильных элементов в геологический круговорот после распашки
территории увеличивается от 2 до 10 раз в зависимости от зоны. Особенно разительные перемены произошли
при распашке целинных степей на черноземах: годовое поступление в почву здесь сократилось от 2,5 раз для
фосфора до 36 раз для магния. Естественно, такие радикальные изменения не могут не сказаться на состоянии
почвенного круговорота веществ, особенно если к этому добавить и развивающуюся эрозию почв.
Существенные проблемы в окружающей среде возникают в связи с использованием в земледелии
минеральных удобрений.
Из всей суммы вносимого в почву азота минеральных удобрений сельскохозяйственные растения
используют лишь 40-50%. Поскольку вносимые соединения азота относятся к легкоподвижным и
легкотрансформируемым, практически весь остаток неиспользованного в данный год азота либо вымывается из
почвы в виде нитратов, либо улетучивается в атмосферу в виде газообразных соединений; отсюда —
загрязнение атмосферы окислами азота, с одной стороны, загрязнение пресных вод нитратами — с другой,
эфтрофикация водоемов — с третьей.
Значительная часть фосфорных удобрений также не используется растениями и сносится с полей
поверхностным и внутрипочвенным и грунтовым стоком в гидрографическую сеть, опять же способствуя
эфтрофикации водоемов.
Неумеренное, сверхвысокое и несбалансированное применение минеральных удобрений в целях
получения большой массы продукции ведет к ухудшению качества пищевых продуктов вплоть до их отравления
избытком азота.
Многие ученые полагают, что минеральные удобрения — это вообще искусственное средство
сегодняшнего дня, а не долговременное мероприятие, направленное на улучшение почвы, в связи с чем широкое
применение минеральных удобрений ведет к расходу капитальных почвенных резервов и скрывает падение их
природного плодородия, о чем, в частности, свидетельствует уменьшение запасов гумуса в ряде пахотных почв.
Сложные проблемы возникают в связи с растущим использованием пестицидов и гербицидов в
земледелии, большинство из которых являются потенциально опасными для человека и других организмов.
Опасность их применения можно проиллюстрировать следующим примером. Исследование результатов
авиационного опрыскивания хлопчатника в Центральной Америке показало, что менее 50% применяемой дозы
попадает на те поля, для которых она предназначена, больше половины остается в воздухе и попадает на
окружающие пастбища. А затем оказывается в мясных и молочных продуктах, в водных источниках, в рыбе, в
птицах и в конечном итоге в человеке.
Земледелие нашего времени — это энергонасыщенное производство. Затраты энергии на единицу
продукции земледелия в мире все возрастают. Получение каждой последующей прибавки урожая стоит все
дороже в терминах энергетических затрат и эта проблема далека от ясности и требует специального
исследования. Тем не менее, быстрый рост потребления в земледелии энергетических ресурсов — это также
одна из проблем окружающей среды в целом.
Следующая проблема — это отходы сельскохозяйственного производства и связанной с ним
перерабатывающей промышленности. Годовое производство 1122 млн.т всех видов зерна сопровождается
образованием 1700 млн. т соломы, большая часть которой не используется и загрязняет среду. Огромные
отходы дает производство хлопка, производство и переработка сахарного тростника, свеклы и др. Годовое
производство твердых сельскохозяйственных отходов в США достигает 2 млрд. т, превышая отходы
горнорудной промышленности. Утилизация этих отходов — одна из крупных и трудно решаемых проблем
охраны и очищения окружающей среды. Главное препятствие решению этой проблемы — высокая стоимость
сбора, транспортировки и переработки сельскохозяйственных отходов и получаемых из них продуктов, не
выдерживающая экономического соревнования с производством той же продукции другими путями.
Существенное влияние земледелие оказывает на водный и гидрологический режим крупных территорий,
причем изменения могут быть разного направления и интенсивности. Если говорить в целом, то это усиление и
ускорение поверхностного стока в результате уничтожения естественной растительности и распашки больших
территорий. С одной стороны, это приводит к истощению грунтовых вод, исчезновению малых рек и родников,
усилению паводков и наводнений, усилению эрозии почвенного покрова, росту оврагов, обсыханию
водораздельных пространств, заиливанию русел и дельт рек. С другой стороны, развитие ирригации,
строительство водохранилищ и зарегулированность речных русел ведут к подтоплению и заболачиванию
огромных территорий.
Экологические проблемы ирригации
Орошаемое земледелие — единственное средство производства растительной продукции в засушливых
районах мира.
Ирригация была изобретена человечеством как полезное и благотворное средство. Она действительно
оказывает положительное влияние на экономику и на окружающую среду в целом: увеличение
сельскохозяйственной продукции, сохранение и улучшение почвенного покрова, смягчение климата, создание
местообитаний разнообразных диких животных. В то же время ирригация при ее нерациональном применении
влечет ряд побочных неблагоприятных последствий: подъем уровня грунтовых вод и подтопление ими больших
территорий, включая населенные пункты; засоление, осолонцевание, заболачивание и последующую потерю
почв; распространение болезней сельскохозяйственных культур, животных и человека; засорение полей.
Экологические проблемы ирригации начинаются уже при строительстве водозаборов и водохранилищ.
Забор воды из реки в ее верховьях или среднем течении влечет за собой понижение стока в межень и
неспособность реки справиться с разбавлением и выносом сбрасываемых в нее отходов —
сельскохозяйственных, промышленных и муниципальных стоков.
Накопление воды для целей ирригации вынуждает строить водохранилища. Негативные последствия
такого строительства многочисленны:
1) изъятие и затопление продуктивных земель речных долин, особенно плодородных пойменных;
2) подтопление и заболачивание больших площадей вокруг водохранилищ;
3) вынужденное переселение больших групп людей со всеми вытекающими отсюда социальными и
экономическими последствиями;
4) разрушение природных местообитаний диких животных, особенно при затоплении лесных
территорий;
5) развитие водных переносчиков заболеваний на обширных мелководьях (малярия, муха цеце,
шистосоматоз и др.);
6) развитие загрязненных берегов по мере изъятия воды из водохранилища;
7) аккумуляция ила в водохранилище, вызывающая заиливание водохранилища, недостаток или на
пойменных землях ниже по течению, усиление агрессивности чистой воды без ила и разрушение ею
земляных ирригационных сооружений;
8) ущерб рыболовству в низовьях реки и даже в море близ устья (после строительства Асуанской
плотины улов сардины в Средиземном море близ дельты Нила упал с 18 тыс. т до 500 т в год);
9) увеличение засоления почв и грунтовых вод в дельте;
10) распространение водных растений — “цветение”воды, развитие водного гиацинта.
Что касается подземных водозапасов, то использование их, особенно при интенсивной откачке приводит к
истощению ресурсов ниже предела возобновимости, а при откачке вод вблизи морских побережий создается
угроза интрузии солевой морской воды в подземный резервуар.
И это только начало проблем. Еще больше их возникает в пределах оросительной системы, на самых
орошаемых полях. К ранее упомянутому распространению болезней необходимо добавить:
1) загрязнение грунтовых вод путем выноса загрязнителей (нитраты и пестициды) из почвы (в
прибрежном районе Израиля концентрация нитратов в колодцах в 1955 г. в среднем была 16 мг/л, а в
1970 г. 50% колодцев имели содержание нитратов выше предельно допустимого в 45 мг/л);
2) загрязнение поверхностных вод возвратными водами с орошаемых полей солями, удобрениями,
пестицидами;
3) подъем и подтопление обширных территорий с последующим засолением и/или осолонцеванием
почв. Последнее является наибольшей проблемой всего мирового орошаемого земледелия при
отсутствии искусственного дренажа;
4) заиливание орошаемых полей осадками ирригационных вод, что может привести к закупорке
ирригационной сети, росту поверхности полей и прекращению функционирования ирригационной
системы;
5) ирригационная эрозия почв — эрозия по берегам каналов, эрозия при поливе по бороздам при
слишком больших градиентах, плоскостная эрозия при поливах напуском.
Средств борьбы с перечисленными негативными последствиями ирригации много. Однако широкое
использование их в глобальном масштабе сдерживается либо социальными факторами, либо экономикой
сегодняшнего дня.
Экологические проблемы животноводства
Как и земледелие, эта отрасль сельского хозяйства имеет еще более древнюю историю и много
разнообразных форм в связи с разнообразием природных условий планеты. В тундре — это кочевое
оленеводство, связанное со сменой зимних и летних пастбищ; в умеренных лесных, лесо-луговых и степных
зонах — это пастбищно-стойловое содержание скота при запасании кормов на сезон отсутствия зеленых
кормов; в засушливых холодных условиях — это отгонное скотоводство, а в засушливых теплых — кочевое
скотоводство, связанное с сезонной сменой пастбищ. Последнее время к этим традиционным формам
животноводства добавилось промышленно-стойловое откормочное содержание скота на огромных
животноводческих фабриках, включая птицефабрики.
Наиболее экологически стабильным и находящимся в равновесии с окружающей средой является
пастбищное оленеводство в тундрах, устойчивость которого, в частности, определяется оптимальной нагрузкой
животных на пастбища при очень низкой плотности населения в этих экстремальных климатических условиях.
Тундровое оленеводство до настоящего времени служит примером экологически сбалансированной
хозяйственной деятельности человека и не имеет негативных последствий для окружающей среды, давая в
целом только положительный эффект, хотя местами и временами некоторые экологические проблемы
возникают и в тундрах в связи с циклическими природными или антропогенными нарушениями отдельных
звеньев пищевой цепи.
Влияние пастбищно-стойлового животноводства умеренного пояса на окружающую среду более ощутимо.
Это проявляется в загрязнении среды продуктами и отходами животноводства. Имеют место следующие виды
загрязнения: а) загрязнение гидрографической сети отходами боен, мясоперерабатывающих и молочных
предприятий; б) загрязнение водоемов экскрементами животных, включая массы навоза вокруг ферм, особенно
вблизи промышленных откормочных ферм, содержащих тысячи голов скота; в) загрязнение почвы вокруг ферм
избытком навоза.
Навоз всегда использовался как ценное органическое удобрение. Однако для промышленного
животноводства навоз — это только загрязняющий отход, вывозка которого стоит дорого и ложится
дополнительным бременем на стоимость продукции; для земледелия — вывозка и равномерное внесение в
почву тоже дорого, да и агрохимики обещают прибавку в урожае более простым химическим методом. В целом
же это оборачивается потерями для тех и других, а самое главное, — почва не получает органику, кроме того,
загрязненная навозом почвенная и водная среда — это источник огромного количества патогенных
микроорганизмов и паразитов человека и животных.
Одной из социальных причин сложившегося положения с навозом служит прогрессирующее до
последнего времени отделение животноводства от земледелия и перевод его на промышленную основу.
Земледелие служит для животноводства лишь поставщиком кормов. Обратной связи между ними нет, а это уже
существенное нарушение экологически сбалансированного природного цикла веществ.
В экологически сбалансированной агроэкосистеме взятые из почвы химические элементы и углерод
органических соединений должны с навозом и другими отходами животноводства возвращаться в почву для
поддержания ее плодородия. Если этого нет, развиваются два неблагоприятных последствия для окружающей
среды: ее загрязнение и истощение почвы с последующим падением урожаев.
В засушливых регионах мира главная экологическая проблема пастбищного скотоводства — постепенное
истощение пастбищ при их перегрузке, уничтожение растительного и почвенного покрова, прогрессирующее
опустынивание.
Первичная биологическая продуктивность засушливых экосистем, лимитируемая недостатком воды,
небольшая. Если нагрузка скота на таком пастбище превышает допустимую норму, то отчуждается не только
годичный прирост, но и аккумулированный запас фитомассы, что неизбежно приводит к пастбищной
деградации и разрушению природной системы. Так было много раз в истории человечества: практически все
разбитые подвижные пески мира (Сахара, Аравия, Каракумы и др.) — это наследие былого неумеренного
скотоводства. Этот процесс продолжается и сейчас. Причина этому — либо повышенный спрос на продукты
животноводства (главная причина для Калмыкии, Бурятии, Туркмении, ряда стран Америки, Азии, Африки),
либо социальные факторы (в ряде стран скот не только, а иногда и не столько, товар, сколько главное достояние
семьи. Количеством голов скота определяется благосостояние человека: его дают в приданое при браках и
обменивают на другой товар, им платят долги и т д. Чем больше скота, тем богаче человек. Следствие — рост
перегрузки пастбищ скотом в связи с ростом населения, борьба за продуктивные пастбища, за водопои,
истощение пастбищ, опустынивание).
Биосфера. Влияние деятельности человека.
Биосфера — область распространения живого вещества на Земле, в формировании которой живые
организмы играли в прошлом и играют в настоящее время основную роль.
Современная биосфера представляет собой сложную систему, состоящую из многих компонентов,
которые включают всю живую и неживую (среда обитания) природу. Она охватывает часть атмосферы,
гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биогеохимическими циклами миграции веществ и
энергии.
Как всякое образование биосфера обладает некоторым набором свойств.
Биосфера — это система с прямыми и обратными (отрицательными и положительными) связями,
которые в конечном счете обеспечивают механизмы ее функционирования и устойчивости. Центральным
звеном биосферы выступают живые организмы (или, как мы только что назвали, живое вещество). Это свойство
и его роль в биосфере всесторонне раскрыто еще В. И. Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается
человеком и в настоящее время: в центр биосферы ставятся интересы только одного вида — человека, что в
конечном итоге отрицательно сказывается на нем же самом.
