рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Экология

Экология - раздел Экология, Ббк 57.026 Э 40   Рецензенты: Кафедра Экологиче...

ББК 57.026 Э 40

 

Рецензенты: кафедра экологических основ природопользования Санкт-Петербургского технического университета, зав. кафед­рой д-р техн. наук, проф. М. П. Федоров;

Международный центр «Биоэкологический контроль», ген. директор, д-р биол. наук, проф. Э. И. Слепян

Авторы: Л. И. Цветкова, М. И. Алексеев,

Ф. В. Кармазинов, Е. В. Неверова-Дзиопак,

Б. П. Усанов, Л. И. Жукова Э 40

Второе, дополненное и переработанное, издание первого российского учебника по экологии для студентов высших учебных заведений технических… Составлен в соответствии с Госстандартом дисциплины «Экология» (ЕНФ-05) и на… Предназначен для студентов и преподавателей вузов технических на­правлений и специальностей, а также для широкого…

Э----------------------------- Без объявл. ББК 57.026

050(01 )-99

ISBN 5 - 93093 - 096 - 1 © Л. И. Цветкова, М. И. Алексеев,

Ф. В. Кармазинов, Е. В. Неверова-Дзиопак, Б. П. Усанов, Л. И. Жукова, 2001 © А. П. Малиновская, художник, 2001 © О. Л. Малиновская, дизайнер, 2001


ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ко второму изданию................................................. 6

Введение...................................................................................... 13

Часть I. Основы общей экологии

Глава 1. История экологии

1.1. Зарождение основ экологии.................................... 18

1.2. Появление науки экологии....................................... 24

1.3. Современная экология............................................ 28

Контрольные вопросы...................................................... 35

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

2.1. Предмет экологии.................................................... 38

2.2. Свойства и функции экосистем................................ 46

2.3. Саморегуляция и стабильность экосистем.............. 56

2.4. Экологические сукцессии ........................................ 64

2.5. Примеры экосистем................................................. 71

Контрольные вопросы..................................................... 85

Глава 3. Энергия в экосистемах

3.1. Преобразование энергии в экосистемах.................. 88

3.2. Потоки энергии в пищевых цепях........................... 102

3.3. Использование энергии ........................................ 116

Контрольные вопросы и упражнения............................. 128

Глава 4. Круговорот веществ

4.1. Глобальный круговорот веществ.......................... 132

4.2. Циклы газообразных веществ................................ 138

4.3. Осадочные циклы.................................................. 149

4.4. Возврат веществ в круговорот.............................. 159

Контрольные вопросы.................................................. 164

Глава 5. Экологические факторы

5.1. Среда обитания и условия существования............ 168

5.2. Экологическая пластичность................................ 182

5.3. Лимитирующие факторы........................................ 186

з


5.4. Взаимодействие и компенсация факторов............. 192

5.5. Антропогенные лимитирующие факторы .............. 196

Контрольные вопросы.................................................... 201

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

6.1.Биосфера - живая оболочка Земли....................... 204

6.2. Биосфера и космос............................................... 213

6.3. Живое вещество.................................................... 216

6.4. Эволюция биосферы............................................. 221

Контрольные вопросы.................................................... 229

Глава 7. Методы изучения экосистем

7.1. Натурные наблюдения, и эксперименты................. 232

7.2. Моделирование..................................................... 238

7.3. Схема системного исследования........................... 249

Контрольные вопросы................................................... 255

Часть II. Основы прикладной экологии

Глава 8. Глобальные экологические проблемы

8.1. Демографические проблемы................................. 258

8.2. Энергетические проблемы..................................... 272

8.3. Загрязнение воздуха.............................................. 288

8.4. Загрязнение воды.................................................. 304

8.5. Деградация наземных экосистем........................... 316

Контрольные вопросы................................................... 325

Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

9.1. Состояние биосферы и болезни............................ 328

9.2. Биологические факторы риска............................... 331

9.3. Химические факторы.............................................. 335

9.4. Физические факторы.............................................. 340

9.5. Добровольный риск............................................... 350

Контрольные вопросы.................................................. 359

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

10.1. Основы экологического права............................ 362

10.2. Гигиеническое нормирование.............................. 374


 

10.3. Экологическое нормирование............................. 388

10.4. Регламентация выбросов загрязнений

в окружающую среду.......................................... 400

Контрольные вопросы и упражнения............................. 411

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

11.1. Мониторинг......................................................... 414

11.2. Экономические аспекты охраны природы........... 430

11.3. Инженерная защита окружающей среды............. 446

11.4. Принятие решений и управление......................... 468

11.5. Международное сотрудничество........................ 473

Контрольные вопросы................................................... 483

Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы

12.1. Конфликт между обществом и природой............ 486

12.2. Концепции и глобальные модели будущего мира 491

12.3. Программа на XXI век.......................................... 500

Контрольные вопросы.................................................... 511

Заключение................................................................................ 512

Список использованной литературы........................................... 518

Основные термины и понятия..................................................... 523

Список аббревиатур................................................................... 545

Об авторах................................................................................. 548

About Authors.............................................................................. 550



Предисловие ко 2-му изданию

Авторы благодарны всем рецензентам и, в первую очередь, коллективу кафедры экологических основ природопользования Санкт-Петербургского государственного технического универ­ситета: зав. кафедрой д-ру техн. наук, проф. М. П. Федоро­ву, канд. биол. наук, доц. Н. Н. Ролле, канд. биол. наук, доц. М. Б. Шилину, д-ру биол. наук, проф. Э. И. Слепяну и др.

Чрезвычайно полезными были отзывы и замечания специа­листов, поступившие после выхода в свет первого издания учеб­ника: академика РАН К. Я. Кондратьева, д-ра техн. наук, проф. А. А. Музалевского, д-ра биол. наук, проф. Государ­ственной лесотехнической академии В. А. Соловьева, зав. ка­федрой промышленной экологии Московского государствен­ного индустриального университета проф. Е. А. Резчикова и др., которым авторы также очень признательны.

Рецензенты отметили, что дискуссионный характер некоторых положений вполне оправдан стремительным развитием науки экологии на современном этапе. Они обратили внимание на необходимость создания в будущем единой терминологии, кото­рая облегчала бы взаимопонимание специалистов естественно­научных и технических направлений.

Авторы считают необходимым подчеркнуть, что в издании учебника неоценимую помощь оказало ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», без поддержки которого ни первое, ни второе издание книги было бы невозможно. Кроме того, авторы благо­дарят сотрудников АО «Балтвод» и кафедры водоотведения и экологии СПб ГАСУ за помощь, оказанную при подготовке учебника к изданию.

Мы будем признательны читателям за отзывы, пожелания, критические замечания и полезные советы.


ВВЕДЕНИЕ

Во второй половине XX столетия слово экология стало модным. Любой исследователь или специалист, желающий быть современ­ным, занимается экологией. Но экологические проблемы, кото­рые интересуют биолога, отличаются от проблем, рассматривае­мых физиком, инженером, экономистом, юристом или социоло­гом. Каждый из них вкладывает в это слово до такой степени различный смысл, что непосвященному человеку трудно определить, чем занимается экология и что это за наука?

Термин ЭКОЛОГИЯ (гр. oikos - дом, жилище, родина, logos - учение, наука)

ввел в 1 866 г. немецкий биолог Эрнст Геккель, который выделил в самостоятельную науку и назвал этим словом раздел биологии, изучающий совокупность взаимосвязей между живыми и неживыми компонентами природной среды.

Экология имеет общий корень со словом экономика, кото­рое буквально означает «искусство ведения домашнего хозяй­ства». К сожалению, экономика иногда вступает в противоречие с экологией. Стремясь к сиюминутным экономическим выгодам, человек невольно разрушает свой природный дом.

Среди различных материальных «домов», где живет человек, экология имеет дело с величайшим из них - биосферой.

Биосфера(гр. bids - жизнь, sphaira - поверхность шара) - ЭТО ЖИВОЯ

оболочка Земли, т. е. система живых организмов и среды, которая функционирует и развивается как единое целое. Орга­низмы не только приспосабливаются к среде обитания, но и приспосабливают среду к себе, образуя вместе сложную систе­му регуляции условий, обеспечивающих жизнь на планете. Именно организмы сыграли основную роль в формировании геохими­ческой среды Земли, благоприятной для их существования.

Из всех живых организмов человек более других пытается изменить природу, используя и приспосабливая ее к своим нуждам. С развитием науки и техники люди получают все более мощные



Введение


 


Введение


 


орудия воздействия на природу. Это позволяет им вторгаться в микро- и макромиры, во все процессы, протекающие в биосфере. Вот что писал В. И. Вернадский еще в 1925 г.: «Человек уничтожил девственную природу. Он внес в нее массу неизвестных ранее химических соединений и форм жизни - культурных пород живот­ных и растений. Он изменил течение всех геохимических реакций. Лик планеты стал новым и пришел в состояние непрестанных потря­сений».

В своей деятельности человек, как правило, не осознает, что нарушает закономерности протекания природных процессов, вызыва­ет нежелательные для себя изменения и не предвидит последствия.

До некоторых пор природные механизмы саморегуляции биосфе­ры компенсировали возмущающие антропогенные (гр. anthropos - чело­век, genos - происхождение) воздействия, однако, на современном этапе развития планеты система производства и размах человеческой деятельности достигли масштабов, сопоставимых с масштабами природных явлений. По словам В. И. Вернадского, «человечество стало геологической силой, сравнимой с силами самой природы». Действительно, подземные ядерные взрывы по мощности сравнимы со слабыми и средними сейсмическими толчками; аварии на атом­ных электростанциях; утечки ядовитых веществ на химических за­водах; потери вредных веществ при транспортировках и хранении и т. п. - все эти техногенные катастрофы, не говоря уже об угрозе ядерной войны, вполне сопоставимы с крупными природными катак­лизмами.

Разрушительная деятельность человека уже сейчас часто пре­вышает возможности биосферы компенсировать антропогенные воздействия и порождает конфликт между обществом и природой, создает проблемы, которые получили название экологических.

В последний, наиболее краткий период своей истории чело­вечество достигло такой численности и приобрело такую техно­генную мощь, что стало представлять потенциальную опасность для жизни на Земле. Экологический кризис - это не только угроза дикой природе и загрязнение. Кризис касается и самих людей и


ставит вопрос о том, что мы должны изменить в себе, чтобы выжить.

Эволюция природных процессов и явлений, в том числе и человека, в конечном счете вызвала озабоченность мирового сообщества судьбой биосферы, представляющей собой ныне нераздельное единство природных, техногенных и духовных эле­ментов. Поэтому угроза существованию земного дома связана с угрозой разрушения и дома духовного.

Изучение экологии отличается от изучения других дисциплин, например, химии, биологии, математики, гидравлики или эконо­мики. Почему? Потому, что это междисциплинарная наука, требу­ющая знания естественных (биология, геология, химия, физика, география и др.), технических (безотходые технологии, мате­риаловедение, энергетика и др.) и социальных (экономика, поли­тика, этика и др.) наук для понимания общих закономерностей природных, техногенных и социальных глобальных процессов и нашей роли в этом мире.

Решение экологических проблем требует огромной работы во всех областях науки и техники. И теоретическим фундамен­том всей природоохранной деятельности является наука эколо­гия. Только знание объективных законов развития природных, техногенных и социальных процессов позволит поладить с приро­дой и разрешить социальные конфликты. Природоохранные меро­приятия, не обоснованные научно, бесполезны, а иногда даже вредны, как в экологическом, так и в экономическом отношении, а их реализация создает лишь иллюзию защиты природы и здо­ровья человека.

Экологические проблемы являются общечеловеческими, так как биосфера не признает государственных границ. Общече­ловеческие проблемы порождают и общечеловеческие задачи. Сохранить жизнь на Земле - более важной задачи перед челове­чеством не стоит.

Фундаментальные естественнонаучные дисциплины в техничес­ких вузах традиционно были представлены лишь физико-математи-


Введение


 

ческими и химическими науками, такими как математика, физи­ка, химия, информатика, теоретическая механика и т. п. Теперь в цикл этих дисциплин введена экология, так как в современных условиях необходима ликвидация пробела в фундаментальном образовании с целью повышения экологической грамотности в контексте общечеловеческой культуры и цивилизации.

Новая дисциплина для студентов технических направлений и специальностей призвана:

- познакомить студентов с основами фундаментальной эко­логии;

- изменить природопотребительскую психологию людей;

- способствовать формированию экологического мировоззре­ния и представлений о человеке как части природы;

- научить видеть последствия влияния профессиональной дея­тельности на окружающую среду и здоровье человека;

- убедить в необходимости научно обосновывать природоох­ранные мероприятия;

- научить находить пути компромисса между экономическими и экологическими интересами людей;

- помочь осознать ценность всего живого и невозможность выжи­вания человечества без сохранения биосферы;

- попытаться научить переводить первозданные природные
богатства в категорию экономических ценностей.

Авторы не считают, что целью обучения является усвоение максимально большого объема информации. Полезнее научить­ся «просеивать» горы информации и различных точек зрения на события, чтобы найти правильные решения локальных, нацио­нальных и глобальных проблем. Авторы не претендуют на исклю­чительность предложенных ими концепций. Студенты могут не всегда соглашаться с тем, что излагается в учебнике, но они должны научиться обосновывать свою позицию.


часть I ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

ГЛАВА 1

ИСТОРИЯ ЭКОЛОГИИ


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

2.1. ПредметВо второй главе этой книги дан ответ на воп-экологиирос, что является предметом науки экологии. Определить предмет экологии позволяет кон­цепция организации живой оболочки Земли - биосферы. Био­сфера состоит из биологических систем - биосистем разного уровня сложности и организации.

Биосистемы- это природные системы, в которых живые компоненты, называемые биотическими,упорядоченно взаимо­действуют с неживой физической средой, т. е. абиотическими компонентами,составляя с ними единое целое. Биосистемы связаны между собой иерархической структурой, образуя как бы «служебную лестницу жизни».

Согласно современным представлениям на «лестнице жизни» выделяют шесть ступенек, которые гипотетически могут быть продол­жены и вверх, и вниз (рис. 2.1).

Абиотические компоненты

Рис. 2.1. Иерархия уровней организации живой материи: 1 - генетические системы; 2 - клеточные системы; 3 - системы органов; 4 - системы организмов; 5 - па пуляционные системы; 6 - экологические системы (экосистемы)


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

По мере продвижения биосистем от низших ступенек к выс­шим уровень организации входящих в них биотических компо­нентов усложняется: гены, клетки, органы, организмы, популя­ции, сообщества. Абиотические компоненты на всех уровнях представлены веществами и энергией, которые формируют все факторы неживой физической среды.

Биотические и абиотические компоненты вместе образуют соответствующие биосистемы, расположенные снизу вверх в сле­дующем порядке: 1) генетические системы, 2) клеточные систе­мы, 3) системы органов, 4) системы организмов, 5) популяционные системы, 6) экологические системы, или экосистемы.

Деление иерархии на ступени условно, так как каждый уро­вень взаимосвязан с соседними уровнями в функциональном смысле. Например, гены не могут функционировать в природе вне клетки, клетки многоклеточных - вне органов, органы - вне организма и т. д. Иными словами, системы низших ступеней (подсистемы) интегрированы в системы высших ступеней (надсис-темы). Экосистема не жизнеспособна без взаимосвязи с популяционными системами и биосферой в целом. В то же время сообщество не может жить, если в нем не происходит кругово­рот веществ и не поступает энергия извне, т.е. отсутствуют абиотические компоненты. Все экосистемы вместе образуют биосферу Земли.

Биосистемы разных уровней являются предметом изучения различных дисциплин: генетические системы изучает генетика

(гр. genelikos - наследственный), КЛвТОЧНЫв - ЦИТОЛОГИЯ(гр. kytos - клетка),

органы - физиология(гр. physis - природа, природные функции), отдель­ные разделы медицины и др. Более высокоорганизованные си­стемы уже не укладываются в рамки одной дисциплины. Орга­низмы, например, рассматривают разнообразные разделы бо­таники И зоологии: альгология(лат. alga - водоросль), микробиология(гр. mikros - малый), МИКОЛОГИЯ(гр. mykes - гриб), ИХТИОЛОГИЯ(гр. ichthys - рыба), ОРНИТОЛОГИЯ(гр. ornis - птица), антропология(гр. antropos - человек) И Т. П.


 



3 9


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


Системы, которые расположены выше уровня организмов: по-пуляционные системы, экосистемы, биосферу в целом - изучает экология.

Следовательно, предметом экологии являются системы надорганизмемного уровня - популяционные, экологи­ческие и биосфера.

Популяция- это совокупность разновозрастных особей од­ного вида, обменивающихся генетической информацией, объе­диненных общими условиями… В отличие от отдельных организмов, популяция характеризу­ется рядом признаков,… В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи; в популяциях, находящихся в стабильном…

Экосистема - это надорганизменная система, в кото­рой биотический компонент представлен биоценозом, а абиотический - биотопом.

Как большие, так и малые экосистемы обычно не имеют четких границ. Переходная зона между двумя экосистемами называется экотоном. Экотонявляется местом обитания растений и животных смежных экосистем. Кроме… Биосфера - это глобальнаяэкосистема, включающая все живые организмы Земли, взаимосвязанные с физической сре­дой.…

Главная цель экологии - узнать, как работают экосис­темы биосферы.

Обычно ученые изучают это, исследуя природные (леса, пусты­ни, степи, озера, реки, океаны) или созданные человеком (сель­скохозяйственные поля, поселки, города) экосистемы. Какие орга­низмы обитают в экосистемах? Каким образом они получают необходимые для жизни ресурсы веществ и энергии? Как эти орга­низмы взаимодействуют друг с другом и с окружающей их неживой

4 2


природой? Какие изменения будут происходить в экосистемах с течением времени? Экология пытается получить ответы на эти и другие вопросы о функционировании экосистем.

Для решения экологических проблем глобального уровня прежде всего надо изучить экосистемный уровень организации жизни.

■ Состав экосистемы,как сказано выше, представлен дву­мя группами компонентов: абиотическими - компонентами нежи­вой природы и биотическими - компонентами живой природы.

Абиотические компоненты- это химические и физические элементы неживой природы:

- неорганические вещества и химические элементы, участвую­щие в обмене веществ между живой и неживой материей: диок­сид углерода, вода, кислород, кальций, магний, калий, натрий, железо, азот, фосфор, сера, хлор и др.;

- органические вещества, связывающие абиотическую и биотичес­кую части экосистем: углеводы, жиры, аминокислоты, белки, и др.;

 

- поток энергии;

- воздушная, водная или твердая среда обитания;

- климатический режим: солнечный свет, испарение, ветер, темпе­ратура, влажность, осадки, водные течения и др.

Биотические компонентысостоят из трех функциональных групп организмов (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Биотические компоненты экосистем

Первая Группа организмов - продуценты (лат. producens - создающий, производящий), ИЛИ автотрофные Организмы(гр. autos - сам, trophe - пища),

т. е. «сами являющиеся пищей».



Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Продуценты, или автотрофы- это такие организмы, кото­рые в качестве питательного материала используют простые не­органические вещества: воду, углекислый газ, нитраты, фосфа­ты и др. В качестве энергетического материала продуценты используют либо солнечный свет, либо энергию химических ре­акций. Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - в основ­ном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии. В процессе жизне­деятельности они синтезируют на свету органические вещества -углеводы, или сахара (СН20)п, которыми питаются животные:

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при хими­ческих реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифи­цирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотистой и затем азотной кислоты:

Химическая энергия [Qj, выделенная при этих реакциях, исполь­зуется бактериями для синтеза органических веществ.

Главная роль в создании органических веществ принадлежит зеленым растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бак­терий в этом процессе относительно невелика. Каждый год фотосин-тезирующими организмами на Земле создается около 150 млрд т органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Вторая группа ОргаНИЗМОВ - КОНСуменТЫ(лат. consume - потреблять), ИЛИ гетеротрофные ОргаНИЗМЫ(гр. heteros - другой, trophe - пища), Т. е.

«питающиеся другими».

Консументы, или гетеротрофыиспользуют в качестве источ­ника и энергии, и питательного материала готовое органичес­кое вещество. Консументы осуществляют процесс разложения органических веществ. Их делят на фаготрофов (гр. phagos - пожираю­щий) и сапротрофов (гР. sapros - гнилой).


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся в основном крупные животные - макроконсументы.

Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков. К этой группе относятся как мелкие организ­мы (муравьи, черви и др.), так и крупные животные (гиены, шакалы, вороны и др.).

Третьягруппаорганизмов - редуценты(лат. reductio - восстановле­ние), ИЛИ Деструкторы (лат.destruclio - разрушение).

Редуценты, или деструкторы - это консументы, участвую­щие в последней стадии разрушения, т.е. в минерализации орга­нических веществ, которые они восстанавливают до неорганичес­ких соединений (С02, Н20 и др.). Редуценты очищают природ­ную среду от отходов, они возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. Таким об­разом жизненный цикл возобновляется.

К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) - микроконсументы. Их выде­ляют в отдельную группу потому, что роль редуцентов в кругово­роте веществ чрезвычайно велика. Без них в биосфере накапли­вались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

Пространственная структура экосистемобусловлена тем, что процессы образования и разложения органических ве­ществ, т.е. автотрофные и гетеротрофные процессы, обычно разделены в пространстве. Первые активно протекают в верхних слоях, куда проникает солнечный свет, а вторые интенсивнее в нижних слоях экосистем: почвах, донных отложениях. Кроме того, эти процессы разделены во времени, поскольку существует временной разрыв между образованием органических веществ растениями и разложением их животными организмами.

Например, в пологе леса лишь небольшая часть зеленой массы немедленно используется животными, паразитами и насекомыми.


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


Большая часть образованного материала (листья, древе­сина, семена, корневища и др.) не потребляется сразу и пере­ходит в почву или в донные осадки. Могут пройти недели, месяцы, годы или даже тысячелетия, прежде чем накопленное органическое вещество будет использовано.

Следовательно, с точки зрения пространственной структуры, в природных экосистемах можно выделить два яруса:

верхний, автотрофный ярус, или «зеленый пояс» Зем­
ли,
который включает растения или их части, содержащие хло-­
рофилл; здесь преобладают фиксация света, использование
простых неорганических соединений и синтез органических ве­
ществ, т.е. накопление солнечной энергии в сложных фотосинте-
зируемых веществах;

нижний, гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» Земли,представлен почвами в наземных экосистемах и донны­ми осадками - в водных. В них преобладают процессы разложе­ния мертвых органических остатков растений и животных.

Живые и неживые компоненты экосистем так тесно переплетены друг сдругом в единый комплекс, что разделить их крайне трудно. Большая часть входящих в состав живых организмов химических ' элементов и органических соединений, называемых биогенными веществами,встречается как внутри, так и вне живых организмов и образует постоянный поток между живым и неживым. В то же время некоторые вещества могут принадлежать только одному из этих состояний. Например, АТФ-азы (аденозинтрифосфатазы) встре­чаются только в живых клетках, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кис- лота) и хлорофилл не функционируют вне живых клеток, а гумус никогда не встречается в организмах.

2.2. СвойстваЭкосистемы, как и популяционные системы, и функциипомимо «биологических свойств», присущих экосистемотдельным организмам, обладают рядом призна­ков, характеризующих сообщество в целом, называемых совокупными свойствами. Кроме того, они характеризуются


качественно новыми уникальными свойствами, отсутствую­щими у популяционных систем, входящих в их состав.

Свойства экосистем,таким образом, можно разделить на две группы: совокупные и качественно новые свойства.

Совокупные свойстваскладываются из свойств отдельных подсистем, входящих в экосистему, представляют собой сумму свойств отдельных компонентов и не характеризуют уникальные особенности, возникающие при функционировании системы как целого. Рождаемость - пример совокупного свойства, характеризую­щего сумму рождений отдельных организмов. К совокупным свой­ствам относятся также площадь обитания биоценоза, плотность организмов, их общая численность, смертность и т. д.

Помимо совокупных свойств, как сказано выше, каждая экосис­тема приобретает уникальные, качественно новые свойства, на­зываемые эмерджентными (англ. emergent - неожиданно возникающий, появля­ющийся).

Эмерджентные свойстваявляются следствием иерархической организации живой природы. По мере объединения подсистем в более крупные функциональные единицы у этих новых систем возникают уникальные свойства, которых не было на предыдущем уровне. Эти качественно новые свойства нельзя предсказать на основании свойств подсистем низшего порядка, составляющих си­стему следующего, более высокого уровня организации.

Для иллюстрации эмерджентных свойств можно привести при­мер из химии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду - жидкость, совершенно не похожую ни на водород, ни на кислород, свойства которой невозможно предсказать, исходя из свойств исходных газов. Так же и в челове­ческом сообществе. Психология толпы не есть сумма психологи­ческих портретов отдельных людей. Поведение человека вне толпы отличается от его поведения в окружении массы людей. Ч. Айтма­тов (2000 г.) пишет: «Если взять отдельного человека, то сам по себе он безопасное существо. Но как только люди собираются в большие группы, нации, этносы и вооружаются экстремистскими


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


идеями, начинают действовать разрушительные силы толпы, ското­рой вести диалог уже невозможно».

Отличительной особенностью эмерджентных свойств яв­ляется то, что их нельзя свести к сумме свойств подсистем, составляющих экосистем - это ее уникальные несводи­мые свойства.

Хотя данные, полученные при изучении биосистем какого-либо уровня, помогают раскрыть закономерности функционирования био­систем следующего уровня, сих помощью никогда нельзя полнос­тью объяснить явления, происходящие в более высокоорганизованной системе. При каждом объединении подмножеств в новое множество возникает, по крайней мере, одно новое уникальное свойство.

По мере продвижения систем по иерархии уровней организа­ции некоторые признаки становятся более сложными и изменчивы­ми, другие, наоборот, - менее сложными и менее изменчивыми, поскольку на всех уровнях действуют механизмы, которые коррек­тируют и уравновешивают противодействующие процессы и силы. Амплитуда колебаний свойств при этом имеет тенденцию умень­шаться. Статистический разброс характеристик целого обычно меньше суммы разброса их значений в отдельных частях системы. Например, скорость фотосинтеза лесного сообщества варьирует меньше, чем скорость фотосинтеза отдельных листьев или деревь­ев. Объясняется это тем, что если в одной части леса фотосинтез снижается, то в другой возможно его усиление.

Американский эколог Ю. Одум (1986) писал: «Хорошо извест­ный принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служить первой рабочей заповедью экологов». Далее он говорил о том, что если учесть эмерджентные свойства высокоорганизованных систем и усиление компенсационных ме­ханизмов на каждом уровне, то станет ясно, что для изучения целого не всегда обязательно знать все его составляющие. Это важно, поскольку некоторые исследователи считают, что не име­ет смысла изучать сложные сообщества, не изучив досконально составляющие их компоненты.


Хотя философия науки всегда стремилась рассматривать явле­ния В ИХ цеЛОСТНОСТИ, Т. е. ХОЛИСТИЧеСКИ (rp. hobs - весь, целый),

практика науки последние годы была редукционистской (лат. reductb -

сведение сложного к простому), ПЫТАЯСЬ ПОНЯТЬ ЯВЛеНИЯ Путем Детального

анализа все более и более мелких явлений и компонентов.

Практически использование того или иного подхода зависит от цели исследования и степени взаимосвязанности компонентов. При сильных взаимосвязях качественно новые эмерджентные свой­ства проявятся только на уровне целого. При редукционистском подходе эти свойства могут быть упущены. Но главное в том, что одни и те же организмы в разных системах могут вести себя совершенно по-разному, так как взаимодействуют с другими компонентами. Например, многие насекомые в агроэкосисте-мах - опасные вредители, а в естественных местообитаниях их численность контролируют конкуренты, хищники и паразиты, которых нет на сельскохозяйственных полях.

Образование и разложение органических веществ,или взаимодействие автотрофных и гетеротрофных процессов -наиболее важная функция экосистем, обусловленная именно их эмерджентными свойствами.

Образование органических веществ на светуназывается

фотОСИНТезоМ (гр. photos - свет, synthesis - соединение).

Фотосинтез есть накопление части солнечной энергии путем превращения ее в потенциальную энергию хи­мических связей органических веществ.

Значение сротосинтеза не осознавалось до сравнительно недавне­го времени. Аристотель и другие ученые древней Греции пола­гали, что растения добывают…   Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Метаболизм - это совокупность биохимических реак­ций и превращений энергии в клетках живых организ­мов, сопровождающихся обменом веществ между организ­мами и средой.

Сумма реакций, ведущих к распаду или деградации молекул и выделению энергии, называется катаболизмом,а реакций, приводящих к образованию новых молекул, - анаболизмом.

Превращения энергии в биохимических реакциях осуществля­ются путем переноса электронов с одного энергетического уров­ня на другой или от одного атома или молекулы - к другим. Вещество, отдающее электроны, называется донором, а принима­ющее электроны - акцептором.

Энергия органических веществ выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


Дыхание - это процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде органических веществ, пере­дается на универсальную энергонесущую молекулу аде-нозинтрифосфорной кислоты (АТФ), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

Так, например, при разложении 1 моля глюкозы выделяется 686 ккал свободной энергии (1 ккал = 4,187103 Дж). Если бы эта энергия выделялась быстро, то большая часть ее рассеялась бы в виде теплоты. Это не принесло бы пользы клетке, а привело бы к гибельному для нее повышению температуры. Но в живых системах есть сложные механизмы, которые регулируют многочисленные хими­ческие реакции таким образом, Что энергия хранится в химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости.

У млекопитающих, птиц и некоторых других позвоночных теплота, выделяемая при дыхании, тем или иным путем сохраня­ется, и поэтому температура их тела, как правило, выше темпе­ратуры окружающей среды. У растений скорость дыхания неве­лика, поэтому выделяемая теплота обычно не накапливается и не влияет на температуру растений.

Дыхание может происходить в аэробных (в присутствии кис­лорода) и в анаэробных (бескислородных) условиях.

Аэробное дыхание - процесс, обратный нормальному фото­синтезу, т. е. синтезированное органическое вещество (С6Н1206) вновь разлагается с образованием С02 и Н20 и высвобождени­ем потенциальной энергии Q , аккумулированной в этом веще­стве. Акцептором электронов является кислород:

С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + Q1 при этом Q} = Qпот = 686 ккал/моль.

В отсутствие кислорода процесс может идти не до конца. В результате незавершенного дыхания образуются органические вещества, содержащие некоторое количество энергии, которая может быть использована другими организмами.


Анаэробное дыхание протекает без участия газообразного кислорода. Акцептором электронов служит не кислород, а дру­гое вещество, например, уксусная кислота:

С6Н1206 + СН3СООН -> 4С02 + 4СН4 + О2

При этом Q, < О^, а выделяющийся метан обладает некоторым запасом энергии с/, и может использоваться в качестве топлива или самопроизвольно окисляться и воспламеняться в природе: СН4 + 202 -> СО2 + 2Н20 + q1

Бескислородное дыхание служит основой жизнедеятельности многих сапротрофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибков, простейших), но может встречаться и в тканях высших животных.

Брожение - это анаэробное дыхание, при котором органичес­кое вещество само служит и донором, и акцептором электронов: С6Н1206 -> 2С2Н5ОН + 2С02 + Q3

При этом Оэ < С?пот, а образующийся спирт также содержит некоторое количество энергии qv которая может быть исполь­зована другими организмами:

C2H5ОН + 302 -» 2С02 + ЗН20 + q2.

Разложение может быть результатом не только биотических, но и абиотических процессов. Так, например, степные и лесные пожары возвращают большое количество С02 и других газов в атмосферу и минеральных веществ в почву. Они - важный, а иногда даже необходимый, процесс в экосистемах с такими физическими условиями, при которых микроорганизмы не успе­вают разлагать образующиеся органические остатки. Но оконча­тельное разложение отмерших растений и животных осуществляет­ся гетеротрофными микроорганизмами - редуцентами.

Разложение органических веществ есть процесс, в ре­зультате которого организмы получают необходимые хи­мические элементы и энергию при преобразовании пищи внутри клеток их тела.

Если бы эти процессы прекратились, то все биогенные элемен­ты оказались бы связанными в мертвых остатках, а продолжение


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


жизни стало бы невозможным. Комплекс разрушителей в био­сфере состоит из огромного числа видов, которые, действуя последовательно, разлагают органические вещества до минераль­ных. Процессы образования органических веществ и их распад

Называют также процессами ПРОДУКЦИИ(лат. productio - создание, производство) И Деструкции(лат. destructio - разрушение).

Продукционно-деструкционный балансв биосфере, назы­ваемый также биотическим балансом, зависит от соотношения ско­ростей автотрофных и гетеротрофных процессов. В течение дли­тельного геологического периода, начиная приблизительно с кемб­рия (600 млн - 1 млрд лет назад), небольшая, но заметная часть синтезируемого органического вещества не расходовалась, а со­хранялась и накапливалась в осадках. Это обусловлено тем, что не все части отмерших растений и животных разрушаются с одинако­вой скоростью. Жиры, сахара и белки разлагаются достаточно быстро, а древесина (клетчатка, лигнин), хитин, кости - очень медленно. Наиболее устойчивым промежуточным продуктом разло­жения Органических веществ ЯВЛЯеТСЯ гумус (лат. humus - почва, перегной),

дальнейшая минерализация которого протекает очень медленно. Медленное разложение гумуса - одна из причин запаздывания деструкции по сравнению с продукцией. С точки зрения химии гумусовые вещества представляют собой продукты конденсации (лат.

condensatio - скопление, уплотнение) ароматическихСоединений (срвНОЛОВ,

бензолов и др.) с продуктами распада белков и полисахаров. Для их расщепления, видимо, требуются специальные ферменты, кото­рые часто отсутствуют у почвенных и водных сапротросров.

Следует заметить, что многие токсичные вещества (гр. loxicon - яд), которые человек вводит в окружающую среду (гербициды, пестициды, промышленные отходы), являются также производными ароматического углеводорода бензола и из-за высокой устойчивос­ти к разложению очень опасны.

В то же время органические вещества могут образовывать безвредные комплексные соединения с некоторыми токсичными веществами. Так, гумусовые вещества могут связывать в комплексы ионы тяжелых металлов и делать их нетоксичными, в отличие от солей тех же металлов. Например, токсичность меди для водорослей коррелируется с концентрацией свободных ионов Си2*, а не с общим содержанием меди. А одно и то же количество меди оказывается менее ядовитым в прибрежных районах, чем в открытом море, где меньше органического вещества, которое могло бы связать металл в безвредные комплексы.


Именно преобладание скорости синтеза над скоростью разложения органических веществ и явилось причиной уменьшения содержания углекислого газа и накопления кислорода в атмосфере.

Это подтверждает хотя бы тот факт, что состав атмосферы Земли резко отличается от условий на других планетах Солнеч­ной системы. Согласно гипотезе Геи, предложенной Дж. Лавло-ком (1979), состав атмосферы «Земли без жизни» приближался бы к составу атмосферы на Марсе или Венере (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Сравнение состава атмосферы и температурных условий на Земле и других планетах (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями)

 

 

 

Планета Содержаниие основных газов в атмосфере, объемные доли, % Температура поверхности, °С
со2 N2 о2
Марс Венера «Земля без жизни» Земля 95,0 98,0 98,0 0,03 2,7 1,9 1,9 78,09 0,13 Следы Следы 20,93 - 53 -290

Таким образом, именно зеленые организмы, поглощая С02 и выделяя 02, сыграли основную роль в формировании геохи­мической среды Земли, благоприятной для существования дру­гих организмов. Значительное количество накопившегося кисло­рода сделало возможными появление и эволюцию высших форм жизни.

Примерно 300 - 500 млн лет назад отмечался особенно большой избыток органической продукции, что привело к обра­зованию и накоплению в недрах Земли горючих ископаемых. Позже за счет накоплений этой энергии человек смог совершить промышленную революцию.

Соотношение скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов может служить одной из главных функцио­нальных характеристик экосистем.


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


Соотношение концентраций С02 и 02 отражает соотношение скоростей этих процессов в экосистемах, т. е. соотношение акку­мулированной продуцентами и рассеянной консументами энер­гии. За последние 60 млн лет в атмосфере установилось относи­тельно постоянное содержание 02 (21 %) и С02 (0,03 %).

Соотношение СО2 и 02 в атмосфере характеризует баланс автотрофных и гетеротрофных процессов в биосфере в целой.

При этом в разных экосистемах баланс этих процессов мо­жет быть либо положительным, либо отрицательным. Существуют автотрофные экосистемы с преобладанием процессов продук­ции, т. е. с положительным биотическим балансом (тропический лес, мелкое озеро, агроэкосистема). В гетеротрофных экосисте­мах преобладают процессы деструкции, т. е. имеет место отри­цательный баланс (горная река, город).

Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание процессов разложения органических веществ от процессов синтеза их зелеными растениями. Именно это отставание обусловило накопление в недрах горючих ископаемых, а в атмосфере - кислорода.

Установившийся в биосфере положительный баланс продукцион-но-деструкционных процессов обеспечивает жизнь аэробных организ­мов, в том числе и человека. Озабоченность вызывает деятель­ность человека, который значительно ускоряет процессы разло­жения, сжигая древесину и органическое вещество, накопленное в горючих ископаемых. В воздух выбрасывается большое количе­ство С02, до этого связанного в угле, нефти, торфе, древесине, что может нарушить биотический баланс в биосфере.

2.3. СаморегуляцияОтносительно стабильное соотношение и стабильностьскоростей автотрофных и гетеротроф-экосистемных процессов на Земле существует бла­годаря способности экосистем и био­сферы к саморегуляции, которая поддерживает экологическое равновесие в биосфере.


Саморегуляция экосистемобеспечивается внутренними меха­низмами, устойчивыми взаимодействиями между их компонента­ми, трофическими и энергетическими связями.

Экосистемы, популяции и организмы имеют кибернети­ческую природу(гр. куЬетеНке - искусство управления) и характеризуют­ся развитыми информационными сетями, состоящими из потоков физических и химических сигналов, связывающих все их части в единое целое. Эти потоки («невидимые провода природы») управ­ляют системой, подобно тому, как гормональная и нервная сис­темы связывают все части организма и управляют им.

Для обеспечения работы информационной связи необходимы три элемента: рецептор,который воспринимает сигнал измене­ния или нарушения в системе; анализатор,который принимает, оценивает и анализирует информацию, посылаемую рецептором, и преобразователь,который изменяет или восстанавливает на­рушенное состояние системы и с помощью обратного сигнала подает информацию анализатору.

Например, при повышении температуры тела рецептор кожи посылает информацию по «нервным проводам» в определенный участок мозга - анализатор. Последний, в свою очередь, посыла­ет информацию преобразователю - потовыделяющим железам. Пот испаряется, и организм охлаждается. Когда температура нормализуется, кожные рецепторы посылают новую информа­цию в мозг, который подает сигнал обратной связи для прекра­щения потоотделения.

В экосистемах управление также основано на обратных свя­зях, когда часть сигналов с выхода из системы вновь поступает на вход, регулируя состояние системы на выходе. Этот процесс обычно изображают обратной петлей, через которую «стекаю­щая вниз» во вторичную субсистему информация вновь подается на первичную субсистему (рис. 2.5).

Низкоэнергетические сигналы, вызывающие высокоэнергетичес­кие реакции, очень распространены в природе. Например, каж­дый год на планете миллионы людей и животных гибнут от различ-


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


ных инфекций в результате заражения и последующего самоза­ражения микроскопическими паразитами, составляющими малую долю от потока энергии в экосистемах (0,01 - 0,1 %).

Рис. 2.5. Управляющие механизмы экосистем с помощью обратной связи (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями)

Обратные информационные связинеобходимы для сохра­нения равновесия в экосистемах. Обратные связи бывают положи­тельными и отрицательными.

Положительная обратная связь является как бы «саморазгоняю­щейся». Она усиливает однонаправленные изменения в системе дополнительной информацией, поступающей с выхода системы на вход. Например, страна А увеличивает производство воору­жения. Это служит сигналом стране Б для выпуска дополнитель­ного вооружения, что является сигналом обратной положитель­ной связи для страны А, которая начинает производить еще больше оружия. Соответственно и страна Б наращивает воору­жение и т. д. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока одна или обе страны не обанкротятся или не подорвут себя и соседние страны. Положительная обратная связь может «расшатывать» систему и даже разрушать ее, если не поступят сигналы обратной отрицательной связи. В приведенном примере сигналом отрицательной обратной связи может служить банкрот­ство одной из стран, которое приведет к снижению гонки воору­жения в обеих странах.


Положительная обратная информационная связь не всегда губительна. Так, если вы вызываете положительные эмоции у делового партнера, он отвечает вам взаимностью, что вызывает у вас ответную реакцию, деловой интерес возрастает у обоих компаньонов и т. д. Положительная обратная связь усиливает положительные отклонения и в значительной степени определяет рост и выживание организмов, хотя может приводить и к наруше­нию равновесия. Для осуществления контроля необходима отри­цательная обратная связь.

Отрицательная обратная связь - это поток информации в систему, противодействующий изменениям внешних условий. Она помогает избегать перегрева организма или термостата, пере­производства продукции, перенаселения и т. д. Устройства для управления с помощью обратной связи в технике называют сервомеха­низмами. Для живых систем используют термин гомеостатические

механизмы, ИЛИ ГОМеОСТаЗ (гр. homos - одинаковый, stasis - состояние), Т. е.

механизмы, поддерживающие стабильное состояние.

Сервомеханизмы,как и отдельные организмы, имеют механи­ческий или физиологический регуляторы, расположенные в «посто­янной точке». Например, для поддержания постоянной температу­ры в помещении, термостате или холодильнике терморегулятор управляет нагревательным прибором, отключая или включая его.

Гомеостаз- это регуляторные механизмы живых систем. V теплокровных животных регуляция температуры тела осуществляется специальным центром в мозгу. Другие центры поддерживают посто­янное кровяное давление, сердечный ритм и т. д. В экосистемах в результате взаимодействия круговорота веществ, потоков энергии и сигналов обратной связи от субсистем возникает саморегулирующийся гомеостаз без регуляции извне из «постоянной точки».

Гомеостаз - это способность популяции или экосисте­мы поддерживать устойчивое динамическое равнове­сие в изменяющихся условиях среды с помощью обрат­ных связей.


 



 

 


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

В число управляющих механизмов на уровне экосистемы вхо­дят, например, такие субсистемы, как редуценты, регулирующие накопление и высвобождение биогенных элементов, необходимых растениям. Субсистема «хищник - жертва» (волки - зайцы) управ­ляет плотностью популяций и хищника, и жертвы.

В отличие от созданных человеком кибернетических устройств, управляющие функции экосистемы диффузны и находятся внут­ри нее, а не направлены извне. Для поддержания гомеостаза в природе не требуется внешнее управление (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Гомеостоз . популяции животных, регулируемый доступностью пиЩи

Природа чрезвычайно вынослива. Живые организмы, популя­ции, экосистемы могут достаточно долго, но не беспредельно, поддерживать динамическое равновесие.

Итак, все живые существа и человек в том числе/ так же как и экосистемы, являются саморегулирующимися гомеопатическими системами, поддерживающими равно-

 

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Весие главным образом за счет отрицательных обратных связей.

И Стабильность экосистемв экологии означает свойство лю­бой системы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния… Резистентная УСТОЙЧИВОСТЬ(лат. resistenlio - сопротивляемость) -… Упругая устойчивость- способность системы быстро восста­навливаться после нарушения структуры и функций (рис. 2.7). …

Экологическая сукцессия - это закономерная последова­тельная смена биоценозов, преемственно возникающих на одном и том же биотопе под воздействием природ­ных или антропогенных факторов.

Некоторые сообщества остаются стабильными многие годы, другие изменяются быстро.

Причины и типы сукцессиимогут быть различными. Изменения происходят во всех экосистемах в силу естественных или искусственных причин. Естественные изменения являются за­кономерными и управляются самим сообществом. Если сукцесси-онные изменения определяются в основном внутренними взаимо­действиями, то говорят об аутогеннойР. autos - сам), т. е. само­произвольной сукцессии. Если изменения вызываются внешними силами на входе экосистемы (шторм, пожар, воздействие челове­ка), то такую сукцессию называют аллогенной(Гр. albs - другой, иной), т. е. порожденной извне.


Последовательные сообщества, сменяющие друг друга на дан­ном пространстве, называются сериямиили стадиями.Выделяют два типа сукцессии: первичные и вторичные. Первичная сукцессияначинается на участке, прежде не заня­том живыми организмами и лишенном почв. Такими участками могут быть скалы, глины после прохождения селя, остывшая вулкани­ческая лава, районы открытой добычи полезных ископаемых. Вна­чале участки заселяют и формируют на них почвы несколько неприхотливых видов - пионеров. Например, поселения лишайников на камнях: под действием выделений лишайников каменистый суб­страт постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются кустистые лишайники, зеленые мхи, травы, кустарники и т. д.

