3.1 Проблема роста народонаселения

Около 10 тыс. лет тому назад общая численность людей на планете составляла примерно 5 млн. чел., а период ее удвоения

- 3 тыс. лет. Население увеличивалось с возрастающей скоростью, особенно начиная с 1500 г. н.э. К 1900 году число людей достигло 1.6 млрд. чел., время удвоения численности сократилось до 100 лет. В наше время эти цифры составляют соответственно 5,3 млрд. чел. (1990 г.) и 40 лет. Такой бурный рост народонаселения в XX веке называют демографическим взрывом. Этот взрыв означал не только социально-демографическую проблему, но и экологическую, так как его негативные последствия имеют прямое отношение к экологии человека, качеству его жизни и выживания.

К негативным экологическим проблемам демографического взрыва относятся фактическое превышение численности людей ее оптимального уровня, возрастающий недостаток продуктов питания и изменение возрастной структуры человечества. Перед рассмотрением перечисленных вопросов необходимо отметить, что как сам рост народонаселения, так и вызванные им последствия совершенно по-разному выражены в передовых и развивающих странах. Для подавляющего большинства развитых стран (США, страны Западной Европы, Япония) характерен умеренный рост народонаселения, согласованный с имеющимися ресурсами, а негативные его последствия снижаются рациональной государственной политикой. В развивающихся странах наблюдается резкий рост населения. обостряющий и без того нелегку ситуацию с качеством жизни. У каждой из женщин таких стран в среднем 5-6 детей (для сравнения у японок 1,57; у немок - 1,4 и т.д.).

В целом по планете по прогнозам демографов уже в ближайшее десятилетие население планеты может достичь 11-12 млрд. чел. и стабилизироваться на этом уровне (по пессимистическим прогнозам к концу XXI века население планеты увеличится до 28-30 млрд. чел.). Между тем по мнению другой группы экологов оптимальная численность населения нашей планеты составляет 1,5 млрд. чел. Человеку тяжела теснота и скученность современных городов, вредны не только превышающие ПДК и ПДУ уровни воздействия негативных факторов, но и само их появление в воздушном бассейне города; полезней чистая ключевая вода, а не обработанная хлором водопроводная, и необходима дикая нетронутая природа.

Попытки в 50-60 годы руководством ряда развивающих стран остановить рост народонаселения жестким государственным контролем над рождаемостью не привел к существенным успехам. Рождаемость гораздо лучше снижалась при повышении уровня образования (в Бразилии у женщин с высшим образованием число детей в 2-3 раза меньше, чем у необразованных), повышении общего уровня жизни.

В РФ проблемы избыточного роста населения в настоящее время нет. Более того, население страны сокращается из-за резкого ухудшения качества жизни, в том числе и по экологическим причинам; падает рождаемость и увеличивается смертность. Только от самоубийств в последнее время страна теряет ежегодно около 70 тыс. чел.

Вторым негативным последствием роста народонаселения можно считать увеличение недостатка продуктов питания. Правда, имеются чрезмерно оптимистические расчеты, которые показывают (по H.А. Агаджаняну). что наша планета при использовании всей пригодной для сельского хозяйства площади (3650 млн.га) сможет прокормить 76 млрд. чел. Но реальные возможности значительно меньше. Известно, что для обеспечения продовольствием одного человека нужно 0,8 га пашни. Поэтому даже в обширной РФ ее 131,6 млн. га пашни не могут считаться чрезмерно богатыми для 150 млн. чел. Неудивительно, что уже в начале 90-х гг. недостаток продовольствия по скромным подсчетам экспертов ООН составил 80...100 млн.т. Число голодающих по данным ФЯО более 0,5 млрд. чел., более 10 млн. чел. ежегодно погибает от голода. Почти каждый год мировое сообщество спасает население очередной страны от голодной смерти - недавно это были Сомали, Хорватия, а в 1997 г. - Северная Корея. Уже сейчас изучают возможность широкого использования синтетического белка из нефти, полученного с помощью микроорганизмов, и ряда насекомых (их калорийность больше, чем у мяса, а масса больших стай саранчи достигает нескольких десятков тыс.т). Значительным резервов продовольственных ресурсов является сельское хозяйство развивающихся стран. Если в наиболее процветающих странах Запада существуют законодательные запреты на излишки продукции (например, в Дании нельзя содержать более 3 коров на 1 га сельхозугодий), то в развивающихся странах урожай на сходных землях для аналогичных культур меньше в 2,5...5,2 раза, чем на Западе. Планировавшаяся компенсация недостатка белка (главного фактора голода) соответствующими ресурсами океана оказалась нереальной: в 80-х гг. улов рыбы достиг своего максимума и последовало определенное его снижение, что отчетливо видно и на примере РФ.

Третьим последствием роста народонаселения является изменение возрастной структуры общества. Увеличение численности населения планеты сопровождалось ростом средней продолжительности жизни (с 20-30 лет в античный период до 41 г. в 1900 г. и - по прогнозам - до 65,6 лет к 2000 году). При этом разрыв по средней продолжительности жизни в разных странах достигает 36-40 лет (средняя продолжительность жизни в Японии и Исландии - 80 лет, CША - 75 лет, а Чаде всего 39 лет). Изменения в возрастной структуре зависят от конкретной демографической ситуации в стране. В государствах Западной Европы, США и Японии обеспечивается определенное соответствие между ресурсами и численностью населения. При удлинении средней продолжительности жизни увеличивается число пенсионеров. Однако, несмотря на наступление старости, что обычно приходится на возраст 65 лет, многие продолжают работать практически до смерти. Кроне того, пожилые люди являются носителями культурных, морально-этических и национальных традиций. В развивающихся странах в возрастной структуре преобладают молодые люди, что приводит к дополнительным расходам, так как Фактически трудоспособный возраст начинается в среднем только с 19,5 лет.

Демографическая ситуация в РФ имеет свои специфические особенности. Резко выраженный экологический кризис привел к снижению уровня жизни у большинства россиян, резко возросла смертность, а средняя продолжительность жизни у мужчин в 1995 году упала до 57 лет.