Биосфера — открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она
испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Солнечная активность
оказывает воздействие на многие геологические процессы (катаклизмы, катастрофы), на численность отдельных
видов или популяций, а также на социальную активность человеческого общества или отдельных его этносов.
Биосфера — саморегулирующаяся система, для которой характерно состояние гомеостаза, т.е.
способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда
механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и
функциями. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительны
по масштабам, но справлялась с ними (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясение,
горообразование) благодаря действию гомеостатических механизмов и, частности, механизма, основанного на
принципе, который в настоящее время носит название Ле Шателье-Брауна: при действии на систему сил,
выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором
эффект этого воздействия ослабляется.
Опасность современной ситуации связана прежде всего с тем, что нарушаются многие механизмы
гомеостаза если не в планетарном, то в крупных региональных планах. Их следствие — региональные кризисы.
В стадию глобального кризиса биосфера, к счастью, еще, по-видимому, не вступила. Но отдельные крупные
возмущения она уже гасить не в силах. Результатом этого является либо распад экосистем (например,
расширяющиеся площади опустыненных земель), либо появление неустойчивых, практически лишенных
свойств гомеостаза систем типа агроценозов или урбанизированных комплексов.
Биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием. Последнее обуславливается многими
причинами и факторами. Это и разные среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и
разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и
другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); и,
самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным
им видовым составом.
В настоящее время описано приблизительно 2 млн. видов. Полагают, однако, что число видов на Земле в
2-3 раза больше, чем их описано. Кроме того, современный видовой состав — это лишь небольшая часть
видового разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за период ее существования. Дело в
том, что каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10-30 млн. лет), и поэтому с учетом
постоянной смены и обновления видов, число их, принимавших участие в становлении биосферы, исчисляется
сотнями миллионов. Считается, что к настоящему времени из биосферы выбыло более 95% видов, когда-либо
существовавших на Земле.
Для любой природной системы разнообразие — одно из важнейших ее свойств. С ним связана
возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими (например, на видовом или
популяционном уровнях), степень сложности и прочности пищевых и других связей. Поэтому разнообразие
рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это свойство
настолько универсально, что сформулировано в качестве закона, получившего название закона Эшби.
Исчезновение одних видов и появление других — это нормальный процесс, но, к сожалению, с
появлением человека процесс замены одних видов другими сменился все ускоряющимся процессом убыли
количества видов. Так, особенно быстро стали исчезать с лица Земли виды в эпоху плейстоцена, и этот процесс
усилился в конце вюрского периода (11 тыс. лет назад). Так, если в четвертичном периоде скорость
исчезновения видов составляла 150 родов за 1 млн. лет или 1 вид за 50-100 лет, то за последние 400 лет скорость
исчезновения видов составила 1 вид за 2,7 года. За это время исчезло только высших животных150 видов.
Все эти факты свидетельствуют о том, что в исчезновении видов большую роль сыграл человек со своей
цивилизацией. По подсчетам ученых, как это было отмечено в резолюции об усилении работ по сохранению
биологического разнообразия на Генеральной ассамблее ООН по охране окружающей среды в июне 1992 г. в г.
Рио-де-Жанейро, на земном шаре в течение суток погибает более 100 видов живых организмов. Особенно
быстро исчезают виды в тропических странах, экосистемы которых сильно нарушаются рубками леса и
пожарами.
Согласно данным Международного Союза охраны природы и природных ресурсов (МСОП) и Мирового
фонда дикой природы (МФП), к началу 1990 года на Земле под угрозой исчезновения находилось 2170 видов,
2357 видов относилось к категории экологически уязвимых, 4600 — к категории рискованно редких. В
материалах ООН указывается, что если в тропической зоне (бассейн Амазонки и др.), где сосредоточено около
50% мирового фонда растений, уничтожение лесов будет продолжаться такими же темпами, то в ближайшее
время может исчезнуть около 15% мирового фонда высших растений.
Уменьшение видового разнообразия создает угрозу нормального функционирования биосферы. Поэтому
среди приоритетных глобальных экологических задач Международная комиссия оп окружающей среде и
развитию, особе выделяет охрану биологических видов и природных экосистем, обеспечивающих человечество
возобновляемыми ресурсами и поддерживающих экологическую стабильность окружающей среды. О
сохранении биологического разнообразия заострялось внимание в Венесуэле в Каракасской декларации в 1992
году и в Софии в 1995 году.
Потеря разнообразия, а именно, сокращение количества видов живых организмов, разрушение и
уменьшение размеров местообитаний, естественных сообществ, представляет в настоящее время существенную
угрозу для природы и будущего человечества.
Биологическое разнообразие экономически очень выгодно. Так, около 4,5% валового национального
продукта США (примерно 87 млрд. долл./год) получают за счет диких видов. Сорт дикой пшеницы из Турции,
не культивируемой в сельскохозяйственном производстве, был использован для привития сопротивляемости
болезням различных сортов коммерческой пшеницы, в результате чего только в США ежегодная выгода
составляет 50 млн. долл. Стоимость лекарств, производимых в год в мире из дикорастущих растений, составляет
около 40 млрд. долл. В 1960 г. только 1 ребенок из 5 больных лейкемией имел шанс выжить, а теперь — 9 из 10
благодаря лечению лекарственным препаратом, обнаруженном в тропическом растении Rosy pewinkle, родина
которого — тропические леса Мадагаскара.
К сожалению, практически вся без исключения деятельность человека подчинена упрощению экосистем
любого ранга. Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в
короткое время получить значительный объем нужной продукции, но за это приходится рассчитываться
снижением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.
Следует подчеркнуть, что значимость разнообразия для природных систем в значительной мере
действительна и для социальных структур. Всякое стремление к упрощению социальной структуры общества,
перевод ее на однообразие, авторитаризм может дать кратковременный положительный эффект, за которым
неминуемо проявляются отрицательные последствия.
Биосфера — система, обладающая механизмами, обеспечивающими круговорот веществ и связанную с
этим неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. При отсутствии круговорота,
например, за 6-7 лет был бы исчерпан весь запас свободной углекислоты. Только благодаря круговоротам
обеспечивается непрерывность процессов в биосфере.
Всякий круговорот может осуществляться только при определенных затратах энергии, источником
которой является Солнце.
Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ — геологический, или большой,
круговорот и малый, биологический (биотический), круговорот.
С появлением на планете человека состояние биосферы во многом стало определяться его хозяйственной
деятельностью, которая изменяет биосферу, создает новую среду обитания для всего живого, в том числе и для
себя.
Прежде всего влияние человека на биосферу связано с добываем пищи. Это вызывает необходимость
возделывать и обрабатывать землю во все возрастающем масштабе, постоянно расширять промышленное
производство, при этом происходит загрязнение биосферы опасными для жизни веществами и в первую очередь
такими, которые не вовлекаются в круговорот и накапливаются в ней. При этом главную опасность
представляет не количество, а качество этих отходов. Многие из них не используются микроорганизмами, не
распадаются и не окисляются. Несомненно, в современных условиях начинает осуществляться коренная
перестройка биосферы, в первую очередь ее растительного и животного мира, о чем можно судить хотя бы по
приведенным ранее данным о количестве исчезающих видов.
Жизнь любого организма во всех формах ее проявления возможна только при постоянном взаимодействии
с окружающей средой, которую составляет неорганическая и органическая природа и представленная на
планете соответствующими ландшафтами.
Существует большое количество классификаций ландшафтов. В данном случае нами рассматривается
наиболее простая классификация ландшафтов, которая отражает энергетическую основу их функционирования
и степень антропогенного воздействия.
По уровню воздействия на природу со стороны человека выделяются естественные,
антропогенно-естественные и антропогенные ландшафты. В порядке перечисления возрастает интенсивность
антропогенных нагрузок, которые качественно различаются во всех этих категориях ландшафтов. В обратном
направлении в этих ландшафтах увеличивается влияние природных факторов на человека.
Естественными ландшафтами называются ландшафты, которые не испытывают вовсе, или испытывают
лишь косвенное антропогенное воздействия. К естественным ландшафтам относятся ландшафты в мало и
средне обжитых человеком регионах, биосферные заповедники или уникальные заповедные экосистемы.
Практическая роль естественных ландшафтов исключительно велика и заключается в возможности их
использования для определения показателей загрязнения, величины которых могут быть приняты за фоновые
для региона, континента, планеты в целом и могут быть использованы при создании местных оценочных и
прогнозных шкал при оценке земель и геоэкологических прогнозах.
К антропогенно-естественным ландшафтам (природно-хозяйственным территориальным комплексам)
причисляются те, прямое воздействие на которых со стороны человека приводит к замещению биоты без
изменения их местоположения и структуры. К таким ландшафтам главным образом относятся
сельскохозяйственные угодья, а также некоторые лесохозяйственные (лесосеки с выборочной вырубкой и др.) и
парковые территории. Физико-географические и экологические свойства ландшафтов этой категории находятся
под совместным и соизмеримым друг с другом контролем естественных и антропогенных факторов
распределения вещества и энергии. В целом обеспеченность антропогенно-естественных ландшафтов теплом,
влагой и различными (полезными и вредными) компонентами, их распределение и перераспределение
определяются естественными вещественными и энергетическими потоками.
Антропогенные ландшафты (хозяйственно-территориальные комплексы) созданы в результате: полного
уничтожения отдельных не только биотических, но и абиогенных компонентов; замещения последних
рукотворными материалами, сооружениями и средой в целом. В их число входят территории населенных
пунктов и промышленных предприятий, комплексы техногенных форм земной поверхности, зоны вдоль
транспортных артерий.
Несмотря на то, что формирование этих ландшафтов определяется в основном антропогенными
факторами, не следует исключать хоть и сильно заглушенное и искаженное, но всегда имеющее место влияние
на них естественных (прежде всего гидроклиматических) условий и процессов. При относительной сохранности
изначальных рельефов и структуры в антропогенных ландшафтах может проявляться естественная
дифференциация и даже осуществляться в соответствии с ней частичная регенерация ранее утраченных свойств.
Если изначальная структура и рельеф не сохранены, то естественные условия и процессы, такие как
распределение прямой солнечной радиации, поверхностный и подземный стоки, будут оказывать уже влияние в
соответствии с вновь созданным техногенным рельефом и структурой.
Примером таких ландшафтов могут служить антропогенные ландшафты на рекультивированных землях
— в пределах отработанных карьеров, свалок промышленных и бытовых твердых отходов. После создания
техническими средствами их основы (вновь образованной земной поверхности) они развиваются в зависимости
не только от этой основы, но и от естественных фоновых физико-географических условий и местных
особенностей тепломассопереноса — распределения и перераспределения влаги, прямой солнечной радиации,
конвективного тепла, вредных и полезных веществ. Вследствие этого антропогенная изначальность данных
ландшафтов затушевывается естественно протекающими процессами рельефо- и почвообразования, развития
биоценозов, формирования поверхностных и подземных вод, а также микроклимата.
Воздействие человека на биосферу многообразно. Одним из таких воздействий, имеющих глобальное
значение, является вырубка лесов.
Скорость сокращения лесов поистине устрашающая. Например, еще в первые веки нашей эры большая
часть Европы была покрыта девственными лесами. И эти леса безжалостно вырубались, а иногда и выжигались.
Существовало даже религиозно-этическое обоснование уничтожения лесов: леса — свидетели дикости страны,
господства язычества и варварства. В средневековой Франции король нередко жаловал лесными угодьями тех
дворян, которые давали обещания вырубать леса.
Вместе с лесами стремительно исчезали их обитатели — медведи, лоси, туры, серны, зубры, многие
птицы. Так полностью исчез родоначальник домашнего рогатого скота — европейский тур — обитатель
девственных лесов. Ныне в Европе уже не осталось первичных девственных лесов. Все сейчас существующие
— вторичные, либо самовосстановившиеся после рубок, либо рукотворные, насаженные человеком.
Ненамного лучше обстоят дела и в других частях света. Так, еще 300 лет назад половина территории США
была занята лесом, теперь леса покрывают лишь 29% площади страны.
Леса — главная защита человечества от медленно растущей концентрации углекислоты в атмосфере
Земли. Глобальные последствия сведения лесов связаны с изменением круговорота углерода, воды, теплового
баланса и климата планеты. Причем, главным, определяющим все остальные процессы, является изменение
круговорота углерода.
Самые крупные лесные массивы, остающиеся в мире, находятся в России и в Бразилии. В Бразилии
тропический лес в 1987 году занимал 5,6 млн. км2, т.е. около 66% территории страны. В России в 1988 году леса,
в основном северная тайга, занимали 8,1 млн.км2, то есть они покрывали 36,6% всей территории страны.
Многоярусный бразильский лес, расположенный по обе стороны экватора в долине реки Амазонки и
распространяющийся еще почти на 2 млн. км2 по Перу, Колумбии и Венесуэле, при равной с тайгой
территорией играет значительно большую роль в экологии Земли, т.к. использует примерно в 10 раз больше
солнечной энергии, чем медленно растущие северные леса. Поэтому так актуальна всемирная, но
малоуспешная, кампания по спасению тропических лесов.
В последние 10 лет тропические леса быстро уничтожаются и не столько ради древесины, а сколько для
того, чтобы освободить землю для посадки сельскохозяйственных культур и скотоводства. Так, если в начале
века было на планете около 15 млн. км2 влажного тропического леса, то за 90 лет его площадь уменьшилась в 2
раза. Причем ежегодно срезается или сжигается от 10 до 20 млн. га этого леса.