В водных экосистемах эти виды постепенно образуют донные отложения. В конце концов виды-пионеры изменяют условия на­столько, что участок становится менее пригодным для них и более пригодным для новых групп растений и животных.

Вторичная сукцессиявозникает там, где новое сообщество развивается на месте ранее существовавшего и где сохранились почвы или донные отложения. Такими территориями могут быть заброшенные сельскохозяйственные поля, поселки, сгоревшие или вырубленные леса, загрязненные водоемы, затопленные при строи­тельстве водохранилищ земли и т. д.

Скорость сукцессии различна. Для первичных сукцессии тре­буются сотни и тысячи лет. Вторичные протекают быстрее. Для восстановления растительной биомассы на месте вырубки, лесно­го пожара или покинутого сельскохозяйственного участка требу­ется от 30 - 50 до 250 лет (рис. 2.8).

Сукцессии обычно начинаются в незрелых несбалансирован­ных сообществах, у которых скорости продукции органического вещества П либо больше, либо меньше скорости дыхания Д. Сообщество стремится к более стабильному, зрелому состоянию, где П = Д. Сукцессия, начинающаяся при П > Д, называется автотрофной, а при П < Д - гетеротрофной. Отношение П/Д является функциональным показателем зрелости экосистем.


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


Рис. 2.8. Вторичная сукцессия в умеренном климате (по Е. А. Крискунову и др., 1995, с изменениями)

Автотрофная сукцессия- широко распространенное в при­роде явление, которое начинается в незаселенной среде: фор­мирование леса на брошенных землях или восстановление жизни после извержения вулканов и других природных катастроф. Она характеризуется длительным преобладанием автотрофных орга­низмов, при котором соотношение П/Д > 1. В процессе сукцес­сии П/Д стремится к 1.

При П > Д постепенно растут биомасса организмов Б и отношение биомассы к продукции Б/П, т. е. увеличиваются размеры организмов. По мере роста продукции П растет и величина ее расходов на дыхание Д.

Г. Т. Одум и Р. С. Пинкертон (1955) впервые указали на то, что сукцессии связаны с увеличением затрат энергии на дыхание, по мере того как накапливаются органическое вещество и биомасса.

Гетеротрофная сукцессияхарактеризуется преобладанием в системе редуцентов и встречается тогда, когда среда пересы­щена органическими веществами, например, в реке, загрязняе­мой сточными водами с большим содержанием органических веществ, или на очистных сооружениях. При гетеротрофных сук-цессиях отношение П/Д < 1, а органические вещества могут постепенно разлагаться и исчезать, и тогда из-за отсутствия авто-


грофных процессов система может разрушиться, как, например, ствол упавшего дерева. Однако обычно система, так же как и при автотрофных сукцессиях, стремится к стабильному состоя­нию, при котором П/Д = 1. Гетеротрофная сукцессия в загряз­ненной реке, например, приводит к ее постепенному самоочи­щению и восстановлению естественного состояния на каком-то расстоянии от источника загрязнения.

Состояние стабилизированной экосистемы называется климак­сом (гр. klimax - лестница, «зрелая ступень»).

Климаксные системыобразуют сложную сеть взаимоотноше­ний, поддерживающих их стабильное состояние. Теоретически такое состояние должно быть постоянным во времени и существовать до тех пор, пока его не нарушат сильные внешние возмущения. Чем больше отношение П/Д отклоняется от 1, тем менее зрелой и устойчивой является экосистема. В климаксных сообществах это отношение приближается к 1 (рис. 2.9).

Незрелые развивающиеся и зрелые климаксные экосистемы характеризуются разными признаками.

Незрелые экосистемы на ранних стадиях экологической сукцес­сии имеют лишь несколько видов (характеризуются низким видо­вым разнообразием); простые схемы питания: много продуцен­тов, травоядных животных и мало редуцентов. Растения, в основ­ном однолетние травы, тратят большую часть энергии на продук­цию мелких семян для воспроизводства, а не на корневую сис­тему, стебли и листья. Они получают питательный материал, как правило, со стоком из других экосистем, так как сами не могут удерживать и накапливать биогенные вещества.

Зрелые экосистемы, в противоположность незрелым, характери­зуются многообразием видов, стабильными популяциями и слож­ными схемами питания. В системе доминируют редуценты, раз­лагающие большое количество мертвого органического веще­ства. Растения представлены крупными многолетними травами и деревьями, дающими крупные семена. Они тратят большую долю энергии и питательных материалов на поддержание корневой


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


системы, ствола, листьев, а не на производство новых растений. Эти системы сами добывают, удерживают и перерабатывают часть биогенных веществ, в которых нуждаются.

-гетеротрофная сукцессия (П/Д<1)

Рис. 2.9. Состояние экологической сукцессии в разных экосистемах

Изменения основных характеристик экосистемпри

аутогенных сукцессиях отличаются от изменений, происходящих при аллогенных сукцессиях, причинами которых является воздейст­вие человека.

Аутогенные сукцессии- этоестественное закономерное биотическое развитие экосистем, идущее по автотрофному типу.


Общая стратегия развития экосистем состоит в возрастании эф­фективности использования энергии и биогенных элементов, до­стижении максимального разнообразия видов, усложнении струк­туры системы и возрастании их стабильности.

В процессе сукцессии популяции организмов и функциональ­ные связи между ними закономерно и обратимо сменяют друг друга (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Тенденции изменения основных характеристик экосистемы в процессе аутогенной сукцессии

 

Группа признаков Тенденции изменения
Энергетика Возрастает продукция органического вещества (П) Возрастает биомасса организмов (Б) Увеличиваются затраты энергии на дыхание (Д) П/Д приближается к 1 Б/П возрастает
Круговорот веществ Круговорот биогенных элементов становится все более замкнутым Увеличивается время оборота питательных веществ Увеличивается запас важных биогенных элементов
Структура сообщества Меняется видовой состав Возрастает разнообразие видов Увеличиваются размеры организмов Усложняются и удлиняются жизненные циклы Развивается взаимовыгодный симбиоз (гр. symbiosis - сожительство)
Стабильность Возрастает резистентная устойчивость Снижается упругая устойчивость

Аутогенная сукцессия - это направленное предсказуе­мое и обратимое развитие экосистемы до установления равновесия между биотическим сообществом - биоцено­зом и абиотической средой - биотопом.

Аллогенные сукцессииэкосистем, вызванные человеком, при­водят к их упрощению. Вырубая леса и распахивая луга, человек заменяет тысячи взаимосвязанных видов растений и животных уп­рощенной монокультурной экосистемой или сооружениями - зда­ниями, автострадами, автозаправками, стоянками машин и т. д.

Сельское хозяйство основано на намеренном удержании эко­систем на ранних стадиях сукцессии, когда биомасса одного-двух


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


видов растений увеличивается. Но такие системы нестабильны и уязвимы. На сельскохозяйственные поля постоянно вторгаются не­желательные виды трав-сорняков, насекомых-вредителей, патогенных микроорганизмов, вызывающих болезни. Сорняки, вредители и болезни могут полностью уничтожить посевы монокультур. Борьба с ними с помощью пестицидов приводит к генетической устойчиво­сти вредителей и ускоряет их естественный отбор до такой степе­ни, что химические препараты теряют свою эффективность.

Животноводство также способствует снижению видового раз­нообразия и упрощению экосистем. Например, чтобы бизоны не конкурировали с овцами, человек уничтожает их, а вместе с ними - волков, койотов, орлов и других хищников, которые иногда убивают овец.

Сравнение природных и упрощенных человеком экосистем представлено в табл. 2.3.

Таблица 2.3 Основные функции природных и антропогенных экосистем

 

Природные экосистемы (лес, луг, водоем) Антропогенные экосистемы (город, завод, сельскохозяйственное поле)
Преобразуют и накапливают солнечную энергию Потребляют энергию ископаемого и ядерного топлива
Потребляют С02 и продуцируют Ог Потребляют 02 и продуцируют С02 при сжигании топлива
Формируют плодородную почву Истощают плодородные земли
Накапливают, очищают и мало расходуют пресной воды Расходуют много пресной воды и загрязняют ее
Создают местообитания разным видам организмов Разрушают местообитания растений и животных
Бесплотно перерабатывают отходы Производят отходы, переработка которых стоит огромных денег
Обладают способностью сохранять стабильность и самовосстанавливаться Поддержание стабильности и восста­новление требуют огромных внешних затрат

Смены фауны и флоры в истории Земли похожи на медлен­но протекающие экологические сукцессии. Они тесно связаны с геологическими и климатическими изменениями и видообразова-


нием. Такие процессы протекают на протяжении миллионов лет и называются эволюцией.

Эволюция экосистем, в отличие от сукцессии, представ­ляет собой длительные процессы их исторического разви­тия, которые необратимы и ацикличны.

Если сравнить состав и структуру экосистем в ранние и позд­ние геологические эпохи, то также прослеживается тенденция увеличения видового… В хорошо сбалансированной экосистеме сообщество плотно укомплектовано, связи… 2.5. ПримерыЭкосистемы принято подразделять на естест-

Биом - это макросистема, совокупность экосистем, тес­но связанных климатическими условиями, потоками энер­гии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности.

Основные типы наземных биомов - это пустынные, травянистые и лесные экосиаемы. Каждой экосистеме присущи свои типичные


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


 


сообщества растений, животных и редуцентов, которые приспособ­лены к определенным климатическим условиям. Среднегодовое коли­чество осадков, среднегодовая температура и их колебания в тече­ние года - основные факторы, которые срормируют сообщества пустынь, лугов и лесов в тропических, умеренных и полярных широ­тах. Важными факторами также являются: циркуляция воздуха, распределение солнечного света, сезонность климата, высота и ориентация гор, гидродинамика вод.

Наземные формации в основном определяются раститель­ностью, так как растения теснейшим образом зависят от клима­та, и именно они образуют основную часть биомассы. Лимити­рующим фактором, формирующим ее характер на большей части Земли, является количество осадков.

В пустынеиспарение менее^ 250 мм в год, но при этом превышает количество осадков. Наблюдаются контрасты между дневными и ночными температурами. Здесь произрастает скуд­ная, разреженная, низкорослая растительность.

Травянистые экосистемыприурочены к регионам, где средне­годовое количество осадков достаточно для произрастания трав, но выпадают они неравномерно. Периодические засухи и пожа­ры препятствуют развитию древесной растительности.

Леса,состоящие из разнообразных пород деревьев и низкорос­лой растительности, покрывают ненарушенные территории со средним и высоким количеством осадков.

Климатические условия местности меняются в зависимости от широты и ее высоты над уровнем моря. Среднегодовая тем­пература на экваторе 26 °С, на широте 40 ° - около 13 °С. При движении от экватора к полюсам климат становится прохладнее и влажнее. Соответственно меняется и тип растительности. С увеличением высоты над уровнем моря климат также становится более прохладным и влажным. Поэтому даже в тропических широтах высокогорья покрыты снегами и льдами.

Растения, характерные для Арктики, могут встречаться в высо­когорьях теплых широт (альпийская тундра, например). Сходную


последовательность смены растительных сообществ можно на­блюдать, проезжая тысячи километров от экватора на север или просто поднимаясь в горы (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Смена растительных сообществ в зависимости от географической широты и высоты в горах

Все три типа наземных биомов (пустыни, трявянистые сообщества, леса) встречаются практически во всех географических широтах, кроме ледников. В каждом климате они имеют свои особенности, специфическую растительность, которые формируют и сообщества животных организмов, адаптированных к этим условиям.

Существуют биомы, занимающие промежуточное положение, например, полувечнозеленый тропический лес с выраженными клажными и сухими сезонами. Границы между биомами чаще


 




 

 

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

 

размыты и представляют широкие переходные зоны - экотоны. Самый богатый по числу видов наземный биом планеты - это вечнозеленый дождевой тропический лес.

Водные экосистемыменьше зависят от климата, чем назем­ные. Они формируются в зависимости от глубины водоема, содер­жания растворимых солей, глубины проникновения солнечных лу­чей, количества растворенного в воде кислорода, доступности пита­тельных элементов, гидродинамики и температуры воды. Эти факто­ры определяют горизонтальное и вертикальное размещение орга­низмов. Соли, растворенные в морской воде (в основном NaCl), меняют и физические свойства воды. Так, морская вода, в отличие от пресной, замерзает при температуре ниже О °С.

По степени солености водные экосистемы подразделяют на морские, солоноватоводные и пресноводные.

Морские экосистемыобразуют морские биомы, к которым

ОТНОСЯТ также ЭСТуарИИ (лат. aestuarium - заливаемый приливом), Т. е.

воронкообразные устья рек, где соленые воды смешиваются с пресной водой; прибрежные болота и коралловые рифы. Рас­пределение морских биомов показано на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Деление мирового океана на зоны в зависимости от глубины

 

 

 

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Прибрежное океаническое мелководье, ограниченное с од­ной стороны берегом, а с другой - гребнем континентального склона (до 600 м), называется континентальным шельфом (англ. shelf - полка). Площадь шельфа составляет около 8 % от общей площади мирового океана. В области шельфа расположена литоральная зона,которая подразделяется на супралитораль, собственно литораль и сублитораль. Неболь­шие глубины, близость к материкам, приливы и отливы определяют ее насыщенность питательными веществами, доступность солнеч­ного света, высокую продуктивность и разнообразие организмов. Здесь производится свыше 80 % всей биомассы океана и скон­центрирован мировой океанический промысел.

От нижнего края шельфа над континентальным склоном до глубины 2 - 3 тыс. м простирается батиальная зонаР. bathys -глубокий). Площадь этой зоны - чуть более 15 % от всей площади океана. Фауна и флора батиали гораздо беднее, чем литорали; общая биомасса не превышает 10 % биомассы мирового океана. От подножия континентального склона до глубин 6 - 7 тыс. м находится абиссальная область(гр. abysses - бездна) океана. Она занимает более 75 % дна океана. Абиссаль характеризуется отсут­ствием солнечного света у дна, слабой подвижностью водных масс, ограниченностью питательных веществ, бедностью животного мира, низким видовым разнообразием, биомассой от 0,5 до 7,0 г/м2 (в литорали она исчисляется десятками и сотнями г/м2). В абиссаль­ной области могут встречаться глубокие впадины - до 11 тыс. м, площадь которых около 2 % от общей площади дна океана. Открытую часть океана часто называют «пустыней».

Эстуарии и прибрежные заболоченные земли играют большую роль в природе и жизни людей, хотя многие обыватели и неком­петентные чиновники полагают, что это бесполезные территории, кишащие комарами. Долгое время считалось, что их следует осу­шать, застраивать или использовать для свалки отходов.

На самом деле это высокопродуктивные экосистемы, которые предоставляют условия для питания и размножения многим рыбам,

75


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

моллюскам и другим морским организмам. Кроме того, здесь гнездятся водоплавающие птицы и нерестится около 70 % промыс­ловых морских организмов: креветки, лосось, устрицы, пикша и многие другие. Коммерческое и промышленное рыболовство разви­вается в основном в этих зонах, дает ежегодно многомиллиардные доходы и обеспечивает миллионы рабочих мест. В прибрежных районах происходит разбавление и фильтрование сбрасываемых загрязненных вод, а следовательно, улучшаются экологические условия для рекреации, рыболовства и обитания диких животных. Они, как губка, поглощают паводковый сток. Эти территории относятся к продуктивным и ценным природным экосистемам.

Именно вблизи этих водных экосистем наиболее плотно се­лятся люди; они используются и подвергаются негативным влияни­ям человека. В результате антропогенных воздействий нарушаются или даже утрачиваются многие важные функции этих экосистем. Коралловые рифы встречаются в прибрежных зонах океана в тропических и субтропических широтах при температуре воды выше 20 °С. Они образуются в результате жизнедеятельности колониальных неподвижных морских животных, прикрепляющихся к скалам и похожих на растения, - кораллов. Кораллы имеют известковый скелет и могут достигать громадных размеров. На­растая со дна к поверхности, они образуют рифы и целые острова, которые могут простираться на многие километры. Сложное строение и разнообразие рифов с большим количе­ством красных и зеленых водорослей привлекает сюда рыб и другие организмы. Не менее трети морских рыб и других мор­ских животных обитают в коралловых рифах. Это наиболее продуктивные морские экосистемы. Кроме того, кораллы, благо­даря красочным пигментам и разнообразию форм, являются одними из самых красивых морских животных, а известковые части благородных видов ценятся как драгоценные камни.

Пресноводные экосистемы отличаются низкой соленостью -это внутриматериковые водоемы. Ведущим фгактором в этих экоси­стемах становится скорость циркуляции воды. По этому признаку


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

различают логические(лот. btvs - омывающий), текучие воды, или водо­токи (реки, ручьи) И лентические(лат. /вп/е - медленно, спокойно), СТОЯЧИв

воды, или водоемы (озера, пруды, болота, водохранилища).

Реки и ручьи образуются либо из поверхностного стока атмосферных осадков, либо за счет питания из подземных вод. Территория, с которой вода, наносы, растворенные вещества смываются и текут с водотоками в главную реку, а затем в море, называется водосборным бассейном, который часто определяет гидрохимический состав воды. Сток с горных территорий - это турбулентный поток, образующий водопады и пороги. Он погло­щает из воздуха много кислорода. Растения в таких водотоках лишь прикрепленные, а из рыб преобладают холодолюбивые и требующие большого кличества кислорода, например форель. В зависимости от количества солей кальция и магния выделяют жестководные и мягководные водотоки.

Текучие воды играют важную роль в преобразовании земной поверхности, вымывая глубокие овраги и каньоны. С другой сто­роны, равнинные реки за счет аккумуляции наносов образуют холмы и даже горы.

Озера - это пресноводные естественные водоемы со стоячей водой. Они образуются при заполнении впадин земной поверх­ности атмосферными осадками или подземными водами. Древ­ние озера образовались в результате ледниковых процессов. По содержанию питательных веществ (в основном, нитратов и фос­фатов) озера делят на три основные группы: дистрофные - очень бедные, олиготрофные - бедные и эвтрофные - богатые биоген­ными веществами. В последних обитает большое количество мик­роскопических водорослей - фитопланктона, микроскопических животных - зоопланктона, а также многие рыбы. В глубоких эвтрофных озерах у дна бывает дефицит кислорода, особенно в зимний период, из-за поглощения его отмершими водорослями при аэробном разложении. Очень многие озера занимают про­межуточное положение между олиготрофными и эвтрофными, они называются мезотрофными.


77


Глава 2, Экосистемы - предмет экологии

В результате сброса в водоемы избыточного количества азота и фосфора озера могут быстро зацветать и переходить в эвт-рофное состояние. Этот нежелательный процесс может приводить к вторичному загрязнению воды и полной деградации водной экосистемы (см. гл. 8). В глубоких озерах умеренных широт зимой и летом наблюдаются значительные различия температур в верхних и нижних горизонтах воды. Это приводит к неравномер­ному распределению по вертикали питательных солей, кислорода и других ингредиентов. Такое явление называется вертикальной стратификацией. Весной и осенью происходит выравнивание тем­ператур и перемешивание поверхностных и глубинных вод. Раз­дел гидробиологии, изучающий озера, выделился в самостоятель­ную ДИСЦИПЛИНУ - ЛИМНОЛОГИЮ (гр. limne - озеро, logos - учение, наука).

Водохранилища - искусственные пресноводные водоемы, кото­рые соружаются с целью регулирования стока и аккумуляции воды. Сбрасываемые воды используются также для производства электроэнергии (ГЭС). Кроме того, аккумулированные в водо­хранилищах воды могут направляться на орошение или поступать в города для бытового и промышленного водоснабжения. Водо­хранилища используются также в целях рекреации. Однако они еще в большей степени, чем озера, подвержены эвтрофирова-нию, т. е. «цветут» и зарастают.

Наземные и водные экосистемы тесно взаимосвязаны. Наибо­лее важным процессом является смыв биогенных (нитраты, фос­фаты) и органических веществ с поверхности суши в водные экосистемы. Эти вещества составляют основу питания водных орга­низмов. Смываемая почва, попадая в озера и реки, осаждается на дне. Донные осадки постепенно преобразуют структуру вод­ных биоценозов. Водные экосистемы могут постепенно превра­щаться в наземные, но это длительный процесс.

С другой стороны, рыбы, моллюски являются пищей для мно­гих обитающих на суше животных, птиц и человека. Поэтому часть смытого питательного материала возвращается на сушу, участвуя в глобальном круговороте веществ.


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Ш Антропогенные экосистемыобладают теми же основны­ми признаками, что и природные: определенной структурой биоценоза (продуценты, консументы, редуценты), потоком энер­гии и круговоротом веществ. Однако имеются и различия. Про­следим черты сходства антропогенных и природных экосистем и их отличия на некоторых примерах.

Город,особенно промышленный, является гетеротрофной экосистемой, получающей энергию, пищу, воду и другие веще­ства с больших площадей, находящихся за его пределами. Город отличается от природных гетеротрофных систем, примером ко­торых может служить устричная банка (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Гетеротрофные экосистемы (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями): А - устричная банка; Б - промышленный город

Устричная банка целиком зависит от поступления энергии с большой площади окружающей среды. Существование города также поддерживается колоссальным притоком энергии извне, при этом возникает и огромный отток в виде тепла, промышленных и бытовых отходов. Однако потребности 1 м2 города в энергии примерно в 70 раз превышают потребности устричной банки такой же площади и составляют около 4000 ккал/сут, а в год - около 1,5 млн ккал.


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Большинство городов имеют «зеленый пояс», т. е. автотрофный компонент: газоны, парки, пруды, озера и т. п. Но органическая продукция этого зеленого пояса не играет никакой роли в снаб­жении энергией механизмов и людей, населяющих город. Город­ские парки представляют в основном лишь эстетическую и рекре­ационную ценность, смягчают колебания температуры, уменьшают загрязнения и шумовое воздействие, являются местом обитания птиц и мелких животных. Труд и горючее, затрачиваемые на их содержание, лишь увеличивают расходы на жизнь города. Ежегод­ные энергетические дотации для газона (труд, бензин, удобрения и т. п.) оцениваются приблизительно в 530 ккал/м2. Без огром­ных поступлений извне пищи, горючего, электричества и воды люди погибли бы или покинули город.

Хотя площадь суши, занятая городами, не так уж и велика (1 -5 %), но, воздействуя на свои^обширные пригородные зоны, они изменяют водные пути, леса, поля, атмосферу и океан. Город может влиять на удаленный лес не только непосредственно загряз­нением воздуха или использованием продуктов леса и древесины, но и изменяя состав деревьев в нем. Например, спрос на бумагу оказывает экономическое давление: естественные леса, состоящие из деревьев разных пород и возраста, превращаются в плантации деревьев одного вида и возраста.

Гектар города потребляет приблизительно в тысячи раз боль­ше энергии, чем такая же площадь сельской местности. Образу­ющиеся в результате функционирования города тепло, пыль и другие вещества, загрязняющие воздух, заметно изменяют климат городов. В городах теплее, повышена облачность, меньше солн­ца, больше тумана, чем в прилегающей сельской местности. Строительство городов стало основной причиной эрозии почвы.

Размеры загрязнения среды на выходе города зависят от ин­тенсивности его жизнедеятельности и степени технического разви­тия. Отсутствие очистных сооружений для сточных вод и выбросов в атмосареру, переработки твердых отходов приводят к сильному негативному воздействию на среду в окрестностях города.


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Город практически не производит пищу, он только перераба­тывает ее, не очищает воздух, почти не возвращает в круговорот воду и органические вещества, но находится в симбиотических отношениях с окружающей сельской местностью. Он производит и вывозит товары и услуги, деньги и культурные ценности, обога­щая этим сельское население и получая взамен услуги и пищу.

Город можно рассматривать как экосистему только в том случае, если учитываются его обширные пригороды. Одно из имеющихся, к сожалению, препятствий для такого разумного подхода - порочное административное разделение между горо­дом и сельской местностью. Пока городские и областные лиде­ры не научатся ставить общие интересы выше частных, управ­ление городом и областью как единой функциональной эколо­гической системой не может быть реализовано.

Агроэкосистемы,в отличие от городов, являются автотроаЬ-ными экосистемами, т. е. обладают обширным «зеленым по­ясом». Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем (лес, луг, поляна), работающих только на энергии Солнца. Они получают дополнительную энергию в виде мышечных усилий человека и животных, удобрений, пестицидов, орошающей воды, горючего, механизмов, машин и т. п. Для максимизации выхода какого-либо одного продукта человек резко снижает разнообра­зие организмов. Виды растений и животных подвергаются искусст­венному, а не естественному отбору. Сельское хозяйство исполь­зует только 30 % свободной от льда суши планеты: около 10 % -пахотные земли и приблизительно 20 % - пастбища.

Условно агроэкосистемы можно разделить на два типа.

Агроэкосистемы доиндустриального периода используют допол­нительную энергию в виде мышечных усилий человека и живот­ных. Они поставляют продукты питания в основном для семьи фермера и частично - на местный рынок.

Интенсивные механизированные агроэкосистемы получают энергетические дотации в виде горючего, химикатов, работы ма­шин. Эти высокопродуктивные системы производят продукты пита-


 

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

ния в основном на рынок; продукты питания превращаются в товар, играющий важную роль в экономике.

Доиндустриальное сельское хозяйство часто называют прими­тивным и направленным только на выживание. Тем не менее оно очень эффективно, если оценивать по количеству произведенной пищи на единицу затраченной энергии. Например, на огородах со смешанными культурами соотношение полученной и затрачен­ной энергии может составлять 16:1. Напротив, многие механи­зированные агроэкосистемы потребляют часто не меньше энер­гии, чем возвращают в виде продуктов питания.Однако даже хорошо приспособленные доиндустриальные системы, эффектив­но использующие энергию, часто не могут производить достаточ­ного количества избыточных продуктов питания, чтобы прокор­мить огромные города.

Таким образом, неиндустр*иализованное сельское хозяйство эффективно расходует энергию, но оно малотоварно. Как пра­вило, такие агроэкосистемы дают меньший урожай на единицу площади, чем интенсивное механизированное сельское хозяйство. Но, выигрывая в одном, человек проигрывает в другом - ничто не дается даром. Поскольку в развитых странах и интенсивность энергетических субсидий, и урожай, видимо, достигли максиму­ма, повышение вкладов в сельское хозяйство может привести к уменьшению выхода продукции (отрицательная обратная связь).

Может ли человек искусственно создать полноценную экосис­тему вне биосферы? Является ли даже такая совершенная техно­генная система, как космический корабль, в полной мере экоси­стемой? Может ли она долгое время функционировать за преде­лами биосферы? Попытаемся ответить на эти вопросы.

Космический корабль,предназначенный для длительных путе­шествий, представляет собой как бы миниатюрную экосистему, вклю­чающую человека. Пилотируемые космические корабли в настоящее время снабжены модулями жизнеобеспечения запасающего типа: в них частично осуществляется регенерация воды и воздуха лишь физи­ко-химическими методами. Для настоящих регенерационных экосис-


 

тем, которые могли бы долгое время находиться в космосе, ничего не получая с Земли, по­требовались бы сообщества ра­стительных и крупных животных организмов, которые могли бы использоваться человеком в пищу, значительное видовое разнооб­разие их и большие емкости для воздуха и воды.

Рис. 2.13. Сравнительные объемы атмосферы и океана, приходящиеся на 1 м2 суши (по Ю. Одуму, 1986)

Основная задача, которую предстоит решить, - чем заменить буферную способность атмосфе­ры и океана, благодаря которой очищаются отходы, стабилизиру-

ются и поддерживаются условия жизни в биоссрере в целом. На Земле на 1 м2 суши приходится более 1 000 м3 буферной емкости атмооферы и почти 10 000 м3 океана плюс большие объемы рас­тительности (рис. 2.13).

Атмосфера, океан и растительность выполняют роль накопи-телей и регенераторов отходов. При длительном пребывании че­ловека в космосе часть этой бусрерной функции должны взять на себя механические устройства, работающие на солнечной и, воз­можно, атомной энергии.

Однако, по выводам Национального управления по аэронав-(ике США, на современном этапе развития невозможно создать безопасную и надежную закрытую экологическую систему жизне­обеспечения даже для использования ее на Земле. Создать миниа-тюрную модель биосферы, т. е. искусственную экосистему без притока и оттока вещества и энергии, с полной регенерацией отходов и регуляцией условий, для использования ее в космосе не только сложно, но и очень дорого.

Правда, некоторые энтузиасты освоения космоса, например физик Дж. О'Нейл (1977), предсказывали, что в XXI веке воз-


 




Глава 2. Экосистемы - предмет экологии


Глава 2, Экосистемы - предмет экологии


 


никнут космические поселения, обеспечиваемые функциониро­ванием тщательно отобранной биоты, свободной от паразитов и других непродуктивных организмов. Для поддержания таких поселе­ний можно будет использовать солнечную энергию и минераль­ные богатства спутников планет Солнечной системы. В связи с тем что буферные объемы воздуха и воды будут невелики, воз­можность поддержания такого поселения без поступлений извне кажется сомнительной.

В заключениееще раз следует подчеркнуть, что функцио­нирование экосистемы обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих: сообщества, потока энергии и круго­ворота веществ(рис. 2.14).

Рис. 2.14. Блоковая модель экосистемы (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями): А - автотрофы; Г - гетеротрофы; 3 - запасы питательных веществ

Поток энергии направлен в одну сторону, часть ее преобра­зуется автотрофами в органическое вещество, которое затем используется гетеротрофами. Но большая часть энергии покида­ет экосистему в виде рассеивающегося тепла.

В отличие от энергии, элементы питания и вода могут исполь­зоваться многократно.


Все экосистемы в составе биосферы являются открытыми,
они должны получать энергию, вещества и организмы из среды
на входе
и отдавать их в среду на выходеэкосистемы. Экосисте­
ма не может быть герметичной, так как ее живое сообщество не
вынесло бы такого заключения. /тч

Контрольные вопросы

1. Из каких компонентов состоят экосистемы?

2. Какие биосистемы изучает экология?

3. Какие компоненты экосистемы относятся к абиотическим?

4. Какие компоненты экосистем относятся к биотическим?

5. Какие организмы называются продуцентами?

6. Какие организмы называются консументами?

7. Какие свойства экосистемы называются эмерджентными?

8. Напишите уравнение фотосинтеза.

9. Напишите уравнение реакции аэробного дыхания.
10. Напишите уравнение реакции анаэробного дыхания.
1 1. Напишите уравнение реакции брожения.

12. Как соотносятся скорости автотрофных и гетеротрофных процессов в биосфере?

13. Чем можно объяснить накопление кислорода в атмосфере и горючих ископаемых в недрах Земли?

14. Что такое гомеостаз, с действием какого технического уст­ройства его можно сравнить?

15. Чем различаются управляющие механизмы в технических и экологических системах?

16. Приведите примеры положительной и отрицательной обрат­ной связи в экосистемах.

17. Что понимается под стабильностью экосистем?

18. Какие типы устойчивости экосистем вы знаете?


 




 


Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

19. Что такое сукцессии?

20. Какие типы сукцессии вы можете назвать?

21. Как изменяются растительные сообщества при перемещении с юга на север и при подъеме в горы?

22. Какие морские и пресноводные экосистемы вам известны?

23. Каково основное отличие экосистемы города от агроэкоси-стемы?

24. Можно ли космический корабль назвать экосистемой?


ГЛАВА 3

ЭНЕРГИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ


Глава 3. Энергия в экосистемах


Глава 3. Энергия в экосистемах


 


3.1. Преобразование ЭнерГИЯ(гр. energeia - деятельность] - ИСТОЧ-

энергии в экосистемахник жизни, основа и средство управ­ления всеми природными и общест­венными системами. С помощью энергии выращиваются продукты питания, необходимые человеку и другим организмам; поддержи­вается температура тела и обогреваются жилища; производится промышленная продукция; создаются сложнейшие технические сооружения и устройства, интеллектуальные и культурные ценнос­ти. Энергия позволяет переводить вещества из одного состояния в другое, перемещать предметы и организмы, осуществлять кругово­рот веществ в природе и т. д.

Очевидно, что законы превращения энергии проявляются во всех процессах, происходящих в природе и обществе, включая экономику, культуру, науку и искусство. Энергия - движущая сила мироздания. Компонент энергии есть во всем: в материи, информации, произведениях искусства и человеческом духе.

Энергия - одно из основных свойств материи - способ­ность производить работу.

Законы термодинамикиимеют универсальное значение в природе. Лауреат Нобелевской премии Ф. Садди писал: «За­коны термодинамики определяют взлеты и… Для управления энергетическими процессами прежде всего необходимо понять роль… Энергетический подход помогает определять, какой уровень жизни людей наиболее соответствует природным возможностям…

Первый закон термодинамики - закон сохранения энер­гии - гласит: энергия не создается и не исчезает, она пре­вращается из одной формы в другую.

Закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено: нельзя из ничего получить нечто. Однако на выходе из системы энергия преобразуется в иные формы.

Второй закон термодинамики утверждает: при любых превращениях энергия переходит в форму, наименее при­годную для использования и наиболее легко рассеиваю­щуюся.

Действительно, солнечная энергия Qсопн, получаемая поверх­ностью зеленого листа, уравнивается рассеянной и концентриро-



Глава 3. Энергия в экосистемах

ванной формами энергии в соответствии с первым законом термодинамики: Qсолн = qрасс+ qконц

 

Лучистая энергия Солнца, попав на Землю, стремится превра­титься в рассеянную тепловую. Доля световой энергии, преобразо­ванной зелеными растениями в потенциальную энергию их биомас­сы, намного меньше поступившей (qконц < Qcoлн) Большая часть энергии превращается в теплоту, покидающую затем и растения, и экосистему, и биосферу, в соответствии со вторым законом термодинамики (рис. 3.1).

То же самое происходит в антропогенных сельскохозяйствен­ных экосистемах. На рис. 3.2 показаны потоки энергии, обеспе­чивающие работу фермы. Схема представляет четыре потока энергии,поступающие от солнца Qсогн, с дождем qд, питательными веществами qпвi, работой человека и машин qч, которые взаимодейст­вуют в процессе производства продуктов питания.

Согласно первому закону термодинамики энергия, поступаю­щая в систему из четырех источников, преобразуется в два пото­ка: выносимую из системы энергию продуктов питания qn и рас-


Глава 3. Энергия в экосистемах

сеянную тепловую энергию qт.

Qсолн + qд + qп.в + qч = qт + qп

Согласно второму закону количество энергии, заключенной в продуктах питания, значительно меньше общего количества по­ступившей, которая превращается в основном в рассеянную теп­ловую энергию qт:

qп < Qcолн + qд + qп.в + qч

Рис. 3.2. Потоки энергии, обеспечивающие работу срермы (по Г. Одуму и Е. Одуму, 1978)

Экология, посути дела, изучает связь между солнечным све­том иэкологическими системами, внутри которых происходят превращения энергии света.

Отношения между растениями - продуцентами и животными -консументами управляются потоком аккумулированной растениями солнечной энергии. Весь живой мир получает необходимую энер­гию в основном из органических веществ, созданных растениями.

Пища, созданная в результате фотосинтезирующей деятельно­сти зеленыхрастений, содержит потенциальную энергию хими­ческих связей, которая при потреблении ее животными организ­мами превращается в другие формы.

Животные, поглощая пищу,также меньшую ее часть превра­щают в потенциальную химическую энергию синтезируемой ими


 




 

Глава 3. Энергия в экосистемах

Глава 3. Энергия в экосистемах

протоплазмы, а большую часть переводят в теплоту, которая рассеивается в окружающем пространстве. Например, наше тело постоянно излучает такое же количество тепла, как электричес­кая лампочка мощностью 100 ватт - вот почему в переполнен­ной людьми комнате жарко.

В технических системах происходит то же самое. При движе­нии автомобиля в механическую энергию движения и электри­ческую энергию всех его систем превращается лишь около 10 % энергии сгорающего бензина. Остальные 90 % в виде бесполез­ного тепла рассеиваются в окружающей среде и, в конечном счете, теряются для нас в космическом пространстве. Энергия потребленного бензина не исчезает, а превращается в формы, практически недоступные для использования. При горении элек­трической лампы только 5 % электрической энергии, проходя­щей через проволоку лампы накаливания, превращается в полез­ное световое излучение, а 95 % теряется в виде рассеянной тепловой энергии.

Рассеиваемая теплота есть энергия хаотического движения молекул, которое мы воспринимаем как ощущение тепла. При всех энергетических процессах, в том числе и технологических, происходит переход системы от более высокого уровня органи­зации («порядка») к более низкому («беспорядку»).

Для определения степени неупорядоченности состояния систе­мы употребляют термин энтропия (гр. ел-внутрь, trope- превращение). А

тенденцию потенциальной энергии к деградации, к самопроизволь­ному превращению в рассеянную тепловую энергию называют возрастанием энтропии.

Энтропия является физической мерой беспорядка, т. е. мерой количества связанной потенциальной энергии, которая становится недоступной для использования.

Высокоупорядоченные системы обладают низкой энтропией, а неупорядоченные, в которых вещество или энергия рассеяны, характеризуются высокой энтропией (рис. 3.3).


Рис. 3.3. Примеры систем с низкой и высокой энтропией

Таким образом, в процессе любого превращения энергии из одного вида в другой всегда происходят потери полезной энер­гии, которая переходит в менее полезную, рассеивающуюся в виде низкотемпературного тепла и не способную выполнять ра­боту. В то же время в природных экосистемах энергетические потоки создают (возможно, спонтанно) из хаоса природных ве­ществ порядок, т. е. структуры, обладающие низкой энтропией.

Преобразования энергии в живой материиимеют свои особенности и на первый взгляд не согласуются с теорией клас­сической термодинамики. К. М. Петров (1997) отмечает: «Зако­ны развития живой и косной материи описываются двумя противопо­ложными теориями - это классическая термодинамика и эволюцион­ное учение Дарвина».


 




Глава 3. Энергия в экосистемах

В соответствии с законами термодинамики дезинтеграция Все­ленной неизбежна, если рассматривать ее как закрытую систему. Согласно второму началу термодинамики энтропия будет расти, а запас полезной энергии, приводящей «мировую машину» в движение, рано или поздно будет исчерпан. Рост внутренней неупорядоченности приведет к переходу высокоорганизованных структур к низкоорганизованным, к их разрушению, т. е. к «теп­ловой смерти».

В соответствии с теорией эволюции направление развития разнообразных форм жизни в биосфере имеет противополож­ную тенденцию - от низкоорганизованных форм к высокооргани­зованным. Живая материя удивительным образом организуется в упорядоченные структуры как бы вопреки утверждению второго закона термодинамики.

Многие теоретики давно были обеспокоены тем фактом, что сохранение функциональной упорядоченности живых существ приводит к накоплению полезной энергии в экосистемах и как бы опровергает второй закон термодинамики. На недостаточ­ность второго закона термодинамики еще в конце прошлого века обратил внимание украинский ученый С. А. Подолинский (1850 -1891). Он подчеркивал наличие в природе процессов, противопо­ложных рассеиванию энергии: процессов накопления и концентра­ции солнечной энергии. С. А. Подолинский приложил законы энергии к экономическим явлениям и показал роль человеческо­го труда в аккумуляции полезной энергии: расширении запасов продуктов питания, повышении количества концентрированной солнечной энергии, в том числе с помощью гелиотехники.

К. А. Тимирязев (1903), анализируя термодинамические функции хлорофиллового аппарата растений, считал их анти­энтропийными процессами, так как они приводят не к рассеи­ванию, а к концентрации солнечной энергии.

В. И. Вернардский (1928) подчеркивал, что появление жизни на Земле связано с накоплением в биосфере «активной энер­гии» при одной и той же исходной энергии Солнца.


Глава 3. Энергия в экосистемах

А. Е. Ферсман (1937) писал, что процессы биогенеза при­вели к тому, что «сложные органические соединения живого вещества оказались с еще большими запасами энергии, и зако­ны энтропии если не нарушаются, то во всяком случае замедля­ются процессами жизни».

Уникальные функции преобразования солнечной энергии в концентрированную энергию органических веществ в природе вы­полняют растения. Все формы жизни - это крошечные «хранилища» порядка, который поддерживается созданием моря беспорядка в окружающей их среде. Чем больше развита цивилизация, тем боль­ше ее потребности в концентрированной энергии. Следовательно, современные промышленно развитые сообщества повышают энтро­пию окружающей среды, т. е. разрушают ее в больших масштабах, чем на любом предыдущем этапе человеческой истории.

Совместимость второго начала термодинамики со способно­стью живых систем создавать высокоорганизованные структуры и поддерживать в них порядок обосновал нобелевский лауреат И. Пригожий (1962, 1986, 1994). Он показал, что способ­ность к самоорганизации может встречаться, в системах, далеких от равновесных, но обладающих хорошо развитыми «диссипа-тивными структурами»(рассеивающими структурами), откачи­вающими неупорядоченность. Упорядоченность природной экоси­стемы, т. е. структура биоценоза, поддерживается за счет дыха­ния всего сообщества организмов, которое постоянно «откачива­ет» из нее неупорядоченность, т. е. рассеивает тепло.

Дыхание упорядоченной биомассы выполняет функ­ции «диссипативных структур» экосистем.

Без дыхания энтропия любой биосистемы растет, и она в конце концов погибает.

В экосистеме отношение общего дыхания сообщества (Д) к его суммарной биомассе (Б), т. е. Д/Б, можно рассматривать как отношение затрат энергии на поддержание порядка, необходи­мого для жизнедеятельности, к потенциальной энергии, заключен­ной в биомассе, т. е. как меру термодинамической упорядочен-


 




Глава 3. Энергия в экосистемах


Глава 3. Энергия в экосистемах


 


ности. Если в закрытой системе резко увеличивается биомасса (Б), то уменьшаются затраты энергии, необходимые для поддер­жания упорядоченности системы (Д), которая постепенно разру­шается и погибает.

Экосистемы с энергетической точки зрения представля­ют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с окружающей сре­дой энергией и веществом, уменьшая тем самым энтропию внутри себя, но увеличивая ее вовне, в соответствии с законами термодинамики.

Для оптимизации использования энергии природная система создает хранилища концентрированной потенциальной энергии, часть которой тратит на получение новой и поддержание поряд­ка: обеспечивает круговорот веществ, обмен с другими система­ми, создает механизмы устойчивости и др.

Все типы неживых систем регулируются теми же законами термодинамики, которые управляют живыми системами. Разли­чие заключается в том, что живые системы, используя часть имеющейся внутри них запасенной потенциальной энергии, спо­собны самовосстанавливаться и поддерживать порядок, а маши­ны приходится ремонтировать за счет внешней энергии.

Живая материя отличается от неживой прежде всего способ­ностью аккумулировать из окружающего пространства сво­бодную энергию, концентрировать ее и качественно преоб­разовывать, чтобы противостоять росту энтропии внутри себя.

Следовательно, порядок, создаваемый энергетическими пото­ками в экосистемах, связан с изменением качества аккумулирован-ной живыми организмами энергии.

■ Виды и формы энергиибывают самыми разнообразны­ми. Обычно выделяют два вида энергии: кинетическую и потен­циальную.

Кинетическая энергиязависит от скорости движения и мас­сы материального объекта. Такой энергией обладают движущийся автомобиль, летящая пуля, электрически заряженные частицы и др.


Потенциальная энергия- это «запасенная» энергия покоя, которая может быть использована. Это энергия камня, лежащего на земле, заряда динамита, внутренняя энергия атомного ядра, химическая энергия молекул бензина, угля, белков, жиров или любых других органических веществ, потребляемых с пищей.

На самом деле единственным первоисточником энергии, обеспе­чивающим жизнь на Земле, является Солнце. Около 90 % энер­гии, идущей на нагревание Земли и зданий, - это не энергия топлива, а бесплатная и фактически неисчерпаемая прямая солнечная энергия. Если бы не эта энергия, температура на Земле была бы минус 270 °С и земная жизнь вообще не могла бы возникнуть. Солнечная энергия - это не только прямое солнеч­ное тепло, но и различные вторичные формы энергии, возника­ющие при ее превращении в биосфере. К вторичным формам солнечной энергии относятся энергия падающей и текущей воды (гидроэнергия), ветра, биомассы растений, древесины, ископае­мого топлива и др.

Формы энергии различаются по способности производить полезную работу. Ю. Одум (1986) пишет: «Не все калории одинаковы, т. е. одинаковые количества разных форм энергии могут сильно различаться по своему рабочему потенциалу». Энергия слабого ветра, прибоя может произвести небольшое количество работы. Концентрированные формы энергии (нефть, уголь и др.) обладают высоким рабочим потенциалом. Энергия солнечного света по сравнению с энергией ископаемого топли­ва обладает низкой работоспособностью, а по сравнению с рассеянной низкотемпературной теплотой - высокой.

