Загрязнение

Материальные объекты на самом деле не используются сполна, не растрачиваются безвозвратно, происходит только перестроение атомов. То, что использовано, становится чем-то другим, так что для каждого потребления возможно сбалансированное воспроизводство.

Если мы потребляем кислород, мы производим двуокись углерода. Если мы потребляем воду и пищу, мы производим пот, мочу и кал. Вообще говоря, мы не можем использовать продукты, которые списали. Мы не можем дышать двуокисью углерода, не можем пить и есть отбросы.

К счастью, мир представляет собой экологическое единство, и то, что для нас является отбросами, оказывается полезным для других организмов. Двуокись углерода важна для жизнедеятельности зеленых растений, в процессе ее использования они производят кислород. Отбросы, которые мы производим, разлагаются на составные части и используются разнообразными микроорганизмами, а то, что остается, может использоваться растениями, таким образом вода очищается и производится пища. То, что жизнь списывает, она снова производит в длинном цикле преобразований. Мы можем назвать это процессом «переработки».

До определенной степени это верно также и в мире человеческой технологии. Если люди, например, сжигают дерево, они делают то, что в природе совершает молния. Сожженное человеком дерево входит в цикл наряду с деревом, сожженным молнией. На протяжении сотен тысяч лет использования человеком огня это использование по существу было незначительным по сравнению с огнем молнии, и таким образом деятельность человека никоим образом не перегружала цикл.

Посмотрим, как обстоит дело с использованием каменных орудий. Оно включает неуклонное превращение больших кусков камня в мелкие. Кусок камня, слишком крупный для использования, мог быть разбит на кусочки, которые можно использовать, а от этих кусочков можно было отколоть еще меньшие при создании орудий. В конце концов орудие стало бы бесполезным из-за отламывания маленьких кусочков при заточке или придании формы.

И это тоже имитирует природный процесс, поскольку действие воды и ветра и изменение температуры также постепенно ведет к превращению камня в песок. Мелкие кусочки вследствие геологического воздействия могут снова превращаться в единую массу. Этот цикл превращения больших кусков камня в маленькие и обратно занимает, однако, очень длительный период. Поэтому по человеческим меркам мелкие бесполезные куски камня, которые являются неизбежным продуктом производства орудий, его отходами, не перерабатываются.

Все, что угодно, произведенное благодаря деятельности человека, что бесполезно и не перерабатываемо, стало определяться в последнее время как «загрязнение». Мелкие куски камня были бесполезны, нежелательны и создавали беспорядок. Как загрязнение они, однако, были относительно безвредны. Их можно было легко отмести в сторону, они не причиняли никакого вреда.

Отходы производства, которые могут быть с пользой переработаны природой, могут, тем не менее, стать загрязнением в случае, если они создадутся в регионе в ограниченное время и превысят мощность цикла. Например, когда люди сжигали дерево, они производили золу. Ее, как и мелкие камни, можно было отмести в сторону, и она не вызывала почти никакого беспокойства. Горящий огонь также производил пары, которые состояли в основном из двуокиси углерода и водяного пара, и оба эти компонента сами по себе не вызывали никаких неприятностей. В пары в незначительном количестве включались другие газы, раздражающие горло и глаза, кусочки несгоревшего углерода, пачкающие поверхности сажей, и другие тонко расщепленные частицы, которые не могли причинить никакого вреда. Пары плюс эти незначительные составляющие создавали видимый дым.

На открытом воздухе такой дым быстро рассеивался до концентраций слишком малых, чтобы кого-либо беспокоить. В конце концов в нашей атмосфере находится около 5 100 000 000 000 000 тонн газов, и дым всех костров первобытного человечества (и всех лесных пожаров, вызванных молнией) практически исчезал, когда рассеивался в колоссальном объеме. А когда он рассеивался, природные процессы перерабатывали вещества дыма и восстанавливали материалы, которые снова использовались растениями, и вновь воссоздавалась древесина.

