Экологические кризисы - Экология - Скачать бесплатно
Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов.
В последние годы мы часто слышим и употребляем слово «экология», но
вряд ли можно считать, что все понимают под ним одно и то же. О том, какой
смысл следует вкладывать в это понятие, спорят даже специалисты.
А пока они спорят, неспециалисты уже поняли, что такое экологический
минимум: это значит — дышать чистым воздухом, пить чистую воду, есть пищу
без нитратов и не светиться в темноте.
Термин «экология» (от греческих «ойкос» — дом, место обитания, и
«логос» — наука) был придуман в 1866 году немецким зоологом Эрнстом
Геккелем, который ввел его в обиход для обозначения «общей науки об
отношениях организмов к окружающей среде», куда мы относим в широком смысле
все «условия существования». Это понятие, первоначально довольно узкое, в
дальнейшем расширялось, какое-то время и экология развивалась как одна из
биологических наук, изучающая не отдельные организмы, а структуру и
функционирование биологических систем — популяций, видов, сообществ — и их
взаимодействий друг с другом и с окружающей средой. Такое или близкое
определение экологии можно найти во многих современных энциклопедиях и
справочниках,
Но сейчас понятие «экология» уже далеко вышло за рамки того, что
вкладывалось в него Эрнстом Геккелем и что указывается в справочниках и
энциклопедиях. Теперь это уже самостоятельная наука об окружающей среде (с
точки зрения ее взаимодействий с живыми организмами и прежде всего с
людьми). Ее питает не только и не столько биология, но и почти все науки о
Земле — метеорология, гидрология, океанология, климатология, география,
геология с необходимыми для них физико-математическими и химическими
методами, а также социология, психология и экономика.
Сейчас эта наука, пожалуй, ближе не к биологии, а к географии, включая
ее физическую и экономическую половины. Думается, что для географии,
казалось бы, уже исчерпавшей свои прежние творческие задачи, переориентация
на экологию открывает новые неограниченные перспективы.
Такого расширения содержания экологии и смещения в нем акцентов
потребовал стремительный количественный рост человечества, которое начало
осознавать опасности, угрожающие всей планете (ядерная катастрофа,
возможный парниковый эффект и тому подобное), уже столкнулось в своей
практике с ограниченностью природных ресурсов (в том числе энергетических)
и воочию увидело губительные побочные воздействия неразумной хозяйственной
деятельности на окружающую среду — экологические катастрофы, как Чернобыль
и Арал. 8 связи с этим современная экология ставит во главу своих интересов
взаимодействия человека с экологическими системами, всей окружающей средой.
Упомянув количественный рост человечества, мы, однако, надеемся, что
имеющемуся сейчас и даже несколько большему количеству людей на Земле можно
обеспечить экологический минимум. Но единственный путь к этому видится в
том, чтобы решительно порвать с экстенсивной экономикой и перейти к
интенсивной.
Экстенсивная экономика — это, во-первых, добыча и использование как
можно большего количества природных ресурсов (включая энергию) и, во-
вторых, попытки произвести как можно больше продуктов промышленности и
сельского хозяйства. И то и другое природоразрушительно. Такая экономика
ненаучна. Она бесперспективна.
Интенсивная экономика — это производство необходимого количества
потребительских продуктов и товаров при как можно меньших затратах энергии
и других ресурсов (и строгом соблюдении природоохранных норм очистки всех
сбросов и утилизации отходов до перехода на замкнутые циклы, например,
воздухо- и водопользования). Возможность такой экономики доказана
многочисленными примерами энерго- и ресурсосберегающих безотходных
технологий, используемых в развитых странах.
Хотя в последние годы мы начали осознавать единство и конечность
биосферы и всей окружающей среды, ответственность человечества за свою
собственную судьбу, судьбу биосферы, судьбу всей планеты, мы еще очень
далеки от того состояния, которое В. И. Вернадский обозначил термином
«ноосфера» (от греческого «ноос» — разум). Последнее подразумевает
превращение человека из чужеродного элемента в природе в ее неотъемлемую,
органично вписывающуюся в нее часть. Это будет достигнуто только тогда,
когда новое мышление, в котором экологические проблемы должны иметь высший
приоритет, станет внутренней потребностью всего человечества, от лиц,
облеченных властью и распоряжающихся ресурсами, до всех граждан мира. Пока
же в дополнение к естественно возрастающим экологическим проблемам люди
продолжают создавать все новые трудности, которые неизбежно придется
преодолевать, затрачивая большие усилия и средства.
