2014-02-05
11043
Биосфера, весьма динамичная планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно изменялась под воздействием различных природных процессов. В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов. Достигалось это посредством сложного механизма круговорота веществ, рассмотренного нами во второй лекции.
Главным событием эволюции биосферы признавалось приспособление организмов к изменившимся внешним условиям путем изменения внутривидовой информации. Гарантом динамической устойчивости биосферы в течение миллиардов лет служила естественная биота в виде сообществ и экосистем в необходимом объеме.
Однако по мере возникновения, совершенствования и распространения новых технологий (охота — земледельческая культура — промышленная революция) планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, все в большей степени стала испытывать влияние новых небывалых по силе, мощности и разнообразию воздействий. Вызваны они человеком, а потому называются антропогенными. Под антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящую физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду.
Известный эколог Б. Коммонер (1974) выделял пять, по его мнению, основных видов вмешательства человека в экологические процессы:
— упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;
— концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;
— рост ядовитых отходов от химических производств;
— введение в экосистему новых видов;
— появление генетических изменений в организмах растений и животных.
Подавляющая часть антропогенных воздействий носит целенаправленный характер, т. е. осуществляется человеком сознательно во имя достижения конкретных целей. Существуют и антропогенные воздействия стихийные, непроизвольные, имеющие характер последействия (Котлов, 1978). Например, к этой категории воздействий относятся процессы подтопления территорий, возникающие после ее застройки, и др.
Нарушение основных систем жизнеобеспечения биосферы связаны в первую очередь с целенаправленными антропогенными воздействиями. По своей природе, глубине и площади распространения, времени действия и характеру приложения они могут быть различными.
Анализ экологических последствий антропогенных воздействий позволяет разделить все их виды на положительные и отрицательные (негативные). К положительным воздействиям человека на биосферу можно отнести воспроизводство природных ресурсов, восстановление запасов подземных вод, по-лезащитное лесоразведение, рекультивацию земель на месте разработок полезных ископаемых и некоторые другие мероприятия.
Отрицательное (негативное) воздействие человека на биосферу проявляется в самых разнообразных и масштабных акциях: вырубке леса на больших площадях, истощении запасов пресных подземных вод, засолении и опустынивании земель, резком сокращении численности, а также видов животных и растений и т. д.
Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение. Большинство острейших экологических ситуаций в мире и в России так или иначе связаны с загрязнением окружающей природной среды (Чернобыль, кислотные дожди, опасные отходы и т. д.). Поэтому понятие «загрязнение» рассмотрим подробнее.
Загрязнением называют поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем.
Более развернутую характеристику этого понятия приводит известный французский ученый Ф. Рамад (1981): «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие биологические продукты (вещества)».
По объектам загрязнения различают загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв и т. д. В последние годы актуальными стали и проблемы, связанные с загрязнением околоземного космического пространства.
Источниками антропогенного загрязнения, наиболее опасного для популяций любых организмов, являются промышленные предприятия (химические, металлургические, целлюлозно-бумажные, строительных материалов и др.), теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и другие технологии. Под влиянием урбанизации в наибольшей степени загрязнены территории крупных городов и промышленных агломераций. Природными загрязнителями могут быть пыльные бури, вулканический пепел, селевые потоки и др.
По видам загрязнений выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнение (по Н. Ф. Реймерсу, 1990; с изменениями). По своим масштабам и распространению загрязнение может быть локальным (местным), региональным и глобальным.
Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и число их по мере развития новых технологических процессов постоянно растет. В этом отношении «приоритет», как в локальном, так и в глобальном масштабе, ученые отдают следующим загрязняющим веществам:
— диоксиду серы (с учетом эффектов вымывания диоксида серы из атмосферы и попадания образующихся серной кислоты и сульфатов на растительность, почву и в водоемы);
— тяжелым металлам: в первую очередь свинцу, кадмию и особенно ртути;
— некоторым канцерогенным веществам, в частности бенз(а)пирену;
— нефти и нефтепродуктам вморях и океанах;
— хлорорганическим пестицидам ( всельских районах);
— оксиду углерода и оксидам азота (в городах).
Этот перечень, безусловно, должен быть дополнен радионуклидами и другими радиоактивными веществами, пагубные последствия которых для человеческой популяции и экосистем в полной мере проявились после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки (Япония) и аварии на Чернобыльской АЭС. Следует упомянуть и диоксины — весьма опасное загрязняющее вещество из класса хлоруглеводородов.
