Первая, самая обширная, группа законов и правил является обобщением и результатом многовекового опыта экономической деятельности человека. Она включает в себя закон исчерпаемости ПР (характеристика ресурсов с учетом их исчерпаемости и возоб-новляемости приведена в подразделе 3.5), закон минимума Либи-ха, снижения энергетической эффективности природопользования. убывающего плодородия и убывающей отдачи и правило 1 и 10%.

Закон минимума Либиха устанавливает, что для живых организмов лимитирующим будет жизненно важное вещество, доступные количества которого близки к необходимому минимуму (закон иллюстрируется бочкой с дырами: нижняя дыра определяет уровень воды в бочке). Этот закон сейчас дополнен положением о совокупном действии природных факторов, в котором у каждого фактора есть свой весовой коэффициент (например, у полной солнечной радиации он равен 2, у температуры почвы - 0,01 на 1°С, у осадков - 0,03 на 1 мм осадков, у азота, фосфора и калия при внесении 1 ц/га - соответственно 1,22, 0,6 и 0,4).

Законы снижения плодородия почвы (уменьшения урожайности при длительном использовании при прочих равных условиях), энергетической эффективности природопользования (повышение энергетического обеспечения для сохранения урожая на том же уровне - за 100 лет в 50 раз) и уменьшения отдачи (снижение отдачи от внесения удобрений) должны учитываться при сельскохозяйственном природопользовании.

Важное место в рациональном природопользовании занимают правила 1 и 10%. Первое из них относится к допустимому уровню нарушения энергетики природных систем - 1%, превышение которого может привести к экологическому кризису. Подтверждением опасности таких нарушений служит развивающийся на наших глазах термодинамический кризис, вызванный приближением вносимых человеком в биосферу изменений энергетики к 1%. Правило 10% относится к сохранению популяций: десять процентов изъятия биомассы популяций может вызвать необратимое снижение ее численности, что подтвердилось при резком уменьшении вылова рыбы при приближении его к 10% биомассы, популяции иногда сохранялись при уменьшении их на 70%.

Правила преобразования естественных и антропогенных экосистем включают в себя правило Одумов о соотношении естественных и преобразованных территорий и закон последовательности прохождения фаз развития. Наглядное представление о рациональном соотношении площадей естественных и преобразованных экосистем дает кривая Одумов (рис. 4.1). Правда, приведенное оптимальное соотношение естественных и преобразованных систем (6О:40) не является абсолютным, а во многом зависит от кон-кретных социально-экономических особенностей региона.

Российскими экологами были разработаны конкретные рекомендации по рациональным соотношениям в различных регионах РФ.

Закон последовательного прохождения фаз развития заключается в том, что природные системы могут развиваться лишь в эволюционном и функционально закрепленном порядке, без исключения промежуточных этапов, резких ускорений процесса и т.д. Данный закон направлен против практики, жесткого подхода к природе, сложившегося в советском государстве и выраженного известным лозунгом: "Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их - наша задача".

К принципам и правилам обеспечения стабильного функционирования природных систем относятся закон генетического и видового разнообразия и правила сохранения средообразующих факторов. Закон разнообразия утверждает, что формы живой материи генетически разнообразны и стремятся к увеличению экологической разнородности, что создает уникальные возможности для адаптации к условиям среды и резко повышает стабильность природных систем при воздействии экстремальных факторов. Правило сохранения средообразующих факторов требует, чтобы указанные факторы сохранялись при любых преобразованиях и воздействиях и обеспечивали стабильное развитие природных систем. Ведущая роль в стабилизации условий жизни принадлежит биогенной миграции атомов, ибо она обеспечивает постоянство газового состава атмосферы и, прежде всего, необходимых концентраций СО2 и О2. Благодаря ей и еще неизвестным нам стабилизирующим механизмам даже удвоенное поглощение Од при сжигании топлива не снизило концентрации кислорода в атмосфере. Более чувствителен к антропогенному влиянию гидрологический режим регионов с высокой плотностью населения. Сведение лесов, осушение верховых болот экологически не обоснованное гидростроительство резко уменьши-ло речной сток, привело к обмелению судоходных рек, изменению фито- и биоценозов.

Из теоретических концепций экологии, учитываемых при организации рационального природопользования, наибольшее значе-ние имеет предпочтительность "мягкого" управления природой сравнительно с жестким, при котором неизбежно появление цепных реакций, приводящих к деградации природных систем. Многочисленные примеры таких ошибок дает практика гидротехнического строительства, осушения верховых полот, питающих многие реки центральной России, и т.д.

Наиболее концентрированным и понятным изложением рассмотренных выше экологических основ рационального природопользования являются 4 закона американского эколога Б. Коммонера: 1) все связано со всем; 2) за все надо платить: 3) ничто не проходит бесследно: 4) природа знает лучше.

4.2 Концепция экологической безопасности и устойчивого развития РФ

В последние годы в нашей стране идет широкое обсуждение концепции экологической безопасности и устойчивого развития РФ. Значительная часть предлагаемых мер закреплена указом Президента РФ N236-94 г. "Основные направления государственной стратегии по охране окружающей среды". Ниже дается краткое из-ясяение проблемы и основные направления ее решения. Более конкретные и детальные аспекты приводятся в следующем разделе. Основными исходными понятиями при решении проблемы являются понятия экологической опасности и системы ЭБ. Под экологической опасностью понимается разрушение среды обитания чело века, а также природных экосистем и сообществ живых организмов из-за неконтролируемого развития экономики, отставания техники и естественных, техногенных и антропогенных чрезвычайных ситуаций (ЧС). В приведенном определении понятие экоопасности относится не только к человеку, а также ко всем представителям флоры и фауны, что соответствует основному требовании глубокой экологии - отказу от только антропоцентрического подхода в ре-шении экологических проблем.