В целом, если обратиться к рис. 1.2, иллюстрирующему возрастную структуру популяций, то первый график характеризует демографическую ситуацию развивающихся стран, второй - стран с высоким уровнем жизни, а третий - РФ.

Таким образом, резкий рост народонаселения в XX веке существенно обострил экологическую обстановку в мире и РФ за счет увеличивающегося недостатка продуктов питания, неблагоприятных изменений возрастной структуры общества в ряде регионов и, главное, все более отчетливого превышения количества людей на планете над оптимальным уровнем. Последнее обстоятельство настоятельно требует эффективного контроля за рождаемостью и смены ряда важнейших для человечества приоритетов и ценностей.

3.2 Проблема урбанизации

В XX веке параллельно росту народонаселения планеты шел процесс урбанизации, т.е. сосредоточения населения и экономической жизни в городах. Если в 1900 г. в городах проживало 224,4 млн. чел. (13,6%), то в 1980 г. - 1821 млн. чел. (41,I%).

По прогнозам демографов к началу XXI века из населения планеты 7 млрд. чел. 5,5 будут жить в городах. Урбанизация явилась неизбежным следствием функционирования индустриального общества с его требованиями специализации и концентрации производства. Развитие урбанизации имеет ряд особенностей и создает серьезные экологические проблемы. К особенностям урбанизации относятся ее неравномерность, тенденция развития мегаполисов, изменения естественных условий жизни, резкое увеличение массобмена в крупных городах и сложность водоснабжения для некоторых из них. Экологическими проблемами крупных городов являются выраженные загрязнения атмосферного воздуха, сложность ликвидации отходов современного города, повышение заболеваемости населения и негативные сдвиги нравственности городских жителей.

Процесс урбанизации затронул практически все государства мира. Однако этот процесс идет неравномерно. В развитых странах доля городского населения сейчас превышает 70%, а в некоторых из них уже подошла к пределу. Так, в Великобритании 35 лет процент городского населения стабилен и равен 91%. В государствах же Африки этот процент около 20, а в городах Китая живет 32% жителей страны.

Второй особенностью урбанизации стала тенденция к создании мегаполисов. Они в развивавшихся странах растут быстрее, чем в развитых, правда, за счет стагнации мелких городов и умеренном росте средних. Например, самым большим городом в начале XXI века должен стать Сан-Пауло в Бразилии: население Мехико уже сейчас больше, чем в Нью-Йорке. В развитых странах появление мегаполисов чаще всего связано с практическим слиянием в одну урбанизированную территорию крупных промцентров, как это происходит в Рурском бассейне Германии и в районе Великих озер США (города Чикаго и Питсбург). Самым крупным объединением в США должно стать слияние Бостона-Нью-Йорка-Вашингтона (около 60 млн. чел.). Правда, значительная часть футурологов Запада предсказывает резкое сокращение процесса урбанизации вследствие уже идущего (например, в США и Японии) превращения индустриального общества в постиндустриальное. Для последнего характерны отказ от глобальной специализации и концентрации производства и приоритетное развитие средних и мелких предприятий с выпуском законченных и годных к употреблении изделий. Такие предприятия обычно размещаются в мелких и средних городах.

Третья особенность урбанизации - резкое увеличение массобмена между городом и другими территориями. Город является субсидируемой экосистемой и для его функционирования необходима доставка энергии, пищи, воды и сырья для промышленности. Соответственно растут и отходы. Наглядное представление о масштабах материальных потоков в городах дает рис. 3.1. Следует только добавить, что для продовольственного обеспечения такого города (с населением 1 млн. чел.) необходимо 800000 га сельхозугодий.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.1. Массообмен, т/сут, современного города

Наиболее существенным с точки зрения экологов является изменение естественных условий жизни в черте больших городов. Такие изменения затрагивают климатические условия, газовый состав атмосферы, биогеохимию городских территорий и их окрестностей. воздействие широкого спектра энергетических загрязнений, Жители больших городов получают на 30% меньше УФО, необходимого для образования в коже человека витамина Д. На 15% уменьшается солнечная инсоляция, на 2-3°С поднимается температура воздуха. Возникшие различия температурных режимов способствуют конденсации атмосферной влаги и увеличивают количество осадков (примерно на 10%),

Если содержание основных компонентов атмосферы (N2 и О2) одинаково во всех регионах планеты и во всех слоях ее газовой оболочки (в тропосфере, мезосфере и стратосфере), то содержание пыли в городах в 30...40 раз выше, чем фоновое. Концентрация вредных примесей в значительном числе городов РФ с населением в десятки млн. чел. превышает 10 ПДК, а в некоторых промцентрах значительно выше, что создает экстремальные ситуации. Загрязнение почв около предприятий черной металлургии в 250 раз выше фона, цветной - в 450 раз. Высок и уровень акустического шума; его интенсивность в городах достигает 100 дБ, а на крупных магистралях 110 дБ А, приближаясь тем самым к болевому порогу слухового анализатора. Велики и интенсивности электромагнитных излучений, создаваемых промышленными установками и радиолокационными станциями.

Для ряда городов сложно решается вопрос с водоснабжением. Обеспечение водой Москвы потребовало создания канала Москва - Волга и дорогостоящей системы водохранилищ на территории своей и соседних областей. В некоторых городах (например, в Караганде) вода доставляется за 457 км.

Высокие загрязнения промгородов составляют самую тяжелую экологическую проблему. При неблагоприятных метеорологических условиях, затрудняющих естественное проветривание улиц, в таких городах, как Лондон и Токио уже неоднократно наблюдались массовые отравления смогом. Эти загрязнения приводят к резкому обострению респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, число которых в городах Бельгии, США и Англии достигало 6...10 тыс. чел., а число умерших - десятков и тысяч человек. Не менее велика и частота хронических заболеваний от загрязнения воздуха канцерогенами. Рак легких, вызываемый курением и наличием канцерогенов в выбросах промпредприятий, стал самым частым заболеванием у мужчин. Самыми распространенными заболеваниями в городах стали аллергические болезни, вызываемые загрязнением среды аллергенами. Ведущая нозологическая единица этой группы заболеваний - бронхиальная астма - как причина внезапной смерти приближается к уровню инфаркта миокарда.