Но что, если огонь для света, тепла, приготовления пищи и безопасности поддерживать в жилище? Дым в жилище скопится до высокой концентрации — грязный, вонючий, активно раздражающий, скопится задолго до того, как начнутся процессы переработки. Результат будет непереносим. И это, наверное, первый пример загрязнения, созданного человеком.

Можно предпринять кое-какие спасительные меры. Во-первых, от огня можно совсем отказаться, что было, вероятно, немыслимо даже в каменном веке. Во-вторых, огонь можно использовать только на открытом воздухе, что создало бы людям значительные неудобства во всех отношениях. В-третьих, решить проблему загрязнения могло бы развитие техники — короче говоря, мог быть изобретен эквивалент трубы (вначале это, вероятно, была просто дыра в крыше). Это третье и решило проблему.

Подобное стало обычным путем, которым люди решали вопросы с нежелательными побочными эффектами. Неизменно выбиралось движение в направлении корректирующей техники.

Конечно, всякая корректирующая технология создает свои проблемы, и процесс может быть бесконечным. Тогда можно спросить, не достигнем ли мы точки, где нежелательный побочный эффект техники станет непоправимым? Не может ли, загрязнение стать настолько обширным, что коррекция будет невозможна, и не доведет ли загрязнение нашу цивилизацию до катастрофы пятого класса (или даже, может быть, разрушит нашу жизнь до катастрофы четвертого класса)?

И вот старые древесные огни возросли по количеству с увеличением населения. С развитием техники добавились новые огни — горящий жир, уголь, нефть, газ, и абсолютное количество огней неуклонно увеличивается с каждым годом.

Каждый огонь так или иначе требует трубы, и дым из всех этих труб выходит в атмосферу. И теперь каждый год в атмосферу выбрасывается около полумиллиарда тонн загрязнителей в виде раздражающих газов и кусочков твердого вещества. Техника начинает перегружать цикл, атмосфера за последние десятилетия становится ощутимо грязнее.

Естественно, в населенных центрах, особенно в промышленных, загрязнение наиболее сильное, где мы теперь имеем смог («дым» + «туман» — smoke + fog). Иногда инверсионный слой (верхний слой холодного воздуха, сдерживающий нижний слой более теплого воздуха целыми днями) препятствует рассеиванию загрязняющих агентов, и воздух в ограниченном районе становится опасным. В 1948 году «смог-убийца» унес в Доноре, в Пенсильвании жизни двадцати девяти человек. Подобное происходило несколько раз в Лондоне и в других городах. Даже там, где обходится без смертельных исходов, в районах смога всегда налицо долговременное повышение уровня пульмонологических заболеваний, вплоть до роста заболеваемости раком легких.

Не может ли в ближайшем будущем произойти так, что наша техника оставит нас с атмосферой, в которой невозможно дышать?

Такая угроза, безусловно, есть, но человечество не беспомощно. В первые десятилетия промышленной революции города находились под густыми облаками дыма от горящего битумного угля. Переход на уголь антрацит, который давал меньше дыма, произвел сильное изменение к лучшему в таких городах, как Бирмингем в Англии и Питтсбург в США (Неуклонно крепнет кампания против табакокурения, поскольку табачный дым содержит канцерогены, которые воздействуют на некурящих так же, как и на курящих. К сожалению, курильщики, одурманенные своим наркотиком, в общем игнорируют или отрицают это, а табачная промышленность скорее предпочтет распространять рак, чем потерять доходы).

Возможны и иные коррекции. Другая опасность исходит от образующихся при горении окислов азота и серы. Если соединения азота и серы удалить из топлива до начала процесса или если они удалены из дыма до выброса дыма в атмосферу, то многие клыки загрязнения будут вырваны. В идеале испарения от горящего топлива должны состоять из двуокиси углерода и воды и ничего более. И вполне возможно, что мы сумеем добиться этого идеала (Но и выброс углерода имеет свои опасности, о чем речь пойдет ниже).