Понятие системы ЭБ включает совокупность законодательных, технических, медицинских и биологических мероприятий и средств, направленных на поддержание равновесия между биосферой и экологической нагрузкой. Новым, приведенном в определении, понятием является экологическая нагрузка. В РФ до настоящего времени основным показателем для оценки экологического благополучия остается соответствие между концентрациями и уровнями загрязнителей и установленными ПДК и ПДУ. Экологическая нагрузка оценивается по соответствию уровня воздействующих негативных факторов на единицу площади: соответственно единицей ее измерения является не содержание 3В в единице объема или веса, а отношение массы загрязнителя на единицу площади (обычно г, кг, т) за единицу времени (обычно год). Оценка экологического благополучия по нагрузке широко применяется в развитых странах, предполагается ее внедрение и в РФ, в частности в виде установления предельно-допустимых экологических нагрузок, т.е. их максимальных уровней, при которых еще сохраняет функциональная целостность экосистем.

Концепция ЭБ различает зоны экологических ЧС и экологических бедствий. Впервые входят устойчивые негативные процессы, нарушающие здоровье человека, равновесие природных систем и повреждение генетических фондов; во вторые - два необратимых изменения, выраженные разрушением биоценозов, высокой заболеваемостью и смертностью населения.

При разработке концепции ЭБ (помимо изложенных выше законов, принципов и правил рационального природопользования) учитывалась специфика социально-экономического развития РФ, а именно: а) экстенсивная экономика с одноцелевым использованием ресурсов и низким уровнем переработки отходов; б) деформированная структура производства с преобладанием природоэксплуа-тационных отраслей; в) милитаризация общества и экономики; г) устаревшая и ненадежная экобиозащитная техника; д) высокий уровень урбанизации страны; е) убыточное природосбережение из-за недостаточной правовой базы и ж) плохое экологическое образование.

В концепции ЭБ (помимо изложенных в разделе 3 экологических проблем) учитываются и неблагоприятные социальные факторы:

снижение интеллектуального уровня общества из-за оттока научных кадров за границу, ухудшение качества питания, падение рождаемости на фоне роста болезней, а также личного и общественного стресса и т.д. Главной целью реализации концепции является создание благоприятной среды обитания человека и неистощаемого природопользования.

В государственной стратегии по ООС выделены 4 основных направления: 1) обеспечение экологически безопасного устойчивого развития страны; 2) охрана среды обитания человека: 3) восстановление нарушенных экосистем; 4) решение глобальных экологических проблем.

Общими принципами обеспечения экологически безопасного устойчивого развития экосистем являются сохранение их биологического (и прежде всего генетического) разнообразия, обеспечение баланса поступления и экспорта вещества и энергии, строгое выполнение требований в части предельно-допустимой экологической нагрузки. Государственные и экономические аспекты решения оказанной задачи включают совершенствование системы государственного управления и правового обеспечения всех сфер природоохранной деятельности; экологически обоснованное размещение производительных сил; экологически безопасное развитие всех отраслей народного хозяйства; неистощимое использование возобновляемых ресурсов и всемерная экономия невозобновляемых; расширение использования вторичных ресурсов и обеспечение рационального природопользования во всех сферах экономической деятельности.

Для охраны среды обитания человека предлагается: обеспечить оздоровление среды жизни в селитебных зонах; улучшить качество продуктов питания и воды; предотвратить загрязнение ат-мосферного воздуха химическими загрязнителями; совершенствовать систему радиационной безопасности; развивать природные унитарно-курортные и рекреационные комплексы, база которых после развала СССР резко сократилась; улучшить систему прогно- зирования и ликвидации последствий ЧС; повысить экологическое воспитание и образование общества.

Из требующих восстановления нарушенных экосистем на первом месте стоят десятки наших городов, в которых ПДК вредных веществ превышены в 10 и более раз (а в трех, правда, небольших промышленных городах, в 50 раз). Второе место занимает проблема ликвидации РЗ Чернобыльской катастрофой ряда районов. Требуют неотложного решения экологические проблемы загрязни озера Байкала (в мае 1997 года там началась массовая гибель уникального вида пресноводной байкальской нерпы), нарушенной гидрологии и загрязнения реки Волги. Необходимо спасать на сей раз уже не от падения уровня, а от его чрезмерного повышения Каспийское море, оздоровить воды Ладожского и Онежского озер и Невской губы.

К глобальным проблемам ЭБ относятся рассмотренные выше охрана озонового слоя и предупреждение развития парникового эффекта. Кроме того, остро стоит проблема сохранения биологического разнообразия биосферы, охрана лесов и лесовосстановле-ние. Особое значение для РФ имеет проблема химического и ядерного оружия (в связи с нашим явным превосходством сравнительно с другими странами). Распад СССР породил проблему трансграничных загрязнений (например, из Донбасса на рядом расположен-ные области РФ). Участие РФ необходимо при решении экологических проблем Аральского, Каспийского, Черного и балтийского морей. Совместно с Украиной РФ предстоит восстановить экосистемы гидробионтов йзовского моря. РФ участвует в целом ряде соглашений международного уровня по Арктике, Антарктике и мировому океану, а также биосферным заповедникам и другим актуальным экологическим проблемам (см. подраздел 4.4).

4.3 Экологический мониторинг в биосфере, РФ и ее регионах Подраздел написан совместно с к.т.н. Н.С. Любимовой

Все возрастающее воздействие человека на ОПС и угроза серьезных экологических последствий требуют получения детальной информации о состоянии ОС. Для этого необходима система специальных наблюдений, которая бы выделяла антропогенные изменения состояния ОПС на фоне естественных. Такую систему, обеспечивающую слежение за состоянием ОПС и предупреждающую о создавшихся критических ситуациях для людей и природы, в экологии принято называть системой экологического мониторинга (ЭМ). Она может охватывать как локальные районы (региональный ЭМ) или отдельные страны (национальный ЭМ), так и земной шар в целом (глобальный ЭМ). В отдельных промышленных зонах и крупных городах и на территории РФ в целом, а также в странах СНГ, CША и т.д. организован как региональный, так и национальный ЭМ. По линии международной программы "Человек и биосфера" ведутся работы над созданием биосферного (глобального) ЭМ.

