Экологический кризис

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Введение

Загрязнение окружающей среды - проблема всего мира. Расцвет промышленности принёс материальные блага и богатства ценой разрушения окружающей среды. Расширялись города и заводы, и дым из труб вместе с выхлопными газами принёс в атмосферу вещества, вредные для человека.

Впервые человечество осознало, что способно разрушить само себя, анализируя последствия возможного ядерного конфликта. Ежегодно перемещаются и преобразуются гигантские массы вещества, нарушаются огромные участки девственной поверхности суши, исчезают виды растений и животных, нарастает радиоактивный фон.

Технически развитое общество губит природу, губит среду, в которой оно существует и из которой черпает все необходимые для себя ресурсы. Губит самим фактом своего быстрого развития, своей техникой и, главным образом, своими необдуманными по отношению к природе действиями. Тем самым оно лишает себя перспективы и возможностей дальнейшего существования.

До недавнего времени считали, что природа в состоянии сама перерабатывать и нейтрализовывать все вредные промышленные выбросы. Эта точка зрения привела к экологической катастрофе. Причиной этого стало то, что механизмы адаптации естественных систем и самого человека к быстрым изменениям природной среды, имеющим антропогенный характер, перестали срабатывать.

Вследствие чего природные экосистемы деградируют, и это ударяет по самому человеку.

История свидетельствует, что и в прежние эпохи обострялись противоречия между человеком и природой и это приводило к экологическим кризисам. Но это были локальные и региональные кризисы. Особенностью нашего времени является интенсивное и глобальное воздействие человека на окружающую среду, что сопровождается интенсивными и глобальными негативными последствиями. Противоречия между человеком и природой способны обостряться, помимо прочего, из-за того, что не существует предела росту материальных потребностей человека, в то время как способность природной среды удовлетворить их - ограничена.

На рубеже 60-70-х годов человечество узнало, что все большее загрязнение воздуха и водных источников, оглушающие городские шумы, бесчисленные свалки мусора, удручающее оскудение природных ландшафтов - отнюдь не локальные явления. Под угрозой находятся практически все естественные оболочки (сферы) нашей планеты, многие фундаментальные равновесия в биосфере Земли и даже за ее пределами. Подрыв этих равновесий чреват необратимыми и пагубными для жизни на планете последствиями.

Сейчас человек стоит перед решением двух важнейших проблем: предотвращение ядерной войны и экологические катастрофы.

Сопоставление не случайно: антропогенное давление на природную среду грозит тем же что и применение атомного оружия, - уничтожением жизни на Земле.



Глава 1. Экологический кризис. Общее понятие.

1.1 Основные элементы и особенности экологического кризиса

В истории развития биосферы Земли неоднократно происходили процессы как постепенного, так и резкого изменения состояния природных систем. Причинами последних были глобальные природные или природно-антропогенные катастрофы. Они всегда приводили к существенным эволюционным перестройкам, которые, как правило, являлись прогрессивными для развития природных систем в процессах их адаптации к изменившимся условиям среды. При этом в биоте происходили сначала снижение биологического разнообразия, а затем взрыв формообразования новых видов.

Природно-антропогенные катастрофы связаны с действиями людей, началом их служит мощный антропогенный толчок. Это может быть ядерная война. Ее последствия способны привести к необратимым глобальным изменениям на Земле и самоуничтожению человечества.

Началу экологической катастрофы всегда предшествуют негативные процессы, происходящие в биосфере и приводящие к нарушениям равновесия ее экосистем. Основным проявлением таких процессов становится экологический кризис.

Экологический кризис - напряженное состояние во взаимоотношениях человека с окружающей природной средой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил, производственных отношений и потребностей общества ресурсам биосферы.

Экологический кризис следует рассматривать как обратимый процесс, в котором человек выступает активно действующей стороной. Поэтому, если экологический кризис - результат усиления антропогенного воздействия на биосферу, то развитие экологического кризиса - это усиление влияния изменений в окружающей среде на человеческое общество, а разрешение экологического кризиса - определенная фаза в развитии биосферы, сопровождающаяся как количественными, так и качественными изменениями экосистем.

В условиях взаимодействия человека с природными системами биосферы ее стабильность обеспечивается реализацией следующих положений:

- биосфера - не просто источник ресурсов и приемник отходов производства и жизнедеятельности человека, она является фундаментом живого, и в ней сама биота обеспечивает стабильность окружающей среды;

- биосфера имеет предельную хозяйственную емкость, превышение которой нарушает устойчивость биоты и окружающей среды;

- в пределах хозяйственной емкости биосфера может восстанавливать нарушенные функции экосистем, время восстановления и предел хозяйственной емкости меняются от ландшафта к ландшафту в зависимости от продуктивности биоты (в пустынях эта способность наименьшая, в лесах - наибольшая);

- превышение хозяйственной емкости биосферы нарушает естественный биологический круговорот веществ, геохимический баланс в экосистемах, т.е. ведет к загрязнению окружающей природной среды;

- загрязнение окружающей среды служит причиной и поводом для трансформации экологических ниш и, как следствие, гибели живых организмов;

- в условиях экологических нарушений природной среды человек должен обеспечить сохранение и восстановление естественных сообществ организмов в масштабах, обеспечивающих возвращение в пределы хозяйственной емкости биосферы, т.е. ее стабильности;

- предел роста человеческой популяции - хозяйственная емкость биосферы, верхним порогом которой является перевод в антропогенный канал не более 1 % чистой первичной продукции биоты (фотосинтеза); переход через этот порог ведет к дестабилизации окружающей среды и, в конечном счете, к исчезновению человека;

- для решения проблем окружающей среды человек должен осознать, что порог ее устойчивости перейден, и его поведение должно быть направлено на восстановление биосферы с использованием механизмов стабилизации в целях сохранения человеческого общества.