Поскольку первый закон термодинамики утверждает невоз­можность исчезновения энергии, то может создаться впечатле­ние, что она всегда будет существовать в достаточном количе­стве. Однако бензин в баке автомобиля постепенно исчезает, так же как и энергия батарейки карманного фонарика. Если энергия не может исчезнуть, то что же мы теряем? Ответ один -мы теряем работоспособность энергии, т. е. ее качество.


 




Глава 3. Энергия в экосистемах

Следовательно, энергия характеризуется не только количеством, но и качеством. Одинаковое количество энергии может совершать разное количество работы в зависимости от ее качества.

Качество энергии- ее способность совершать работу, т. е.

ее ЭКСерГИЯ(гр. вх - высшая степень, ergon - работа).

Эксергия- это максимальная работа, которую соверша­ет термодинамическая система при переходе из данно­го состояния в состояние физического равновесия с окру­жающей средой.

Эксергией называют полезную долю участвующей в каком-то процессе энергии, величина которой определяется степенью от­личия какого-то параметра системы (температуры, давления и др.) от его значения в окружающей среде.

Пояснить понятие эксергии можно на примере теплоты. Темпе­ратура есть мера концентрации теплоты и средней скорости движения атомов и молекул в данный момент. Например, общее количество теплоты в океане огромно, но концентрация его низкая и средняя температура воды невысока. А чашка горячего чая обладает небольшим количеством теплоты, но концентрация ее высокая и температура тоже высока.

Если количество энергии Q имеет высокую температуру Тъ, а температура окружающей среды Т0 меньше Тъ, то система совер­шает работу А1 = Q [Тв- Т0)/Тв. Если то же количество энергии Q имеет низкую температуру Тн < Тъ, то при условии Тн > Т0 система выполнит работу А7 = Q [Гн - TQ)/TH. Очевидно, что работа, выполненная концентрированной высокотемпературной тепловой энергией И,, больше работы, выполненной таким же количеством низкотемпературной тепловой энергии А^, так как при одном и том же количестве энергии О эксергия ее в первом случае больше.

Безразмерная величина ъ - Т0)/Тъ или и - Т0)/Ти может характеризовать эксергию, или качество энергии Q. Она выра-


Глава 3. Энергия в экосистемах

жается в долях (меняется от 0 до 1) или процентах (от 0 до 100 %). При Тъ = TQ или Тн = TQ не может быть выполнено никакой работы, эксергия равна 0. Только если температура окружающей среды близка к абсолютному нулю, величина [Т- Т0)/Тбудет приближаться к предельному значению, т. е. к 1 (или 100 %).

Энергия высокого качествахарактеризуется высокой эксер­гией, большой степенью упорядоченности или концентрации и обладает низкой энтропией. Носителями таких форм энергии являются: электричество, уголь, нефть, газ, бензин, сконцентриро­ванная солнечная энергия, ядра урана-235, высокотемператур­ное тепло.

Энергия низкого качествахарактеризуется низкой эксер­гией и концентрацией, неупорядоченностью и высокой энтропи­ей. Носителем такой энергии является низкотемпературное теп­ло, находящееся в окружающем воздухе, в реке, озере, океане. Например, общее количество низкотемпературного тепла в Ат­лантическом океане больше количества энергии во всех нефтя­ных месторождениях Саудовской Аравии. Но океаническое теп­ло настолько рассеяно, что его нельзя практически использовать для полезной работы, так же как и тепло, рассеянное в воздухе.

Для создания энергии более высокого качества необхо­димы затраты энергии более низкого качества. Поток солнеч­ной энергии, вовлекаемый в цепь превращений в экосистемах, образует порядок и повышает эксергию преобразованной части •нергии.

В природе показателем качества энергии может слу­жить количество калорий солнечного света, которое дол­жно рассеяться, чтобы образовалась 1 калория более высококачественной формы энергии.

Преобразование солнечного света в пищевой цепи, или цепи генерации электричества, или другой цепи превращений сопро-вождается уменьшением количества и повышением качества акку­мулированной на каждом этапе энергии (рис. 3.4, 3.5).


 




Глава 3. Энергия вэкосистемах


Глава 3. Энергия в экосистемах


 


Рис. 3.4.Изменение количества и качества энергии в пищевой цепи (по Ю. Опуму, 1986, с изменениями)

Рис.3.5. Изменение количества и качества энергии в цепи генерации электричества (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями)

Чтобы образовалась 1 ккал биомассы растения, требуется приблизительно в 10 раз меньше килокалорий солнечного света, чем для образования 1 ккал биомассы растительноядного живот­ного и в 100 раз меньше, чем для образования 1 ккал биомас­сы хищника. Способность совершать работу единицы биомассы животного в соответствующее число раз выше, чем такой же биомассы растений (рис. 3.4). Рабочий потенциал электричес- кой энергии также во много раз выше рабочего потенциала древесины (рис. 3.5).

Показанные на рис. 3.4 и 3.5 схемы, конечно, условны. Многие исследователи пытались рассчитать количество энергии, аккумулированной на каждом этапе пищевой цепи, в реальных


экологических системах. Приведем некоторые данные для раз­ных экосистем (рис. 3.6): поля люцерны (Ю. Одум, 1975), реки в Африке (В. Klimuszko, 1995), озеро Каюга в США (П. Рейвн и др., 1990), горячего источника Сильвер-Спрингс в шт. Флори­да (Ф. Дре, 1976).

Рис. 3.6. Изменения количества и качества энергии в природных экосистемах на разных трофических уровнях («а» меняется от 1 до 9)

На рис. 3.6 видно, что количество солнечной энергии при превращении ее в биомассу растений и далее в биомассу травоядных и хищников на каждом этапе уменьшается на один-два порядка. Соответственно и качество ее по сравнению с качеством солнечной энергии возрастает на 1-2 порядка. В сущности, качество энергии измеряется длиной пути, пройден­ного ею от Солнца до конечного потребителя.


 




Глава 3. Энергия в экосистемах


Глава 3. Энергия в экосистемах


 


В табл. 3.1 показано число килокалорий некоторых видов энергии, необходимое для получения 1 ккал условного топлива. Таблица позволяет также выразить энергию различных видов в эквиваленте условного топлива (уголь, нефть, газ).

Таблица 3.1

Затраты энергии разного вида на получение 1 ккал условного топлива (по Г. Одуму, Э. Одум, 1978)

 

 

Источник энергии Затраты энергии на получение 1 ккап условного топлива, ккал Эквивалент условного топлива на 1 ккал
Рассеянная    
тепловая энергия 10 000 0,0001
Солнечный свет 2 000 0,0005
Биомасса растений 0,05
Древесина 0,5
Каменный уголь, нефть 1 0,25
Электроэнергия

Следовательно, рабочий потенциал ископаемого топлива в 2000 раз выше, чем рабочий потенциал солнечного света, но в 4 раза ниже рабочего потенциала электроэнергии. Чтобы солнеч­ный свет выполнял работу, равную работе, производимой углем или нефтью, его надо сконцентрировать или повысить его каче­ство в 2000 раз. Люди не смогут перевести автомобили и другие механизмы на солнечную энергию до тех пор, пока не найдут дешевого способа повышать ее качество.

Второй закон термодинамики подразумевает также, что практи­чески невозможно восстановить или повторно использовать высоко­качественную энергию для выполнения полезной работы.

3.2. Потоки энергииВ естественных природных экосистемах в пищевых цепяхне существует отходов. Все организмы,

живые или мертвые, являются пищей для других организмов: листву поедает гусеница, гусеницу съедает дрозд, дрозд становится жертвой совы, сова - ястреба и т. д. Когда листья,гусеницы, дрозды и совы умирают, они перерабатываются редуцентами, возвращающими минеральные вещества растениям.


Перенос энергии пищи в процессе питания от ее источника через последовательный ряд живых организмов называется пище­вой, или трофической цепью.

Трофические цепи- это путь однонаправленного потока солнечной энергии, поглощенной в процессе фотосинтеза, че­рез живые организмы экосистемы в окружающую среду, где неиспользованная часть ее рассеивается в виде низкотемпера­турной тепловой энергии.

Трофические цепи делятся на два основных типа: пастбищ­ные И детрИТНЫе (лат. detrytys - продукт распада).

Пастбищная цепьпростирается от зеленых растений к консументам: растительноядным животным и затем к плотоядным животным (хищникам).

Детритная цепьначинается с мертвого органического вещест­ва - детрита, который разрушается детритофагами (лат. phagos -пожиратель), поедаемыми мелкими хищниками, и заканчивается ра­ботой редуцентов, минерализующих органические остатки.

Все организмы экосистем вовлечены в сложную сеть пищевых взаимоотношений. Пищевые цепи тесно переплетаются друг с другом, образуя пищевые, или трофические сети.

При каждом очередном переносе большая часть (80 - 90 %) потенциальной энергии пищи рассеивается, переходя в теплоту.

Организмы, получающие энергию Солнца через одина­ковое число ступеней, принадлежат к одному трофичес­кому уровню.

третичные консументы,расположенные на четвертом уровне, и т. д. Но обычно наблюдается не более пяти уровней, так как на каждом уровне количество…   iea 3. Энергия в экосистемах

А, = П, + Д, + Н,.

Корм, ассимилированный первичными консументами (А2), лишь в небольшом количестве используется для образования продук­ции (П2); в основном же он затрачивается на дыхание (Д2), частично остается неиспользованным (Н2) и выводится из орга­низма с экскрементами (Э,). Таким образом, энергетический поток, проходящий через второй трофический уровень (А2), равен

Рис. 3.7. Поток энергии в пастбищной и детритной пищевых цепях: П. - валовая первич­ная продукция; П, - чистая первичная продукция; П2, П3 - вторичная продукция; А, - поглощенный растениями солнечный свет; А2 и А3 - корм, ассимилиро­ванный первичными и вторичными консументами; Д,, Д2, Д^ - траты энергии на дыхание; Н,, Н2, Н3 - неиспользованная часть корма; Э,, Э, - экскременты; ДФ - детритофаги; Р - редуценты


 




Глава 3. Энергия в экосистемах

 


Энергетический поток, проходящий через третий трофичес­кий уровень (А3), подразделяется аналогично предыдущему:

Аз = П3 + Д3 + Н3 + Э2. Схема показывает, что количество энергии в пищевой цепи выраженное количеством образованной продукции, на каждом

трофическом уровне уменьшается:

П, > П2 > П3 и т. д.

Затраты на дыхание обычно больше энергетических затрат на увеличение массы организма. Например, в годовом бюджете энергии в популяции крапивника из общего количества используе­мой пищи (127 ккал/м2-год) только 17 ккал/м2-год (около 13 %) расходуется на продукцию (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Годовой бюджет энергии в популяции крапивника, ккал.м2.год' (по Ю. Одуму, 1975)

Количественные соотношения первичной и вторичной продук- ции в экосистемах подчиняются правилу пирамиды.

Экологические пирамидыотражают законы распреде­ления количества энергии в пищевых цепях: показывают, что на каждом предыдущем трофическом уровне количество энергии, аккумулированной s единицу времени, больше, чем на последу­ющем. Они графически изображаются в виде поставленных друг


на друга прямоугольников равной высоты, длина которых соот-ветствует масштабам продукции на соответствующих трофических уровнях. Эта закономерность справедлива не только для энергии, но и для численности, и биомассы организмов.

Первоначально экологическая пирамида была построена
Ч. Элтоном (1927) как пирамида чисел (рис. 3.9). Позже строились пирамиды распределения по трофическим уровням

Рис. 3.9. Пирамида чисел Ч. Элтона (1927)

Но пирамиды чисел, как и пирамиды биомасс, не всегда имеют классический вид. Например, когда мелкие хищники жи-вут за счет групповой охоты на крупных животных, пирамида чисел может иметь вид перевернутой пирамиды. Для океана пирамиды биомасс также имеют перевернутый вид, так как там существуют тенденции к накоплению биомассы на высших трофических уровнях крупными растительноядными, как кит, например, или хищными, как акула, животными, длительность жизни которых велика, а скорость размножения мала, поэтому в их

 


Глава 3. Энергия в экосистемах


Глава 3. Энергия в экосистемах


 


телах задерживается значительная часть веществ, поступающих по цепям питания. Лишь пирамиды накопленной энергии всегда имеют классический вид (рис. 3.10).

Пирамида энергии

Рис. 3.10. Пирамиды чисел, биомасс и энергии (по Ю. Одуму, 1975)

На первом трофическом уровне в энергию пищи превращает­ся лишь около 1 % солнечного света. Вторичная продукция на каждом последующем трофическом уровне консументов составля­ет около 10 % от предыдущей. Если питательная ценность источ­ника энергии велика, то эффективность ее усвоения может быть и выше, однако, средняя эффективность не превышает 10 - 20 %.

Эта закономерность носит название закона Линдемана, откры­того им в 1942 г., или «правила 10 %». Согласно этому закону в среднем только 10 % от количества энергии, поступившей на трофический уровень, передается организмам, находящимся на последующем трофическом уровне. Так, количество энергии, ко­торое доходит до третичных консументов, составляет около 10-4 энергии, поглощенной продуцентами. Это объясняет ограниченное число звеньев в пищевой цепи: пять и очень редко шесть.


Важное экологическое значение имеет соотношение между долями аккумулированной энергии, расходуемой на продукцию и дыхание (П/Д). Часть энергии, идущая на дыхание, т. е. на поддержание структуры биомассы, велика в популяциях крупных организмов (люди, деревья). А в популяциях мелких организмов (бактерии, водоросли) сравнительно велика доля энергии, иду­щей на образование продукции.

V молодых затраты на рост могут достигать значительных величин, в то время как взрослые используют энергию пищи почти исключительно на дыхание. Интенсивность образования продукции снижается с возрастом. При стрессовых воздействиях на систему возрастает дыхание.

Следует учитывать, что желание повысить продукцию пищи (П), например в агроэкосистемах, обязательно обернется увели­чением затрат на поддержание их структуры (Д). Может насту­пить предел, после которого выигрыш от роста продукции сведет­ся на нет ростом расходов на дыхание.

Продуктивность экосистем- это скорость, с которой живые организмы экосистемы производят полезную химическую энергию, заключенную в их биомассе. Продуктивность рассчитывается как количество энергии, аккумулированной организмами за единицу времени на единице площади (для наземных экосистем) или в единице объема (для водных экосистем).

Единицами измерения могут быть: количество сконцентри­рованной в биомассе энергии (ккал/м2сут иликкал/м2год) или количество связанного в биомассе углерода (г С/м2-сут или г С/м2год). Продуктивность растений можно выражать в количе­стве выделенного кислорода (г О22-сут или г О2/м2год). При этом 1 ккал энергии эквивалентна 0,1068 г углерода С и 0,2849 г кислорода О2.

Следовательно, продуктивность экосистем характеризует их способность концентрировать солнечную энергию в продукции органических веществ биомассы различных организмов. Различа­ют следующие виды продукции:


Глава 3. Энергия в экосистемах

Валовая первичная продукция- органическое вещество,

которое синтезируется растениями в единицу времени на едини­це площади или объема, включая ту его часть, которая расходу­ется на дыхание растений.

Чистая первичная продукция- органическое вещество, накопленное в растительных тканях в единицу времени на едини­це площади или объема, за вычетом той части, которая израсхо­дована на дыхание растений за то же время.

Чистая первичная продукция экосистемы- это чистая первичная продукция органического вещества в экосистеме за вычетом той ее части, которая была ассимилирована консумен-тами в единицу времени на единице площади или объема.

Вторичная продукция экосистемы- органическое веще­ство, синтезированное на уровне консументов в единицу време­ни на единицу площади или объема.

Чистая первичная продукция может считаться главным источ­ником питания для животных. Эта величина используется для оцен­ки потенциала пищевых ресурсов для животных и человека.

Лишь сравнительно небольшая часть биосферы является плодо­родной в естественных условиях. Продуктивность экосистем опреде­ляется лимитирующими факторами: наличием воды, питательных солей, интенсивностью солнечной радиации, способностью сис­темы использовать биогенные вещества и др.

Лимитрующие факторы в разных экосистемах различны. В пустыне - это вода, в глубоководных зонах моря - освещенность и недостаток питательных солей, в Арктике и Антарктике - низ­кие температуры. Эти районы представляют собой, по существу, «биологические пустыни» с очень низкой среднегодовой первич­ной продукцией. Рапределение первичной продукции в разных экосистемах мира показано на рис. 3.11.

Суммарные величины первичной продукции основных экосистем отличаются от их среднегодовой продуктивности. Так, суммарная продукция открытого океана составляет около 200 млрд ккал/год,


Глава 3. Энергия в экосистемах

а среднегодовая - не превышает 500 ккал/м2тод, в то время как среднегодовая первичная продукция эстуариев составляет около 9000 ккал/м2тод при суммарной продукции 20 млрд ккал/год. Эти цифры не должны вводить в заблуждение. Суммарная продук­ция океана велика потому, что его площадь составляет 71 % поверх­ности планеты. Но его среднегодовая продуктивность с 1 м2 очень низка. Добыча водорослей и трав, рассеянных на огромной площа­ди, требует затрат энергии, намного превышающих количество химической энергии в собранных морских водорослях.

Рис. 3.11. Распределение валовой первичной продукции в различных экосистемах био­сферы

Структура экосистемы также влияет на ее продуктивность. Первичная продукция лиственного леса обычно превосходит про­дукцию пшеничного поля благодаря наличию вертикальной ярус-ности, когда каждый ярус (деревья, кустарник, подрост, трава) поглощает некоторую часть солнечной энергии.

Население Земли составляет около 6,0 млрд человек, каждо­му требуется ежегодно почти 1 млн ккал пищи, т. е. человече-


Глава 3. Энергия в экосистемах

ству необходимо только на питание 6-1015 ккал энергии. В мире ежегодно собирается около 7-1015 ккал первичного органичес­кого вещества, но из-за неравномерного распределения, потерь и низкого качества части урожая этого количества энергии оказы­вается недостаточно. Кроме того, человек использует первичную продукцию не только как пищу, но и в виде волокон (хлопок, лен), и в качестве топлива (древесина и др.). В некоторых странах деревья сжигают гораздо быстрее, чем они могут расти, и леса превращаются в пустыни.

Описание потоков энергии является фундаментом эколо­гического анализа для прогнозирования выхода полезных для человека продуктов.

■ Энергетические типы экосистем.Энергия - наиболее удобная основа для классификации экосистем. Различают четы­ре энергетических типа… Во многих случаях могут использоваться и два источника энергии: Солнце и… Природные экосистемы, движимые Солнцем, малосубси­дируемые- это открытые океаны, высокогорные леса. Все они получают…

Показателем энергоэффективности является отношение количества полезной энергии на выходе системы ко всей полезной энергии на входе.

Для выполнения различных видов работы может применяться энергия разного качества. Чтобы горел свет, работали электродви­гатели, электронные приборы,… Но, пока недостаточно разработаны технологии концентра­ции энергии, можно… Пассивные системы могут улавливать первичную солнечную энер­гию, сохранять ее и использовать для обогрева зданий и…

При разработке будущей стратегии в стране и в мире в целом необходимо руководствоваться важнейшим прин­ципом - использовать энергию такого качества, которое соответствует выполняемой работе.

Горючие ископаемые и атомная энергия должны идти в основ­ном на поддержание механизмов, требующих высококачествен­ной энергии (самолетов, космических кораблей, автомобилей и др.); не следует их тратить в котельных и печах там, где обогре­вать дома может Солнце. Запасы нефти и угля сохранятся дольше и позволят выиграть время для разработки технологий получения высококачественной энергии.

Одновремено необходимо разрабатывать меры по сохранению как количества, так и качества энергии. Сохранение количества энергии - обычная экономия энергии, т. е. искусство сбережения, снижения утечек, потерь и др. Сохранение качества энергии - это задача устранения ее деградации, потерь рассеивающегося тепла.

Энергию высокого качества нельзя использовать вторично, но можно замедлить потери тепла в окружающую среду при трансфор­мации высококачественной энергии в низкокачественную, т. е. сберегать ее эксергию. Например, плохо изолированный дом в холодное время теряет тепло с такой же скоростью, с какой оно производится. Напротив, герметичное здание может удерживать тепло от нескольких часов до трех-четырех суток. Снижение температуры - эксергоразрушительный процесс, а рециркуляция теплоты - эксергосберегающий.

В некоторых административных зданиях тепло, излучаемое свети­льниками, компьютерами и другими приборами, аккумулируют и направляют на отопление при холодной погоде или на охлаж­дение воздуха при жаркой погоде. Тепловые выбросы промыш­ленных предприятий и станций можно использовать для обогрева зданий, теплиц, прудов. Подсчитано, что если при эксплуатации


Глава 3. Энергия в экосистемах

всех паровых котлов в США станет использоваться выбрасывае­мое тепло, то будет получено столько же электроэнергии, сколько могли бы произвести от 30 до 200 электростанций (в зависимости от технологии), работающих на ядерном топливе или на угле. Это значительно снизило бы стоимость электроэнергии.

Основой для энергооборота в будущем должны быть экономия энергии, эффективное ее использование и раз­работка эксергосберегающих технологий.

■ Энергия и деньгитесно взаимосвязаны. Не деньги, а именно энергия является истинной «валютой» в нашем мире.

Деньги- это мера стоимости товаров, созданных трудом.

Потокиденег и энергии взаимосвязаны, но поток денег противо-положен потоку энергии. Зададим численные значения потокам энергии, поступающим на ферму… Рис. 3.15. Потоки энергии и денег на ферме (по Г. Одуму и Е. Одум, 1978)

Энергетическая теория экосистем позволяет включить «бесплатную» работу природы в разряд экономических ценностей и таким образом вывести экономические систе­мы на уровень экологических.

Мировая экономика в конечном счете зависит от основных природных экосистем - морских, пресноводных, наземных. По мере того как природные ресурсы истощаются, а экосистемы подвергаются стрессовым воздействиям, начинает страдать и ми­ровая экономика: товары и услуги становятся все дефицитнее, их производство все дороже, что приводит к инфляции во всем мире.

Контрольные вопросы и упражнения

1. Приведите примеры действия двух законов термодинамики в экосистемах.

2. Приведите примеры низкоэнтропийных и высокоэнтропий­ных систем; какие из них более жизнестойкие?

3. Почему природные системы могут сохранять упорядоченность?

4. В каких формах и видах существует энергия?

5. Как можно характеризовать качество энергии?

6. Дайте определение эксергии.

7. Чем отличается высококачественная энергия от низкокачест­венной?


Глава 3. Энергия в экосистемах

8. Во сколько раз рабочий потенциал ископаемого топлива больше рабочего потенциала солнечного света?

9. Как превращается энергия в пищевой цепи? Нарисуйте схему.

 

10. Какие трофические уровни в пищевой цепи занимают проду­центы и консументы первого, второго и третьего порядков?

11. Какие трофические уровни занимает человек?

12. Хищные рыбы в озере используют в пищу мелкую рыбу (69 ккал/м2тод), мальков (29 ккал/м2тод), другие живые организмы (38 ккал/м2год). С экскрементами выделяется 31 ккал/м2тод, на дыхание расходуется 83 ккал/м2год. Какой процент поступившей энергии используется на рыбо­продуктивность?

13. Какую закономерность отражают экологические пирамиды? Чем отличаются пирамиды энергии от пирамид чисел и биомассы?

14. Дайте определения валовой, чистой и вторичной продукции экосистем.

15. В каком виде поступают энергетические дотации в природ­ные и антропогенные экосистемы?

16. Перечислите энергетические типы экосистем.

17. Как оценивается эффективность использования энергии?

18. Какая энергия называется чистой?

19. При каких видах работ целесообразно использовать первич­ную солнечную энергию?

20. Рентабельно ли использовать электроэнергию АЭС для теп­лоснабжения жилых домов?

21. Как взаимосвязаны потоки энергии и денег? Нарисуйте схему.

22. Исходя из средней зарплаты по стране (выразите в долла­рах США), рассчитайте, сколько энергии тратится для обес­печения жизнедеятельности и деловой активности работаю­щего человека в России за год, если 1 доллар эквивалентен 25000 ккал.


Глава 3. Энергия в экосистемах

23. Исходя из средней пенсии по стране (выразите в долларах США), рассчитайте, сколько энергии тратится для поддержа­ния жизнедеятельности пенсионера в России за год.

24. Какой подход позволяет «бесплатную» работу природы оце­нить в денежных единицах?


 



ГЛАВА 4

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ


Глава 4. Круговорот веществ

4.1. ГлобальныйСолнечная энергия обеспечивает на Земле круговоротдва круговорота веществ: большой, или геоло-веществгический (абиотический) и малый, или био­логический (биотический).

■ Большой круговоротнаиболее четко проявляется в циркуля­ции воздушных масс и воды.

В основе большого геологического круговорота лежит процесс переноса веществ, в основном минеральных соединений, из одного места в другое в масштабе планеты.

Около 30 % падающей на Землю лучистой энергии расхо­дуется на перемещение воздуха, испарение воды, выветривание горных пород, растворение минералов и т. п. Движение воды и ветра, в свою очередь, приводит к эрозии почв и горных пород, транспорту, перераспределению, осаждению и накоп­лению механических и химических осадков на суше и в океа­не. В течение длительного времени образующиеся в море напластования могут возвращаться на поверхность суши, и про­цессы возобновляются. К этим циклам подключаются вулкани­ческая деятельность, землетрясения и движение океанических плит в земной коре.

Круговорот воды,включающий ее переход из жидкого в газообразное и твердое состояния и обратно, - один из главных компонентов абиотической циркуляции веществ. В процессе гид­рологического цикла происходят перераспределение и очистка планетарного запаса воды.

В круговороте воды суммарное испарение компенсируется выпадением осадков. Особенность круговорота в том, что из океана испаряется воды больше - примерно 3,8 геограмма в год (1 геограмм равен 1020 г, или 10м т), чем возвращается с осадками - около 3,4 геограмма в год. На суше, наоборот, осадков выпадает больше - примерно 1,0 геограмм, а суммар­но испаряется около 0,6 геограмма ежегодно. Поэтому зна­чительная часть осадков, используемых экосистемами суши, втом числе и агроэкосистемами, производящими пищу для чело-


Глава 4. Круговорот веществ

века, состоит из воды, испаряющейся из моря. Излишки воды с суши стекают в озера и реки, а оттуда снова в океан. По существующим оценкам, в пресных водоемах содержится 0,25 геограмма воды, а годовой сток составляет 0,2 геограмма. Часть пресной воды, возвращающейся в виде осадков, замерза­ет в ледниках. Таким образом, время оборота пресных вод составляет примерно один год. Разность между количеством осадков, выпадающих на сушу за год (1,0 геограмм), и стоком (0,2 геограмма) составляет 0,8 геограмма, которые испаряют­ся и поступают в подпочвенные водоносные горизонты. Поверхностный сток частично пополняет резервуары грунтовых вод и сам пополняется от них (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Круговорот воды в биосфере: годовой объем испарения и осадков указан в геограммах

С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относи­тельно сложным, так как к физическому явлению превращения


Глава 4. Круговорот веществ

 

воды в пар добавился процесс биологического испарения, связан­ный с жизнедеятельностью организмов, - транспирация. Соот­ношение количества воды, выделившейся в результате транспи-рации и испарения, меняется в зависимости от местных условий. В тропическом влажном лесу количество воды, испаряемой расте­ниями, более чем в два раза превышает испарение с той же площади растениями саванны, расположенной на той же широте и высоте. Растительность в целом играет значительную роль в испарении воды, влияя тем самым на климат регионов. Она является также водоохранным и водорегулирующим фактором: смягчает паводки, удерживая влагу в почвах и препятствуя их иссушению и эрозии.

Общие запасы воды на Земле оцениваются приблизительно в 1386 млн км3. Соленая вода составляет около 97,5 % от объема водной массы, на мировой океан приходится 96,5 %. Объем пресных вод, по разным оценкам, составляет 35 - 37 млн км3, или 2,5 - 2,7 % от общих запасов воды на Земле. Большая часть пресных вод (68 - 70 %) сосредоточена в ледниках и снежном покрове.

Энергетика гидрологического цикла представлена в виде двух энергетических путей. Движение вверх (испарение) осуще­ствляется за счет солнечной энергии, часть которой вода погло­щает. При выпадении осадков она отдает энергию озерам, ре­кам, заболоченным землям, другим экосистемам и непосредст­венно человеку, например на ГЭС (рис. 4.2).

Около трети поступающей солнечной энергии затрачивается на движение воды. Это еще один пример «безвозмездной услуги», которую оказывает людям Солнце.

 

Деятельность человека оказывает огромное влияние на

глобальный круговорот воды. В результате покрытия земной поверхности непроницаемыми материалами, строительства оросительных систем, уплотнения пахотных земель, уничтожения лесов и т. п. сток воды в океан увеличивается и пополнение фонда грунтовых вод сокращается.

Рис. 4.2. Энергетика гидрологического цикла (по Ю. Одуму, 1986)

 

Во многих сухих областях резервуары подземных вод выкачиваются человеком быстрее, чем заполняются. В засушливых районах США (западная часть Оклахомы, Техас, Канзас), например, подземные горизонты наполнены водой, накопившейся в более влажные геологические периоды, и теперь количество ее не увеличивается. Вода здесь - невозобновляемый ресурс, подобно нефти, и основные ее источники будут исчерпаны через 30 - 40 лет.

Рост объема поверхностного стока, в свою очередь, увеличивает риск наводнений и усиливает эрозию почв.

В России для водоснабжения и орошения земель разведано 3367 месторождений подземных вод, эксплуатационные запасы которых составляют 28,5 км3/год. Степень освоения этих запасов

135
Глава 4. Круговорот веществ

на 1996 г.составляет в РФ не более 33 %, а в эксплуатации находится около 1600 месторождений. Но в результате интенсивного водозабора в эксплуатируемых скважинах в уровен-ной поверхности подземных вод сформировались депрессивные воронки площадью 50 000 км2, а снижение уровня в центре воронки - 80 - 130 м (Москва, Брянск,Санкт-Петербург, Курск).

Малый круговорот.На базе большого геологического круговорота возникает круговорот органических веществ, или малый, биологический (биотический) круговорот. В 1927 г. со­ветский ученый В. Р. Вильямс писал: «Из большого, абиотическо­го, круговорота веществ на земном шаре вырывается ряд элемен­тов, которые, постоянно увлекаемые в новый, малый, по сравне­нию с большим, биологический круговорот, надолго, если не навсегда, вырываются из большого круговорота и вращаются непрерывно расширяющейся спиралью в одномнаправлении в малом, биологическом, круговороте».

В основе малого круговорота веществ лежат процессы синтеза и разрушения органическихсоединений. Эти двапроцесса обеспечивают жизнь и составляют одну из глав­ных ее особенностей.

В отличие от геологического, биологический круговорот харак­теризуется ничтожным количеством энергии. На создание органического вещества, как уже упоминалось, затрачивается всего около 1 % падающей на Землю лучистой энергии. Однако эта энергия, вовлеченная в биологический круговорот, соверша­ет огромную работу по созиданию живоговещества. Чтобы жизнь продолжала существовать, химические элементы должны постоянно циркулировать из внешней среды в живые организмы и обратно, переходя из протоплазмы одних организмов в усво­яемую для других организмов форму.

Все абиотические и биотические планетарные циркуля­ции веществ тесно переплетены и образуют общий глобаль­ный круговорот, перераспределяющий энергию Солнца.


Глава 4. Круговорот веществ

Иными словами, все химические элементы участвуют и в большом, и в малом круговороте веществ, перемещаясь из неживой среды в живые организмы и обратно, образуя биогеохимические циклы.

Биогеохимические циклы- это более или менее замкнутые пути движения химических элементов в живых организмах («био»), в твердых породах, воздухе и воде («гео»). В круговороте элементов различают две части: резервный фонд- большая небиологическая часть медленно движущихся веществ и обменный фонд- меньшая, но более подвижная часть, которая быстро обменивается между организмами и окружающей их средой. Резервный фонд называют «недоступным», а обменный - «доступным» (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Биогеохимические циклы на фоне упрощенной схемы потока энергии: Пв, Пч, Пвт - валовая, чистая и вторичная продукция; -> - энергия; -> - вещества

Из более чем ста химических элементов, встречающихся в природе, 30 - 40 являются биогенными, т. е. необходимы орга­низмам. Некоторые из них (углерод, водород, кислород, азот, фосфор) нужны организмам в больших количествах - макро­элементы, другие - в малых или даже ничтожных - микроэлементы.


Глава 4. Круговорот веществ

Следует иметь в виду, что циклы с малым объемом резервно­го фонда более подвержены воздействию человека. Биогеохими­ческие циклы делятся на два типа: газообразные циклы с резервным фондом химического элемента в атмосфере и гидро­сфере и осадочные циклы с резервным фондом в земной коре. Главными биогеохимическими циклами, обеспечивающими жизнь на планете (кроме круговорота воды), являются циркуля­ции углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и других био­генных макроэлементов. Рассмотрим некоторые из них.

4.2. Циклы газооб-Биогеохимические циклы углерода и разных веществазота - примеры наиболее важных газо­образных циклов биогенных веществ. Углерод поступает в биологический круговорот в виде СО2, кото­рый усваивается растениями, а азот - в виде газообразного азота N2, который используется азотфиксирующими организма­ми. Доступные запасы этих газов содержатся в атмосфере.

Круговорот углерода.Углерод - основной строительный материал молекул важных для жизни органических соединений (углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот - ДНК, РНК и др.). Растения получают его, поглощая СО2 из атмосферы. Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде СО2 относительно невелики в сравнении с его запасами в океанах и земной коре (в виде ископаемого топлива). Но твердые формы углерода продуценты усваивать не могут.

В другие геологические эпохи содержание СО2 в атмосфере было в 6 - 10 раз выше.

Вспомним, как образовалась современная земная атмосфера с низким содержани­ем углекислого газа и высоким содержанием кислорода. Более 3 млрд лет назад до появления жизни атмосфера Земли, подобно современной атмосфере Юпитера и других планет, состояла из вулканических газов. В ней было много СО2 и мало (или совсем не было) кислорода. Первые организмы были анаэробными, т. е. жили в отсут­ствие кислорода. В результате того, что скорость образования органических веществ в среднем превышала скорости их разложения, в атмосфере стал появляться О2.

Накопление кислорода началось с докембрия, и к началу палеозоя его содержание в атмосфере не превышало 10 % от современного. В дальнейшем оно неуклонно росло. Предполагают, что в истории Земли были периоды, когда концентрация кислорода превышала современную. Сейчас наличный запас свободного кислорода оценивается приблизительно в 1,6 1015 т. Современные зеленые растения могут воссоздать такое


Глава 4. Круговорот веществ

количество за 10 000 лет. Накоплению кислорода, по-видимому, способствовали также геологические и физико-химические процессы.

Биотическая циркуляция углерода в биосфере основана на потреблении С02 из атмосферы и его поступлении в атмосферу.

Потребление углекислого газа из воздухапроисходит главным образом:

1) в процессе фотосинтеза С02 + Н20 —> СН20 + 02;

2) в реакциях его с карбонатами в океане С02 + Н20 + СаСО3 -> Са(НС03)2;

3) при выветривании горных пород Fe2S3 + 6С02 + 6Н20 —> 2Fe(HC03)3 +3H2S.

Поступление углекислого газа в атмосферув современ­ных условиях происходит в результате:

1) дыхания всех организмов;

2) минерализации органических веществ;

3) выделения по трещинам земной коры из осадочных пород (имеют также биогенное происхождение);

4) выделения из мантии Земли при вулканических извержени­ях (незначительная часть - до 0,01 %);

5) сжигания древесины и топлива (рис. 4.4).

Низкое содержание СO2 и высокие концентрации O2 в атмосфе­ре сейчас служат лимитирующими факторами для фотосинтеза, а зеленые растения и карбонаты океана являются регуляторами этих газов, поддерживающими относительно стабильное их соот­ношение (0,03 % и 21 %).

Таким образом, «зеленый пояс» Земли и карбонатная система океана являются буферной системой, которая под­держивает относительно постоянное содержание СO2 в ат­мосфере.

Полагают, что до наступления индустриальной эры потоки углерода между атмосферой, материками и океанами были сбалансированы.

Влияние человека на круговорот углеродапроявилось в том, что с развитием индустрии и сельского хозяйства поступле-


 


Глава 4. Круговорот веществ


Гпава 4. Круговорот веществ

ние С02 в атмосферу стало расти за счет антропогенных источ­ников.

Основная масса углерода находится в земной коре в связан­ном состоянии. Важнейшие минералы - карбонаты, количество углерода в них оценивается в 9,6-1015 т. Разведанные запасы горючих ископаемых (угли, нефть, битумы, торф, сланцы, газы) содержат еще около 1013 т углерода. Человек тем или иным путем извлекает эти запасы из недр и постепенно увеличивает поток С02 в атмосферу: в 1800 г. концентрация С02 составля­ла 0,029 %, в 1958 г. - 0,0315 %, в 1980 г. - 0,0335 %, а в 1995 г. - 0,0352 %.

Главные причины увеличения содержания С02 в атмо­сфере - это сжигание горючих ископаемых в промышлен­ности, на транспорте и уничтожение лесов.

При уничтожении лесов содержание углекислого газа в атмо­сфере увеличивается при непосредственном сжигании древеси­ны и разложении неиспользованной биомассы растений, за счет снижения фотосинтеза и при окислении гумуса почвы (если на месте лесов распахивают поля или строят города). Леса - важ­ные накопители углерода: в биомассе лесов приблизительно в 1,5, а в лесном гумусе - в 4 раза больше углерода, чем в атмосфере.

Сельское хозяйство также приводит к потере углерода в почве, так как потребление С02 из атмосферы агрокультурами в течение лишь части года не компенсирует полностью высвобож­дающийся из почвы углерод, который теряется при окислении гумуса в результате частой вспашки.

Одновременное уменьшение поглотительной способности «зе­леного пояса» может привести к сбою механизмов саморегуля­ции природной буферной системы.

Кроме С02, в атмосфере присутствуют в небольших количест­вах еще два углеродных соединения: оксид углерода СО (около 0,1 млн1) и метан СН4 (около 1,6 млн1). Как и С02, они находятся в быстром круговороте: время пребывания в атмосфе-


Глава 4. Круговорот веществ

ре СО - около 0,1 года, СН4 - 3,6 года, а С02 - 4 года. В естественных условиях СО и СН4 образуются при неполном анаэробном разложении органических веществ и в атмосфере окисляются до С02. Количество СО, попадающего в атмосферу при сгорании топлива, особенно с выхлопными газами, равно его естественному поступлению.

Оксид углерода - смертельный яд для человека. В глобальном масштабе его количество не представляет угрозы, но в городах концентрация этого газа достигает 100 млн-1, т. е. в 1000 раз больше естественного содержания, и становится угрожающей, особенно в районах с сильным автомобильным движением. Для сравнения приведем такие данные: курильщик (пачка сигарет в день) получает столько СО, сколько он получил бы, дыша возду­хом с содержанием СО 400 млн1, т. е. вдыхание СО в насы­щенных автотранспортом городах сопоставимо сего количе­ством, поступающим в кровь при курении табака. Это уменьша­ет содержание оксигемоглобина в крови на 3 % и приводит к анемии и другим заболеваниям, связанным с гипоксией (гр. hypo -низкое, ох/ - кислород): ишемической болезни, стенокардии, другим сердечно-сосудистым заболеваниям.

Следовательно, деятельность человека увеличивает при­ток углерода в атмосферу в виде С02.

Потребление азотапроисходит: 1) в процессе биологической фиксации N2 из воздуха - азотфик-сации благодаря… Глава 4. Круговорот веществ

Следовательно, хотя человек и влияет как на потреб­ление N2, так и на поступление его в атмосферу, эти потоки сбалансированы и не меняют его концентрацию в воздухе, в отличие от потоков С02, которые ведут к на­коплению газообразного углерода в атмосфере.

4.3. Осадочные циклыДля большинства химических элементов и соединений, которые обычно связаны с ли­тосферой, а не с атмосферой, характерны осадочные циклы. Циркуляция таких элементов осуществляется пу­тем эрозии почв, осадкообразования, горообразования, вулканической деятельности и переноса веществ организмами. Твердые вещества, переносимые по воздуху как пыль, выпадают на землю в виде сухих осадков или с дождем. Осадочные циклы имеют общую направленность «вниз». В табл. 4.1 приведены оценки годового сноса отложений с каждого континента в океаны.

Таблица 4.1 1 Оценки годового выноса осадков с суши в океаны (по Ю. Одуму, 1986)

 

Часть света или материк Площадь водосбора, млн км2 Общий вынос, млрд т
Европа 9,3 0,32
Азия 26,9 15,91
Северная Америка 20,7 1,96
Южная Америка 19,4 1,20
Африка 19,9 0,54
Австралия 5,2 0,23

Примечательно, что Азия - часть света с древнейшими цивилиза­циями. В течение длительной истории ее территория испытывала


Глава 4. Круговорот веществ

антропогенный пресс, который и привел к наибольшим потерям почвенного материала.

Живым сообществам доступны в основном те химические эле­менты, которые входят в состав пород, расположенных на повер­хности Земли. Важным для биосферы элементом, недостаток ко­торого на поверхности ограничивает рост растений, является фосфор.

Человек так изменяет движение многих веществ, участвующих в осадочных циклах, что круговороты их теряют цикличность. В результате в одних местах возникает недостаток, а в других -избыток некоторых веществ. Механизмы, обеспечивающие воз­вращение химических элементов в круговорот, основаны глав­ным образом на биологических процессах минерализации орга­нических веществ.

Из осадочных циклов наибольшее значение в биосфере име­ет круговорот фосфора.

Круговорот фосфора.Фосфор - один из наиболее важ­ных биогенных элементов. Он входит в состав нуклеиновых кис­лот, клеточных мембран, ферментов, костной ткани, дентина, молекул АТФ и АДФ, в которых запасается химическая энер­гия. По сравнению с азотом он встречается в относительно немногих химических формах. В биотический круговорот фос­фор поступает в процессе разрушения протоплазмы организмов и постепенно переходит в фосфаты: Р043-, НР042- и H2P041-.

Особенность биогеохимического цикла фосфора заклю­чается в том, что, в отличие от азота и углекислого газа, резервным фондом его является не атмосфера, а горные породы и отложения, образовавшиеся в прошлые геологи­ческие эпохи.

Циркуляция его легко нарушается, так как основная масса вещества сосредоточена в малоактивном и малоподвижном ре­зервном фонде, захороненном в земной коре. Если «захороне­ние» совершается быстрее, чем обратный подъем на поверхность, то значительная часть обменного материала на длительное время


Глава 4. Круговорот веществ

выбывает из круговорота. Такая ситуация складывается часто, когда добывают фосфатные породы: свалки отходов производст­ва возникают вблизи шахт и заводов, и эта часть фосфора выключается из биотического оборота.

Фосфор очень медленно перемещается из фосфатных по­род на суше к живым организмам и обратно.

Потребляется фосфор:1) растениями и животными для построения белков протоплазмы и 2) в промышленном производ­стве удобрений, моющих средств и рыбопродуктов.

Поступление фосфорав биотический круговорот происхо­дит в основном: 1) в процессе эрозии фосфатных пород (в том числе, гуано) и 2) вследствие минерализации продуктов жизнеде­ятельности и органических остатков растений и животных.

Образующиеся при минерализации органических веществ фосфаты поступают сотходами и сточными водами в наземные и водные экосистемы, где вновь могут потребляться растениями в процессе фотосинтеза.

Механизмы возвращения фосфора в круговорот в природе не­достаточно эффективны и не возмещают той его части, которая захоранивается в осадках. Вынос фосфатов на сушу осуществляется в основном с рыбой. Но это не компенсирует их поток с суши в море. Морские птицы также участвуют в возвращении фосфора в круговорот (например, скопления гуано на побережье Перу). Одна­ко перенос фоофора и других веществ из моря на сушу птицами сейчас происходит не столь интенсивно, как в прошлом (рис. 4.7).

Влияние деятельности человекана циркуляцию фосфора ведет к его потерям и захоронению на дне океана, что делает цикл менее замкнутым. Так, по некоторым оценкам, с морской рыбой, вылавливаемой человеком, и морепродуктами на сушу возвращается лишь около 60 тыс. т в год элементарного фосфо­ра. Добывается же ежегодно около 2 млн т фосфорсодержа­щих пород. Большая часть этого фосфора попадает в море с моющими средствами, в производстве которых он используется, и с удобрениями, т. е. выключается из круговорота. Так, напри-


 


Глава 4. Круговорот веществ


Глава 4. Круговорот веществ

мер, потери фосфора с ненарушенных облесенных водосбор­ных бассейнов невелики и компенсируются поступлениями с дож­дем и продуктами выветривания. Но ниже по течению рек, где деятельность человека активна, картина иная. С увеличением сте­пени освоения, т. е. с увеличением площадей, занятых сельскохо­зяйственными полями и городами, в водах рек резко возрастает содержание фосфора. В воде, стекающей с городских террито­рий, в 7 раз больше этого элемента, чем в воде реки, протекаю­щей по местности, занятой лесом.