Первой ступенью биосферного ЭМ является биоэкологический (санитарно-гигиенический) мониторинг с конечной целью защитить людей, флору и фауну региона или страны; второй ступенью - геоэкологический (природохозяйственный) мониторинг с конечной целью выявить генезис изменений в природнотехнических системах (в городе, промзоне, сельской местности и т.д.) и взаимную связь тех явлений в ОС, которые являются индикаторами биоэкологического мониторинга; третьей ступенью - биосферный мониторинг с конечной целью защитить жизнь человечества в нашей биосфере и выявить глобальные изменения ОС, вызванные деятельностью общества. Как видим, ЭМ является многоцелевой информационной системой, обеспечивающей наблюдение за состоянием ОС, оценку и прогноз ее состояния, определение степени антропогенного воздействия на ОС, выявление факторов и источников такого воздействия, а также степени их воздействия. Его место в системе регулирования состояния ОС показано на рис. 4.2. Под влиянием антропогенных воздействий Ва, как известно, состояние биосферы Б меняется от к . Посредством ЭМ проводится приближенное описание и оценка измененного состояния . Соответствующая информации поступает в блок решения Д, где в зависимости от научных Н и экологических Э возможностей принимаются решения. Последние могут быть направлены на ограничение или прекращение Ва, на укрепление или "лечение" того или иного элемента Б, на совершенствование системы ЭМ.

Рис. 4.2. Место экологического мониторинга ЭМ в системе регулирования антропогенного воздействия Ва на ОС

В РФ действует Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Ее пункты наблюдения организованы в городах, промзонах, на водных объектах и в сельскохозяйственных районах, подверженных значительному влиянию хозяйственной деятельности, а также в районах с минимальным загрязнением для излучения фоновых загрязнений. ЕГСЭМ состоит из подсистем:

ЭМ источников антропогенного воздействия на ОС;

ЭМ загрязнения абиотической компоненты ОПС;

ЭМ биотической компоненты ОПС;

обеспечения функционирования экологических информационных систем.

Первая подсистема ЕГСЭМ реализуется как природопользователями, так и территориальными подразделениями Госкомэкологии РФ. Природопользователи ведут наблюдения за источниками выбросов и сбросов на своих объектах, для чего создают и эксплуатируют свои (ведомственные) средства наблюдения и контроля, Например, РАО "Газпром" в 1995 г. организовал систему производственного ЭМ или ПЭМ, Минатом РФ - Единую государственную автоматизированную систему контроля радиационной обстановки (ЕГАСКРО) и т.д.

Территориальные органы Госкомэкологии РФ (в субъектах РФ) осуществляют ЭМ источников антропогенного воздействия на атмосферный воздух (определяется состав и количество 3В). В 1995 году ими было охвачено 18380 предприятий в 459 городах РФ. Как видим, в первой подсистеме ЕГСЭМ выполняется как ведомственный, так и госконтроль за источниками воздействия на ОС. Надзор за ведомственными службами осуществляют специальные инспекции аналитического контроля (СИАК) ЕГСЭМ.

ЭМ загрязнения абиотической составлявшей ОПС (вторая подсистема) в рамках ЕГСЭМ ведет Государственная служба наблюдения за загрязнением ОПС или ГСН. Она осуществляет наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, поверхностных вод и почв, а также за радиационным загрязнением ПС. В 1995 г. проводились наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в 284 городах РФ на 664 стационарных постах, в том числе в 234 городах - непосредственно подразделениями Росгидромета; за загрязнением поверхностных вод на 1928 пунктах, 2617 створах, 2958 вертикалях и 3407 горизонтах, расположенных на 1363 водных объектах, из них на 1204 водотоках и 159 водоемах. Вторая подсистема ЕГСЭМ состоит из центральной и 10 региональных лабораторий, а также осуществляет экспедиционные обследования.

В состав сети наблюдений за радиационным загрязнением ПС входит 1456 гидрометеостанций и постов. Они осуществляют измерение мощности дозы -излучением (1394 пункта), наблюдения за радиоактивными выпадениями (487 пунктов) и аэрозолями (51 пункт). На 30 пунктах проводятся наблюдения за содержанием трития в атмосферных осадках, а на 82 - за содержанием стронция-90 и других долгоживущих радионуклидов в водах рек и морей.

В рамках ЕГАСКРО созданы подсистемы автоматизированного контроля радиационной обстановки (АCKPO) АЭС и системы территориального радиационного контроля (СТРК) в районах (радиус до 50 км) размещения АЭC. На каждой АЭС действует от 9 до 20 постов (например, на Смоленской АЭС - 20 постов, а на Калининской АЭC - 10 постов).

Наиболее сложной и наименее разработанной не только в РФ, но и в мире является третья подсистема ЕГСЭМ - ЭМ биоты. В РФ она будет включать три основных блока этого ЭМ:

растительный мир;

животный мир;

живая природа на охраняемых природных территориях. Сейчас определяются приоритетные показатели для каждого блока этой подсистемы ЕГСЭМ на федеральном и территориальном уровнях (дифференцированно для наземных, водных и почвенных экосистем), а методы ЭМ биоты апробируются на особо охраняемых территориях РФ.

ЕГСЭМ состоит из тематических и территориальных подсистем ЭМ. Первые осуществляют наблюдения и контроль состояния отдельных антропогенных объектов (например, промышленных, энергетических, транспортных, ядерно-энергетических или потенциально опасных объектов) и компонентов ОПС (атмосферы, водной среды, почв, земель и т.п.). Каждая из тематических подсистем состоит из одной или нескольких ведомственных систем наблюдения и контроля, объединенных по принципу общности объекта ЭМ. Эти подсистемы ЕГСЭМ обеспечивают наблюдение и контроль:

экологического состояния антропогенных объектов;

экологически безопасного для людей состояния компонентов ОПС;

состояния и качества ПР, используемых в конкретных видах деятельности;

состояние источников антропогенного воздействия на ОПС. Вся информация интегрируется информационно-аналитическими центрами (ИАЦ) этих подсистем.