Представляется, что все экологические проблемы можно отнести прежде
всего к двум связанным друг с другом главным факторам: изменениям
климата и загрязнению окружающей среды. Этим двум факторам и посвящена
настоящая работа.
Хотя изменения климата, естественные или вызванные деятельностью
человека (так называемые антропогенные), происходят сравнительно медленно,
они охватывают огромные регионы и потому могут представлять серьезную
проблему для человечества. При значительных изменениях климата произойдут
смещения климатических зон, в результате чего людям придется целиком или
частично перестраивать в этих зонах свою хозяйственную деятельность.
Загрязнение окружающей среды также принимает глобальный характер, так как
фактически оно не знает национальных границ. Нарастание загрязнения
превращается в опасность для самого существования биосферы, и в том числе
всего человечества.
1. Почему загрязнение нарастает?
Загрязнение окружающей среды — это поступление в нее вредных веществ
(иногда говорят и о тепловом загрязнении), могущих нанести ущерб здоровью
человека, неорганической природе, растительному и животному миру или стать
помехой в той или иной человеческой деятельности. Конечно, загрязнения,
вызванные деятельностью людей (их называют антропогенными), надо отличать
от естественных загрязнений. Обычно, говоря о загрязнении, имеют в виду
именно антропогенное загрязнение и оценивают его, сравнивая мощности
естественных и антропогенных источников загрязнения.
Загрязнение окружающей среды имеет почти такую же долгую историю,
что и история самого человечества. Долгое время первобытный человек мало
чем отличался от других видов животных и в экологическом смысле находился в
равновесии с окружающей средой. К тому же численность человечества была
невелика. По оценкам исследователей, 100 тысяч лет назад на Земле было
всего около миллиона человек. С течением времени в результате развития
биологической организации людей, их умственных способностей, человеческий
род выделился среди других видов. По словам французского эколога Ф. Рамада,
«возник первый вид живых существ, воздействие которых на все живое
представляет собой потенциальную угрозу равновесию в природе».
Хорошим показателем роста вмешательства человека в природные процессы,
в естественный круговорот веществ может служить рост количества энергии,
потребляемой человеком. За единицу количества энергии можно принять
килокалорию: это приблизительно количество тепла, необходимое для
нагревания килограмма воды на один градус Цельсия. На заре своего развития
человек потреблял в виде пищи 2—4 тысячи килокалорий в сутки. После первых
технических революций (овладение огнем, переход к оседлому образу жизни и
сельскохозяйственному производству, приручение некоторых видов животных)
добавилось примерно столько же используемой человеком тепловой и
механической энергии. Считается, что 10 тысяч лет назад (в новом каменном
веке) использовалось около 10 тысяч килокалорий на человека в сутки. В
феодальном обществе, основанном на сельскохозяйственном производстве, эта
величина выросла до 22—26 тысяч килокалорий в сутки — это еще не нарушало
равновесия человека с природой, поскольку производство той поры неплохо
вписывалось в природный круговорот веществ. Но дальше пошло хуже, и
положение существенно изменилось с началом промышленной революции XVII—
XVIII веков, когда производство и потребление энергии на каждого человека
выросло до 70 тысяч килокалорий в сутки.
А сейчас в промышленно развитых странах (например, в США) потребляется
уже до 200—250 тысяч килокалорий в сутки на каждого человека. По данным
Мирового банка в промышленно развитых странах с рыночной и плановой
экономикой за счет невозобновляемых топливных запасов (природный газ,
нефть, уголь, ядерная энергия) было произведено и потреблено 139 тысяч
килокалорий в сутки на душу населения. Правда, в других странах
производится гораздо меньше энергии, и средняя цифра впятеро ниже — около
43,5 тысячи килокалорий в сутки на душу населения, то есть в 10—20 раз
больше, чем потребляли первобытные люди. И по всем прогнозам производство и
потребление энергии на каждого человека будут продолжать расти.