Кроме того, в стоке с освоенных территорий до 70 % фос­фора содержится в растворимых минеральных формах, а в стоке с территорий, занятых естественной растительностью, преоб­ладают малорастворимые органические соединения фосфора. Однако смыв фосфорных удобрений с полей не столь велик, как азотных, так как в воде фосфаты малорастворимы, а в щелоч­ной среде - практически нерастворимы и поэтому задерживаются почвенными частичками (рис. 4.8).

Исследования показали, что в наземных экосистемах боль­шая часть фосфора находится в связанной форме и недоступна для растений. Отсюда можно сделать важный для практики вы­вод: избыток удобрений может оказаться столь же невыгодным, как и их недостаток. Если в почву вносится больше вещества, чем могут использовать в данный момент организмы, избыток его быстро связывается почвой, становясь недоступным именно в тот период, когда он наиболее необходим организмам.

Следовательно, источниками поступления фосфора в океаны являются: бытовые сточные воды, обогащенные фосфорсодержа­щими моющими средствами; промышленные сточные воды от пред­приятий, производящих удобрения; поверхностный сток с сельс­кохозяйственных угодий. Кроме того, после биологической очи­стки сточные воды обогащаются минеральным фосфором вслед­ствие интенсификации минерализации органических веществ на очистных сооружениях. Правда, производство моющих средств, содержащих фосфор, в некоторых странах уже запрещено.


Глава 4. Круговорот веществ

Рис. 4.8. Зависимость концентрации фосфора в воде реки от доли освоенной площади водосборного бассейна (по Ю. Одуму, 1986)

Серьезные опасения вызывает также «цветение» воды вслед­ствие «удобрения» ее избыточным количеством фосфатов. В результате этих процессов из-за массового развития и отмира­ния водорослей наблюдается вторичное загрязнение воды и захоронение фосфора с остатками водорослей в донных отло­жениях. Но усвоение фосфатов продуцентами сильно зависит от кислотности среды и растворимости образующихся соеди­нений (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Образование растворимых соединений фосфора в зависимости от кислотности

В конечном счете, теоретически потери фосфора могут приве­сти к голоду. Если мы хотим предотвратить угрозу голода, придется серьезно заниматься возвращением фосфора в круговорот. Упо­вать на геологические подъемы отложений в некоторых районах


Глава 4. Круговорот веществ

Земли, которые вернут на поверхность суши «потерянные фосфа-ты», вряд ли разумно. Целесообразнее искать другие пути предот­вращения потерь фосфора и прежде всего сократить его сброс в водные объекты. Следует активнее использовать сточные воды для орошения наземной растительности, которая аккумулирует фос­фор на поверхности, или пропускать их через естественные водно-болотистые угодья, вместо того чтобы сбрасывать в реки.

Сохранение цикличности круговорота фосфора очень важ­но, потому что из всех биогенных веществ, необходимых орга­низмам в больших количествах, фосфор - один из наименее доступных элементов на поверхности Земли. Фосфор и теперь часто лимитирует первичную продукцию экосистем, а в будущем его лимитирующее значение может резко возрасти, что грозит снижением пищевых ресурсов планеты.

Следовательно, деятельность человека приводит к поте­рям фосфора из круговорота, которые происходят вслед­ствие его избыточного поступления в водоемы из антропо­генных источников и последующего захоронения в глубо­ководных океанических осадках.

Круговороты второстепенных элементов.Второстепенные элементы, как и жизненно важные, мигрируют между организмами и средой. Многие из них концентрируются в тканях благодаря хими­ческому сходству с какими-либо важными биогенными элементами, что может оказаться опасным для организма. Некоторые второстепенные элементы попадают в круговорот в результате деятельности человека. Угрозу представляют токсичные отходы, все в больших объемах сбра­сываемые в окружающую среду, которые начинают циркулировать вместе с жизненно важными элементами. Большинство второстепенных элементов в концентрациях и формах, обычных для природных сис­тем, не оказывают отрицательного влияния на организмы, так как последние к ним адаптированы. Но если очень редкий элемент вносит­ся в среду в форме высокотоксичного соединения металла или искус­ственного радиоактивного изотопа, то даже небольшое количество его способно оказывать значительный биологический зффект.

1 5 5


Глава 4. Круговорот веществ

В качестве примеров рассмотрим стронций, цезий и ртуть. При циркуляции стронция и цезия может происходить их концент­рация в тканях.

Стронций (Sr)- хороший пример ранее малоизученного элемента, который теперь служит объектом особого внимания в связи с большой опасностью его радиоактивного изотопа для человека и животных. Химические свойства радиоактивных изотопов сходны с химическими свойствами нерадиоактивных изотопов того же элемента и свойствами других элементов той же группы. По свойствам стронций похож на кальций. На 1000 атомов кальция, участвующих в биогеохимическом цик­ле в природе, приходится 2,4 атома стронция. При производ­стве ядерного оружия и работе атомных станций среди отхо­дов обнаруживается радиоактивный стронций-90, который был неизвестен до расщепления атома человеком. Даже ничтожно малые количества радиоактивного Sr, поступающие в окружа­ющую среду с утечками из ядерных реакторов и после испы­таний атомного оружия, опасны, поскольку мигрируют вместе с кальцием. Стронций, попадая через растения и животных в пищу человека, может накапливаться в костных тканях, как и кальций. По мнению ученых, в костях человека в некоторых районах уже содержится такое количество стронция, которое может оказывать канцерогенное действие и вызывать другие эндемичные заболевания костной системы. Кроветворная ткань костного мозга особенно чувствительна к бета-излучению строн-
ция-90.

Цезий-137 (Cs-137)- другой опасный продукт деления ато­ма. Он схож по свойствам с калием, и потому тоже очень активно циркулирует по пищевым цепям и может накапливаться в тканях человека в опасных количествах. Накопление радионук­лидов в организмах растительноядных животных зависит от ха­рактера почв и растительности. В экосистемах с бедными почва­ми и скудной растительностью коэффициенты накопления боль­ше. Так, у оленей, обитающих на низменной песчаной равнине,


Глава 4. Круговорот веществ

содержание цезия-137 составляет в среднем 18039 nKu/кг мас­сы тела. А у оленей, обитающих в горах с хорошо дренирован­ными почвами и более богатой растительностью, содержание цезия-137 составляет в среднем только 3007 nKu/кг массы тела.

Как отмечалось выше, именно неумение избавляться от опас­ных радиоактивных отходов пока мешает более широкому при­менению атомной энергии в мирных целях.

Биогеохимический цикл ртути Hg- пример круговорота природного элемента, который почти не влиял на организмы до наступления индустриальной эры. Ртуть химически малоподвиж­на, а концентрации ее в природе невелики. Разработка место­рождений и промышленное использование увеличили поток ртути в атмосферу. Соответственно увеличился и её сток со сточными и поверхностными водами. Увеличение содержания ртути, как, впрочем, и других тяжелых металлов (кадмия, меди, цинка, хро­ма), в окружающей среде стало серьезной проблемой. Ртуть используется в различном электротехническом оборудовании, тер­мометрах, зубных пломбах, лекарствах, красках, фунгицидах и др. Больше половины расходуемой ртути не возвращается в производство. Это означает, что она попадает в природные воды и оказывается в окружающей среде (рис. 4.10).

На рис. 4.11 показаны оценки потоков ртути в сравнении с ее потоками в доиндустриальный период. Запасы ртути указаны в прямоугольниках в сотнях тонн, а потоки (стрелки) - в сотнях тонн в год. Цифры в скобках показывают потоки до появления человека. Штрихами обозначены два новых потока, порожден­ных деятельностью человека.

В результате разработки отложений и увеличения выбросов ртути возрастает ее количество в почвах, воде, живых организ­мах. При этом микроорганизмы, участвующие в круговороте, превращают ее нерастворимые формы в растворимую, очень подвижную и очень ядовитую - метилртуть. Рыбы и моллюски накапливают метилртуть до концентраций, опасных для человека, использующего их в пищу.


 


Глава 4. Круговорот веществ


Глава 4. Круговорот веществ

Ртуть - один из наиболее опасных загрязнителей, который не только нарушает природное равновесие, но и угрожает здоровью человека. Впечатляющим примером служит г. Минамата - малень­кий прибрежный городок Японии, основное предприятие которо­го в течение многих лет сбрасывало в воды залива жидкие отхо­ды, содержащие ртуть. Жители окрестностей, употребляющие в пищу рыбу, выловленную в заливе, становились глухими, немыми, слепыми, парализованными. В результате болезни, которая полу­чила название «болезни Минамата», умерло девяносто девять человек, семьдесят прикованы к постели, около трех тысяч человек имеют ее симптомы. Долгое время, после того как сбросы сточ­ных вод, содержащих ртуть, были прекращены, в г. Минамата рождались дети с различными аномалиями и уродствами.

Трансформация веществ в окружающей среде и накопление их в живых организмах в процессе круговорота должны учиты­ваться при использовании опасных химических элементов.



4.4. Возврат веществ
Рециркуляция веществ в природных эко-

в кругооборотсистемах должна служить моделью для решения одной из главных природоох­ранных задач - возвращения различных использованных веществ в естественные циклы.

Основные пути возвращения веществ в круговоротсле­дующие (рис. 4.12).

1, Непосредственные выделения животных и человекабез предварительного разложения бактериями.В состав выделений входят С02, растворимые органические и неорганические соединения фосфора и азота, которые могут непосредственно усваиваться растени­ями. Например, в толще морской воды мелкий фитопланктон активно и быстро поедается животными, особенно микрозоопланктоном. Поэтому азот и с фосфор в этих условиях регенерируются в основном из экскре­ментов животных. Зоопланктон (дафнии, коловратки и др.) выделяет в воду в несколько раз больше минеральных элементов, чем их освобожда­ется после микробного разложения отмерших растительных организмов.

15 9

Глава 4. Круговорот веществ

\

Рис. 4.12. Пять основных путей возврата веществ в круговорот

2, Микробноеразложение органических остатков ре­
дуцентами.
Бактерии и грибы - основные агенты регенерации
элементов этим путем, который преобладает в наземных экосис­
темах. Гетеротрофный процесс разложения, происходящий в
несколько стадий (2а, 26) благодаря жизнедеятельности микро­
организмов, приводит не только к освобождению потенциальной
энергии органических веществ, но и к регенерации химических
элементов, вступающих в новый цикл обращения.

3. Возвращение веществ в круговорот благодаря жизнедея­
тельности организмов, живущих в симбиозе с растениями.
Это

могут быть бактерии, микроскопические грибы, водоросли, лишай­ники, другие растения. Они передают элементы питания непос-


Глава 4. Круговорот веществ

редственно растениям, как, например, клубеньковые бактерии. Этот путь особенно важен в экосистемах с низким содержанием пита­тельных веществ.

4. Поступление в круговорот элементов и веществ в результате физических процессов, движимых солнечной энер­гией, т. е. в результате выветривания, эрозии, с потоками воды и т. д. Вода также возвращается в круговорот благодаря энер­гии Солнца. Таким путем элементы из осадочных пород выносят­ся из абиотического резервуара и попадают в биотические циклы.

5. Поступление элементов в биогеохимические циклы,
связанные с деятельностью человека
и затратами энергии иско­-
паемого топлива. Таким путем возвращаются в круговорот опресненная морская вода, биогенные элементы в виде удобрений, металлы, другие ценные вещества, извлекаемые из отходов, и т. д.

Иногда элементы питания могут высвобождаться из остатков и выделений организмов и без участия микроорганизмов. Этот процесс называется автолизом (саморастворени­ем). Автолиз имеет большое значение тогда, когда степень дисперсности отмерших частичек велика (размеры очень малы), т. е. они имеют большую (относительно объема) поверхность соприкосновения с водой. В водных системах еще до бактериального разло­жения детрита может освобождаться от 25 до 75 % биогенных элементов. При проекти­ровании систем очистки сточных вод часто выгодно затратить механическую энергию на распыление органического вещества, чтобы ускорить его разложение. Такую же работу выполняют и животные организмы, измельчая и перерабатывая органические остатки (например, дождевые или водные черви). Так, водные черви олигохеты из семейства трубчатых пропускают за сутки через кишечник количество ила, во много раз превосхо­дящее массу их тела. Грубый ил и детрит в кишечнике перетираются и выбрасываются на поверхность отложений уже сильно измененными по механическому и химическому составу, а увеличение степени дисперсности и минерализация переработанных частиц в 3 - 4 раза ускоряют освобождение питательных веществ (Л. И. Цветкова, 1968).

На возврат веществ в круговорот всегда затрачивается энер­гия. Для первых трех путей энергия поступает из органических веществ, для четвертого - от Солнца, для пятого - от топлива. В четырех случаях из пяти людям не приходится затрачивать доро­гостоящее топливо. Если не нарушать природные механизмы рециркуляции, то они способны возвращать в круговорот и воду, и питательные вещества. Повторное же использование промыш­ленных материалов, например металлов, требует затрат топлива и денежных средств.


Глава 4. Круговорот веществ

Рециркуляцию веществ в антропогенной системе промышлен­ного города удобно рассмотреть на примере повторного ис­пользования бумаги (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Схема движения использованной бумаги в городской системе: А - достаточные запасы сырья (деревья в лесу) и достаточные площади для свалок; Б - ресурсы сырья иссякают, площади для свалок уменьшаются, отходы повторно используются

Ее движение напоминает циркуляцию важных элементов в ес­тественных экосистемах. Пока имеются большие запасы деревьев в лесу, бумажные фабрики и свободные участки земли для свал­ки ненужной бумаги, нет стимулов тратить средства и энергию на ее повторное использование. Но по мере того как растет плот­ность населения в пригородах, дорожает земля, становится все труднее находить места для свалок - отходы на выходе накапли­ваются. Запасы пригодной древесины могут постепенно иссякать

 

Глава 4. Круговорот веществ

и существующие фабрики перестанут обеспечивать спрос на бумагу. Во всех этих случаях следует подумать о повторном использова­нии бумаги. Для этого должен быть рынок сбыта старой бумаги, т. е. фабрика по переработке макулатуры. Такая фабрика реализует механизмы экономии энергии путем рециркуляции и соответствует диссипативной структуре в природной системе.

Вторичное использование бумаги выгодно всему населению. Это уменьшает темпы уничтожения лесов и вред, наносимый окружающей среде, а также расходы, идущие на очистку горо­да. Для вторичного использования бумаги необходимы: участие горожан; система сбора и склады для хранения; заводы по переработке макулатуры; транспорт; рынок для использованной бумаги (перерабатывающая фабрика); экономически эффектив­ная технология переработки. К сожалению, из-за инерции и административного разделения города и области часто слишком поздно начинают утилизировать использованные материалы, что ведет к моральным и материальным убыткам.

■ Оценка степени рециркуляции веществвнутри экосистемы осуществляется с помощью коэффициента рециркуляции:

Крец = ПВр / ПВ,

где К - коэффициент рециркуляции; ПВ - рециркулируемая доля потока веществ, проходящего через систему (возврат); ПВ - общий поток вещества через систему.

На рис. 4.14 приведена схема, поясняющая возврат веществ в круговорот.
Для экспериментального водосборного бассейна был рас­считан коэффициент рециркуляции кальция. Он оказался рав­ным

0,76 - 0,80. Это означает, что около 80 % общего потока кальция, проходящего через систему, используется в ней многократно. Для калия, натрия и азота коэффициен­ты рециркуляции оказались выше. В этом водосборном бассейне циркулирующие эле-

Рис. 4.14.Схема возврата веществ в круговорот (по Ю. Одуму, 1986)

163
Глава 4. Круговорот веществ

менты по значению К рец располагались от большего к меньшему следующим образом:

K>Na>N>Ca>P>Mg>S

Значение коэффициента рециркуляции для каждого элемен­та зависит от его поступления извне, подвижности и потребности в нем организмов. Коэффициент рециркуляции в природных экосистемах возрастает в трех случаях: 1) при увеличении раз­нообразия и усложнении биотических компонентов, 2) при обед­нении питательных ресурсов среды на входе, 3) при накоплении отходов на выходе. Как правило, К ниже для второстепенных элементов или для важных, но потребность в которых невелика (например, для меди). Элементы, которые человек считает ценны­ми (платина, золото, серебро), он использует повторно на 90 % и более. Коэффициент рециркуляции не характеризует ско­рость движения веществ по кругу, которая в значительной сте­пени определяется температурными и климатическими особен­ностями экосистем. Коэффициент рециркуляции энергии равен нулю, поскольку энергия вторично не используется.

Усилия по охране природных ресурсов, в конечном счете, должны быть направлены на превращение ациклических процессов в циклические. Основной целью должно стать возвращение веществ в круговорот.

Начинать следует с воды, так как, если удастся восстановить и поддерживать круговорот воды, станет возможным взять под конт­роль и элементы питания, которые движутся вместе с ней.

Контрольные вопросы

1. Чем различаются большой и малый круговороты веществ?

2. Какие процессы лежат в основе большого круговорота ве­ществ?

3. Какова основная особенность круговорота воды?

4. Как влияет человек на круговорот воды?


Глава 4. Круговорот веществ

5. Какие процессы лежат в основе малого круговорота ве­ществ?

6. В чем различие газообразных и осадочных биогеохимичес­ких циклов?

7. Как влияет человек на круговорот углерода и содержание С02 в атмосфере?

8. Какие ядовитые соединения углерода могут накапливаться в воздухе, как они влияют на человека?

9. Какие процессы лежат в основе круговорота азота?
10. Какой процесс называется аммонификацией?

1 1. Какой процесс называется нитрификацией?

12. Какой процесс называется денитрификацией?

13. Какие организмы могут усваивать газообразный азот из атмо­сферы?

14. Почему азотные удобрения дороже других видов удобрений?

15. Как влияет человек на круговорот азота?

16. В чем отличие влияния деятельности человека на круговорот углерода и круговорот азота?

17. В чем особенности круговорота фосфора?

18. Как влияет человек на биогеохимический цикл фосфора?

19. К каким последствиям приводит избыточный сток фосфора в реки, озера, моря?

20. Почему поступление в окружающую среду цезия-137 и строн-ция-90 опасно для жизни организмов?

21. Как повлияла деятельность человека на круговорот ртути?

22. Перечислите основные пути возвращения веществ в кругово­рот.

23. Как оценить степень рециркуляции элементов в экосисте­мах?

24. Для каких веществ, используемых человеком, коэффициент рециркуляции наибольший?

 


 

 

Глава 4. Круговорот веществ

 

25. Какие условия приводят к увеличению коэффициента рецирку­ляции?

26. При каких условиях выгодно повторное использование бу­маги или других материалов? Приведите примеры.

 

 

 

ГЛАВА 5

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

 

167
Глава 5. Экологические факторы

5.1. Среда обитания иСреда обитания живых организмов слагается
условия существования из множества неоргани­ческих и органических компонентов, включая привносимые человеком. При этом некоторые из них, такие как питательные вещества и энергия, жизненно необходи­мы организмам, другие не играют существенной роли в их жизни. Так, например, заяц, волк, лиса и любое другое живот­ное в лесу взаимосвязаны с огромным количеством элементов. Без воздуха, воды, пищи, определенной температуры они обой­тись не могут. Валун, ствол упавшего дерева, пень, кочка, канав­ка - элементы среды, к которым они безразличны. Животные вступают с ними во временные (укрытие, переправа), но не обязательные отношения.

Экологическими факторами называются важные для жизни организма компоненты окружающей среды.

Экологические факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выжива­нию и размножению.

Среда обитания - это все природное окружение живого организма.

Условия существования - это совокупность экологических факторов, обусловливающих рост, развитие, выживание и воспроиз­водство организмов.

Различные организмы по-разному реагируют на одни и те же экологические факторы. Адаптация (лат. adaptatio - приспособление) к суще­ствованию в различных условиях выработалась у организмов истори­чески. Все многообразие экологических факторов обычно подразде­ляют на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы- это совокупность важных для организмов свойств неживой природы. Эти факторы, в свою очередь, можно разделить на химические (состав атмосферы, воды, почвы) и физические (температура, давление, влажность, течения и т. п.). Разнообразие рельефа, геологических и климатических условий порождает и огромное разнообразие абиотических факторов.

 


Глава 5. Экологические факторы

Первостепенное значение из них имеют климатические- солнеч­ный свет, температура, влажность; географические- продол­жительность дня и ночи, рельеф местности; гидрологические

(гр. hydor - вода) - течение, волнение, состав и свойства вод; эдафические(гр. edaphos - почва) - состав, структура и свойства почв и др. Все факторы могут влиять на организмы непосредст­венно или косвенно. Например, рельеф местности влияет на освещенность, влажность, ветер и микроклимат. Рассмотрим неко­торые основные абиотические экологические факторы.

Солнечный светоказывает на организм двоякое действие. С одной стороны, прямое воздействие света на протоплазму смер­тельно для организма, с другой - солнечный свет - первичный источник энергии, без которого жизнь невозможна. Следователь­но, свет - это не только жизненно необходимый, но на некотором минимальном и максимальном уровне смертельно опасный фак­тор. Видимая, т. е. воспринимаемая человеческим глазом область спектра, лежит в диапазоне от 390 до 760 нм. Животные и растения реагируют на различные длины волн света. Качествен­ные признаки света: длина волны (цвет), интенсивность (полезная энергия) и продолжительность воздействия (длина дня). Цветовое зрение развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и др. V млекопитающих оно хорошо развито только у приматов.

Отдельные организмы приспосабливаются к разной интенсив­ности света, г. е. могут быть адаптированы к тени или к прямому солнечному свету. Например, морской фитопланктон адаптирован к низкой интенсивности, прямой солнечный свет его подавляет. Максимум первичной продукции в океане приходится не на поверхностный слой воды, а на лежащий на глубине 0,5 - 1,0 м. во Вселенной колеблется в пределах тысяч граду­сов. По сравнению с этим диапазоном колебаний температурные пределы существования жизни очень узки. Отдельные виды бактерий некоторое время в стадии покоя могут существовать и при очень низких температурах: до -250 °С. Другие виды бактерий и водо­рослей способны жить в горячих источниках - около +90 °С.


Глава 5. Экологические факторы

Изменчивость температур - важный экологический фактор. Тем­пература, которая колеблется от 10 до 20 °С (в среднем 15 °С), воздействует на организмы иначе, чем постоянная температура 15 °С. Жизнедеятельность организмов, которые в природе подвер­гаются воздействию переменных температур (в умеренном кли­мате), подавляется при воздействии постоянной температуры. Это необходимо учитывать при проведении лабораторных экспери­ментов, которые ведутся при постоянной температуре.

Влажность- это параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. В природе существует суточный режим влажности: она повышается ночью и снижается днем.

Наряду со светом и температурой влажность играет важную роль в жизнедеятельности и распространении организмов. Кро­ме того, влажность влияет на эффект воздействия температуры. Низкая влажность обусловливает иссушающее действие воздуха, особенно на наземные растения. Животные стараются избегать иссушения: переходят в защищенные места или ведут активный образ жизни в ночное время.

Вода является необходимым экологическим фактором для любой экосистемы. Количество осадков, влажность, иссушающие свойства воздуха и доступные запасы поверхностных вод - основ­ные величины, характеризующие этот экологический фактор. Количество осадков зависит от характера перемещения воздуш­ных масс и рельефа местности. Влажные ветры, дующие с оке­ана, большую часть влаги оставляют на склонах гор, обращен­ных к океану, и за горами создается «дождевая тень», способ­ствующая образованию пустынь.

Важно распределение осадков по временам года. Если общее годовое количество осадков (около 900 мм) выпадает за один сезон, растениям и животным приходится переносить длительные периоды засухи. Такое неравномерное распределение осадков встречается в тропиках и субтропиках. В тропиках этот сезонный ритм влажности регулирует сезонную активность организмов (раз­множение и др.) так же, как сезонный ритм температуры регули-


Глава 5. Экологические факторы

рует активность организмов умеренной зоны. Формирование типа экосистем в значительной степени зависит от количества осадков: до 250 мм - пустыни, от 250 до 750 мм - лесостепи, от 750 до 1250 мм - сухие леса, свыше 1250 мм - влажные леса.

Тип экосистем зависит не только от количества осадков, но и от транспирации, т. е. потери воды через испарение ее ор­ганизмами (в основном, растениями) и, в конечном счете, опреде­ляется равновесием этих процессов.

Течения- важный экологический фактор в водных экосисте­мах. Течения непосредственно влияют на живые организмы: от них зависит концентрация в воде растворенных газов (02, С02) и биогенных элементов (N, Р и др.); течения несут энергетические субсидии и от них зависят структура и продуктивность экосистем. Так, различия в составе биоценоза ручья и небольшого пруда определяются, в основном, различиями в факторе течения. Расте­ния и животные текучих вод морфологически и физиологически приспособлены к сохранению своего положения в потоке. В болотных экосистемах течения играют роль одного из важных источников энергии и в значительной степени определяют их про­дуктивность. Так, продуктивность заболоченных лесов со стоячей водой около 0,2 кг/м2тод, с медленно текучей водой - около 0,7 кг/м2тод, а с сезонными наводнениями - свыше 1,0 кг/м2-год.

Биотические факторы- это совокупность воздействий жизнедеятельности одних организмов на другие. Для каждого организма все остальные - важные факторы среды обитания, они оказывают на него не меньшее действие, чем неживая природа.

Все многообразие взаимоотношений между организмами можно разделить на два основных типа: антагонистические (гр. antagonizsma-борьба) и неантагонистические.

Антагонистические- это такие отношения, при которых организмы двух видов подавляют друг друга (- -) или один из них

подавляет другой без ущерба для себя (+ -). Основные формы этого видабиотических отношений: хищничество, паразитизм и конкуренция. 171


Глава 5. Экологические сракторы

Хищничество - форма вза­имоотношений организмов разных трофических уровней, при которой один вид орга­низмов - хищник живет за счет другого - жертвы, поедая его (+ -). Это наиболее распрост­раненная форма взаимоотно­ шений организмов в пищевых цепях (рис. 5.1). Хищники живут отдельно от жертвы

и могут специализироваться на одном виде (рысь - заяц) или быть многоядными (волк).

Жертвы вырабатывают целый ряд защитных механизмов. Некото­рые умеют быстро бегать или летать. Другие обладают панцирем. Третьи имеют защитную окраску или меняют ее, маскируясь под цвет зелени, песка, почвы. Четвертые выделяют химические веще­ства, пугающие или отравляющие хищника, и т. д. Хищники тоже приспосабливаются к добыванию пищи. Одни очень быстро бега­ют, как гепард. Другие охотятся стаями: гиены, львы, волки. Третьи отлавливают больных, раненых и прочих неполноценных особей.

В любом биоценозе эволюционно сформировались механизмы, регулирующие численность и хищника, и жертвы.

Неразумное уничто­жение хищников часто приводит к снижению жизнеспособности и численности их жертв и наносит ущерб природе и человеку.

Паразитизм (гр. parasites - тунея­дец) - межвидовые взаимоотно­шения, при которых один вид живет за счет другого (+ -), по­селяясь внутри или на поверхности тела организма-хозяина(рис. 5.2). Он поедает пита-

 

Рис. 5.2. Паразитизм

 

 

 

Глава 5. Экологические факторы

тельные вещества хозяина, постепенно ослабляя и убивая его. Паразитизм наиболее широко распространен среди растений и низших животных - вирусов, бактерий, грибов, простейших, чер­вей и др. Паразиты делятся на эктопаразитов, живущих на поверхно­сти тела (клещи, пиявки, блохи), и эндопаразитов, обитающих в теле хозяина (гельминты, бактерии, вирусы, простейшие). Одни могут перемещаться от хозяина к хозяину (блохи), другие всю жизнь паразитируют на одном хозяине, как ленточные черви, живущие в кишечнике человека и животных.

Конкуренция (лат. concurrentia - соперничество) - форма ВЗОИМООТНО-

шений, при которых организмы одного трофического уровня борются за дефицитные ресурсы: пищу, С02, солнечный свет, жизненное пространство, места-укрытия и другие условия суще­ствования, подавляя друг друга (- -). Конкуренция наглядно про­является у растений: деревья в лесу стремятся охватить корнями возможно большее пространство, чтобы получать воду и пита­тельные вещества. Они также тянутся в высоту к свету, стремясь обогнать своих конкурентов. Сорные травы забивают другие растения (рис. 5.3).

Много примеров из жизни животных. Обостренной конкурен­цией объясняется, например, несовместимость в одном водоеме широкопалого и узкопалого раков: побеждает обычно более плодовитый узкопалый рак.

 

Чем больше сходства в требованиях двух видов к услови­ям жизни, тем сильнее конку­ренция, которая может приво­дить к исчезновению одного из них. при одинаковом доступе к ресурсу один из конкуриру­ющих видов может иметь преимущества перед другим за счет интенсивного размножения, способности потреблять

Рис. 5.3. Конкуренция


Глава 5. Экологические факторы

больше пищи или солнечной энергии, умению защитить себя и большей выносливости к колебаниям температур и вредных воз­действий.

Антагонистические отношения проявляютсясильнее на начальных стадиях развития сообщества. В зрелых экоси­стемах наблюдаетсятенденция к замене отрицательных взаимодействий положительными, повышающими выжи­вание видов.

Тип взаимодействий видов может меняться в зависимости от условий или стадий жизненного цикла.

Неантагонистические взаимоотношения теоретически мож­но выразить многими комбинациями: нейтральные (0 0), взаимовы­годные (+ +), односторонние (0 +) и др. Основные формы этих взаимодействий следующие: симбиоз, мутуализм и комменса­лизм.

Симбиоз (гр. symbiosis - сожительство) - этообоюдовыгодные,ноне

обязательные взаимоотношения разных видов организмов (+ +). Пример симбиоза - сожительство рака-отшельника и актинии: актиния передвигается, прикрепляясь к спине рака, а тот получа­ет с помощью актинии более богатую пищу и защиту (рис. 5.4). Сходные взаимоотношения можно наблюдать между деревьями и некоторыми видами грибов, произрастающих на их корнях: гри­бы получают из корней растворенные питательные вещества и сами помогают дереву извлекать из почвы воду и минеральные элементы. Иногда термин «симбиоз» используют в более широ­ком смысле - «жить вместе».

Мутуализм (лат. mutuus - взаим­ный) - взаимовыгодные и обяза­тельные для роста и выжива­ния отношения организмов раз­ных видов (+ +). Лишайники -хороший пример положительных

взаимоотношений водорослей

 

Рис. 5.4. Симбиоз и грибов, которые не могут


Глава 5. Экологические факторы

существовать порознь. При рас­пространении насекомыми пыльцы растений у обоих ви­дов вырабатываются специ­фические приспособления: цвет и запах - у растений, хоботок -у насекомых и др. Они также не могут существовать один без

ДРУГОГО (рИС.5.5). Рис. 5.5. Мутуализм

Комменсализм (лат. commensalis - сотрапезник) - взаимоотношения,

при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны (+ 0). Комменсализм часто наблюдается в море: почти в каждой раковине моллюска, в теле губки есть «незваные гости», использующие их как укрытия. В океане некоторые виды рачков селятся на челюстях китов. Рачки приобретают убежище и стабильный источник пищи. Киту такое соседство не приносит ни пользы, ни вреда. Рыбы-прилипалы, следуя за акулами, под­бирают остатки их пищи. Птицы и животные, питающиеся остатками пищи хищников, - примеры комменсалов (рис. 5.6).

Иногда очень трудно провести грань между симбиозом и мутуализмом, комменсализмом и паразитизмом и другими взаи­модействиями. Однако четко наблюдается тенденция перехода по ходу эволюции от паразитизма к комменсализму и мутуализ­му, так как в условиях, когда лимитированы некоторые ресурсы,

кооперация дает преимущества

(рис, 5.7).

Ясно, что люди должны пе­реходить к мутуализму с при­родой и друг с другом. Если этого не произойдет, то, по­добно паразиту, человек погубит своего хозяина - приро­ду, за счет которой он живет,

и тем самым погубит себя .Рис. 5.6. Комменсализм


Глава 5. Экологические факторы

Рис. 5.7. Направление эволюции от паразитизма к мутуализму у лишайников (по Ю. Одуму, 1986): 1 - паразитизм грибов в клетках водорослей; 2 - симбиоз грибов и водорослей; 3 - мутуализм грибов и водорослей

Несмотря на конкуренцию и другие типы антагонистических отношений, в природе многие виды могут спокойно уживаться. В таких случаях говорят, что каждый вид обладает собственной экологической нишей (фр. niche - гнездо). Термин был предложен в 1910 г. Р. Джонсоном (рис. 5.8).

Экологическая нишаподразумевает комплекс всех абиоти­ческих и биотических экологических факторов среды, необходимых организмам для жизни, роста и размножения в данной экосистеме.

Некоторые авторы вместо термина «экологическая ниша» используют термин «местооби­тание». Последний включает лишь пространство обитания, а экологическая ниша, кроме того, определяет функцию, которую выполняет вид. П. Агесс (1982) так определяет экологическую нишу и местообитание: место­обитание - адрес, по которо­му проживает организм, а ниша - это еще и его профессия,

Рис. 5.8. Мирное сосуществование разных род занятий и стиль жизни
организмов (рис.5.9).


Рис. 5 9. Экологические ниши


Глава 5. Экологические факторы

Экологическая ниша - это совокупность территориаль­ных и функциональных характеристик среды обита­ния, соответствующих требованиям данного вида.

Специализированныеэкологические ниши занимают расте­ния и животные, которые могут существовать лишь в узком диапа­зоне экологических факторов и… Во влажных тропических лесах много специализированных ниш, в которых обитают… Общиеэкологические ниши занимают организмы, которые легко приспосабливаются к изменениям условий. Они могут оби­тать в…

Правило Гаузе формулируется так: два вида, обитаю­щие на одной и той же территории, не могут иметь совер­шенно одинаковую экологическую нишу.

Близкородственные виды со сходными потребностями часто обитают в разных географических областях. Вероятно, действие естественного отбора в процессе… Организмы воздействуют друг на друга и косвенно: бактерии формируют химический… Информация об экологических нишах позволяет управлять домашними и дикими видами растений и животных как источни­ками…

Свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора назы­ вается экологической пластичностью.

D Стенобионтные и эврибионтные организмыразличаются диапазоном экологического фактора, в котором они могут жить. Стенобионтные(гр. stenos - узкий, тесный], или узкоприспособлен-ные виды… Эврибионтными(гр. eurys - широкий) называются широкоприспособ-ленные организмы, выдерживающие большую амплитуду…

Эврибионты обычно широко распространены. Стеноби-онты имеют ограниченный ареал распространения.

5.3. ЛимитирующиеПредставление о лимитирующих факторах факторыосновывается на двух законах экологии: законе минимума и законе толерантности. Закон…

Закон минимума Либиха в общем виде можно сформу­лировать так: рост и развитие организмов зависят, в пер­вую очередь, от тех факторов природной среды, значе­ние которых приближается к экологическому минимуму.


Глава 5. Экологические факторы

Исследования показали, что закон минимума имеет два ограни­чения, которые следует учитывать при практическом применении.

Первое ограничение состоит в том, что закон Либиха строго применим лишь в условиях стационарного состояния системы. Например, в некотором водоеме рост водорослей ограничивает­ся в естественных условиях недостатком фосфатов. Соединения азота при этом содержатся в воде в избытке. Если в этот водоем начнут сбрасывать сточные воды с высоким содержанием мине­рального фосфора, то водоем может «зацвести». Этот процесс будет прогрессировать до тех пор, пока один из элементов не израсходуется до ограничительного минимума. Теперь это может быть азот, если фосфор продолжает поступать. В переходный же момент (когда азота еще достаточно, а фосфора уже дос­таточно) эффекта минимума не наблюдается, т. е. ни один из этих элементов не влияет на росу водорослей.

Второе ограничение связано с взаимодействием нескольких факторов. Иногда организм способен заменить дефицитный эле­мент другим, химически близким. Так, в местах, где много стронция, в раковинах моллюсков он может заменять кальций при недостатке последнего. Или, например, потребность в цин­ке у некоторых растений снижается, если они растут в тени. Следовательно, низкая концентрация цинка меньше будет лими­тировать рост растений в тени, чем на ярком свету. В этих случаях лимитирующее действие даже недостаточного количества того или иного элемента может не проявляться.

Закон толерантности (лат. tolerantia - терпение) был открыт

английским биологом В. Шелфордом (1913), который обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, значения которых минимальны, но и те, которые характеризуются экологическим максимумом. Избыток тепла, света, воды и даже питательных веществ может оказаться столь же губительным, как и их недо­статок. Диапазон экологического фактора между минимумом и максимумом В. Шелфорд назвал пределом толерантности.


Глава 5. Экологические факторы

Предел толерантности описывает амплитуду колебаний факто­ров, которая обеспечивает наиболее полноценное существова­ние популяции (рис 5.14). Отдельные особи могут иметь не­сколько иные диапазоны толерантности. Данная конкретная рыба, возможно, выдерживает более высокие или более низкие темпе­ратуры или количества ядовитых веществ. Рис. 5.14 отражает реакцию всей популяции на изменение температуры.

Рис. 5.14. Предел толерантности популяции (по Миллеру, 1990)

Позднее были установлены пределы толерантности относи­тельно различных экологических факторов для многих растений и животных. Законы Ю. Либиха и В. Шелфорда помогли понять многие явления и распределение организмов в природе. Орга­низмы не могут быть распространены повсюду потому, что попу­ляции имеют определенный предел толерантности по отношению к колебаниям экологических факторов окружающей среды.

Закон толерантности В. Шелфорда формулируетсятак: рости развитие организмов зависят, в первую оче­редь, оттех факторов среды, значения которых при­ближаются к экологическому минимуму или экологи­ческому максимуму.


Глава 5. Экологи'вские факторы

Было установлено следующее:

- организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам широко распространены в природе и место бывают космополитами, например, многие патогенные бактэрии;

- организмы могут иметь широкий диапазон толеэантности в отношении одного фактора и узкий диапазон относительно дру­гого. Например, люди более выносливы к отсутствию пищи, чем к отсутствию воды, т. е. предел толерантности относстельно воды более узкий, чем относительно пищи;

- если условия по одному из экологических факюров стано­вятся неоптимальными, то может измениться и предел толерантно­сти по другим факторам. Например, при недостагке азота в почве злакам требуется гораздо больше воды;

- наблюдаемые в природе реальные пределы толерантности меньше потенциальных возможностей организма адаптироваться к данному фактору. Это объясняется тем, что в природе преде­лы толерантности по отношению к физическим условиям среды могут сужаться биотическими отношениями: конкуренция, отсут­ствие опылителей, хищники и др. Любой человек лучше реализу­ет свои потенциальные возможности в благоприятных условиях (сборы спортсменов для специальных тренировок перед ответ­ственными соревнованиями, например). Потенциальная эколо­гическая пластичность организма, определенная в лсбораторных условиях, больше реализованных возможностей в естественных условиях. Соответственно различают потенциальную и реализо­ванную экологические ниши;

- пределы толерантности у размножающихся особей и потом­ства меньше, чем у взрослых особей, т. е. самки в период размножения и их потомство менее выносливы, чем взрослые организмы. Так, географическое распределение промысловых птиц чаще определяется влиянием климата на яйца и птенцов, а не на взрослых птиц. Забота о потомстве и бережное отношение к материнству продиктованы законами природы. К сожалению, иногда социальные «достижения» противоречат этим законам;


Глава 5. Экологические факторы

- экстремальные (стрессовые) значения одного из факторов ведут к снижению предела толерантности по другим факторам. Если в реку сбрасывается нагретая вода, то рыбы и другие орга­низмы тратят почти всю свою энергию на преодоление стресса. Им не хватает энергии на добывание пищи, защиту от хищников, раз­множение, что приводит к постепенному вымиранию. Психологи­ческий стресс также может вызывать многие соматические (гр. soma - тело) заболевания не только у человека, но и у некоторых животных (например, у собак). При стрессовых значениях фактора адапта­ция к нему становится все более и более «дорогостоящей».

Многие организмы способны менять толерантность к отдельным факторам, если условия меняются постепенно. Можно, например, привыкнуть к высокой температуре воды в ванне, если залезть в теплую воду, а потом постепенно добавлять горячую. Такая адапта­ция к медленному изменению фактора - полезное защитное свой­ство. Но оно может оказаться и опасным. Неожиданное, без предупреждающих сигналов, даже небольшое изменение может оказаться критическим. Наступает пороговый аффект:«после­дняя капля» может оказаться фатальной. Например, тонкая веточка может привести к перелому уже перегруженной спины верблюда. Если значение хотя бы одного из экологических факто­ров приближается к минимуму или максимуму, существо­вание и процветание организма, популяции или сообще­ства становится зависимым именно от этого, лимитирую­щего жизнедеятельность фактора.

Лимитирующим факторомназывается любой экологичес­кий фактор, приближающийся к крайним значениям пределов толерантности или превышающий их. Такие сильно отклоняющие­ся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни организмов и биологических систем. Именно они контроли­руют условия существования.

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвя­зях в экосистемах.

К счастью, не все возможные экологические факторы регули­руют взаимоотношения между средой, организмами и челове­ком. Приоритетными в тот или иной… Лимитирующие факторы определяют и географический аре­ал вида. Так, продвижение… Глава 5. Экологические факторы

Таким образом, смысл анализа условий среды не в том, чтобы составить необъятный перечень экологических факто­ров, а в том, чтобы обнаружить функционально важные, лимитирующие факторы и оценить, в какой степени со­став, структура и функции экосистем зависят от взаимо­действия этих факторов.

Только в этом случае удается достоверно прогнозировать результаты изменений и нарушений и управлять экосистемами.

5.5. Антропогенные лимитирующие факторы В качестве примеров антропогенных лимитирующих факторов, позволяющих управлять природными и созданными че­ловеком экосистемами, удобно рассмот­реть пожары и антропогенный стресс.

Пожарыкак антропогенный фактор чаще оцениваются только негативно. Исследования в последние 50 лет показали, что естественные пожары могут являться как бы частью климата во многих наземных местообитаниях. Они влияют на эволюцию флоры и фауны. Биотические сообщества «научились» компенси­ровать этот фактор и адаптируются к нему, как к температуре или влажности. Пожар можно рассматривать и изучать как эколо­гический фактор, наряду с температурой, осадками и почвой. При правильном использовании огонь может быть ценным эколо­гическим инструментом. Некоторые племена выжигали леса для своих нужд еще задолго до того, как люди стали планомерно и целенаправленно изменять окружающую среду. Пожар - очень важный фактор в том числе и потому, что человек может его контролировать в большей степени, чем другие лимитирующие факторы. Трудно найти участок земли, особенно в районах с засушливыми периодами, где бы не случился пожар хотя бы раз за 50 лет. Чаще всего причиной пожаров в природе является удар молнии.

Пожары бывают различных типов и приводят к разным послед­ствиям.


Глава 5. Экологические факторы

Верховые, или «дикие» пожары обычно очень интенсивны и не поддаются сдерживанию. Они уничтожают крону деревьев и разрушают всю органику почвы. Пожары такого типа оказывают лимитирующее действие почти на все организмы сообщества. Долж­но пройти много лет, пока участок вновь восстановится.

Низовые пожары совершенно иные. Они обладают избира­тельным действием: для одних организмов оказываются более лими­тирующими, чем для других. Таким образом, низовые пожары способствуют развитию организмов с высокой толерантностью к их последствиям. Они могут быть естественными или специально организованными человеком. Например, плановое выжигание в лесу предпринимается с целью устранить конкуренцию для цен­ной породы болотной сосны со стороны лиственных деревьев. Болотная сосна, в отличие от лиственных пород, устойчива к огню, так как верхушечная почка ее сеянцев защищена пучком длинных плохо горящих иголок. При отсутствии пожаров поросль лиственных деревьев заглушает сосну, а также злаки и бобовые. Это приводит к угнетению куропаток и мелких травоядных жи­вотных. Поэтому девственные сосновые леса с обильной дичью являются экосистемами «пожарного» типа, т. е. нуждающимися в периодических низовых пожарах. В данном случае пожар не ведет к потере питательных элементов почвой, не вредит муравь­ям, насекомым и мелким млекопитающим.

Азотфиксирующим бобовым небольшой пожар даже полезен. Выжигание проводится вечером, чтобы ночью пожар был потушен росой, а узкий фронт огня можно было легко перешагнуть. Кроме того, небольшие низовые пожары дополняют действие бак­терий по превращению отмерших остатков в минеральные питательного вещества, пригодные для нового поколения растений. С этой же целью весной и осенью часто сжигают опавшую листву. Плановое выжигание - пример управления природной экосисте­мой с помощью лимитирующего экологического фактора.