Территориальные подсистемы ЕГСЭМ созданы в соответствии с административным делением РФ (89 подсистем). В них допускается иерархический принцип, когда экологическая обстановка в городах и районах требует создания отдельных подсистем ЭМ соответствующего уровня, вплоть до федерального. В ЕГСЭМ осуществляется методическое и информационное сопряжение территориальных и ведомственных систем. В основе организации информационного сопряжения лежит сеть ИАЦ ЕГСЭМ (федерального, территориального и ведомственного уровней), организующих и выполняющих работу по сбору, хранении и обработке информации по ЭМ. На федеральном уровне этим занимается автоматизированная информационная управляющая система "Экологическая безопасность" Госкомэкологии РФ. Она имеет тесную связь как с территориальными ИАЦ Госкомэкологии РФ, так к с ИАЦ Госкомсанэпидемнадэора РФ, Госатомнадзора РФ, Госкомсанэпидемнадзора РФ. Минздрава РФ и Росгидромета, а также с. Минсельхозом РФ, Минресурсами РФ и другими ведомствами и службами федерального уровня. Все это обеспечивает изучение распределения 3В во времени, и пространстве, оценку и прогноз состояния ОС и определение эффективности мероприятий по ее защите.

ЕГСЭМ использует как лабораторные и экспрессные методы (с многими из них студенты знакомятся при выполнении лабораторных работ [3]), так и дистанционные методы исследования атмосферы, водной среды и суши. Последние представляют комплекс аппаратурных и методических разработок, позволявших получить и интерпретировать фото-, кино- и телевизионные изображения, спектральные картины природных и искусственных образований, которые доставляются или передаются с аэрокосмических систем наблюдения. Сюда же включается слежение за ОПС с помощью приборов, установленных в труднодоступных местах страны, показания которых автоматически передаются в региональные центры наблюдения и сбора информации. Средствами дистанционного изучения элементов биосферы являются спутники, лазерная и радарная техника. Так, за 1 ч спутник накапливает и передает информации с площади 30 тыс. км2.

Широкое применение в последние годы в мире дистанционных методов в изучении биосферы позволило говорить о дистанционном ЭМ ОС. Он обеспечивает горизонтальную, вертикальную и динамическую интеграцию, т.е. получение на одном изображении больших участков поверхности Земли, различных компонентов ,ландшафта литосферы, гидросферы, биосферы, антропосферы и атмосферы или одной и той же территории через определенные промежутки времени. С учетом пространственной интеграции изображения могут быть глобальные (всей или почти всей освещаемой части Земля), региональные (значительных площадей географических областей и стран) и локальные (отдельных районов или ландшафтов). Это резко увеличивает преимущества дистанционного ЭН ОПС.

4.4 Международное сотрудничество по охране ОС

РФ осуществляет такое сотрудничество в области охраны ОС на двух- и многосторонней основе. Двухстороннее сотрудничество у нас развивается с Великобританией, Германией, Данией, Индией, Канадой, Китаем, Нидерландами, Норвегией, Республикой Корея, США, Финляндией, Францией и Швецией, а также в рамках Совета министров ОС Баренцевого региона. Оно направлено на предотвращение загрязнения воздуха, охрану вод от загрязнения, в

том числе и вод Мирового океана. При этом ведется совместная разработка правовых и административных мер, связанных с сохранением и поддержанием качества ОПС.

Многостороннее сотрудничество по охране ОС осуществляется путем участия представителей РФ в работе международных учреждений ООН, а также различных международных неправительственных организаций. Так, российские представители в области охраны ОС участвуют в работе учреждений "Программы ООН по ОС" (ЮНЕП), по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО), продовольствия и сельского хозяйства (ФАО), Комиссии ООН по устойчивому развитию, а также Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), Международной организации по радиологической защите (МАГАТЭ), Международного союза ОП (МСОП), Экономической и социальной комиссии для Азии и Тихого океана (ЭСКАТО), Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР). Всемирного фонда дикой природы и Межгосударственного экологического совета (МЭС). Такое сотрудничество способствует быстрому решению глобальных и региональных экологических проблем.

Кроме того, РФ ратифицировала и взяла международное обязательство выполнять 13 международных конвенций в области охраны ОС, а именно: о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов, по защите Черного моря от загрязнений, об охране озонового слоя, о биологическом разнообразии, о международной торговле дикой флорой и фауной, находящейся под угрозой изчезновения; об охране всемирного и природного наследия, о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением, по защите морской среды региона Балтийского моря, о водно-болотных угодьях, имеющих международное значение главным образом в качестве мест обитания водоплавающих птиц; о трансграничном воздействии промышленных аварий, по регулировании китобойного промысла, по охране и использованию трансграничных водных путей и международных озер.

4.5 Основные формы и методы защиты природной среды и решения экологических проблем

Специфические (т.е. применяемые для решения конкретных экологических проблем) методы и подходы рассмотрены в разделе 3. В данном подразделе вначале проводятся консервативные и активные формы защиты ПС, которые следует рассматривать как основной способ сохранения биологического разнообразия биосферы;

затем будут приведены общие подходы к решению большинства экологических проблем современности.

Консервативные формы охраны ПС направлены на сохранение природных объектов особой научной или культурной ценности: типичных или редких ландшафтов, редких геологических образований, исчезающих или редких животных и растений и т.д. К указанным формам относятся заповедники и заказники, природные парки, памятники природы и национальные парки. Заповедники и заказники - это участки территории (акватории), на которых запрещена (в заповедниках) всякая хозяйственная деятельность, а в заказниках временно или постоянно для сохранения одного или нескольких видов запрещены отдельные виды деятельности. В природных парках помимо заповедных зон допускается агрохозяйственные зоны. Памятники природы - относительно небольшие участки, имеющие особое научное, культурное или социальное значение (отдельные деревья, рощи, парки, пещеры, водопады и т.д.). Национальные парки - это обширные территории, включающие природные ландшафты с естественной флорой и фауной, в которых массовый отдых людей организован таким образом, что исключается возможность негативного воздействия на природу. Такие парки в США функционируют более 100 лет, привлекая миллионы отдыхающих ежегодно. В РФ планируется создание 17 национальных парков, в том числе и на озере Селигер.

