«Лекции по дисциплине "Концепции современного естествознания"»

3. Естественнонаучные аспекты экологии

 

3.1. Экология: основные понятия, структура и задачи

 

Сегодня термин «экология» стал применяться очень широко, по самым различным поводам. В обыденной трактовке под этим термином понимают  состояние окружающей среды, степень загрязненности местности, наличие или отсутствие токсических веществ в продукте питания и т.д. Актуальность экологии и экологических проблем в настоящее время обусловлено тем, что преобразующие Природу технологии вторгаются в естественные процессы и видоизменяют их в соответствии с потребностями человека, замещая естественные элементы экологических систем искусственными.

Деятельность человека на сегодняшний день вызывает глобальные экологические проблемы, способные нарушить динамическое равновесие в биосфере и поставить все живое, в том числе и человека на грань выживания. Человечеству может грозить судьба динозавров с той лишь разницей, что они исчезли по причине падения метеорита, а мы можем погибнуть от неумения разумно использовать свое могущество. Время стихийного развития человечества заканчивается, о чем говорил В.И.Вернадский. Наступает время управляемого развития, эпоха ноосферы. Если деятельность человека будет по-прежнему направлена на покорение и разграбление природы, то катастрофа неминуема. 

В связи с этим экология, как наука в последнее время вышла за пределы узкой специализации и стала наукой о выживании всего человечества в эпоху разрушающего природу влияния технического прогресса.

Слово «экология» происходит от греческого oikos, что означает «жилище», «местопребывание», «убежи­ще». Каждый вид имеет свой дом. Для современного человека – это вся планета Земля и околоземное кос­мическое пространство. Экология – наука о взаимоотношениях биологических систем между собой и с окружающей их неживой природой.  

Термин «экология» впервые применил в научном обществе в 1866г. Эрнст Геккель (1834-1919) – немецкий зоолог, последователь Ч.Дарвина.

Те знания, которые сейчас относят к экологическим, накапливались и систематизировались с глубокой древности. Это сведения об образе жизни животных, свойствах растений, сроках посева и сбора урожая и т.д. Уже на ранних этапах становления человеческо­го общества были обнаружены связи между услови­ями, в которых живут люди, и особенностями их здо­ровья. Более двух тысяч лет назад великий врач древности Гиппократ (460-370 до н.э.) не только описал влияние климата, воды, рельефа и времен года на здоровье жителей различных мест­ностей, но и дал сравнительное антропологическое описание народов, живущих на европейском, афри­канском и азиатском берегах Средиземного моря. В его трудах содержатся многочисленные доказатель­ства того, что факторы внешней среды, образ жизни оказывают определяющее влияние на формирование телесных (конституция) и душевных (темперамент) свойств человека.

В XVII в. появилась медицинская география – на­ука, которая изучает влияние природных и социальных условий различных территорий на здоровье населяю­щих их людей. Ее основоположником был итальянский врач Б. Раммацини (1633-1714).

Предпосылки экологической науки имелись в трудах многих ученых. Французский ботаник и зоолог Ж.Б. Ламарк (1744-1829), впервые предложил понятие «биосфера». Немецкий естествоиспытатель А.Гумбольдт (1769-1859) сформулировал новое экологическое направление в географии растений. Русский  естествоиспытатель и биолог К.Ф. Рулье (1814-1858) разработал систему экологического исследования животных – зообиологию. Немецкий гидробиолог К.А.Мебиус (1825-1908) обосновал учение о биоценозе. В трудах русских ученых ботаников Г.Ф. Морозова (1867-1920) и В.Н. Сукачева (1880-1967) было раскрыто понятие биогеоценоза, что принято сейчас называть экосистемой[1].

Величайший вклад в экологию внес основоположник учения о биосфере В.И.Вернадский (1864-1945). Развитие экосистемного анализа привело к возрождению на новой эколо­гической основе учения о биосфере. По определению В.И. Вернадского, биосфера – оболочка Земли, в которой развивается жизнь исключительно разнообразных организмов. В отличие от мнения, что удел организма – приспосабливаться, он доказал, что живое вещество способно изменить поверх­ность планеты и формировать экосистемы, благоприят­ные для его развития. В.И. Вернадскому принадлежит также приоритет учения о ноосфере. Ноосфера (греч. Noos – разум) – «мыслящая оболочка», сфера разума, качественно новая фаза. Это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней цивилизованного человечества, период, когда разум­ная человеческая деятельность становится главным, оп­ределяющим фактором развития на Земле.

В.И.Вернадский еще в 90-е годы XIX века осознал, что «живо­му веществу» принадлежит значительная роль в круговороте веще­ства и энергии в земной коре. В 1926 г. он сформулировал учение о биосфере как самостоятельной земной оболочке, в которой масса живого вещества сопоставима с массой горных пород, а его энергия благо­даря фотосинтезу, обмену веществ и размножению неизмеримо боль­ше энергии любого «косного вещества», т.е. абиогенного. Поэтому геохимические про­цессы в биосфере качественно и количественно задаются ее живым компонентом, и, следовательно, наша Земля – живая планета[2].

В 40-е годы ХХв. В.Н.Сукачев ввел понятие биогеоценоза, в котором про­исходят природные круговороты энергии и вещества. Использование системного подхода к изучению природных явлений и процессов по­зволили Тимофееву-Ресовскому решить поставленную Вернадским и Сукачевым задачу «с числом и мерою». Используя радиоактивные индикаторы, он сумел дать количественные оценки роли живого вещества в основных геохимических процессах – миграции, концен­трации и рассеянии химических элементов в биосфере Земли. Им было установлено, что биомасса обладает сильной накопительной способностью по отношению ко многим элементам, особенно в их катионной форме, а также к микроконцентрациям. Степень накопле­ния их биомассой может достигать тысяч и десятков тысяч раз отно­сительно концентрации этого элемента в окружающей среде. Такими свойствами накопления обладают почва и грунты водоемов, в осо­бенности ил. Тимофеев-Ресовский предложил распределение экосис­тем на группы в зависимости от коэффициентов накопления. Величины этих коэффициентов определяют степень миграции элементов. На ос­нове этой теории он предложил методы очистки водоемов и почв, выявил условия ускорения или замедления миграции элементов.

В настоящее время экология представляет собой разветвленную систему наук.

Структура классической экологии включает следующие разделы:

1.    Аутэкология – экология отдельных организмов.

2.    Демэкология – экология популяций и видов.

3.    Синэкология – экология сообществ организмов.

В зависимости от предмета исследования в структуре экологических наук выделяют общую экологию, физиологическую экологию, биохимическую экологию, антропоэкологию, социальную экологию и др. Наряду с этим выделяют теоретическую экологию, раскрывающую общие законы жизни, и прикладную (практическую) экологию, призванную применить эти законы в хозяйственной деятельности людей.

Как известно, в настоящее время науки претерпевают как бы два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, происходит их дифференциация – науки распадаются на множество специализированных направлений, а с другой стороны, – интеграция – многие научные исследования проводятся на стыке наук, на стыке различных направлений возникают новые науки. Современная экология является междис­циплинарной наукой, развивающейся на стыке физики, биологии, техники и обще­ственных наук, поэтому ее можно назвать комплексной научной дисциплиной о взаимоотношении человека, природы и общества.

Прежде всего, экология занимается изучением влияния деятельности человека на окружающую природу и на самого человека. Поэтому центральным звеном экологии выступает экология человека – наука о взаимоотношении человека со средой обитания. Взаимоотношения со средой человека, как организма, изучает аутэкология, экологию сообществ людей – синэкология.

Экология человека под названием «биология чело­века» получила отражение в книгах И.И. Мечникова «Этюды о природе человека» (1903) и «Этюды опти­мизма» (1907). В нашей стране экология человека в качестве специального научного исследования долгое время не выделялась. Роль проводника идей экологии человека взяла на себя медицинская география. В 1972 г. вышла в свет монография А.П. Авцына «Введение в географическую патологию», где был раздел, посвя­щенный экологии человека[3].

На рубеже ХХ-ХХI веков экология человека превращается из науки чисто биологической в дисциплину социобиологической ориентации. Для того чтобы стало возможным научное исследование связей человека и природы, нужно было отказаться от нравственно-эстетической концепции природы, блокировать символический смысл отношений человека и природы и создать пространство внешнего наблюдения. Становление и развитие собственно научного исследования и составляют содержание истории представлений о связях человека и природы.

Связи человека с природой образуют систему, которая не является рефлексной. На одни и те же воздействия система может реагировать по-разному или не отвечать совсем, т.е. начальное состояние системы не определяет ее последующего состояния. Именно поэтому связи человека с природой нельзя представлять в виде некоторого набора вещей, отношения между которыми проявляют их свойства. Возникают трудности с воспроизведением идентичных экспериментов, поскольку условие того, что может быть, и содержание того, что фактически получается, не совпадают в силу принципа дополнения естественного искусственным.