Решение вопроса о том, следует ли полностью исключить возможность пожаров или огонь надо использовать как фактор


Глава 5. Экологические факторы

управления, должно целиком зависеть от того, какой тип сооб­щества желателен на этом участке. Американский эколог Г. Стод-дард (1936) одним из первых выступил «в защиту» контролируе­мых плановых выжиганий для увеличения продукции ценной дре­весины и дичи еще в те времена, когда с точки зрения лесоводов любой пожар считался вредным.

Тесная связь выгорания с составом трав играет ключевую роль в поддержании удивительного разнообразия антилоп и по­едающих их хищников в восточно-африканских саваннах. Поло­жительно влияют пожары на многие злаковые, так как точки роста их и запасы энергии находятся под землей. После выгора­ния сухих надземных частей элементы питания быстро возвра­щаются в почву, и травы пышно вырастают.

Вопрос «жечь или не жечь», конечно, может смущать. По неосторожности человек нередко бывает причиной увеличения частоты губительных «диких» пожаров. Борьба за пожарную бе­зопасность в лесах и зонах отдыха - вторая сторона проблемы.

Частное лицо ни в коем случае не имеет права намерен­но или случайно вызывать пожар в природе - это приви­легия специально обученных людей, знакомых с правила­ми землепользования.

Антропогенный стресстакже может рассматриваться как своеобразный лимитирующий фактор. Экосистемы в значитель­ной степени способны компенсировать антропогенный стресс. Возможно, что они от природы адаптированы к острым периоди­ческим стрессам. А многие организмы нуждаются в случайных нарушающих воздействиях, которые способствуют их долговре­менной устойчивости. Большие водоемы часто обладают хорошей способностью к самоочищению и восстанавливают свои качества после загрязнения, так же как и многие наземные экосистемы. Однако долговременные нарушения могут привести к выражен­ным и устойчивым негативным последствиям. В таких случаях эво­люционная история адаптации не может помочь организмам -компенсационные механизмы не беспредельны.Особенно


Глава 5. Экологические факторы

это касается тех случаев, когда сбрасываются сильнотоксичные отходы, которые постоянно производит индустриализованное общество и которые ранее отсутствовали в окружающей среде. Если мы не сможем изолировать эти ядовитые отходы от глобаль­ных систем жизнеобеспечения, то они будут угрожать непосред­ственно нашему здоровью и станут для человечества основным лимитирующим фактором.

Антропогенный стресс условно подразделяют на две группы: острый и хронический. Для первого характерны внезапное начало, быстрый подъем интенсивности и небольшая продолжительность. При втором - нарушения невысокой интенсивности продолжаются долго или повторяются. Природные системы часто обладают доста­точной способностью справляться с острым стрессом. Например, стратегия покоящихся семян позволяет лесу восстановиться после вырубки. Последствия хронического стресса могут быть более тяже­лыми, так как реакции на него не столь очевидны. Могут пройти годы, пока изменения в организмах будут замечены. Так, связь между заболеванием раком и курением была выявлена лишь не­сколько десятков лет тому назад, хотя существовала давно.

Пороговый эффект частично объясняет, почему некоторые проблемы окружающей среды возникают как бы неожиданно. На самом деле они накапливались долгие годы. Например, в лесах начинается массовая гибель деревьев после длительного воздей­ствия загрязнителей воздуха. Мы же начинаем замечать проблему только после гибели многих лесов в Европе и Америке. К этому времени мы опоздали на 10-20 лет и не смогли предотвратить трагедию.

В период адаптации к хроническим антропогенным воздей­ствиям снижается толерантность организмов и к другим факто­рам, например к болезням. Хронические стрессы часто связаны с токсичными веществами, которые, хотя и в небольших концен­трациях, но постоянно поступают в окружающую среду.

В статье «Отравление Америки» (журнал «Таймс» за 22.09.80) приводятся такие данные: «Из всех вмешательств человека в естест-


Глава 5. Экологические факторы

венный порядок вещей ни одно не нарастает такими тревожными темпами, как создание новых химических соединений. Только в США хитроумные «алхимики» ежегодно создают около 1000 новых препаратов. На рынке имеется около 50000 разных хими­катов. Многие из них, бесспорно, приносят человеку большую пользу, но почти 35000 используемых в США соединений опреде­ленно или потенциально вредны для здоровья человека».

Опасность, возможно, катастрофическую, представляет загряз­нение грунтовых вод и глубоких водоносных горизонтов, состав­ляющих значительную долю водных ресурсов на планете. В отли­чие от поверхностных, грунтовые воды не подвержены естествен­ным процессам самоочищения ввиду отсутствия солнечного све­та, быстрого течения и биотических компонентов.

Опасения вызывают не только вредные вещества, попадаю­щие в воду, почву и пищу. Миллионы тонн опасных соединений выносятся в атмосферу. Только над Америкой в конце 70-х годов выбрасывалось: взвешенных частиц - до 25 млн т/год, S02 - до 30 млн т/год, NO - до 23 млн т/год.

Все мы вносим свой вклад в загрязнение воздуха, пользуясь автомашинами, электричеством, промышленными товарами и т. д. Загрязнение воздуха - четкий сигнал отрицательной обратной связи, который может спасти общество от гибели, так как он легко обнаруживается всеми.

Обработка твердых отбросов долгое время считалась второсте­пенным делом. До 1980 г. были случаи, когда на бывших свалках радиоактивных отходов строили жилые кварталу. Теперь, хотя и с некоторым опозданием, стало ясно: накопление отходов лимити­рует развитие промышленности. Без создания технологий и цент­ров по их удалению, обезвреживанию и рециркуляции невоз­можен дальнейший прогресс индустриального общества. Прежде всего необходимо безопасно изолировать самые ядовитые вещест­ва. Нелегальную практику «ночных сбросов» надо заменить их надежной изоляцией. Нужно искать заменители ядовитых хими­катов. При правильном руководстве обезвреживание и утилизация


Глава 5. Экологические факторы

отходов могут стать особой отраслью промышленности, которая даст новые рабочие места и внесет вклад в экономику.

Решение проблемы антропогенного стресса должно ос­новываться на холистической концепции и требует систем­ного подхода. Попытки заниматься каждым загрязняю­щим веществом как самостоятельной проблемой неэффек­тивны - они лишь переносят проблему из одного места в другое.

Если в ближайшем десятилетии не удастся сдержать процесс
ухудшения качества окружающей среды, то вполне вероятно, что
не дефицит природных ресурсов, а воздействие вредных веществ станет фактором, лимитирующим развитие цивилизации.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается среда обитания от условий существования?

2. Приведите примеры важных абиотических, биотических и антропогенных факторов.

3. В чем различие между местообитанием и экологической
нишей?

4. Кто обладает большей экологической пластичностью: уроженец Москвы или Рима, Сибири или Африки?

5. Что называется экологическим оптимумом, минимумом, макси­
мумом?

6. Приведите примеры стено- и эврибионтных организмов.

7. Как формулируется закон минимума? Кто его открыл?

8. Какие ограничения имеет закон минимума?

9. Сформулируйте закон толерантности. Кто установил эту
закономерность?

10. Объясните, что такое «пороговый эффект»? 11, Какие экологические факторы называются лимитирующи­ми? В чем их значение?



Глава 5. Экологические факторы

12. Какие факторы следует учитывать в первую очередь при создании проектов управления экосистемами?-

13. Как, воздействуя на лимитирующие факторы, можно управ­лять агроэкосистемой? Приведите примеры.

14. Как влияет взаимодействие факторов на пределы толерант­ности?

15. Как живые организмы компенсируют действие экологичес­ких факторов?

16. Какова функциональная роль «биологических часов»?

17. Какова экологическая роль пожаров? Какие бывают пожары?

18. Приведите примеры использования пожаров в качестве инстру­мента управления экосистемами.


 

 
 


ГЛАВА 6

 

В. И. ВЕРНАДСКИЙ О БИОСФЕРЕ


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

6.1. Биосфера - живая оболочка земли. Автором термина «биосфера» является французский естествоиспыта­тель Жан Батист Ламарк, который использовал его в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном ша­ре. Затем термин был забыт. В 1875 г. его «воскресил» профес­сор Венского университета геолог Эдуард Зюсс (1831 - 1914) в работе о строении Альп. Он ввел в науку представление о био­сфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. В таком общем смысле впервые в 1914 г. использовал этот термин и В. И. Вернадский в статье об истории рубидия в земной коре.

Учение В. И. Вернадского о биосферебыло еще впере­ди. Его книга «Биосфера», переведенная затем на французский и английский языки, вышла в 1926 г. Статьи по этой тематике он публиковал до конца жизни. Изучение геохимической роли живо­го вещества В. И. Вернадский считал своей основной научной задачей. Главные его мысли о биосфере, глубина и значение его идей только теперь начинают осознаваться обществом. К сожале­нию, как зарубежные, так и отечественные исследователи рань­ше мало опирались на труды В. И. Вернадского, часть из кото­рых впервые была опубликована только в конце 70-х гг. Идеям В. И. Вернадского предстоит сыграть ключевую роль в форми­ровании мировоззрения современного человека, в понимании им своего места в природе и ответственности за будущее био­сферы, в формировании новой экологической морали и этики.

Естественно, что в своих построениях В. И. Вернадский опи­рался на эмпирические данные своего времени, которые во многом устарели с позиций современности. Но главные его мысли об уникальной роли «живого вещества», которое нераз­рывно связано с окружающей неживой материей и космическим пространством, учение о биосфере как развивающейся и само­организующейся системе еще долго будут служить науке. Авторы не ставили перед собой задачу ревизии количественных оценок тех или иных явлений и процессов, представленных в работах


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

В. И. Вернадского. Они хотели лишь познакомить читателя с основными миропредставлениями ученого в их первозданном виде.

Многие затронутые им проблемы остаются до сих пор нере­шенными или спорными: возникновение жизни, ноосфера и др. Их актуальность в наши дни свидетельствует о гениальности тео­ретических обобщений В. И. Вернадского.

Взглянем на нашу планету глазами В. И. Вернадского. Он подчеркивал, что не строил никаких гипотез, а пытался описать картину планетного процесса на основе эмпирических обобще­ний. «Основные физические и химические свойства нашей пла­неты меняются закономерно в зависимости от их удаления от центра. В концентрических отрезках они идентичны, что может быть установлено исследованием» (В. И. Вернадский, 1926). Можно выделить большие концентрические области и дробные внутри них, называемые земными оболочками, или геосферами

(гр. де - земля, sphaira - поверхность шара). Можно предполагать, ЧТО В

глубоких областях Земли имеются достаточно устойчивые равно­весные системы: ядро и мантия, а над ними - земная кора.

Вещества ядра, мантии и земной коры, вероятно, отделены друг от друга, и если переходят из одной области в другую, то очень медленно (рис. 6.1).

Ядро земного шараимеет иной химический состав, чем зем­ная кора, в которой находимся мы. Можно лишь предполагать, что вещество ядра находится под давлением в тысячи атмосфер и состоит из тяжелых элементов (возможно, из железа) в вязком и газообразном состоянии при температуре свыше 1000 °С (по современным оценкам, до 5000 °С). Удельный вес ядра, по-видимо­му, 8 - 10 г/см3, если исходить из того, что удельный вес верхних оболочек около 3 г/см3, а в среднем для планеты - около 6 г/см3 (в настоящее время считают, что плотность ядра свыше 12 г/см3). Предполагаемая глубина до поверхности металлического ядра -около 2900 км, что соответствует скачкообразному изменению скорости распространения сейсмических волн, которые на такой глубине входят в другую область.


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Рис. 6.1. Схема геосфер Земли

Мантия- вторая концентрическая область Земли - была назва­на Э. Зюссом симой (гр. sym - совместная). Она имеет толщину в сотни или тысячи километров. Важную роль в ней играют пять химических элементов: кремний (Si)/ магний (Мд), кислород (О), железо (Fe) и алюминий (AI). Материя мантии во всех концент­рических слоях является гомогенной (гр. homos - одинаковый), что связано с очень большим давлением, при котором перестает существовать различие между твердым, жидким и газообразным состоянием. Такая материя не может иметь кристаллическое строение и, вероятно, напоминает стекловатую структуру или массу металла под большим давлением.


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Энергия этих областей может быть только потенциальной и в течение геологического времени (сотни миллионов лет) не достигала земной поверхности. Нет никаких данных, указываю­щих на химическую активность и отсутствие равновесия в ядре и мантии. Область мантии отделяет от земной коры изостатическая

поверхность(гр.isos - одинаковый, statos - состояние покоя). Ниже изостотической поверхности должно существовать равновесие вещества и энер­гии. Эту поверхность удобно принять за нижнюю границу земной коры, которая отделяет глубинную область устойчивых равновесий от верхней области постоянных изменений на планете.

Земная кора- область планеты, лежащая выше изостатической поверхности. Материя земной коры в пределах одного и того же концентрического слоя, на одинаковом расстоянии от центра планеты, в отличие от материи первых двух областей, может быть различной. На это указывает распределение силы тяжести. Учас­тки коры разной плотности (от 1 для воды до 3,3 для основных пород) сосредоточены именно в этой верхней части планеты. Из недр земной коры на поверхность Земли проникает свободная энергия - теплота, связанная с атомной энергией радиоактивных химических элементов, сосредоточенных главным образом в этой области. В земной коре различают несколько концентрических оболочек. Поверхности их разграничения не являются строго шаровыми, и разделение их иногда затруднительно. Каждая такая оболочка характеризуется своим физическим и химическим дина­мическим равновесием. Ниже поверхности Земли, вероятно, суще­ствуют три оболочки. Верхняя из них - гранитная оболочка -состоит из кислых пород и относительно богата радиоактивными элементами (до глубины 9 - 15 км). В более глубоких слоях (до 34 км) происходят изменения кристаллического состояния вещества и залегают основные породы, аналогичные стеклу. Ниже 60 км лежат тяжелые породы с удельным весом 3,4 - 4,4 г/см3.

Геосферы- установленные эмпирическим путем земные оболочки - можно классифицировать по разным признакам. В. И. Вернадский выделил 6 термодинамическихоболочек,


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

определяемых независимыми переменными - температурой и дав­лением; 8 фазовыхоболочек, характеризуемых фазовым со­стоянием веществ, т. е. твердым, жидким, газообразным, стекло­ватым и др.; 10 химическихоболочек, различающихся хими­ческим составом.

Вне этой схемы остается живаяоболочка - биосфера. В биосфере, кроме температуры и давления, появляются такие неза­висимые переменные, как солнечная энергия и «живое веще­ство». Живые организмы, привнося в физико-химические процес­сы лучистую энергию Солнца, резко отличаются от остальных независимых переменных. Они меняют существовавшее на пла­нете физико-химическое равновесие.

Организмы представляют собой особые автономные вторичные системы динамических равновесий в первич­ном термодинамическом поле Земли.

Так, например, организмы сохраняют свою температуру в среде другой температуры, имеют свое внутреннее давление, отличное от внешнего. С точки зрения химии, их особенность проявляется в том, что некоторые вещества, образующиеся в организмах, не могут получиться из тех же элементов в косной окружающей их среде, а, попадая во внешнюю среду, неизбеж­но в ней разрушаются. При этом выделяется свободная энергия и нарушается термодинамическое равновесие. В организмах происходят такие реакции, которые невозможны в абиотической среде. Например, восстановление С02 и расщепление Н20 одновременно возможны только в живых организмах: это основа биохимических процессов. Таким образом, все химические рав­новесия в биосфере изменяются в присутствии живых организмов, не нарушая при этом общие законы равновесий.

Живое вещество может рассматриваться как одна из независимых переменных энергетического поля планеты.

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере лочек планеты такое же значение, как и другие независимые переменные. В. И.… парагенетическим(гр. paragenesis- закономерность в соотношении элементов). Он

Жизнь, создавая биохимическим путем свободный кислород, тем самым создает защитный экран озона, предо­храняющий ее от губительных излучений.

  Как бы ни разрушался озон, он постоянно восстанавливается из кислорода,… □ Инфракрасныетепловые излучения Солнца необходимы для существования жизни. Тепловая энергия Солнца…

Биосфера - это область не только вещества Земли, но и энергии, полученной из космоса, т. е. создание и Земли, и космоса.

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Биосфера - это область земной коры, занятая трансфор­маторами, переводящими космические излучения в зем­ную энергию - тепловую, механическую, химическую, электрическую и др.

В процессе фотосинтеза живые организмы трансформируют солнечный луч в энергию новых химических соединений. «Живое вещество» с непостижимой быстротой покрывает планету мощ­ной толщей молекулярных систем, дающих новые соединения, богатые свободной энергией. Эти неустойчивые соединения постоян­но стремятся перейти в термодинамическом поле биосферы в устойчивое равновесие.

Живые организмы - это трансформаторы лучистой энер­гии, особый механизм, строящий материю живой оболоч­ки земной коры - биосферы.

Итак, биосфера сочетает как сугубо земные, так и космичес­кие процессы, отражает их изменения в истории космоса. Био­сферу нельзя понять, изучая… 6.3. Живое вещество По мнению В. И. Вернадского, «живой орга-низм» биосферы… Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Превращение солнечной энергии в химическую в зеле­ных, хлорофиллоносных организмах - главное свойство живого вещества, его основная функция.

Значение этого процесса огромно. Непрерывно падает на Землю поток солнечного света и непрерывно работает по всей Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере поверхности Земли (и суши, и моря) аппарат его улавливания и превращения - живое вещество. Живое вещество, подобно…

Размножение организмов - важнейшее проявление «механизма земной коры», и в нем главное отличие жи­вого от мертвого.

При отсутствии препятствий во внешней среде любые организ­мы, особенно бактерии, могли бы создать с непостижимой быст­ротой невероятные количества… Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере Скорость передачи жизни на наибольшее доступное ей рас­стояние есть характерная для каждого вида организмов…

Тесная связь газов с жизнью указывает на то, что газо­вый состав биосферы - чисто земное явление, опреде­ляемое фотосинтезом и дыханием организмов в масшта­бе планеты.


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Количество организмов, появляющихся путем размножения в единицу времени, не может выйти за пределы, нарушающие свойства газов, т. е. число организмов в 1 см3 среды не может превышать числа газовых молекул в нем (около 2,7-1019). В биосфере идет борьба не только за пищу, но и за нужный газ, так как последний контролирует размножение.

В каждый момент живое вещество в биосфере разрушается и вновь создается, главным образом не ростом, а размножени­ем. Поколения создаются в сроки от десятков минут до сотен лет. Ими обновляется биосфера. Главное условие жизни опре­деляется полем существования зеленой растительности, т. е. областью планеты, пронизанной солнечным светом. Здесь же собраны не только автотрофные, но и гетеротрофные организ­мы, так как в своем существовании они тесно связаны с продук­тами жизни зеленых организмов - кислородом и органическими веществами.

На протяжении миллионов лет геологического времени шло и сейчас идет постоянное проникновение живого вещества в обе стороны от зеленого покрова. Мы живем в стадии медлен­ного расширения поля жизни. Может быть, одним из проявле­ний этого является биохимическое создание новых форм лучи­стой энергии гетеротрофными организмами. К таковым можно отнести свечение микроскопических организмов в морских глу­бинах или свечение поверхности моря, которое позволяет фи­топланктону синтезировать органические вещества в часы, ког­да до него не доходит солнечный свет. Глубоководные экспеди­ции встречали зеленые растения (водоросли Halione/la в Тихом океане) на глубине 2 км, т. е. там, куда не проникают лучи Солнца. Эти факты еще ждут объяснений. Но если бы оказа­лось, что живое вещество способно трансформировать лучис­тую энергию не только в химическую, но и во вторичную лучистую, возможно, это расширило бы область жизни. Кроме того, в глубоководных зонах океана могут доминировать хемо-автотрофные организмы.


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Новой в биосфере является и световая энергия, созданная человеком: электричество, например. Но пока в фотосинтезе планеты она практически не играет никакой роли, так как составляет ничтожную долю по сравнению с солнечной энерги­ей, используемой растениями.

6.4. Эволюция биосферы Начало эволюции (лат. evolutio - развитие) биосферы - это начало жизни. В. И. Вернадский считал жизнь явлением вечным, подобно мате­рии или энергии. Хотя в основе его учения о биосфере и лежат представления о глубочайшей взаимосвязи живого и неживого, он полагал, что барьер между косной и живой материей непро­ходим.

■ Возникновение жизнина Земле - вопрос дискуссион­ный. По мнению В. И. Вернадского, в обозримой геологической истории образование живого вещества из неживого на Земле произойти не могло. Отправной точкой его воззрений в этой области был принцип, сформулированный флорентийским вра­чом Франческо Реди в 1668 г.: «Все живое от живого». Дока­зательство тому он видел в работах Л. Пастера и П. Кюри об особенностях молекулярного строения органического вещества. Живое вещество обладает свойством оптической диссимметрии (гр. dys - нарушение, symmetria - зеркальное расположение), Т. е.является фильтром,способным отделять правовращающие молекулы от левовращающих. Благодаря концентрации молекул одинаковой симметрии живое вещество способно поляризовать световые лучи. В неживом веще­стве левовращающие и правовращающие молекулы смешаны в произвольных пропорциях. В. И. Вернадский уделял большое вни­мание этому факту, высказав гипотезу о том, что диссимметричные структуры стабильны в основном в живом веществе.

Отстраняясь от каких-либо экстраполяции и гипотез, основы­ваясь только на эмпирических (гр. етрета - опыт) обобщениях, он говорил, что на Земле нет условий, которые могли бы обеспе­чить возникновение жизни небиогенным путем из косного веще-


Глава 6. В. И. Вернадскийо биосфере

ства, т.е. нет условий для абиогенеза(гр. abiogenesis - небиологическое

происхождение). Позднее под влиянием успехов в абиогенном синте­зе органических веществ он склонялся к признанию абиогенеза, но не одного какого-то вида, а сразу комплекса организмов разных геохимических функций и в условиях, предшествовавших геологическому времени. В 1931 г. он утверждал, что «принцип Реди», безусловно, верен, но справедлив лишь в условиях био­сферы, и даже считал возможным абиогенез в нынешних услови­ях, который, однако, нельзя наблюдать в силу недостаточности уровня знаний. В своей работе «Химическое строение биосфе­ры Земли и ее окружения», опубликованной впервые в 1965 г., он писал: «Надо искать не следов начала жизни на нашей плане­те и вообще на планетах, но материально-энергетические условия для проявления планетной жизни». Таким образом, В. И. Вер­надский в последних своих работах допускал идею абиогенеза в определенных условиях догеологической истории планеты.

Для В. И. Вернадского было несомненным существование биосферы в течение 2 млрд лет, но была ли она раньше - он сомневался. По последним косвенным данным, возраст биосфе­ры оценивается приблизительно в 4 млрд лет.

За последние полвека накоплено много материалов, расши­ряющих наши познания о появлении жизни на Земле. Во-первых, можно считать доказанным отсутствие жизни на Марсе и Вене­ре, на которых В. И. Вернадский предполагал возможность существования живого вещества. Теперь изучено достаточно мно­го космической материи, состоящей из различных смесей право-и левовращающих молекул. Результаты доказывают, что земная жизнь не привнесена на Землю с ближайших планет.

Во-вторых, получены и достаточно хорошо изучены природ­ные органические вещества абиогенного происхождения. В кни­ге М. Руттена (1974) описаны опыты по получению аминокислот из водорода, аммиака и метана в бескислородной среде под действием электрических разрядов и ультрафиолетового излуче­ния. В России подобные опыты проводил А. И. Опарин (1936).


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Вскоре такие соединения были обнаружены в грозовых тучах после молний и в стерильно отобранных горячих вулканических пеплах (Е. К. Мархинин, 1980). При этом в одинаковых по химическому составу органических веществах биогенного и аби­огенного происхождения наблюдается диссимметрия, т. е. все­гда преобладает одна группа молекул, чаще всего левовращающих. Эти факты указывают на стирание граней между живым веществом и его абиогенными аналогами. Поэтому ученые вто­рой половины XX века (А. И. Опарин, Дж. Бернал, М. Руттен, Р. С. Юнг и др.), не допуская занесения жизни на Землю с других планет, признавали абиогенез на Земле.

По-видимому, абиогенез мог происходить в условиях, отлич­ных от ныне существующих, при первичной бескислородной атмосфере. В настоящее время проблема сводится к выяснению времени превращения абиогенных органических соединений в биогенные и причин появления резко диссимметричной струк­туры ДНК в живом веществе. Вероятно, что нарушение зеркаль­ной симметрии - необходимый этап эволюции. Физик В. И. Гольданский (1986) считает, что появление диссимметрии в органическом веществе уже обеспечивает возможность начальных форм размно­жения. В последние годы, однако, получают подтверждение идеи В. И. Вернадского о возможном космическом происхождении живого вещества. Исследованиями в Антарктиде обнаружено большое количество метеоритов на поверхности льда. В них были найдены различные аминокислоты, нуклеотиды, которые не могли образоваться во льдах Антарктиды. Можно предполагать, что абиогенные органические вещества существуют и в далеких космических просторах. Таким образом, если не живое веще­ство, то его «матрица» в виде абиогенного органического веще­ства существует в космосе и может переноситься на звездные расстояния. Поэтому идею В. И. Вернадского о «вечности» жизни в современном представлении можно сформулировать так: жизнь - это этап эволюции материи, возможность, присущая всем пространствам и временам.


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Академик Н. Н. Моисеев (1994) высказывал такую точку зрения: картину мира можно представить как эволюцию единой системы - Вселенной - от начального взрыва до появления живого вещества и разума, а в конце концов и общества. Развитие этой системы происходит за счет внутренних взаимодействий, присущих самой системе. Имеет место грандиозный процесс самоорганизации, в котором появление живого вещества является одним из важнейших этапов. В пользу этого говорят последние исследования в физике. Обнаружено, что мировые константы (скорость света, гравитационная постоянная и др.) обладают удивительным свойством. Их изменение даже на малые доли процента привело бы к изменению мирового процесса самоорганизации, исключающему появление струк­тур, дающих возможность возникновения живого вещества (как Солнечная система, напри­мер). Иными словами, живое вещество определяет величины мировых констант, а мировые константы дают возможность возникновения живого вещества. Этот парадокс заставляет трактовать роль живого вещества в мироздании по-иному: мир таков потому, что мы есть. Следовательно: «Вселенная, может быть, является не самостоятельной системой, а лишь составляющей некой суперсистемы, в которой одним из принципов отбора является воз­можность появления живого вещества» (Н. Н. Моисеев, 1994).

В допущениях абиогенеза* на нашей планете на уровне пред­положений остается этап перехода от косного к живому веще­ству, который знаменуется появлением метаболизма (гр. metabole -перемена) и размножения. С этого момента возникает процесс переноса энергии и информации из поколения в поколение.

Эволюция живого веществашла по пути усложнения структуры организмов и биологических сообществ, увеличения числа видов и совершенствования их приспособленности.

Усложнение живого вещества связано с развитием многоклеточ­ных организмов. Согласно наиболее признанной колониальной гипотезе, образовавшиеся в результате деления клетки не разош­лись в пространстве, а образовали колонии. Позже в клетках возникли различия в химическом составе, а затем и в функцио­нальной специализации. Многоклеточные организмы совершен­ствовались и приобретали разнообразие в течение многих мил­лионов лет. Совершенствовался круговорот веществ в непрерыв­ном обмене веществом и энергией между организмами и сре­дой, в процессах рождения и смерти. Завладевая все новыми областями земной коры, организмы приспосабливались к новым физико-химическим условиям, что неизбежно приводило к гибе­ли и исчезновению части организмов и дальнейшему естест­венному отбору. Эволюционный процесс сопровождался повыше­нием эффективности использования энергии и вещества организмами,


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

популяциями и сообществами. И в этой эволюции четко прослеживается постепенное развитие и усложнение нервной системы. Достигнутый уровень развития мозга, - писал В. И. Вер­надский, - не идет уже вспять - только вперед. Вершиной эволю­ции живого на Земле явился человек, ознаменовавший своим появ­лением новый этап развития жизни - антропогенез(гр. antropos -

человек) (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Эволюция биосферы

Появление человекапривело к ускорению процесса эволю­ции биосферы. В истории антропогенеза неоднократно проис­ходили качественные перестройки. В первой половине каменного века - палеолите (гр. palaios - древний, lithos - камень) у человека сфор­мировались зачатки нравственности. Стадо антропоидов посте­пенно стало превращаться в человеческое общество. Естествен-


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

ный отбор перешел с уровня организма на уровень племен, народов, цивилизаций. Нечто подобное произошло и во второй половине каменного века - неолите (гр. neos - новый): преодолев глобальный экологический кризис, который привел к исчезнове­нию крупных копытных, в том числе мамонтов, люди освоили земледелие и скотоводство, создали новую экологическую нишу.

Выходы из кризисов происходили естественным путем, и на них уходили сотни тысяч лет. Человечество все активнее пере­страивало экосистемы, все больше вовлекало в биогеохимические циклы запасы планеты - остатки былых биосфер. В. И. Вер­надский воспринимал все это как естественный процесс развития планеты. В 1925 г. он писал: «Измененная культурой поверхность не есть что-то чуждое Природе и в ней наносное, но есть естест­венное и неизбежное проявление жизни как природного явления». Анализируя возможности все возрастающей мощи цивилизации, он пришел к выводу о том, что человечеству как разумной части живого вещества придется взять на себя ответственность за буду­щее планеты. Будущее требует активного вмешательства разума в судьбу биосферы. Во взаимодействии природы и общества все должно измениться: и биогеохимические циклы, и способность природы обеспечивать потребности человечества, а может быть, и природа самого человека и общества. Все это должно делаться целенаправленно, с участием разума.»

Новое состояние биосферы ученый назвал ноосферой(гр.noos- разум). Термин был введен Эдуардом Леруа (1927), позднее им широко пользовался Пьер Тейяр де Шарден (1930).

Переход в эпоху ноосферы В. И. Вернадский рассмат­ривал как один из актов «приспособления» человечества. Все живые организмы приспособляются, но человек включа­ет в этот процесс разум.

Учение о ноосфере получило развитие в работах русских ученых М. М. Камшилова (1979), В. П. Казначеева (1985) и др. Современные ученые также рассматривают ноосферу как новую высшую стадию эволюции биосферы, связанную с возник-


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

новением и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, создает техносферу и начинает оказывать определяющее влияние на ход биосферных и космических процессов.

Только недавно на идеи В. И. Вернадского стали опираться и зарубежные исследователи биосферы.

В этой связи интересно отметить уникальный эксперимент, проводимый в США с замкнутой биолого-технической системой «Биосфера-2», задуманной как микромодель «Биосферы-1», т. е. биосферы Земли. Ее разработчики Домон Аллен и Марк Нельсон (1991) во многом использовали концепцию ноосферы В. И. Вернадского, полагая, что с помощью разума возможно управление не только техносферой, но и биосферой. Модель отличалась от предыдущих микрокосмов размерами (площадь 1,3 га, объем более 180 тыс. м3) и разнообразием экосистем. «Биосфера-2» была изолирована от атмосферы и почвы, но энергетически открыта для солнечного излучения, т. е. для фотосинтеза. Она также имела электропитание для термо- и влагорегуляции и была связана с внешним миром информационно через компьютеры, теле- и радиосвязь. В модели имелись антропогенное крыло (сельскохозяйственный и жилой отсеки) и природ­ное крыло (тропический лес, саванна, болото, пустыня, океан). С инженерной точки зрения - это венец применения высоких технологий.

Однако результаты первого научного эксперимента, проведенного 8 испытателями в замкнутой «Биосфере-2» в течение двух лет, оказались не столь блестящи. Здоровью и выживанию экспериментаторов грозило и повышение концентрации С02, и катастрофи­ческое снижение 02, хронический недостаток калорий в пище и т. д. Эксперимент показал, что люди еще плохо знают, как действует наша глобальная система жизнеобес­печения - «Биосфера-1». Путь к ноосфере не так легок, как могло показаться. Пока мы не можем управлять даже маленькой «ноосферой», смоделированной человеком.

В обобщающем труде «Научная мысль как планетное явле­ние», написанном в 1938 г., а опубликованном впервые только в 1977 г., В. И. Вернадский предстает как великий оптимист в отношении будущего человечества. Он пишет, что взрыв научной мысли в XX столетии подготовлен всем прошлым биосферы, раз­витие не может остановиться или пойти назад.

Оптимизм В. И. Вернадского опирался на представления о том, что «наука - природное явление» и как один из способов приспособления человечества она не может «не сработать». Действительно, расшифровка основных взаимосвязей в природе на количественном уровне, определение управляющих факто­ров, исследование законов развития, разработка моделей био­систем всех уровней, вплоть до биосферного, создание высоких технологий, оценка устойчивости и экологической емкости эко-


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

систем, т. е. решение главных задач экологии - это и есть работа по становлению ноосферного мышления.

В наше время после выхода в космос энергетическая мощь технологических процессов в руках человека действительно сравня­лась с масштабом и мощью природных процессов. В болезнен­ной форме человечество начинает испытывать последствия проти­воречий между техногенной экспансией (лат. expansio - расширение,

захват) и ресурсами биосферы. Поэтому не все в полной мере разделяют оптимизм В. И. Вернадского. Так, академик Н. Н. Мои­сеев в статье «В. И. Вернадский и современность» (1994) писал, что у В. И. Вернадского и Тейяра де Шардена было больше оснований для оптимизма, чем у людей сегодняшнего дня. Тогда ничего еще не знали об атомном оружии, парниковом эффек­те, кислотных дождях, демографическом взрыве и других эколо­гических проблемах. Переход в эпоху ноосферы, вероятно, не будет таким плавным и безболезненным, как они предполагали. Мировое сообщество очень медленно приходит к осознанию того, что общая судьба человечества зависит не от политических, государственных и национальных амбиций, а от угрозы само­уничтожения в планетарной экологической катастрофе. Рано или поздно человечеству придется согласовать свои потребности с возможностями биосферы. По существу, придется обратиться к новой нравственности в своей жизни, так как духовный мир должен превратиться в фактор, определяющий развитие и выжива­ние человечества. Это будет новый этап эволюции Homo Sapiens.

Выбор стратегии взаимодействия человека с биосферой, формирующейся как «модель устойчивого развития» - это и есть ноосфера В. И. Вернадского. Но при наличии современного ядерного оружия движение к ноосфере не может занимать тысячи и даже сотни лет. Для такого перехода остаются десяти­летия. Несомненно, эволюционный процесс идет, «природные явления действуют». Признаки этого движения видны: это ресурсо­сберегающие и энергосберегающие технологии; перестройка экономики; стремительное развитие коллективного интеллекта,


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

основанного на новых средствах коммуникаций и возможностях компьютеризации; постепенный поворот в сознании ученых, по­литиков и простых людей в сторону экологического мировоззре­ния, перевод экологических ценностей в экономические катего­рии и многое другое. Но хватит ли у людей времени? Не разразится ли катастрофа раньше?

Контрольные вопросы

1. Кто ввел в науку термин «биосфера»? Когда впервые исполь­зовал его В. И. Вернадский?

2. Назовите основные оболочки Земли.

3. Чем отличается земная кора от мантии и ядра?

4. В пределах каких земных оболочек расположена биосфера?

5. Чем отличается биосфера от других геосфер?

6. Дайте определения атмосферы, гидросферы, литосферы.

7. Какие космические лучи губительны для живых организмов?

8. Как образовался озоновый экран, какова его роль?

9. Какие космические излучения являются источником жизни на планете?

 

10. Какие живые организмы могут непосредственно использо­вать солнечную энергию?

11. В чем основное отличие «живого вещества» от «косного»?

12. Какие ограничения имеет распространение жизни на Земле?

13. Каковы были взгляды В. И. Вернадского на возникновение жизни на планете?

14. Возможен ли абиогенез на Земле с позиций современной науки?

15. Каковы основные этапы эволюции «живого вещества»?

16. Были ли экологические кризисы в доисторические времена?

17. Кто ввел в науку термин «ноосфера»?


Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

18. В чем основной смысл учения В. И. Вернадского о ноосфе­ре?

19. Каковы современные представления о ноосфере?


 

ГЛАВА 7

 

 

МЕТОДЫ

ИЗУЧЕНИЯ

ЭКОСИСТЕМ


Глава 7. Методы изучения экосистем

7.1. Натурные наблюдения и эксперименты
Признание экосистем предметом экологии и принцип эмерджентности неизбежно приводят к необходимости использовать в качестве методологической основы науки экологии системный анализ и междисциплинарный синтез явлений.

Системный анализ - это направление методологии науч­ного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы.

Системные принципы исследований завоевывали признание только во второй половине XX века, с развитием инструменталь­ных и дистанционных методов… Системный подход в экологии состоит в определении составных частей экосистемы;… Для решения этих основных задач в арсенале современной экологии выделяют три главные группы методов: 1) натурные…

Модель - это имитация того или иного явления реаль­ного мира, позволяющая делать прогнозы.

На протяжении XIX и первой половины XX веков применение математики для отслеживания природных явлений было уделом талантливых одиночек. Сейчас… Глава 7. Методы изучения экосистем Толчок развитию моделирования, как в биологии вообще, так и в экологии в частности, дала кибернетика. Но относиться к…

При любом моделировании предварительно следует проводить статистическую обработку исходных натурных или экспериментальных данных с целью преобразования их в немногие параметры, которые в компактной форме достаточно полно характеризуют свойства экосистемы.

Другая задача математической статистики в экологии связана с тем, что исследователь почти никогда не имеет возможности изучить все компоненты экосистемы. Обычно изучается лишь не­кая выборка. В связи с этим возникает проблема оценки степени соответствия свойств выборки свойствам всей совокупности. Отве­ты на эти вопросы также дает математическая статистика. Наибо-


Глава 7. Методы изучения экосистем

лее важным является использование статистики для изучения характера связей между отдельными функциями живого орга­низма, между разными организмами, между организмами и факторами неживой среды.

Разумеется, область применения статистических методов значи­тельно шире, а разнообразие методов очень велико. Экологам необходимо помнить, что пренебрежение статистической обра­боткой исходной информации при построении математических моделей может приводить к дискредитации самой модели.

Наряду со статистическим анализом для уплотнения информа­ции, ведутся усиленные поиски репрезентативных интегральных критериевдля оценки эмерджентных свойствэкосистем. Это может стать началом нового этапа системных наблюдений при­родных явлений.

7.3. Схема системного исследования. Общая схема системного исследования предложена В. Д. Федоровым и Т. Г. Гильмановым (1980). Все рас­смотренные выше методы (наблюдение, эксперимент, моделирова­ние) объединяются в единый процесс экологического исследова­ния, который должен осуществляться в рамках междисциплинарного исследовательского проекта.

Процесс системного исследования целесообразно разделить на ряд этапов, выполняемых последовательно или параллельно (рис. 7.6).

Постановка задачи и концептуализация.При реше­нии той или иной экологической проблемы (охрана природы, рациональное использование ресурсов, управление, прогноз эко­логического состояния и др.) можно выделить ограниченное и достаточное число наиболее существенных факторов, свойств или процессов. Назначение первого этапа состоит в выборе наиболее важных приоритетных задач, определяющих направле­ние дальнейших исследований.


Глава 7. Методы изучения экосистем

Рис. 7.6. Общая схема системного изучения экосистемы (по В. Д. Федорову, Т. Г. Гильманову, 1980)

Задача концептуализации состоит в том, чтобы суммировать известную информацию об изучаемой экосистеме в виде логичес­ки непротиворечивой концептуальной модели. Модель концентри­рует данные, необходимые для решения рассматриваемой пробле­мы. Определяется место изучаемой экосистемы в ландшафте, устанав­ливаются ее «входы» и «выходы», т. е. связи с соседними экосисте­мами, атмосферой, гидросферой, твердой средой, деятельностью человека и т. п. (рис. 7.7]. Далее в модели характеризуются состав, структура и главные особенности функционирования экосис­темы, т. е. определяются число компонентов и совокупность связей.


Глава 7. Методы изучения экосистем

Рис. 77. Концептуальная модель внешних связей экосистемы (по В. Д. Федорову, Т. Г. Гильманову, 1980)

Спецификация и наблюдения.Назначение этапа специ­фикации состоит в том, чтобы определить состав входных пере­менных, переменных состояния экосистемы и, по возможности, строго задать отображение оригинала на модель. При специфика­ции указывается, с какими измеряемыми характеристиками экосис­темы и внешней среды сопоставляются переменные ее состояния, какие методы и единицы измерения используются. При этом целесооб­разно создавать автоматизированные компьютерные банки дан­ных. Принципиальная схема состава и структуры наземной и водной экосистем показана на рис. 7.8.

На основании спецификации и концептуальной модели плани­руются полевые наблюдения за динамикой изучаемых свойств экосистемы и прежде всего за переменными экологического сос­тояния и входными характеристиками. Результаты наблюдений используются на последующих этапах работы (идентификация, проверка и исследование модели). Кроме того, они могут служить основой для пересмотра в случае необходимости концептуальной модели, что показано на рис. 7.6 линией от блока 4 к блоку 2.

Идентификация и эксперименты.Задача идентифика­ции заключается в математическом описании соотношений между переменными, образующими структуру модели. В частности, основу структуры динамических моделей с п переменными состояния состав­ляют чаще всего п дифференциальных уравнений, выражающих закономерности изменения каждой из переменных во времени.


Глава 7. Методы изучения экосистем

Рис. 7.8. Схема состава и структуры наземной и водной экосистем

При идентификации, как правило, возникает потребность в проведении полевых или лабораторных экспериментов с целью проверки различных гипотез о характере взаимосвязей между компонентами экосистемы или для оценок параметров известных зависимостей. Экспериментальные работы проводятся параллель­но с другими стадиями исследования, вследствие чего возможно возвращение к предыдущим этапам и их повторение в новом цикле исследований с учетом дополнительной информации, полу­ченной в результате эксперимента.

Реализация и верификация модели.После идентифи­кации модели встает проблема ее реализации, т. е. нахожде­ния оператора, который позволит рассчитывать динамику состо­яния экосистемы во времени в соответствии с входными данны­ми и начальным состоянием. Обычно реализация осуществляет-


Глава 7. Методы изучения экосистем

ся в виде программы расчета на ЭВМ. На этом этапе очень плодотворно сотрудничество экологов, владеющих основами прог­раммирования, с математиками, достаточно глубоко изучивши­ми основы экологии.

Верификация МОДеЛИ (лат. verificatio - проверка подлинности) имеет Целью проверить, в какой степени модель соответствует оригиналу. Оценка пригодности модели может быть дана на основе срав­нения с данными наблюдений и, главное, на основе опыта прак­тического использования модели как инструмента прогнозиро­вания, оптимизации и управления моделируемой системой. Од­нако предварительные сведения об адекватности модели необхо­димы в течение процесса ее построения.

Существует много способов оценки адекватности моделей. Р. Сай-ерт (1966) предложил, например, проверять способность модели воспроизводить такие характеристики эмпирических кривых, как число и распределение экстремальных точек во времени, амплиту­да возмущений, средние значения переменных и др. Т. Г. Нейлор и Д. Фигнер (1975) предлагают производить сравнение статисти­ческих критериев модели и наблюдений: математического ожида­ния, дисперсий, асимметрий, эксцессов и др. Однако наиболее наглядным способом проверки модели является сравнение расчет­ных кривых ее состояния в рассматриваемом интервале времени с данными наблюдений за системой за тот же промежуток времени. Кривые могут быть построены по непрерывным или дискретным наблюдениям. Для оценки степени совпадения могут быть использо­ваны как численные значения характеристик, так и статистические показатели. При хорошем совпадении расчетных и эмпирических данных модель можно считать адекватной оригиналу и приступать к проверке других аспектов ее работы. Однако часто обнаружи­вается, что нет удовлетворительного совпадения результатов модели­рования с эмпирическими данными. В поисках причин приходится возвращаться к предшествующим этапам (чаще всего к этапу иден­тификации). После этого последовательность этапов повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое согласие. Эффектив-


Глава 7. Методы изучения экосистем

ным способом проверки модели являются также имитация на ней разнообразных экспериментальных воздействий (орошения, удобре­ния, изменения температуры, течений и т. п.) и сравнение получен­ных результатов с данными реальных экспериментов.

Неспособность модели правильно предсказать последствия тех или иных воздействий является основанием для ее пересмотра. Но абсолютно точного воссоздания оригинала требовать от модели нереалистично. Поэтому при достаточно надежной концептуаль­ной модели и хороших критериях адекватности после нескольких проверок и исправлений обычно удается построить приемлемую модель и приступить к дальнейшему исследованию.

Заключительный этапосновывается на исследовании мо­дели и оптимизации решений. Процесс исследования включает описание общих черт изменения состояний и поведения модели в зависимости от изменения входных данных. Один из основных разделов исследования - анализ «чувствительности» модели. Резуль­таты этой операции показывают, какие начальные условия, взаимо­связи между переменными, внешние факторы или другие парамет­ры оказывают наиболее сильное (или, наоборот, незначитель­ное) влияние на поведение модели. После получения ответов можно решить, какие параметры должны определяться с высокой точностью, а какие могут задаваться приближенно при наблюде­ниях, экспериментах и идентификации. Данные теоретических исследований модели и результаты имитационных расчетов дают дополнительную информацию для оценки адекватности модели и необходимости ее дальнейшего усовершенствования.