Исследования характера изменений биосферы под воздействием антропогенных факторов свидетельствуют о динамичности развития экологического процесса перехода экосистем в различные состояния напряжения.

1. Естественное состояние биосферы. Наблюдается фоновое антропогенное воздействие, при котором биомасса максимальна, а биологическая продуктивность минимальна.

2. Равновесное состояние. Скорость восстановительных природных процессов не ниже темпа антропогенных нарушений. Биологическая продуктивность больше естественной, а биомасса начинает постепенно снижаться.

3. Кризисное состояние. Антропогенные воздействия начинают превышать по скорости восстановительные процессы, но коренного изменения состояния экосистем еще не происходит. Биомасса заметно снижена, а биологическая продуктивность существенно повышена.

4. Критическое состояние. Происходит обратимая замена естественных экосистем на менее продуктивные (например, частичное опустынивание). Биомасса мала и, как правило, снижается.

5. Катастрофическое состояние. Происходит труднообратимый процесс закрепления малопродуктивных экосистем (например, сильное опустынивание). Биомасса и биологическая продуктивность минимальны.

6. Состояние коллапса. Происходит необратимая потеря биологической продуктивности. Биомасса постепенно исчезает.

Примеры развития напряженных состояний в экосистемах:

- равновесное состояние - акватория Тихого океана, Охотское море; равновесное состояние, переходящее в кризисное, - Балтийское море, экосистемы севера России;

- кризисное состояние, угрожающее перейти в критическое, - Каспийское море;

- критическое состояние - Черное море;

- катастрофическое состояние - экосистемы рек Белой и Уфы; катастрофическое состояние, переходящее в состояние коллапса, - Аральское море.

Техногенная деятельность привела к существенному нарушению экологических систем. И этот процесс продолжает развиваться. Прогнозируемым следствием нарушения биосферы является глобальный кризис надежности экологических систем. Выход из него возможен на основе радикальной перестройки отношения человека к окружающей природной среде, т.е. в революции экологического планирования.

Каковы же основные факторы, вызывающие развитие современного экологического кризиса? В своей хозяйственной деятельности человек интенсивно использует внутренние по отношению к биосфере источники энергии. Получение и использование такой энергии неизбежно ведет к изменению энтропии, т.е. происходит тепловое загрязнение биосферы.

Природные циклы замкнуты, так как вовлекают в круговорот веществ практически все биогенные элементы. Техногенные циклы разомкнуты, поскольку в них образуется масса отходов, материальных и энергетических выбросов, не вовлекаемых в процессы переработки и загрязняющих биосферу. Современная цивилизация в возрастающих масштабах создает, производит и использует искусственные вещества, которые нарушают экологическое равновесие и увеличивают токсичность окружающей среды. В условиях обеднения ресурсов биосферы создаются условия для появления генетически измененных видов животных и растений, массового разведения и распространения монокультур, домашних животных, что ведет к сокращению биологического разнообразия видов и появлению иных экосистем.

Стабильность биосферы нарушается в возрастающих масштабах чрезмерным увеличением численности населения на планете человеческого сообщества, относящегося к природной среде как к источнику ресурсов. При этом человек опирается на достижения науки и техники, что позволяет:

- производить в изобилии продукты питания и избавляться от опасности голода;

- создавать искусственную среду обитания, обеспечивающую наилучшие условия для жизнедеятельности (условия комфорта);

- успешно противостоять многим болезням, эпидемиям и др.;

- применять интенсивные способы хозяйствования в производстве товаров, продуктов сельского хозяйства и др.;

- успешно развивать материальную и духовную сферы.

В результате человек выиграл в конкурентной борьбе с другими видами, создал цивилизацию, быстро развившуюся в XXI в. Однако реализация достижений науки и техники породила и современный экологический кризис, а также и сопровождающие его экологические катастрофы.

Из-за техногенных выбросов заметно изменились биосферные процессы. С 1950 по 2005 г. выбросы в атмосферу увеличились в 24 раза, а по сравнению с 1900 г. сегодня температура на планете на 0,6-1°С выше. Около 25% поверхности Мирового океана покрыто пленкой нефтепродуктов, в воды ежегодно сбрасывается более 6,5 млн. т бытовых отходов, 6 млн. т фосфора, 2 млн. т свинца, 5 тыс. т ртути, 50 тыс. т пестицидов. Биологическая продуктивность Мирового океана снизилась на 15-25%.



1.2 Последствия экологического кризиса

То, что современный экологический кризис является обратной стороной НТР, подтверждает тот факт, что именно достижения НТП привели и к самым мощным экологическим катастрофам на нашей планете. В 1945 г. была создана атомная бомба. В 1954 г. была построена первая в мире атомная электростанция в Обнинске - на «мирный атом» возлагалось много надежд. А в 1986 г. произошла самая крупная в истории Земли техногенная катастрофа на Чернобыльской АЭС. Особенность радиоактивного поражения в том, что оно способно убить безболезненно. Боль является эволюционно развитым защитным механизмом, но «коварство» атома состоит в том, что в данном случае этот предупредительный механизм не включается. Чернобыльская авария затронула более 7 млн. человек и коснется еще многих, в том числе и не родившихся. Средства же на ликвидацию последствий катастрофы могут превысить экономическую прибыль от работы всех АЭС на территории бывшего СССР.