Не меньшую опасность для здоровья населения городов представляют "болезни цивилизации", т.е. группа заболеваний, вызванных специфическими условиями жизни больших городов. Городской житель постоянно находится в условиях стресса. Как правило, он должен выполнять больший объем работы на предприятиях и учреждениях, чем в провинции (из-за большой дороговизны), у него наблюдается частый десинхроноз (нарушение естественных биоритмов организма трехсменной и ночной работой, жестким трудовым ритмом города, социальной синхронизацией и другими стрессовыми факторами). Систематический стресс - основная причина сердечко-сосудистых заболеваний. Немаловажную роль в развитии стресса играют чисто экологические факторы, которыми по медицинским данным вызывается 40% всех инфарктов миокарда.

Следующей тяжелой экологической проблемой городов является необходимость утилизации громадного количества отходов. В РФ ежегодно накапливается 50 млн.т только твердых бытовых отходов ( в CША их в 2...2,5 раза больше). Бытовые отходы в нашей стране занимают более 15 тыс.га, выключая эти земли из сельскохозяйственного пользования. Сжигание бытовых отходов на свалках приводит к загрязнению воздуха диоксином, промотором канцерогенных заболеваний. Не меньшую площадь занимают и отходы производства; их утилизация не менее сложна, чем утилизация бытовых отходов. Принятая же на Западе практика сжигания отходов с большим содержанием органических веществ на мусоросжигательных заводах не решает проблемы: вместо загрязнения почвы создается загрязнение воздуха.

Разумеется, в городах имеются и значительные удобства для жизни: более совершенный транспорт, широкие возможности для образования; города являются крупными центрами науки, культуры и искусства. Но за все это приходится платить: дышать отравленным воздухом, пить пахнущую хлором воду, жить в условиях растущей преступности, одиночества и депрессии. Частота самоубийств в городах значительно выше, чем в сельской местности; в них же более выражен упадок морали и нравственности, больше наркоманов и больных венерическими заболеваниями. Вновь появилась масса беспризорных детей и т.д.

Наглядное представление о соотношении между удобствами городской жизни (а) и качеством городской среды обитания (б) при увеличении числа жителей городов и превращением их в мегаполисы дает рис 3.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.2. Схема соотношения между удобствами городской жизни и качеством среды обитания

3.3 Глобальные последствия загрязнения атмосферы

Наиболее опасные последствия загрязнения атмосферы заключаются в разрушении озонового экрана и развитии парникового эффекта. Оба эти процесса явились результатом воздействия практически всех стран планеты, их последствия могут кардинально изменить ход естественного развития жизни на Земле. Поэтому с полным основанием оба эти процесса можно назвать планетарными или глобальными.

Разрушение озонового экрана, представлявшего собой тонкий слой О3 на высоте 18...30 км над экватором и 6...8 км над полюсами, вызвано накоплением в атмосфере хлорфторуглеродов, т.е. группой газов широко применяющихся в промышленности как хладагенты, растворители и средства пожаротушения. Использовались они и в быту для распыления лаков, дезодорантов и других веществ в аэрозольных установках. Мировое их производство составляет 1,12 млн.т/год (1992 г.), в том числе в США - 31%, Западной Европе - 30%, Японии - 12%, РФ - 8%. Установлено, что за 20 лет (1969 - 1988 гг.) масса озонового слоя уменьшалась на 3...5%, с 1985 г. стали обнаруживаться озоновые "дыры" над Антарктикой, позже в меньших размерах над Арктикой и над Европой. В настоящее время истощение озоновго слоя расценивается в 15%, темпы расширения озоновых "дыр" достигают 4% в год.

В основе разрушения озонового слоя лежит диссоциация хлорфторуглеродов, идущая с образованием атомарного хлора, который вступает в реакции с озоном, дающую в итоге О2. Не исключается разрушительное действие на озоновый слой выбросов сверхзвуковых самолетов, запусков ракет и т.д.

Истощение озонового слоя увеличивает уровень УФО, что отрицательно сказывается на здоровье человека: увеличивает частоту рака кожи, ведет к катарактам хрусталика и подавлении иммунной системы. Правда, указанных последствий можно избежать при отказе от летнего загара, применения закрытой одежды и т.д. Однако, как когда-то уменьшение УФО позволило живым организмам освоить сушу, так сейчас его увеличение приведет сначала к снижению продуктивности растений (увеличение УФО на 1% снижает урожайность на 1%), а потом и вообще к подавлению продуцентов, что нарушит все трофические цепи биоты.

Осознание опасности разрушения озонового экрана привело к заключению Монреальского соглашения о конкретных сроках прекращения выбросов хлорфторуглеродов к 2005 году (сокращение выбросов наполовину планировалось к 1988 году). Соглашение было подписано 82 государствами, в том числе СССР. Однако даже стопроцентное выполнение этого сокращения не скоро нормализует ситуацию. Продолжительность жизни многих хлорфторуглеродов достигает сотен лет, так что 90% их выброшенной в атмосферу к 1990 году массы будет действовать еще в 2000 г., 39% - в 2100 году и 1% - в 2300 г. К тому же требования Монреальского соглашения не могут быть сразу выполнены даже такой богатой страной, как США - на это ей нужно 135 млрд. долларов. Поэтому проблема спасения озонового экрана еще будет требовать своего решения и будет приводить к новым экономическим потерям из-за снижения урожая, которые уже сейчас в США составляют 1...5 млрд. долларов в год.

Вторым глобальным последствием загрязнения атмосферы является парниковый эффект. Его развитие связано с постепенным накоплением в атмосфере планеты СО2. Повышение концентрации СО2 в атмосфере в XXI веке описывается такой же экспоненциальной функцией, что и рост народонаселения. Именно с увеличением концентрации СО2, а также некоторых других парниковых газов (метана, хлорфторуглеродов, оксида азота и т.д.), по мнению ряда специалистов, связано повышение среднегодовой температуры планеты, составившее за последнее столетие 0,6...1,0 °С (по другим данным среднегодовая температура практически не изменилась, увеличилось только число аномально теплых зим).