Люди создают «вторую природу», искусственную среду обитания, и поэтому их гомеостаз практически безграничен. Выделение трофических цепей (кто-то кого-то ест) создает, по-видимому, возможность модельного изучения экосистем. Машины же, созданные людьми, образуют всякий раз новые «энергетические» цепи, незнакомые природе. Тем самым элиминируются возможности внешнего наблюдения связей человека и природы, поскольку модели их описания становятся разомкнутыми, неопределенными.

Социальная экология – научная дисциплина, предметом которой является изучение закономерностей воздействия общества на биосферу и тех изменений в ней, которые оказывают влияние на общество в целом и каждого человека в отдельности. Концептуальное содержание социальной экологии охватывается такими разделами научного знания как экология человека, социологическая экология, глобальная экология и др.

Наличная разноречивость в понимании сущности социальной экологии обусловлена широтой охвата проблем, изучаемых ею. Так, в момент своего возникновения экология человека была ориентирована на выявление биологических и социальных факторов развития человека, установления адаптационных возможностей его существования в условиях интенсивного промышленного развития. Впоследствии задачи экологии человека расширились до изучения отношений человека и среды обитания и даже проблем глобального масштаба. По мнению ряда ученых предметом экологии человека является изучение глобальных проблем взаимодействия общества и природы, поиск закономерностей планетарного масштаба.

Экология человека изучает развитие и взаимодействие человека (общества) с окружающей средой в различных аспектах (экономическом, техническом, физико-техническом, социально-психологическом) и призвана определить оптимальные условия существования человека, включая допустимые пределы его воздействия на окружающую среду. Такое предельно широкое понимание задач экологии человека сближает ее предметное содержание с глобальной экологией, включающей комплекс глобальных проблем взаимодействия человека и природы. Подобного рода отождествление вряд ли обосновано, поскольку глобальная экология охватывает процессы изменений на уровне биосферы в целом, экология же человека касается места и роли человека в биосфере, рассматривает социально-гигиенические и медико-генетические изменения его здоровья. Сложившаяся расплывчатость в определении предмета этих дисциплин (глобальной экологии и экологии человека) – свидетельство методологической неясности их содержательных аспектов. В этом контексте термин «социальной экологии», четко указывающий на связь и взаимодействие общества с окружающей средой, приобретает в современной науке строгий и однозначный смысл. Главное содержание социальной экологии сводится к необходимости создания теории взаимодействия общества и биосферы, поскольку процессы данного взаимодействия включают в себя и биосферу и общество в их взаимовлиянии. Следовательно, законы данного процесса должны быть в известном смысле более общими, чем законы развития каждой из подсистем в отдельности. В социальной экологии четко прослеживается основная идея, связанная с изучением закономерностей взаимодействия общества и биосферы. В центре ее внимания поэтому и оказываются закономерности воздействия общества на биосферу и те изменения в ней, которые влияют на общество в целом и каждого человека в отдельности.

Одной из важнейших задач социальной экологии является изучение способности людей приспосабливаться к происходящим переменам в окружающей среде, выявление недопустимых границ изменений, оказывающих отрицательное воздействие на здоровье людей. Сюда входят проблемы современного урбанизированного общества: отношение людей к требованиям среды и к среде, которую формирует индустрия; вопросы ограничений, которые накладывает эта среда на отношения между людьми.

Основной задачей социальной экологии является изучение механизмов воздействия человека на окружающую среду и тех преобразований в ней, которые выступают результатом человеческой деятельности. Проблемы социальной экологии в основном сводятся к трем основным группам:

–                планетарного масштаба – глобальный прогноз на население и ресурсы в условиях интенсивного промышленного развития (глобальная экология) и определение путей дальнейшего развития цивилизации;

–                регионального масштаба – изучение состояния отдельных экосистем на уровне регионов и районов (региональная экология);

–                микромасштаба – изучение основных характеристик и параметров городских условий жизни (экология города или социология города).

Глобальная экология изучает экологические проблемы общепланетарного масштаба. К ним относятся: загрязнение атмосферы и гидросферы, парниковый эффект, разрушение озонового слоя, деградация наземных экосистем, бурный рост населения, обострение энергетического кризиса, нехватка продовольствия, нищета в слаборазвитых странах и др.

Экологические проблемы в современном мире вышли на первое место. Получив неограниченную власть над природой, люди варварски используют ее. Ресурсы планеты иссякают, катастрофически быстро загрязняются воздух и вода, превращаются в пески плодородные земли, на глазах сокращаются площади лесов. На планету буквально «вываливаются» горы отходов, человек провоцирует природные катастрофы. Возможное потепление, истощение озонового слоя, кислотные дожди, накопление токсичных и радиоактивных отходов представляют угрозу для выживания. Есть страны, для которых эти проблемы не так остры, но в целом все человечество озабочено ими, и поэтому они являются глобальными.

Таким образом, все три направления развития экологии занимаются изучением взаимодействия человека и природы. Основное отличие заключается в методах исследования и объектах и предметах исследований. Каждое из представленных направлений более детально углубляется в изучение собственной специфики и подходят к одним и тем же проблемам с разных точек зрения.

 

3.2. Экологический кризис

Интенсивность воздействия на биосферу сельскохозяйственной, а за­тем и промышленной деятельности людей особенно быстро нарастала в последние две сотни лет и достигла такого уровня, когда биосфера боль­ше не могла сохраняться в своем прежнем состоянии. Назрел кризис био­сферной системы, о чем и предупреждали человечество в 30-е годы XX в. В.И. Вернадский и другие ученые. Предполагается, что из кризисного со­стояния самоорганизующаяся система выходит скачком, меняя свою структуру и облик таким образом, чтобы на новом уровне организации достичь устойчивого состояния. Обычно в точке бифуркации существует несколько возможных путей для перехода системы в новое устойчивое состояние. В условиях крайней неустойчивости развиваются флуктуации, и одна из них может подтолкнуть систему на конкретный путь перехода в новое состояние. Такой процесс носит случайный, вероятностный харак­тер. После того как произойдет переход, назад возврата нет, система на­чинает новый эволюционный этап, определяемый стартовыми условиями совершившегося перехода.

Наблюдаемые изменения на современном этапе эволюции свидетель­ствуют о том, что биосфера и человечество как ее составная часть вступи­ли в кризисный период своего развития. Кризис усугубляется многими неблагоприятными факторами. Так, впервые в своей истории человечест­во стало обладателем мощнейших источников энергии и токсично­сти – теперь за считанные минуты может быть уничтожено все живое на Земле. К счастью, осознание безумия использования подобных источ­ников в традиционных способах решения межгосударственных кон­фликтов (войнах) появилось раньше, чем дело дошло до само­уничтожения.

За угрозой ядерного, радиационного или токсического уничтожения биосферы вырисовывается другая, не менее страшная экологическая ка­тастрофа. В ее основе – стихийная деятельность людей, сопровождаю­щаяся повсеместным массовым загрязнением среды обитания, наруше­нием теплового баланса Земли и развитием парникового эффекта. В ближайшей перспективе назревает истощение жизненно важных для челове­ческой цивилизации сырьевых источников планеты. К этому следует добавить демографический взрыв – очень быстрый рост численности населения с тяжелыми для биосферы последствиями.

Выход из надвигающегося экологического кризиса многие видят в ра­дикальном изменении сознания людей, их нравственности, в отказе от взгляда на природу как объект бездушной эксплуатации ее человеком. Активность стихийной деятельности человека во многом зависит от эти­ческих норм его поведения. По мнению митрополита Волоколамского и Юрьевского Питирима, «.. .этические нормы поведения человека опреде­ляют как бытие, так и взаимодействие с окружающей средой. Земля отве­чает не просто неурожайностью почвы или изменением климата на нару­шение нравственного ведения хозяйства, но и способна, накапливая отри­цательное воздействие, выражать тектоническими изменениями свою ре­акцию на поступки человека».

В.И. Вернадский и другие крупные ученые считают, что любые трудности человечество сможет преодолеть. Однако среди возможных устойчивых состояний, в которые биосфера как система смо­жет перейти в процессе самоорганизации, есть и такие, которые исключа­ют жизнь на Земле или существование на ней человечества. А так как механизм перехода управляется случайными факторами, то вероятность та­ких неблагоприятных для человека вариантов достаточно высока. Напри­мер, по случайным причинам или преднамеренно может произойти самоуничтожение человечества в ядерном конфликте. Или к тем же ре­зультатам приведет неспособность справиться с надвигающейся экологи­ческой катастрофой. Благоприятный выход из неустойчивого состоя­ния – образование ноосферы. Является ли в действительности переход­ный процесс в точке бифуркации независящим от воли человека, чисто случайным явлением?