Под видами загрязнений понимают также любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения:
· ингредиентное (минеральное и органическое) загрязнение как совокупность веществ, чуждых естественным экосистемам (например, бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания и т. д);
· параметрическое загрязнение, связанное с изменениями качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное);
· биоценотическое загрязнение, вызывающее нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т. д.);
· стациально-деструкционное загрязнение (стация — место обитания популяции, деструкция — разрушение), связанное с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (зарегулирование водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений и пр.).
Без всякого преувеличения можно отметить, что воздействие человека на биосферу в целом и на отдельные ее компоненты (атмосферу, гидросферу, литосферу и биотические сообщества) достигло к настоящему времени беспрецедентных размеров. Современное состояние планеты Земля оценивается как глобальный экологический кризис. Особенно возросли темпы роста ингредиентных и параметрических загрязнителей, причем не только в количественном, но и в качественном отношении. Негативные тенденции этих воздействий на человека и биоту носят не только выраженный локальный, но и глобальный характер.
Антропогенное загрязнение воды превышает естественные возможности водоемов к самоочищению.
Обычно все виды антропогенного загрязнения подразделяют на три типа: биологический, химический, физический.
Биологическое загрязнение. Основным источником являются бытовые сточные воды и стоки животноводства. При отсутствии или неисправности канализационных и очистных систем эти стоки привносят в водоемы массу мертвых органических веществ и живых организмов, в первую очередь микроорганизмов, в том числе и патогенных для человека и животных. Увеличение концентрации органических веществ создает в водоеме более комфортные условия для одних групп организмов и неблагоприятные для других. Это приводит к изменению видовой структуры биоценоза, нарушению равновесия в экосистеме и может привести к полной смене биоценоза.
Наличие в водоеме патогенных микробов создает условия для широкого распространения инфекционных заболеваний человека и животных при гигиеническом и пищевом использовании водоема и населяющих его организмов.
Химическое загрязнение. Основными источниками химического загрязнения являются растениеводство, промышленность, транспорт. Ядохимикаты и минеральные удобрения, различные токсические соединения, в том числе соли тяжелых металлов, поверхностно-активные вещества (ПАВ), в том числе синтетические моющие средства, нефть и нефтепродукты, вызывают гибель значительной части организмов, нарушая структуру биоценоза, сбалансированность круговорота веществ в экосистеме, процессы самоочищения. Нефть и нефтепродукты, образуя на поверхности воды тонкую пленку (поверхностный слик), препятствуют нормальному газо - и водообмену, чем усугубляют токсическое воздействие. Различные химические вещества накапливаются в тканях организмов, включаются в круговорот веществ экосистем и проявляют свои токсические, мутагенные и другие свойства далеко от места первичного загрязнения, а также в продуктах питания.
Физическое загрязнение. Основными источниками этого вида загрязнения являются горнодобывающая и строительная промышленность. Сброшенные в водоем пустая порода и строительный мусор приводят к его обмелению и изменению характера донных отложений, а вследствие этого нарушение температурного и светового режима, что неизбежно приводит к изменению биоценоза и нарушению равновесия экосистемы. Все вместе это может привести к зарастанию, заболачиванию и самоликвидации водоема.
Антропогенные изменения атмосферы.
Производственная деятельность человека приводит к изменениям в постоянном газовом составе атмосферы.
СО2 Увеличение концентрации СО2 в атмосфере происходит вследствие широкомасштабного сжигания топлива. К 2010 году его концентрация достигла 0,04%. Поскольку отраженные от поверхности Земли солнечные лучи задерживаются молекулами углекислого газа, то указанное увеличение концентрации привело к развитию так называемого "парникового эффекта" и повышению среднегодовой температуры на 0,6 градусов. Такое общее потепление климата на планете неизбежно приводит к таянию ледников и связанным с ним увеличением доли воды на поверхности планеты и в атмосфере. В свою очередь это ведет к длительному периоду погодной климатической нестабильности.
О2 Годовой расход кислорода на Земле в 1000 раз превышает его образование зелеными растениями. И хотя изменений концентрации кислорода в атмосфере пока не наблюдается, экологи считают, что дальнейшее уменьшение площадей лесных массивов (особенно в экваториальном поясе) в сочетании с увеличением потребления неизбежно приведет к снижению доли кислорода в атмосфере.