Второй крупнейшей катастрофой является высыхание Аральского моря. Еще несколько десятилетий назад газеты прославляли строителей Каракумского канала, благодаря которому вода пришла в бесплодную пустыню, превратив ее в цветущий сад. Но прошло немного времени и выяснилось, что победные реляции о «покорении» природы оказались опрометчивыми. Почвы на громадной территории оказались засоленными, вода в многочисленных каналах стала высыхать, и вслед за этим приблизилась катастрофа, которая не случилась мгновенно в результате аварии, а понемногу подбиралась годами, с тем чтобы предстать во всем своем ужасающем виде. В настоящее время площадь Арала уменьшилась наполовину, а ветры принесли токсичные соли с его дна на плодородные земли, отдаленные на тысячи км. Спасти Арал уже не удастся, и этот отрицательный опыт преобразования лика Земли подтверждает вывод В.И. Вернадского о том, что человек стал величайшей геологической силой на нашей планете.

Проблема загрязнения природной среды становится столь острой как из-за объемов промышленного и сельскохозяйственного производства, так и в связи с качественным изменением производства под влиянием научно-технического прогресса. Первое обстоятельство связано с тем, что лишь 1-2% используемого природного ресурса остается в конечном произведенном продукте, а остальное идет в отходы, которые - это второе обстоятельство - не усваиваются природой.

Многие металлы и сплавы неизвестны природе в чистом виде, и, хотя они в какой-то мере подвластны утилизации и вторичному употреблению, часть их рассеивается, накапливаясь в биосфере в виде отходов. Проблема загрязнения природной среды в полномасштабно встала после того, как в XX в. человек стал изготавливать синтетические волокна, пластмассы и другие вещества, имеющие свойства, которые не только не известны природе, но даже вредны для организмов биосферы. Эти вещества после их использования не поступают в природный кругооборот.

Темпы роста отрицательных последствий человеческой деятельности ставят под сомнение не только способность природы справиться с ними, но и адаптационные возможности самого человека.

Наличие физических и химических факторов, с которыми организм никогда в ходе эволюции не взаимодействовал, может привести к тому, что механизмы биологической и социальной адаптации окажутся не в состоянии сработать. Технический прогресс вызвал к жизни массу новых факторов, перед которыми человек как представитель биологического вида практически беззащитен. У него нет эволюционно выработанных механизмов защиты от их воздействия.

Загрязнение воздуха в промышленных центрах - главная причина распространения хронических бронхитов, катаров верхних дыхательных путей, пневмонии, эмфиземы и одна из причин, вызывающих рак легких.

Нужно отметить различные профессиональные заболевания, связанные с работой в загрязненной среде, потому что от загрязняющих веществ страдают в первую очередь те, кто их непосредственно производит.

Получены настораживающие данные о влиянии загрязнения природной среды на генетический аппарат человека. Совсем недавно стали появляться на свет так называемые «желтые дети» с врожденной желтухой в местах с высокой степенью загрязненности природной среды. Загрязнение природной среды привело к появлению новых заболеваний, таких, как болезнь минамата, вызванная отравлением ртутью.

Особенно острая ситуация сложилась для жителей крупных городов. В крупных городах объемы твердых отходов резко. Сжигание городского мусора, содержащего значительные количества компонентов, которые не подвергаются минерализации в почве (стекло, пластмасса, металл), приводит к дополнительному загрязнению атмосферного воздуха.

«Урбанизация нарушает биогеохимические циклы, поскольку город получает продукты, собранные с огромного по площади пространства, изымая с полей и пастбищ множество веществ, но не возвращая их обратно, потому что большая часть этих веществ после использования попадает в сточные воды и отбросы. А те и другие через канализацию со сточными водами переходят, минуя поля, в грунтовые воды, в реки и, наконец, аккумулируются в океане».

Некоторые последствия урбанизации пока еще трудно оценить. К таковым относится, например, просадка центральных районов городов, застроенных высотными зданиями, с компенсирующими поднятиями поверхности в пригородах.

Одним из путей предупреждения загрязнения природной среды являются попытки упрятать отходы как можно дальше. Соответствующие предложения (например, ликвидация отходов путем сбрасывания их в спрессованном виде в тектонически-активные зоны океанов с тем, чтобы они в дальнейшем погрузились в мантию, а также другие подобные предложения) не могут не навести на мысль: а не приведет ли это к еще большим трудностям?

К вызывающим тревогу последствиям НТП относит изменение фундаментальных физических параметров, в частности повышение шумового фона и радиационного уровня.

Среди потенциальных экологических опасностей можно отметить те, которые могут актуализироваться в будущем при сохранении существующих тенденций технико-экономического развития. К ним можно отнести опасности исчерпания традиционных видов природных ресурсов, теплового перегрева планеты, разрушения озонового щита, сокращения количества кислорода в атмосфере и др.

Практическая невозобновимость естественным путем большинства полезных ископаемых ставит перед человечеством сырьевую проблему, ведь природе требуется много тысяч лет для накопления запасов, к примеру, каменного угля, сжигаемого человеком за 1 год. Безусловно, в прогнозах учитываются лишь обнаруженные месторождения или принимается во внимание возможность небольшого увеличения запасов может стоять довольно остро, и это вполне справедливо для современной эпохи.

Некоторые отрицательные моменты интенсификации добычи полезных ископаемых сказываются и в настоящее время. Это, прежде всего, разрушение горными выработками почвенного покрова. Но не только. Добыча твердых полезных ископаемых в шахтах и откачка нефти и воды по скважинам приводят к осадке поверхности.

Можно отметить и такие негативные моменты, как увеличение затрат на геологоразведочные работы и добычу полезных ископаемых, поскольку найти полезное ископаемое становится все труднее, и в разработку приходится вовлекать месторождения с более бедными рудами, находящимися к тому же в более сложных геологических условиях.

Намного лучше, казалось бы, положение с возобновимыми ресурсами. Однако именно их возобновимость вызывала самоуспокоенность и вела к тому, что, истребляя ценные виды животных и растений, человек не думал и зачастую препятствовал их естественному возобновлению.