Оказывается, присутствие в системе разума меняет ситуацию. Пре­дотвратить переходный процесс в биосфере человек не в силах, но есть возможность свести к минимуму или исключить ее неблагоприятные флуктуации, которые и подталкивают неустойчивую систему к нежела­тельным для человека вариантам перехода. Например, запрещение и пол­ное уничтожение любого ору­жия массового поражения: ядерного, химического, бактериологического, устраняет флуктуацию, способную вызвать уничтожение биосферы в конфликте. Еще лучше, если будут достигнуты договоренности о значительном сокращении, а затем и полном уничтоже­нии обычных видов вооружений. Тогда высвободятся огромные матери­альные, интеллектуальные и финансовые ресурсы, которые можно напра­вить на предотвращение экологической катастрофы.

Значительно труднее решить экологическую проблему. Человечество не может  отказаться от современной цивилизации – ис­точника благополучия и комфортных условий жизни, и в то же время соз­дающей неблагоприятные флуктуации, способные подтолкнуть биосфе­ру на переход, исключающий возможность существования в ней челове­ка. К сожалению, некоторые подобные флуктуации пока еще до конца не выявлены, что усложняет определение способов их подавления. Однако совершенно ясно, что экологические проблемы возможно решать только совместными усилиями всех стран и народов. Нет сомнений, что понадо­бятся осознанные людьми ограничительные меры: снижение потребле­ния энергии, организация более экономного ведения промышленного производства, сокращение добычи и потребления важнейших полезных ископаемых. Необходимо, кроме того, изменить отношение человека к животному и растительному миру планеты, осознать демографические проблемы и сделать многое другое. Успешное решение всей совокупно­сти возникающих экологических и иных проблем невозможно без науч­ного предвидения результатов любой природопреобразующей и социаль­ной деятельности людей, а также без создания налаженной системы управления и контроля при проведении в жизнь разрабатываемых меро­приятий.

Возникновению экологического кризиса способствуют следующие факторы:

–      хищническое отношение к природе, получение прибыли любой ценой, хотя природные ресурсы не безграничны;

–      многофункциональность использования природных ресурсов (в экономическом, биологическом и социальном плане);

–      несовершенство технологических процессов, когда из добываемого природного вещества только 10% используется человеком с пользой, а остальные в непотребном виде возвращаются природе, загрязняют воздух и почву;

–      экологическая безграмотность общества, незнание законов экологии;

–      нравственное оскудение общества, потеря гражданской ответственности за последствия его деятельности по отношению к своей среде обитания;

–      недостаточность средств на природоохранные мероприятия.

Незнание законов экологии, нарушение принципов биосферной этики привели к возникновению экологических проблем. Систематизируя их, Н.Ф.Рейменс (1994г.) выделил основные[4]:

1.    Изменение климата Земли на основе усиления тепличного эффекта, выбросов метана и других, низко концентрированных газов, аэрозолей, легких радиоактивных газов, нарушение концентрации озона в тропосфере и стратосфере.

2.    Замусоривание    и   иное   загрязнение    ближнего    космического пространства.

3.    Общее ослабление озонового экрана Земли, образование большой «озоновой дыры» над Антарктидой, малых «дыр» над другими регионами планеты.

4.    Загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, сильно ядовитых и пагубно действующих веществ в результате вторичных химических реакций. В том числе фотохимических (в этом одна из основных причин разрушения озонового слоя, на который воздействуют фреоны, водяные пары, вещества типа N0, малые газовые примеси).

5.    Загрязнение океана, захоронение в нем ядовитых радиоактивных веществ, насыщение его вод углекислым газом из атмосферы, поступление в него антропогенных нефтепродуктов, тяжелых металлов и сложных органических соединений, что способствует разрыву нормальных экологических связей между океаном и водами суши.

6.    Истощение и загрязнение поверхностных вод суши, континентальных водоемов и водостоков, подземных вод.

7.    Радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов Земли   (текущая   эксплуатация   атомных   устройств,   чернобыльская   авария, испытания ядерного оружия).

8.    Возникновение  вторичных  химических  реакций  во  всех  сферах биосферы с образованием токсичных веществ.

9.    Нарушение глобального и регионального экологического равновесия, соотношения экологических компонентов, в том числе сдвиг экологического баланса между океаном, его прибрежными водами и впадающими в него водопадами.

10.Опустынивание планеты в новых регионах, расширение существующих пустынь.

11.Сокращение площади лесов, легких планеты, что ведет к дисбалансу кислорода и усилению процесса исчезновения видов животных и растений. Под угрозой исчезновения в настоящее время находится около 10 000 видов, в основном позвоночных животных и растений.

12.Освобождение и образование экологических ниш, и заполнение их нежелательными организмами (вредителями, паразитами и т.д.).

13.Абсолютное перенаселение Земли и относительное демографическое переуплотнение в отдельных ее регионах.

14.Ухудшение среды жизни в городах и сельской местности, увеличение шумового воздействия, загрязнение воздуха, потери социальных связей между людьми.

Все перечисленное выше создает глобальную экологическую проблему для человечества, поскольку состояние окружающей среды является одним из наиболее существенных факторов, формирующих здоровье. Рассмотрим наиболее значимые из этих факторов в отдельности.

Изменение климата. Климат планеты меняется на наших глазах. И подтверждают это природные катастрофы, все чаще обрушивающиеся на Землю. По расчетам климатологов, средняя температура планеты в конце XXI в. поднимется на три градуса. А выводы, сделанные при исследова­нии Гренландского ледяного щита, говорят о возможном повторении дра­матических изменений от жаркого климата пустыни до холодов Ледникового периода. Погода последнего времени, кажется, ни у кого не оставляет сомнения в том, что климат нашей планеты меняется. Появляются сооб­щения о небывалых наводнениях, разрушительных циклонах, тайфунах и смерчах. По сравнению с 60-ми годами XX в. число природных стихий на планете увеличилось вчетверо, скорости ветра возросли, материальный ущерб, приносимый стихиями, возрос, по меньшей мере, в 10 раз.

Многие отмечают, что в последние несколько лет зимы стали теплее. Но только специалисты, на вооружении которых современные приборы и методы исследования, задолго до наших дней обнаружили признаки по­тепления атмосферы. Сто лет измерений массы глетчеров (ледников) в Альпах показали, что количество льда уменьшилось вдвое. За эти же сто лет уровень Мирового океана поднялся на 20 см. За последние годы темп пополнения океана увеличился, его уровень растет за десятилетие на 3 см. Мировой океан, преимущественно в тропических широтах, за последние 50 лет нагрелся в верхних слоях на 0,5 °С. Например, течение Эль-Ниньо в восточной части Тихого океана стало теплее, а поскольку размеры этого течения огромны, оно оказывает влияние на весь климат планеты.

В результате исследования климата в прошлом американские ученые пришли к выводу: Северное полушарие в XX в. оказалось наиболее теп­лым за последнее тысячелетие. За минувшие 100 лет средняя температура поверхности поднялась примерно на 1 °С. Если не удастся ослабить при­водящий к потеплению парниковый эффект, то в XXI в. температура вырастет на 3-3,5 °С и климат планеты окажется самым теплым за несколь­ко последних миллионов лет.

Ученые считают, что на 95% потепление Земли вызвано деятельно­стью человека, а не природными процессами. Основные источники парникового эффекта – углекислый газ, метан и др. Они выделяются в результате деятельности промышленности, транспорта и сельского хозяйства.

Гамбургские климатологи сравнили колебания температуры за по­следнюю тысячу лет (анализировали ледяные керны, получаемые при бу­рении Гренландского ледника на различной глубине) с теми изменения­ми, что происходят в последние годы. Увы! За десять веков такого про­цесса потепления, как сейчас, не наблюдалось. Нынешнее потепле­ние – единственное в своем роде. Правда, сегодня оно чуть меньше, чем предвещали расчеты на компьютерных моделях, но этому найдено объяс­нение: окислы серы, выделяемые производством, уменьшают прозрач­ность атмосферы и в результате на поверхность Земли падает меньше солнечных лучей.

На изменение температуры влияют и природные процессы, не завися­щие от человека. В июне 1991 г. на Филиппинах проснулся вулкан, вы­бросивший в атмосферу многие миллионы тонн частиц серы. И вот ре­зультаты: в следующем году средняя температура атмосферы понизилась на 0,4°С, а в 1993 г. – на 0,2°С. Между тем 1990 г. был отмечен исклю­чительно высокой температурой на Земле. Однако, как показывает оцен­ка специалистов, основная причина потепления – все же загрязнение биосферы[5].