Численность человечества. А ведь надо еще учесть рост численности
человечества. По оценкам историков, 10 тысяч лет назад, то есть в начале
нового каменного века, численность населения Земли составляла 5
миллионов человек, ко времени образования Римской империи —150 миллионов
человек, в 1650 году — 545 миллионов. В 1840 году она достигла 1 миллиарда
человек, а далее стала увеличиваться особенно быстрыми темпами, достигнув 2
миллиардов в 1930 году, 3 миллиардов — в 1960 году, 4 миллиардов — в 1975
году, и в настоящее время на Земле насчитывается уже 6,5 миллиардов
человек. Иначе говоря, чтобы достичь численности в 1 миллиард, человечеству
понадобилось не менее полумиллиона лет, а затем приросты на миллиард
человек происходили за 90, 30, 15 и 12 лет. Видно, что в последние
десятилетия темп роста замедлился, но рост еще продолжается, и это создает
серьезную глобальную проблему. Тот же Ф. Рамад считает, и не без оснований,
что «демографический взрыв XX века по своим последствиям, возможно,
превосходит такие научные открытия, как ядерная энергия и кибернетика».
Если учесть оба эти фактора — потребление энергии на душу населения и
численность человечества, то окажется, что используемая человечеством
энергия сейчас превышает энергию, которую использовало человечество в
первобытную эпоху, в 5000 раз. Мощность источников используемой в настоящее
время энергии составляет около 1,2 десятка миллиардов киловатт против 0,24
миллиона в новом каменном веке. Можно считать, что вмешательство человека в
природные процессы за это время выросло не менее чем в 5000 раз, если это
вмешательство вообще можно оценить.
Дело не только в том, что способность окружающей среды к самоочищению
находится на пределе из-за больших количеств поступающих в среду отходов
человеческой деятельности. Значительная часть этих отходов чужда природной
среде. Они либо ядовиты для микроорганизмов, разрушающих сложные
органические вещества и превращающих их в простые неорганические
соединения, либо вообще не разрушаются и поэтому накапливаются в
различных частях окружающей среды. Даже те вещества, которые привычны для
окружающей среды, поступая в нее в слишком больших количествах, могут
изменять ее качества и воздействовать на экологические системы.
2. Загрязнение атмосферы.
Наиболее распространенные загрязнители атмосферы поступают в нее в
основном в двух видах: либо в виде взвешенных частиц (аэрозолей), либо в
виде газов. По массе львиную долю — 80—90 процентов — всех выбросов в
атмосферу из-за деятельности человека составляют газообразные выбросы.
Среди них главное место занимают химические соединения углерода, серы и
азота.
Углекислый газ. В первой части мы уже рассматривали углекислый газ
(двуокись углерода). В результате сжигания топлива, а также производства
цемента в атмосферу поступает огромное количество этого газа. Например, в
1984 году в атмосферу было выброшено 19,5 миллиарда тонн углекислого газа.
Сам этот газ не ядовит (некоторые специалисты считают даже, что он
необходим для дыхания). Он находит широкое применение в быту (газированная
вода, «сухой лед» и т. п.). Его экологическая роль заключается во влиянии
на климат через парниковый эффект.
Угарный газ. Сжигание топлива, которое создает большую часть
газообразных, да и аэрозольных загрязнений атмосферы, служит источником
другого углеродного соединения — угарного газа (окиси углерода). Он ядовит,
причем его опасность усугубляется тем, что он не имеет ни цвета, ни запаха,
и отравление им может произойти совершенно незаметно. Его ядовитые свойства
объясняются тем, что он жадно поглощается гемоглобином крови и вместо
кислорода переносится от легких к различным тканям, что ведет к
кислородному голоду и гибели организма.
Выше говорилось, что очень малые концентрации составляющих смесей
принято выражать через миллионные или миллиардные доли некоторого объема
(реже — в долях массы) и обозначать чнм или чнб, что означает одну часть на
миллион или на биллион (миллиард). Так вот, при концентрации угарного газа
в 100 чнм возникает ощущение вялости, головная боль, головокружение, а
концентрация в 1000 чнм (или 0.1 процента) быстро приводит к смерти
человека. В естественных условиях концентрация этого газа в воздухе
составляет 0,1—0,2 чнм (в Северном полушарии 0,2, в Южном — 0,06 чнм). В
городах эта концентрация колеблется от 1 до 140 чнм (в среднем 20 чнм), в
крупных городах на оживленных перекрестках в часы пик она нередко может
превышать 100 чнм, а в лондонских транспортных туннелях отмечались
концентрации до 295 чнм.
