Наиболее ощутимым в смысле воздействия на среду обитания человека и достаточно хорошо изученным можно считать загрязнение окружающей среды. Оно непосредственно связано с научно-техническим прогрессом и отражает негативные для природы аспекты этого прогресса последствия техногенной деятельности человека.
Главная опасность техногенеза — внесение в круговорот веществ, несвойственных природе, разрывающих замкнутый цикл или искажающих процесс круговорота веществ. Вредные воздействия могут происходить не только от введения в круговорот чуждых природе веществ (яды, убивающие редуцентов, вредное воздействие на развитие продуцентов, разрыв в цепи консументов и т. д.), но и введение в круговорот энергий, количественно несвойственных природе в целом или конкретному компоненту окружающей среды.
Загрязнение окружающей среды — это любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы.
Академик А.В. Сидоренко указывает три основные причины загрязнения и разрушения окружающей среды и истощения природных ресурсов в результате техногенной деятельности из-за: 1) простого нарушения количественного равновесия между потребностью в природных ресурсах и фактическим их изъятием из естественного круговорота; 2) чрезмерного техногенного воздействия на природную среду, превышающего критические пороги антропогенной нагрузки на данный природный комплекс; 3) игнорирования или нарушения экологических принципов в извлечении и воспроизводстве природных ресурсов.
По своему происхождению промышленные загрязнения могут быть механическими, химическими, физическими и биологическими.
Механические — пыль в воздухе, твердые частицы и разнообразные предметы в воде и почве.
Химические — всевозможные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой.
Биологические — это виды организмов, появившиеся при участии человека и наносящие вред ему иди живой природе.
Отрицательно влияя на окружающую среду, загрязнения, в свою очередь, могут подвергаться определенному воздействию окружающей среды. По этому важному с экологической точки зрения признаку различают стойкие (неразрушаемые) загрязнения и разрушаемые под действием природных химико-биологических процессов.
Основные черты цивилизационной революции.
Ушедший век оказался веком грандиозных социальных перемен и потрясений, экономических и экологических изменений. Всего за одно столетие человечество увеличило свою численность в 6 раз, а темпы роста экономики более чем в 300 раз. Следует подчеркнуть, что основным и единственным источником этого беспрецедентного роста явились природные ресурсы, биоресурсы, природа Земли, многие из которых оказались невосполнимыми, а подчас и безвозвратно потерянными. При этом в общем загрязнении среды обитания человечества 80-85% приходится на промышленно развитые страны (Германия, США, Англия Франция и др.), хотя их население составляет лишь 20% от мирового.
Основным следствием хозяйственной деятельности человека служит нарушение им естественных экосистем. На нарушенных территориях (табл. 1.1.) не успевает восстанавливаться устойчивое состояние, идет непрерывный распад органического вещества, нарушен нормальный сбалансированный оборот биогенных веществ, что вынуждает затрачивать дополнительную энергию для его поддержания и для очистки окружающей среды.
На Земле осталось (за вычетом ледников и скал) около 50 млн км2 ненарушенных территорий. В наибольшей степени экосистемы нарушены в Европе, Северной Америке и частично в Азии. Во многих странах этих регионов сельскохозяйственные угодья, населенные пункты и хозяйственная инфраструктура занимают от 40 до 80% их территории. Это относится к США, Великобритании. Японии и другим странам.
В Северном полушарии сформировались три центра экологической деградации, тесно связанных с ростом плотности населения: Североамериканский (США, Мексика, частично Канада) — 6 млн км2; Европейский (Западная, Центральная и Восточная Европа со странами Балтии, Европейская часть России) — 7 млн км2; Азиатский центр (Индостан, Китай без Тибета, Япония, Корея, Филиппины, Цейлон, Бирма, Малайзия) — 7 млн км2
Таблица 1.1.