Тем не менее, мировое сообщество ориентировано на прямую связь потепления с выбросами парниковых газов за счет хозяйственной деятельности человека. Уже делаются попытки заключения соглашения, аналогичного Монреальскому, в отношении парниковых газов с требованием сокращения выбросов СО2 на 60%, метана -20%. Такое соглашение в первую очередь коснется CША и Западной Европы, на долю которых приходится около 42% всех выбросов CO2 и около 40% выбросов метана (для РФ эта доля соответственно равна 11,7 и 6%). Заключение соглашения об ограничении выбросов парниковых газов обосновывается угрозой катастрофических последствий потепления планеты. По мнению экспертов следует ожидать повышения уровня мирового океана и затопления части земель, потепления климата на территории РФ и превращения в пустыни ряда субтропических территорий, восстановления Аральского моря за счет таяния ледников Средней Азии и широкомасштабной эрозии почв в регионе с наводнениями и тропическими бурями. Наиболее катастрофические последствия ожидаются в районах вечной мерзлоты, занимающих около 60% территории РФ.

Изменения климата в комбинации с разрушением естественныхэкосистем увеличат опасность инфекционных болезней (в частности, малярии) в регионах, где ожидается потепление. Почти в 1,5 раза увеличится число лесных пожаров.

Перспективными методами профилактики парникового эффекта остаются альтернативные источники энергии (ветер, солнце, морские приливы), повышение эффективности использования традиционных источников, что может снизить выброс парниковых газов на 10...30%; применение более совершенных технологий и т.д.

В заключение следует отметить, что в истории планеты уже были периоды, в которые то повышалось, то уменьшалось содержание в атмосфере О2 и СО2, что сопровождалось глобальными изменениями климата, его потеплениями и великими оледенениями.

3.4 Опасность ядерных катастроф и радиоактивных загрязнений

После открытия первого известного человеку вида ионизирующей радиации (ИР) в 1895 г. - рентгеновского излучения -прошло немногим более 100 лет. Опасность ИР для здоровья и жизни была осознана только через полстолетия, и до этого люди (очень часто сами радиологи и врачи-рентгенологи) гибли от переоблучения (памятник погибшим 110 врачам установлен в 1936 г. в Гамбурге).

В настоящее время различают пороговое и беспороговое действие ИР. При первом действии выраженность лучевых поражений (лучевых болезни и ожогов, катаракт и т.д.) пропорциональна полученной дозе облучения (зависимость "доза-эффект" носит S-образный характер), а при втором - нарушения в клетках организма носят вероятностный, стохастический характер. Поражение соматических клеток через 6...30 лет приводит к злокачественным опухолям, поражение зародышевых клеток - к изменениям наследственности, мутациям. Возможность беспороговых эффектов частью специалистов ставится под сомнение, но ее защищал акад. А.Д. Сахаров и она признана большинством ученых. Пороговое воздействие ИР связано с авариями АЭС, значительными утечками и выбросами радиоактивных материалов, высокими уровнями радиоактивных загрязнений; беспороговое - с воздействиями радиоактивного фона, рентгеновским облучением при медицинских исследованиях, космическим излучением. Ниже будет рассмотрена сначала опасность ядерных аварий и катастроф, а потом - значение беспороговых эффектов.

В настоящее время в ряде стран широко применяется АЭС, их больше всего в США, на втором месте стоит Франция (на ее АЭС вырабатывают 70% всей электроэнергии), на третьем - РФ. Постоянно расширяется и число стран, использующих АЭС. Эксплуатация АЭС сопровождается периодическими авариями: ежегодно регистрируется 45 пожаров, только в США за последние 10 лет произошло 169 аварий. Чернобыльская катастрофа 1986 года, хотя и не была вызвана атомным взрывом АЭС, продемонстрировала всему миру глобальные последствия крупных аварий и катастроф АЗС. Десятки погибших от радиации, сотни и тысячи км2 земель зараженных радионуклидами, десятки тысяч переселенных или нуждающихся в переселении с зараженных земель людей, брошенные города и села, умирающие от лейкемии дети - вот что принесла человечеству эта самая крупная авария АЭС. При атомном же взрыве АЭС, расположенной в густонаселенной местности, число погибших достигло бы 140 тыс. человек, а экономический ущерб - 150 млрд. долларов.

Важной особенностью радиоактивного заражения земли в ряде случаев является длительный период полураспада продуктов ядерных взрывов. Период полураспада стронция-90 составляет 28 лет, цезия-135 - 30 лет, плутония-233 - 2,4*104 лет. Это значит, что для естественного распада таких элементов потребуются десятки и сотни лет.

После Чернобыля острее стала необходимость профилактики таких аварий и катастроф. В ряде стран (США, Франции и др.) атомную энергетику продолжают развивать, ужесточая требования безопасности. В Швеции и на Филиппинах принято решение о закрытии всех АЭС (хотя они давали в Швеции 50,3% электроэнергии) к 2010 г. В ряде стран предложено сооружать подземные АЭС, что при 10...15%-ном повышении стоимости сравнительно с наземным размещением уменьшает интенсивность радиационного загрязнения при аварии в 1000 раз; проще решаются вопросы захоронения и ликвидации АЭС и т.д. Окончательная стратегия борьбы с опасностью ядерных катастроф большинством стран и в том числе РФ еще не выбрана и остается одной из самых актуальных проблем нашего времени.

Частота мутаций при беспороговом действии ИР составляет 5*10-5. Так как в зародышевых клетках человека имеется около 100 тыс. генов (по другим источникам - существенно меньше), то каждая клетка по Н.А. Дубинину получает около 10 новых мутаций. В каждом поколении 50% оплодотворенных зародышевых клеток гибнут или не дают потомства. По мнению ученых именно это обстоятельство является причиной бесплодных браков, доля которых достигает 12% от общего числа. Уже сейчас около 10% детей рождается с резкими отклонениями от нормы (умственно отсталые дети, дети с врожденными пороками и т.д.). В РФ ежегодно появляется 200 тыс. детей с генетическими нарушениями, 30 тыс. мертворожденных; по генетическим причинам 25% беременности не донашиваются. По мнению радиологов, увеличение имеющегося "генного груза" ИР вдвое обозначало бы гибель человечества. Уже сейчас поражения ИР являются причиной минимум 20% всех мутаций (по мнению сторонников развития атомной энергетики число таких мутаций всего 2-3%).