Прогноз на будущее. Результаты исследований с применением математических компьютерных моделей не оставляют сомнения в том, что при сохранении выбросов в атмосферу на прежнем уровне первым пострадает от большой жары Южное полушарие. Там станет гораздо суше, чем теперь. Повышение температуры на два градуса уменьшит и без того скудные осадки на 10%. Пруды высохнут, почва растрескается, возникнут пустыни в Южной Испании, Греции, на Среднем Востоке, не говоря уже о захвате африканскими пустынями новых тысяч квадратных километров ныне еще живых мест. Южные штаты США будут напоми­нать сегодняшние пустыни Аризоны и Невады.

В то же время в Северном полушарии станет теплее и более влажно. Германия, например, приблизится по климатическим условиям к тепе­решней Италии. На месте вечной мерзлоты в Сибири будет дозревать пшеница, а на берегах Балтийского и Северного морей появятся тропиче­ские растения. Значит ли это, что в таких местах наступят райские време­на? Климатологи не столь уж оптимистичны. Потепление будет сопрово­ждаться частыми дождями, не всегда благоприятными для сельского хо­зяйства. 120-летняя погодная статистика позволяет заключить, что в Се­верном полушарии изменяется пропорция между дождями и снегом. Европейцы должны будут свыкнуться с зимними дождями и с засушли­вым летом. Жителям Севера придется встретиться с новыми для них ин­фекциями, до сих пор распространенными в южных широтах. Тропиче­ская малярия, желтая лихорадка – эти болезни в последние годы расши­рили свои территории в Южной Америке, Азии и Африке. По оценкам голландских ученых, в новых климатических условиях ежегодно до 80 млн. жителей Севера могут стать жертвами опасных для жизни заболе­ваний, пришедших с Юга. Столкновение населения северных широт с не­известными ему болезнями – одна из серьезнейших проблем климати­ческих перемен.

Кому же парниковый эффект принесет пользу, а кому убытки? На этот вопрос еще, пожалуй, никто не может ответить точно, хотя измене­ния климата – уже не научная гипотеза и не только показания чувстви­тельных приборов, а явление, развертывающееся у всех на глазах. Запад­ные специалисты отваживаются делать некоторые прогнозы. Северные государства – Россия и Канада – смогут увеличить производство пше­ницы на 30%, тогда как, например, в таких южных государствах, как Па­кистан или Бразилия, на те же 30% уменьшится урожай. Вернее сказать, перемены климата ударят с одинаковой силой как по Югу, так и по Севе­ру. Бури еще неведомой силы будут атаковать не только экватор, но и средние широты. Ученые прогнозируют шторм, которого еще не было на Земле: он будет способен сокрушить небоскребы Нью-Йорка или Токио и в считанные секунды уничтожить то, что создавалось поко­лениями людей.

В последнее время особенно часто стали посещать зимние бури Евро­пу – континент не защищен горами вплоть до Урала. Раньше основным препятствием на пути сильных ветров с Атлантики был антициклон, та­кой массивный, что он, как высокий хребет, рассекал ветры с океана и на­правлял на юг и на север. В последние годы этот антициклон из-за мягких зим ослабел и не сдерживает ураганы с запада. Области низкого давления стали проникать в Центральную и Восточную Европу. Ежегодно могут повторяться опустошительные наводнения той же силы, какую они продемонстрировали весной 1997 г., затопив многие большие города Евро­пы. Правда, некоторые специалисты одну из причин наводнений объяс­няют тем, что реки искусственно спрямлены и перегорожены плотинами и из-за этого потеряли подготовленные природой места разливов. Есть и другая причина разгула водной стихии. Все чаще в Европе зимой идет дождь, а не снег. Многие возвышенности всю зиму остаются без снежных покровов. При потеплении снег тает не мгновенно, а постепенно, дожде­вая же вода скатывается в ложбины и русла без задержки.

Потепление климата поднимет уровень Мирового океана вследствие таяния ледников в горах, уменьшения ледяной шапки Антарктиды и тем­пературного расширения воды. Наступающий океан в следующем столе­тии отнимет у суши вдоль берегов примерно 5 млн. км² – это половина площади Европы.

По подсчетам ученых, защита от наступающего океана густонаселен­ных низменных берегов, приморских городов и портовых сооружений обойдется в целом миру без малого в 500 млрд. долл. Оплатить столь большие расходы, вероятно, смогут лишь индустриальные страны – раз­вивающимся странам они не по карману. Развитые страны могут выде­лить для защиты своих берегов определенную долю совокупного нацио­нального дохода. Жителям же, например, Мальдивских островов, на ко­торых самая высокая точка возвышается всего на 3 м над уровнем океана, придется расплачиваться более чем третью валового национального до­хода. Они будут вынуждены переселиться в более безопасные места.

Только в последние 10 000 лет не было ощутимых помех в установив­шемся равновесии климата, оказавшегося стабильным. Но никто не знает причин этого! Человечеству предоставилась счастливая возможность жить в таких исключительно стабильных климатических условиях, и оно должно помнить: производя те или иные действия, связанные с вторже­нием в биосферу, нельзя нарушать установленное самой природой равно­весие климата.

Парниковый эффект. В результате многогранной деятельности че­ловека в атмосфере возрастает содержание многих газов и их примесей. Некоторые из них – углекислый газ, метан, водяной пар и др. – приво­дят к нагреванию поверхности Земли. Они пропускают падающий на по­верхность Земли солнечный свет, нагревающий ее, и в то же время экра­нируют длинноволновое тепловое излучение Земли. При этом тепло мед­ленно накапливается в ближайшем к поверхности Земли атмосферном слое. Так возникает парниковый эффект, вызывающий глобальное поте­пление.

Первая научная работа о парниковом эффекте была опубликована в 1896 г. шведским физиком и химиком С. Аррениусом (1859-1927). Ана­лизируя изменение состава атмосферы при промышленном сжигании угля, он пришел к выводу, что в результате деятельности человека может произойти радикальное изменение погоды в глобальных масштабах. Из его расчетов следовало, что при увеличении содержания углекислого газа в атмосфере вдвое температура на земном шаре может повыситься в сред­нем на 4-6 °С (позднее он уточнил, что цифры были несколько завыше­ны). Известные в то время методы исследований не позволяли экспери­ментально подтвердить выводы ученого. В результате регулярных изме­рений концентрации углекислого газа в атмосфере, начавшихся в середи­не XX в., установлено: с течением времени концентрация углекислого газа в атмосфере медленно возрастает.

В 80-х годах XX в. на советской антарктической станции «Восток» при глубоком бурении и анализе химического состава воздушных пу­зырьков в слое льда обнаружено изменение концентрации углекислого газа за 160 тыс. лет. При этом косвенным путем определялось изменение температуры того же времени. При сопоставлении полученных данных выявлена корреляция изменений концентрации углекислого газа и температуры. В результате сделан вывод: за указанный период времени угле­кислый газ вносил заметный вклад в парниковый эффект.

К настоящему времени известно, что парниковый эффект обусловли­вается не только углекислым газом, но и хлорфторуглеродами (фреоны), метаном, парами воды (на большой высоте), соединениями азота, озоном. Их общий вклад составляет около 50%. Постепенное сокращение произ­водства фреонов с целью защиты озонового слоя в определенной степени способствует замедлению парникового эффекта. Основные источники метана – рисовые поля, болота, отходы животноводства т.п. Соедине­ния азота образуются при разложении биомассы, сгорании угля и нефте­продуктов. Они сохраняются в атмосфере длительное время – более 150 лет, а метан – 14 лет.

Согласно данным, полученным с помощью французско-американско­го спутника, уровень Мирового океана в последнее время ежегодно под­нимается на 1-3 мм. Предполагается, что это связано с общим потепле­нием климата, причем не только с таянием льдов, но и с термическим рас­ширением воды. Систематические наблюдения показывают: в последние десятилетия появились признаки общей тенденции – климат на Земле теплеет. Есть и другие доказательства такого вывода. Так, относительно недавно в водах, омывающих Антарктиду, кораблю впервые удалось пройти вокруг острова Джеймса Росса. До сих пор проливы там были за­крыты монолитными льдами. Льдина площадью в 4,2 тыс. км² откололась от остального массива льда: температура в этих местах на 2,5°С превыси­ла среднюю многолетнюю. Предполагается, что началось таяние южной полярной шапки планеты.

С течением времени средняя температура поверхности нашей плане­ты колеблется, но прослеживается тенденция ее повышения, которое можно объяснить, прежде всего, ростом количества сжигаемого топлива. Рекордным по потреблению ископаемого топлива стал 1996 г. – израсходовано около 8 млрд. т условного топлива. По сравне­нию с 1992 г. в 1997 г. было сожжено примерно на 500 млн. т условного топлива больше, а, следовательно, увеличился и выброс в атмосферу продуктов горения. Хотя в 1996 г. температура на нашей планете понизилась на 0,08°С, но в среднем в последнем десятилетии наблюдалось потепление[6].