В настоящее время в результате деятельности человека в атмосферу
поступает около 300 миллионов тонн угарного газа в год (в 1968 году в
атмосферу его было выброшено 257 миллионов тонн). Причем 70—75 процентов
выбросов создается сжиганием бензина в двигателях внутреннего сгорания,
около 10 процентов сжиганием угля и дров, примерно столько же сжиганием
бытовых отходов и около 5 процентов лесными пожарами. Некоторая часть
угарного газа создается технологическими потерями в промышленности
(например, металлургической, нефтеперерабатывающей, химической).
Немалое количество угарного газа поступает в атмосферу и из
естественных источников. Точно определить это количество трудно, так что
имеющиеся оценки существенно расходятся (от 90 до 30 процентов). Основные
естественные источники — это прежде всего вулканы, а также разложение
органического вещества в придонных илах стоячих водоемов, электрические
разряды в атмосфере, биологические процессы в океане, естественные лесные
пожары и, наконец, окисление так называемых терпенов — выделяемых
растительностью (главным образом вечнозеленой тропической) летучих
органических продуктов ее жизнедеятельности.
Болотный газ. Значительную долю атмосферного загрязнения составляют
углеводороды — органические вещества, состоящие из углерода и водорода. Из
естественных источников в атмосферу поступают прежде всего метан,
простейших из углеводородов, состоящий из одного атома углерода, и четырех
атомов водорода, и упоминавшиеся выше терпены. Основные источники метана —
деятельность микроорганизмов при захоронении органического углерода без
доступа воздуха, например, на дне болот (поэтому его иногда называют
болотным газом), в насыщенных водой почвах, в пищеварительных органах
жвачных животных. Некоторое количество метана (около 30 процентов)
поступает из антропогенных источников, например. при добыче природного газа
(в нем до 97 процентов метана), нефти, угля (известны многочисленные
случаи накопления метана в угольных шахтах), а также при сжигании
растительной массы (для обогрева или же при сельскохозяйственных работах).
В последние десятилетия поступление метана в атмосферу росло со
скоростью 1,1 процента в год и в настоящее время составляет, по недавним
оценкам, около 400—-500 миллионов тонн в год. С такой же скоростью росло и
его содержание в атмосфере, которое в средних широтах Северного полушария
оценивается в 1,7 чнм. Для такого роста атмосферного содержания метана
достаточно 11—12 процентов его нынешних источников, остальные 88—89
процентов удаляются из атмосферы (считается, что основным механизмом
удаления метана является его окисление, а также его разложение почвенными
микроорганизмами).
В последнее время роль различных источников метана изменилась. В 1940-х
годах на первом месте стояли болота и заболоченные местности, а в 1980-х
годах этот источник ослабел, и переместился на четвертое место, уступив
место затопляемым полям для возделывания риса («чекам»), животноводству и
сжиганию биомассы налицо влияние деятельности человека.
Терпены, непрерывно выделяемые в атмосферу деревьями и другими
растениями, поступают в атмосферу приблизительно в таком же количестве,
что и метан, то есть около 400 миллионов тонн в год (хотя некоторые оценки
достигают 1000 миллионов тонн). Эти вещества очень активны, особенно в
присутствии озона. Считается, что именно они создают атмосферную дымку,
часто наблюдаемую на суше вдалеке от промышленных источников загрязнения.
Многие читатели наверняка наблюдали голубоватую дымку и ощущали запах озона
в утреннем, освещенном солнцем сосновом бору.