За русские леса мир не испытывает такой тревоги — не только потому, что они в меньшей мере влияют на
земной климат, но и потому, что их площадь в последнее десятилетие увеличилась (лесами и кустарниками
зарастают поля вокруг заброшенных в России более 50 тысяч деревень).
Примерно до 1960 года зеленая растительность Земли была способна поглощать всю избыточную
углекислоту, производимую индустрией мира. Очень большую роль в этом играли и водоросли немного
увеличивалась. Однако дальнейшее увеличение роли водорослей в усвоении углерода ограничено недостатком
многих элементов минерального питания в морской воде и нарушением морских биоценозов избыточным
выловом рыб.
Расчеты показывают, что для стабилизации углекислоты в атмосфере площадь тропических лесов должна
быть увеличена на 5 млн. км2, т.е. общая площадь этих лесов должна быть на уровне начала века. И кроме того,
должны быть восстановлены леса на других территориях. В частности, в США должны быть произведены
лесопосадки на 2/3 ее территории.
Принято считать, что наша страна — самая богатая лесная держава. Действительно, Россия занимает
первое место в мире по площади лесов и по запасам древесины. Расчетная лесосека составляет около280 млн.
кубометров леса, а в середине 80-х годов она использовалась лишь на треть. Значит ли это, что выруб леса
можно значительно расширить. Нет. Лучшие лесные массивы, расположенные на юге Сибири, уже сильно
истощены: почти не осталось кедра, насаждения сосны за послевоенные годы сократились на половину.
Искусственное восстановление лесов даже в лучшие годы не превышало шестой части от вырубаемых. Уже
отмеченное зарастание полей кустарниковой и древесной растительностью не дает нужного биосферного
эффекта, поскольку по биологической продуктивности оно уступает девственным лесам. При таком
хозяйствовании лесные ресурсы Сибири могут быть исчерпаны за 30-40 лет. Результатом явится не только
исчезновение сибирской тайги вместе с ее исконными обитателями, но и разрушение лесных почв, изменение
гидрологического режима на огромной территории, изменение климата, уменьшение речного стока, рост
загрязненности водных артерий.
На величине площадей леса сказывается не только их вырубка, но и пожары, как природного, так и
антропогенного происхождения. Только в России за год в среднем происходит от 10 до 30 тысяч лесных
пожаров, охватывающих от 0,5 до 2 млн. га леса. Причем, как показывает анализ причин, до 90% этих пожаров
вызвано действиями человека, и частота таких пожаров все время увеличивается. Не меньше от пожаров
страдают леса Амазонки, но, если в России причина пожара, как правило, небрежность или халатность человека,
то в Амазонке, преднамеренный выжиг, о чем мы уже говорили ранее.
Имеющее на Земле место потепление климата за счет накопления парниковых газов, в том числе и
углекислоты, ни у кого не вызывает сомнения. Причиной этого наравне с другими является и уменьшение
площади лесов. Однако быстрое общее потепление в свою очередь приведет к быстрой гибели лесов до их
перемещения в новые регионы. Отдельные виды животных погибнут, если естественные для них условия
обитания и климат сместятся в новые области. Но будут погибать не только отдельные виды, но и целые
генотипы, т.е. специфические комбинации генов, образовавшиеся в каждой определенной местности в ходе
естественного отбора на протяжении многих поколений. При таких условиях лесные зоны обычно заменяются
зонами кустарника, травяными зонами или саванной. Эффект таких смещений географических зон приводит к
сокращению территорий, пригодных для жизни животных, а также людей. Эта редукция означает не просто
уменьшение жизненного потенциала на Земле, но и систематическое обеднение земной фауны. Это не
предвиденный ранее всплеск гибели биоты и недооцениваемый в настоящее время эффект дестабилизации
глобального климата.
Обычно такие переходные периоды вызывают появление новых видов, для которых эти условия
благоприятны. При этом эволюционный процесс идет в сторону уменьшения размеров особей, которые
обладают высокой репродуктивной особенностью и способностью захватывать большие ареалы. Среди
растений это широко распространенные сорняки; среди животных сюда относятся вредители и паразиты.
Еще одной острейшей проблемой современной биосферы является опустынивание. Опустынивание — это
процесс деградации почв, вызванный изменением климата и деятельностью человека. Опустынивание является
прямым следствием уменьшения площади лесов и связанным с этим изменением круговорота воды. Наиболее
явным последствием опустынивания, как мы уже отмечали ранее, являются деградация пастбищных угодий и
падение производства продуктов питания. Опустынивание сопровождается снижением биологической
продуктивности земель, сменой доминантов растительного покрова, уменьшением урожайности пастбищ,
развитием ветровой эрозии и т.п. В последние годы человеческая деятельность достигла таких размеров, что
стала определяющей причиной опустынивания. Уничтожение растительного покрова, перевыпас пастбищ
приводят к изменению альбедо земной поверхности, что влияет на климат. Засухи и опустынивание являются
причиной бедности и голода. В середине 80-х годов около 3 млн. человек погибло в результате засухи в странах
Африки к югу от Сахары. В 1977 г. в Найроби состоялась Международная конференция ООН по проблемам
опустынивания, которая приняла план действий по предотвращению опустынивания земель; однако положение
с тех пор не улучшилось. Более того, опустынивание начало охватывать степные территории.
Общая площадь пустынь мира составляет 48 млн. км2 или 36,3% поверхности суши, причем
антропогенные пустыни составляют 9 млн. км2 или 6,7% поверхности суши. Более того, уже 70% всех
засушливых земель планеты ощущают опустынивание. Так, только в Северной и Южной Америке из 25 млн. га
орошаемых земель — 4 млн. га (16%) подвержено опустыниванию, а из 57 млн. га пашни — 40 млн. га (70%), а
из 729 млн. га пастбищ — 610 млн. га (84%). Засушливые земли мира деградируют со средней скоростью 5,8
млн. га/год.
Одним из главных способов борьбы с опустыниванием является посадка деревьев, способных
восстановить круговороты веществ.
Геоэкологические проблемы функционирования природно-технических систем
Геоэкологические проблемы энергетики
Уровень энерговооруженности человеческого труда в XX в. растет беспрецедентными темпами, никогда
не наблюдавшимися в течение многих тысячелетий. И хотя человек всегда пользовался какими-то
энергетическими ресурсами, то энергетика, которую мы знаем теперь, — это явление XX века; раньше ее просто
не было.
Ускоренный рост энергетики связан прежде всего с расширением промышленного производства и
энерговооруженности и энергоемкости, а также с ростом народонаселения. Развитие современной
научно-технической революции и энергетики шло параллельно, взаимно обуславливая друг друга. Главным
потребителем энергии всегда была промышленность, хотя другие отрасли хозяйства также развивали свою
энергоемкость.
В природе действует закон снижения энергетической эффективности природопользования: с ходом
исторического времени при получении из природных систем конечной продукции на ее единицу в среднем
затрачивается все больше энергии, соответственно увеличивается и энергетические расходы на 1 человека. Так,
с начала века количество энергии, затрачиваемой на производство единицы сельскохозяйственной продукции в
развитых странах возросло в 8-10 раз, в промышленности — в 7-12 раз.
Существенные изменения произошли и в энерговооруженности каждого отдельного жителя планеты, т.е. в
производстве энергии на душу населения, которое за 80 лет нашего столетия выросло в 4,5 раза.
В разные периоды развития энергетики преобладали разные виды используемых энергетических ресурсов.
С 1900 по 1980 гг. доля ресурсов в мировом производстве энергии изменилась следующим образом: угля
— снизилась с 76 до 26%; нефти — возросла 3 до 38%; природного газа — возросла с 1 до 21%; дров и торфа —
упала с 18 до 3%; ядерного топлива — возросла с 0 до 8%; всех остальных энергетических ресурсов — выросла
с 2 до 4%.
Существенно к концу века изменилась и структура использования энергетических ресурсов. Так, если в
1940 г. в СССР на непосредственное использование шло 84% добываемого топлива и только 16% на
производство электроэнергии, то к 1975 г. на производство электроэнергии тратилось уже 47%.годовое
потребление энергетических ресурсов мира возросло с 950 млн. т условного топлива в 1900 г. до 12200 млн. т в
1980 г., или в 13 раз.
Основным источником для получения энергии было и пока остается ископаемое топливо — уголь, нефть,
природный газ, торф, на их долю в общем энергетическом балансе приходится до 70%. Доля возобновляемых
энергоресурсов в настоящее время в общем потреблении варьирует по странам от 80 до 5%.
С начала своего развития человечество использовало (сожгло) 80-85 млрд. т условного топлива, причем
половину этого количества за вторую половину XX века. Все существующие оценки геологических запасов
горючих ископаемых весьма приблизительны, однако в любом случае они конечны и их исчерпание неизбежно.
В такой ситуации, естественно, человек ищет другие источники энергии. Одним из таких источников является
ядерное топливо, однако и его запасы тоже исчерпаемы. Есть и другие источники энергии — так называемые,
возобновляемые. В 1985 г. мировое производство энергии возобновляемыми источниками составило 1351 млн. т
нефтяного эквивалента, в т.ч.:
гидравлическая — 445 (32,9%);
геотермальная — 12 (0,9%);
гелиотермальная — 13 (1%);
ветровая — 1 (0,1%);
древесный уголь — 175 (12,9%);
дрова — 605 (44,8%);
отходы — 100 (7,4%).
Если сейчас энергетика в основном ориентирована на нефть, уголь и газ, то в ближайшей перспективе
акцент неизбежно будет сделан на использование этих возобновляемых источников. Потенциальное
производство энергии за счет возобновляемых источников в 2020 г. оценивается в 4,89 млрд. т нефтяного
эквивалента (50% от всей энергии) при резком росте доли древесного угля (до 30%).
Влияние производства и потребления энергии на окружающую среду и человеческое общество весьма
многообразное и неоднозначное.
В социальном плане рост потребления энергии, широко понимаемый как рост энерговооруженности
человека, влечет целый ряд важных последствий. Во-первых, это общий социально-экономический прогресс
человечества, рост и модернизация промышленного производства, строительства, транспорта, сельского
хозяйства. Во-вторых, это прогресс в возможности влияния человека на окружающую среду, превращение
хозяйственной деятельности человека в геологический фактор преобразования земной поверхности. В-третьих,
это все большее освобождение человека от необходимости выполнения тяжелых операций.
Что же касается влияния на природную окружающую среду, то это, с одной стороны, прогрессирующее
истощение невозобновляемых природных ресурсов, а с другой — прогрессирующее химическое и тепловое
загрязнение среды, прежде всего атмосферы и гидросферы.
Химическое загрязнение среды связано, главным образом, с сжиганием органического топлива и
выбросом в среду продуктов горения — газов, сажи, золы. Загрязняется среда и при добыче и транспортировке
топлива, особенно нефти и угля. Загрязнение среды в местах добычи топлива определяется, с одной стороны,
имеющейся в данное время технологией и экономикой, а с другой — социально-экономическими условиями.
Примером первого обстоятельства может служить бесполезное сжигание попутных газов на нефтяных полях и
нефтеперерабатывающих предприятиях всего мира. Ни технология добычи и переработки нефти, ни экономика
пока не дают возможности использовать этот ресурс, и он просто растрачивается, загрязняя атмосферу. Что
касается второго обстоятельства, то достаточно вспомнить состояние шахтерских городов.
Интенсивно загрязняется среда в местах нефтедобычи, где на больших пространствах земля
пропитывается нефтью и выключается из продуктивности биосферы. Особенно большие загрязнения среды
связаны с фонтанированием нефтяных скважин, с авариями. Классическим примером явилась трагедия 1979 г. в
Мексиканском заливе, когда взорвалась подводная скважина, и у берегов Мексики долго в море бушевал
огненный смерч, а на поверхность воды ежедневно изливалось до 15 тыс. т нефти. К огромному загрязнению
акватории и берегов приводят и аварии перевозящих нефть танкеров.
Поскольку основное производство электроэнергии мира сосредоточено на ТЭС (гидроэлектростанции
дают не более 20% всей электроэнергии), то они служат и главными химическими и тепловыми загрязнителями
среды, связанными с производством энергии. Доля энергетики в химическом загрязнении атмосферы колеблется
в разных странах: США — 23%, ФРГ — 66%, Франция — 50%, Мексика — 15%. Если же к этому добавить
сжигание органического топлива в автотранспортных двигателях, она возрастает до 75-85%. За счет сжигания
топлива содержание углекислого газа в атмосфере за последнее столетие увеличилось на 400 млрд. т, что уже
привело к росту средней температуры. Ежегодно сжигается около 9 млрд. т условного топлива. В результате
этого в атмосферу поступает: углекислого газа более 20 млрд. т, других окислов углерода — 400-1500 млн. т,
окислов азота — 15-25, окислов серы — 70-100, твердых частиц и сажи — 100-400 млн. т. Наибольшее
загрязнение наблюдается при сжигании угля, наименьшее — природного газа.
Рассмотрим более подробно достоинства и недостатки каждого из способов получения электроэнергии.
Начнем с ТЭС. Преимущества: хорошо отработанная технология и налаженное производство необходимого
оборудования, благожелательное общественное мнение. Недостатки: значительный ущерб окружающей среде
при добыче, транспортировке и хранении топлива. При использовании угля, кроме того, необходимость отвода
больших земельных площадей для размещения золоотвалов. А самое главное, большое количество
загрязняющих веществ при сжигании топлива, о чем говорилось ранее.