При восстановлении нормального состава атмосферы важное значе­ние имеет биогеохимический круговорот углерода с участием раститель­ности. Различные растения, в том числе и крупные лесные массивы, часто называемые легкими Земли, поглощают углекислый газ и поставляют кислород, столь необходимый всему живому. Однако в наше время таким легким нанесены серьезные, опасные раны, и их необходимо залечивать. Только в период с 1980 по 1995 г. истреблено около 180 млн. га леса. Это площадь такой страны, как Мексика! Следует, однако, отметить, что в тропических широтах рубка леса несколько замедлилась, и, кроме того, во многих странах периодически производится посадка молодых лесов.

Интенсивное развитие промышленности и, прежде всего, рост произ­водства автотранспорта ведет к непрерывному повышению концентра­ции углекислого газа в атмосфере – в XX в. она увеличилась на 20%. Как это может сказаться на продуктивности биоты – исторически сложив­шихся комплексов живых организмов? Предполагается, что общая про­дуктивность биоты не изменится, но произойдет ее перераспределение по различным географическим зонам.

Известные оценки глобального экологического состояния нашей пла­неты носят дискуссионный характер. Окончательные выводы делать очень опасно. Так, например, по некоторым расчетам, в начале XXI в. средняя температура планеты повысится на 0,5-0,6 градуса. Однако и колебания температуры могут составлять плюс-минус 1°С. В связи с этим возникает вопрос: является ли наблюдаемое потепление естественным процессом или это проявление усиливающегося парникового эффекта? Многие климатологи считают: парниковый эффект есть – это бесспор­но. Учитывать его, безусловно, надо, но говорить о неизбежности трагедии не следует. Человек может и должен сделать многое, чтобы предотвра­тить надвигающуюся экологическую катастрофу или, по крайней мере, смягчить нежелательные последствия наблюдаемых явлений.

Кислотные осадки. Кислотные осадки являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. Кислотные соединения (преимущественно производные оксидов серы и азота) образуются есте­ственным образом во время грозы, при извержении вулканов, в результа­те жизнедеятельности бактерий. Но все же ощутимая масса кислотных соединений содержится в выбрасываемых газах автомобильного транс­порта, теплоэлектростанций, различных плавильных печей и т. п.

Систематические наблюдения показывают, что в некоторых местах выпадают осадки, приближающиеся по кислотности к столовому уксусу. Масштабы ущерба от них огромны. Обнаруживаются все новые формы их проявления. Если вначале оценивался вред, приносимый кислотными дождями преимущественно озерным и речным экосистемам, то в даль­нейшем стали учитываться и такие их последствия, как повреждение зда­ний, мостов и других сооружений. Труднее всего оценить влияние ки­слотных осадков на живую природу, в том числе и на здоровье человека. Особенно большой вред наносится озерам, вода которых не содержит ще­лочных соединений, способных нейтрализовать кислотность. В кислой воде озер замедляется рост растений и водорослей, сокращаются или во­обще исчезают популяции рыб. Кислотные осадки снижают плодородие почвы и, как следствие, падает урожайность культурных растений. Ней­трализация почвы требует больших материальных затрат.

Кислотные соединения, попадая в атмосферу, вне зависимости от их природы распространяются на сравнительно большие расстояния от их источника. Они выпадают в виде дождя, снега (мокрые осадки) или в виде аэрозолей (сухие осадки).

Сравнительно высокий уровень кислотных загрязнений дают тепло­вые электростанции, работающие на угле, содержащем серу большой концентрации, которая при сжигании превращается в газообразный диок­сид серы и выбрасывается из дымовых труб. Перемещаясь в атмосфере, диоксид серы медленно реагирует с парами воды, образуя серную ки­слоту.

Образование оксидов азота, их химическое превращение и выведение из атмосферы – довольно сложный процесс. Азот и кислород, нагревае­мые до высоких температур в силовых установках, доменных печах и ав­томобильных двигателях, превращаются в моноксид азота NO, который, вступая в реакцию окисления, образует диоксид NO₂, а иногда и азотную кислоту НNОз. Основным источником диоксидов азота является не топ­ливо, а содержащийся в воздухе азот, если температура горения превы­шает 1000 °С.

Для уменьшения содержания оксидов серы и азота применяются раз­ные методы. Так, при сжигании угля производится предварительное его измельчение с последующим промыванием водой, что позволяет удалить 25-50% серы. При гидрировании нефти и нефтепродуктов с повышени­ем давления содержащаяся в них сера переходит в соединение H₂S, легко отделяемое от сконденсированного топлива. Сравнительно недавно предложен высокоэффективный метод очистки: сжигание топлива в виде смеси угля и известковой пыли при температуре 800-900°С; при этом удаляется до 90% серы и одновременно предотвращается образование оксидов азота. С применением катализаторов можно произвести дальней­шую очистку. Для обезвреживания выхлопных газов автомобилей приме­няются различные способы очистки: частичный возврат выхлопных га­зов, применение обедненной топливной смеси, использование катализа­торов и др.

Химический анализ состава атмосферы, внедрение высокочувстви­тельных приборов для определения концентрации газовых примесей в воздухе, изучение кинетики и динамики основных атмосферных реакций и создание новых эффективных методов, позволяющих сократить вред­ные выбросы, приводящие к кислотным осадкам, – вот важнейшие зада­чи, от успешного решения которых зависит сохранение естественного со­стояния окружающей среды.

Сохранение озонового слоя. Озоновому слою Земли посвящено сравнительно много публикаций: в одних утверждается, что озоновый слой исчезает быстро и необратимо, и жить человечеству осталось недолго, а в других – авторитетное успо­коение: озоновые дыры существовали всегда, и это нормальный естест­венный процесс, на который человечество никак повлиять не может. Так что же происходит на самом деле с атмосферным озоном?

Озон О₃ представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Его моле­кула состоит из трех атомов кислорода. Озон – одна из наиболее важных составляющих атмосферы Земли. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство – это способ­ность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излу­чение Солнца. С другой стороны, он сильнейший окислитель (попросту яд), способный отравлять ту самую флору и фауну, которую защищает, находясь в стратосфере. Отравляю­щее действие озона приносит пользу при очистке воды от болезнетворных организмов: озонирование воды – один из лучших способов ее очистки.

С точки зрения различных функций и свойств один и тот же по хими­ческому составу озон можно условно разделить на «плохой» и «хоро­ший». «Плохой» озон, входящий в состав фотохимического смога, пора­зившего многие крупные города, находится в приземном слое тропосфе­ры и, достигнув определенных концентраций, представляет опасность для всего живого. Однако основная часть озона сосредоточена в страто­сфере, расположенной над тропосферой на высоте 8 км над полюсами, 17 км над экватором и простирающийся вверх на высоту примерно 50 км. Это – «хороший» озон: он защищает все живое от опасного ультрафио­летового излучения.

Проблемы разрушения озонового слоя и образования городского смо­га часто обсуждаются в средствах массовой информации, и это дает по­вод полагать, что в атмосфере Земли содержится слишком много озона. Действительно, его может оказаться слишком много в тропосфере, где он наносит вред флоре и фауне, и слишком мало там, где он выполняет защитную функцию. В целом же общее количество озона в атмосфере срав­нительно мало: если его сжать до плотности воздуха у поверхности Зем­ли, то получится слой толщиной примерно 3,5 мм. Концентрация озона в атмосфере зависит от географической широты, высоты, времени года, ак­тивности Солнца, техногенного воздействия и т.п. Естественные ее коле­бания могут достигать 25%. В стратосфере сосредоточено 90% всего озона, 10% – в тропосфере, частично в смоге. Больше всего озона находится на высоте 20-25 км, где его концентрация превышает 30 мПа, что соответствует примерно одной молекуле озона на 100 000 молекул воздуха.

В процессе развития жизни на Земле совершенно случайно оказалось, что озон, образовавшийся в древней земной атмосфере, и клетки живых организмов поглощают биологически опасное коротковолновое излуче­ние Солнца в одном и том же диапазоне длин волн 230-290 нм. Опасное воздействие ультрафиолетового излучения на живую клетку заключается в том, что оно повреждает молекулы ДНК, поглощающие его сильнее, чем молекулы белков клетки. С формированием озонового слоя появи­лась, может быть, единственная возможность во Вселенной для развития большого разнообразия живых форм, включая человека. Поэтому весьма важно представлять механизмы образования и разрушения озона.