Способствует сохранении биологического разнообразия издаваемая в РФ "Красная книга", которая содержит систематизированные сведения, о 5 категориях видов: 1) исчезающих; 2) находящихся под угрозой исчезновения: 3) редких видов, встречающихся в таком небольшом количестве, что каждая серьезная опасность угрожает существованию вида; 4) мало известных (недостаточно изученных) и 5) восстановленных видах.

Активной защитой ПС традиционно занимались и занимаются биологи, а в последние 30...40 лет и инженеры. Биологи немало сделали для охраны и спасения исчезающих видов; почвоведы и агрономы, решая проблему обеспечения человечества продуктами питания, добились существенных успехов. Так, они успешно восстанавливают популяции резко поредевших от перепромысла соболей и бобров. В северо-восточной тундре РФ в последнее десятилетие ими восстановлен ареал обитания овцебыков (животных), идеально приспособленных к жизни в азиатской тундре и исчезнувших оттуда в эпоху оледенении. Многочисленные рыбные заводы и рыбопитомники обеспечивают воспроизводство популяций промысловых рыб. Более того, люди сумели создать такой ценный гибрид белуги и стерляди, как бестер. Сотни и тысячи лет функционируют высоко эффективные агросистемы Юго-Восточной Азии, долины Нила и пр. Еще в прошлом веке В.В. Докучаевым была создана высоко продуктивная Каменная степь (Воронежская область) средствами малой мелиорации, сохранившая свое значение до нашего времени. Большие перспективы в обеспечении продуктами питания открывает клонирование наиболее продуктивных сельскохозяйственных животных. Всерьез обсуждаются возможности восстановления истребленных человеком таких уникальных видов, как Стеллерова корова, единственный кандидат в домашние морские животные.

Рост экономической активности человека и, прежде всего, рост промышленного производства породил массу сложнейших экологических проблем и заставил заниматься спасением его среды обитания (см. раздел 3).

Подавляющее большинство разрабатываемых в настоящее время технических решений в экологии связано с защитой от загрязнений биосферы и стациально-деструктивных нарушений поверхности планеты. Однако в решении экологических проблем значительно большую роль должна сыграть разработка принципиально новых технологий, способных кардинально изменить положение дел с истощением ресурсов и загрязнениями. Как когда-то создание полупроводниковых приборов привело к уменьшению потребляемой энергии и миниатюризации материалоемких устройств, так в наши дни нанотехнология может обеспечить следующий шаг в этом направлении, Вторым перспективным направлением является биотехнология с ее высокой эффективностью, естественным природным характером процессов, составляющих ее основу, а потому и высокой зкологичностью самого производства. Третьим прорывом в решении ряда проблем может стать использование альтернативных видов энергии и создание безопасной термоядерной энергетики, оптимистические прогнозы освоения которой не реализуются уже не одно десятилетие.

Большой резерв в решении экологических проблем и защите ПС представляет собой повышение эффективности экобиозащитной техники и экологизация существенных технологий и производственного оборудования. Повышение эффективности зкобиозащитной техники может быть обеспечено применением новых методов очистки и обезвреживания выбросов и сбросов, таких как применение ионных пучков, обработка низкотемпературной плазмой и т.д. Более широкое применение должны получить биохимические методы и средства. Экологизация существующих технологий и оборудования предполагает такие их изменения, которые бы привели к резкому

уменьшению выбросов вредных веществ (использование более экономичного сырья, как например, отказ от сжигания нефти с большим содержанием серы на предприятиях тепло- и электроэнергетики; улучшение режимов горения и широкое применение катализаторов для уменьшения образования вредных веществ и получения менее токсичных продуктов горения (например, не СО, а ).

Особенно большие надежды возлагаются на создание систем оборотного водоснабжения и безотходные производства. Широкое внедрение систем оборотного водоснабжения в 80-х годах XX века уже решило одну из опаснейших тенденций развития техники: экспоненциальный рост безвозвратного водопотребления на нужды расширяющегося промпроизводства. С 1983-1985 гг. этот рост не только остановился, но и началось снижение забора воды. Однако системы оборотного водоснабжения не обеспечивают утилизации вредных веществ, содержащихся в производственных стоках; они переводят их в шлам средствами очистки, оставляя проблему обезвреживания шламов открытой.

Безотходное производство явилось бы идеальным решением проблемы отходов, общая масса которых достигает сотен миллионов и миллиардов тонн (главным образом отходы открытой добычи ПИ). В отдельных ситуациях можно создать по-настоящему безотходное производство, когда используется все исходное сырье, а после потери потребительских свойств продукты производства становятся вторичными сырьевыми ресурсами. Но громадная масса инертных отходов даже при их повсеместном применении для планировочных работ в строительстве и в качестве наполнителей в производстве бетона, будет использована всего на 10…20%. Особенно сложной представляется борьба с отходами синтетических материалов. У них отсутствуют естественные процессы разложения: термическое разложение (попросту, сжигание) увеличивает общее загрязнение атмосферного воздуха. Именно поэтому одной из актуальных задач современности стало создание саморазлагающихся синтетических материалов.

Количественную оценку безотходности (малоотходности) производства осуществляют через коэффициент безотходности , который характеризует полноту использования в производстве материальных и энергетических ресурсов, а также интенсивность воздействия этого производства на ОПС. Он определяется по формуле

, (4.1.)

где - коэффициент пропорциональности; - коэффициент использования материальных ресурсов: - коэффициент использования энергетических ресурсов; - коэффициент соответствия зкологическим требованиям.