Углеводороды, поступающие в атмосферу в результате деятельности
человека, составляют небольшую долю от углеводородов естественного
происхождения, но загрязнение ими имеет весьма важное значение в
густонаселенных районах. В 1970 году в США было выброшено в атмосферу около
35 миллионов тонн углеводородов (в течение нескольких предшествующих лет
роста почти не происходило), а глобальный выброс в тот же период
оценивается в 90 миллионов тонн в год. Их поступление в атмосферу может
происходить на любой стадии производства, обработки, хранения, перевозки и
использования веществ и материалов, содержащих углеводороды. Так, уже при
добыче нефти происходит утечка попутного нефтяного газа, испарение легких
фракций нефти, неполное сгорание в газовых факелах. Более половины
углеводородов, производимых человеком, поступает в воздух в результате
неполного сгорания бензина и дизельного топлива при эксплуатации
автомобилей и других средств транспорта. Виной тому не только
конструктивные недостатки двигателей, но и экологическая безграмотность
многих автомобилистов, не утруждающих себя регулировкой двигателей.
Особенно неприятны выбросы плохо отрегулированных дизельных двигателей;
в них имеется большое количество сложных циклических и ароматических
углеводородов, являющихся канцерогенными веществами.
Такие опасные для человека и животных вещества образуются при сжигании
угля, нефти, бытового мусора и даже при изготовлении на открытом огне
шашлыков и при курении. Немало углеводородов поступает в атмосферу от
химических заводов, при испарении различных растворителей в быту,
изготовлении и использовании синтетических красок, при разливах бензина на
бензоколонках. При определенных условиях высокая концентрация
углеводородов может привести к образованию так называемого
фотохимического смога с ядовитыми веществами, вызывающими раздражение и
заболевания дыхательных путей и глаз у людей и губящими растительность.
Сернистый газ. Загрязнение атмосферы соединениями серы имеет важные
экологические последствия. В атмосферу поступают главным образом сернистый
газ и сероводород. В последнее время начинают привлекать внимание и другие
соединения серы, образующиеся в результате микробиологических процессов.
Главные естественные источники сернистого газа — вулканическая
деятельность, а также процессы окисления сероводорода и других соединений
серы. По некоторым расчетам, вследствие вулканической деятельности в
атмосферу ежегодно попадает около 4 миллионов тонн сернистого газа. Но
гораздо больше — около 200— 215 миллионов тонн сернистого газа — образуется
из сероводорода, который поступает в атмосферу при разложении органического
вещества.
Промышленные источники сернистого газа по интенсивности давно превзошли
вулканы и сейчас сравнялись с суммарной интенсивностью всех естественных
источников. В природе нет ископаемого топлива, которое состояло бы из одних
углеводородов. Всегда имеется примесь других элементов, и один из них —
сера. Даже природный газ содержит по крайней мере следы серы. В сырой
нефти, в зависимости от месторождения, содержится от 0,1 до 5,5 процента
серы, а уголь содержит от 0,2 до 7 процентов серы. Поэтому сжигание топлива
дает 80—90 процентов всего антропогенного сернистого газа, причем больше
всего (70 процентов и более) дает сжигание угля. Остальные 10—20 процентов
приходятся на выплавку цветных металлов и производство серной кислоты.
Сырьем для получения меди, свинца и цинка служат главным образом руды,
содержащие большое количество серы (до 45 процентов). Те же самые руды и
другие богатые серой минералы служат сырьем для получения серной кислоты.
Сернистый газ очень ядовит, он представляет угрозу здоровью и даже
жизни человека и животных, наносит ущерб растительности. В СССР для
сернистого газа в атмосфере предельно допустимые концентрации (ПДК) для
разового воздействия — 0,5 миллиграмма на кубометр, средняя за сутки —
0,05, что в перерасчете на объемные концентрации дает 0,17 и 0,017 чнм,
соответственно,
Обычная концентрация сернистого газа в нижней части атмосферы равна 0,2
чнб. Однако его распределение по земному шару очень неравномерно. По
измерениям на станциях наблюдения за фоном (мониторинга), расположенных в
различных районах мира и находящихся в удалении от непосредственных
антропогенных источников этого газа, концентрации различаются в десятки и
сотни раз. Наибольшие концентрации наблюдаются в Северном полушарии, причем
максимальных значений они достигают в восточных и центральных районах США,
в Центральной Европе (10—14 микрограммов на кубометр, или 3,4—4,8 чнб). В
районах, где крупных городов и промышленных центров меньше (запад США,
Европейская территория СССР и др.), концентрация сернистого газа на порядок
меньше (1—4 микрограмма на кубометр, или 0,34—1,37 чнб), а в некоторых
более чистых районах, как Кавказ и озеро Байкал, меньше 0,1 микрограмма на
кубометр, или 0,034 чнб. В Южном полушарии концентрация сернистого газа в
1,5—2 раза ниже, чем в Северном, над океаном существенно ниже, чем над
континентом, причем над океаном концентрация увеличивается с высотой, тогда
как над континентами она уменьшается,
При концентрации 8—12 чнм сернистый газ сильно раздражает дыхательные пути
и вызывает кашель, при 20 чнм он раздражает глаза. В присутствии других
загрязнителей, например при наличии аэрозольных частиц, для такого же
воздействия достаточно гораздо более низких концентраций сернистого газа.