В практической работе по охране или рациональному исполь­зованию природных экосистем человек может задавать и регулиро­вать те или иные воздействия с целью оптимизации их состояния в нужном направлении. Например, при управлении заповедни­ком стремятся к сохранению редких видов организмов, в агро-экосистемах - к получению высокого урожая. При управлении водоемом можно использовать принудительную аэрацию для оп­тимизации его экологического состояния и т. п.


Глава 7. Методы изучения экосистем

При многоцелевом использовании природных ресурсов при­ходится сталкиваться с противоречиями. Например, трудно совмес­тить забор питьевой воды с пляжем или сбросом в водоем сточных вод. Поэтому часто решение оптимизационных задач носит компромиссный характер, обусловленный многофактор­ностью и множеством критериев качества. Методической осно­вой решения таких задач являются теория оптимального управле­ния и оптимизационные модели.

Заключение в системном анализе должно быть науч­ной основой реализации природоохранных проектов и указывать инструменты оптимизации состояний экосистем.

Изучение любой экосистемы может продолжаться бесконеч­но долго. Однако каждый исследовательский проект должен иметь конечную цель и рано или поздно завершаться. В итоге должны намечаться перспективы будущих исследований.

Приведенная схема системного подхода к изучению экосис­тем, разумеется, не является универсальной и может быть моди­фицирована в зависимости от целей и задач проекта, а также объема информационного обеспечения.

Контрольные вопросы

1. Какой методологический подход является основным в эколо­гии?

2. Какие группы методов используются в системном анализе в экологии?

3. В чем значение полевых и экспериментальных исследований в экологии?

4. Почему результаты лабораторных опытов не всегда можно экстраполировать на природные экосистемы?

5. В чем достоинства и недостатки математического моделирова­ния природных систем?


Глава 7. Методы изучения экосистем

6. В чем отличие аэродинамических и гидродинамических моделей от экологических?

7. Какой математический аппарат чаще всего используется при моделировании экосистем?

8. В чем преимущества и недостатки статистических моделей?

9. Можно ли при изучении природных объектов в натуре по­лучать хорошо воспроизводимые численные характеристики?

 

10. В чем цель и значение статистического анализа эмпири­ческих данных?

11. Какие свойства экосистем характеризуют интегральные кри­терии их состояния?

12. Каковы основные этапы процесса системного исследования при изучении природных экосистем?

13. Как можно проверить адекватность модели оригиналу?

14. Какие оптимизационные задачи помогают решать модели в экологии?

15. Какова цель заключительного этапа в системном анализе?


часть II ОСНОВЫ

ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ

ГЛАВА 8

ГЛОБАЛЬНЫЕI

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕI

ПРОБЛЕМЫ


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

8.1. Демографические проблемы В процессе эволюции общество породило множество социальных, эконо­мических и экологических проблем. Сложилась парадоксальная ситуация: мировая цивилизация дос­тигла поразительных высот и в то же время оказалась на краю пропасти. К общепланетарным проблемам относятся: экспонен­циальный рост численности населения; истощение природных ре­сурсов; загрязнение окружающей среды; обострение энергети­ческого кризиса; нехватка продовольствия и нищета в слабораз­витых странах; угроза ядерной войны; эскалация этнических конфликтов и малые войны; возникновение эпидемий; разгул бандитизма и терроризма; религиозные конфликты; кризис куль­туры, нравственности, семьи; экологические проблемы глобаль­ного и регионального масштабов и т. д.

Рост народонаселения в значительной мере определяет буду­щее планеты: растут потребности, развиваются технологии, исся­кают природные ресурсы, повышается нагрузка на биосферу, разрушается окружающая человека природная среда и т. д. Се­годня эта проблема волнует демографов, социологов, экономи­стов, экологов и политиков.

В Динамика народонаселенияопределяет демографи­ческую (гр. demos - народ) ситуацию в отдельных странах и в мире. Население увеличивается при превышении темпов рождаемости над темпами смертности. Демографы для оценки этих процессов пользуются не абсолютным числом родившихся и умерших лю­дей, а коэффициентами рождаемости (КР) и коэффици­ентами смертности (КС):

КР=______ число рожденных детей в год________ *1000

численность населения на середину года

КС= ________ число умерших за год___________ *1000

численность населения на середину года

Коэффициенты отражают число рожденных или умерших на 1000 жителей в год. Ежегодный прирост населения (%) характе-


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

ризуется коэффициентом прироста населения (КП):

КП=(КР - КС)/10

Например, в 1989 г. коэффициент рождаемости в мире был 28 %, а коэффициент смертности - 10 %. Таким образом, прирост населения в среднем составил 1,8 %. В этом же году КП менялся от 4,1 % в Кении, Восточной Африке и Восточной Азии до 0,2 % в Венгрии. При равенстве коэффициентов рож­даемости и смертности и отсутствии миграции численность насе­ления в стране остается стабильной. Эта ситуация называется нулевым приростом населения (НПН).

Численность населения в стране зависит также от среднего коэффициента фертильности (СКФ),который представляет собой среднее число живых детей у одной женщины в течение детородного периода (15 - 44 года). На коэффициенты рожда­емости (КР) и средние коэффициенты фертильности (СКФ) вли­яют одни и те же факторы:

- уровень образованности и обеспеченности: КР и СКФ тем ниже, чем выше уровень образования и экономического благо­состояния общества;

- использование детского труда: КР и СКФ больше в развиваю­щихся странах и сельских местностях, где детей активно исполь­зуют в трудовой деятельности;

- урбанизация: у городского населения существует тенден­ция к снижению обоих коэффициентов по сравнению с сельс­кими жителями, нуждающимися в детском труде;

 

- высокая стоимость воспитания и образования снижает КР и СКФ в тех странах, где образование обязательно, а детский труд запрещен;

- коэффициент детской смертности напрямую определяет и коэффициент рождаемости: в странах с высокой смертно­стью детей родители в качестве гарантий заводят «лишних» детей;


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

- возраст вступления в брак: в странах, где средний возраст вступления в брак у женщин выше 25 лет, естественно, коэффи­циенты рождаемости и фертильности ниже;

- пенсионное обеспечение: в странах, где существуют надеж­ные и достаточные пенсии, КР и СКФ снижаются, так как обес­печение старости не зависит от количества детей;

- культурные традиции: религиозные убеждения и вековые традиции влияют на количество детей, которое хотят иметь супру­жеские пары.

Внимательный анализ факторов, влияющих на коэффициен­ты рождаемости и фертильности, показывает, что низкие значе­ния этих коэффициентов наблюдаются в экономически развитых странах, а высокие - в развивающихся странах.

Динамика роста численности населения на планете в целом описывается J-образной экспоненциальной кривой (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Динамика роста населения за последние 10 000 лет, млрд чел.

В первые миллионы лет истории человечества численность населения росла экспоненциально, но медленно (0,002 % в год). Самый большой прирост населения Земли был в 1970 г. и


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

составил в среднем 2,06 %. В 80-х гг. ежегодный прирост упал до 1,75 % (в абсолютных цифрах он уменьшился на сотни миллио­нов человек), а в 1989 г. вновь повысился до 1,80 %. Это соответст­вует теории демографического перехода,разработанной в 1945 г. Ф. Ноутстойном, согласно которой есть три стадии роста населения, определяемые экономическим и социальным развитием.

Для первой стадии характерны невысокая рождаемость и высокая смертность. Эта стадия практически пройдена всем челове­чеством. Во второй стадии рождаемость повышается, а смерт­ность снижается благодаря развитию экономики и прогрессу здравоохранения. На этой стации численность населения быстро увеличивается - большинство развивающихся стран находятся в этом периоде. На третьей стадии показатели рождаемости сни­жаются, одновременно снижается детская смертность. Меняются экономические и социальные цели общества. Происходит вырав­нивание показателей рождаемости и смертности. Следователь­но, рост мирового населения обусловлен не только ростом ко­эффициента рождаемости, но и снижением коэффициента смертности.

Главными факторами снижения смертности в развивающихся странах являются: 1) улучшение условий питания вследствие повыше­ния производства продовольствия, 2) сокращение эпидемий и инфекционных заболеваний в связи с совершенствованием сис­темы здравоохранения и медицинского обслуживания, 3) улучше­ние общих санитарных условий и водоснабжения.

Эксперты ООН считают, что заметное снижение рождаемос­ти в развивающихся странах произойдет после 2000 г., а к 2100 г. население Земли стабилизируется на уровне примерно 11-13 млрд человек (рис. 8.2).

Согласно модели демографического перехода, по мере индуст­риализации страны происходит переход от быстрого роста к нулевому приросту, а иногда и к сокращению численности насе­ления. Однако без устойчивого экономического развития многие бедные страны не смогут осуществить демографический переход.


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

Рис. 8.2. Изменение коэффициентов рождаемости и смертности в экономически разви­тых и развивающихся странах (по Т. Миллеру, 1994, с изменениями)

В конце XX в. в богатых странах рост населения замедлился; в бедных странах темп роста населения продолжает увеличивать­ся. Рекордсменом здесь остается Африка, где ежегодный при­рост населения составляет в среднем 2,8 % (в 3 раза выше, чем в США), а в Кении он достигает 4,2 %. В Индостане прирост населения - 2,5 %, на Ближнем Востоке - 2,0 % в год. Наблю­дается как бы запаздывание сценария «демографического пере­хода». Тенденции увеличения населения Земли, очевидно, будут сохраняться в течение десятилетий после того, как коэффициенты

 

 


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

рождаемости и фертильности в развивающихся странах сни­зятся. Это объясняется тем, что возрастная структура населения в развивающихся странах отличается от таковой в развитых странах.

Демографы выделяют три возрастные категории: 0-14 лет, 15-44 года, 45 - 85 лет. В большинстве развивающихся стран молодое население (0-14 лет и 15-44 года) составляет значительно большую долю, чем люди старше 65 лет. Экономи­чески развитые государства, например, Швеция, Германия, Да­ния, Венгрия, достигшие нулевого прироста населения, имеют почти равное число жителей в каждой возрастной категории.

Любая страна с большим количеством жителей в возрасте до 15 лет обладает мощным импульсом увеличения численности насе­ления, если не происходит рост коэффициента смертности. Это объясняется тем, что женщин, способных иметь детей, становится с каждым годом все больше. Население страны будет увеличиваться в течение 60 - 70 лет, даже если коэффициент фертильности снизится до уровня простого воспроизводства и ниже. Поэтому демографическая проблема сохранит остроту и в XXI веке. К 2025 г. население слаборазвитых стран составит 84 % всех жителей Земли, в то время как сейчас - около 68 % (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Изменение структуры населения мира, по данным ООН

Произойдет также «омоложение» мира (уже сейчас в разви­вающихся странах молодежь составляет почти 60 % населе­ния). Ожидается взлет ислама: с 800 млн мусульман в 1980 г.


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

до 4,4 млрд - в 2100 г., а число христиан увеличится всего с 1,4 до 2,2 млрд человек.

Общество XXI в. будет еще более «городским», а из 5 самых крупных городов мира 3 будут находиться в странах «третьего мира»: Мехико (более 1 8 млн человек), Сан-Паулу и Калькутта. Такой взрыв скорее всего приведет к «трущобной урбанизации». Все это может обострить контрасты в развивающихся странах. Чтобы смягчить демографические проблемы, необходима стаби­лизация численности населения Земли. И некоторые страны уже проводят более или менее жесткую политику регулирования чис­ла жителей.

Регулирование численности населенияможет повлиять на демографическую ситуацию в мире. Снижение числа жите­лей в стране происходит при изменении трех главных демогра­фических категорий: рождаемости, смертности и миграции. Мно­гие страны пытаются снижать прирост населения, ограничивая иммиграцию и даже поощряя эмиграцию. Увеличение коэффи­циента смертности не является приемлемой альтернативой. По­этому основные усилия сосредоточивают, как правило, на сни­жении коэффициента рождаемости.

Существуют три основных подхода к решению проблемы сни­жения рождаемости: 1) экономическое развитие, 2) контроль рождаемости и 3) социально-экономические преобразования.

Экономическое развитиебольшинства развивающихся стран в современных условиях находится в стадии перехода к индустриаль­ному обществу. В этих условиях коэффициент рождаемости нес­колько снижается, но снижение коэффициента смертности проис­ходит намного быстрее, что обусловливает высокие темпы приро­ста населения.

Многие демографы опасаются, что темпы экономического раз­вития в этих странах никогда не достигнут темпов прироста населе­ния. Они могут застрять в фазе демографического перехода, так как не имеют достаточного количества квалифицированных специа­листов и средств для экономического развития, не производят кон-


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

курентоспособную продукцию, несмотря на многочисленное насе­ление. Если темпы роста населения в странах, задержавшихся в переходной фазе, будут опережать темпы экономического разви­тия, может увеличиться коэффициент смертности. Это замедлит прирост численности населения, и страна начнет скатываться в допромышленную фазу демографического развития.

Контроль рождаемостипутем планирования семьи, по мне­нию современных исследователей, потребует меньше средств, чем одно экономическое развитие. Программы по регулированию на­родонаселения основаны на просвещении и медицинском обслужи­вании граждан и варьируют в зависимости от культурных традиций. Большинство из них обеспечивают население информацией о кон­троле рождаемости, кормлении грудью, дородовом уходе, противо­зачаточных средствах. В большинстве стран, кроме Китая, эти про­граммы не принуждают граждан иметь меньше детей.

Контроль рождаемости экономит государственные средства, сокращая расходы на социальные нужды. Анализ «затраты -прибыль» показал, что в Таиланде, например, в период с 1972 по 1980 г. правительство получило 7 долларов на каждый доллар, вложенный в программу контроля рождаемости. Кроме того, контроль рождаемости улучшает здоровье женщин в развиваю­щихся странах, где около 1 млн женщин в год умирает от осложнений в период беременности.

Самая жесткая и обширная программа снижения коэффи­циентов фертильности была принята в Китае, где с 1958 по 1962 г. умерло от голода около 30 млн человек. В основе этой программы лежали следующие мероприятия:

- мощные стимулы, отодвигающие время вступления в брак;

- развитие системы образования;

- создание условий и возможностей семейным парам для сте­рилизации, абортов и использования противозачаточных средств;

- экономические льготы для семей, подписавших обязатель­ства иметь не более одного ребенка (надбавки к зарплате, пайки, пенсии и т. д.);

 

 

Глава 8. Глобальные экологические проблемы

- принуждение к аборту женщин, беременных третьим ребенком;

- предложения родителям, имеющим двух детей, сделать стерили­зацию;

- требования к представителям властей ограничивать количе­ство детей в собственных семьях и другие меры.

Руководство Китая поставило целью добиться нулевого приро­ста в 2000 г., когда число жителей достигнет 1,2 млрд человек, и затем медленно сократить численность населения до 1 млрд человек в 2100 г. Однако, по прогнозам ООН, с учетом того, что 34 % населения Китая моложе 15 лет, его народонаселение уже в 2020 г. может составить около 1,5 млрд человек.

Большинство стран не могут или не хотят использовать принуди­тельные элементы китайской программы. Однако нельзя ждать, когда общество встанет перед выбором - массовое вымирание или жесткие меры. Следует попытаться заблаговременно мягки­ми мерами сдержать рост населения.

Экономически развитые страны, в отличие от развивающихся, озабочены замедлением темпов роста населения. В Германии, Венгрии правительства пытаются найти способы поднять рождае­мость. Например, если в Германии сохранится коэффициент фертильности 1,4 и не будет разрешена иммиграция, ее насе­ление сократится с 62 до 45 млн человек в 2050 г. Это означает, что будет слишком мало рабочих рук, чтобы обеспе­чить дальнейшее развитие и собирать налоги, необходимые для пенсий. По прогнозам, после 2000 г. будет наблюдаться незна­чительное снижение численности населения во Франции, Вели­кобритании и США в связи с переходом их в стабильную по­стиндустриальную фазу развития. Когда общество вступает в постиндустриальную фазу развития, коэффициенты рождаемос­ти и смертности уравниваются и достигается нулевой прирост населения.

К 1989 г. Австрия, Бельгия, Венгрия, Чехия, Дания, Италия, Финляндия, Германия, Греция, Норвегия, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария и некоторые другие страны приблизились к


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

нулевому приросту населения. Но в этих странах проживает лишь 6,3 % населения мира.

Социально-экономические преобразованияв стране, по мнению многих экспертов, могут более эффективно регулиро­вать численность населения, чем контроль рождаемости. Эконо­мические рычаги (вознаграждения и штрафы) могут снизить ко­эффициенты рождаемости. Возможности для женщин получить юридические права, образование и работу помогли бы сокра­тить коэффициенты фертильности. При этом огромное значение имеет изменение роли женщин в обществе и улучшение условий их жизни. Хотя женский труд составляет две трети общей продолжи­тельности труда в мире, они получают всего одну десятую часть мирового дохода. Женщины составляют 60 % взрослых обитате­лей планеты, не умеющих читать и писать. В то же время образование - сильнейший фактор, заставляющий женщину иметь меньше детей. До тех пор, пока женское образование не полу­чит широкого распространения, не снизится их экономическая зависимость от мужчин и не повысится статус женщины в обще­стве, высокая фертильность, голод, нищета и деградация окружа­ющей среды будут усиливаться во многих регионах мира.

По данным Международного Банка Реконструкции и Развития (МБРР), решительный поворот к сокращению рождаемости в разви­вающихся странах могут обеспечить только разумные социальные преобразования: поднятие жизненного уровня, улучшение социаль­ного обеспечения, повышение уровня образования и грамотности населения. Так, в одном из штатов Индии, в котором 70 % населения грамотно, прирост населения стал меньше 2 % в год, в то время как в среднем по Индии он превышает 2 %.

Снижение прироста численности населения Земли не решит всех ресурсных, социальных и экологических проблем, однако, позволит снизить их остроту. Эксперты считают оптимальным сни­жение прироста населения с 1,8 % до 1 % в год. Быстрое сокращение мирового коэффициента рождаемости на 50 % потребует внедрения системы мероприятий: устойчивого экономи- 267

 


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


ческого развития, контроля рождаемости, системы экономических штрафов и льгот, изменение роли женщины в обществе. Сочета­ние этих мер должно тщательно планироваться для каждой отдель­ной страны, в соответствии с ее культурными традициями.

Продовольственные проблемынеизбежно связаны с прогрессирующим ростом населения. Зона, где большинство насе­ления страдает от голода и недоедания, протянулась по обе сторо­ны экватора и включает многие страны Азии, Латинской Амери­ки и особенно Африки. Специалисты ООН считают, что число голодающих около 500 млн человек; эксперты МБРР называют более 1 млрд человек.

За период с 1950 по 1984 г. мировое производство продо­вольствия на душу населения в среднем увеличилось на 40 %. Если все продовольствие разделить поровну между жителями пла­неты, его хватит, чтобы прокормить 6 млрд человек. Но если каждый человек будет питаться, как средний житель промышленно развитой страны, то продовольствия хватит только для 2,5 млрд человек, т. е. для половины современного населения мира. Одна­ко равномерное распределение продовольствия ни сейчас, ни в будущем практически невозможно из-за различий в почвенных и климатических условиях и доходах населения в разных регионах Земли. С 1950 по 1988 г. среднедушевое производство продо­вольствия сократилось в 43 развивающихся странах, из которых 22 - африканские. В этих регионах проживает каждый седьмой житель планеты.

Тревожной тенденцией является постоянное снижение темпов мирового производства продовольствия: с 1950 по 1960 г. рост производства продовольствия составлял 15 %, с 1960 по 1970 -7 %, с 1970 по 1980-4 %, ас 1980 по 1990 - лишь 3 %.

Еще большее число людей получают неполноценное питание, т. е. испытывают недостаток в рационе питания необходимых питательных веществ (белков, жиров, витаминов, микроэлемен­тов, солей). Эксперты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) полагают, что около 50 % детской смертности (до 5 лет)


в Латинской Америке связано с плохим питанием. Прослежива­ется четкая связь между смертностью новорожденных и недостат­ком в рационе питания животных белков. Не лучше продовольст­венная обстановка и в странах СНГ. Голода пока нет, но дефицит важнейших элементов в питании существует во многих районах бывшего Союза.

Беднейшие слои находятся на грани жизни и смерти (две чашки риса - 150 кал и овощи - 10 кал в день). Люди слабеют, теряют сознание, становятся апатичными. Большинство из них погибают от болезней прежде, чем умирают от голода. Взрослые слишком слабы, чтобы продуктивно работать и ясно мыслить. У детей наблю­даются Задержка роста, Маразм(гр. marasmos - общее истощение) и другие


Рис. 8.4. Замкнутый круг условий жизни беднейшего населения земного шара

болезни, связанные с недостатком белковой пищи и витаминов. Если эти дети вырастут и станут взрослыми, то большинство из них не смогут вырваться из трагического круга бедности и голода, в который попадает каждое следующее поколение (рис. 8.4).


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


В то время как 15 % населения развивающихся стран стра­дают от недоедания и неполноценного питания, около 15 % населения промышленно развитых стран страдают от перееда­ния. Пища переедающих людей насыщена жирами, холестери­ном, солью, сахаром, содержит мало свежих овощей, фруктов, клетчатки, что является причиной ожирения, диабета, гипертонии и других сердечно-сосудистых заболеваний. Таким образом, не недостаток продуктов питания, а бедность является главной при­чиной голода и преждевременной смерти во всем мире.

В XXI в. число голодающих может увеличиться до 1,5 млрд человек из-за неравномерного распределения продовольствия как между странами, так и внутри стран. Например, треть голодаю­щих проживает в Индии, которая производит достаточно продо­вольствия для своего населения. Неравномерно пища распреде­ляется и в семьях. У бедняков большая часть еды отдается рабо­тающим мужчинам, а недоедают, в основном, дети и женщины. Очаги бедности и голода имеются и в промышленно развитых странах.

Полезна или вредна продовольственная помощь бедным стра­нам как гуманитарная акция? Некоторые аналитики утверждают, что предоставление продовольствия голодающим странам с высо­кими темпами прироста населения приносит в конечном итоге больше вреда, чем пользы. Поощряя рост населения и не научив людей самостоятельно выращивать урожаи, такая помощь в буду­щем обрекает на смерть еще большее количество людей. Биолог Г. Хардин (1994) считает, что на шлюпке «Земля» и так собра­лось слишком много народу. Если не принимать мер по сокраще­нию численности населения, то увеличение пассажиров рано или поздно приведет к тому, что она затонет, а пассажиры погибнут.

Другая проблема заключается в том, что продовольственная помощь не доходит до голодающих, так как транспортная сеть, система хранения не отвечают необходимым требованиям. Часть продовольствия сгнивает, съедается насекомыми. Имеют место воровство и распродажа гуманитарной помощи чиновниками.


Критики продовольственной помощи не отвергают помощь вообще. Они считают, что индустриальные государства в пер­вую очередь должны помочь развивающимся странам контроли­ровать прирост населения, в том числе и путем подъема эконо­мики. Продовольственная же помощь должна предоставляться в виде исключения тогда, когда в регионе в результате природ­ных или социальных катастроф полностью разрушена система снабжения.

Рост численности населения Земли порождает и другие про­блемы глобального масштаба: истощение природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и деградация природных экосис­тем. И каждый из нас в большей или меньшей степени способ­ствует этим процессам.

Ресурсы- это нечто, извлекаемое из природной среды для удовлетворения потребностей и желаний человека. Некоторые ресурсы используются непосредственно: чистый воздух, пре­сная вода, съедобные растения, дикие животные. Но большин­ство природных материалов (железо, нефть, уголь, культурные растения, домашние животные) становятся ресурсами только после соответствующей переработки в продукты, которые мож­но приобрести по доступной цене. Нефть была загадочной жидкостью до тех пор, пока люди не изобрели средства для ее поиска, добычи и переработки в бензин, мазут, гудрон и другие продукты.

Ресурсы подразделяются на вечные, невозобновляемые и во­зобновляемые.

Вечныересурсы, такие как солнечная энергия, действитель­но, неисчерпаемы с точки зрения истории человечества.

Невозобновляемые,или исчерпаемые ресурсы существуют в ограниченных количествах в земной коре, например, медь, алюминий, железо, нефть, уголь. Они истощаются, так как или не восполняются в результате природных процессов (медь, железо, алюми­ний), или восполняются значительно медленнее, чем происходит их потребление (нефть, уголь).


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


Возобновляемыминазываются ресурсы, запасы которых потенциально могут восстановиться в нормальных условиях после истощения и загрязнения естественным путем. Примерами служат деревья, травы, дикие животные, пресные воды, воздух, почвы.

Степень влияния людей на истощение ресурсов зависит преж­де всего: 1) от численности населения, 2) среднедушевого потребле­ния, 3) загрязнения и деградации окружающей среды на 1 еди­ницу природных ресурсов и 4) эффективности использования ресурсов. Наиболее болезненным в современных условиях для человечества является истощение энергетических ресурсов, что К периодически порождает энергетические кризисы.

8.2. ЭнергетическиеТакие, казавшиеся неистощимыми, источ-проблемыники энергии, как нефть, газ, уголь, тают буквально на глазах. Ископаемое топливо(доступные запасы) при современных объемах энергопотребления, по разным оценкам, в среднем иссяк­нет приблизительно через 200 - 300 лет, в том числе нефть - через 40 - 80, газ - через 50 - 100, уголь - через 300 - 400 лет. Освоение новых месторождений становится все более трудным: за ними приходится идти все дальше на север и восток, устремляться все глубже в недра Земли. Понятно, что стоимость их разработки повышается. Грозит ли людям энергетический голод? Анализ пока­зывает, что катастрофы можно избежать, если повышать эффектив­ность использования энергии и искать альтернативные источники. Однако использование любых источников имеет как свои преиму­щества, так и недостатки.

Нефтьпока остается основой современной энергетики. В развитых странах ее используют на 60 %, а в развивающихся -на 40 %. В начале 70-х гг. разразился энергетический кризис. Страны Ближнего Востока, владевшие 37 % мировой добычи нефти, резко подняли на нее цены. С 1973 по 1981 г. они подскочили в 5 раз, что вызвало шок на Западе. Но нефтяной кризис заставил сработать обратную связь, что принесло определен-


ную пользу. Были приняты активные меры. В первую очередь это касалось экономии нефти и энергии вообще, даже в бытовых мелочах. Например, в Германии температура в государственных учреждениях устанавливалась не выше 18 °С, на лестницах свет зажигался только на время подъема человека на нужный этаж. В США начали производить стекла с особым покрытием, сокращаю­щим потери тепла. Меньше стало буйство световой рекламы. В промышленности возросла роль отраслей с энергосберегающи­ми технологиями, дешевыми энергоносителями. Разрабатывались экономичные модели автомобилей и т. д. Эти «мелочи» сэкономи­ли миллиарды долларов, марок, франков. К 1990 г. доля нефти в потреблении энергии упала в среднем до 33 %. Кризис дал толчок освоению новых месторождений нефти: Аляска (США), Северное море (Великобритания и Норвегия), Тюмень, Ямал (Россия) и др.

А как поступало в это «золотое» для нефтедобывающих стран время наше государство? Мы наращивали добычу и экспорт нефти, кризиса не испытывали. Скачок мировых цен в период с 1976 по 1984 г. принес стране 176 млрд долларов, при том что нефтяное сырье продавалось в 10 раз дешевле, чем на мировом рынке (70 р. за тонну). По еще более «мягким» ценам советская нефть шла в страны Восточной Европы. Внутри страны экономия энергии никак не стимулировалась. С 1965 по 1986 г. расход энергии на производство 1 т стали поднялся с 689 до 727 кВтч; на 1 т бумаги - с 697 до 867 кВтч, на добычу 1 т угля - с 30 до 34 кВтч; энергоемкость нефтедобычи выросла с 26 до 59 кВтч на 1 т. В 80-х гг. наша страна потребляла нефти на 36 %, угля - на 56 %, газа - на 42 % больше, чем США. В то же время в Западной Европе, США и особенно в Японии, больше других зависящей от импорта топлива, происходили чуде­са снижения энергоемкости экономики. Япония на 50 % умень­шила потребление энергии и стала мировым лидером в области энергосберегающих технологий. На топливо стали расходовать только 4 % валовой национальной прибыли (в США - 10 %). В России же лишь в начале 90-х гг. стали задумываться о сбереже-


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


нии энергии: были снижены поставки нефти в страны Восточной Европы и изменены внутренние оптовые цены. Но и в годы перестройки показатели энергосбережения не улучшились, а распад Союза ухудшил всю систему энергоснабжения. Теперь России, при меньших энергоресурсах, неизбежно придется вво­дить режим жесткой экономии энергии.

Преимущества использования нефти состоят в том, что она, несмотря на колебания цен, остается сравнительно дешевым ви­дом топлива, ее легко транспортировать и она обладает высо­ким выходом чистой энергии. Нефть является также многофунк­циональным топливом, которое можно использовать для движения транспорта, получения высокотемпературного тепла в промыш­ленных производствах и выработки электроэнергии.

Недостатки сжигания нефти заключаются в том, что при этом образуется большое количество диоксида углерода окси-

дов серы оксидов азота которые загрязняют атмос-

феру и порождают общепланетарные экологические проблемы. Кроме того, нефтяные пятна и утечки токсичных буровых шламов из скважин загрязняют поверхностные и грунтовые воды. Но самый большой недостаток - то, что ее доступные запасы могут быть исчерпаны уже в этом веке.

Газовое топливо- это природный газ, состоящий из смеси метана (от 50 до 90 %) с небольшим количеством тяжелых углеводородов: пропана, бутана и др. Обычно природный газ залегает над месторождениями сырой нефти. При низкой темпера­туре природный газ превращается в сжиженный природный газ (СПГ). 40 % разведанных мировых запасов природного газа в мире находится на территориях России и стран СНГ. Россия является величайшей страной в мире по добыче газа (Иран - 14 %, США - 6 %).

Преимущества газа состоят в том, что он выделяет при сгора­нии большое количество тепла и меньше, чем любой другой вид ископаемого топлива, загрязняет воздух. Газ почти не образует диоксида серы выделяет в шесть раз меньше на единицу


энергии диоксидов азота NOx, чем уголь, нефть, бензин, и практически не образует твердых частиц. Природный газ легко транспортировать по трубопроводам, он обладает высоким вы­ходом чистой энергии. Газ полностью и эффективно сгорает в котлах центрального парового отопления, печах, плитах, водя­ных нагревателях, мусоросжигателях, тепловых насосах, воздуш­ных кондиционерах, рефрижираторах и сушильных установках. Его можно использовать и в дизельных двигателях автобусов, такси, грузовых автомашин. При сжигании газа в модифициро­ванных автомобилях снижается выброс углеводородов и С02 (но может увеличиться выброс NOx). Газ можно использовать и для выработки электроэнергии. До сих пор цены на природный газ были низкими.

Недостатки газа состоят в том, что для транспортировки на танкерах его необходимо переводить в жидкие формы. Транс­портировка сжиженного газа в рефрижираторах является доро­гим и опасным мероприятием. Вблизи мест погрузки и выгрузки могут возникать мощные взрывы, наносящие большой ущерб и даже приводящие к гибели людей. Кроме того, сжижение газа на четверть снижает выход чистой полезной энергии.

Уголь- наиболее распространенный на планете энергоно­ситель. Его запасы оцениваются в 7 трлн т. Только разведанных месторождений (300 млрд т) хватит на несколько веков. Прогно­зируется, что невыявленных мировых ресурсов угля должно хватить примерно на 900 лет при неизменном уровне его потребления. Может быть, в угле будущее мировой энергетики? Мнения раз­ные. Так, эксперты Института всемирных наблюдений (США) счи­тают, что экологический кризис нарастает такими же темпами, как и использование угля. Лидеры угольной энергетики (Китай, США, СНГ ) являются одновременно и главными загрязнителями атмосферы. На долю США приходится 26 % выброса углерода в атмосферу, а на долю СНГ - 19 % (больше, чем на всю Западную Европу). Теплоэлектростанции (ТЭС), работающие на угле, дают в среднем 10-25 кг вредных выбросов на 1 кВтч.


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


Тем не менее в США принята дорогостоящая программа, по которой до 2000 г. предполагается построить ТЭС на угле об­щей мощностью 150 млн кВт, но с почти тотальной очисткой выбросов. То же придется делать и России, так как пока угольные станции дают более половины всей электроэнергии.

К сожалению, в нашей стране все меньше внимания уделяют развитию угольной промышленности, которая в годы перестрой­ки была отброшена на уровень 1970 г.

Преимущества использования твердого угля обусловлены тем, что это наиболее распространенный вид ископаемого топлива. Уголь обладает высоким выходом чистой энергии при выработке высокотемпературного тепла и производстве электроэнергии. В странах с достаточными запасами угля его сжигание - самый дешевый способ получения электроэнергии. Однако низкая цена на уголь не включает расходы на устройства по контролю за загрязнением воздуха и мероприятия по очистке выбросов и восстановлению территории, на которой добывается уголь.

Недостатки угля обусловлены тем, что это самое загрязненное ископаемое топливо, а его добыча связана с опасностями. При сжигании угля образуется больше SOx, NOx и мельчайших твер­дых частиц, чем при сжигании других ископаемых видов топлива. Загрязнение воздуха этими веществами порождает экологическую проблему глобального масштаба - выпадение кислотных дождей.

Открытая разработка угля разрушает почвенный покров, губит естественную растительность; шахтеры часто страдают силикозом легких, нередки случаи гибели людей. Кислоты исоединения токсичных металлов, стекающие из заброшенных шахт, загрязняют поверхностные и подземные воды, губят рыбу и других обитателей водоемов. Кроме того, добытый уголь дорого перевозить и нельзя использовать в твердом виде,как топливо в автомобиле.

Сторонники угольной энергетики связывают надежды с пере­работкой угля в синтетические жидкие игазообразные виды топлива: газ и полукокс. В ЮАР, например, уже налажено производство около 3 млн т в год таких продуктов.


Ядерная энергияпервоначально рассматривалась как источ­ник чистой безопасной и дешевой энергии. Предсказывалось, что к концу века будет построено 1 800 атомных электростанций (АЭС), которые будут давать 21 % мировой промышленной энер­гии. Сейчас в мире 400 блоков АЭС уже дают 20 % всей энергии (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Эволюция мировой энергетики: виды используемой энергии, %

Япония и Франция, имеющие незначительные запасы ископа­емого топлива, считают, что использование атомной энергии -лучший способ уменьшить зависимость от импорта нефти. Фран­ция планировала к 1990 г. получать 90 % электроэнергии на АЭС. В настоящее время Франция и Япония производят больше электроэнергии, чем потребляют, а для движения транспорта атомную энергию использовать нельзя.

Практика, однако, показала, что атомная энергия - очень дорогой способ производства электроэнергии. Так, в 1987 г.


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


АЭС в США вырабатывали электроэнергию по цене в среднем 13,5 центов за 1 кВт-час, что эквивалентно покупке нефти по цене 216 долларов за баррель. И эта цена не включает расхо­ды на захоронение радиоактивных отходов и выведение из экс­плуатации старых установок. Электроэнергия АЭС во Франции и Японии дешевле, но Франции все же пришлось для финанси­рования атомной промышленности взять долг в 39 млрд долла­ров. Стоимость строительства АЭС в три раза больше стоимости строительства эквивалентных по мощности ТЭС, оснащенных но­вейшим оборудованием по контролю за загрязнением воздуха.

Атомную энергию можно получать с помощью обычной реак­ции ядерного деления и с помощью реакции ядерного синтеза.

Преимуществами обычной реакции ядерного деления являют­ся следующие: ядерные реакторы не выделяют загрязняющих воз­дух оксидов - С02, SOx, NOx и твердых частиц; степень загряз­нения воды и нарушения почвенного покрова в допустимых пре­делах, если цикл протекает нормально. Поэтому многие счита­ют, что удовлетворить растущие потребности в энергии может только ядерное топливо. Министерства атомной энергетики во многих экономически развитых странах продолжают упорно выступать в поддержку этого вида энергии.

Некоторые эксперты полагают, что высоко- или низкотемпе­ратурная реакция ядерного синтеза может предоставить неис­черпаемый источник энергии. Однако после 50 лет исследова­ний эти реакции еще изучаются в лабораторных условиях. Нико­му еще не удалось получить таким путем больше энергии, чем было затрачено.

Недостатки ядерной энергии заключаются в следующем: затраты на строительство и эксплуатацию АЭС оказались гораздо больше, чем предполагалось; обычные АЭС могут использоваться только для производства электроэнергии; выход чистой полезной энергии ни­зок; не разработаны методы надежного хранения высокорадиоак­тивных отходов в течение тысяч лет; получение атомной энергии позволяет использовать научно-техническую информацию и ма-


териалы для изготовления атомного оружия; хотя вероятность крупномасштабных аварий невысока, но они уже происходили: в результате оппозиция к атомной энергетике возросла с 30 % в 1979 г. до 60 % в 1989 г.

Чернобыльская катастрофа расколола мировое обществен­ное мнение. Дания, Норвегия, Австралия, Греция, Люксембург, Нидерланды, Италия, Швейцария приняли решение отказаться от строительства новых атомных электростанций. Швеция предпола­гала закрыть свои 6 станций в 2000 г., Австрия так и не ввела в строй свою единственную АЭС. Какой же путь выбрать? Рос­сия склонна следовать путем большинства развитых стран: ис­пользовать весь арсенал усиления безопасности АЭС. Многие считают, что мы вынуждены будем в ближайшие 30 - 50 лет продолжать использование атомной энергии, чтобы не превра­титься в слаборазвитую страну.

Очень важен выбор площадок для строительства АЭС. Так, например, Армянская АЭС, построенная в 25 км от Еревана, в сейсмоопасном районе, конечно, представляет большую угрозу. Страшно подумать, что могло бы произойти, окажись эпицентр армянс­кого землетрясения в 1988 г. на несколько десятков километров ближе к АЭС.

Судьба ядерной энергетики зависит от того, в какой степени удастся обеспечить безопасность и примирить людей с работой атомных электростанций. В Японии, например, уровень техники безопасности столь высок, что крупнейшая в мире АЭС Фукуси-ма построена в сейсмоопасной зоне (до 10 баллов). Япония вообще стала лидером наращивания мощностей АЭС: из 23 строящихся в мире станций в 1991 г. 12 было в Японии. Реши­тельно внедряют ядерное топливо французы. В Германии бунтую­щее против АЭС население зазывают на станции, чтобы показать надежность систем безопасности. Тем не менее наступление «атом­ной эры», по крайней мере, откладывается.

Альтернативные источники энергииявляются возобнов­ляемыми: солнечная, ветровая, гидроэнергетика, геотермальная и др. Их использование видится многим единственным выходом из надвигающегося энергетического кризиса. Однако сегодня круп­номасштабное энергосбережение на базе альтернативных источ-


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


ников экономически не оправдывается. Энергозатраты на получе­ние такой энергии часто равны или больше получаемой от этих источников энергии. Крупнейший советский физик П. Капица считал, что альтернативные источники не смогут серьезно потес­нить традиционные энергоносители. Одновременно многие иссле­дователи полагают, что «в долгосрочной перспективе человече­ство не имеет иного выбора, кроме возобновляемых источников энергии. Независимо от того, насколько богатыми кажутся сегод­ня запасы угля и урана, рано или поздно они исчерпаются», -писали Д. Додни и К. Флафин (цит. по Т. Миллеру, 1990).

Солнечная энергияявляется практически вечным источником энергии. Существуют пассивные системы улавливания прямой солнечной энергии для отопления зданий и активные гелиоуста­новки концентрации солнечного света для производства высоко­температурного тепла и электроэнергии. Кроме того, солнечная энергия преобразуется в электрическую при помощи фотоэле­ментных ячеек - солнечных батарей.

Пассивные солнечные отопительные системы улавливают пря­мую солнечную энергию внутри здания и превращает ее в низкотемпературное тепло: теплица, солярий, теплоемкие мате­риалы стен и др. Эти системы аккумулируют солнечную энергию и медленно отдают ее в течение суток. Пассивные системы должны также сокращать потери тепла, т. е. дома должны быть герметичными, иметь теплоизолированные окна и стены и мало обособленных помещений. В США, например, спроектированы почти 500 000 жилых домов и 17 000 общественных зданий как пассивные системы улавливания солнечного тепла. В Израи­ле и Японии пассивные водонагреватели размещают на крыше домов для снабжения дома горячей водой.

В активных гелиоустановках специально спроектированные коллекторы концентрируют солнечную энергию и накапливают ее для отопления помещений и нагревания воды. Более 1 млн активных гелиосистем горячего водоснабжения установлено в Калифорнии, Флориде и других солнечных юго-западных штатах


США. На Кипре 90 % домов имеют солнечные водонагреватели, а в Израиле - 65 % домов.

Преобразование солнечной энергии в фотоэлементах ис­пользуется в солнечных батареях. Поскольку один фотоэлемент вырабатывает мало электроэнергии, их объединяют на панели. Несколько панелей, установленных на крыше, могут снабжать электричеством жилой дом или административное здание. Но улавливание и концентрация рассеянного солнечного света для электрификации жилых домов и учреждений требуют много де­нег и затрат других видов энергии. Сейчас солнечные батареи снабжают около 15 000 домов во всем мире (деревни в США и Индии). Но эти здания расположены в отдаленных районах, куда слишком дорого проводить линию электропередач. Фотоэле­менты используют в калькуляторах, переключателях, для зарядки аккумуляторов, на маяках, буях и т. д.

Для концентрации солнечной энергии с целью получения вы­сокотемпературного высококачественного тепла, используемого в индустриальных процессах, для вращения турбин и получения электричества в промышленности, требуются громадные управляе­мые компьютерами зеркала, которые фокусируют солнечный свет на центральный коллектор тепла, расположенный наверху высокой башни. Самая большая солнечная печь работает в Пире­неях на юге Франции. Она дает температуру до 2 670 °С и используется для выработки пара и электричества. Установки меньших мощностей испытывались в Италии, Испании, Японии. В США построено пять 30-мега ваттных башен в Южной Калифор­нии. Они вырабатывают электричество для нужд 10 000 домов.

Преимущества использования прямого солнечного света для отопления помещений и нагревания воды очевидны. В солнечные дни гарантирована бесплатная энергия с достаточно высоким КПД. Технология получения такой энергии хорошо разработана и не занимает много времени. Солнечная энергия в данном качестве является экологически чистой: в атмосферу не выбрасы­ваются С02 и другие загрязняющие вещества. Нарушения почвен-


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


ного покрова практически нет, так как пассивные гелиоэнерге-тические системы встраиваются в готовых зданиях. Затраты на отопление зданий солнцем в районах с достаточным количеством солнечных дней невелики: строительство таких систем на 5 - 10 % повышает затраты, но общие расходы на весь срок службы на 30 - 40 % ниже, чем в обычных домах. Активные отопительные гелиоустановки несколько дороже, но в солнечных регионах они являются относительно малозатратным способом обеспечения до­мов теплом и горячей водой.

Использование солнечных батарей для отопления зданий так­же имеет ряд преимуществ. Они надежны, бесшумны, у них нет движущихся частей и они служат до 30 лет. Установка солнеч­ных батарей не требует много времени и трудоемкого ухода. Изготавливают батареи из второго по распространению в зем­ной коре элемента - кремния. Солнечные батареи не выделяют С02, не загрязняют воздух и воду, не разрушают почвы. Их коэффициент полезного действия довольно высок.

Что касается концентрации солнечной энергии для получе­ния качественной высокотемпературной энергии, используемой в промышленности, то здесь выгоды не вполне очевидны. Стро­ительство гелиобашен занимает более года, а стоимость 1 кВт электричества не меньше его стоимости на новой АЭС. Назвать их строительство и эксплуатацию вполне экологически чистыми нельзя.

Недостатки в разной степени присущи всем видам использо­вания солнечной энергии.

Пассивные системы улавливания прямого солнечного светаработают лишь в солнечные дни - ночью и в облачные дни энергия не поступает, поэтому необходимы запасающие дубли­рующие системы. Первоначальная стоимость иногда пугает по­купателей жилья, гелиоэнергетические системы остаются доро­гими для большинства людей. Некоторые считают, что гелиокол-лекторы портят внешний вид дома и могут затеняться другими зданиями.


Солнечные батареи из фотоэлементов устанавливаются дос­таточно высоко. Они, как и солнечные коллекторы, ухудшают внешний вид дома. Солнечные батареи, не имеющие плотной защиты, могут быть повреждены ветром, дождем, градом. Для их производства необходимы, кроме кремния, дорогие и дефицит­ные металлы - галлий и кадмий. При изготовлении солнечных батарей появляются токсичные химические отходы, которые мо­гут вызвать загрязнение воды.