При производстве электроэнергии на АЭС воздействие на окружающую среду значительно меньше как
при добыче топлива, так и в результате выбросов загрязняющих веществ (пыли, оксидов серы и азота и т.п.),
поскольку их нет в принципе. Все это свидетельствует о целом ряде важных преимуществ с точки зрения
ограничения воздействия на среду у атомных электростанций по сравнению с тепловыми, особенно
работающими на угле и мазуте. Для АЭС наибольшую опасность представляют радиоактивное и радиационное
загрязнение окружающей среды, например, такими радионуклидами, как 89Sr (период полураспада 53 дня), 90Sr
(29 лет), 95Sr (6 дней) 131J (8 дней), 134Cs (2,3 года), 137Cs (26,6 года),144Cs (284 дня). За 30-летний срок работы
ВВЭР-1000 образуется 26,6 т высокоактивных продуктов деления (нефтеперерабатывающий завод за 30 лет
сбрасывает в окружающую среду свыше 2 млн. т не менее опасных отходов). Более того, в 1 т угля может
содержаться 1-2,5 г. урана и 2-5 г. тория. При большой массе расходования угольного топлива общее
количество урана, тория и продуктов их распада, проходящее через топку котлов ТЭС, вместе с углем
составляет от 1 до 2,5 т урана и от 2 до 5 т тория в год. Вклад от радиоактивного выброса ТЭС составляет 1%
природного фона. Таким образом, при равной мощности АЭС и ТЭС дают приблизительно равное количество
радиоактивных продуктов на единицу выработанной энергии. Но если в первом случае, она в
сконцентрированном виде, то во втором — в рассеянном в пространстве. Международной комиссией по
радиологической защите прогнозируется риск смерти от радиоактивного загрязнения равным 0,00001 в год. От
сердечно-сосудистых заболеваний, травм, рака, включая старение, реальный риск в СНГ в 1988 г. составил 0,01,
т.е. умирал каждый сотый. Вред здоровью человека от радиации проявляется многочисленными эффектами,
например, в виде лучевой болезни, ожогов, катаракты, бесплодия, воспаления различных огранов, лейкозов,
раков, поражений плода и наследственных болезней.
Однако, в обычной жизни нам хорошо известны два источника, к которым даже компетентные органы, не
говоря о населении, не проявляют ровным счетом никакого внимания. Это — медицинское обслуживание и
природный фон. По данным Ленинградского НИИ радиационной гигиены каждый житель России в среднем на
все тело получает 0,15 бэр от медицинского обслуживания и 0,29 бэр от природного фона.
Серьезную угрозу для здоровья человека представляет радоновая проблема. Радон происходит от радия,
повсеместно присутствующего в почве, стенах зданий и других объектов среды. Если вентиляция в помещении
слабая, то в некоторых местах и домах индивидуальная доза на легкие может доходить до угрожающих уровней
(даже до 100 бэр в год). В нашей стране около 15 млн. жителей сами того не ведая получают более 1,5 бэр в год
на все тело от радона. Особенно сложная ситуация с радоном складывается у нас в городе, который расположен
на гранитной плите с повышенным содержанием урана.
До сих пор речь шла о производстве энергии с использованием невозобновимых источников.
Существуют и возобновимые источники энергии. Из них в наибольшей степени используется
гидроэнергия.
ГЭС по сравнению с ТЭС и АЭС оказывают на окружающую среду совсем другие воздействия: не
потребляя ископаемого топлива и не загрязняя среду продуктами его сгорания, они изменяют гидрологический
режим рек, перераспределяя сток, меняя уровневый режим, режим течений, волновой, термический и ледовый
режимы, что приводит к переформированию берегов, изменению отдельных геокомпонентов (грунтовых вод,
почв, растительности и животного мира) и ландшафтов в целом как в районе водохранилища, так и нижнего
бьефа ГЭС. А главное, гидроэлектростанции весьма требовательные к пространственным ресурсам, так как
образующиеся водохранилища занимают порой весьма значительные территории, особенно при размещении
ГЭС на равнинных реках. При этом отчуждаются плодородные пойменные земли. Кроме того, строительство
ГЭС приводит к наведенной сейсмичности.
Геотермальная энергетика. Достоинства: практическая неиссякаемость и полная независимость о условий
окружающей среды, времени года и суток. Только в верхнем трехкилометровом слое Земли запасено количество
тепловой энергии, эквивалентное примерно 300 млрд. т угля. Это тепло можно использовать для получения
электроэнергии на геотермальных электростанциях. Главная из проблем, возникающих при использовании
подземных термальных вод это необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный
горизонт. В геотермальных водах содержится большое количество токсичных металлов (свинца, цинка, кадмия,
мышьяка и др.) и химических соединений (аммиака, фенолов и др.), что исключает сброс этих вод в природные
водные системы, расположенные на поверхности.
Ветроэнергетика. Достоинства: отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы, отсутствие
потребления кислорода, выбросов углекислого газа и других загрязнителей. Главный недостаток ветровых
установок — это низкая интенсивность, что требует значительной территории для размещения ветровой
установки. Считается, что сооружение ветровой установки мощностью 5-6 МВт экономически оправдано при
скорости ветра, превышающей 3,5-4 м/с. непредсказуемые изменения скорости ветра в течение суток и сезона
требуют аккумулирования произведенной энергии. Кроме того, работа ветроустановок неблагоприятно влияет
на работу телевизионной сети, они оказались источниками инфразвукового шума, неблагоприятно
действующего на человеческий организм (постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное
беспокойство, жизненный дискомфорт). Как показал опыт эксплуатации ветровых установок в США, этот шум
не выдерживают животные, птицы, покидая район размещения станции.
Гелиоэнергетика. При использовании солнечной энергии возникают проблемы, связанные с циклическим
характером ее поступления и с ее малой плотностью. В современных парогенераторах плотность потока энергии
составляет 105-106 Вт/м2, в то время как плотность потока солнечного излучения в жарких странах в среднем
равна 250 Вт/м2, при максимальном ее значении около полудня 1000 Вт/м2. В настоящее время существует три
способа преобразования солнечной энергии: фотометрический, фотоэлектрический и фотохимический. К.п.д.
солнечных установок пока достаточно низок (около 10%). Термодинамические оценки показывают, что к.п.д.
может быть увеличен до 90-95%. Однако, при высоких к.п.д. значительная часть солнечной энергии, падающей
на поверхность Земли в районе расположения СЭС, будет изыматься, что приведет к сильному локальному
понижению температуры и интенсивной конденсации паров в атмосфере. Это, в свою очередь, будет также
препятствовать проникновению солнечного излучения. Например, при к.п.д. равном 12-15% локальное
понижение температуры для СЭС мощностью 1МВт будет 2-3оС на площади 30-40 км2.
Биоэнергетика. Во всем мире происходит накопление большого количества сельскохозяйственных и
прочих органических отходов. При анаэробном брожении этих отходов образуется биогаз, который состоит из
65% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода и незначительных количеств азота и водорода. Из
сельскохозяйственных отходов, которые образуются в СНГ, из городских отходов и отходов деревообработки
можно в результате анаэробного брожения получить около 160 млн. т условного топлива в виде биогаза или
этанола.
Мы уже говорили о том, что некоторые источники энергии представляют определенный риск для здоровья
человека. И такой риск можно выделить для всех видов источников энергии. Оценка риска от различных
источников энергии, рассчитанная специалистами Великобритании, США и Канады, дает шкалу потерь,
выраженных в относительных единицах здоровья на производство 1 МВт/год энергии:
от угля (нефти) — 200
ветра и солнечной энергии — 40
гидроэнергии — 6
АЭС — 2
природного газа — 0,4.
Еще одной проблемой, связанной с энергетическими установками, является загрязнение окружающей
среды теплом.
Тепловое загрязнение связано с тем, что КПД современных паротурбинных ТЭС не превышает 38-41%,
т.е. 59-62% всего производимого тепла выделяется в среду и бесполезно теряется.
Вообще все энергоисточники, добавляющие тепло в атмосферу Земли, едва ли просуществуют долго:
приближается глобальный тепловой, или термодинамический кризис. Иными словами, человечество не может
до бесконечности увеличивать свою энергетическую мощь, может произойти перегрев планеты, что окажется
смертельным для всего живого. И это может произойти даже без участия парниковых газов. Вот почему так
важно научиться использовать солнечную энергию и энергию ветра.
В этих условиях транспорт, потребляющий львиную долю энергии (вместе с сельхозмашинами 25-30%)
должен быть энергоэкономным. В мировом сообществе автомобиль является первейшим расточителем энергии.
КПД двигателя внутреннего сгорания составляет в среднем при полной нагрузке всего лишь около 25%, а на
практике — 10%. Кроме прямых энергетических потерь транспорт вносит в загрязнение окружающей среды и
свой вклад в виде различных загрязнителей. Бензин, используемый автомобильным транспортом, содержит
летучие соединения, которые в огромных количествах попадают в атмосферу с выхлопными газами. Вместе с
окисью углерода — угарным газом, образующимся при сгорании топлива, эти соединения порой достигают на
городских улицах таких угрожающих концентраций, что представляют опасность для жизни человека.
На протяжении пути в 20 тыс. км автомобиль выбрасывает: свинца -0,775 кг, окислов азота — 40,75 кг,
углеводородов -234 кг, угарного газа — 765 кг, углекислого газа -2300 кг.
Кроме того, автомобиль выбрасывает асбестовые волокна от тормозных колодок. Они проникают в
легкие, вызывая хроническое раздражение — первый шаг к раку и другим серьезным заболеваниям органов
дыхания.
Ликвидация выбросов автомобиля возможна лишь при переходе лишь на принципиально иной способ
работы двигателя, однако и сокращение выбросов может оказаться благоприятным для окружающей среды. В
настоящее время нормативы очистки транспортных выбросов все время ужесточаются. В США имеющиеся
технологии сокращают объем выбросов автомобилей на 96%. В Калифорнии норматив очистки поднят до
98,4%, а по некоторым перспективным федеральным законопроектам уровень очистки выброса должен возрасти
до 98,7%.
Для ускорения технического прогресса убыстряется смена марок автомобилей. В Японии, например,
выгоднее продать старый автомобиль с более высоким выбросом за рубеж, где ниже экологические требования,
чем продолжать его эксплуатацию после истечения гарантийного срока. Смена марок происходит каждые пять
лет. То же характерно для Финляндии, где автомобили старых марок очень редки.
Особенно важен этот процесс замены старых автомобилей на новые марки в городах, поэтому замена
одних транспортных средств другими обычна в городском хозяйстве и на железнодорожном транспорте. В
основном все же доминирует автомобиль и метро. Это направление сохраняется, хотя применение троллейбуса
и трамвая в некоторых случаях обоснованно. Однако в большинстве случаев, троллейбус не улучшает, а
наоборот, ухудшает экологическую городскую обстановку. Это происходит тогда, когда большие и громоздкие
машины снижают скорость движения автомобилей, вызывают перегазовки, частые остановки с работой
двигателя на холостом ходу.
Для некоторых стран, особенно стран с теплым климатом, частично проблему транспорта мог бы решить
велосипед. В Германии велосипедные дорожки составляют 10% от общего количества автодорог. Но в крупных
городах с населением свыше 300 тыс. человек велосипедные поездки не превышают 5% от общего числа
ежедневных перемещений всеми видами транспорта, в более мелких — 10%. С учетом нашей зимы велосипед
может взять на себя не более 2% работы индивидуального транспорта.
Особое место занимает борьба с шумом на всех видах транспорта. Авиатранспорт делается все менее
шумным и, согласно нормативам, многие виды самолетов не допускаются в воздушное пространство. Но
авиатранспорт по-прежнему остается очень шумным и наносит заметный урон среде обитания: увеличивается
число мертворожденных, психопатологических заболеваний, случаев язвы желудка и других расстройств у
людей, живущих вблизи аэродромов. Снижение шума на железнодорожном транспорте обеспечивается в
основном созданием противошумных экранов, местами тоннелей, улучшением аэродинамических свойств
локомотивов и составов. Наибольших успехов достигли японцы, устранившие большинство явлений,
вызывающих жалобы жителей. Аэродинамика современных автомобилей и шумоподавление в их двигателях
настолько совершенны, что основным источником шумов делается шум качения колес по дорожным
покрытиям.
Геоэкологические проблемы урбанизации. Урбанизация — это комплексный социально-экономический
процесс, выраженный в росте городского населения, развитии новых форм городского расселения и широком
распространении городского образа жизни, его норм и технического оснащения.
Предполагается, что исторически первым городом с миллионным населением был Рим во времена Юлия
Цезаря (10-44 гг. до н.э.). К настоящему времени самыми крупными городами мира являются Мехико (около 30
млн.), Сан-Паулу (около 25 млн.), далее Калькутта, Сеул, Бомбей и т.д.
Численность Москвы свыше 9 млн. человек, не считая 3 млн. ежедневно приезжающих. Максимальная
плотность населения в городе была в 1940 году внутри Садового кольца — около 51 тыс. человек на 1 км2.
Сейчас она колеблется от 8 до 16 тыс. человек на 1 км 2 по различным районам города.
Общая площадь урбанизированной территории Земли в 1980 г. была 4,69 млн. км2. Ожидается, что в 2070
г. она достигнет 19 млн. км2 — 12,8% всей и более 20% жизнепригодной территории суши. К 2030 г.