Но могут неожиданно появиться новые разновидности загрязнителей воздуха. Так, лишь в середине 70-х годов была признана потенциальная опасность применения таких хлорофтористых углеродов, как фреон. Легко превращающиеся в жидкость и совершенно не токсичные, они стали использоваться как охладители (из-за их чередующегося испарения и превращения в жидкость), чтобы заменить такие гораздо более токсичные и опасные газы, как аммиак и двуокись серы. В последние десятилетия их стали применять и в баллончиках для распыления. В этом случае при испускании они превращаются в пар и несут с собой под давлением соответствующее вещество, содержащееся в тонкой струе.

Эти газы непосредственно для жизни безвредны, но в 1976 году было представлено доказательство того, что, попадая в верхние слои атмосферы, они могут уменьшить и в конечном счете разрушить озоновый слой, который существует на высоте около 24 километров над поверхностью Земли. Этот слой озона (активного вида кислорода с молекулами, состоящими из трех атомов кислорода вместо двух — в обычном) непрозрачен для ультрафиолетовой радиации. Он прикрывает поверхность Земли от энергетичного солнечного ультрафиолета, который опасен для жизни. Может быть, только после того, как процессы фотосинтеза в зеленых растениях моря произвели достаточно свободного кислорода, чтобы дать возможность образоваться озоновому слою, жизнь смогла наконец колонизировать сушу.

Если озоновый слой существенно ослабится хлорофтористыми углеродами, так что ультрафиолетовая радиация Солнца станет достигать поверхности Земли с большей интенсивностью, участятся случаи рака кожи. Или еще хуже, воздействие на микроорганизмы окажется столь радикальным, что это резко повлияет на весь экологический баланс путями, которые мы пока не может предугадать, но которые, скорее всего, будут крайне нежелательны.

Воздействие на озоновый слой все еще спорно, но применение хлорофторуглеродов в баллончиках уже значительно сократилось, и, может быть, найдут какой-нибудь заменитель для их использования в кондиционерах воздуха и холодильниках.

Но не только атмосфера подвергается загрязнению. На Земле имеется также порядочно воды, то есть «гидросфера». Запас воды на Земле огромен, масса гидросферы примерно в 275 раз больше массы атмосферы. Океан покрывает площадь в 360 миллионов квадратных километров, или 70 % поверхности Земли. Площадь океана почти в 40 раз больше площади Соединенных Штатов.

Средняя глубина океана 3,7 километра, так что общий объем океана составляет 1 330 000 000 кубических километров.

Сопоставьте это с потребностями человечества. Если рассмотреть потребление воды для питья, купания, мытья и для сельскохозяйственного и промышленного использования, мир потребляет около 4000 кубических километров воды в год, только 1/330 000 от объема океана.

Это звучит так, как будто даже мысль о нехватке воды нелепа, если бы не тот факт, что сам-то океан как непосредственный источник воды для нас бесполезен. Океан будет носить наши корабли, давать нам отдых и обеспечивать морскими продуктами, но из-за содержащейся в его воде соли мы не можем ее пить, не можем использовать ее ни для мытья, ни для сельского хозяйства, ни для промышленности. Нам нужна пресная вода.

Общий запас на Земле пресной воды около 37 миллионов кубических километров, только 2,7 процента общего запаса воды. Большая ее часть находится в виде твердого льда в полярных регионах и на вершинах гор и тоже не может быть нами прямо использована. Значительная часть находится в виде грунтовых вод, очень глубоко под поверхностью, и ее нелегко извлечь.

Нам необходима жидкая пресная вода на поверхности в виде озер, прудов и рек. А в них запас воды составляет 200 000 кубических километров. Это всего лишь 0,015 процента от общего запаса, но даже это количество в 30 раз больше, чем человечество потребляет за год.

Без сомнения, человечество не зависит от статического запаса пресной воды, мы бы могли пользоваться ею тридцать лет при нынешнем темпе потребления. Вода, которой мы пользуемся, перерабатывается естественным способом. Она в конечном счете стекает по суше в океаны, океаны же испаряются под Солнцем, производя пар, который в конце концов выпадает в виде снега или дождя. Эти осадки в буквальном смысле — дистиллированная вода.