К воспроизводимым ресурсам относятся также пресные воды. Интенсивная добыча воды приводит к понижению уровня и постепенному истощению запасов. Дефицит подземных вод ощущается во многих районах земного шара, например в Бельгии, Германии, Швейцарии. Такая же ситуация в некоторых регионах России и может распространиться на другие. Несколько лет велись исследования проблемы переброски части стока вод северных и восточных рек СССР на юг, но эта проблема не только технически, но особенно экологически исключительно сложна. Были высказаны предположения, что, поворот рек может замедлить вращение Земли из-за перемещения огромных масс воды. Пожалуй, самое позитивное экологическое событие последних 10 лет - отказ от этого самоубийственного шага.

Не поспевает за вырубкой воспроизводство лесов. Чтобы вырубить участок леса в 1 га, требуется 1 день, а чтобы вырастить такой участок, нужно 15-20 лет. Кроме того, интенсивная рубка лесов может привести к оползневым процессам, наводнениям и другим разрушительным природным явлениям.

Подводя итог рассмотрению сырьевой проблемы, следует сделать вывод, что ценность каждого вида ресурса с ростом потребности в нем все более возрастает. Поэтому увеличивается и значение охраны природной среды от истощения.

Особо следует сказать о проблеме обеспечения энергетическими ресурсами. Основную приходную часть топливно-энергетического баланса составляет энергия, полученная за счет сжигания минерального топлива. Но запасы нефти и природного газа могут быть исчерпаны в ближайшем будущем. Перспективы связывают с развитием атомной энергетики, которая способна обеспечить человечество огромным количеством дешевой энергии. Атомная энергетика таит второй основной тип потенциальных опасностей тех, которые могут актуализироваться в любой момент в результате случайных обстоятельств. Имеется в виду опасность интенсивного радиоактивного заражения природной среды, которое может произойти из-за аварий на АЭС. Проблема захоронения радиоактивных отходов также до сих пор не решена.

Впереди и еще одна опасность. При существующих темпах роста энергии, вырабатываемой на Земле, следует ожидать, что ее количество станет соизмеримо в скором времени с количеством энергии, получаемой от Солнца. Ученые указывают на опасность теплового перегрева планеты и превышение энергетических барьеров биосферы. Опасность теплового перегрева планеты усиливается и в связи с повышением содержания углекислого газа в атмосфере, что ведет к так называемому «парниковому эффекту». Сжигание топлива вносит ежегодно в атмосферу не менее 1000 т углекислого газа. Ряд ученых, напротив, высказывает предположение о грядущем похолодании на нашей планете под влиянием антропогенной деятельности, связанной с запылением атмосферы и т.д. В любом случае резкие измерения климата могут вызвать катастрофические результаты. Нельзя забывать, что экологические процессы экспоненциальны и изменения в природе происходят не только эволюционно. Существуют пороги, превышение которых грозит резкими качественными преобразованиями.

Потенциальные опасности важнее тех, которые уже в полной мере стоят перед человечеством.

Переплетение экологически негативных последствий препятствует попыткам решить какую-либо частную экологическую проблему. При соответствующих усилиях она может быть решена, но это ведет к возникновению и обострению других проблем. Происходит не окончательное решение, а как бы «сдвиг проблем».



Глава 2. Естественное и антропогенное загрязнение окружающей среды

Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему несвойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота или обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы.

Загрязнения биосферы подразделяют на локальные, региональные и глобальные. Локальные загрязнения характерны для городов, крупных промышленных предприятий, районов добычи полезных ископаемых. Региональные загрязнения охватывают значительные территории и акватории, подверженные влиянию крупных промышленных районов. Глобальные загрязнения распространяются на большие расстояния от места своего возникновения и оказывают неблагоприятное воздействие на крупные регионы, иногда на всю планету.

По происхождению выделяют естественное загрязнение, возникшее в результате мощных природных процессов (извержения вулканов, лесных пожаров, выветривания и пр.) и антропогенное, являющееся результатом деятельности человека. Загрязнения также подразделяются на три основных типа: химическое, физическое и биологическое.

Загрязнители, поступающие в окружающую среду, подвергаются воздействию естественных физико-химических процессов, в результате чего могут рассеиваться на большие расстояния от их источника, образовывать соединения с другими компонентами среды, активировать процессы в биосфере. Антропогенное воздействие на биосферу вызывает не только ее загрязнение, но и разрушение из-за несбалансированности биохимических процессов. Масштабы антропогенных воздействий напрямую связаны с развитием цивилизации. Из биосферы ежегодно извлекаются миллиарды тонн ископаемых ресурсов для производства 1,3 млрд. т стали и других металлов.

Ежегодно в биосферу поступает 17,4 млрд. т твердых отходов, 500 млн. т минеральных удобрений, 5 млн. т пестицидов, 60 млн. т синтетических материалов, 500 млн. м3 жидких стоков, 20 млрд. м3 С02, 150 млн. м3 S02 и других химических веществ, число которых составляет более 100 тыс. наименований. Создание искусственной среды обитания с развитием инфраструктуры крупных городов усиливает масштабы антропогенного воздействия.

2.1 Химическое загрязнение

Химическое загрязнение связано с увеличением количества химических компонентов определенной среды, а также проникновение (введение) в нее химических веществ в концентрациях, превышающих норму или несвойственных ей. Наиболее опасны для природных экосистем и человека именно химические загрязнения, поставляющие в окружающую среду различные токсиканты - аэрозоли, химические вещества, тяжелые металлы, пестициды, пластмассы, поверхностно-активные вещества (детергенты). Химические загрязнения в настоящее время являются лимитирующими факторами развития цивилизации.

Аэрозольные загрязнения. Аэрозоли - аэродисперсные (коллоидные) системы, в которых долгое время во взвешенном состоянии могут находиться твердые частицы (пыль), капельки жидкости, образующиеся при конденсации паров, взаимодействии газовых сред или попадающие в воздушную среду без изменения фазового состава.