Основной источник озона в атмосфере – молекулярный кислород О₂, который под действием ультрафиолетового излучения распадается на атомы. Атомы кислорода О вступают в связь с молекулами О₂, образуя молекулы озона О₃. Атомарный кислород образуется на высоте выше 20 км при расщеплении молекулы кислорода ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 240 нм. В нижние слои атмосферы такое излуче­ние не проникает, и здесь атомы кислорода образуются в основном при фотодиссоциации двуокиси азота под действием мягкого ультрафиолето­вого излучения с длиной волны более 300 нм.

Поскольку связь атома О с молекулой О₃ в озоне слабая, достаточно видимого света, чтобы молекула озона распалась на исходные составляю­щие. Если бы после образования озона можно было изолировать солнеч­ное излучение, то озон сохранялся бы в атмосфере довольно долго. Так оно в действительности и происходит: накопленный за день в стратосфе­ре озон за ночь не распадается.

Ускорению естественного распада озона способствует его взаимодей­ствие с частицами, содержащими Cl, Br, NO, ОН, среди которых наиболее опасны хлор и бром и особенно хлор, входящий в состав различных видов фреонов. При взаимодействии атомов хлора с озоном образуется оксид хлора и кислород. Несмотря на то, что скорость появления ато­мов хлора из фреонов в стратосфере в миллионы раз меньше скорости об­разования молекул озона при солнечном излучении, один атом хлора мо­жет разрушить сотни тысяч молекул озона. Происходит цепная реакция, включающая сотни тысяч звеньев. Этот механизм разрушения озона име­ет антропогенный характер: фреоны стали производиться человеком во второй половине XX в. и широко использоваться в качестве хладагентов в холодильниках, пенообразующих агентов в огнетушителях, аэрозольных наполнителей, при химической очистке одежды, при производстве пенопластов и т.п. Молекулы фреонов довольно устойчивы, плохо растворя­ются в воде и легко проходят тропосферу, достигая стратосферы, где сконцентрирован озон.

Наиболее яркое проявление антропогенного воздействия на озоно­вый слой Земли – это антарктическая озоновая дыра, в которой истоще­ние озона составляет более 50%. После осознания последствий разруше­ния озонового слоя антропогенными источниками были сделаны важные шаги – приняты Венская конвенция (1985) и Монреальский протокол (1987), запрещающие производство озоноразрушающих веществ. По мере сокращения их производства в последнее время отмечается некото­рая стабилизация в содержании озона в стратосфере и даже тенденция к его восстановлению. Расчеты показывают, что процесс восстановления озона будет происходить в течение всего текущего столетия. Ускорение этого процесса – еще один важный шаг в решении сложной проблемы сохранения озонового слоя.

Водные ресурсы и их сохранение. Необходимые для жизнедеятельности всего живого водные ресур­сы – это соленая вода океанов и морей, пресная вода озер, рек и подзем­ных источников. Гигантский объем воды сосредоточен в ледни­ках – около 30 млн. м³ Существенная доля водяных паров образуется при естественном испарении поверхностных вод.

Наша страна, как никакая другая, богата водными ресурсами. Но, к сожалению, многие озера заболачиваются, реки мелеют, а иногда совсем исчезают. Редко где можно встретить на озере либо реке прекрасную снежно-белую кувшинку – индикатор чистоты воды. Многие реки несут непомерную нагрузку. Можно было бы говорить обо всех реках, но оста­новимся на одной из них – Волге. Проблемы Волги – это проблемы не только всех рек и всей России, но и всей планеты в целом. Сравнительно недавно, в середине XX в., за годы «великих строек» Волга, крупнейшая река Европы, превратилась в цепь каналов, шлюзов и водохранилищ. Теперь многие понимают, что такое превращение обора­чивается серьезными бедствиями.

По данным Института литосферы РАН, большая часть волжского бас­сейна находится в критическом состоянии. Ежегодно в Волгу поступает более 300 млн. т минеральных веществ, 64 тыс. т фенола, более 100 тыс. т соединений железа, более 6 млн. т сульфата, свыше 10 млн. т хлоридов и т.д. В бассейн Волги в 1990 г. было сброшено 23,3 км³ сточных вод. Из них совершенно неочищенных – 1,9, мало очищенных – 9,6, так назы­ваемых нормативно очищенных, а на самом деле тоже недостаточно очи­щенных – 1,6 км . Основная масса загрязненных вод, как ни странно, по­ступает через сети коммунального хозяйства, а на долю промышленных отходов приходится меньше половины. Сокращение объема пресновод­ного стока с завершением строительства Нижнекамского и Куйбышев­ского водохранилищ и загрязнение воды привели к тому, что за послед­ние 35 лет годовой лов рыбы в Волго-Каспийском регионе снизился в во­семь раз. Судака стало меньше в 24, леща в 4,5, сельди – в 16 раз. Рыба гибнет в основном из-за того, что количество фенола, ионов меди, цинка, нефтепродуктов и пестицидов в волжской воде в последние годы превы­шает допустимые нормы в десятки и сотни раз. А с конца 70-х годов XX в. резко повысилось содержание азота, фосфора и органических веществ.

Очевидно, если вода в Волге будет чистой, то и рыба в ней не переве­дется. Многие ли знают, что для рыб вода должна быть чище, чем питье­вая? Воду, не пригодную для рыбы, люди в соответствии с установленны­ми нормами пить могут. Мы должны стремиться к тому, чтобы на питье­вую воду были установлены те же нормы, что и для рыб.

Каков же материальный ущерб, нанесенный Волге строительством целого комплекса ГЭС? Ежегодные потери из-за недополучения продук­ции при затоплении более 1 млн. га сельскохозяйственных земель оцени­ваются – в 16 млрд. долл. и из-за потери рыбных запасов – в 4-6 млрд. долл. Если учесть эти потери, то по себестоимости электроэнергии дейст­вующие ГЭС станут невыгодными по сравнению, например, даже с ТЭЦ. Но остановить их работу, одновременно и сразу спустить воду невозмож­но – энергия нужна всем. Значит, надо искать способы реконструиро­вать ГЭС таким образом, чтобы они наносили минимальный ущерб при­роде.

Загрязняются и подвергаются воздействию не только воды рек, но и грунтовые воды, прежде всего, различными видами отходов. Применяе­мые в течение длительного времени способы захоронения бытовых и промышленных отходов основывались на том, что миграция отходов ма­ловероятна и что со временем содержащиеся в них соединения окисляют­ся, гидролизуются или перерабатываются бактериями в безвредные про­дукты. Однако результаты исследований показали, что некоторые виды отходов слабо разлагаются и способны мигрировать, а часть их перераба­тывается бактериями не в безвредные, а в токсичные вещества. Загряз­няющие вещества от различных источников могут распространяться в поверхностных слоях земной коры на большие расстояния от источников загрязнения и проникать в водоносные пласты.

Вынужденное захоронение всех видов отходов в грунте требует пред­варительных и сопутствующих физических, химических и биологиче­ских исследований, результаты которых позволят представить реальную картину миграции составляющих отходы соединений, а также процесс их разложения.

За последние десятилетия резко возрос объем антропогенных, в том числе и пластмассовых отходов, засоряющих не только огромные площа­ди суши, но и моря, и океаны. Пластмассы разрушаются очень медлен­но – некоторые из них в течение нескольких десятков лет. Но все же уси­лиями химиков выход найден – синтезированы пластики с особой струк­турой и свойствами, отходы от которых наносят минимальный ущерб ок­ружающей среде. В такие пластики внедряются светочувствительные мо­лекулярные группы, способные поглощать солнечное излучение, приво­дящее к расщеплению полимера.

Существует несколько способов сохранения водных ресурсов:

¾   оптимальная комбинация химической и биологической очистки сточных вод;

¾   применение дополнительных средств очистки сточных вод, со­держащих особо стойкие вещества;

¾   внедрение озонирования воды для ее обеззараживания;

¾   окисление загрязняющих веществ при высокой температуре и вы­соком давлении;

¾   высокотемпературное сжигание отходов и обработка их адсор­бентами и ионообменными смолами;

¾   циклическое применение воды при теплоотводе от различных ме­ханизмов и агрегатов;

¾   возвращение в производственный цикл ценных веществ, напри­мер металлов, вызывающих загрязнение почвы и воды;

¾   создание быстроразлагающихся заменителей пестицидов, широко применяемых как средство борьбы с болезнями и вредителями растений.

Успешное решение проблемы сохранения окружающей среды, в том числе водных ресурсов, зависит не только от ученых, специально зани­мающихся данной проблемой и предлагающих эффективные методы очистки воды, но и от всех людей, бережно относящихся к природе, в том числе и к водным ресурсам.

Энергетический кризис. Последнее столетие непременно войдет в историю человечества как век стремительного роста городов, бурного развития грузового и легко­вого транспорта, интенсивного строительства протяженных дорог и расширения автострад, освоения воздушного, а затем и космического про­странства, создания микроэлектронной и компьютерной техники и т.д. Вместе с тем это был век дешевой энергии. Многие помнят, что не так давно воздвигали громадные дома, не заботясь о теплоизоляции, строили гиганты-заводы без надлежащего учета экономии энергии и т.д.