Около 500 000 кубических километров пресной воды выпадает в виде осадков каждый год. Из этого количества, конечно, много воды попадает прямо в океан, и значительное количество выпадает на земные ледяные шапки и ледники. Примерно 100 000 кубических километров выпадает на сушу, которая не покрыта льдом. Некоторое количество из этого испаряется до того, как может быть потреблено, но около 40 000 кубических километров добавляется в озера, реки и почву континентов каждый год (и равное количество стекает в море). Этот полезный дождевой запас все-таки в 10 раз больше, чем потребляет человечество.

Тем не менее человеческие потребности быстро растут. Потребление воды в Соединенных Штатах за это столетие возросло в десять раз, при таком темпе пройдет немного десятилетий, и с запасами станет плохо.

Довольно верно и то, что осадки не распределяются равномерно ни по пространству, ни во времени. Есть места, где осадков выпадает ниже среднего уровня и где населению дорога каждая упавшая капля. В засушливые годы от засухи резко падают урожаи. И возможный для использования водяной запас опасно мал во многих регионах мира уже сейчас.

Это исправимо, если заглянуть вперед, когда погодой научатся управлять, и дождь можно будет заставить идти по команде в определенных районах. Запас пресной жидкой воды может быть увеличен путем прямой дистилляции морской воды — нечто подобное практикуется сейчас на Среднем Востоке — или, возможно, путем вымораживания соли из морской воды.

Кроме того, ледовый запас мира переходит в океан в виде айсбергов, откалывающихся от краев ледника Гренландии и ледовых пластов Антарктиды. Эти айсберги — огромные резервуары пресной воды, которая тает в океане неиспользованной. Их можно отбуксировать к засушливым берегам и использовать там.

И еще — грунтовая вода, которая располагается даже под пустынями. Она может быть извлечена более эффективно, а поверхности озер и резервуаров можно покрыть тонкой пленкой безвредных химических веществ, чтобы уменьшить испарение.

Итак, вопрос поставки пресной жидкой воды может не оказаться серьезной проблемой. Более опасна проблема загрязнения.

Продукты отходов живых существ, обитающих в воде, собственно говоря, откладываются в воде, в которой они живут. Эти отходы разбавляются и перерабатываются благодаря природным процессам. Отходы животных, обитающих на суше, откладываются на суше, где они по большей части разлагаются микроорганизмами и перерабатываются. Отходы человека следуют по тому же циклу, и они также могут быть переработаны, хотя большие концентрации населения имеют тенденцию перегружать регионы отходами, в особенности вокруг крупных городов.

Но еще хуже химикаты, которые индустриализованное человечество использует и производит, сбрасывает в реки и озера, и в конечном счете они достигают океана. Так, в прошлом веке люди начали применять химические удобрения, содержащие фосфаты и нитраты, в больших и все возрастающих количествах. Они, конечно, отлагаются в земле, но дождь вымывает некоторые из этих химикатов в близлежащие водоемы. Поскольку фосфаты и нитраты необходимы для жизни, рост организмов в подобных водоемах, особенно в озерах, сильно ускоряется, происходит процесс, называемый «евтрофикация» (от греческого слова, означающего «хороший рост»).

Звучит это неплохо, но организмы, рост которых ускоряется, это — главным образом водоросли и другие одноклеточные организмы, которые растут огромными темпами и забивают другие формы жизни. Когда водоросли умирают, они разлагаются бактериями, которые в этом процессе потребляют из воды значительное количество растворенного в ней кислорода, так что более глубокие районы становятся буквально безжизненными. Озеро таким образом теряет свою ценность как источник рыбы или, по этой же причине, питьевой воды. Евтрофикация ускоряет в озере естественные изменения, которые являются причиной его заполнения растительностью и превращения сперва в болото, а затем в настоящую сушу. Что нормально произошло бы в течение тысяч лет, может совершиться за какие-то десятилетия.