В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана. По своему происхождению аэрозоли подразделяются на естественные и искусственные. Первые поступают в тропосферу, реже в стратосферу при извержении вулканов, сгорании метеоритов, возникновении пылевых бурь, поднимающих с земных поверхностей частицы почвы и горных пород, а также лесных и степных пожарах.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в них обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода (несгоревший уголь, сажа, смола); реже - оксиды металлов, а также асбест.

Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих и других подобных предприятиях.

Для сравнительной характеристики участия естественных и искусственных источников загрязнения воздуха твердыми частицами в табл. 5.1 приведены данные о поступлении в атмосферу первичных загрязнителей. Там же представлены сведения о вторичных загрязнителях, связанных с новообразованиями в атмосфере.

Независимо от происхождения и условий образования аэрозоль, содержащий твердые частицы размером менее 5,0 мкм, называется дымом, а содержащий мельчайшие частицы жидкости - туманом.

Время пребывания частиц в атмосфере зависит как от их размеров и плотности, так и от состояния атмосферы (скорости ветра, состава, температуры). Мелкие частицы (размер частицы меньше 1 мкм) имеют время пребывания в нижних слоях атмосферы 10-20 суток, что достаточно для их распространения на большие расстояния от источников образования.



Таблица 2.1 - Твердые частицы, поступающие в атмосферу

Загрязнители	Масса, млн. т/год
Естественные источники Первичные загрязнители Частицы почвы и горных пород (ветровая эрозия) Зола от лесных пожаров и сжигания сельскохозяйственных отходов Морская пыль Вулканическая пыль Вторичные загрязнители Сульфаты Соли аммиака Нитраты Углеродные соединения растительного происхождения	100-500 3-150 300 20-150 130-200 80-270 60-430 75-200
ИТОГО по естественным источникам	768-1900
Искусственные источники Первичные загрязнители Частицы в составе промышленных выбросов Вторичные загрязнители Сульфаты Нитраты Углеводородные соединения	10-90 130-200 30-35 15-90
ИТОГО по искусственным источникам	185-415
ВСЕГО по естественным и искусственным источникам	953-2315

Атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излучение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучистой энергии. При достаточно длительном сохранении интенсивных загрязнений атмосферы это приводит к понижению температур и локальным изменениям климатических условий, что наиболее заметно в крупных городах и промышленных центрах.

Пыль и аэрозоли играют негативную роль в процессах коррозии металлических и силикатных материалов из-за образования на поверхностях отложений.

Пылевые и аэрозольные загрязнения атмосферы оказывают заметное влияние на здоровье человека, состояние флоры и фауны. Снижение потока солнечного излучения уменьшает образование под действием УФ-лучей витамина D3. В зонах интенсивных пылевых загрязнений возникает ряд специфических заболеваний (силикоз и асбестоз, приводящие к изменению тканей легких).

Мельчайшие частицы металлов, или ионы металлов, вызывают образование в крови токсических продуктов биохимических реакций. Особенно распространенными заболеваниями являются токсичные отравления свинцом, кадмием, алюминием, бериллием и их соединениями.

Гигроскопические пыли могут обезвоживать поверхности листьев растений, образуя на них корку, что нарушает естественные процессы обмена. Наоборот, пыли, типичные для городов, поглощают инфракрасное излучение, способствуя этим перегреву листьев растений. Все это нарушает нормальный водный и температурный режим и, в конечном счете, снижает активность ферментов фотосинтеза.

Химические соединения. Вследствие деятельности человека в атмосферу поступают углекислый газ С02, угарный газ СО, диоксид серы S02, метан СН4, оксиды азота N02, NO и N20, хлорфторуглероды (при использовании аэрозолей в быту), углеводороды, бензапирен и др. (в результате работы транспорта).

Наиболее массовые загрязнители, выбрасываемые всеми техногенными источниками в атмосферу, представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 - Загрязнители, выбрасываемые всеми техногенными источниками в атмосферу Земли (90-е гг. XX столетия)

Загрязнитель	Масса,
	млн. т/год
Твердые частицы дыма и промышленная пыль	580
Оксиды углерода	360
Летучие углеводороды и другая органика	320 -
Оксиды серы	160
Оксиды азота	110
Соединения фосфора	18
Сероводород	10
Аммиак	8
Хлор	1
Фтористый водород	1

Кислотные осадки (дожди) формируются при растворении в воде диоксидов серы и азота. Такие осадки, выпадая на поверхность Земли, имеют показатель кислотности рН < 5,6. Основным источником таких выбросов являются продукты сгорания топлива (уголь, мазут, бензин и т.д.) в энергетических установках предприятий, наземного и воздушного транспорта, выбросы химических и металлургических предприятий.

Время пребывания S02 в атмосфере в среднем составляет около 15 дней. Благодаря своей активности S02 в атмосфере претерпевает ряд химических превращений, главное из них - окисление и образование H2S04. При этом кислотные пары могут разноситься с облаками на сотни километров (до 1500 км) до мест выпадения их с осадками.

Кислотные соединения азота (NO, N02) от антропогенных источников - энергетики (57,0%), транспорта (38,5%), промышленности (4,5%) - служат источниками образования атмосферной азотной кислоты.

Кислотные осадки антропогенного происхождения заметно изменили рН окружающей среды. Около 150 тыс. лет назад при образовании ледяного покрова Гренландии рН осадков составляла 6,0-7,6 (по результатам анализов полярных льдов и горных глетчеров). Во второй трети XX в. рН атмосферных осадков составляла: 4,0-4,5 в Германии и странах Бенилюкса, 2,4-2,7 в Шотландии и Норвегии, 4,0- 4,5 в США и Японии. По оценкам специалистов, заметных изменений во вкладе в кислотные осадки со стороны природных процессов в последние сотни лет не происходило.