практически все население мира будет жить в поселениях городского типа. В ряде стран (например, в ФРГ)
рекомендовано урбанизировать не более 10% территории. Само понятие “город” подразумевает численность
населенного пункта в 2-3 тыс. человек, жители которого в основном заняты трудом в промышленном
производстве, управлении, науке и культуре, сферах обслуживания, но не в сельскохозяйственном
производстве.
Внешними и социальными признаками города служат: многоэтажное строительство, широкое развитие
транспортных систем и каналов связи, превышение застроенное и замощенной части территории над
садово-парковыми пространствами; концентрация стоков и различных загрязнителей в окружающей среде.
Основная часть крупнейших городов мира расположена вблизи побережья, многие из них являются
портами. Вокруг них формируются городские агломерации. Сложность внутренней структуры и социальная
география таких центров увеличивает численность переселенцев на 10-15% в год.
Городской образ жизни в развитых странах характерен не только для городов, но и для сельской
местности.
Рост населения и его концентрация приводят ко все большему вмешательству человека в естественную
природную среду. Явное присутствие людей не отмечено на площади только одной Антарктиды. Это кризисное
состояние ощущает как природа, так и человек.
Экологические проблемы в населенных местах чрезвычайно разнообразны, и их можно объединить в две
группы — архитектурно-планировочную и собственно муниципального хозяйства.
Архитектура и городская планировка крайне консервативны. Экологизации они поддаются с большим
трудом. Вопреки желанию более 80% людей, города строятся из многоэтажных жилых зданий почти без учета
климатических факторов, шумовой нагрузки улиц, вообще особенностей среды жизни и психологии человека.
Так называемая свободная застройка, как было выяснено еще в 50-е годы, приводит к заболеваниям, названным
англичанами “грустью новых городов”. К тому же смертность среди детей, матери которых прожили в городе
менее трех лет, наивысшая. В ряде стран разработаны проекты “городов-садов” и “экополисов” с соотношением
полезной площади многоэтажной и усадебной застройки 3: 7 (многоэтажные гостиницы, офисы и часть жилых
домов, главным образом типа общежитий для молодежи и престарелых) и сохранением не менее 50% площади,
не покрытой домами и дорогами. Часть улиц не имеет сквозного проезда, что снижает шум. Здания защищены
шумовыми экранами и отнесены в глубь квартала, но сгруппированы в психологически приемлемые комплексы.
При отсутствии достаточно развитой автомобилизации объекты сферы услуг находятся в зоне оптимальной
пешеходной доступности. При высокой автомобилизации они вынесены главным образом за город в торговые
агромерации. В населенном пункте оставлено лишь самое необходимое.
В последнее время большое внимание уделяется внутриквартирной среде, чистоте воздуха, размерности
комнат, квартир. Выяснено, что кухни, особенно с газовым отоплением, сильно загрязнены. Употребление
асбеста в домостроении признано недопустимым. Выявлена повышенная концентрация радона на первых
этажах и в домах из легких бетонов. В значительной части квартир повышенное содержание формальдегида,
оксидов азота, углерода и серы.
С размером жилья и его благоустройством связан так называемый жилищный стресс: физиологическая
реакция организма, связанная с разницей между качеством жилища, доступного семье, исходя из ее доходов,
социального статуса, предложения жилья и другими ограничениями с одной стороны, и качеством имеющегося
в настоящее время у семьи жилища с другой. Это стресс, связанный с возможностью реализации потребности в
жилье и фактической ее реализацией. В развитых странах этот стресс снимается частыми переездами (в США
1/5 населения в год) с улучшением жилья, городского района или населенного пункта. При этом имеет место
тенденция к переселению из крупных городов в пригороды и из промышленных городов в университетские,
вообще малые. В связи с существующими в России социально-экономическими и административными
ограничениями жилищный стресс у населения очень высок, и никто не пытается его уменьшить.
Значительное загрязнение окружающей среды при производстве энергии и тепла требует экономного из
использования. К сожалению это не всегда соблюдается. Так, в Москве бесполезно теряется около 60% энергии,
идущей на коммунальные услуги. За рубежом уже давно в гражданском строительстве особое внимание
уделяют энергетическим параметрам теплотрасс, зданий, особенно их несущих стен и окон. В некоторых
случаях применяют специальное и тройное остекление. У нас же, даже в Сибири, двойное остекление — это
норма. Лишь с 2000 года в нашей стране предлагается ввести в действие более жесткие ГОСТы и СНиПы по
теплопотерям, однако это вряд ли будет сделано, поскольку потребуется коренная перестройка строительного
комплекса.
Одной из проблем крупных городов и городов вообще является привлекательный внешний вид строений.
Современные отделочные материалы практически “вечны”. К тому же во всем мире уже давно применяется
проверенная политика, стимулирующая или даже принуждающая хозяев заботиться о внешнем виде строений,
их благоустройстве, энергетической оптимизации — это экономический рычаг и общественное мнение. Газоны
вокруг дома и те содержатся в образцовом порядке, т.к. даже несвоевременное их кошение облагается штрафом.
Чистота улиц в большинстве городов поддерживается путем механизированной уборки, раздельного сбора
мусора, а также чрезвычайно строгими правилами поведения. В сверхкрупных городах тем не менее
поддерживать чистоту удается не всегда, так как проблема мусороудаления очень сложна, ее решение дорого и
пока, как правило, убыточно для муниципалитета. В разных странах на одного жителя в год производится
разное количество мусора, причем количество мусора растет с увеличением благосостояния общества. Так, в
Португалии на 1 человека в год производится 152 кг мусора, в Франции — 289 кг, в Дании — 399 кг, в США —
703 кг.
Очень остра ситуация с утилизацией мусора и его захоронением. Полигоны для свалок стали дефицитом.
В развитых странах мира разработаны требования к оборудованию свалок. Свалка обязательно должна
защищаться от атмосферных осадков во избежания фильтрации воды. Основание свалки необходимо уплотнять
и надежно изолировать. Специалисты по управлению утилизацией отходов следят за заполнением и
размещением свалок, дают соответствующие указания на закрытие свалок, разрешение на обустройство новых
площадей под складирование твердых бытовых отходов.
Сжигание мусора дает вредные выбросы в атмосферу. Переработанный в компост он, как правило,
содержит вредные вещества и непригоден для использования в сельском хозяйстве. В последние годы делается
ставка на плазменное сжигание мусора, но этот процесс очень энергоемкий и пока низкорентабелен.
Весьма сложны проблемы водоснабжения и переработки сточных вод. В последние годы наметилась
тенденция создания двух систем водоснабжения — питьевой и промышленной, есть тенденция создания
раздельной системы обработки сточных вод — муниципальных и промышленных. Иногда выделяют еще
обработку сточных вод лечебных учреждений. И хотя для очистки сточных вод созданы сложные
автоматизированные системы, но сказать, что все вопросы уже решены, нельзя. Даже новейшие системы
очистки далеки от совершенства.
Питьевое водоснабжение затрудняется тем, что используемые воды, даже подземные, загрязнены
тяжелыми металлами, нитритами, пестицидами, органикой. Предпочтение отдается чистой природной воде.
Создаются крупные предприятия по очистке воды, на которых вода подвергается многократной очистке и
переработке, постепенно от хлорирования переходят к озонированию и другим новым способам
обезвреживания, однако такая водоподготовка еще далеко от совершенства, и нередко ее заменяют продажей
чистой питьевой воды в бутылках.
Столь же далека от решения проблема городского транспорта. Снижение вредности транспорта
становится одной из важнейших задач в экологии города. Основные пути этого разработка наиболее
безопасного топлива или другого энергоисточника, дожигание и очистка выхлопа, поиск новых двигателей для
имеющихся транспортных средств, замена одних транспортных средств другими того же типа или других типов,
пассивная и активная защита от шума.
Во многих городах мира в бедственном положении находятся объекты озеленения — сады, парки, скверы.
А у нас в стране, кроме того, еще и катастрофично и состояние зеленых зон. Например, в Москве зеленая зона
даже ближайшего Подмосковья энергично застраивается и многоэтажными, и садовыми, и коттеджами. Вскоре
вполне возможно может возникнуть феномен Мехико — города с ужасными экологическими условиями. В
настоящее время соотношение площади города с окружающей его зеленой территорией в Москве составляет 1:
1,6; в Лондоне — 1: 3,6; в Нью-Йорке — 1: 15.
В целом в мире делаются значительные усилия по экологизации городского хозяйства. Эти усилия
привели к очень высокой вероятной продолжительности жизни в развитых странах (80 лет и более) и
минимальной детской смертности (5 на 1000 родившихся). В России в 80-х годах было 22,7 умерших ребенка до
1 года на 1000 родившихся, и страна занимала 57 место среди 64 развитых стран.
Защита и правильное использование земель — это еще одна из сторон взаимоотношений человека и
природы. Во многих промышленных странах естественный ландшафт становится все более окультуренным,
хотя в мире еще сохраняются, о чем мы уже говорили ранее, обширные территории, где влияние человека
невелико или вообще отсутствует. При мировой численности населения, уже превышающей 6 млрд. человек,
города продолжают расти за счет сельской местности, поэтому охрана и рекультивация земель становится одной
из приоритетных задач. Наряду с посадками кустарников и деревьев на городских землях, большое внимание
уделяется благоустройству старых горных выработок и отвалов, расчистке и использованию для рекреации
заросших каналов и тому подобным мероприятиям.
Геоэкологические аспекты промышленного производства.
Промышленность РФ включает более 20000 производственных предприятий с довольно разнообразными
и развитыми технологиями производств и играет заметную роль как в загрязнении природы, так и в решении
природоохранных проблем.
Преобладающее воздействие на загрязнение природной среды оказывают предприятия металлургического
комплекса, электроэнергетики, топливной и химической промышленности.
Практически для всех отраслей характерна низкая обеспеченность очистки сточных вод, сбрасываемых в
водоемы.
Оборудование и технологии, применяемые для улавливания и обезвреживания выбросов вредных веществ
в атмосферу, совершенствуются крайне медленно, в связи с чем продолжает оставаться низким уровень
утилизации уловленных вредных веществ (лишь половина из них используется в производстве повторно), а
основная доля улова приходится на менее опасные для здоровья населения твердые вещества, в то время как
газообразные и жидкие улавливаются лишь на 25%.
По данным Росгидромета, уровень улова вредных веществ на предприятиях промышленности
строительных материалов составляет 91,6%, химической и нефтехимической — 91,1%, цветной металлур8гии
— 82,9%, наименьший показатель в нефтедобывающей — 3,1% и газовой — 1,2% промышленности.
Серьезной проблемой остается очистка сточных вод, сбрасываемых в водные объекты. Процент
нормативно-очищенных вод к объему вод, требующих очистки, в России составляет лишь 9,5%, в
промышленности — 14,9; в жилищно-коммунальном хозяйстве — 7,8; а в сельском хозяйстве — 0,6%.
Промышленность РФ характеризуется высоким уровнем использования оборотных систем
водоснабжения, за счет которых экономия свежей воды составляет 78%. Особенно это проявляется в газовой
(97%) и нефтеперерабатывающей (94%) промышленности, на предприятиях черной (93%) и цветной (91%)
металлургии, а также в нефтехимии (91%).
Многие виды современных производств характеризуются образованием токсичных жидких отходов, для
которых отсутствуют удовлетворительные технологии очистки или обезвреживания и, следовательно, требуется
весьма длительная изоляция отходов от биосферы. Обеспечить такую изоляции на поверхности земли
практически невозможно, особенно для больших объемов отходов, измеряемых миллионами кубометров и
размещаемых в различного рода прудах-накопителях, испарителях и прочих подобных сооружениях. Такие
сооружения неизбежно становятся источниками постоянного или эпизодического поступления отходов в
подземные и поверхностные воды прилегающих участков.
Серьезную опасность представляет специфика многих отраслей промышленности, и, как следствие,
требуются индивидуальные подходы к решению природоохранных задач. Это характерно, например, для
предприятий оборонного комплекса, которые оказывают специфическое воздействие на окружающую среду —
загрязнение почв остатками компонентов использованного ракетного топлива, накопление токсичных ракетных
топлив старых систем и запасов химического оружия, опасность воздействия на население и окружающую
среду радиохимических и химических производств, а также предприятий, выпускающих взрывчатые вещества.
Черная металлургия
Наиболее крупные предприятия этой отрасли расположены в городах Липецкой, Свердловской,
Челябинской, Волгоградской, Кемеровской областей, Красноярского края и ряда других регионов.
Наиболее сильное воздействие черная металлургия оказывает на атмосферный воздух и поверхностные
воды, а также на уровень загрязнения подземных вод и почв. Черная металлургия занимает второе место по
общему количеству выбросов в атмосферу среди отраслей промышленности, уступая лишь электроэнергетики.
В основном поступают оксид углерода (67% суммарного выброса в атмосферу), твердые вещества (15,5%),
диоксид серы (10,8%). Оксид азота (5,4%).
В настоящее время общее водопотребление в черной металлургии составляет 1689,6 млн. м3/год. Воды на
предприятиях используют, как правило, на вспомогательные цели. При этом основное количество воды (около
70% общего потребления) расходуется на охлаждение конструктивных элементов металлургических печей и
машин, при котором вода только нагревается и практически не загрязняется. До 20% воды используется на
охлаждение оборудования, например, прокатных станов, путем непосредственного с ним соприкосновения, а
также на транспортировке механических примесей (шлама, окалины) и т.п., при этом вода и нагревается, и
загрязняется металлическими и растворенными примесями.
Ежегодно в поверхностные воды сбрасывается около 1 млн. м3 сточных вод, из них 85% загрязненных.