Гелиоустановки для концентрации солнечной энергии в печах имеют очень низкий или нулевой выход чистой энергии. Сто­имость их строительства и эксплуатации выше, чем всех других альтернативных источников энергии. Строительство энергетичес­ких башен требует больших площадей для аккумуляции солнечно­го света, дефицитных и дорогих материалов и других видов энергии. При их изготовлении образуются токсические отходы. Кроме того, гелиобашни строят обычно в богатых солнцем, экологически уязвимых биомах. Может возникнуть дефицит воды, используемой в охладительных целях.

Концентрирующие солнечный свет гелиоустановки пока не решают мировых энергетических проблем, а их стоимость очень высока. Только в районах с сильной солнечной радиацией СЭС могут быть экономичнее гидроэлектростанций (ГЭС).

Гидроэнергетиказанимает важное место во многих странах.

Кинетическая энергия падающей и текущей воды рек и ручьев использовалась с начала XVIII столетия на небольших и крупных ГЭС. Реки перекрывались гигантскими плотинами для создания водохранилищ, из которых вода с регулируемой скоростью пада­ла в реку ниже плотины, вращая турбины и вырабатывая электри­чество. Получаемое таким путем электричество является скрытой формой вечной солнечной энергии, благодаря которой происхо­дит глобальный круговорот воды. На долю гидроэнергии приходит­ся 6 % всей мировой энергетики, в том числе 21 % вырабатыва­емого в мире электричества. Гидроэнергетика практически полно­стью обеспечивает производство электричества в таких странах,


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


как Норвегия (74 %), Швейцария и Австрия (67 %), Канада (70 %). В то же время Африка использует только 5 % своего гидроэнер­гетического потенциала, Латинская Америка - 8 %, Азия - 9 %.

Казалось бы, ГЭС - экологически чистые станции, не дающие никаких отходов. Но здесь тоже есть свои плюсы и минусы.

Преимущества ГЭС состоят в том, что многие развивающиеся страны имеют потенциальные ресурсы для их строительства, хотя иногда они расположены далеко от тех мест, где требуется электричество. ГЭС имеют средний или высокий выход чистой энергии и довольно низкую стоимость эксплуатации. В процессе их работы отсутствуют выбросы С02 и других загрязняющих веществ в атмосферу. Сроки эксплуатации этих электростанций в десятки раз превышают сроки эксплуатации ТЭС и АЭС. Плотины, кроме того, позволяют контролировать паводки и регулировать количество воды, подаваемой на орошение.

Недостатки крупных ГЭС обусловлены высокой стоимостью их сооружения. Кроме того, в развитых странах осталось немного возможностей для гидростроительства. В Америке доля используемых гидроресурсов составляет 60 %, в Европе - более 30 %. Мощные ГЭС построены в Венесуэле (10 млн кВт), Бразилии (12,6 млн кВт), Китае (13 млн кВт). Средняя мощность наших ГЭС (Нурекская, Рогунская, Куйбышевская, Братская и др.) - около 10 млн кВт.

При сооружении гигантских водохранилищ, рукотворных мо­рей не учитывались гибель миллионов кубометров ценной древе­сины, миллионов гектар затопленных сельскохозяйственных зе­мель и лесов, разрушение водных биоценозов на приплотинных участках, ущерб, наносимый рыболовству и рыбоводству, разру­шение местообитаний диких животных. Людям приходилось поки­дать насиженные места и т. д. Эрозия почв и заиление вод приводят к сокращению сроков службы водохранилищ. Уменьшая сток рек, малые ГЭС уничтожают места рекреации.

Энергию колебаний уровня океана во время приливов и отливов люди стали использовать в XX веке. Однако для строи­тельства приливных электростанций (ПЭС) на Земле существует


лишь около двух десятков мест. Во Франции успешно эксплуати­руется ПЭС мощностью 240 тыс. кВт. Она практически является экологически чистой, а залив стал излюбленным местом отдыха и туризма. Природных возможностей для ПЭС у России больше, чем у других стран: Охотское море, европейские северные моря и др. Однако пока не начато строительство даже заплани­рованной опытной ПЭС на Кольском полуострове.

Преимущества ПЭС заключаются в том, что прилив, обуслов­ленный действием гравитационных сил, «бесплатен», а стоимость эксплуатации такой станции невелика. Выход чистой энергии доста­точно высок. Атмосфера не загрязняется С02 и другими оксида­ми, нарушения почвенного покрова практически не происходит.

Недостатки обусловлены небольшим количеством мест, благо­приятных для строительства ПЭС. Поэтому аналитики считают, что электричество, вырабатываемое на ПЭС, не может сыграть существенной роли в мировой энергетике. Стоимость их строи­тельства достаточно высока. Мощность электростанций колеблет­ся в течение суток в зависимости от фазы прилива, поэтому станции должны иметь дублирующие системы. Плотины и оборудо­вание станций могут быть повреждены штормами, а металличес­кие конструкции корродируют в морской воде.

Гидротермальная энергия используется при наличии горячих источников. В мире уже работают гидротермальные электростан-ции (ПЭС) общей мощностью более 6 млн кВт. Лидируют здесь США, Филиппины, Мексика, Италия, Япония.

Кинетическая энергия волн, создаваемых ветром, - еще один потенциальный источник энергии. В Японии, Норвегии, Великобри­тании, Швеции, США и России созданы пока лишь эксперимен­тальные станции. Но ни одна из них не вырабатывает электро­энергию по конкурентоспособной цене. В Японии и США суще­ствуют проекты использования рассеянного в океане солнечного тепла. Однако большинство аналитиков сходятся во мнении, что широкомасштабное получение энергии из рассеянного в океане тепла никогда не станет рентабельным.


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


Ветровая энергияиспользовалась людьми еще в XVII в. для движения кораблей, помола зерна, перекачивания воды и впоследст­вии для снабжения энергией маленьких фабрик. С 1930-х годов не охваченные электрификацией мелкие фермы использовали ветровые турбины для получения электричества. К 1950-м годам дешевая гидроэнергия и ископаемое топливо вытеснили большин­ство ветровых турбин.

В последнее время энергия ветра вновь привлекает внимание. Ветряные электрогенераторы построены в Дании, Калифорнии, Индии, Китае, Греции, Нидерландах, Швеции - всего около 20 000 ветровых турбин. Опыт показал, что использование ветроэнер-гии по приемлемой цене возможно в районах со средней ско­ростью ветра от 6,5 до 11,0 м/с, что характерно для горных перевалов и морских побережий. Больше 70 % электричества, вырабатываемого силой ветра, в мире генерируется на трех горных перевалах в Калифорнии. Калифорнийская энергетичес­кая комиссия предполагает в XXI в. удовлетворять за счет энер­гии ветра до 10 % потребностей штата в электричестве. К числу стран, планирующих увеличить использование ветровой энергии, относятся Великобритания, Германия, Австралия и Россия.

Преимущества ветровой энергии в районах с большой и средней скоростью ветра в том, что ветер здесь является неогра­ниченным источником энергии. Ветроэнергетические системы имеют высокий выход чистой энергии. Этот вид энергии экологически чистый: С02 и другие загрязняющие вещества не выделяются в воздух, при эксплуатации не требуется вода для охлаждения и практически не загрязняются водоемы. Земля, занятая ветровыми фермами, используется для выпаса скота. Предполагается, что ветровая энергия будет в будущем экономически выгоднее выра­батываемой ТЭС и АЭС.

Недостатки ветроэнергетики в том, что когда ветер затихает, необходимо резервное электричество от коммунальных сетей. Работа больших турбин связана с высоким уровнем шума и вызывает помехи на местном телевидении. В некоторых районах


крупные ветровые фермы мешают миграции перелетных птиц и нарушают красоту ландшафтов на горных перевалах и морских побережьях.

Энергия возобновляемой биомассы- это энергия органи­ческого растительного вещества, образующегося в процессе фо­тосинтеза. Биомассу или биотопливо можно использовать в виде дров, навоза, мусора либо в виде газообразного или жидкого топлива после соответствующей переработки.

Высокие цены на нефть толкнули некоторые страны к производству из сахарного тростника и кукурузы спирта, который в смеси с бензином используется в качестве горючего для автомашин. В Бразилии производство 1 л спирта дешевле, чем 1 л бензина. Но если цена на нефть падает до 20 долларов за баррель (159 л), такое производство становится экономически невыгодным. Для европейских стран бразильский опыт вообще непригоден. Так, в Германии для перевода 28 млн легковых машин на «алкогольное» топливо пришлось бы занять тростником половину площади всей страны. В США, правда, для производства спиртовых добавок к бензину стали использовать излиш­ки кукурузы. Преимущество бензоспирта перед бензином - экологическая чистота.

Преимущества биологического топлива в том, что оно может быть использовано в твердом, жидком и газообразном виде для отопления помещений, нагрева воды, выработки электричества и в транспортных средствах. Биомасса - возобновляемый энергети­ческий ресурс, но до тех пор, пока деревья и растения не уничтожаются быстрее, чем вырастают. Если это условие соблю­дается, то и уровень С02 в атмосфере не повышается. При сжигании биотоплива нет существенных выбросов SOx и NOx, происходящих при сжигании угля.

Недостатки биотоплива в том, что широкомасштабное уничтоже­ние деревьев и растений влечет за собой негативные экологичес­кие последствия: истощение и эрозию почв, загрязнение воды, уничтожение лесов и среды обитания диких животных, а следо­вательно, и снижение биоразнообразия. Кроме того, ресурсы биомассы имеют влажность до 95 %, что делает древесину тяжелой, а ее заготовку и транспортировку дорогими.

В заключениеследует сказать, что самый дешевый и легкий способ получить больше энергии и уменьшить нагрузки на окружаю­щую среду состоит в повышении энергоэффективности промышлен­ности, транспорта, общественных и жилых зданий. Этого можно


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


достичь путем экономии энергии, повышения энергоэффективности (рециркуляции тепла) и коэффициента полезного действия суще­ствующих электроприборов. Такой подход позволит продлить срок использования невозобновляемых запасов ископаемого топлива, увеличить время перехода к возобновляемым энергетическим ре­сурсам и неисчерпаемым вечным ресурсам солнечной энергии, стоимость концентрации которой при существующих технологиях остается очень высокой, а выход чистой энергии низким.

Будущее, вероятно, принадлежит тем странам, которые вклады­вают достаточные средства в разработку энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии. Примером могут служить лидеры перестройки энергетики - Япония и Шве­ция.

Однако в современных условиях ископаемое топливо остает­ся основным видом энергетических ресурсов, порождающих гло­бальные проблемы загрязнения и деградации окружающей сре­ды. Это обратная сторона научно-технического прогресса.

К концу XX столетия экологические проблемы, с которыми столкнулось человечество (экспоненциальный рост населения, го­лод, загрязнение воздушного и водного бассейнов, деградации наземных экосистем, накопление токсичных и ядерных отходов, снижение биоразнообразия и т. д.), резко обострились. В то же время появились новые глобальные проблемы: парниковый эф-фект, разрушение озонового защитного экрана, кислотные дож­ди, вторичное загрязнение и разрушение водных экосистем и др.

8.3. ЗагрязнениеВ воздухе насчитываются сотни загрязняю-воздухащих веществ. Наибольшее негативное влия­ние на атмосферу, породившее такие про­блемы, как «парниковый эффект», «озоновые дыры» и кислотные дожди, оказывают следующие классы соединений: 1) оксиды уг­лерода - 2) оксиды серы - 3) оксиды азота - летучие органические вещества -метан хлорфторуглеводороды - ХФУ; 5) взве-


шенные твердые частицы - пыль, сажа, асбест, соли металлов, диоксины, пестициды и др. Рассмотрим основные проблемы об­щепланетарного масштаба.

Парниковый эффектсчитают причиной глобального потепления, которое наблюдалось в последние 20 лет XX столе­тия. Так, 1998 г. побил все рекорды: в Нью-Йорке в течение 40 дней температура не падала ниже 31 °С, суровая засуха привела к тому, что в США впервые сбор зерна упал ниже потребностей страны. На Ямайке пронесся страшный ураган, лишив крова 500 тыс. человек. Муссонные дожди затопили 2/3 территории Бангладеш - 25 млн людей потеряли жилище. В Антарктиде откололся гигантский айсберг длиной 130 км. Жар­ко было и в Европе.

Глобальное потеплениеобъясняют тепличным эффектом (по-английски «эффект гринхауз»). Чем же он вызван?

Миллиарды тонн углекислого газа ежегодно поступают в атмо­сферу при сжигании дров, угля, нефти, газа. Миллионы тонн метана каждый год выделяются при разработках газа и гниении органических остатков. Кроме того, в атмосфере увеличивается содержание водяного пара. Все вместе эти газы и создают пар­никовый эффект.

Как стеклянная крыша в парнике, пропуская солнечную радиа­цию, не дает уходить теплу, так и накопившиеся в атмосфере «парниковые газы», задерживая длинноволновое тепловое излу­чение Земли, не дают уходить теплоте в космос. Солнечный свет, проходя через стратосферу и тропосферу, достигает поверхно­сти Земли. Поглощенная Землей теплота излучается в окружающее пространство. Но только часть тепловых лучей, достигающих страто­сферы, рассеивается в космическом пространстве (рис. 8.6).

По расчетам американских ученых, в 1988 г. в атмосферу ушло 5,5 млрд т углерода от сжигания ископаемого топлива и 2,5 млрд т - от сжигания лесов в Амазонии. Более 40 % выбро­сов приходится на США и СНГ, к ним приближаются другие развитые страны.


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


Рис. 8.6. Влияние парниковых газов на тепловой баланс Земли

Энергетический бум уходящего столетия увеличил содержа­ние С02 в атмосфере на 25 %, а метана - на 100 %. Если рост добычи и использования топлива будет идти такими же темпами, то к 2010 г. будет выбрасываться около 10 млрд т углерода в год, и концентрация С02 в атмосфере значительно возрастет (рис. 8.7).

За последние 100 лет потепление на Земле составило 0,5 -0,7 °С: в 1890 г. средняя температура была приблизительно 14,5 °С, а в 1990 г. - 15,0 - 15,2 °С. Большинство ученых считают это следствием парникового эффекта.

Следствие парниковогоэффекта, вызывающее наиболь­шие опасения, - это подъем уровня Мирового океана. Междуна­родная конвенция климатологов в Австрии (1988) прогнозирова­ла к 2030 - 2050 гг. повышение температуры на 1,5 - 4,5 °С, что может вызвать подъем уровня океана на 50 - 100 см, а к концу XXI века - на 2 м. Трудно предсказать все страшные


последствия повышения уровня моря. Людей ждет не только «все­мирный потоп», могут усилиться засухи и пожары. Огромные лесные массивы в результате сгорания станут дополнительными источниками углерода, что усугубит потепление.

Рис. 8.7. Концентрация С02 в атмосфере, по наблюдениям обсерватории на Гавайских островах (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Если произойдет облом Западно-Антарктического ледниково­го щита, это станет бедствием для трети населения Земли, прожи­вающего в приморских городах, расположенных ниже уровня моря. Даже при умеренном повышении уровня моря будут затоп­лены такие города, как Шанхай, Каир, Роттердам, Венеция.

Повышение температуры вызовет и другие негативные последст­вия: сместятся климатические зоны, ареалы выращивания сельскохо­зяйственных культур. Во многих районах участятся наводнения, в других - засухи. Возможно, Гольфстрим не будет достигать севе­ро-востока Европы, что вызовет похолодание в этой части Земли. Увеличатся частота и интенсивность ураганов, дождей, снегопа­дов, зимних паводков, пожаров в сухих лесах и степях. Все вместе повлияет на производство продовольствия и водоснабже-


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


ние. Резервуары с вредными отходами будут затоплены и про­изойдет загрязнение поверхностных и грунтовых вод.

Сработает ли прогнозируемый сценарий? В природе действу­ют и обратные связи. Фотосинтез и мировой океан являются буферной системой, потребляющей С02. Но в какой мере они смогут компенсировать избыточное поступление в атмосферу С02/

С другой стороны, запыленность атмосферы вследствие про­мышленных выбросов твердых частиц может препятствовать по­ступлению теплового излучения на Землю, как, например, после извержения вулкана (рис.8.8).

Рис. 8.8. Влияние пылевого загрязнения на температуру Земли и последствия похолодания (по П.Ревелль, Ч.Ревелль, 1995)

Пылевое облако настолько снизило солнечную радиацию, что похолодание привело к увеличению снежного покрова. Это, в свою очередь, вызвало гибель на близлежащей территории 90 % молодых зайчат, а через 3 года было зафиксировано снижение поголовья рыси, которая погибала из-за недостатка пищи.


И все-таки из-за неопределенности ситуации нельзя отказы­ваться от стратегического планирования, мириться с уничтожени­ем лесов, выбросом в атмосферу парниковых газов.

На совещании ООН по охране окружающей среды в Гааге (1989) Бразилия предложила создать специальный фонд для ока­зания экологической помощи развивающимся странам. Если бы каждая страна платила по 1000 долларов за тонну выброшенного в атмосферу С02, то за год накопилась бы сумма, достаточная для погашения внешнего долга стран «третьего мира» и финан­сирования программ по защите климата.

На Конференции по охране окружающей среды в Рио-де-Жанейро (1992) была принята Конвенция ООН об изменении климата, в которой записано, что участвующие страны «преис­полнены решимости защитить климатическую систему в интере­сах нынешнего и будущего поколений». Конечная цель Конвен­ции - добиться стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на уровне, не допускающем опасного воздействия на климатическую систему. При этом 25 развитых стран, а также страны, осуществляющие переход к рыночной экономике, включая Россию, должны взять на себя обязательства: вернуться к уровням выбросов парниковых газов 1990 г., предоставить финансовые ресурсы, передать безопасные технологии другим заинтересо­ванным сторонам и др.

В 1997 г. в японском городе Киото рядом стран был подпи­сан протокол о снижении выбросов парниковых газов. Однако в 2001 г. американский президент Дж. Буш отказался ратифи­цировать этот документ.

Озоновые дырыобразуются при разрушении защитного озонового экрана Земли. Мы уже говорили, что жизнь сохраняется потому, что вокруг планеты образовался озоновый слой, защитив­ший биосферу от смертоносных ультрафиолетовых лучей (рис.8.9).

Разрушение озонового экранаобнаруживалось каждый год над Антарктидой с 1975 г., а начиная с 1980 г., с сентября по ноябрь, содержание озона в стратосфере этого региона сни-


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


жается на 50 % ежегодно. В 1987 г. озоновая «дыра» покры­вала территорию, равную пло­щади США. В 1988 г. На­циональное управление по аэро­навтике и исследованию косми­ческого пространства (НАСА) США опубликовало данные об уменьшении озонового столба над наиболее густонаселенными районами Северной Америки, Европы, Китая и Японии на 3 %, а над странами Скандина-

Рис. 8.9. Накопление озона в стратосфере вии и Аляской - на 6%. Позже

(по П.Ревелль, Ч.Ревелль, 1995)

над Северным полюсом было также замечено сокращение озонового столба на 10 %.

Озоновый столб - это количество озона, через которое ульт­рафиолетовые лучи должны пройти из верхних слоев атмосфе­ры до поверхности Земли в данном пункте.

Средняя концентрация озона в стратосфере составляет прибли­зительно 0,00005 %, хотя и колеблется в разных географичес­ких областях. Колебания средней концентрации озона до 10 % могут быть обусловлены естественными флуктуациями, вызванны­ми извержениями вулканов и циклическими изменениями солнеч­ной активности. Уменьшение количества озона в результате дея­тельности человека оказывает влияние на здоровье людей и кли­мат Земли. Так, американские ученые полагают, что каждое уменьшение озонового столба на 1 % приводит к 2 %-ному усилению ультрафиолетовой радиации и 2,5 %-ному учащению заболеваний раком кожи. Число смертельных случаев меланомы может возрасти до 30 тыс./год. Участятся случаи катаракты глаз. Сократятся урожаи важных пищевых культур: кукурузы, риса, сои, пшеницы. А ежегодный ущерб от разрушения пласти­ков составит свыше 2 млрд долларов.


Причины появления «озоновых дыр»объясняют по-разно­му. Возможно, это связано с естественными циклами в природе, на которые раньше не обращали внимания. Первоначально ос­новной причиной разрушения озонового слоя считали воздействие сверхзвуковых транспортных самолетов, которые загрязняют страто­сферу водой и оксидами азота, способными разрушать озон:

Но высокая стоимость таких полетов настолько замедлила развитие сверхзвуковых перевозок, что теперь они не представ­ляют существенной угрозы для озонового экрана.

Однако в одном ученые сходятся: фреоны (хлорфторуглево-дороды - ХФУ) и бромсодержащие холоны способствуют разру­шению озонового слоя. Эти химические вещества, созданные чело­веком, широко используются в качестве аэрозолей, хладагентов, растворителей, в огнетушителях и др. Попадая в стратосферу, под действием высокоэнергетической ультрафиолетовой радиации хлорфторуглеводороды разрушаются, а атомы хлора, выделяющи­еся при этом, взаимодействуют с озоном:

Образовавшийся монооксид хлора взаимодействует с

атомами кислорода ивосстанавливает хлор:

Затем возникает цепная реакция разрушения озона. Один атом хлора может превратить до 100 тыс. молекул О3 в моле­кулы 02. Атомы брома (Вr), выделяемые из холонов, также превращают озон в кислород.

Производство хлорфторуглеводородов в мире высоко: только США дают ежегодно половину всего количества - 800 - 900 тыс. т. Хлор и фторзамещенные углеводороды не только воздействуют на озон, но и отражают инфракрасное излучение, что может усугублять парниковый эффект.

Кроме того, ученые осознали, что хлор- и фторзамещенные углеводороды и сверхзвуковая авиация вовсе не единственные факторы, наносящие ущерб озоновому слою. Ядерные взрывы


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


также высвобождают оксиды азота, разрушающие озон. Следо­вательно, в случае ядерной войны ультрафиолетовая радиация может стать такой же проблемой, как и радиоактивные осадки.

Выхлопные газы автомобилей и удобрения в почве - тоже источники оксидов азота. Известно, что бром в виде метилбромида широко используемый в сельском хозяйстве, может раз-

рушать озон. Сколько его улетучивается в атмосферу, пока неизвестно. Предполагают, что большие количества таких промышлен­ных химикатов, как четыреххлористый углероди метилхло-роформмогут выделять заметные количества хлора.

Одновременно существуют явления и процессы, которые тор­мозят разрушение озона или способствуют его образованию. Так, считается, что парниковый эффект приводит к нагреванию атмос­феры лишь вблизи поверхности Земли - в тропосфере, а в стратосфере возможно охлаждение, замедляющее разрушение озона. Метан и оксиды азота в тропосфере

способствуют образованию озона.

Таким образом, действует комплекс противоположно направ­ленных факторов.

Разрушение озона обусловлено поступлением в стратосферу ХФУ, холонов, оксидов азота

Образованиеозона ускоряетсявыделяю-

щимися в тропосферу при сжигании топлива.

Следовательно, образование озона происходит, главным обра­зом, в тропосфере, а разрушение - в стратосфере (рис. 8.10).

Но даже если эти противоположные процессы компенсиру­ют друг друга, то вследствие перемещения озона из одного слоя атмосферы в другой могут происходить нарушения есте­ственного равновесия, последствия которого пока неизвестны. Однако весьма вероятно, что этим разрушается защитный эк­ран Земли.


Рис. 8.10. Факторы, влияющие на озоновый слой

В США, на долю которых приходилась половина всего миро­вого выброса хлор- и фторуглеводородов, в 1979 г. использова­ние их в аэрозолях было запрещено законом. Однако примене­ние этих соединений в холодильниках и кондиционерах после некоторого снижения в 70-х гг. вновь возросло.

Международная конференция по этой проблеме (Монреаль, 1987) приняла резолюцию сократить выпуск хлорфторуглеводо-родов к концу XX века на 50 %. В материалах Конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992) отмечено, что есть основания для беспокойства по поводу разрушения стратосферного озоно­вого слоя Земли. Несмотря на Монреальский протокол, общее содержание разрушающих озоновый слой веществ в атмосфере


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


продолжает увеличиваться. Это свидетельствует о том, что приня­тые соглашения, если и выполняются, то не всеми странами. В связи с этим правительствам всех стран предлагается ратифици­ровать или принять Монреальский протокол и поправки к нему 1990 г. Это означает, что развитые страны должны в кратчай­шие сроки сделать взносы в целевые фонды по озоновому слою и содействовать передаче технологий замены ХФУ развиваю­щимся странам.

Но даже если бы эти вещества были запрещены сегодня, планете потребуется 100 лет для ликвидации последствий сов­ременного истощения озона. К тому же не известно, согласятся ли развивающиеся страны отказаться от выгод использования ХФУ.

Кислотные дождиявляются другим видом загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ. Во многих странах (вначале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) ученые обнаружили, что дожде­вая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит боль­шое количество кислот. Причина этого - выбросы в атмосферу оксидов серы и азота.

Оксидысеры иазота поступают в воздух при сжигании ископаемых видов топлива, первое место среди которых занимает каменный уголь (до 90 %), на втором месте - нефть, значительно уступает им газ. Оксиды азота образуются в основном при

сжигании топлива автомобильным транспортом (рис. 8.11).

В 1983 г. тепловые электростанции при сжигании угля и нефти выбросили в атмосферу 16,8 млн т серы, или 87 % всех оксидов серы, выброшенных в том же году.

При сжигании угля и нефти образуются диоксид и триоксид серы . В атмосфере окисляется до

Образовавшийся триоксид реагирует с водяным паром, об­разуя серную кислоту:


Рис. 8.1 1. Количество выбросов оксидов серы и азота в атмосферу от различных источ­ников

Серная кислота присутствует в воздухе в виде легкого тума­на, состоящего из крошечных капель.

Сгорая, топливо образует также оксиды кальция и железа, которые вступают в реакцию с серной кислотой:

Количество содержащихся в городском воздухе твердых час­тиц сульфатов кальция и железа и капелек серной кислоты может достигать 20 %. Ветер разносит эти загрязнения на сотни километров от места их выброса: возникают туманы и смоги.

Оксиды азота окисляются в воздухе и тоже растворяются в капельках воды, образуя азотную кислоту:

Эти две кислотыа также их соли и обус-

ловливают выпадение кислотных дождей. На растения, почву и воду выпадают также сухие частицы в виде солей.

Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН=6), так как находится в контакте с(естественный компонент атмо-


 



 

 

Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


сферы) и растворяет ее, образуя слабую угольную кислоту:

Однако дожди, выпадающие в Новой Англии, например, имеют иногда- весьма необычное явление для дождевой воды. В

других регионах мира часто наблюдаются дожди с рН ниже 4 (рис. 8.12).

Рис. 8.12. Значение рН для некоторых продуктов и кислотных дождей

Европа также страдает от кислотных дождей (рис. 8.13).

Спектр влияния кислотных дождейочень широк. Прежде всего, они сказываются на популяциях рыб в озерах, особенно вы-сокогорных, где вода стала кислой. По данным 1975 г., в США 51 % озер имели рН воды меньше 5, в 90 % этих озер рыба полностью отсутствовала. Правда, трудно предположить, что та­кая вода может сильно влиять на взрослых рыб. Скорее всего, низкий рН препятствует размножению рыб, убивая икру.

Снижение численности рыб влечет за собой исчезновение жи­вотных, которые питаются рыбой: белоголового орлана, гагар,


чаек, норки, выдры и др. Численность земноводных (лягушек, жаб, тритонов), возможно, тоже сокращается.

Рис. 8.13. Средние значения рН дождевой воды в Европе в 1978-1982 гг. (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Кроме того, подкисленные воды лучше растворяют различные минералы. Ртуть, содержащаяся в природных водоемах, в кислой среде может превратиться в ядовитую монометиловую ртуть. Подкис-лени в источниках водоснабжения приводит к растворению в трубах токсичных металлов, которые попадают в питьевую воду. Так, в одном из районов Нью-Йорка подкисленная питьевая вода, простоявшая в трубах целую ночь, растворила свинец, и его содержание превысило допустимые нормы.

Кислотные дожди разрушают строительные материалы (раство­ры, гипс, камень и др.), реагируя с кальцием и магнием, входящи­ми в их состав; усиливают коррозию строительных конструкций из железа и других металлов. Шведские специалисты обнаружили высокую корреляцию между кислотными дождями и коррозией ста-


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


ли. Бесценные мраморные статуи, исторические здания и витражи во всем мире подвергаются пагубному воздействию кислотных осадков. Конечно, кислотные дожди отрицательно влияют и на назем­ные экосистемы. Несомненно, они - одна из причин деградации лесов. По имеющимся данным, в Чехословакии серьезно повреж­дены деревья на 200 тыс. га лесов именно в тех местах, где интенсивно сжигают бурый уголь с высоким содержанием серы. В Польше погибшие деревья в районах, где используется бурый уголь, обнаружены уже на 500 тыс. га. То же самое отмечено в Австрии, Швейцарии, Швеции, Германии, Голландии, Румынии, США и других странах. Кислотные дожди могут высвобождать из почв токсичный для растений алюминий.

Твердые частицы и оксиды серы, действуя совместно, вредно влияют и на здоровье людей. Серная кислота, растворяясь в каплях воды, образует едкий туман, вызывающий аллергию и другие забо­левания. Частицы сульфатов железа могут создавать дополнитель­ный канцерогенный потенциал в городском воздухе. Трагический случай зарегистрирован в 1952 г. в Лондоне: за 5 дней из-за загрязнений, накопившихся в воздухе, погибли 4000 человек.

Предотвращение последствий кислотных дождей- не­простая проблема. Водные и наземные экосистемы могут содер­жать известняк и другие щелочные вещества, которые в какой-то степени нейтрализуют кислотные дожди. Но многократное воз­действие выпадающих с осадками кислот истощает их буферную емкость. В Швеции и США в порядке эксперимента было пред­принято известкование озер. Известняк содержит карбонат каль­ция, который уменьшает кислотность воды и создает некоторый резерв сопротивляемости - буферную емкость:

Известкование можно применять и для снижения кислотности почв в лесах. В Шварцвальде (Германия) в одном из лесов в почву внесли смесь сульфата магния (800 кг/га) и известняка (2270 кг/га). После такой обработки поврежденные деревья стали «выздоравливать».


Для борьбы с кислотными дождями используются те же техничес­кие средства, что и для ограничения выбросов оксидов серы и азота в атмосферу. Очистные установки различных конструкций хорошо известны. В 1982 г. Норвегия, Финляндия и Швеция предложили уменьшить выброс в атмосферу серы на 30 %. К ним присоединились Дания, Германия, Швейцария, Австрия, Ка­нада. Канада поставила цель снизить выбросы оксидов серы на 50 %. Великобритания и Франция отказались от таких обяза­тельств.

В настоящее время выброс в атмосферу оксидов серы умень­шился по сравнению с 1975 г. примерно на 20 %. Не следует забывать и о том, что при сжигании угля на ТЭС и в других промышленных производствах образуется большое количество твердых частиц. Транспортные средства также выбрасывают в воздух частицы солей свинца, капельки углеводородов, что обус­ловливает фотохимический смог.

Основные «поставщики» оксидов азота - выхлопные газы от автомобилей. Для борьбы с ними применяются каталитические конверторы и усовершенствованные двигатели. В США эти меры используются довольно широко, но в Европе пренебрегают конт­ролем за выхлопными газами, хотя европейская автомобильная промышленность располагает необходимыми технологиями и на автомобили, экспортируемые в США, защитные устройства уста­навливаются.

В заключениеследует подчеркнуть, что все страны на междуна­родном уровне должны, наконец, договориться о снижении выбро­сов диоксида углерода и других парниковых газов; сокраще­нии выбросов оксидов серыи оксидов азотазапреще­нии использования хлорфторуглеводородов.

Но что может сделать каждый из нас для уменьшения загряз­нения воздуха и разрушения озонового экрана, замедления гло­бальных изменений климата и экономии денег? Прежде всего, повысить эффективность использования энергии. Пользуйтесь автомобилями, потребляющими мало бензина (до 15 км на 1 л);


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


ходите больше пешком; ездите на велосипеде. Замените лампоч­ки накаливания на компактные люминисцентные лампы. Поку­пайте экономичные бытовые приборы. Сдавайте на переработку газеты, алюминий и другие материалы. Сажайте деревья. Избе­гайте покупать изделия, содержащие ХФУ. Изменение нашей психологии по отношению к потреблению любых ресурсов для предотвращения изменений климата и обеспечения здорового воз­духа (среды обитания человека) является одним из самых важных экологических, политических, экономических и этических требо­ваний нашего времени.

8.4. ЗагрязнениеНесмотря на то, что вода является возобнов-

водыляемым ресурсом, она может быть загряз­нена до такой степени, что становится непри­годной для многих видов водопользования и вредной для живых организмов. Кроме того, антропогенная деятельность приводит к деградации и разрушению водных экосистем.

Загрязнение воды связано с использованием наземных экоси­стем и загрязнением атмосферы. Это экологическая проблема не только локального, регионального, но и глобального уровня. Речные и океанические течения переносят загрязения далеко от мест их сброса, часто пересекая государственные границы.

П Загрязнение пресноводных экосистемпроисходит из точеч­ных и неточечных источников. Точечные источники сбрасывают заг­рязнения по трубам, канавам и канализационным системам со сточными водами. Примерами служат промышленные предприятия, очистные станции, угольные шахты, нефтяные скважины. Неточеч­ные источники - это поверхностный сток и грунтовые воды, соби­рающие загрязняющие вещества с обширных водосборных бас­сейнов: пашен, откормочных хозяйств, районов лесозаготовок, строи­тельных площадок, автостоянок, дорог и городов. Другим неточеч­ным источником является воздушный бассейн, откуда загрязняющие вещества попадают в реки, озера, водохранилища, в основном с осадками: кислотными и радиоактивными дождями и др.


В реках,особенно с быстрым течением, концентрация относи­тельно небольшого количества загрязнений может снижаться, а запасы растворенного в воде кислорода восстанавливаться благо­даря способности водоемов к самоочищению. Самоочищение -это комплекс естественных механических, физико-химических и биохимических процессов, приводящих к восстановлению перво­начальных свойств воды: разбавление, смешение, осаждение, коагуляция, биохимическое окисление и др. Это происходит в том случае, если нагрузка загрязняющих веществ не превышает экологическую аккумулирующую емкость (экологический резерв) водотока. Однако некоторые вещества очень плохо или вообще не поддаются биохимическим процессам разложения и концентри­руются в живых организмах, поступая по пищевым цепям: ДДТ, полихлорированные дифинилы, радиоизотопы, соединения рту­ти и др.

Существует мнение, что качество речной воды резко улучшит­ся, если делать водозаборы питьевой воды города ниже по тече­нию, так как в этом случае люди вынуждены осуществлять глубо­кую очистку отходов. Однако такому превентивному подходу пре­пятствуют политические и экономические соображения, так как брать более чистую воду выше по течению проще и дешевле.

В озерах и водохранилищахпроцессы самоочищения проте­кают менее эффективно, чем в реках, так как в них часто наблюдается вертикальная термическая стратификация, мешаю­щая перемешиванию верхних и нижних слоев воды. Кроме того, озера и водохранилища накапливают большие объемы донных отложений, содержащих биогенные и токсичные вещества. Очис­тка и замена воды в них занимает от года до ста лет. Таким образом, озера представляют собой природные западни, под­верженные большой опасности загрязнения. В России загрязне­ние грозит даже уникальному озеру Байкал - крупнейшему и самому глубокому в мире водоему с пресной водой. В резуль­тате избыточного антропогенного поступления фосфатов и нит­ратов в озерах развиваются процессы «цветения», называемые


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы

культурной, или антропогенной эвтрофикацией. Это явление в настоящее время стало причиной вторичного загрязнения озер, водохранилищ, эстуариев, многих районов внутренних морей и прибрежных зон океанов. Так, в США от культурной эвтрофика­ции в той или иной степени страдает треть из 100 тысяч озер среднего размера и 85 % крупных озер, расположенных вблизи населенных центров. Огромные объемы воды, идущие на охлаж­дение электростанций, часто сливаются в озера. Слив теплой воды с одной или нескольких электростанций в одно и то же озеро или реку с медленным течением также вредно воздейству­ет на водные биоценозы и способствует эвтрофикации водо­емов. Это явление называется тепловым загрязнением.

Загрязнение морских экосистемнаиболее велико. Оке­ан - наша основная свалка. Жак Кусто (1990) предупреждал: «само выживание человека как вида зависит от сохранения океана, раскинувшегося на весь мир, чистым и живым. Океан является поясом жизни для нашей планеты». Между тем, океан служит основным местом захоронения отходов человеческой де­ятельности. Помимо природного стока, в него поступают сельс­кохозяйственные, промышленные и городские сточные воды, ат­мосферные загрязненные осадки, мусор, стоки с судов. Проис­ходит нефтяное загрязнение морских вод в результате утечек с танкеров и буровых платформ, а также преднамеренного слива нефти при очистке трюмов танкеров. Баржи и суда сбрасывают в океан осадки сточных вод, осадочные породы при проведении землечерпательных работ в гаванях, донные отложения рек и каналов при очистке судоходных фарватеров и т. д.

Глубоководные районы океанов способны переработать огром­ные объемы разных отходов, но прибрежные зоны и эстуарии страдают от загрязнения. Например, в Великобритании около 60 % прибрежных акваторий сильно загрязнены, так же как и большая часть Средиземного и Балтийского морей. Есть опасе­ния, что уже превышены предельно допустимые уровни загрязне­ния во многих прибрежных зонах.


Глава 8. Глобальные экологические проблемы

Токсические химические вещество и пластмассы- такие виды загрязнений, которые полностью не разлагаются в результа­те естественных процессов самоочищения. Там, где сбрасывают­ся токсичные отходы (пестициды, синтетические органические вещества, многие пластмассы), жизнь практически отсутствует. Омары, крабы и рыбы поражены опухолями и язвами. Исследо­вания указывают, что ежегодно погибает около 2 млн морских птиц и более 100 000 морских млекопитающих (китов, тюленей, дельфинов, морских львов), которые съедают пластиковые стака­ны, пакеты и другой пластмассовый мусор. Торговые суда ежед­невно выбрасывают по меньшей мере 450 000 пластиковых контейнеров. За треть всего хлама, сбрасываемого в океаны, несут ответственность США.

Загрязнение океана нефтью- другая серьезная экологичес­кая проблема глобального масштаба. Чаще всего обращают на себя внимание аварии танкеров и выбросы нефти под большим давлением из буровых скважин на дне океана. Однако более половины (по некоторым оценкам, до 90 %) нефти попадает в океан с суши в результате стока нефтяных отходов городов и промышленных предприятий. Воздействие нефти на морские эко­системы зависит от многих факторов: типа нефти (сырая или очищенная), размеров загрязнения и удаленности от берега, времени года, погодных условий, температуры воды, приливно-отливных течений и т. д. Нефть - это смесь сотен веществ с различными свойствами. Ароматизированные углеводороды (бен­зол, толуол) - главная причина мгновенной гибели многих рако­образных и немигрирующих рыб, особенно в личиночной ста­дии. В теплых водах некоторые токсичные вещества испаряются в течение одного-двух дней. Смолоподобные клейкие вещества долго остаются в воде и прилипают к оперению птиц, меху морских выдр, тюленей, к песку и скалам. Птицы и животные тонут и погибают. В теплых водах эти вещества с помощью нефтеокисля-ющих бактерий в течение нескольких месяцев разлагаются, в полярных морях это происходит значительно дольше. Максималь­ное долгосрочное воздействие на морские экосистемы оказыва-


 


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


ют тяжелые компоненты нефти, которые оседают на дно океана. Они вызывают гибель донных организмов: крабов, устриц, мидий и других моллюсков. Нефтяное загрязнение придает запахи и привкусы рыбам и промысловым морским организмам, что дела­ет их непригодными для употребления человеком.

Большинство форм морской жизни восстанавливается после воздействия на них сырой нефти в течение трех лет. Восстанов­ление жизни после воздействия очищенной нефти, особенно в эстуариях, может продолжаться десятки и более лет. Нефтяные пятна в холодных полярных водах сохраняются дольше. Нефть, которая выносится на берег, наносит серьезный экономический ущерб жителям прибрежных районов: падает доход от рыбной ловли, туризма, зон рекреации, пляжей.

В Антропогенное эвтрофирование- одно из проявлений воздействий человека на водные экосистемы. В конце XX столе­тия эта проблема приобрела особую актуальность во всем мире.

Эвтрофирование(гр. ей - избыточный, trophe - пища) может приводить к

деградации как пресноводных, так и морских экосистем, вызыва­ет вторичное загрязнение воды и нарушает все виды водо­пользования.

Трофность водоемов- термин, введенный в 1921 г. не­мецкими гидробиологами А. Тинеманом и Э. Науманом для обозначения способности водоемов фотосинтезировать органи­ческое вещество как пищу для рыб. Впоследствии этим термином стали пользоваться для обобщенной характеристики и классифи­кации водных экосистем. Выделяют три степени трофности водо­емов. Дистрофные (гр. dys - отсутствие, отрицание) водоемы харак­теризуются превышением скорости деструкции органических ве­ществ над скоростью фотосинтезаи, следователь­но, очень низким содержанием органических веществ. Олигот-рофные(гр. oligo - бедный) водоемы имеют сбалансированные ско­рости продукционно-деструкционных процессови невысокую концентрацию органических веществ. Эвтрофныеводоемы характеризуются цветением водорослей и накоплением


органических веществ, так как скорости продукции превышают скорости деструкции: . Между этими градациями

выделяют промежуточные: ультраолиготрофные- между дист-рофными и олиготрофными и мезотрофные- между олигот-рофными и эвтрофными.

Постепенный переход водоема из дистрофного или олигот-рофного состояния в эвтрофное называется эвтрофированием.Эвтрофирование может происходить естественным путем и в ре­зультате деятельности человека. Естественный процесс длится сот­ни и тысячи лет. Антропогенное эвтрофирование происходит в течение десятков лет. Скорость фотосинтеза резко увеличивается вследствие поступления в водоемы питательных веществ со сточны­ми водами и поверхностным стоком (рис. 8.14).

Рис. 8.14. Влияние сточных вод на процесс эвтрофирования (по Е. В. Неверовой, 1988)

Наиболее очевидным проявлением антропогенного эвтрофиро­вания является массовое развитие микроскопических планктон­ных водорослей, обитающих в толще воды - фитопланктона, и высшей водной растительности (рис. 8.15).

Антропогенное эвтрофирование, как сказано выше, ведет к вторичному загрязнению воды, ухудшению ее качества и наруше­нию водопользования. Засорение фильтров, водоприемных уст­ройств и трубопроводов массой водорослей серьезно затрудняет


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


водоснабжение. Повышение уровня трофности сопровождается изменением состава фитопланктона: начинают преобладать сине-зеленые водоросли (90 - 95 % от общей численности). Некоторые из них придают воде неприятный запах и вкус, могут выделять токсичные вещества. При отмирании водорослей в местах их массового скопления поглощается кислород и возникают заморы

Рис. 8.15. Эвтрофирование в прибрежной полосе Северного моря: А - вид сверху; Б -капля воды под микроскопом


Серьезные нарушения вызывает интенсивное зарастание приб­режных мелководий высшей водной растительностью. Зарастания затрудняют заборы воды и рыбный промысел, воздействуют на динамику вод: уменьшают скорость береговых течений, гасят волновые движения, увеличивают седиментацию, нарушают водооб­мен. Остатки отмерших водорослей на мелководьях могут вызы­вать процессы гниения и брожения, сопровождающиеся выделе­нием дурнопахнущих продуктов. В случае рекреационного ис­пользования водоемов к отрицательным последствиям цветения и зарастания следует добавить снижение эстетических достоинств ландшафтов. При разложении водорослей в воде увеличивается концентрация свободной углекислоты, аммиака, сероводорода, восстановленных соединений железа, марганца и других ве­ществ. Это приводит к резкому ухудшению качества питьевой воды, иногда делает ее токсичной. В водопроводной сети выпа­дает осадок гидрооксида железа. Увеличивается агрессивность воды относительно бетона, разрушаются материалы, применяе­мые в гидростроительстве. Ресурсная деградация водоемов ставит проблему антропогенного эвтрофирования в ряд глобальных.