Показатель кислотности среды чрезвычайно важен для жизнедеятельности практически всех организмов. Негативные последствия проявляются при значениях рН < 5,5. Все нормальные формы жизни прекращаются при значениях рН < 5. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов, особенно хвойных. При взаимодействии с почвенным покровом усиливаются процессы выщелачивания биогенов. При рН < 4 резко снижается активность редуцентов и азотфиксаторов, обостряется дефицит питательных веществ, почвы становятся неплодородными. Под действием кислотных осадков существенно ускоряется коррозия металлов, нарушается целостность лакокрасочных покрытий, стекол, разрушаются здания, памятники архитектуры.

Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью. Это в первую очередь бензапирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта.

Быстрыми темпами нарастает в атмосфере содержание двухатомных газов с несимметричной молекулой (СО, НС1 и др.), трехатомных газов (Н20, С02, S02) и газов с числом атомов больше трех (NH3, CH4 и др.). Эти газы обусловливают парниковый эффект. Солнечная радиация, падающая на Землю, частично поглощается поверхностью суши и океана, 30% ее отражается в космическое пространство. Поглощенная энергия солнечной радиации преобразуется в теплоту и излучается в космос в диапазоне длин волн инфракрасного излучения. Чистая атмосфера прозрачна для ИК-излучения, а атмосфера, содержащая пары парниковых газов, поглощает инфракрасные лучи, благодаря чему происходит ее разогрев. Поэтому парниковые газы можно уподобить стеклянному покрытию в обычных садовых парниках.

Начиная с XVIII в. природное равновесие содержания парниковых газов в атмосфере, претерпело серьезные нарушения. За 250 лет содержание метана в атмосфере увеличилось в 3 раза вследствие антропогенного влияния.

Рост концентрации С02 сначала происходил из-за массовой вырубки лесов, потреблявших углекислый газ на синтез биомассы растений. С начала XIX в. определяющую роль приобретают выбросы С02 с продуктами сжигания ископаемого топлива, технологических и попутных газов.

Из антропогенных источников поступления С02 в атмосферу наибольшую долю составляют предприятия энергетики и металлургии, транспорт, использующий двигатели внутреннего сгорания.

Рост населения планеты и интенсивное разведение домашних животных привели к тому, что биологический вклад (аэробное дыхание, разложение органических остатков) в увеличение концентрации С02 в атмосфере стал соизмеримым с промышленными выбросами.

Увеличение содержания С02 в атмосфере на 60% по сравнению с современным уровнем приведет к повышению температуры земной поверхности на 1,2-2 °С; это значит, что если до 2050 г. потребление ископаемого топлива не сократится, то концентрация С02 в атмосфере возрастет вдвое, а температура поверхности Земли увеличится на 3 °С.

К сожалению, возрастает дополнительный вклад в парниковый эффект таких газов, как N02, S02, NH3, CH4, фреонов и других органических веществ. Опережающими темпами растет содержание в атмосфере СН4 и NH3. Установлено, что если темпы роста концентрации в атмосфере газов, дающих дополнительный вклад в парниковый эффект, сохранятся на сегодняшнем уровне, то к 2020 г. их действие будет эквивалентно удвоению концентрации С02 в атмосфере.

Потепление на Земле, по мнению климатологов, за счет роста температуры на 0,1 °С считается значительным, а увеличение температуры на 3,5 °С - критическим.

Развитие процессов в биосфере во многом зависит от состояния озонового экрана. Верхние слои атмосферы в значительной степени определяют условия жизни на Земле. Они являются защитным барьером на пути излучений и частиц высоких энергий из космоса. Особую опасность для биосферы представляет жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца в диапазоне длин волн X < 310 нм.

Известно, что более 99% ультрафиолетового излучения Солнца поглощается слоем озона (Оз) на высоте 25 км (в среднем) от поверхности Земли.

Основные источники NOx антропогенного происхождения - двигатели внутреннего сгорания, высокотемпературные энергетические установки, в которых сжигается топливо, ракеты и сверхзвуковые самолеты.

Атомарный хлор образуется в результате фотохимического разрушения фреонов (фторхлорметанов): CF2C12 и CFCI3. Эти вещества чисто антропогенного происхождения летучи и устойчивы в тропосфере. Их источником являются холодильные установки и аэрозольные баллоны. С момента промышленного применения в 50-е гг. XX в. содержание фреонов в атмосфере увеличивалось на 5-10% в год.

В настоящее время учеными обнаружены зоны стратосферы с существенно сниженным содержанием озона. Такая озоновая «дыра» зафиксирована над Антарктидой в весенние месяцы года.

Уменьшение озонового слоя, средняя толщина которого составляет 2,5-3,5 мм, может привести к изменениям облачного покрова Земли, нарушению теплового баланса атмосферы. Рост мощности ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, может оказать существенное влияние на биологические и геохимические процессы.

Среди химических загрязнителей воды наибольшую опасность представляют фенолы, нефть, нефтепродукты, тяжелые металлы, пестициды. Загрязнение Мирового океана связано главным образом с поступлением огромного количества вредных антропогенных веществ на его акватории.

В настоящее время в водные объекты ежегодно поступает более 30 тыс. различных химических соединений в количестве до 1,2 млрд. т, а всего на поверхность океанов, морей и рек в результате аварий и сбросов поступают нефть и нефтепродукты в количестве, превышающем 12 млн. т в год. Каждая тонна нефти образует на воде пленку площадью до 12 км2.