Это объясняется тем, что совместный эффект двух загрязнителей превосходит
сумму воздействий каждого из загрязнителей, действующих порознь. Именно
это произошло во время печально знаменитого сернистого смога 5—9 декабря
1952 года в Лондоне, когда погибли 4 тысячи человек и были зарегистрированы
десятки тысяч заболеваний легких и верхних дыхательных путей. Рост
ежедневной смертности стал заметен, когда содержание сернистого газа
достигло 0,20 чнм, а содержание аэрозольных частиц составило 750
микрограммов на кубометр. В дальнейшем эти показатели, а также и смертность
продолжали расти, причем смертность увеличилась на 20 процентов, когда
содержание сернистого газа достигло 0,52 чнм, а аэрозолей — 2000
микрограммов на кубометр.
Лондон был, по-видимому, первым из крупных городов мира, которые
столкнулись с проблемой загрязнения атмосферы сернистым газом. Известно,
что еще в середине XIII века стали раздаваться протесты против
использования угля для отопления, но несмотря на королевский запрет,
изданный Эдуардом 1 в 1276 году, его потребление в каминах для отопления
домов продолжало расти. К этому вскоре прибавилось использование угля в
промышленности, и уже в XVIII веке содержание сернистого газа в воздухе над
Лондоном часто в несколько раз превосходило современную предельно
допустимую концентрацию. Сохранились свидетельства современников о том, что
путники, приближавшиеся к Лондону, уже за несколько миль до города
чувствовали резкий запах сернистого газа.
Лондонская трагедия 1952 года и аналогичные случаи «смогов-убийц» в
других крупных городах (Нью-Йорк, Роттердам и многие другие) сыграли свою
роль и во многих промышленно развитых странах побудили принять решительные
меры по сокращению выбросов сернистого газа (да и других загрязнителей). По-
видимому, это отразилось и на статистике глобальных антропогенных выбросов
сернистого газа в атмосферу. После быстрого роста выбросов в 1950-х годах
(ежегодный рост составлял 4,6 процента по сравнению с 1,2 процента в
предыдущее десятилетие, включавшее годы второй мировой войны). Последовало
уменьшение темпов роста вдвое (до 2,3 процента в год) в 1960-х годах и
дальнейшее уменьшение (до 2 процентов) в 1970— 1980 годах (но это все еще
был рост!).
Принятые меры не замедлили сказаться. После издания закона об охране
воздуха Большого Лондона, замены традиционных угольных каминов
бутафорскими (представьте себе, что означал для англичан отказ от
традиции!), введения парового отопления и расширения использования
электричества смоги, да и обычные туманы в английской столице стали гораздо
более редкими гостями. Их воздействие теперь никак нельзя сравнивать с
убийственным воздействием смогов 1950—1960-х годов.
В СССР в 1950—1960-х годах проблема загрязнения атмосферы сернистым
газом стояла не так остро, как а промышленно развитых капиталистических
странах. Однако и в нашей стране в те годы можно было заметить тенденцию к
ухудшению обстановки. В застойный период в отсутствии широкой гласности
возобладал ведомственный диктат, результатом которого стало развитие ради
развития и полнейшее игнорирование провозглашаемых гуманистических
принципов, таких, например, как «все на благо человека». Сейчас, с приходом
гласности, вдруг стало ясно, что у нас не только
|