Площади континентов суши с нарушенными экосистемами
| Континент | Общая площадь, млн км2 (примерно) | Территория,% | |||
| ненарушенная | частично нарушенная | нарушенная | |||
| Европа | |||||
| Азия | |||||
| Африка | |||||
| С. Америка | 25. | ||||
| Ю. Америка | 62.5 | 22,5 | |||
| Австралия | 8,5 | ||||
| ИТОГО | ~48 | ~25 | ~27 | ||
Согласно прогнозам, ожидается дальнейшее сокращение площади естественных систем со скоростью 0,5—1,0% в год. В перспективе до 2030г. эта тенденция сохранится, если не будут приняты соответствующие меры. Отметим, что к началу 90-х годов XX века сохранилось лишь около 40% общей площади естественных экосистем. Так, в Нидерландах, стране с самым большим вложением энергии в единицу площади, территория полностью перестроена и естественных экосистем не осталось.
Потеря биоты биосферы. Для своего существования биота получает энергию от Солнца. 89% всей органики потребляют микроорганизмы, менее 10% — насекомые и мелкие животные; крупные животные и человек потребляют менее 1%. За последние 100 лет человек уничтожил больший объем органической продукции, чем было создано за сотни миллионов лет. Человек потребляет примерно 30% фотосинтезированной продукции, что ведет к уничтожению биомассы, опустыниванию и пр. При таком интенсивном освоении и уничтожении человеком биоты диким животным не остается пищи для существования, а диким растениям — пространства для воспроизводства. По имеющимся данным при потере 50% экологического пространства исчезает 10% видов.
Всего на Земле существуют от 5 до 30 млн. видов флоры и фауны, научно описано около 1,5 млн. По различным оценкам в конце XX в. исчезало ежегодно от 5 тыс. до 150 тыс. видов. Конечно, в своей практической деятельности человек использует очень ограниченное число видов биологических организмов, но любой вид выполняет на Земле определенные регулирующие и стабилизирующие функции. Поэтому исчезновение вида понижает порог устойчивости окружающей среды, поскольку именно с ней связано сохранение биоразнообразия.
Наиболее яркие примеры уничтожения биоты — истребление лесов, преобразование естественных растительных покровов в сельскохозяйственные и другие угодья. Масштабы уничтожения лесов колоссальны: за 10 тыс. лет ликвидирована почти половина лесов на Земле. Ныне вырубка лесов идет с темпами 50 га в минуту. Наибольшая опасность для человечества — возможное уничтожение через 40 лет лесов Амазонки.
Исчерпание природных ресурсов. В масштабах человеческой жизни все природные ресурсы делятся, как известно, на неисчерпаемые и исчерпаемые. К неисчерпаемым относятся ресурсы космического происхождения: энергия солнечного излучения и ее производные (энергия движущегося воздуха, энергия воды). Исчерпаемые ресурсы — животный и растительный мир Земли, полезные ископаемые. Многие исчерпаемые ресурсы находятся под угрозой исчезновения. При наметившихся тенденциях развития человечества через 100 лет исчезнут запасы пресной воды, кислорода в атмосфере (его количество ежегодно уменьшается на 10—12 млрд т из-за вырубки лесов), древесины, полезных ископаемых (угля, нефти, газа, железа и пр.), плодородных земель (только в XX в. из-за эрозии потеряно около 2 млрд га, т. е. столько, сколько находится в настоящее время под пашнями и пастбищами).
Химическая интоксикация планеты. При гибели растительных организмов в атмосферу выбрасывается диоксид углерода; земли, находящиеся в сельскохозяйственном обороте, насыщаются химическими веществами (пестицидами, удобрениями). Сейчас в массовых масштабах производится около 5 тыс. синтезируемых веществ, причем около 80% их не оценены человеком с точки зрения токсичности, воздействия на окружающую среду.