Беспороговое воздействие ИР в основном обусловлено фоновым излучением. В результате фонового облучения человек в течение года получает в среднем дозу около 0,001 Зв, а за жизнь - около 0,07 Зв. Однако в наше время эта доза существенно увеличивается за счет повсеместной замены традиционного строительного материала - дерева с его естественной радиоактивностью 1,1 Бк/с*кг на бетон, основные компоненты которого -песок и гравий по естественной радиоактивности в десятки и сотни, а в Швеции и CША даже в тысячи раз выше.

Специфической особенностью данного компонента фонового излучения является то обстоятельство, что существенная часть полученной дозы создается внутренним облучением, т.е. при попадании естественных радионуклидов непосредственно в организм человека с вдыхаемым воздухом (только за рабочий день около 20 м3), водой (2 л в сутки) и пищей. Исходным источником такого излучения является уран, рассеянный в литосфере, непосредственно действующим фактором - чаще всего радон и его продукты.

Внутреннее облучение имеет ряд особенностей, основными из которых являются: 1) резкое увеличение времени излучений, а для радионуклидов с большим периодом полураспада, например, для стронция-90 и радия-226, облучение длится всю жизнь;

2) возрастание действия радионуклидов из-за бесконечно малого расстояния до ионизируемой ткани (идет так называемое контактное излучение) и увеличения телесного угла, значительно меньшего 4 при внешнем облучении до полных 4 при внутреннем;

3) распределение радионуклидов по тканям не равномерно, а концентрируясь в отдельных органах, поражая их.

Дополнительной нагрузкой стали рентген-диагностические процедуры, уровень воздействия которых приближается к уровню излучения от современных зданий и сооружений. Одновременно значительно снизилось значение ядерных испытаний, которые составляли в 1962 г. 7% фоновой ИР (общая мощность ядерных взрывов в тот год составила 80 мегатонн), а ныне после прекращения ядерных испытаний их доля стала менее 1%.

Увеличение "генетического груза" из-за повышенной радиоактивности строительных материалов и рентген-диагностических процедур создает проблему защиты и от повышенного радиоактивного фона.

Таким образом, в наше время остается достаточно высокой опасность ядерных катастроф, что требует разработки новых методов и средств защиты от них, среди которых первое место должны занимать новые технологические и строительные решения и широкое использование альтернативных источников энергии. Одновременно следует бороться c повышением радиоактивного фона современных селитебных зон, для чего строительной экологией разрабатываются перспективные методы и подходы.

3.5 Проблема истощения природных ресурсов

Под природными ресурсами (ПР) понимаются конкретные виды материи и энергии, которые обеспечивают развитие человеческого общества, но формируются в ПС и являются ее компонентами. В социально-экономическую сферу они входят как энергетические и материальные элементы производства. К ПР также относятся те природные условия, которые необходимы для человека как биологического вида, т.е. необходимы для удовлетворения его естественных биологических и психологических потребностей, а также и ряда других потребностей более высокого уровня.

Имеется ряд классификаций ПР, основанных, например, на их исчерпаемости и возобновляемости, возможности замены одних на другие, геофизической природе и биологическим фермам и т.д. По исчерпаемости все ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые (примерами первых являются геофизические условия жизни, НИ и т.д.; вторых - солнечная радиация, энергия ветра и воды). Возобновляемые ресурсы обладают способностью полностью восстанавливаться через определенное время (почвы, флора, фауна), к невозобновляемым относят ПИ.

Перечень ПP зависит от уровня развития общества, имевшихся в данное время потребностей человека. В этом отношении следует учитывать не только биологические потребности, т.е. потребности в пище и питье, воздухе и безопасности, но и такие потребности, как необходимость для человека, определенной степени общения и изолированности от других (наличия личного пространства), адекватного его этническим потребностям пейзажа, соответствующей "второй природы" (например, архитектуры). Такие, не биологические потребности резко расширяют перечень условий комфортного существования человека.

При оценке запасов ПР и установлении определенных ограничений или лимитов на их расходование следует учитывать ряд ограничений, вытекающих из экологических законов, правил и принципов, как например, правила 1 и 10%. (первая цифра ограничивает антропогенные изменения энергетики экосистем, вторая -изъятие биомассы популяций). Разумеется, экологические ограничения являются усредненными, допускающими в ряде конкретных реализаций существенные отклонения от приведенных цифр.

С учетом изложенных положений ниже приводится классификация ПР с краткой характеристикой их состояния, запасов, степени перспектив использования. ПР делятся на энергетические, га-зово-атмосферные, водные, почвенно-геологические, биологические (продуцентов, редуцектов, консументов) и комплексные (климатические, рекреационные, антропологические, познавательно-информационные и ресурсы пространства и времени).

К энергетическим ресурсам относятся солнечная радиация и космические лучи, энергия приливов, отливов и океанических течений, потенциальная и кинетическая энергия воздуха, воды и горных пород (у последних прежде всего разность давлений), атмосферное электричество и земной магнетизм, запасы горючих ПИ, энергия искусственного и естественного атомного распада и синтеза, геотермальная и биологическая энергия. Космические лучи и солнечная энергия неисчерпаемы, но слабо концентрированы. Они используются мало, но весьма перспективны в отдаленном будущем. Энергия воды составляет значительную часть всей энергии, получаемой на суше, но ее дальнейшее развитие ограничено из-за нарушений водного баланса. Перспективно использование энергии морских приливов, отливов и океанических течений. В последние десятилетия все большее внимание уделяется энергии ветра как альтернативе другим загрязняющим атмосферу источникам.