В мире разработка безотходных и малоотходных технологий ведется в направлениях: 1) создания принципиально новых технологических процессов, позволяющих исключить, сократить или заменить технологические стадии, на которых образуется большое количество отходов: 2) разработки бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе существующих и перспективных способов очистки СВ; 3) создания систем переработки отходов, используемых как вторичные материальные ресурсы; 4) организации территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой потоков сырья и отходов внутри комплекса. Как показывает опыт, условия создания таких технологий и производств наиболее благоприятны в добывающих, перерабатывающих, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

5. ЗАЩИТА КОМПОНЕНТОВ БИОСФЕРЫ

5.1 Защита атмосферы от материальных загрязнений Подраздел написан совместно с к.т.н. Н.С. Любимовой

5.1.1 Экологическая характеристика атмосферы

Газообразная оболочка Земли - важнейший компонент всех экосистем, функционирующих на суше. Ее специфические особенности определяют морфологию и физиологию живых существ, организацию образуемых ими популяций и сообществ, особенности и интенсивность обмена веществ и энергии. Она является мощным резервным фондом в круговороте азота и избирательным фильтром для энергии солнечного излучения. Из-за высокого содержания в атмосферном воздухе (примерно 21%) он yжe не является экологическим лимитирующим фактором. У растений и животных появились органы, обеспечивающие его непосредственное усвоение из атмосферы в процессе дыхания. На больших высотах низкое парциальное давление становится препятствием для нормальной жизнедеятельности человека, растений и животных (см. рис. 2.1).

Участки суши и биогеоценозы резко различаются по средним значениям, суточным и сезонным колебаниям интенсивности падающего на поверхность планеты солнечного излучения, температуры влажности воздуха, что определяет неизмеримо большее разнообразие форм живых организмов на суше сравнительно с аналогичными показателями для океана. У животных и растений выработаны сложные приспособительные реакции (периодичность жизненных циклов, механизмы терморегуляции, различные типы фотосинтеза на экваторе и в умеренном поясе и т.д.). Жизнь в воздушной среде и необходимость активного поиска пищи привели к сильному развитию образований, поддерживающих тело в условиях незначительной плотности среды (опорные ткани растений и скелет животных), к различным формам движений животных (в том числе я непосредственно в воздушной среде) и способам распространения семян у растений. Одно из существенных особенностей экосистем воздушно-наземной среды заключается в резком преобладании биомассы растений сравнительно с биомассой микроорганизмов и животных (соответственно 99,2% и 0,8%). В океане же эти соотношения составляют 6,3 и 93,7%.

5.1.2 Характеристика и источники загрязнения атмосферы

Атмосфера состоит из окиси газов и имеет общую массу т или примерно одну миллионную массы Земли. Около 50% ее массы сосредоточена в приземном слое до высоты 5,5 км и 99%. - в слое до 40 км. Этот слой постоянен по составу и изменяется незначительно. По объему он состоит из постоянных (- 78,01%; -20,95%: аргон - 0,93%; - 0,032 и инертные газы - 0,078 %) и переменных (, , СО, , водяной пар и др.) газов. Масса в атмосфере примерно т., его поставляет растительность Земли до т. в год. При этом т продуцируют леса. В верхнем слое атмосферы (в стратосфере) молекулы под действием солнечной радиации расщепляется на атомы, образуя . Его содержание в атмосфере составляет % (по массе), а общее количество достигает т. Он сосредотачивается высоте 20...45 км в виде слоя толщиной 2...4 мм (максимум у полисов). Озоновый слой интенсивно поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, защищая органическую природу от их смертоносного действия. Он задерживает около 20 % инфракрасных (тепловых) излучений Земли. Увеличение или уменьшение содержания в атмосфере служит предвестником циклонов и антициклонов, потеплении или похолодании, изменений ветра, а также влияет организм человека, особенно его кожу.

Переменные газы (см. выше) создают загрязнения в атмосфере и поступают в нее от естественных и искусственных источников загрязнения атмосферы (ИЗА). К первым относят ИЗА природного происхождения (извержения вулканов, пылевые бури, лесные пожары и т.п.), а ко вторым - ИЗА антропогенного происхождения, т.е. вызванные деятельностью человека. По массе антропогенные загрязнения сопоставимы с природными, а по их превзошли. Кроме того, углеводороды , обладают способностью накапливаться, что создает условия для повышения их содержания в атмосфере до опасных величин. Ниже рассматриваются в основном антропогенные загрязнения, представлявшие серьезную опасность материального загрязнения атмосферы.

Антропогенные выбросы в атмосферу мира ежегодно составляет порядка 20 млрд.т, в том числе - 18,3 млрд.т, твердых частиц - 1 млрд.т, СО - 304 млн.т, - 100 млн.т, - 88 млн.т и - 53 млн.т. При этом промышленность с теплоэнергетикой поставляет 40...50%, транспорт - 40...50, сельское хозяйство - 5...6 и коммунальный сектор - 7...8% суммарных выбросов. Главными источниками этих загрязнений являются промышленность и транспорт. В итоге примерный относительный состав 3В в атмосфере промышленных городов следующий: СО - 45%, -18, - 15, пыль - 12 и- 10%.

Как известно, в атмосфере Земли происходит самоочищение от материальных загрязнений за счет их конденсации, растворения, окисления, разложения и т.п., но это самоочищение не беспредельно. В определенных зонах Земли антропогенные источники, непрерывно и интенсивно выделяющие газовые и/или пылевые 3В, создают как глобальные, так и региональные и локальные загрязнения ОПС. Так интенсивные и непрерывно возрастающие загрязнения атмосферы и хлорфторуглеродами (фреонами или хладонами) в мире способствуют постепенному потеплению климата в биосфере и истощению озонового слоя нашей планета (см. выше раздел 3). Региональные и локальные загрязнения атмосферы распределяются так: 86% над промышленными районами, 12,9%. над городами, 1% над сельской местности и 0,1% над океанами. Аэрозольное загрязнение увеличивает плотность атмосферы и способствует развитию облачного покрова Земли, что снижает прямую солнечную радиацию. Оседание пыли на горные вечные снега и ледники увеличивает их таяние.