Стало привычным и обыденным массовое потребление энергии: на­жимая кнопку выключателя, мы получаем свет, звук, телевизионное изо­бражение, тепло, холод и кондиционированный воздух, поворачивая кран, имеем холодную и горячую воду, не осознавая того, что на это рас­ходуется много энергии. Достаточно представить, как трудно поднять всего лишь одно ведро воды хотя бы на второй этаж, не говоря о более вы­соких. Нажимая кнопку и поворачивая кран, мы не задумываемся о дру­гой стороне медали: затопленные большие площади полезных земель, за­топленные села и даже города, громадные горы отходов, кислотные осад­ки, загрязнение природной среды нефтью и отходами нефтяной и газовой промышленности, аэрозоли в атмосфере, углекислый газ и смог, радиоак­тивные отходы и т.п.

Описание подобной картины последствий производства и потребле­ния энергии можно было бы продолжить. Но и без того понятно: сберегая энергию, мы сохраняем природную среду нашего обитания. Несомненно, бережное, рачительное отношение к энергии касается не только семейно­го бюджета – оно непосредственно связано с дальнейшим развитием цивилизации. Такое отношение должно прививаться каждому человеку еще в раннем возрасте. Им должны руководствоваться не только профессио­налы-экологи и энергетики, а буквально все люди вне зависимости от профессии и занятий.

Проблемы производства энергии и ее сбережения не новы: ими зани­мались всегда и в первую очередь, конечно, ученые. Однако только срав­нительно недавно начиная с 1974 г. на государственном уровне начали осознавать, что эпоха дешевой энергии завершается. Напомним, что в 1974 г. после введения арабскими странами эмбарго на продажу нефти  последовало шестикратное увеличе­ние цен на нее. Может показаться, что такое повышение цены имеет по­литическую окраску, с чем нельзя не согласиться. Но в данном случае за политикой кроется реальная экономика: США, многие страны Западной Европы и Японии потребляют гораздо больше энергии, чем получают из собственных источников, и сокращение поставки энергоносителей по­влекло бы остановку многих крупных промышленных предприятий.

Приведенный пример нельзя рассматривать как глобальный энерге­тический кризис. Это всего лишь результат географического и политического раздела сфер влияния производителей энергоносителей и их потре­бителей. Однако этот пример заставляет не только задуматься над про­блемами экономного производства и потребления энергии, но и искать новые способы ее получения, которые приносили бы минимальный ущерб окружающей среде. Только при рациональном применении иско­паемых энергоносителей (нефти, газа, угля) и разумном их сочетании с нетрадиционными источниками (источниками энергии приливов ветра, Солнца, геотермального тепла и других) можно надолго сохранить хруп­кое равновесие в природе – среде нашего обитания.

Сложная проблема производства энергии и сохранения окружающей среды волнует всех людей и в первую очередь специалистов и ученых, предлагающих разнообразные способы ее решения. Один из весьма ори­гинальных способов предложили ученые США. В штате Нью-Йорк орга­низована экспериментальная ферма для выращивания гибридной ивы, древесина которой может служить топливом для электростанций. Гиб­ридная ива не похожа ни на одну из природных ее разновидностей. Это плотный куст с гибкими ветками, длина которых за год увеличивается почти на 3,5 м. Большая скорость роста – основная особенность гибри­да. За год ивовый лес производит в 5-10 раз больше древесины, чем лю­бой другой лес. Собирать урожай прутьев можно каждые три года на про­тяжении 20 лет. Для сжигания ветки рубят на куски длиной 5 см. Хотя та­кое топливо обходится не дешевле угля (с учетом того, что на ТЭЦ прихо­дится заменять угольные топки новыми, специально сконструирован­ными), зато дым от ивовых дров гораздо менее токсичен. Он содержит меньше оксидов серы и азота. Кроме того, если при сжигании нефти, угля и газа выбрасывается в атмосферу углекислый газ, который был давно по­хоронен в горных пластах и исключен из атмосферы, то сжигание дров высвобождает то количество углекислого газа, которое ивовые кусты по­глотили из атмосферы за время их роста. Поэтому сжигание ивовых дров не повышает содержания углекислого газа в атмосфере и, следовательно, не вносит вклада в парниковый эффект. К этому следует добавить, что ивовый лес поставляет бесплатно кислород, необходимый для живых ор­ганизмов. В Западной Европе такие леса уже занимают около 20 тыс. га. В США, например, имеется около 80 млн. га брошенных земель, где можно развернуть энергетическое лесоводство с посадкой гибридной ивы.

Предлагаются и другие оригинальные способы производства энер­гии, способствующие сохранению среды нашего обитания. Однако лю­бой способ в той или иной мере сопряжен со вторжением в природу. По­этому важно не только произвести с минимальным ущербом для природы энергию, но и рационально ее потреблять. Только в этом случае, произво­дя и потребляя энергию, мы проявим не на словах, а на деле бережное от­ношение к окружающей среде.

 

Радиоактивное воздействие на биосферу. Во второй половине XX в. в связи с активной дея­тельностью человека, связанной с производством и испытанием ядерного оружия и бурным развитием атомной энергетики, появился новый вид воздействия на биосферу – радиоактивный. Если раньше радиоактивное воздействие находилось в пределах природного фона и его можно было считать естественным (основные представляющие опасность радиоак­тивные источники были спрятаны природой в относительно недоступных для живого мира местах), то в последние десятилетия в связи с расшире­нием добычи и обогащением ядерного вещества в крупных масштабах ра­диоактивное воздействие на биосферу стало представлять серьезную эко­логическую опасность. К источникам радиоактивного воздействия отно­сятся не только искусственные изотопы, но и космическое излучение, ра­диоактивные вещества, находящиеся в почве, воздухе.

Слова «радиоактивное излучение», «радиоактивность» и «облуче­ние» вошли в жизнь послевоенных поколений XX в. и до наших дней не­разрывно связаны с первым и увы! кошмарным применением внутри­ядерной энергии – атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки.

При взрывах атомных бомб более 100 тыс. японцев погибли практи­чески мгновенно, пораженные световой и ударной волной. Десятки тысяч выживших в момент взрыва подверглись действию проникающего излу­чения и скончались в течение нескольких дней и недель от острой луче­вой болезни. Но на этом не закончился список погибших от облучения. К концу 1946 г. в результате взрывов атомных бомб погибло около 160 тыс. жите­лей Хиросимы и 70 тыс. жителей Нагасаки. В течение последующих 30 лет (1947-1976) от лучевой болезни скончалось еще около 90 тыс. че­ловек. По прогнозам специалистов, в дальнейшем жертвами отдаленных последствий переоблучения окажутся еще 360 тыс. человек.

Взрыв одного из четырех блоков Чернобыльской АЭС в ночь на 26 ап­реля 1986 г. не разрушил ни одного жилого дома и даже не остановил ра­боту самой АЭС. Но через 10 лет после этой аварии опустошенные эва­куацией города и деревни прилегающих к Чернобылю районов Украины и Белоруссии по-прежнему остаются пустыми. Жить на этой территории, превышающей 1000 км² и сильно загрязненной радионуклидами, будет нельзя еще долгое время. Здесь будут работать лишь экологи и генетики, изучая влияние разных уровней радиации на растения и животных. По подсчетам экспертов, «цена» чернобыльской аварии за 10 лет составила около 200 млрд. долл. Но это лишь расходы и потери первого десятиле­тия. Прямой эффект чернобыльской аварии крайне тяжелый. Десятки лю­дей погибли от острой лучевой болезни. Многие жители были переоблу­чены и их здоровью нанесен существенный ущерб.

В России, на Украине, в Восточной и Западной Европе, в США в послеаварийный период Чернобыльской АЭС не было начато строительст­во ни одной АЭС. Продолжали только достраивать реакторы, которые были уже близки к завершению. Естественно, что их проекты корректи­ровались. Армения, лишенная всех источников органического топлива, решила реактивировать Армянскую АЭС, закрытую после землетрясения в 1988 г. Введение в декабре 1995 г. одного из блоков в эксплуатацию от­мечалось как национальный праздник.

В нашем лексиконе появились термины «острая лучевая болезнь», «отдаленные последствия облучения», тревожно звучащее слово «радиа­ция». Раньше они применялись преимущественно в узком кругу специа­листов, занимающихся разработкой способов использования атомной энергии в первую очередь для мирных целей. Вряд ли найдется человек, который не слышал бы об успешном применении облучения в терапии опухолей, при стерилизации продуктов питания и медицинских препара­тов, для предпосевной стимуляции семян и в других отраслях человече­ской деятельности, вплоть до криминалистики и искусствоведения.