Вместе со сточными водами сбрасывается значительное количество загрязняющих веществ, в том числе
взвешенные вещества, сульфаты, хлориды, соединения железа, тяжелых металлов и т.д.
По данным аэрокосмической съемки снежного покрова, зона действия предприятий черной металлургии
прослеживается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения.
Цветная металлургия
Предприятия цветной металлургии расположены в основном на Урале и Кольском полуострове, в
Восточной Сибири.
Степень воздействия цветной металлургии на состояние окружающей среды аналогична воздействию
черной металлургии, однако, в выбросах предприятий этой отрасли промышленности преобладают наиболее
токсичные вещества. Так, три четверти всего объема промышленного выброса свинца и треть выбросов ртути
приходится на эту отрасль.
Ежегодно в цветной металлургии потребляется около 1200 млн. м3 свежей воды. Сточные воды
предприятий цветной металлургии загрязнены минеральными веществами, флотореагентами, большинство
которых токсично (цианиды, ксантогены, нефтепродукты и др.), солями тяжелых металлов (медь, цинк, свинец,
никель и др.), мышьяком, ртутью, сурьмой, сульфитами, хлоридами и т.п.
Крупные комбинаты цветной металлургии являются самыми мощными источниками загрязнения
почвенных покровов как по интенсивности, так и по разнообразию загрязняющих веществ. Это является
следствием того, что на горнодобывающих предприятиях отрасли продолжает преобладать открытый способ
добычи минерального сырья.
Выделяется несколько десятков городов с металлургическими предприятиями, вблизи которых в
почвенном покрове обнаружены количества тяжелых металлов, равные или большие ПДК. По суммарному
индексу загрязнения почвенного покрова первое место занимает Рудная Пристань (Приморский край), в которой
расположен свинцовый завод. В почвах зоны радиусом в 5 км вокруг города наблюдается загрязнение почв
свинцом в 300 ПДК. Ненамного лучше обстоит дело в Белово Кемеровской области, где содержание свинца в
почве достигает 50 ПДК.
Утилизация и использование отходов производства остается одной из серьезных проблем на предприятиях
цветной металлургии. Наибольшее количество промышленных отходов образуется на Норильском
горно-металлургическом комбинате. Ежегодно на комбинате образуется около 4,7 млн. т отвальных
металлургических шлаков. Образовавшиеся хвосты практически не используются. В хвостохранилище их
накоплено около 350 млн. т.
Нефтеперерабатывающая промышленность
Предприятия этой отрасли являются серьезными источниками загрязнения воздушного и водного
бассейнов. Главные источники загрязняющих веществ — это процесс извлечения серы и регенераторы
катализаторов крекинга. Кроме того, потенциальными источниками могут быть емкости для хранения сырья и
продуктов, сепараторы воды и нефти.
Улов вредных веществ по отрасли остается стабильно невысоким — составляет 47,4%.
Предприятия отрасли загрязняют атмосферу выбросами углеводородов (73% суммарного выброса),
диоксида серы (18%), оксида углерода (7%), оксидов азота (2%).
Потребность в большом количестве воды обуславливает необходимость размещения предприятий вблизи
водоемов, что, в свою очередь, вынуждает принимать меры по защите водных объектов от загрязнения. Со
сточными водами в водоемы поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов,
соединений азота, фенолов, солей тяжелых металлов.
Химическая и нефтехимическая промышленность
Предприятия этой отрасли расположены в большинстве регионов страны и выпускают большой спектр
продукции. Многообразие продукции, применяемых технологий и сырья определяет широкий спектр
загрязнителей атмосферы, водных бассейнов и почв. Ряд выбросов, сбросов и отходов производства
характеризуется существенными объемами, высокой токсичностью. В некоторых населенных пунктах
воздействие предприятий химического комплекса на окружающую среду является доминирующим.
Из-за разнообразия технологических процессов химическая промышленность является одной из самых
трудных для подавления выбросов. Основными источниками вредных выбросов в атмосферу в
промышленности являются производства кислот (серной, соляной, азотной, фосфорной и др.), красителей и
моющих средств, резинотехнических изделий, фосфора, пластических масс, искусственного каучука,
минеральных удобрений, растворителей и т.п.
Следует отметить, что в этой отрасли достигнут относительно высокий уровень очистки выбросов
вредных веществ (более 90%).
Данная отрасль является одним из главных источников выбросов металлической ртути (половина общего
объема выбросов всей промышленности страны). В отрасли до 90% всей воды используется повторно. В
сточных водах можно обнаружить полный спектр всех загрязнителей.
Отрасль ежегодно производит 125 млн. т отходов, из которых повторно используется около 38 млн. т,
около 30 млн. т (серная и соляная кислоты, растворители, кубовые остатки) уничтожается (сжигается или
вывозится на свалки), остальная масса (шлам дистиллированной суспензии, фосфогипс, известковые и гипсовые
отходы) складируются в специально отведенных местах.
Оборонная промышленность
Оборонная промышленность включает в себя следующие отрасли: авиационную промышленность,
производство боеприпасов и спецхимии, промышленность вооружений, средств связи, радиопромышленность,
производство ракетно-космической техники, судостроительную, электронную промышленность.
Специфика и насыщенность производства определяют значительную долю оборонной промышленности в
загрязнении окружающей среды. Основными источниками загрязнения этой отрасли являются промышленные
котельные, испытательные станции авиационных и ракетных двигателей, литейные и гальванические
производства, производства печатных плат, участки переработки пластмасс и окраски изделий, производства
спецхимии.
В составе вредных выбросов имеются пыль, диоксид серы, оксиды азота, бенз (а)пирен, оксиды металлов,
отдельные группы углеводородов, а также большая группа специфических веществ, характерных для
технологических процессов, применяемых на предприятиях этой отрасли.
Наибольший объем сброса загрязненных сточных вод в водоемы осуществляют предприятия,
производящие вооружение и боеприпасы (71,1% от общего сброса сточных вод этой категории по отрасли).
Вооруженные Силы
В системе экологической безопасности страны ВС отводится особое место, обусловленное следующими
обстоятельствами:
Принципиально невозможно создание оружия, вооружения и военной техники, не оказывающих
воздействия на окружающую среду;
ВС обладают мощными потенциальными источниками экологической опасности (ядерное и химическое
оружие, атомный флот, ракетные средства);
Сокращение, утилизация и уничтожение ядерного, ракетного, химического и обычного вооружения могут
сопровождаться значительными загрязнениями окружающей среды.
Серьезная проблема стоит в части предотвращения загрязнения среды сбросами с береговых объектов
ВМФ МО. Существует проблема с обеспечением ВМФ судами, способными принимать сточные воды. В
некоторых случаях наблюдается сброс сточных вод с кораблей, хотя в соответствии с международными
правилами сброс этих вод без очистки во внутренних и международных водах запрещен.
Не менее важной проблемой в ВС являются вопросы пролива и утечки нефтепродуктов и загрязнения
окружающей среды горюче-смазочными материалами (ГСМ). Войска ВМФ и ПВО потребляют ежегодно около
3 млн. т ГСМ. На ряде объектов отсутствуют элементарные природоохранные сооружения, средства
автоматизации перекачки. В результате утечки нефтепродукты попадают в поверхностные водные объекты и в
подземные горизонты. Источниками поступления нефти в объекты окружающей среды продолжают оставаться
автопарки, места заправки и обслуживания техники, особенно в полевых условиях.
Особая экологическая проблема связана с эксплуатацией и снятием с эксплуатации судов с атомными
энергетическими установками и баз их обслуживания, где ежегодно накапливается 18-20 тыс. м3 жидких
радиоактивных отходов. Проблема захоронения радиоактивных отходов в настоящее я время является одной из
основных, т.к. имеющиеся мощности, размеры хранилищ, надежность захоронения ограничены, а строительство
новых связано с огромными техническими и материальными затратами. Кроме того, рассекречивание
отдельных видов информации по сбору, хранению, утилизации и захоронению радиоактивных отходов в
пределах оборонного комплекса обострили негативное отношение общественного мнения к этим вопросам.
Ракетная и ракетно-космическая техника оказывают при их использовании по назначению и уничтожении
и утилизации специфическое воздействие на природную среду Земли и околоземное пространство. Это
воздействие в основном обусловлено применением высокотоксичных компонентов ракетных топлив,
необходимостью использования больших земельных площадей под районами падения отделяющихся частей
средств выведения.
Для отделяющихся частей ракет и ракет-носителей предусмотрено выделение во временное пользование
(без прекращения хозяйственной деятельности) районов падения общей площадью 28,95 млн. га. В районах
падения объекты окружающей среды подвергаются механическому засорению мелкими фрагментами (общая
масса металлолома около 20 тыс. т) и малыми остатками топлива. При падении отдельных ракет-носителей и
при ударе о землю происходит их разрушение со взрывом, пролив компонентов топлива на грунт и выброс их в
приземные слои атмосфер, а также загрязнение растительности.
Антропогенным воздействием на все слои атмосферы, включая озоновый, засорением околоземного
космического пространства отработавшими объектами, их отделяющими фрагментами и элементами
объясняются специфические, объективно присущие ракетной и ракетно-космической технике факторы, которые
не могут быть полностью или существенно снижены без невосполнимых потерь ее целевых качеств и
назначения.
Весьма острыми являются экологические проблемы ликвидации ракетных вооружений.
В соответствии с договорами о сокращении и ограничении стратегических наступательных вооружений, а
также в связи с истечением срока эксплуатации боевых ракетных комплексов в ближайшие 10 лет
предполагается снять с боевого дежурства и вывести из арсеналов более 2000 баллистических ракет наземного и
морского базирования, ликвидировать сотни шахтных пусковых установок и десятки подводных лодок. Кроме
того, необходимо ликвидировать около 500 ракетных двигателей на твердом топливе.
Уничтожение такого количества ракетных вооружений является экологически опасной процедурой.
Лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность
Основными лесозаготовительными районами страны остаются Сибирь и Архангельская область. Леса
европейской части страны в настоящее время почти полностью вовлечены в хозяйственный оборот и в
значительной мере истощены.
Одной из проблем, стоящих перед лесной промышленностью, является сокращение объемов образуемых
отходов, ликвидации недорубов и потерь заготовленной древесины от несвоевременной вывозки,
несовершенных методов транспортировки, накопления древесины у временных транспортных путей и т.д.
Наиболее характерными загрязняющими веществами для данной отрасли являются твердые вещества
(29,8% суммарного выброса в атмосферу), оксид углерода (28,2%), диоксид серы, оксиды азота, толуол,
сероводород, ацетон, ксилол, бутил, этилацетат, метилмеркаптан, формальдегид и др.
Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из самых водоемких отраслей, поэтому наиболее
сильное воздействие эти предприятия оказывают на состояние поверхностных вод.
Ежегодное потребление свежей воды в отрасли составляет около 2 млрд. м3, или 4,5% общего
водопотребления в промышленности страны. Относительно невысока экономия свежей воды, которая
составляет 69%, что объясняется необходимостью использования свежей воды в ряде технологических
процессов в качестве одного из компонентов сырья.
На долю комплекса приходится свыше 20% сброса загрязненных сточных вод всей промышленности РФ.
Для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности проблема уничтожения количества и степени
загрязнения сточных вод имеет первостепенное значение. Главный источник образования загрязненных
сточных вод — производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки
древесины и отбелке полуфабриката с применением хлорпродуктов.
Загрязненные сточные воды предприятий отрасли характеризуются наличием в них сульфатов, хлоридов,
нефтепродуктов, фенолов, формальдегида, метанола, фурфурола, диметилсульфида и т.п.
Большой объем сточных вод и высокая концентрация в них загрязнений вынуждают использовать
громадные очистные сооружения, не решающие полностью своих задач. На очистных сооружениях образуется
большое количество осадков, основная часть которых поступает в накопители, что приводит к их перегрузке и
соответственно к воздействию на подземные воды.
Микробиологическая промышленность
Микробиологическая промышленность производит кормовой белок, ферментные препараты,
аминокислоты и премиксы. Предприятия данной отрасли оказывают негативное воздействие на природные
водные объекты и атмосферный воздух, в который ежегодно выбрасывается около 68 тыс. т вредных веществ,
улов которых в среднем достигает 66-67%. В выбросах предприятий содержатся взвешенные вещества, диоксид
серы, оксид углерода, метиловый спирт, уксусная кислота, аммиак, ацетон, формальдегид, толуол и т.п.
Наиболее вредным веществом, выбрасываемым предприятиями отрасли, является белок пыли. В целом
микробиологическая промышленность вносит небольшой вклад в загрязнение атмосферы (на уровне 1/300 всех
выбросов в стране от стационарных источников).
Промышленность строительных материалов
Основное воздействие отрасль оказывает на загрязнение атмосферного воздуха. Наиболее сильно
загрязняют воздух цементные, асбестоцементные, известковые, химогранические производства, предприятия по
производству кровельно-изоляционных материалов, керамзитобетонные заводы, карьеры по добыче сырья. Из
них на цементные заводы приходится 20%, а на предприятия по производству строительных материалов — 50%
общего объема выбросов отрасли.
Вокруг заводов, производящих цемент, асбест, гипс и другие строительные материалы повышенной
летучести, образуются зоны максимального загрязнения радиусом до 2 км, с повышенным содержанием в
воздухе пыли, частиц цемента, асбеста, гипса, кварца и т.п. Помимо стационарных источников значительное
влияние на состояние атмосферы оказывают залповые выбросы при производстве взрывных работ и добыче
природного строительного сырья открытым способ.