О3. Начиная с 80-х годов прошлого века, в районе над Антарктидой зафиксированы разрушения озонового слоя, максимум которых достигал 10000 км². Точные причины этого явления неизвестны. Однако тот факт, что почти за столетие исследовательских работ в Антарктике подобные нарушения озонового слоя зафиксированы только в наши дни, позволяет предположить его антропогенные истоки.
АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА подразделяется на газообразное и физическое. Для контроля и характеристики загрязненности среды введен показатель предельно допустимых концентраций (ПДК) - максимального количества миллиграмм вещества в 1 кубическом метре воздуха.
ГАЗООБРАЗНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА происходит в результате выбросов в атмосферу промышленными предприятиями и транспортом различных газов. Наиболее распространенными из них являются:
Сернистый газ (SО2). Источники загрязнения: химическая и металлургическая промышленность, теплоэлектростанции, котельные, автотранспорт. Количество в дыме зависит от содержания серы в топливе. ПДК разовая - 0,5мг/м, среднесуточная - 0,15мг/м.3
Окись углерода СО. Газ без цвета и запаха. Образуется при неполном сгорании топлива, присутствует во всех дымовых выбросах и выхлопных газах. Основные источники: домны, коксовые и газогенераторные производства, автотранспорт (в больших городах концентрация окиси углерода может достигать среднего значения 10 мг/м3). ПДК разовая – 6 мг/м³, суточная – 1 мг/м³. СО вступает в реакцию с гемоглобином, препятствуя его реакции с кислородом и вызывая удушье, действует на ЦНС; возможно хроническое отравление.
Окислы азота (NO, N2O5, NO2) - смесь непостоянного газового состава. Источники загрязнения: выбросы промышленных предприятий по производству азотных соединений, крупномасштабные взрывные работы. ПДК суточная 0,1 мг/м³, разовая - 0,3 мг/м³. При длительном вдыхании вызывает бронхиты, истощение, анемию, нарушение желудочной секреции, разрушение зубов, ухудшение состояния больных туберкулезом и лиц с сердечно-сосудистыми заболеваниями. В атмосфере, соединяясь с водяными парами, окислы азота превращаются в азотную и азотистую кислоту.
ФИЗИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА. Содержание в воздухе некоторого количества пыли (наземной, космической, морской) - явление естественное и не представляющее опасности для живых организмов благодаря процессам самоочищения воздуха, с одной стороны, и сформировавшимися в процессе эволюции системам защиты внутренней среды организмов от проникновения пыли - с другой.
Опасность представляют пылевые частицы, выбрасываемые промышленными предприятиями и транспортными средствами, способные благодаря своим размерам и низкой массе преодолевать барьерные системы организмов и длительное время находиться во взвешенном состоянии. Пылевое загрязнение воздуха не только накладывает отпечаток на внешний вид местности, но и изменяет микроклиматические условия, способствует развитию парникового эффекта. Многие химические соединения (свинца, марганца, мышьяка, фтора, ртути, углеводороды и др.), присутствующие в дымовых выбросах, могут вызывать хронические отравления. Но и нетоксические компоненты пыли могут вызывать поражение органов дыхания, кожи и глаз.
Современный кризис – результат совместной эволюции сложной саморегулирующейся системы: природа – человеческое общество. Эволюция саморегулирующихся систем носит необратимый характер.
Следовательно, возможности вернутся назад, к менее производительным, но более равновесным взаимоотношениям с природой, у человечества нет. Тем более, что все современные естественные природные экосистемы сформировались во взаимодействии с созданными человеком искусственными и квазиприродными системами и могут сохранять свое хрупкое равновесие, только когда эти системы работают.
Человечество не может и остановиться в своем развитии на достигнутом уровне. В соответствии с законами равновесия открытых систем создание высокоупорядоченных искусственных и квазиприродных подсистем, привело к такому увеличению энтропии в целом и так ускорило эволюцию биосферы, что любое эффективное сегодня производство завтра может оказаться неэффективным и не обеспечить удовлетворение потребностей человека. Другими словами мы обречены развивать науку и совершенствовать производство.
Следовательно, без дальнейшего развития человечеству не выжить, но и если оно будет развиваться в том же направлении, что и прежде, перспектива не изменится. Развитие человечества должно приобрести устойчивый характер на базе рационального природопользования.