Гидросфера (водная оболочка Земли) включает ресурсы океанов, морей, рек, озер, прудов, болот и подземных вод. Общее количество воды на Земле достигает 1386 млн. км3, а площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши. Из общего количества воды на Земле доля пресных вод немногим более 2,5%, т.е. на каждого жителя Земли приходится около 5,8 млн. м3. Однако для человека доступно менее 30% этих вод, так как основная их часть сосредоточена в ледниковых покровах (около 27 млн. км3), скрыта в подземных образованиях (объем подземных пресных вод примерно в 100 раз больше объема поверхностных вод в озерах, реках, болотах).

Деятельность человека охватывает практически всю акваторию Мирового океана: поверхность служит для мореплавания и рыболовства; прибрежная зона - для извлечения биологических, минеральных, энергетических ресурсов, интенсивного промышленного и жилищного строительства; дно - для добычи полезных ископаемых и захоронения отходов.

В водные объекты поступают загрязненные сточные воды бытового, промышленного происхождения, ядохимикаты и удобрения, смываемые с полей при паводках, загрязненные атмосферные осадки. В результате речных течений и циркуляционных процессов такие загрязнения распределяются на большие пространства и переносятся на сотни и даже тысячи километров.

Человек в своей деятельности расходует воду не только для удовлетворения естественных физиологических потребностей. Вода используется промышленностью и сельским хозяйством в больших масштабах. При этом значительная ее часть связывается в технологических процессах и безвозвратно теряется. По оценкам ученых такие потери составляют около 150 км3 в год, т.е. более 1% устойчивого стока пресных вод.

В промышленности вода используется для приготовления растворов, проведения различных реакций нагрева и охлаждения, транспорта сырья, промывки изделий и многих других целей. Так, на производство 1 т чугуна или стали расходуется 15-20 м3 воды, кальцинированной соды - 10, серной кислоты - 25-80, вискозного шелка - 300-400, меди - 500, пластических масс - 100-500, синтетического каучука - 2000-3000 м3 воды.

Тепловая электростанция мощностью 300 МВт потребляет 300 тыс. м3 воды в год, химический комбинат средней мощности имеет суточный водооборот до 2 млн. м3 воды. В больших масштабах потребляется вода в крупных городах. Так, средний расход воды для города с населением 3 млн. человек составляет 2 млн. м3 в сутки. Часть потребляемой воды химически и физически связывается, а часть возвращается в водные объекты в загрязненном агрессивными химическими примесями состоянии.

Продуктами жизнедеятельности человека и отходами ряда производств являются органические соединения, которые поступают в водные объекты со сточными водами или в результате фильтрации через грунты. Их разложение осуществляется в результате деятельности аэробных микроорганизмов. В процессах брожения при интенсивном потреблении кислорода, растворенного в воде, образуются С02, Н20, а также нитраты, фосфаты, сульфаты и кислородсодержащие соединения других элементов. Это, с одной стороны, приводит к интенсивному разложению водорослей и растений, что стимулирует рост зоопланктона и внешней фауны, потребляющей кислород для дыхания. С другой стороны, возникающий дефицит кислорода вызывает массовую гибель аэробных организмов и размножение анаэробных микроорганизмов, разрушающих биомассу путем брожения.

Другими органическими загрязнителями являются фенолы, их галогенсодержащие соединения, которые попадают в водные объекты со стоками предприятий по производству клеев, пластмасс, кокса. Весьма опасны органические растворители, широко применяемые в различных химических технологиях (например, хлорированные углеводороды).

Нефть и нефтепродукты попадают в водные объекты при бурении скважин, потерях при транспортировке, авариях танкеров, в результате сливов при промывании емкостей. На воде нефть образует тонкие пленки, создающие со временем эмульсионный слой нефть-вода, покрывающий до 20-30% поверхности Мирового океана. Этот слой препятствует газообмену между водой и воздухом, что приводит к повышению в клетках водных организмов содержания С02 и их гибели. Микробиологический распад нефти идет неделями и даже месяцами. Нефтепродукты отрицательно воздействуют на гидробиоценозы, так как аккумулируются в морской биоте, передаваясь по трофическим цепям. Потребление таких морепродуктов создает угрозу здоровью людей. В морскую среду ориентировочно поступает около 12 млн. т нефти и нефтепродуктов, которые распространяются по акватории весьма неравномерно (табл. 2.3).

экологический кризис загрязнение вибрация

Таблица 2.3 - Концентрация нефтепродуктов в районах Мирового океана

Акватория	Концентрация, мкг/л
Тихий океан, северо-западная часть	0-200
Атлантический океан, северо-восточная часть	0-160
Северное море	0-350
Средиземное море	0-950
Балтийское море	800-8 000

Тяжелые металлы. Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой загрязнителей (поллютантов), получивших общее название «тяжелые металлы». К ним относится более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева (хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут и т.д.).

Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеивания осуществляется разнообразными путями. Важнейшим является их выброс при высокотемпературных процессах в черной и цветной металлургии, при обжиге цементного сырья, сжигании минерального топлива.

Часть техногенных выбросов тяжелых металлов, поступающих в атмосферу в виде аэрозолей, переносится на значительное расстояние и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах и донных отложениях и может стать источником вторичного загрязнения.

Значительное загрязнение тяжелыми металлами, особенно свинцом, а также цинком и кадмием обнаружено вблизи автострад. Ширина придорожных аномалий свинца в почве достигает 100 м и более.

Растения могут поглощать из почвы микроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или на поверхности листьев, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи «почва - растение - животное - человек».

Пестициды. Пестициды (pestis - «зараза», caedo - «убивать») - средства защиты растений от вредителей и болезней. В настоящее время используется около 700 химических веществ, из которых создается несколько тысяч препаратов пестицидов. Пестициды - единственный загрязнитель, который сознательно вносится человеком в окружающую среду.