Крупные карьеры строительного сырья уничтожают почвы на значительных площадях и вызывают
эффект гидрогеологической депрессионной воронки, в результате чего понижается уровень подземных вод на
территории в 10-15 раз превышающей площадь открытых разработок.
Ежегодно отрасль использует около 500 млн. м3 свежей воды, 60% которой в среднем расходуется на
производственные нужды. Экономия свежей воды от использования систем оборотного и
повторно-последовательного водоснабжения составляет 70%. Для очистки воды используются в основном
механические очистные сооружения, что не обеспечивает необходимой степени очистки.
Ежегодно в результате производственной деятельности предприятий отрасли образуется около 50 тыс. га
площади нарушенных земель, в том числе отработанных 24 тыс. га. Среднегодовые объемы рекультивации
нарушенных земель в пределах 3,6 тыс. га, или около 60% площади отчуждаемых земель, что не обеспечивает
их своевременного возвращения в хозяйственных оборот.
Промышленность строительных материалов использует и попутные продукты других отраслей
промышленности (черной и цветной металлургии, тепловых электростанций, химической промышленности и
др.), применяя их в качестве исходного сырья для производства строительных материалов, чем весьма ощутимо
снижает вредное воздействие промышленности на окружающую среду.
Машиностроение
Основными источниками загрязнения атмосферы в машиностроении являются литейное производство,
цехи механической обработки, сварочные и покрасочные цехи и участки. По валовому выбросу вредных
веществ в атмосферу доля машиностроения составляет около 6% выбросов в атмосферу всей промышленности
страны. Процент улова загрязняющих веществ по комплексу (56,5%) значительно меньше среднего по
промышленности. Из наиболее опасных загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, значительная
доля комплекса в выбросе шестивалентного хрома — 43% выброса всей промышленности страны.
Отраслью используется около 3,5 млрд. м3 свежей воды. В системах оборотного и
повторно-последовательного водоснабжения задействовано около 12 млрд. м3 воды, что приводит к экономии
80% свежей воды.
Главными загрязнителями водных бассейнов сточными водами в машиностроении являются травильные и
гальванические цеха. Со сточными водами сбрасываются значительные количества нефтепродуктов, сульфатов,
хлоридов, взвешенных веществ, цианидов, соединений азота, солей железа, хрома, меди, цинка, никеля,
молибдена, кадмия и т.п.
Пищевая промышленность
Как и все остальные отрасли промышленности пищевая промышленность загрязняет атмосферу,
выбрасывая твердые, жидкие и газообразные вещества. Однако, за исключением аэрозолей, выбросы пищевой
промышленности а общем не образуют упорядоченной системы. Такие загрязнения, как оксиды серы, оксид
углерода и оксиды азота, не являются типичными, кроме выбросов из вспомогательных систем. Проблема
выбросов пищевой промышленности больше касается сильнопахнущих веществ. Запахи часто взаимосвязаны с
видимыми выбросами, но есть ряд производств, когда запахи выделяются без визуально обнаруживаемых
загрязнений (варка томатов, переработка специй, разделка и переработка рыбы, производство кондитерских
изделий).
Множество разнообразных технологических операций связано с обработкой сыпучих материалов при
работе с которыми необходимо прибегать к пылеудалению. Ежегодно предприятиями отрасли выбрасывается
около 400 тыс. т вредных веществ, 44% которых приходится на очистку.
Основное вредное экологическое воздействие консервных предприятий связано с отходами переработки
растительного сырья и газообразными выбросами в атмосферу растворителей пищевых лаков при лакировании
белой жести.
Отходы производства составляют в среднем 20-22% от массы перерабатываемого растительного сырья и
могут быть использованы в качестве вторичных ресурсов для производства кормой и технической продукции,
однако в последние годы из-за общего спада производства переработка отходов практически не производится, а
сбрасывается в окружающую среду, тем самым загрязняет ее.
На собственные нужды предприятиями отрасли ежегодно используется 60 млн. м3 воды, объем сбросов
составляет 46 млн. м3, что свидетельствует о низкой эффективности работы имеющихся очистных сооружений.
В производственном цикле в воду поступают различные загрязняющие вещества, в числе которых
преобладают отходы производства, унесенные водой компоненты сырья и материалов. В основном это
органические вещества животного происхождения. В сточных водах содержатся остатки корма, поваренная
соль, моющие и дезинфицирующие вещества, нитриты, фосфаты, щелочи, кислоты, возможно присутствие
болезнетворных микроорганизмов.
В основном экологические проблемы отрасли связаны с очисткой сточных вод, которые подразделяются
на три категории: 1 — вода, используемая в теплообменных аппаратах, барометрическая, конденсационная,
после охлаждения продуктов, вакуум-насосов, компрессоров; 11 — вода после мойки картофеля, отводимая от
транспортеров, камнеловушек, песколовушек, водокартофельных насосов; 111 — вода, отводимая от всех
технологических процессов, где происходит контакт ее с продуктами и полупродуктами, а также от мойки
оборудования, полов лабораторий, продувочные выварки аппаратов, салфетомоечные.
Воду 1 категории рекомендуется использовать в оборотном цикле. Вода 11 категории после очистки
может быть возвращена в оборотный цикл. Вода 111 категории требует биологической очистки.
В целом можно считать, что пищевая промышленность вносит незначительный вклад в загрязнение
окружающей среды.
Легкая промышленность
К легкой промышленности относятся предприятия первичной обработки льна, конопли, шерсти, шелка и
хлопка, предприятия по производству тканей, кожевенные заводы и фабрики по производству товаров
народного потребления.
Основное негативное действие легкая промышленность оказывает на водные объекты. Экономия свежей
воды за счет использования оборотных систем по отрасли составляет 73%. Из общего объема сброса сточных
вод 97% приходится на сброс в поверхностные водоемы, 87% которых сбрасывается в водоемы загрязненными.
Основными источниками загрязнения водоемов являются текстильные фабрики и комбинаты, а также
процессы выделки кож. В сточных водах таких предприятий присутствуют взвешенные вещества, сульфаты,
хлориды, соединения фосфора и азота, нитраты, СПАВ, железо, цинк, никель, хром, алюминий, жиры и масла,
метанол, формальдегид.
Вклад легкой промышленности в загрязнение незначителен.
Геоэкологический мониторинг
Геоэкологический мониторинг — комплексное инструментальное и органолептическое обследование
природных объектов и технических сооружений, находящихся в тесной взаимосвязи в границах конкретной
территории.
Сам термин “мониторинг” впервые появился в рекомендациях специальной комиссии Научного комитета
по проблемам окружающей среды при ЮНЕСКО (СКОПЕ) в 1971 г., а на Стокгольмской конференции ООН по
окружающей среде в 1972 г. появились первые предложения по созданию Глобальной системы мониторинга
окружающей среды. Однако такая система не создана и по сей день. Причиной этого являются слишком
большие разногласия в объемах, формах и объектах мониторинга, распределении обязанностей между уже
существующими системами наблюдений. Такие же проблемы и у нас в стране, поэтому, когда возникает острая
необходимость режимных наблюдений за окружающей средой, каждая заинтересованная отрасль создает свою
локальную систему мониторинга.
Структура и состав геоэкологического мониторинга целиком определяются целями его проведения и
возможностями материального обеспечения. В зависимости от этих факторов определяется соотношение
дистанционных и прямых методов наблюдения состояния компонентов природной среды или геотехнической
системы.
Геоэкологический мониторинг (его нормативно-правовая база пока не стандартизована и часто трактуется
весьма произвольно) ставит своей целью дать ответы на следующие вопросы:
- каково состояние природной среды в данный момент и в рассматриваемый отрезок времени в сравнении
с предшествующим состоянием (в абсолютной или относительной форме) и какие изменения (положительные,
отрицательные) ожидаются в природной среде в прогнозируемый отрезок времени;
- в чем причины происшедших изменений и возможных изменений в будущем (в том числе
нежелательных, губительных, критических) и что явилось, является или будет являться источником этих
изменений (как правило, вредных техногенных воздействий);
- какие воздействия на данную локальную природную среду являются вредными (нежелательными или
недопустимыми);
- какой уровень техногенных воздействий, в том числе в совокупности с естественными или стихийными
процессами и воздействиями, происходящими в рассматриваемой природной среде, является допустимым для
природной среды и отдельных ее компонентов или комплексов и какие резервы имеются у природной среды для
саморегенерации состояния, адекватному исходному, принятому за состояние экологического баланса;
- какой уровень техногенных воздействий на природную среду, отдельные ее компоненты и комплексы
является недопустимым или критическим, после которого восстановление природной среды до уровня
экологического баланса является неосуществимым.
Отсюда, задачи, которые должен решать геоэкологический мониторинг, можно сформулировать
следующим образом: определение состояния природной среды в заданный отрезок времени; фоновые
наблюдения; обеспечение сравнительных данных текущего момента и предшествующего времени; прогноз
ожидаемых изменений в природной среде под воздействием техногенных факторов; оценка причин
происходящих и возможных изменений и степени их губительного влияния на природу, человека, источники
этих воздействий (в том числе прогнозирование возможных источников вредных веществ); определение уровня
техногенных воздействий (в комплексе либо отдельные компоненты), являющихся недопустимыми,
критическими, исключающими самовосстановление природной среды до уровня экологического баланса и т.п.
Наиболее просто решается первая половина этих задач, а, именно, контроль над состоянием окружающей
среды.
Информация о состоянии окружающей природной среды, об изменениях этого состояния давно
используется человеком для планирования своей деятельности. Уже более 100 лет регулярно ведутся
наблюдения за изменением погоды, климатом. Это всем нам знакомые метеорологические, фенологические,
сейсмические и некоторые другие виды наблюдений и измерений состояния окружающей среды. Постепенно
круг наблюдений становится все шире, растет число измеряемых параметров, все гуще становится сеть
наблюдательных станций, — все это обуславливает разнообразие применяемых технических средств и методов
контроля, требований к квалификации и специализации самих контролеров, нормативно-технической
документации.
Наравне с инструментальными методами контроля в последнее время для индикации особо вредных
веществ широко применяют методы биоиндикации. При этом уровень и состав вредных воздействий (выбросов,
стоков) оценивают по состоянию некоторых мхов и лишайников, способных накапливать вредные примеси с
изменением массы, цвета и др.
В развитии мониторинга различают его формы — глобальный, региональный, локальный, точечный.
Все виды экологического контроля можно рассматривать с двух точек зрения. В одном случае объектом
контроля являются вредные техногенные или естественные воздействия на природную среду. При этом
необходимо определять количественные характеристики механических, тепловых, химических и других
воздействий, что можно сделать различной контрольно-измерительной аппаратурой. Полученные результаты
сравнивают с нормативными — предельно допустимыми для данных природно-климатических условий.
В другом случае объектом экологического контроля является собственно природная среда, подверженная
или не подверженная (фоновый контроль) вредным воздействиям. При этом, как правило, определяют качество
отдельных компонентов или комплексов природной среды, используя аналитические методы и измерения массы
(объема) с целью выявления состава и концентрации тех или иных веществ.
Еще более многочисленны объектные виды мониторинга, самостоятельные или взаимосвязанные между
собой и с пространственными видами. Среди объектных видов можно выделить мониторинг атмосферного
воздуха, гидросферы (в совокупности — гидрометеорологический), почвенный, биологический, сейсмический,
ионосферный, Солнца, гравиметрический, магнитометрический и др. Все эти виды могут и дальше в свою
очередь подразделяться на подвиды, что и происходит на практике.
Биологический мониторинг включает зоологический (в нем также множество подвидов по рыбам, птицам
и т д.), ботанический и антропологический. В последнем стали выделяться не только медико-биологические
наблюдения, но и социальные.
С развитием науки и техники ставится вопрос о необходимости геологического мониторинга,
развивающегося не только вширь (в литосфере), но и вглубь — до мантии. Уже проводится локальный
мониторинг подземных вод, криолитозоны, глубоких (до15 км) слоев геологического строения Земли. Это стало
нужно не только для наблюдений за сегодняшней динамикой состояния объектов мониторинга и прогноза
изменений, но и, что очень важно, для целей ретроспективных оценок состояния природной среды. В связи с
этим в печати появилось множество различных оценок нулевого фонового состояния природной среды, от
которых начинается отсчет антропогенных, а затем и техногенных воздействий на природную среду.
Решение второй половины задач, стоящих перед геоэкологическим мониторингом, а, именно, прогноз
ожидаемых изменений в природной среде, невозможен без объединения результатов объектных видов
мониторинга в единое целое, поскольку геоэкологический мониторинг как вид научно-производственной
деятельности основан на комплексе знаний и достижений таких наук, как физическая и конструктивная
география, ландшафтоведение, геология, геокринология, метеорология (климатология), гидрология, биология,
экология и др. Одной из основных предпосылок системы геоэкологического мониторинга является
представление о пространственно-временной организации в природе геотехнических систем.
Организация геоэкологического контроля, способного решать поставленные задачи в целом, — дело
будущего, так как требует значительных затрат.
Лишь после решения экономической основы природоохранной деятельности будет решена задача
управления протекающими в природной среде процессами (техногенными и естественными), регулирования и
планомерного повышения качества природной среды. Однако необходимо заранее выработать стратегию этого
регулирования и управления, экономически выгодную при самых строгих нормах природо- и
ресурсопользования.