Если такие превращения дают вещества, полезные для жизни, то что можно сказать насчет настоящих ядов?

Во многих случаях химическая промышленность производит вещества, которые ядовиты для жизни, и отходы, содержащие их, сбрасываются в реки и озера в расчете на то, что они там растворятся до безвредной концентрации и разрушатся благодаря естественным процессам.

Даже если химикаты не являются напрямую вредными, при значительной концентрации они способны накапливаться в живых формах, когда простые формы поглощают яд, а их поедают более сложные формы. В таком случае, даже если вода остается питьевой, водные формы становятся несъедобными. К настоящему моменту в индустриализованных Соединенных Штатах почти все реки и озера до определенной степени загрязнены, многие — сильно.

Конечно, все эти химические отходы в конце концов смываются в океан. Можно подумать, что океан, который так обширен, способен поглотить любое количество произведенных отходов, как бы нежелательны они ни были, но это не так.

Ныне океану приходится поглощать невероятное количество нефтепродуктов и других отходов. Из-за крушений нефтеналивных танкеров, мытья нефтеналивных баков, слива отработанных машинных масел в океане ежегодно оказывается от 2 до 5 миллионов тонн нефти. Ежегодный объем корабельного мусора достигает 3 миллионов тонн. Свыше 50 миллионов тонн сточных вод и других отходов поступает в океан каждый год только из Соединенных Штатов. Не все эти загрязнения опасны, но частично — опасны, причем количество загрязнений, ежегодно поступающих в океан, неуклонно возрастает.

Регионы по берегам континентов, наиболее богато наделенные жизнью, испытывают самые серьезные последствия загрязнения. Например, десятую часть прибрежных вод Соединенных Штатов, которая использовалась ранее для добычи моллюсков, теперь уже использовать невозможно.

Загрязнение воды, если оно будет бесконечно продолжаться, угрожает не только пригодности к употреблению нашего пресноводного запаса в не очень отдаленном будущем, но также и жизнеспособности океана. Если мы представим себе океан настолько отравленным, что он станет безжизненным, то пропадут микроскопические зеленые растения («планктон»), которые плавают на поверхности или около поверхности, а они ответственны за возобновление 80 % кислорода в нашей атмосфере. Почти наверняка жизнь не сможет надолго пережить смерть океана.

Все же такое не обязательно случится. Отходы, которые так опасны, до того, как сбросить их в воду, можно обработать таким способом, что снизится их вред, определенные яды можно вообще объявить вне закона и не производить их или же уничтожать сразу после производства. Если будет происходить евтрофикация воды, водоросли можно собирать из озерных вод, чтобы извлекать из них нитраты и фосфаты, которые можно использовать еще раз на суше для удобрения.

И еще о суше. Тут также существуют твердые отходы, которые не поступают ни в атмосферу, ни в гидросферу, — мусор, хлам. Они производятся людьми с начала цивилизации. Древние города Среднего Востока позволяли скапливаться своему хламу и мусору и в конце концов строили на нем новые дома. Все разрушенные древние города сами окружили себя насыпями из мусора, и археологи вкапываются в мусор, чтобы по нему узнать о жизни тех времен.

Мы теперь вывозим твердый мусор и сваливаем его в неиспользуемом районе. Все города поэтому имеют районы, где ржавеет неисчислимое количество старых автомобилей и горы другого мусора, которые служат охотничьими угодьями для миллиардов крыс.

Эти отходы скапливаются без конца. В крупных городах каждый день приходится вывозить многие тонны мусора (в промышленных районах более тонны на человека в год), и уже кончаются места, где можно устраивать свалки.

Серьезной особенностью проблемы является то, что твердые отходы не так-то быстро перерабатываются в ходе естественных процессов. Особенно долго живут алюминий и пластмасса. И все же способы их переработки можно придумать, собственно, нужно придумать. Именно эти свалки, как я указывал ранее, образуют своего рода залежи использованных металлов.