Отмеченное в последние годы ослабление слуха у подростков – ­следствие акустического переоблучения различного рода аудиотехникой на дискотеках и в концертных залах. Причина выявленной в годы Второй мировой войны анемии у операторов мощных радиолокаторов – воздей­ствие чрезвычайно больших доз сверхвысокочастотного электромагнит­ного излучения. Одна из существующих в современной биофизике гипо­тез связывает акселерацию людей в послевоенные годы с переоблучени­ем населения Земли вездесущими радиоволнами.

Остановимся на этих примерах и попытаемся уточнить опасные, безопасные и допустимые уровни воздействия радиации на живые орга­низмы и степень опасности облучения человека.

Воздействие излучения на организм. Во всех случаях воздействия ионизирующих излучений на живую ткань в основе первичных измене­ний, возникающих в клетках организма, лежит передача энергии в ре­зультате процессов ионизации и возбуждения атомов ткани. Анализ не­счастных случаев позволил установить численное значение смертельной дозы гамма-излучения. Она оказалась равной 600 ± 100 рентген. Дозиметриче­ские и радиобиологические исследования показали, что ни в одном из из­вестных случаев вредные последствия облучения не проявились при до­зах менее 100 рентген кратковременного, т. е. «острого», облучения и менее 1000 рентген облучения, растянутого на десятки лет.

Если при вдыхании, заглатывании, а также через повреждения кожно­го покрова источник излучения попадает внутрь организма, то возникает внутреннее облучение, во много раз более опасное, чем внешнее, при од­них и тех же количествах радионуклидов.

Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радиоактивного вещества. Например, главная опасность радия заключается в том, что он откладывается в кос­тях и излучает альфа-частицы. Вызывая очень сильную ионизацию, аль­фа-частицы повреждают как кость, так и особенно чувствительные к излучению клетки кроветворных тканей, вызывая тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей. Пыль, содержащая ра­диоактивные частицы, приводит к образованию радиоактивных отложе­ний в легких и способствует развитию рака. Средний период развития рака, по результатам обследований рудокопов, получивших дозу не ме­нее 1000 бэр, в этом случае составляет около 17 лет.

Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опас­но вдыхание загрязненного воздуха. Во-первых, потому, что через легкие человека, занятого работой средней тяжести, за рабочий день проходит большое количество воздуха (около 20 м³), во-вторых, радиоактивное ве­щество, поступающее таким путем в организм человека, более эффектив­но на него воздействует.

Жизненно необходимая радиация. Стремление разделять все воз­действия на организм на вредные и полезные – всего лишь некая услов­ность. Ведь всем известно, как вредна, например, передозировка лекарств или даже витаминов и как необходимы бывают организму микродозы яда, например змеиного. Столкнувшись с радиоактивным излучением в больших дозах, человек убедился в его губительном действии на все жи­вое. Хотя не до конца изучены его последствия, но уже распространилось мнение: радиоактивное излучение вредно всегда.

В середине XX в. обнаружен природный радиационный фон, в кото­ром в течение длительного времени развивалась жизнь на нашей планете. Специалисты предложили принять его уровень за нижний предел опас­ной радиации. Эксперименты показали, что большие и малые дозы радио­активного излучения действуют на организм принципиально по-разному. Первые поражают множество клеток и сильно ослабляют организм, тогда как вторые губят только отдельные клетки, а остальным дают стимул для их последующего развития.

В молекулах клеток (в ДНК, РНК, белках) при воздействии радиоак­тивного излучения происходят одновременно два процесса – ионизация и возбуждение. Именно ионизация вызывает сильное поражение живых организмов. Процессом возбуждения до недавних пор пренебрегали, счи­тая его побочным, вторичным, тогда как на самом деле он важен. Вызванное малыми дозами радиоактивного излучения (на уровне природного фона) возбуждение атомов способствует развитию клеток и всего орга­низма в целом. Оно способствует продлению срока жизни организма, усиливает его иммунитет, повышает всхожесть семян, увеличивает рост растений и т.д.

Положительный эффект малых доз радиации подтвержден многими экспериментами на растениях и животных – от насекомых до млекопи­тающих. И ничего в этом удивительного нет, поскольку жизнь на Земле возникла, развивалась и существует ныне в условиях естественного ра­диационного фона. Чрезмерное его повышение наносит немалый вред всему живому, и стремление снизить фон до нуля кажется вполне естественным. Однако проведенные в последнее время опыты с расте­ниями и животными показали, что изоляция организма от радиационно­го фона вызывает в нем замедление фундаментальных жизненных про­цессов.

Земная колыбель человечества всегда была радиоактивной, и биоло­гические объекты, развиваясь в поле ионизирующих излучений, не могли к этому не приспособиться. Весьма показательны опыты радиобиологов по выращиванию растений внутри камер, изготовленных из материалов, не содержащих естественных радионуклидов. В таких камерах побеги по­являются позже, развитие растений замедляется, а урожай существенно ниже, чем в условиях естественного радиационного фона. Все это означа­ет, что естественный радиационный фон является жизненно важным и не­обходимым для развития живых организмов.

 

3.3. Принципы и пути преодоления экологического кризиса

 

        Человечество в состоянии предотвратить экологическую катастрофу и, по мнению ученых должно следовать ряду принципов:

1.   Сохранение экологического равновесия (гомеостаза) – состояния динамического равновесия природных систем, направленного на ограничение воздействий внешней и внутренней среды на систему, на сохранение относительного постоянства структуры и функций в ней.

2.   Контролируемое взаимодействие человека и природы – разработка  нормативно-правовой базы в области экологии.

3.   Коэволюции – двусторонней адаптации человека и природных экостистем друг к другу.

4.   Необходимости видового разнообразия – чем больше видов, тем выше устойчивость биосферы.

Следуя вышеуказанным принципам, экологи предлагают пути решения экологических проблем для предотвращения катастрофических последствий:

¾  создание и внедрение замкнутых (безотходных) технологий;

¾  циклическое использование ресурсов;

¾  технологии комплексной переработки сырья

¾  использование энергосберегающих технологий;

¾  ограничение добычи природного сырья из недр Земли за счет вторичной утилизации отходов;

¾  сохранение растительного и животного мира (лесонасаждение, заповедники и т.д.)

¾  планирование народонаселения;

¾  правовое регулирование охраны природы;

¾  международное экологическое сотрудничество;

¾  развитие экологического сознания общества – воспитание, обучение.

В России создана законодательная база в области экологии. Основным законодательным документом экологического права является Закон Российской Федерации «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 г., № 7-ФЗ. Согласно статье 11 этого Закона каждый гражданин имеет право на благоприятную окружающую среду, на ее защиту от негативного воздействия, вызванного хозяйственной и иной деятельностью, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера, на достоверную информацию о состоянии окружающей среды и на возмещение вреда окружающей среде. Граждане обязаны: сохранять природу и окружающую среду; бережно относиться к природе и природным богатствам; соблюдать требования законодательства.

Основные принципы охраны окружающей среды:

¾   соблюдение прав человека на благоприятную ок­ружающую среду;

¾   обеспечение благоприятных условий жизнедея­тельности;

¾   охрана, воспроизводство и рациональное исполь­зование природных ресурсов;

¾   ответственность органов государственной власти за обеспечение благоприятной окружающей среды и экологической безопасности на соответствующих территориях;

¾   платность природопользования и возмещения вре­да окружающей среде;

¾   независимость контроля; обязательность проведе­ния государственной экологической экспертизы проектов хозяйственной деятельности;

¾   сохранение биологического разнообразия; соблюдение права каждого на получение достоверной информации о состоянии окружающей среды;

¾   ответственность за нарушение законодательства,

¾   организация и развитие системы экологического образования, воспитания и формирование эколо­гической культуры (извлечения из статьи 3).

Федеральный закон «Об особо охраняемых природ­ных территориях» принят Государственной Думой 15 февраля 1995 г.

В этом Законе определены территории, которые го­сударство берет под особую охрану, а также органи­зация охраны этих территорий. К таким территориям отнесены:

а) государственные природные заповедни­ки, в том числе биосферные;

б) национальные парки;

в) природные парки;

г) государственные природные заказники;

д) памятники природы;

е) дендрологичес­кие парки и ботанические сады;

ж) лечебно-оздоро­вительные местности и курорты.

К другим нормативно-правовым документам, направ­ленным на охрану окружающей среды, следует отнести: Постановление Правительства Российской Феде­рации от 03.08.92. № 545 «Об утверждении Порядка разработки и утверждении экологических нормати­вов выбросов и сбросов загрязняющих веществ в ок­ружающую природную среду, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов»; Федеральный закон «Об экологической эксперти­зе», принят Государственной Думой 19 июля 1995г.