Для этого нужно будет предварительно решить ряд вопросов:
- какое качество природной среды в комплексных и единичных показателях будет приниматься за
нормальное и высокое;
- к какому уровню качества природной среды следует стремиться при восстановительной
природоохранной деятельности с учетом экологической и экономической точек зрения;
- какими критериями надо руководствоваться в том или ином случае при ответе на предыдущий вопрос;
- проведение каких мероприятий необходимо для уменьшения, снижения или полной компенсации
вредных техногенных воздействий, снижения или полной ликвидации экологического ущерба, достижения
нового, более высокого уровня качества природной среды;
- какова эффективность и полезность природоохранных, восстановительных или компенсационных
действий на длительных временных интервалах (долговременный экологический прогноз);
- как определять приоритетность действий при столкновении экономических и экологических интересов и
др.
Производственная среда
Напомним, производственная среда — пространство, в котором совершается трудовая деятельность
человека.
Производственная среда — это часть техносферы, обладающая повышенной концентрацией негативных
факторов. Основными носителями травмирующих и вредных факторов в производственной среде являются
машины и другие технические устройства, химически и биологически активные предметы труда, источники
энергии, нерегламентированные действия работающих, нарушения режимов и организации деятельности, а
также отклонения от допустимых параметров микроклимата рабочей зоны.
Среди травмирующих и вредных факторов производственной среды следует отметить:
Физические — движущиеся машины, механизмы, материалы, изделия, части разрушающихся
конструкций и т.п., высота, падающие предметы, острые кромки, повышенная или пониженная температура
поверхностей оборудования и материалов, запыленность воздуха рабочей зоны, вибрация, акустические
колебания, статическое электричество, электромагнитные поля и излучения, инфракрасная и ультрафиолетовая
радиация, лазерное излучение, ионизирующее излучение, электрический ток,
Химические — вещества и соединения, различные по агрегатному состоянию и обладающие токсическим,
раздражающим, сенсибилизирующим, канцерогенным и мутагенным действием на организм человека и
влияющие на его репродуктивные функции,
Биологические — патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы и др.) и продукты их
жизнедеятельности, а также животные и растения,
Психофизиологические — физические перегрузки (статические и динамические) и нервно-психические
(умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).
Конкретные производственные условия характеризуются совокупностью негативных факторов, а также
различаются по уровням вредных факторов и риску проявления травмирующих факторов.
Промышленные катастрофы
Стихийное бедствие — происшествие, связанное со стихийными явлениями на Земле и приведшее к
разрушению биосферы, гибели или потери здоровья людей.
Авария — происшествие в технической системе, не сопровождающееся гибелью людей, при котором
восстановление технических средств невозможно или экономически нецелесообразно.
Катастрофа — происшествие в технической системе, сопровождающееся гибелью или пропажей без вести
людей.
До середины XX в. человек не обладал способностью инициировать крупномасштабные аварии и
катастрофы и тем самым вызывать необратимые экологические изменения регионального и глобального
масштаба, соизмеримые со стихийными бедствиями.
В XX в. бурное развитие промышленности, а тем более появление ядерных объектов и высокая
концентрация прежде всего химических веществ и их производств, сделали возможным появление катастроф
техногенного происхождения способных оказывать разрушительное воздействие на экосистемы. Примером
тому служат трагедии в Чернобыле, Бхопале. Иллюстрацией негативных экологических последствий
современных локальных войн являются итоги войны в зоне Персидского залива (огромные проливы нефти в
залив, пожары на нефтяных скважинах).
Гибель людей и значительные разрушения в отдельных областях биосферы возникают как при стихийных
бедствиях (землетрясениях, наводнениях, оползнях и т.п.), так и при техногенных авариях и катастрофах. В
наибольшей степени аварийность свойственна угольной, горнорудной, химической, нефтегазовой и
металлургической отраслям промышленности, геологоразведке, объектам котлонадзора, газового и
подъемно-транспортного хозяйства, а также транспорту.
Основными причинами крупных техногенных аварий являются:
отказы технических систем из-за дефектов изготовления и нарушений режимов эксплуатации,
ошибочные действия операторов технических систем,
концентрация различных производств в промышленных зонах без должного изучения их
взаимовлияния,
высокий энергетический уровень технических систем,
внешние негативные воздействия на объекты энергетики, транспорта и др.
Проявление первичных негативных факторов техногенных катастроф и стихийных бедствий может
вызвать цепь вторичных негативных воздействий — пожар, загазованность или затопление помещений,
разрушение систем повышенного давления, химическое, радиоактивное и бактериальное воздействие и т.п.
Последствия от действия вторичных факторов часто превышают потери от первичного воздействия.
Характерным примером этому является авария на Чернобыльской АЭС.
Анализ совокупности негативных факторов, действующих в настоящее время в биосфере, показывает, что
приоритетное влияние имеют антропогенные негативные воздействия, среди которых преобладают
техногенные. Они сформировались в результате преобразующей деятельности человека и изменений в
биосферных процессах, обусловленных этой деятельностью. Большинство факторов носит характер прямого
воздействия, однако, в последнее время широкое распространение получают вторичные факторы
(фотохимический смог, кислотные дожди и др.), возникающие в среде обитания в результате химических и
энергетических процессов взаимодействия первичных факторов между собой или с компонентами биосферы.
Уровни и масштабы воздействия негативных факторов постоянно нарастают и в ряде регионов достигли
таких значений, когда человеку и природной среде угрожает опасность необратимых изменений. Под влиянием
этих негативных воздействий изменяется окружающий нас мир и его восприятие человеком, происходят
изменения в процессах деятельности и отдыха людей, в организме человека возникают патологические
изменения и т.п.
Практика показывает, что решать задачу полного устранения негативных воздействий в техносфере
нельзя. Реально лишь ограничить воздействие негативных факторов их допустимыми уровнями с учетом их
действия.
Качество природной среды
Под качеством природной среды понимают такое состояние ее экологических систем, при котором
постоянно обеспечиваются обменные процессы энергии и веществ между природой и человеком на уровне,
обеспечивающем воспроизводство жизни на Земле. Качество среды до активного вмешательства человека
обеспечивалось самой природой путем саморегулирования, самоочищения от загрязнений не техногенного
происхождения. В основе такого самоочищения и саморегуляции лежит принцип безотходности процессов,
происходящих в природных циклах.
С появлением человеческого производства эти циклы оказались разорванными, что создало предпосылку
для изменения качества среды.
Воздействие человека на природную среду и негативные последствия его деятельности создали в
обществе проблему регулирования качества среды, в которой живет и проявляет себя человек.
Нормирование качества окружающей природной среды — это процесс разработки и придания
юридической нормы научно обоснованным нормативам в виде показателей предельно допустимого воздействия
человека на природу или среду обитания. Под воздействием понимают антропогенную деятельность, то есть ту,
которая связана с реализацией экономических, культурных, рекреационных интересов человека. В результате
этой деятельности человек вносит биологические, химические и физические изменения в природную среду. Эти
изменения чаще всего являются вредными для всего живого на Земле. Наиболее распространенным
отрицательным воздействием на природную среду является ее загрязнение.
Под загрязнением понимается физическое, химическое или биологическое изменение окружающей среды,
содержащее угрозу причинения вреда жизни и здоровью человека, состоянию растительного и животного мира,
экологическим системам.
Геоэкологические факторы здоровья человека
Радиоактивность — это способность ядер некоторых химических элементов самопроизвольно распадаться
с образованием ядер новых химических элементов и испусканием ионизирующего излучения.
В настоящее время известно 106 химических элементов. Каждый элемент может иметь несколько
изотопов, которые содержат в ядре одинаковое количество протонов, но различное число нейтронов и
одинаковое число электронов в атомной оболочке. Различают стабильные и нестабильные (радиоактивные)
изотопы. Химические элементы, занимающие в периодической системе элементов места с 1-го по 83-е имеют
как стабильные, так и нестабильные изотопы, элементы, стоящие в периодической системе после висмута (Bi, z
= 83), стабильных изотопов не имеют. Например, уран состоит из трех радиоактивных изотопов — 238U, 235U,
234
U.
Скорость распада радиоактивного изотопа характеризуется периодом полураспада (Т1/2) — это время, за
которое распадается половина радиоактивного вещества. Период полураспада не зависит от количества
вещества и всегда постоянен. Важнейшие из радиоактивных изотопов имеют следующий период полураспада:
3
H 12,4 года; 13II 8 суток; 133I 20 часов; 134Cs 2,1 года; 14C 5770 лет; 90Sr 29,1 года; 137Cs 30 лет; 238U 4,5 млрд. лет.
Радиоактивный распад имеет статистическую природу; атомные ядра превращаются независимо друг от
друга; каждый радионуклид имеет характерную для него вероятность распада. Для отдельного атома
нестабильного нуклида нельзя предсказать момент его превращения. Вероятность распада обусловлена
свойствами данного вида ядер, т.е. она не зависит от химического и физического состояния радионуклида.
Ионизирующими называют такие излучения, которые, проходя через среду, вызывают ее ионизацию.
Помимо ионизации излучения могут вызывать возбуждение молекул среды. Ультрафиолетовое излучение и
видимый свет не относят к ионизирующим.
Экологическое значение изотопов различно. Радиоактивные вещества с коротким периодом полураспада
(менее двух суток) не представляют большой опасности для биоты (за исключением взрывов), так как
сохраняют высокий уровень радиации непродолжительное время. С другой стороны, вещества с очень большим
периодом полураспада (уран-238) также не очень опасны, поскольку они в единицу времени испускают очень
слабое излучение.
Наиболее опасными для человека радиоактивными элементами являются те, у которых период
полураспада измеряется от нескольких недель до нескольких лет. Этого времени достаточно для того, чтобы
упомянутые элементы смогли проникнуть в различные организмы и накопиться в пищевых цепях. При
одинаковом уровне загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами, наиболее опасны для
биогеоценоза изотопы тех элементов, которые являются основными слагаемыми живого вещества (C-14, P-326,
Ca-45, I-131 и т.д.). менее опасны редко встречающиеся радиоактивные вещества, которые слабо или совсем не
поглощаются живыми организмами. Большую опасность представляют изотопы, по своим химическим
свойствам похожие на элементы, активно поглощаемые живыми организмами. Например, стронций -90 (аналог
кальция) и цезий -137 (аналог калия) являются наиболее опасными изотопами, которые загрязняют
окружающую среду, попав в нее в виде отходов атомной промышленности, или при выпадении радиоактивных
осадков, последовавших за ядерным взрывом в атмосфере, или после аварии атомной энергетической установки.
Стронций из-за сходства с кальцием легко проникает в костную ткань позвоночных, тогда как цезий
накапливается в мускулатуре, замещая калий. Так как периоды полураспада этих элементов соответственно
равны 28 и 33 годам, они остаются в зараженном организме и могут накапливаться в количествах, способных
причинить вред здоровью.
Поскольку не существует каких-либо биологических или химических способов ускорить процесс
радиоактивного распада, борьба с радиационным загрязнением должна носить предупредительный характер.
До конца 60-х годов XX века увеличение содержания в среде (в основном в атмосфере) радионуклидов
(стронция, цезия, углерода и трития, — главных биологически активных радионуклидов) происходило в
результате испытаний атомного оружия, за что ответственность несли только ядерные державы — США, СССР,
Франция, Великобритания и Китай.
О масштабах ядерных испытаний свидетельствуют такие цифры. В Советском Союзе проведено 715
испытаний, в том числе 500 подземных. В США на начало 1991 г. проведено 1085 ядерных взрывов, из них 757
— под землей. К настоящему моменту какие-либо испытания ядерного оружия запрещены, однако загрязнение
среды радионуклидами продолжается. И происходит это за счет радиоактивных отходов атомной
промышленности, атомных станций, заводов по переработке радиоактивных отходов и, конечно, аварий на
атомных станциях, химических заводов по переработке топлива атомных станций (Челябинск, 1957 г.;
Чернобыль, 1986 г.; Томск, 1993 г.). Так, только в России до 1,5% ее территории имеет радиоактивное
загрязнение выше установленного фона. После аварии на Чернобыльской АЭС на территории России в 14
областях образовались зоны загрязнения площадью почти 55,1 тыс. км2. В результате аварий на комбинате
“Маяк” площадь заражения почвы в Свердловской, Челябинской и Курганской областях цезием-137 с
концентрацией более 1 Ки/ км2 и выше составила более 4000 км2. Повышенные уровни радиоактивности
наблюдается в реке Енисей, куда сбрасываются охлажденные воды прямоточного реактора Красноярского
горнохимического комбината.
Постоянный сброс радионуклидов в естественные водоемы, реки, моря приводит к аккумуляции
долгоживущих радионуклидов, иногда достигающих биологически значимых концентраций, особенно в
непроточных водоемах. Так, в озере Карачай недалеко от комбината “Маяк” содержание радиоактивных
веществ составляет несколько миллионов кюри. В каспийском море концентрация радиоактивных цезия и
стронция за счет сброса радиоактивных веществ в реки Каспийского бассейна в 20 раз выше, чем в океанах. Для
Мирового океана большую опасность представляют атомные подводные лодки и ядерные боеголовки (ракеты,
бомбы, торпеды), оказавшиеся на дне морей и океанов в результате аварий и катастроф. За последние 30 лет
затонули и оказались на морском дне восемь подводных лодок и семь самолетов с ядерными установками на
борту, а также более 50 ядерных боеприпасов различной мощности.
До сих пор не решена проблема безопасного захоронения отходов ядерной энергетики и военной атомной
промышленности.