Хлорорганические инсектициды (гексахлоран, ДДТ) обычно слаборастворимы в воде, очень устойчивы ко всем видам разложения и могут сохраняться в почве десятилетиями, аккумулируясь при систематическом применении.

Фосфорорганические инсектициды (карбофос, фосфамид, амифос) в почве и других природных средах распадаются довольно быстро. При этом они отличаются эффективностью действия и их применение перспективно. Широко используются карбамидные инсектициды. Отличаясь высокой токсичностью для определенных видов насекомых, эти препараты почти полностью безвредны для человека.

Почва является основным приемником и аккумулятором пестицидов, которые накапливаются в ней в результате адсорбции их молекул почвенными коллоидами. Очень важно создавать и применять только препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи, испытываются и внедряются в практику новые быстрорастворимые препараты с большой скоростью метаболической деструкции.

Сельскохозяйственные удобрения - вещества, компенсирующие потери элементов почвы, связанные с ростом растений. Для сохранения почвенной экосистемы на поля следует вносить эквивалентное количество соответствующих элементов. Отсюда успехи сельского хозяйства связаны с минеральными удобрениями и ежегодно увеличивают их количество, вносимое в почву. При этом не все удобрения достигают растений, много их теряется, в частности при вымывании из почвы.

Например, 5-кратное увеличение количества применяемых азотных удобрений позволило повысить урожайность зерновых культур только на 20%, а содержание нитратов в почве и растениях резко возросло. Сельскохозяйственная продукция, содержащая повышенное количество нитратов, имеет пониженную питательную ценность, теряет устойчивость к длительному хранению.

Другой вид удобрений - фосфорные. Их избыток в почве обогащает фтором и мышьяком растения, что весьма вредно для питающихся ими животных. Значительная доля фосфорных удобрений не усваивается растениями, не вовлекается в биохимический круговорот, а около 5% выносится в водные объекты.

Калийные удобрения (KN03, K2S04, КО) в силу высокой растворимости в воде в значительной степени вымываются в сопредельные водоемы в периоды, когда заканчивается начальная стадия развития растений, т.е. потребность их в калии уменьшается.

Наряду с минеральными удобрениями в сельском хозяйстве широко используют органические удобрения (навоз, торф, компост). При большом количестве в почвах таких удобрений, содержащих много патогенных микроорганизмов, и при обогащении водной среды ими создаются условия для возникновения очагов болезнетворных организмов.

Поверхностно-активные вещества. Широкое применение синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), или детергентов, особенно в составе моющих средств, обусловливают поступление их со сточными водами во многие водоемы, в том числе и в источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. В настоящее время эти вещества - одни из самых распространенных химических загрязнителей водоемов.

СПАВ поступают в водоемы с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными стоками (в сельском хозяйстве поверхностно-активные вещества используют для эмульгирования пестицидов).

Поверхностно-активные вещества относятся к экологически жестким веществам. Они очень трудно ассимилируются природной средой и крайне отрицательно влияют на состояние водоемов. Дело в том, что на их окисление расходуется слишком много растворенного кислорода, который таким образом отвлекается от процессов биологического окисления.

Детергенты очень вредны для гидробионтов. У рыб они вызывают жаберные кровотечения и удушье. У теплокровных животных нарушают функции биомембран, усиливая этим токсическое и канцерогенное влияние других токсикантов водной среды.

2.2 Физическое загрязнение

Физические загрязнения связаны с изменением физических, энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды.

Тепловые загрязнения окружающей среды. Ежегодно в мире сжигается до 5 млрд. т угля, 3,2 млрд. т нефти, что сопровождается ежегодным выбросом в атмосферу более 20 млрд. т С02 и выделением 2-Ю20 Дж тепла.

Переход от минерального горючего к ядерному до некоторой степени уменьшает химическое загрязнение среды, но при этом возрастает тепловое загрязнение. Мощные тепловые электростанции отводят с подогретыми сбросными водами в реки, озера, искусственные водохранилища большое количество тепла, тем самым влияя на термический и биологический режимы водоемов.

Тепловые загрязнения при повышении температуры воды приводят к понижению концентрации кислорода в воде, замене обычной флоры водорослей менее желательными сине-зелеными водорослями, а также усиливают восприимчивость организмов к токсичным веществам.

Для ограничения теплового загрязнения количество тепла, отводимого в водный объект, не должно повышать температуру последнего: в водоемах питьевого и культурного водопользования - более чем на 3 °С по сравнению с максимальной температурой воды в летнее время; в водоемах, используемых в рыбно-хозяйственных целях, - более чем на 3 °С в летний и 5 °С в зимний периоды.

Источниками тепловых загрязнений в пределах городских территорий служат подземные газоходы промышленных предприятий металлургического производства (140-160 °С), теплотрассы (50- 150 °С), сборные коллекторы, коммуникационные туннели (35-45 °С), туннели метро и другие подземные сооружения (18-25 °С). Искусственное промораживание грунтов при строительстве в сложных гидрогеологических условиях приводит к формированию временных криозон (от -10 до -26 °С) шириной до нескольких метров.

Шум и вибрация. Шум - одна из форм физического (волнового) загрязнения окружающей среды, адаптация организмов к которому практически невозможна. В связи с этим шумы в настоящее время рассматривают как реальный и серьезный загрязнитель биосферы. Шум - сочетание акустических волн различной частоты и интенсивности. Акустические волны - это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде (твердой, жидкой, газообразной). Основными параметрами акустических волн являются интенсивность и спектральный состав (спектр).

Звуковые волны представляют собой колебательные изменения давления воздуха - сгущения и разряжения. Интенсивность звука - это количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, нормальной к направлению распространения волны. Минимальное значение звукового давления - Р0, воспринимаемое ухом человека, называется пороговым. На частоте 1000 Гц Р0 = 2 х10~5 Па.