Энергия атмосферного электричества и магнетизма неперспективна из-за незначительности ресурса в первом случае и постепенного ослабления магнетизма во втором.

Горючие ископаемые в настоящее время является основными источниками энергетики современного общества. Но разведанных запасов нефти, газа, наиболее удобных для реализации, хватит всего на 30...50 лет. Запасов каменного угля хватит на 100 лет. Запасы сланцев и торфа велики (сланцев по нефтяному коэффициенту 38,4 трлн.т, торфа по углероду - 150 млрд.т), но они неперспективны из-за высоких отходов и выбросов.

Большие возможности у атомной энергетики, но только при условии обеспечения полной безопасности АЭС. После Чернобыля ряд стран, например, Швеция, принял решение об отказе от АЭС, в других странах они не только сохранены, но и строятся новые.

Значительны ресурсы биоэнергетики, но она пока находит применение только в странах, не имеющих достаточных запасов горячих ПИ.

Газово-атмосферные ресурсы в части СО2 и O2 рассмотрены выше. Из-за сжигания горячих ПИ потребление О2 увеличилось вдвое, однако, снижение его концентрации не зарегистрировано. Загрязнение водоемов суши снизило содержание О2 в некоторых из них, что отрицательно сказалось на ихтиофауне. Тяжелой проблемой сохранения качества газово-атмосферных ресурсов стало их интенсивное антропогенное загрязнение вредными выбросами, что требует принятия срочных мер по обеспечению качества атмосферного воздуха.

Водные ресурсы. Практически не изменились океанические и морские воды, за исключением региональных мелководий (например, подкисление Азовского моря), атмосферная влага местами сильно подкислена, что приводит к кислотным дождям с рН 2,3 (при норме 5,6). Гидрологический режим озер, водохранилищ и прудов нарушен антропогенными воздействиями, отмечены сейсмические явления в регионах с крупными водохранилищами (в США и Татарстане). Текучие воды трансформируются под воздействием человека, безвозвратно используется 5-9% их стока. В ряде мест отмечается сильное загрязнение воды, а также дисбаланс между общим стоком в океан и потерей им воды за счет испарения (оценивается в размере +470...+630 км3, в результате чего уровень океана поднимается на 1 мм/год). Снизилось общее количество воды в биомассе (из-за ее уменьшения). В ряде регионов использование гидроресурсов велико, что нарушает экологическое равновесие. Местами очень существенны загрязнения глубинных вод.

Почвенно-геологические ресурсы. Около половины сельскохозяйственных земель эродированы, что увеличило площадь выходов горных пород. Быстро увеличиваются загрязнения почв, велики нарушения земной поверхности (главным образом в местах открытой добычи ПИ). Идет постепенное истощение запасов рудных металлов. По прогнозам запасов олова и вольфрама хватит всего на 20 лет, сурьмы, цинка, свинца, кобальта на 20...40 лет и т.д.

Биологические ресурсы. Под угрозой исчезновения 10% видов растений, их биомасса сократилась на 7% (по другим данным - на 20%). Производительность сельскохозяйственных культур в развивающихся странах (а их большинство) низка. В агросистемах ши-роко распространены монокультуры, что создает потенциальные опасности массовых вспышек болезней и размножения вредителей. Общая способность продуцентов к очистке от загрязнений ниже естественных норм и потребностей человека. Требует внимания и интродукция чуждых видов. Под угрозой уничтожения находится около 1000 видов крупных животных. Биомасса консументов явно недостаточна для возросшего населения планеты. Остаются перспективными расширение аква- и марикультур. Требуется жесткий контроль за интродукцией консументов. Генетико-видовой состав редуцентов не изменен. Но вероятно появление новых нежелательных или даже опасных форм, аналогичных возбудителям болезни Эбола и СПИДа. Периодически отмечаются вспышки опасных инфекционных заболеваний, включая холеру и чуму.

Комплексная ресурсная группа. Существует реальная угроза резкого изменения климата (вследствие парникового эффекта), что требует принятия срочных мер по уменьшении выбросов СО2. Ресурсы отдыха и лечебные природные ресурсы быстро истощаются. Генетические ресурсы человека напряжены (см. подраздел 3.4), а местами даже наблюдается генетическое вырождение. Существенно ухудшается и социальная среда, особенно в развивавшихся странах и РФ, Постепенно исчезает природно-эталонные ресурсы, деградируют и разрушаются уникальные природные экосистемы, что требует их охраны и восстановления. Рост народонаселения приводит к переуплотнению людей, высоким уровням загрязнений, замусоривании даже космического пространства. Одним из основных дефицитов становится время. Человек не успевает осознать опасность вызываемых им же воздействий на природу и остановить начавшиеся негативные процессы (например, остановить разрушение озонового экрана). Стала реальной угроза глобального десинхроноза исторического развития человечества.

И все же есть надежды на оптимистический прогноз. Человечество додано найти выход из ситуации с надвигающимся истощением ресурсов. Уже были самые тяжкие прогнозы, например, на Всемирном геологическом конгрессе в 1907 г. была принята резолюция о жесточайшей экономии быстротающих запасов железной рады. В 1995 году их истощение прогнозировалось не раньше 2060 г. Оптимизм внушает высокая устойчивость природных систем, отсутствие сбывшихся пессимистических прогнозов и вера в могущество человеческого разума.

3.6 Региональные экологические проблемы Тверской области

Наиболее неблагоприятными является экологические условия в областном центре. Город Тверь не относится к городам с очень большими уровнями загрязнений (суммарные выбросы ЗВ города в десятки раз меньше, чем в городах-«рекордсменах» с примерно одинаковым числом жителей - Норильске, Магнитогорске, Нижнем Тагиле), но и в нем имеются территории со значительными уровнями загрязнений, оказывающими негативное влияние на качество жизни и здоровья человека. В городе расположены крупные промышленные предприятия, в том числе химической промышленности, и несколько ТЭЦ. Через город проходит автомагистраль Москва-Санкт-Петербург, что существенно увеличивает поток автотранспортных средств по улицам города. Особенно велики выбросы на 12 промышленных площадках города, четыре из которых являются источниками более чем 80% всех выбросов города. Так, суммарный объем выбросов ЗВ на ТЭЦ-3 составляет 63075 т/год (31% всех выбросов), на площадке, расположенной на улице Индустриальной. - 46938 т/год (23% всех выбросов города), на Пролетарке - 38315 т/год (около 19%) и на площадке по улице Паши Савельевой - 30865 т/год (17%).