Человек выбрасывает в окружающую среду большое количество отходов: пластмассы, тяжелые металлы, которые по массе превышают естественный оборот (свинец, железо), или вообще отсутствуют в биосфере, поэтому природа не перерабатывает их или перерабатывает с трудом. Самые массовые отходы связаны с производством энергии и транспортом. Сжигание топлива, движение автомобилей приводят к выбросам оксида углерода, оксидов азота NОх, диоксида серы SО2, углеводородов.
На долю автомобилей приходится 25% сжигаемого топлива, один автомобиль за время своего существования выбрасывает до 10 т СО, (всего в мире более 700 млн. автомобилей).
Наибольшая загрязненность в индустриальных регионах: около 90% выбросов вредных веществ приходится на 10% территории суши (Северная Америка, Европа, Восточная Азия), особенно на крупные города, где по многим токсичным веществам превышены предельно допустимые концентрации (ПДК). Примерно 20% человечества дышит воздухом, в котором концентрация токсинов превышает ПДК.
Твердые и опасные отходы. К концу XX в. на Земле сжигалось в год 3,5 млрд. т нефти, 5,5 млрд. т угля, добывалось 2,5 млрд. т металла, 3 млрд. м3 древесины и т. п. Основными потребителями служат развитые страны, которые при населении 1 млрд. человек расходуют более 50% энергии, 70% металлов и порождают 75% всех отходов, значительная доля которых (древесины, металлических руд и пр.) остается в странах — поставщиках сырья. Многоотходные производства (выплавка железа, алюминия) перемещаются в слаборазвитые страны. В среднем масса отходов на человека в мире составляет 50 т/год, в ФРГ — 10 т, в Японии — 4 т. Например, в Европе масса отходов такова, что ими можно покрыть всю ее территорию слоем толщиной 10 см.
Химические отходы — это, образно говоря, бомбы замедленного действия. В год образуется 500 млн т опасных отходов, из них 50% в США. На втором месте по количеству отходов находится Россия, на третьем — Индия. Вредные отходы содержат тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть), которые, накапливаясь в организме человека (печень, почки), вызывают отравления, болезни, снижение репродуктивной функции.
Наиболее опасны радиоактивные отходы (РАО). Первая атомная бомба была взорвана 60 лет назад (1945 г.), с тех пор в мире было произведено около 2 тыс. взрывов. В результат радиоактивный фон планеты повысился на 2%.
Загрязнение вод. Пресная вода в гидросфере Земли составляет всего 2%, из которых 99% приходится на лед. В реках и озерах содержится всего 90 тыс. км3 пресной воды, ее потребление человечеством составляет 4 тыс. км3 в год (70% — сельское хозяйство. 30% — промышленность и коммунальное хозяйство). Истощение запасов пресной воды наступит через несколько десятков лет.
Пресная вода повсеместно загрязнена, общая масса загрязнителей составляет более 15 млрд т в год. Наиболее опасные загрязнители — тяжелые металлы, фенолы, пестициды, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты. Загрязнения воды вызывают рак, кариес, эпидемии, умственную отсталость и другие заболевания.
Кислотные дожди. В последние 15—20 лет возникла экологическая проблема кислотных дождей (рН < 5.0). При сжигании различных видов топлив, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуются азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.
Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых осадков составляет около 70%. Появлению кислых осадков способствует также СО2: из-за его постоянного присутствия в атмосфере рН осадков 5,6 уже является обычным.
В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоемов в виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2—2,3, что соответствует кислотности уксуса.
Общее количество выбросов SO2 и NО2 в мире ежегодно составляет более 250 млн т. В пересчете на душу населения количество выбросов (кг/год): в Дании - 4, бывшем СССР — 18, Англии - 32, Польше -55,Австрии — 8, Германии— 160, Италии — 20, Швеции — 6.
Кислые осадки особенно типичны для Скандинавских стран, а также Англии, ФРГ, Бельгии, Дании, Польши, Канады, северных районов США.