Локальные загрязнения (как аэрозольные, так и газовые) в период температурных инверсий (см. подраздел 5.1.6) вызывают смоги двух видов. Первый или Лондонский смог возникает из-за загрязненности воздуха копотью или дымом, содержащим SO; (в РФ часто наблюдается в Нижнем Тагиле. Кемерове и др.), а второй или Лос-Анжелессний смог - при загрязнении воздуха выхлопными газани автотранспорта (часто наблюдается в южных городах с интенсивным движением автомобилей). Лондонский смог (смесь дыма и тумана) в 1952 г. за 4 дня погубил более 4 тыс. чел. Его главным токсическим компонентой стал содержанием 5...10 мг/м и более; новых вредных веществ в нем не образуется. Лос-Анджелесский смог или фотохимический смог возникает при более низких концентрациях загрязнителей и низкой влажности воздуха; образует новые вещества (фотооксиданты, озон и др.), значительно превосходящие исходные по своей токсичности, и желто-зеленую или голубоватую дымку летом и ранней осенью. Он вызывает у людей раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, губит листву на деревьях, а также усиливает коррозии металлов, приводит к растрескиванию резины и т.д.

В России за период с 1991 по 1995 годы в атмосферном воздухе городов и промцентров среднегодовые и средние из максимальных концентраций 3В (взвешенные вещества, и др. существенно уменьшились, что обусловлено значительным спадом производства, а концентрации СО и возросли в связи с ростом парка автомобилей. В 1995 г. среднегодовые концентрации в воздухе выше ПДК имели место в 204 (в 1994 г. - 208) городах с населением около 63 млн.чел. (42% населения РФ). При этом случаи превышения максимальных концентраций 5ПДК отмечены в 126 городах и 10ПДК в 80 городах, а превышение 10ПДК по трек и более 3В - в 12 городах. Приоритетный список городов РФ, где наблюдается наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха, включает 45 городов (Архангельск. Братск, Екатеринбург, Москва, Норильск. Саратов и др.), из них в 23 городах (Братск, Уфа, Екатеринбург, Кемерово, Чита и др.) это наблюдается более 3 лет. Характерной особенностью загрязнений в этих городах являются высокие концентрации специфических 3В - бенз(а)пирена, формальдегида, сероводорода, бензола и др.

В 1995 г. произошло 34 аварии на химически опасных объектах, сопровождающиеся залповым выбросом СДЯВ; из них 50% на предприятиях Роскомхимнефтепрома, 35,3% - Минтопэнерго РФ и 14,7%. - других отраслей. Экстремально высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха они сопровождались в городах Курган, Волжский и Тамбов, а также на ст. Зуевка Горьковской железной дороги.

В 1995 г. выбросы 3В в атмосферу по РФ от стационарных ИЗА составили 21,3 млн.т (в 1994 г. - 31,8 млн.т), из них 85,3% приходится на промышленность. Наибольшее загрязнение атмосферы (по объему выбросов) происходит в результате деятельности предприятий энергетики (27,7% от общего выброса промышленностью РФ), цветной (20,4%) и черной (15,1%) металлургии, добычи (7.8%) и переработки (5,0%) нефти, машиностроения (4,0%), газовой промышленности (3.9%) и промстройматериалов (3,7%). На территории РФ выпало 4,3...4.б млн.т серы, 1,3...1,4 млн.т окисленного и 2,0...2,8 млн.т аммонийного азота. Плотность выпаданий окисленной среды в крупных индустриальных регионах РФ (Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном и Уральском) достигает 750 кг/км^2 в год, а нитратного и аммонийного азота 720 кг/км2. В итоге кислотность осадков в этих регионах доходит до рН = 3,1.

Среднегодовая концентрация пыли в воздухе г. Тверь равна 0,7ПДК, 0,2ПДК, СО - 0,ЗПДК, - 0,25ПДК, а сероуглерода - 2,4ПДК (газета "TЖ" от 09.02.95 г.). Уровень такого загрязнения определяется деятельностью предприятий энергетики (40%), химии (около 20%) и машиностроения (10%). Крупнейшими загрязнителями атмосферы в Тверской области являются предприятия энергетики (51% областного выброса от стационарных ИЗА, в том числе от Конаковской ГРЭС - 32% и Тверских ТЭЦ - 9,5%), машиностроения, деревообрабатываищей и легкой промышленности (суммарно до 20%), а также автотранспорт.

На суммарную заболеваемость населения РФ (30...40% по всем экологическим факторам) влияет загрязнение атмосферного воздуха. В частности, заболевает 37% детей и 10% взрослых; ими вызвано 41% заболеваний органов дыхания, 16% - эндокринной системы, 2,5% - онкологических заболеваний у лиц возраста 30-34 года и 11% у лиц 55-59 лет. При этом частота заболеваний раком у лиц старше 40 лет (группа риска) повышена на 12...20% при концентрации бенз(а)пирена 2-4ПДК по сравнении с городами, в которых концентрации бенз(а)пирена ниже 2ПДК; а при превышении 4ПДК - на 22...24%. Также установлено, что примышленная пыль, и способны вызывать онкологические заболевания, когда концентрации любого из них превышают ПДК более чем в 2 раза. Вклад широко распространенных 3В (пыль, СО, и ) в атмосферном воздухе в частоту обострении хронического бронхита превосходит вклад специфических 3В (органических соединений, металлов) в 1,6 раза, тогда как вклад последних в частоту эндокринных заболеваний в 1,5 раза выше.

Экономический ущерб от загрязнений атмосферы может достигать значительных сумм. Так, в США он ежегодно составляет 16 млрд. долларов или 80 долларов на одного жителя. При этом из-за заболеваемости и смертности людей ущерб достигает 6 млрд. долларов, а из-за коррозии и разрушения металлов, гибели растений и снижения урожайности в сельском хозяйстве - 4,9 млрд. долларов в год. По РФ такой статистики пока нет.

5.1.3 Нормирование загрязнений атмосферы

В России и странах СНГ установлены нормативы 3В в атмосферном воздухе гигиенического и технического назначения.

При гигиеническом нормировании исходят из трех основных принципов вредности атмосферных загрязнений, сформулированных в 1949 г. проф. В. А. Рязановым. Ими являются: 1) допустимая: может быть признано только такое содержание любого 3В в атмосферном воздухе, которое не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его работоспособности, не влияет на самочувствие и настроение; 2) привыкание к вредным веществам должно рассматриваться как неблагоприятный момент и доказательство недопустимости изучаемого уровня содержания: 3) недопустимо такое содержание вредных веществ, которое неблагоприятно влияет на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения. С учетом этих принципов действующими нормативно-техническим документами (НТД) по ОП (см. раздел 7) установлены ПДК 3В в атмосферном воздухе населенных мест. Они являются гигиеническим нормативом для человека и ОПС.