На территории города выделяются узлы экологической напряженности (УЭН), т.е. участки с такими нарушениями естественных условий и уровнями загрязнений, которые приводят к росту общей заболеваемости и заболеваемости, обусловленной непосредственно экологическими факторами (главным образом, аллергическими болезнями).

Первым УЭН является участок на правом берегу Волги в восточной части города Твери. Источниками загрязнений на этом участке являются ТЭЦ-4, "Химволокно", "Искож" и другие предприятия. Основные ЗВ представлены сероводородом, сероуглеродом и сернистым ангидридом. Максимальные разовые концентрации по индексу загрязнения, рассчитанному для 5 основных взвешенных веществ превышают 52,5 ПДК. Расположенные на берегу Волги основные очистные сооружения и отстойники крупных предприятий создают значительные уровни загрязнения Волги, многократно превышавшие ПДК. Сильно загрязнены и почвы: содержание мышьяка в них в 5 раз превышает ПДК, цинка - в 3.5 раза, свинца - в 2.5.

Второй УЭН расположен по правому берегу Волги между устьями Тьмаки и Тверцы. Его территория - наиболее древняя часть города, через нее проходят основные транспортные магистрали. Автотранспортом создается высокое загрязнение воздуха, максимально разовые концентрации названных выше основных ЗВ лежат в пределах 22,5...52,5 ПДК. Высоки загрязнения почвы: содержание свинца в них в 8 раз выше ПДК, мышьяка - в 6,2 раза, цинка - в 5,2. Начиная с устья Тьмаки воды Волги становятся сильнозагрязненными (индекс загрязнения превышает 30).

Третий УЭН располагается в восточной части Пролетарского района в зоне АО "Тверская мануфактура", ТЭЦ-1, железнодорожной магистрали и других предприятий. Основным загрязнителем воздуха в этом районе является NO2 (более 4-5 ПДК) и пыль. Сильно загрязнены воды Тьмаки, в почве велики (в 4-7 раз выше ПДК) концентрации свинца и мышьяка.

Четвертый УЭН расположен на левом берегу Волги в районе станции Дорошиха и вагоностроительного завода. Индекс максимальных разовых загрязнений воздуха от 7,5 до 22,5 (прежде всего по NO2). Загрязнение Волги среднее, много свалок мусора и бытовых отходов в районе вагоностроительного завода.

Пятый УЭН расположен около Мигаловского моста. Основные загрязнители - автотранспорт, полиграфические предприятия, ДСK-2, Мигаловский аэродром. Для данного узла характерно неудовлетворительное состояние территории, нарушение почвы (карьеры, выемки). Сказывается на экологическом благополучии жителей и соседство аэродрома, создающее высокие уровни акустических шумов и превышавшие ПДУ интенсивности СВЧ-поля.

Шестой УЭН располагается по левому берегу Волги напротив первого узла. На нем сказывается влияние предприятий, создающих основу загрязнений первого узла напряженности (ПДК сероуглерода превышено в 5 раз, Н2S - в 2...5 раз); высокие уровни загрязнения создает и расположенный здесь комбинат строительных материалов.

Седьмым УЭН с полным основанием можно считать микрорайон "Юность". Расположенные рядом с ним предприятия, главные из которых завод: "Центросвар" и Завод стеклопластиков и стекловолокна, создают высокие концентрации окислов азота, соединений тяжелых металлов (ванадия, меди, никеля и др.), сернистого ангидрида и т.д. Жилые здания микрорайона все ближе подходят к источникам загрязнений, что приводит к снижению качества жизни и на этой территории.

В целом практически на территории всего города в атмосферном воздухе присутствуют CS2, H2S и NO2, концентрации которых на окраине города (на удалении 25-30 км от ИЗА) составляют 0,1 ПДК, а в УЭН достигают 3...6 ПДК. Несмотря на небольшую массу выброса (сравнительно с крупными городами) на каждого жителя города приходится внушительная масса вредных веществ -57 кг/год. В Санкт-Петербурге, например, это число составляет 42 кг/год, а в Москве - всего 32 кг/год. Воды Волги ниже устья Тьмаки практически непригодны для купания. К источникам ряда опасных выбросов практически вплотную примыкают жилые массивы. Высоки уровни акустических шумов на транспортных магистралях города; они на несколько порядков превышают установленные нормативы для участков жилой застройки. РЛС Мигаловского аэродрома почти до силикатного завода создают зону с интенсивностью СВЧ выше ПДУ. Все это требует принятия решений, направленных на обеспечение экологического благополучия города.

В других населенных пунктах области экологическое состояние лучше, чем в областном центре, за исключением Удомли, где расположена Калининская АЭС. АЭС вызывает определенное беспокойство за свою безопасность жителей региона. Кроме того, ее функционирование приводит к негативным изменениям условий жизни в самой Удомле: имеющиеся водоемы не обеспечивают полного охлаждения сбросов АЭС, что создает повышенную влажность и т.д. Вызывают беспокойство не всегда оправданные и достаточно обоснованные технические проекты, затрагивавшие область. Так, с трудом удалось остановить создание водохранилища в районе Ржева для водоснабжения Москвы; не имеет достаточного экологического обоснования и проект высокоскоростной магистрали Москва - Санкт-Петербург, реализация которого может отрицательно сказаться на ряде уникальных природных объектов области.

3.7 Прогнозирование и оценка экологического риска

Обзор основных экологических проблем современности целесообразно дополнить замечаниями относительно концепции экологического риска, которая в последние 1.5...2 десятилетия широко обсуждается в литературе. Под экологическим риском понимается вероятность деградации ПС (или вероятность экологической катастрофы), вызванной деятельностью человека или природными факторами. Деградация ПС - это постепенное снижение ее энергетического потенциала, емкости и сложности: экологическая катастрофа - внезапная потеря устойчивости, переход в неравновесное, нестационарное состояние. Понятие экологического риска в данном случае представляет собой вариант количественной оценки (получение сопоставимых показателей) устойчивости ОС или конкретных экологических объектов, аналогичной концепции риска при оценке надежности технических систем.