Истощение озонового слоя. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в слоях атмосферы. По разным оценкам, в средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило 2 – 100%.
Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40—50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры». В настоящее время «озоновая дыра» вышла за пределы континента и по размерам (10 млн км2 ) превышает площадь США.
Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана — увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации озона только на 1% происходит увеличение интенсивности УФ-излучения у поверхности Земли на 15 %. В свою очередь, согласно официальным данным ООН, это приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также снижению иммунитета, как у человека, так и у животных.
Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует усилению «парникового эффекта», снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды. Проникновение через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50—100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров.
Основным техногенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы - носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т. п.
Природные катастрофы. Специалисты указывают на ухудшение обстановки с природными катаклизмами, обусловленное, прежде всего, мощным техногенным воздействием на биосферу и глобальным потеплением климата. Отмечается, что эта тенденция характерна для всех стран. Замечено, что наиболее быстро возрастает число катастроф с высоким экономическим ущербом: за последние 30 лет их число увеличилось в 4,1 раза. За это же время число катастроф с пострадавшими возросло в 3,5, а катастроф с погибшими — в 2,1 раза.
Согласно данным экспертов США, стихийные бедствия обуславливают от 3 до 5% преждевременной смертности и материальный ущерб около 1% валового национального продукта (ВНП). С 1995 по 1997 год ликвидация последствий природных бедствий обходилась Америке в 50 млрд долл. в год, или 1 млрд долл. в неделю. В результате наводнений в 1991, 1994—1995 и 1998 годах Китай потерял от 20 до 30 млрд долл.
Между природными опасностями существует взаимная связь, одно явление может послужить причиной, спусковым механизмом последующих. Это так называемая природная цепная реакция, которая представляет собой цепь природных явлений, каждое из которых влечет за собой изменение других связанных с ним явлений. Так, например, исчезновение насекомого-опылителя делает невозможным плодоношение растения, а следовательно, появление новых поколений вида, размножающегося только семенами. Это, в свою очередь, ведет к исчезновению животных, связанных с этим растением, а значит, их паразитов и т. д.
Укажем также, что природные катастрофы часто инициируют техногенные: прорыв плотин, пожары и взрывы, химические загрязнения и т. д., что, естественно, увеличивает экономический ущерб.
Экологический бумеранг. Не надо обольщаться очень быстрым увеличением численности человечества в XX в.. называемым демографическим взрывом, тем, что почти 75% численности человечества за все время его существования жили в XX и начале XXI веков. Следует задаться вопросом о здоровье человеческой популяции.
Уровень цивилизованности страны определяется в первую очередь не развитием техники и транспорта, а качеством жизни, в котором продолжительность жизни человека является основным показателем (табл. 1.2.)
Таблица 1.2.
Средняя продолжительность жизни человека в разных странах
| Страна | Средняя продолжительность жизни, годы |
| Япония | |
| Франция, Германия | 74.78 |
| США | |
| Россия | |
| Китай | |
| Индия | |
| Ангола |
Как видно, с развитием экономики продолжительность жизни растет, и это, казалось бы, весомым аргумент в пользу технократического развития цивилизации. Но есть и обратная сторона медали.
Такая сложнейшая мировая проблема, как демографическая, порождаемая взрывным ростом населения (обусловленным и увеличением продолжительности жизни человека), приводит к резкому повышению нагрузки на окружающую среду в результате увеличения потребностей людей в продовольствии, энергии, жилье, промышленных товарах и т. д. Очевидно, что без решения демографической проблемы, без стабилизации численности населения невозможно сдержать развитие кризисных экологических процессов на планете. В свою очередь экологические проблемы опустынивания, обезлесения, вызывая деградацию и гибель сельскохозяйственных земель, приводят к обострению мировой продовольственной проблемы. В результате около 20% жителей планеты постоянно недоедают; каждый день от голода умирает 35 тыс. человек, из них три четверти — дети до 5 лет.