ПДК - это максимальная масса 3В в единице объема (мг/м3), отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на ОС в целом вредного действия (включая отдаленные последствия). Если вещество оказывает на ОС вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на ОС,

ПДК являются едиными для РФ и стран СНГ. Они утверждены бывшим Минздравом СССР для 413 веществ и приведены в СанПиН 4946-89[10]. Для 936 веществ установлены ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) 3В в атмосфере населенных мест [10], являющиеся условно безопасными для человека. Срок действия ОБУВ устанавливает Госкомсанэпидемнадзор РФ (на 3 года или более лет).

По степени опасного действия 3В на организм человека они делятся на 4 класса: 1 - чрезвычайно опасные; 2 - высоко опасные; 3 - умеренно опасные; 4 - мало опасные. Чем опаснее ЗВ, тем сложнее, масштабнее и значимее усилия по защите атмосферы и тем ниже его ПДК в атмосферном воздухе. Для каждого 3В установлены два гигиенических норматива: максимально разовая (МР) и среднесуточная (СрС) ПДК (табл. 5.1).

Таблица 5.1. ПДК некоторых 3В в атмосферном воздухе населенных мест

МP ПДК устанавливаются для предупреждения рефлекторных реакций человека (ощущения неприятных запахов, чихания, аллергических состояний, изменения световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии (до 20 мин) атмосферных загрязнений. Методика определения МР концентраций предлагает производство нескольких в течение суток (продолжительность 20...30 мин) замеров концентраций данного 3В. Наивысшее значение из ряда полученных называют МР концентрацией.

СрС ПДК устанавливаются для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого прямого и косвенного воздействия на человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания. Она определяется как среднеарифметическое значение разовых концентраций, для которых указана продолжительность отбора, или как средневзвешенное содержание вредных веществ в пробах атмосферного воздуха, отбираемых в течение 24 ч непрерывно или с равными интервалами между пробами равной продолжительности. Отбор проб регламентирован РД 52.04.186-89.

При содержании в атмосферном воздухе населенных мест нескольких веществ, обладающих эффектом суммации, их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию

(5.1)

где - фактические концентрации веществ,;

- ПДК (МР или СрС) соответствующих веществ, .

Эффектом суммации обладают пo РД 52.04.185-89 44 сочетания веществ, в том числе, аммиак и сероводород; ацетон и фенол; азота диоксид и серы диоксид; свинца оксид и серы диоксид и т.д.

Для обеспечения чистоты атмосферного воздуха ГОСТ 17.2.3.02-78 устанавливает предельно допустимые выбросы (ПДВ) 3В. ПДВ является техническим нормативом для того или иного ИЗА, ПДВ - эта масса i-вещества в отходящих газах, максимально допустимая к выбросу в атмосферу в единицу времени. Он устанавливается для каждого ИЗА и вредного вещества в нем из следующего условия. Выбросы того или иного вредного вещества данного ИЗА и от совокупности источников города или другого населенного пункта, с учетом перспективы развития промпредприятия и рассеивания 3В в атмосфере, не создадут приземную концентрацию , превышающую их ПДК для населения, флоры и фауны.

Основными критериями качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ являются ПДК, т.е. гигиенический норматив. При этом требуется выполнение соотношения

при , (5.2)

где - расчетная концентрация 3В от данного ИЗА, мг/м3;

- фоновая концентрация от других ИЗА того же 3В при времени осреднения 20 мин, мг/м3.

Значения берут в местном органе Росгидромета. Так по данным Тверского центра по гидрометеорологии в радиусе 3 км от экскаваторного завода следующие: марганец и его оксиды -0,0915 мг/м"; железа оксид - 0,006; свинец - 0,00005; аммиак -0,03; хлор - 0; ацетон - 0,053; сероводород - 0,0055; серная кислота - 0,045; бензин - 2,1; керосин - 0,18; спирт этиловый - 0,75; взвешенные вещества (средняя по городу) - 0,37; сернистый ангидрит (средняя по городу) - 0,10; углерода оксид -1,82; сероуглерод - 0.067 мг/м3 и т.д.

В зонах санитарной охраны курортов, местах размещения курортов и домов отдыха и зонах отдыха городов при расчете ПДВ должно соблюдаться следующее условие

. (5.3)

ГОСТ 17.2.3.02-78 требует, чтобы каждый ИЗА не превышал свой ПДВ по ЗВ, который устанавливается расчетом, проводимым по методике ОНД-86. В тех случаях, когда рассчитанный ПДВ для конкретного источника и 3В в несколько раз ниже реального, данный ГОСТ разрешает устанавливать местным органам контроля за ОП (например Тверьоблкомприроде) временно согласованные выбросы (ВСВ) или лимиты выброса (предельные массы в год) для соответствующих 3В. Они определяются на уровне предприятий с наилучшей технологией данного производства, аналогичных по мощности и технологическим процессам.

Для неорганизованных выбросов и совокупности мелких одиночных источников (например, дымовые и вентиляционные трубы, аэрационные фонари, вентиляционные шахты и т.п.), как правило, устанавливают суммарный ПДВ (ВСВ). Путем суммирования ПДВ (ВСВ) отдельных ИЗА также устанавливают значения ПДВ (ВСВ) для предприятия или комбината в целом по каждому ЗВ.

ПДВ и ВСВ пересматривают не реже 1 раза в 5 лет. При этом ВСВ устанавливают, когда снижение выбросов до ПДВ в данный момент не может быть обеспечено по объективным причинам. Технический норматив источника загрязнения ПДВ (ВСВ) согласуется с местными органами Госкомсанэпидемнадзора РФ и Росгидромета и утверждается местным органом Госкомэкологии РФ.