Как следует из определения, нарушения устойчивости ОС или экологические катастрофы могут вызываться естественными причинами: глобальными изменениями климата, планетарными катастрофами (например, одна из наиболее известных экологических катастроф, приведших к гибели динозавров, связывается с падением самого большого метеорита), масштабными стихийными бедствиями.

Появление человека привело к новым причинам экологических ЧС и катастроф, которые можно разделить на 2 группы. Во-первых, это техногенные экологические катастрофы, вызванные крупномасштабными авариями, подобные аварии на Чернобыльской АЭС, выбросами токсических веществ и т.д. Такие аварии и выбросы могут резко изменить и поставить под угрозу существование ряда экосистем, вызвать нежелательные генетические эффекты, снизить биопродуктивность и т.д. Одна из экологических катастроф вследствие выброса диоксина произошла в 1976 г. в г. Севезо (Италия). 240 г выпавшего на земли диоксина привели к болезням 135 чел., гибели десятков тысяч мелких и сотен крупных животных, заражении 17 км2 плодородных земель, на несколько лет выключенных из сельскохозяйственного пользования.

Во-вторых, следует выделить антропогенные катастрофы, вызываемые нерациональным природопользованием, как это было, например, в Сахаре и на Арале, приводящими к голоду, сотням тысяч экологических беженцев и колоссальному экономическому ущербу.

В настоящее время обосновываются критерии экологических бедствий и катастроф, разрабатываются методы оценки их вероятности. В качестве критериев предлагается процент гибели биоты (конкретно - 5%), величина экономического ущерба, число вынужденных переселенцев и т.д. Предложен и ряд перспективных методов оценки изменений качества ПС. Так, предлагается показатель качества П , вычисляемый по формуле

(3.1)

где Е - нормальное равновесное состояние экологического компонента; /Д/- модуль его максимального отклонения в данных условиях; а - коэффициент пропорциональности (обычно значение компонента).

Если регистрируются изменения фазовых состояний системы, то смена фазы принимается равной 5. Смену фазы в биоценозах считают переход в новый тип биоценозов (например, превращение в кустарник). Экологическая деградация может оцениваться и по времени восстановления. Так, для восстановления газового состава атмосферы при залповых выбросах нужно всего несколько дней, для восстановления нарушенных гидрологических режимов грунтовых и поверхностных потоков - недели, гидрологических бассейнов - месяцы и годы, естественной растительности - десятки лет, почв - сотни лет. Соответственные оценки изменениям качества среды для перечисленных нарушений составляют шкалу:

очень слабые, слабые, средние, сильные и очень сильные.

В отношении экологического риска должен действовать предложенный Н.Ф. Реймерсом принцип разумной достаточности и допустимого риска, требующий, чтобы расширение любых действий человека не приводило к экологическим катастрофам и деградации ПС. Нарушение этого принципа можно проиллюстрировать чрезмерным развитием АЭC, число которых в мире уже > 400. Теоретическая вероятность крупных аварий при таком числе объектов составляет 1 раз в 5 лет, что делает отрасль социально бесперспективной. К тому же добавляется нерешенность ликвидации РАО АЭC, что еще более ухудшает ситуацию с атомной энергетикой.

4. ОХРАНА БИОСФЕРЫ

4.1 Экологические принципы охраны природы и рационального природопользования

Под охраной природы (ОП) понимается система мероприятий, обеспечивающая сохранение природой ресурсо- и средовоспроизво-дящих функций, а также биологического разнообразия. Природо-пользование включает в себя: 1) извлечение, переработку и воспроизводство ПР, 2) использование и охрану природных условий жизни и 3) сохранение, воспроизводство и рациональное из-менение экологического равновесия природных частей биосферы. При разработке программ природопользования необходима оценка природно-ресурсного потенциала, т.е. той части ПР, которая может быть реально использована в хозяйственной деятельности в данных условиях. Поэтому природопользование иногда называют совокупностью всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению. Различают рациональное природопользование, не приводящее к резким изменениям природно-ресурсного потенциала, и нерациональное природопользование, не обеспечивающее его сохранение.

В основе эффективной системы ОП и рационального природопользования лежат учет и безусловное выполнение экологических принципов, правил и законов, перечень которых включает самые общие законы экологии и ряд конкретных норм, рекомендаций и правил.

Из общих законов экологии наибольшее значение имеют законы внутреннего динамического равновесия и оптимальности. Согласно первому закону вещество, энергия, информация и динамика ПС взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих компонентов вызывает изменение в других, сохраняющих, однако, общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств системы. Из этого закона следует, что любое изменение среды приводит к природным нелинейным цепным реакциям, в которых слабое воздействие и малозаметное изменение одного из показателей может вызвать крупномасштабные и трудно-нейтрализуемые изменения в системе в целом. Так, излишнее вложение энергии, как это было в Сахаре, вместо процветающих хозяйств привело к появлению новой пустыни. Примерами нарушения данного закона могут служить перегораживание пролива Кара-Бо-газ-Гол, неумеренный забор воды из рек, питающих Аральское море, и т.д.

Закон оптимальности утверждает, что для любой экосистемы существуют свои оптимальные пространственно-временные пределы, свой оптимум геофизических и геохимических условий и т.д. Характерными примерами нарушения этого закона является создание огромных площадей сельскохозяйственных монокультур, искусственное ускорение развития экосистем и т.д.

Более частные законы и правила рационального природопользования (по Н.Ф. Реймерсу их более 20) можно сгруппировать в следующие 4 группы: а) законы и правила, определяющие эффективность и рациональность хозяйственных решений; б) законы и правила преобразования природных и антропогенных систем; в) принципы и правила обеспечения стабильности функционирования экосистем; г) правила управления природой.