Причины антропогенного эвтрофирования- избыточное поступление в водоемы биогенных веществ. Основными питатель­ными для водорослей (биогенными) веществами являются мине­ральные формы углерода, азота и фосфора. Содержание угле­рода в воде в форме углекислоты, дикарбонатов и органичес­ких веществ практически всегда достаточно; лимитируют или стимулируют развитие водорослей обычно соединения фосфора и азота. Связь эвтрофирования водоемов с обогащением их фосфором и азотом не нуждается в специальных доказатель­ствах и вытекает из схемы балансового уравнения фотосинтеза:

Согласно закону действующих масс при увеличении концент­рации азота и фосфора скорость прямой реакции, т. е. ско­рость фотосинтеза, возрастает, что и приводит к эвтрофирова-


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


нию. Это положение подтверждено многочисленными исследова­ниями на водоемах. Например, эвтрофирование Боденского озера в начале 60-х гг. было связано с увеличением в воде концентрации фосфатов: в 1940 г. фосфатный ион не обнару­живался, в 1950 г. было найдено 4,5 мг/м3, в 1955 г. - 12, в 1960 г. - 30, а в 1964 г. - уже 50 мг/м3. То же наблюдалось в Цюрихском озере, где содержание минерального фосфора возросло с 69 мг/м3 в 1946 г. до 269 мг/м3 в 1969 г., что привело к появлению очевидных признаков эвтрофикации. В озере Вашингтон до начала эвтрофирования в 1933 г. содержа­ние фосфатов было 10 мг/м3, а нитратов - 100 мг/м3; в 1963-1965 гг. концентрации этих ионов соответственно возросли до 60 и 500 мг/м3, и в озере началось цветение. В Невской губе и Финском заливе признаки увеличения степени трофности наблю­даются в тех районах, где концентрации фосфат-ионов превы­шают 20-30 мг/м3. Имеет значение и соотношение основных пита­тельных элементов, используемых водорослями. Считается, что мак­симальная скорость роста достигается в воде, в которой соотноше­ние углерода, азота и фосфорасоответствует их атомно-массовому отношению в составе вещества водорослей. Для фито­планктона в среднем оно приближается к 106:16:1. Всякое откло­нение от данного соотношения в окружающей среде говорит об изменении обеспеченности водорослей питательными веществами.

Роль фосфора в эвтрофировании заслуживает особого рас­смотрения в связи с тем, что он не содержится в атмосфере, а резервный фонд его находится в земной коре. Долгое время именно фосфор, как труднодоступный элемент, лимитировал эвтрофирование. Сейчас концентрация растворенных фосфа­тов в бытовых стоках возрастает вследствие применения фосфорсодержащих моющих средств. По имеющимся данным, сточные воды после биологической очистки обогащаются мине­ральными формами азота и фосфора.

Основные источники антропогенного поступления биогенных веществ в воду - бытовые и промышленные сточные воды, повер-


хностный сток с городских территорий, рекреационные зоны и смыв с полей минеральных удобрений. При этом соотношение азота и фосфора для разных источников различно. Так, для Германии приводятся следующие данные: поступление азота с коммунальными водами - 30 %, со стоками с сельскохозяйствен­ных угодий - 70 %; фосфора, соответственно, - 91 и 9 %. Для Европы в целом принято считать, что с сельскохозяйственных угодий поступает азота до 25 %, а фосфора - до 12 %. Другие источники поступления веществ, стимулирующих эвтрофирова­ние: атмосферные осадки, судоходство, донные отложения -можно считать второстепенными.

При разработке мероприятий по предотвращению антропоген­ного эвтрофирования прежде всего должен решаться вопрос о предельно допустимом сбросе (ПДС) биогенных веществ в конк­ретный водоем. Для инженерных расчетов ПДС эвтрофирующих веществ необходимо располагать нормативами на предельно до­пустимые концентрации их в водоеме хотя бы для основных регу­ляторов трофности - азота и фосфора. Утвержденных нормати­вов на предельные концентрации минеральных соединений фос­фора и азота, при превышении которых начинается эвтрофиро­вание, в настоящее время не существует. Имеются лишь эмпири­ческие данные для различных водоемов, позволяющие косвенно судить об экологических нормативах на биогенные вещества. Принято считать, что цветение воды становится вероятным, когда содержа­ние минерального азота превышает 0,3-0,5 мг/л, а минерально­го фосфора - 0,01-0,03 мг/л.

Эвтрофирование водоемов зависит не только от нагрузки на водоем биогенных веществ, но и от климатических, гидродинами­ческих и морфологических особенностей водоема. Лимитиро­вать цветение при достаточной концентрации питательных ве­ществ могут низкая температура, недостаточная солнечная ради­ация, высокие скорости течений, большая глубина, мутность воды и другие экологические факторы. Наиболее сильно эвтрофиро­вание происходит в хорошо прогреваемых и освещаемых при-


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


брежных мелководьях. Поэтому нормативы биогенных веществ должны быть региональными, а для крупных водных систем -локальными.

Мероприятия по предотвращению антропогенного эвтро-фированияразрабатываются в основном в двух направлениях: 1) ограничение поступления в водоемы эвтрофирующих веществ и 2) воздействие на комплекс условий в самом водоеме с целью снижения скорости развития водорослей.

Ограничение поступления в водоем эвтрофирующих веществ возможно путем отведения стоков за пределы водосбора или изъя­тием биогенных веществ в системе очистных сооружений.

Первый вариант является наиболее радикальным. Эффект обратимости эвтрофирования при его использовании был дос­тигнут на озерах Вашингтон, Монона, Аннеси и др.

Извлечение из сточных вод эвтрофирующих веществ является актуальной технологической задачей, так как даже наиболее совершенные методы очистки не освобождают их от минераль­ных соединений азота и фосфора. Появилась необходимость введения третьего этапа глубокой доочистки. Методы очистки сточных вод от фосфора и азота подразделяются на физико-химические (осаждение, коагуляция, ионный обмен, электролиз) и биологические (потребление биогенов бактериями, водоросля­ми и другими организмами). Эффективной мерой является зап­рещение или установление лимита на использование фосфатов в моющих средствах, что уже делается в Германии и США.

Ограничение поступления биогенных веществ с сельскохозяй­ственных угодий и зон рекреации связано с множеством трудно­стей. Одни обусловлены природой материкового стока в конк­ретных географических условиях, его сезонными и годовыми колебаниями; другие - различием поведения соединений азота и фосфора. Соединения азота хорошо растворимы и переходят в состав жидкого стока, соединения же фосфора сохраняют связь с частицами почвы и плохо переходят в раствор. Наибольший вынос фосфора осуществляется в процессе эрозии почв. Отсю-


да возникают два пути снижения выноса биогенных элементов -уменьшение потерь азотных удобрений, вносимых в почву, и борьба с эрозией почв. Решить эти задачи можно только совме­стными усилиями гидро- и агротехников, специалистов по сани­тарной технике и др. Техническими мероприятиями могут быть: развитие водоохранной лесомелиорации; применение противо-эрозионной агро- и гидротехники; устройство прибрежных водо­охранных зон.

Ограничить поступление биогенных элементов из рекреацион­ных зон можно путем организации мест сбора отходов, облегчаю­щих их удаление за пределы водосбора.

Воздействие на водоемы, которые уже стали подвергаться эвтро-фированию, в частности, увеличением проточности и водообме­на, лимитирует эвтрофирование. Применение этого способа пока ограничивается единичными опытами, в которых увеличивали про-точность путем введения в озера вод из других источников. Таким образом можно снизить концентрацию основных питательных веществ или уменьшить содержание одного из компонентов до экологического минимума, а также увеличить биосток, т. е. ско­рость удаления из озера планктонных водорослей.

Удаление питательных веществ, накопленных в отложениях, эффективно только при ликвидации всех отложений в случае содержания в них больших запасов фосфора.

Для устранения цветения и зарастания применяют обработку водоемов сульфатом меди, выкашивание прибрежной раститель­ности и ее механическое удаление. Эти мероприятия могут привести к уменьшению запасов биогенных веществ в водоеме, только если отмершие водоросли и укосы высшей водной расти­тельности будут извлечены и увезены за пределы водосбора.

Заслуживают внимания воздействия на процессы обмена вещест­вами между донными отложениями и водой. Известно, что обмен между грунтом и водой регулируется окислительно-восстановитель­ными условиями по обе стороны зоны контакта. Для ликвидации бескислородной области, обогащенной продуктами анаэробного


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


распада и биогенными веществами, успешно может применяться принудительная аэрация. Воздействие на антропогенное эвтрофи-рование и восстановление качества воды этим способом приобре­тает широкое распространение. Совершенствуются и становятся все более разнообразными технические решения этой задачи. Аэрация, как правило, осуществляется перемешиванием либо при помощи сжатого воздуха. Устранение дефицита кислорода в глубин­ных слоях задерживает выход фосфора из донных отложений.

Для замедления вторичного поступления фосфора в воду из донных отложений предлагалась его изоляция от воды путем нанесения на поверхность дна тонко раздробленных материа­лов: глины, вулканических пород и др. Однако широкого приме­нения этот метод не нашел.

Биологические способы борьбы с цветением водоемов нахо­дятся в стадии разработки. Наиболее перспективной мерой борьбы с интенсивным развитием фитопланктона и прибрежной расти­тельности является разведение в водоемах растительноядных рыб. В России проведены опыты по акклиматизации белого амура и толстолобика в пресноводных водоемах. Для аккумуляции биоге­нов можно использовать и прибрежные заросли макрофитов с последующим их удалением.

Таким образом, используя те или иные способы воздействия на водоемы, можно снизить первичную продукцию до оптималь­ного уровня и при необходимости ускорить деструкционные про­цессы. Если прекращается чрезмерный сброс в водоемы пита­тельных биогенных веществ, они обычно возвращаются в перво­начальное состояние.

8.5. Деградация назем-Академик В. И. Данилов-Данильян ных экосистем(1996) говорил: «... человечество не изобрело ничего, что могло бы заме­нить биоту в качестве регулятора окружающей среды. Но за время своего существования оно уже уничтожило 70 % естествен­ных экосистем, способных переработать все отходы... Подчерки-


ваю, уничтожение био- и экосистем - самый страшный знак близкой катастрофы». При рассмотрении влияния человека на наземные экосистемы прежде всего следует обратить внимание на деградацию почв, лесов, растительного и животного мира.

■ Почвы- ценнейшие природные ресурсы, возникшие под действием света, воздуха, влаги, растительных и животных орга­низмов, деятельности человека на поверхностный слой земной коры. В результате бессистемного использования за всю историю цивилизации около 2 млрд га продуктивных земель превратились в пустыни: на заре земледелия они составляли около 4,5 млрд га, а сейчас их осталось около 2,5 млрд га. Угрожающе расширяет свои границы Сахара - величайшая пустыня мира. По официаль­ным данным властей Сенегала, Мали, Нигера, Чада и Судана, темпы ежегодного продвижения края Сахары составляют от 1,5 до 10 м. За последние 60 лет она разрослась на 700 тыс. км2. А ведь в 3000 г. до н. э. территория Сахары представляла собой саванну с густой гидрографической сетью. Там, где еще не так давно процветало земледелие, песчаный покров достигает полуметровой толщины.

Все это можно объяснить поспешной ломкой традиционного земледелия и кочевого животноводства в развивающихся стра­нах. Посевы монокультур привели к увеличению числа видов вредителей сельского хозяйства. Отрицательное воздействие ока­зывают водная эрозия и ливневые дожди, смывая плодородный слой. Негативные изменения почв часто являются результатом вторичного засоления при искусственном орошении.

Экологи подвергают критике эксплуатацию африканских почв с использованием современной техники и призывают к возрожде­нию древних методов земледелия, объясняя это особым механи­ческим составом этих почв и концентрацией микроорганизмов в верхнем слое, который разрушается современной техникой.

Зловещие симптомы деградации почвенно-растительного по­крова проявляются сегодня в Латинской Америке, Южной Азии, Австралии, Казахстане, Поволжье и т. д. Площади пахотных


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


земель постоянно сокращаются из-за горнопромышленных разра­боток, расширения селитебных зон, промышленного и гидротех­нического строительства. Во время пыльных бурь с каждого слоя пашни толщиной 1 см сносится до 30 кг/га азота, до 22 кг/га фосфора, более 30 кг/га калия. Огромный ущерб наносит загрязнение почв, связанное с загрязнением атмосферы и вод. Основные источники загрязнения - жилые дома и бытовые пред­приятия (больницы, столовые, гостиницы, магазины и т.д.), про­мышленные предприятия, теплоэнергетика, сельское хозяйство, транспорт. С 1870 по 1970 г. на земную поверхность осело 20 млрд т шлаков, 3 млрд т золы. Выбросы цинка и сурьмы составили по 0,6 млн т, кобальта - свыше 0,9 млн т, никеля -более 1 млн т, мышьяка - 1,5 млн т.

Лесапокрывают 34 % поверхности суши и играют уни­кальную роль в природе. Сокращение лесных массивов неизбеж­но ведет к изменению состава атмосферы, водного баланса, ландшафтов, уровня грунтовых вод, что, в свою очередь, влияет на плодородие почв и микроклимат.

Экономический потенциал лесных ресурсов связан с исполь­зованием древесины (в качестве топлива и строительных матери­алов, сырья для целлюлозно-бумажной промышленности и др.), а также другой лесной продукции (растений, ягод, грибов, смолы и др.) и животных. Исключительно велико значение лесных массивов в сохранении устойчивости природы в региональном и глобальном масштабе (поглощение). Леса - естественные местообитания

огромного числа диких видов растений и животных. В тропичес­ких лесах обитает 50 % всех видов живых организмов на Земле.

Велика роль лесов и как источника генетических ресурсов для сохранения биологического разнообразия организмов. Леса выполняют многие экологические функции: поддерживают состав атмосферы, накапливают и постепенно отдают воду, подпитывая реки, ручьи, подземные воды, предотвращают эрозию почв и наводнения, регулируют сток воды с гор и количество наносов в водоемах и многое другое.


Хищническая вырубка лесных массивов привела к трудно поправимым экологическим последствиям в странах Африки, Азии, Латинской Америки. На глазах «тают» леса Амазонии. Бичом амазонских джунглей являются и пожары (население ис­пользует огонь для расчистки участков земли под посевы): по данным Национального института космических исследований (США), в 1987 г. огонь уничтожил в Бразилии 20 млн га джунглей, в 1990 г. - 12 млн га. Спутники ежедневно фиксируют до 8,5 тысяч очагов пожаров. Дым от них препятствует воздушной и речной навигации. Если правительство Бразилии не примет чрез­вычайных мер по охране лесов Амазонии, возможна экологичес­кая катастрофа мирового масштаба. По некоторым оценкам, за 50 лет жизни одно дерево в тропическом лесу обеспечивает «экологический доход» в 196 250 долларов, а проданное как древесина оно стоит лишь 390 долларов.

Проблема охраны лесов остро стоит в Африке, так как топливом для домашних очагов там испокон веков служат дрова. В развивающихся странах ежегодно превращаются в дым 12 млн га леса. Так, в Индии сорок лет назад леса охватывали 22 % территории, сейчас на их долю приходится не более 10 %. Тре­вогой охвачены также экологи США, Западной Европы, России, Австралии и других стран. Опасными темпами сокращаются леса Сибири. Здесь ежегодно вырубается более 500 тыс. га леса. Ученые фиксируют изменение сибирского ландшафта: на месте вырубок начинается заболачивание местности. Поскольку выру­бают прежде всего ценные сосновые, а иногда и кедровые, леса, повсеместно наблюдается обеднение леса этими порода­ми. Под натиском человека леса отступают на всех континентах, практически во всех странах.

Наиболее серьезная глобальная экологическая и ресурсная проблема - уничтожение и деградация тропических лесов. Тро­пические леса - источник половины добываемой в мире древеси­ны. Там же получают кофе, какао, специи, орехи, фрукты, латекс, смолы, красители, воск, танины, масла, но это лишь


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


часть продуктов, которые дают эти леса. Сырье для четверти всех медикаментов произрастает в дождевых тропических ле­сах: из них может быть получено 70 % перспективных лекарств против рака. Экологи опасаются, что деградация этих чрезвы­чайно разнообразных биомов может вызвать вымирание почти 1 млн видов растений и животных уже в XXI столетии. Это может привести в глобальному кризису биоразнообразия. Тро­пические леса имеют значение для сохранения стабильности в развитых странах, но еще большее значение они имеют для развивающихся стран. По прогнозам, около 1 млрд человек умрут от голода в течение следующих 30 лет, если не прекра­тится истребление тропических лесов. Первое срубленное де­рево было началом цивилизации. Последнее дерево означало бы ее конец.

Леса гибнут не только вследствие пожаров или вырубки, их деградация идет повсеместно из-за кислотных дождей, поступающих в атмосферу, воду, почву. В Шварцвальде (Гер­мания) отмечены массовые повреждения и заболевания хвой­ных пород деревьев, дубов, берез, рябины, бука и платанов. Большинство ученых считают, что причина повреждений - кис­лотные дожди и загрязнение воздуха. По оценкам 1984 г., три четверти деревьев в Германии получили различные по­вреждения (рис. 8.16).

Рис. 8.16. Повреждения деревьев в лесах Германии (по П.Ревелль, Ч.Ревелль, 1995)

Аналогичные повреждения деревьев обнаружены в США в горах Аризондо, в штатах Вермонт, Нью Гемпшир, Северная Каролина, в Чехии, Польше, Швеции и других странах.


Болезни лесов в разных регионах имеют общие черты. Во-первых, все описанные регионы были охвачены кислотными дождя­ми. Во-вторых, в большинстве случаев поврежденные леса нахо­дятся на возвышенностях и значительную часть их окутывают облака, которые также могут иметь кислую реакцию (до рН=3,5). В третьих, из-за повышенной кислотности в высокогорных райо­нах из почв легко вымываются кальций и магний. В четвертых, химический анализ показал, что в листьях больных деревьев серы на 10 % больше, чем в листьях здоровых. И, наконец, в воздухе в этих горных лесах было обнаружено высокое содер­жание озона, который может быть токсичным для деревьев. Появ­ление озона на горных склонах оказалось неожиданностью. Воз­можно, это объясняется реакциями с углеводородами (терпена­ми), выделяемыми хвойными деревьями. На солнечном свету тер­пены могут вступать в реакции с диоксидом азота, в результате чего выделяется озон. Итак, комплекс факторов: кислотные дож­ди; большая высота над уровнем моря; облачный покров; повы­шение кислотности и изменение минерального состава почв; наличие серы в листве; содержание озона в атмосфере - могут привести к гибели лесов и, как следствие, к экологической катастрофе в северном полушарии. Но леса - возобновляемые природные ресурсы и при сохранении устойчивости лесных эко­систем могли бы использоваться в течение длительного времени. Поэтому, как записано в документах Конференции ООН в Рио-де-Жанейро, назрела острая необходимость «принять достаточно решительные меры по сохранению многогранной роли и разно­образных функций всех видов лесов и лесных угодий на основе целостного и рационального подхода к устойчивому и экологи­чески безопасному развитию лесного хозяйства».

Растительный и животный мирпланеты вместе с ее ле­сами, степями, реками, озерами, морями составляют гигантский суперорганизм. Поэтому, говоря о почвах и лесах, нельзя не кос­нуться растительного и животного мира. Многие виды растений и животных исчезают на наших глазах, некоторые из них человек даже не успел изучить.


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


В 1850-е годы выдающийся орнитолог А. Уилсон наблюдал, как стая странствующих голубей на четыре часа закрыла небо. Он подсчитал, что численность стаи превышала 2 млрд птиц, длина ее составила 240 миль, а ширина - 1 милю. В 1914 г. в зоопарке Цинциннати умерла последняя известная на Земле самка странст­вующего голубя - Марта, названная в честь Марты Вашингтон. Основ­ными причинами вымирания этого вида стали неконтролируемая промысловая охота, утрата мест обитания и источников пищи при уничтожении лесов под фермы и города.

Виды исчезают не только в результате их истребления, но и вследствие уничтожения природных экосистем, в которых они оби­тают. Каждый исчезнувший вид растений может унести с собой пять видов насекомых или других беспозвоночных животных.

Вымирание - естественный процесс, но с появлением сельского хозяйства около 10 тыс. лет назад скорость исчезновения видов резко возросла. По приблизительным оценкам, в период с 8000 г. до н. э. по 1975 г. средняя скорость исчезновения млекопитаю­щих и птиц возросла в 1000 раз и составила несколько сотен видов в год, а после 2000 г. составит десятки тысяч в год.

Такое исчезновение не может быть компенсировано видооб­разованием, так как для развития нового вида нужно от 2 000 до 100 000 поколений. По прогнозам ученых, уничтожение влажных тропических лесов может привести к исчезновению от 2 до 5 млн видов животных. И это при общем числе живущих на Земле около 10 млн видов!

В 1966 г. Международный союз охраны природы (более чем 100 стран) начал издавать Красную книгу. Еще в конце 80-х гг. в печальном списке растений и животных, находящихся под угро­зой исчезновения, значились 768 видов позвоночных, 264 вида птиц, 250 видов растений. Сейчас в этом списке 4 600 видов. В Красную книгу занесены лемуры, орангутанги, гориллы, белый журавль, кондор, морские черепахи, носороги, слоны, тигры, гепарды, синий кит, большая панда, медведь гризли, белый мед­ведь, обыкновенный волк, американский бизон и многие другие.


Особенно хищнически истребляются промысловые животные: осетровые рыбы, морские котики, носороги, слоны, леопарды и многие другие. Если 20 лет назад в Африке обитало 60 тыс. носорогов, то сегодня их осталось не более 2 тыс. Поголовье слонов с 1990 г. сократилось в 4 раза.

Следует учитывать, что ряд видов обладает природными осо­бенностями, которые способствуют их исчезновению: медленная скорость размножения, крупный размер, особые районы обита­ния или размножения, особые привычки питания, строго установ­ленные пути миграции, определенный тип поведения.

растений и животных, суще­ствующих на Земле, - это не только условие сохранения систем жизнеобеспечения человека, но и сложнейшая нравственная про­блема. С ростом населения мы увеличиваем использование при­родных ресурсов, земель и воды для себя в ущерб всем другим живым существам. Не случайно большинство стран на Конфе­ренции ООН в 1992 г. подписали Конвенцию по сохранению биологического разнообразия, в рамках которой государства, обладая суверенным правом эксплуатировать биологические ресурсы своей территории, принимают на себя ответственность за сохранение их разнообразия. Это обусловлено как необхо­димостью сохранения целостности природных экосистем, так и тем, что растения, животные и микроорганизмы являются носите­лями генетического ресурса планеты. Биоразнообразие - основа функционирования экосистем, от которой зависит существова­ние всех живых организмов, будущее эволюции и генной инже­нерии. Каждая страна должна разработать национальную стра­тегию охраны биологического разнообразия и регулярно пред­ставлять в ООН доклады о состоянии работ в этом направлении.

Охрана и защита отдельных видов растений и животных от вымирания недостаточно эффективна. Из-за нехватки средств и квалифицированного персонала только некоторые виды могут быть спасены при помощи соглашений, законов, заповедников и зоопарков. Например, содержание 700 уссурийских тигров в


 



 

Глава 8. Глобальные экологические проблемы


Глава 8. Глобальные экологические проблемы


 


зоопарках мира обходится почти в 2,5 млн долларов в год. Животные там вымирают и из-за узкородственного размножения. Поэтому специалисты должны решать, какие виды следует сохра­нить. Предпочтение отдают обычно тем видам, которые имеют большую вероятность выживания, наибольшую экологическую значи­мость для экосистемы и могут быть полезны для сельского хозяйства, медицины, промышленности. Но большинство биологов считают, что лучшим подходом является экосистемный подход.

Экосистемный подход- это учреждение и поддержание всемир­ной системы резерватов и охраняемых территорий, которые должны охватывать не менее 10 % суши (сейчас они занимают около "3 % суши). Основная цель такого подхода - охрана и регулирование экосистем в целом, а не конкретных видов, как это практикуется в настоящее время при видовом подходе к охране диких живот­ных. Экосистемный подход дешевле, чем охрана и регулирование численности отдельных видов. Резерваты станут местами обитания растений и животных, находящихся сейчас в ботанических са­дах, зоопарках и прочих неестественных условиях обитания. Кро­ме того, их можно использовать для исследовательских и образо­вательных целей.

В заключение напомним, что существуют разные точки зре­ния на охрану природы. Многие до сих пор придерживаются антропоцентрическоговзгляда на мир, т. е. считают, что при­роду надо охранять только из-за ее реальной или потенциальной пользы для людей. Другие имеют биоцентрическоемировоззре­ние и убеждены, что человек в биосфере не более важен, чем прочие виды. Поэтому недостойно и преступно ускорять уничто­жение других видов в угоду себе. В последнее время все больше завоевывает признание экоцентрическийвзгляд на охрану при­роды, сторонники которого считают, что оправданы только те действия, которые направлены на поддержание природных эко­систем в целом - систем жизнеобеспечения Земли.

В данной главе мы рассмотрели лишь основные экологичес­кие проблемы, касающиеся всех стран и народов, т. е. пробле-


мы глобального масштаба. Охрана природной среды не затра­гивалась в полном объеме - это предмет дисциплины «Охрана окружающей среды», которая входит в программу профессио­нального обучения. Во второй части учебника освещаются лишь некоторые вопросы прикладной экологии.

Контрольные вопросы

1. Какие тенденции имеет рост численности населения Земли?

2. Как влияет рост населения на окружающую природную сре­ду?

3. Какими мерами можно стабилизировать численность населе­ния планеты?

4. В каких странах прирост населения больше?

5. Какие виды ископаемого топлива вам известны?

6. В чем преимущества и недостатки ядерной энергетики?

7. Какие альтернативные источники энергии вы знаете?

8. Чем объясняется «парниковый эффект» и каковы его по­следствия?

9. Почему истощается озоновый слой Земли?

 

10. Какие факторы влияют на образование и разрушение озо­нового экрана Земли?

11. Чем вызваны кислотные дожди?

12. Из каких источников попадают в атмосферу оксиды серы и азота?

13. Каковы особенности загрязнения пресноводных и морских экосистем?

14. В чем сущность процесса антропогенного эвтрофирования водоемов?

15. Каковы последствия антропогенного эвтрофирования?

16. Как можно предотвратить эвтрофирование?


 




Глава 8. Глобальные экологические проблемы

17. Каковы основные причины деградации почв?

18. Какова роль лесов на планете?

19. Почему погибают леса?

20. В чем причина снижения биоразнообразия в биосфере? Каковы последствия?

21. Почему сохранение природных экосистем - главное условие сохранения жизни на Земле?




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

9.1. СостояниеЧеловек - лишь незначительная часть биосфе-
биосферы иры. На протяжении тысячелетий он стремился

болезнине столько приспособиться к природной сре­де, сколько сделать ее удобной для своего существования. Только теперь люди осознали, что, подчиняя себе природу, они опасно изменяют условия обитания всех живых существ, включая самих себя. Химические, физические, биологи­ческие и другие виды загрязнений оказывают вредное влияние прежде всего на организм человека.

На здоровье влияет множество экологических факторов: болез­нетворные микроорганизмы, загрязнение воздуха, воды, почвы, питание, погода, другие условия окружающего мира.

В Охрана здоровья людей- проблема, которая приобрела глобальный характер раньше других экологических проблем. Еще в эпоху средневековья и раннего капитализма распространялись грозные

эпидемии(rp. epidemic: - повальная болезнь) и пандемии(rp. pandemos - всенарод­ный), против которых национальные меры были малоэффективны-потребовались согласованные международные действия. В 1881 г. Луи Пастер открыл принцип действия вакцин, вырабатывающих невосприимчивость организмов к некоторым заразным болезням. В

1883 Г. И. И. Мечников создал теорию иммунитета(лат. immunitas -избавление, невосприимчивость). Однако до сих пор не удалось получить

эффективных вакцин против малярии, гриппа, стафилококков, ве­нерических болезней, не говоря уже о раке и СПИДе.

Появились новые болезни. Есть факты, говорящие о том, что некоторые ядовитые выбросы в воздух и водоемы влияют на наследст­венность. Растет число новорожденных с генетическими отклоне­ниями от нормы. Очень велика детская смертность (рис. 9.1).

Ежегодно появляются десятки тысяч химических соединений, действие которых на организмы неизвестно. По мнению многих ученых, уровень цивилизованности страны сегодня определяется не развитием техники, а продолжительностью жизни населения (рис. 9.2, 9.3). Чтобы не погибнуть, человечество должно при­нять срочные меры.


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

Рис. 9.1. Детская смертность в разных странах мира, число детей, умерших до 1 года, на 100 тыс. родившихся (по Ю. Н. Гладких, С. Б. Лаврову, 1995)

Рис. 9.2. Средняя продолжительность жизни в разных странах (по Ю.Н.Гладких, С.Б.Лав­рову, 1995)


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


Рис. 9.3. Изменение продолжительности жизни населения России с 1961 по 1996 г.

Причины «средовых болезней»разнообразны. Основ­ные факторы риска приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1 Удельный вес основных факторов риска


Статистика говорит, что 60-90 % наиболее грозных раковых заболеваний человека обусловлено факторами окружающей сре­ды: загрязнением канцерогенами (лат. cancer - рак) воздуха, воды, товаров, строительных материалов; качеством питания и лекарств, табаком, наркотиками, алкоголем и т. д. Рак - общечеловеческая проблема: около 2,9 млн случаев ежегодно регистрируется в развитых странах и 3,0 млн - в развивающихся. Велика угроза здоровью со стороны бактериального и вирусного загрязнения воды и воздуха. Опасно влияние на здоровье разнообразных вредных веществ: ртути, кадмия, диоксинов, нитратов, пестици­дов, асбеста и многих других. Страшно то, что воздействие большинства так называемых средовых загрязнителей отдельный человек почти не может контролировать. Примерами могут слу­жить радон, асбест и другие строительные материалы, радиация, загрязнение воздуха при выработке электроэнергии и т. д.

Экологические факторы, влияющие на здоровье людей, ус­ловно можно подразделить на биологические, химические, фи­зические и факторы добровольного риска. Рассмотрим основ­ные из них.

9.2. БиологическиеВ окружающей человека природной сре-факторы рискаде обитает огромное число патогенных

(гр. pathos – страдание) микроорганизмов природного

родного и антропогенного происхождения, вызывающих различ­ные болезни. Их можно отнести к основной группе биологичес­ких факторов, влияющих на здоровье людей.

Инфекционные заболеванияв современном мире ха­рактерны в первую очередь для слаборазвитых стран. Голод и лишения, несчастья и болезни - близнецы-братья. До недавнего времени в Азии, Африке и Латинской Америке были распрос­транены практически забытые в развитых странах оспа, чума, холера, желтая лихорадка, малярия. Сегодня, благодаря успе­хам медицины и фармакологии, ситуация изменилась в лучшую сторону. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) взяла


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


на себя координацию всех мер, направленных на борьбу с болезнями. Свои достижения ВОЗ демонстрирует так: в прием­ной генерального директора висит плакат - «Оспы в мире боль­ше нет». И это правда!

Но остаются малярия, корь, столбняк, дифтерия, туберкулез, полиомиелит, проказа, чума, шистозоматоз (переносчики - мол­люски), сонная болезнь (переносчик - муха цеце), лептоспироз (водяная лихорадка) и др. В конце 80-х гг. около 270 млн жителей Земли болели малярией, 200 млн - шистозоматозом, 12 млн - проказой и т.д. Основная зона этих болезней - тропи­ческая Африка. Но болезни не знают границ. Ежегодно в мире регистрируется 500 - 600 случаев чумы. В природе чума цирку­лирует среди более 260 видов грызунов и мелких хищников, поэтому о ее ликвидации говорить пока трудно.


Рис. 9.4. Заболеваемость туберкулезом в России, число случаев на 100 тыс. детей и подростков (Аналитический ежегодник, 1999)

Рост инфекционных заболеваний является индикатором социаль­но-экономического неблагополучия страны и отдельных регио­нов. Туберкулез относится к числу типичных социальных болез­ней. В России после длительного медленного снижения заболе­ваемости туберкулезом началось резкое ухудшение эпидемиоло­гической ситуации (рис. 9.4)


Динамика заболеваемости кишечными инфекциями в России показана на рис. 9.5.

Рис. 9.5. Динамика заболеваемости (число заболеваний на 100 тыс. жителей) кишечны­ми инфекциями в РФ; ОКИ - острые кишечные инфекции (Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды, 1995)

В нашей стране встречается также лептоспироз, возбудитель которого переносится обыкновенными мышами-полевками. Во мно­гих странах серьезная проблема - гепатит, несмотря на то, что ВОЗ разработала стратегию борьбы с этим заболеванием и активно помогает внедрению технологии получения вакцины в десятках стран. Наиболее массовой инфекцией остается грипп.

■ «Чума» XX века- синдром приобретенного иммунодефи­цита - СПИД. Страх перед этой болезнью не исчезает, а данное ей название «чума XX века» не утрачивает зловещей актуальности.

В 1990 г. эпидемия СПИДа охватила 156 стран, расположен­ных на всех континентах. Общее число больных, по мнению экспертов ВОЗ, составляло 600 тыс. человек, в 1997 г. называ­лась цифра более 1,7 млн человек, сейчас в мире зарегистриро-


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


вано 30 млн человек. Около половины больных - в Америке, затем идут Африка, Европа, Азия, Австралия. После 2000 г. ожидается около 40 млн носителей вируса СПИДа. Эта болезнь поражает иммунную систему человека, делает ее неспособной сопротивляться смертоносному вирусу. По литературным данным, основные ее симптомы таковы: 1) увеличение лимфатических уз­лов; 2) длительное беспричинное повышение температуры - от 37 до 39 °С; 3) прогрессирующая потеря веса; 4) частые гнойные поражения; 5) длительное расстройство стула. Главными распро­странителями СПИДа являются наркоманы, гомосексуалисты и проститутки. По данным П. Ревелль и Ч. Ревелль (1995), в Нью-Йорке почти каждый четвертый житель в возрасте от 25 до 44 лет заражен этой болезнью. СПИД отличается от других болезней тем, что в его распространении решающую роль играет нравствен­ное и духовное состояние общества. Социальные пороки обще­ства служат благодатной почвой для распространения СПИДа. В России зарегистрировано 350 000 больных СПИДом.

По данным Комитета по здравоохранению, только в Санкт-Петербурге в 1998 г. было зарегистрировано 450 ВИЧ-боль­ных. Для сравнения: в Калининграде - 2 000, в Нижнем Новго­роде - 1 000, в Краснодаре и Сочи около 1 500. По оценоч­ным данным, в Санкт-Петербурге проживает около 6 000 зараженных ВИЧ. Средний возраст ВИЧ-инфицированных - 23 года.

В настоящее время во многих странах мира действуют обще­национальные программы борьбы со СПИДом; в нашей стране такая программа только создается. Она обязательно должна включать нравственное воспитание молодежи, пропаганду здоро­вого образа жизни и разъяснительную профилактическую рабо­ту в школе и среди всего населения.

Создание вакцины против СПИДа осложняется отсутствием живой модели, т. е. животных, обладающих иммунной системой, сходной с иммунной системой человека. Даже если ученым будет сопутствовать удача и вакцина будет найдена, для победы над зловещей болезнью потребуется еще много времени.


9.3. ХимическиеПоследствия химических загрязнений био­ факторысферы для человека зависят от их природы, концентраций и времени действия. Реакция организма на загрязнения зависит от возраста, пола, состояния здоровья. Наиболее уязвимы дети, пожилые и больные люди. При систематическом поступлении в организм даже небольших коли­честв токсичных веществ могут наступать хронические отравления, признаками которых являются нейропсихические отклонения, утом­ление, сонливость или бессонница, апатия, ослабление внимания, забывчивость, колебания настроения и др. Сходные признаки наблюдаются и при радиоактивном загрязнении среды, превыша­ющем нормы. Высокотоксичные соединения часто приводят к хро­ническим заболеваниям различных органов и нервной системы; действуют на внутриутробное развитие плода, вызывая различные отклонения у новорожденных. Медики устанавливают прямую связь между ростом числа больных аллергией, бронхиальной астмой, раком и ухудшением экологической обстановки в регионе.

Канцерогенывызывают особую озабоченность людей. Уста­новлено, что многие вещества (хром, никель, бериллий, бенз(а)пи-рен, асбест, табак и др.) являются канцерогенными. Еще в прош­лом веке рак был почти неизвестен у детей, сейчас он встречается среди них довольно часто. В США наибольшее число заболеваний раком легких приписывается курению, а наименьшее - работе в некоторых отраслях промышленности. Пища, воздух и вода также могут содержать токсичные и канцерогенные вещества, представ­ляющие опасность для человека. Примерная доля заболеваний ра­ком в мире от разных причин приведена в табл. 9.2.

Интересно, что процент заболеваний той или иной формой рака различен в разных регионах и разных группах населения. На северо-востоке США высока доля раковых заболеваний ротовой полости, горла, пищевода, гортани и мочевого пузыря, но преиму-ществено у мужчин. Очевидно, это связано с высокой концентраци­ей химических производств, на которых работают в основном мужчины. В районе Линьсянь в Китае встречается рак пищевода, в


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


Японии обычен рак желудка, рак печени - проблема Африки и юго-восточной Азии (но редко встречается в других частях мира). Поэтому можно предполагать, что рак вызывается сочетанием ка­ких-то условий окружающей среды в разных районах.

Таблица 9.2 Заболевания раком от разных причин (по данным П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Многие канцерогены могут вызывать необратимые изменения

В генах, называемые мутацией (лат. mutatio - изменение, перемена).

Сегодня отсутствуют надежные способы для испытания 9000 производимых в настоящее время синтетических веществ, число которых ежегодно увеличивается на 500 - 1000. В США, например, по данным Национального института профессиональной безопасно­сти и здоровья, каждый четвертый рабочий, т. е. почти 22 млн человек, может подвергаться действию токсичных веществ: ртути, свинца, пестицидов, асбеста, хрома, мышьяка, хлороформа и др. Не составляют исключения и служащие, которые подвергаются воз­действию вредных веществ в воздухе, так же как и семьи рабочих, контактирующих с этими веществами через рабочую одежду.

В России заболеваемость всеми формами рака постоянно растет, особено в Северном и Дальневосточном экономических районах (рис. 9.6).


Рис.9.6. Динамика заболеваемости всеми формами рака в России, число случаев на 100 тыс. населения (Аналитический ежегодник, 1999)

- группа хлорсодержащих органических веществ, которую в последние годы считают наиболее экологически опас­ной. В группу диоксиноподобных соединений входят суперэко-токсиканты - универсальные клеточные яды, поражающие все живое. Пик выброса диоксинов пришелся на 60 - 70-е гг. Диок­сины не производятся промышленно, они образуются при произ­водстве других химических веществ - синтезе гексахлорфенолов, гербицидов и др. Источниками диоксинов являются также сточ­ные воды предприятий целлюлозно-бумажной, металлообрабаты­вающей, электронной, радиопромышленности и др., использую­щих для обезжиривания хлорорганические растворители. Кроме того, диоксины попадают в атмосферу с выхлопными газами автомобилей, при хлорировании питьевой воды, горении «техно­генной» древесины, сжигании галогенсодержащих и бытовых отходов и т. д. Загрязнение среды возникает и при промышлен­ных авариях. Наиболее известна авария в городе Севезово (Италия) в 1976 г. с большим выбросом диоксинов в результате нарушения правил захоронения отходов. Исследователи Милан­ского университета наблюдали 37000 жителей этого города -среди них был зарегистрирован 891 случай рака.

В 1968 г. в Японии, а в 1979 г. на Тайване были отмечены массовые пищевые отравления рисовым маслом, загрязненным диоксинами. Пострадало более 4000 человек; в печени было выявлено высокое содержание диоксинов (болезнь Юшо-Ю-Ченг).


 


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


Диоксины способны влиять на репродуктивную систему. V ра­бочих, занятых в производстве хлорфенолоксигербицидов, отмеча­ется импотенция, а у их жен - повышенная частота выкидышей.

Сегодня мы еще не представляем реальных масштабов диоксино-вой опасности. В 1994 г. в России разработана и представлена в Правительство РФ целевая программа «Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов». Первый этап программы направлен на создание нормативно-правовой базы, формирование сети аналитических центров по контролю за содержанием диоксинов, разработку рекомендаций по локализации и снижению поступления этих токсикантов от известных источников, а также на меры по реабили­тации территорий и населения в наиболее диоксиноопасных регионах России. Кроме того, разработаны технологии по удале­нию диоксинов из воды на основе сорбции на гранулированных активных углях, которые уже используются на водопроводах Уфы и Москвы.

Продукты питания и лекарственные препаратымогут содержать вещества, оказывающие вредное воздействие на здо­ровье людей. До 40 % смертей от рака можно связать с пита­нием или приготовлением пищи. Даже обжаривание мяса может приводить к образованию канцерогенных веществ. Излишний жир иногда стимулирует выработку гормонов, способствующих воз­никновению рака молочной железы. Избыточное потребление соли может приводить к появлению гипертонии, избыток сахара -к порче зубов и т. д. Добавки и загрязнения, присутствующие в продуктах, медикаментах и косметических товарах, способны также вызывать различные заболевания. Американцы, например, потребляют около 68 кг пищевых добавок в год на душу населе­ния, большую часть из которых составляют соль, сахар и его заменители. Приблизительно 4 кг приходится на горчицу, перец, пекарный порошок, дрожжи, казеин, карамель и 0,5 кг - на 2000 других добавок, используемых для окрашивания, консерва­ции и улучшения вкуса продуктов.


В медикаменты тоже вводят примеси для маскировки горечи или иного неприятного вкуса. Красители и ароматизаторы исполь­зуются также для замены дорогих натуральных компонентов. Например, вместо натурального сока в ароматизированные безал­когольные напитки часто добавляется заменитель. Фактически целые группы продуктов, в том числе и диетических, вероятно, не могли бы существовать без добавок, которые придают им приятный вкус, цвет и способность долго сохраняться. Но как бы аргументировано не обосновывалось применение добавок, не­обходима уверенность в том, что они безвредны. В США было испытано около 450 химических добавок, 80 % из которых были объявлены безвредными, 14 % - вероятно безвредными и около 5 % - сомнительными. В 1978 г. центр «Наука в интере­сах общества» (США) опубликовал перечень пищевых добавок с оценкой их безопасности.

Споры вызывают и синтетические заменители сладких ве­ществ. В США в 1976 г. было продано 2,27 млн кг сахарина. Но сахарин, как и другие заменители сахара, может вызывать рак мочевого пузыря у крыс. Подозрения на канцерогенность сахарина привели, с одной стороны, к запрету его использова­ния в некоторых продуктах, а с другой - к многочисленным протестам против его запрета. Люди считали, что если имеется какой-то риск, то они хотели бы об этом знать, а затем сами решать, как поступать. В США уступили давлению и разрешили продавать сахарин, но с предупреждением о его «умеренной» канцерогенности, а в Канаде с 1977 г. он запрещен в пищевых продуктах.

Использование пищевых красителей также возможно только в соответствии с утвержденными списками. В качестве консерван­тов мяса и рыбы обычно применяют нитраты N03 и нитриты N02. Они предотвращают рост бактерий, вызывающих пищевые отравления (например, ботулизм); придают мясу характерную розовую окраску и особый вкус, к которому люди привыкли. Много нитратов поступает в организм с овощами. Нитраты и


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 



нитриты не безвредные соединения. Нитриты, например, реаги­руя с гемоглобином, превращают его в метгемоглобин, не спо­собный переносить кислород. При инактивации 70 % гемоглоби­на в крови наступает смерть. Поэтому устанавливается предель­ное содержание нитритов в пищевых продуктах.

Но даже некоторые витамины (особенно А и Д) при передози­ровках могут накапливаться в организме до токсических уров­ней. Съедобные природные продукты (грибы, некоторые расте­ния; плесневые грибки, появляющиеся в крупах, орехах, кукуру­зе, пшенице и др.) могут синтезировать для своей защиты токси­ческие вещества, многие из которых обладают канцерогенным, тератогенным (гр. teras - уродство, genos - происхождение) и мутагенным действием.

В 1982 г. Комитет по питанию и раку США дал следующие рекомендации по питанию: 1) уменьшить количество жиров в среднем рационе на 30 %; 2) включать в рацион овощи, фрук­ты, крупяные продукты, особенно богатые витамином С (цитру­совые) и В-каротином (желто-оранжевые листовые овощи и ка­пусту); 3) употребление консервированных продуктов, солений, овощей свести к минимуму; 4) спиртное употреблять только в «меру» (особенно курильщикам) из-за угрозы рака, цирроза печени, гипертонии и тяжелых последствий для новорожденных детей.

9.4. ФизическиеФизические экологические факторы влия- факторыют на здоровье человека не меньше, чем химические соединения. К физическим воз­действиям относятся различные излучения, шумы, климатические погодные условия и др. Большинство физических факторов внеш­ней среды, с которыми взаимодействует человек, имеют электро­магнитную природу. Электромагнитный спектр включает много видов излучений: от длинноволновых (при работе электрогенера­торов) до микроволновых (рентгеновских, космических и др.). Световые волны - лишь малая часть их (рис. 9.7).


Рис. 9.7. Полная шкала электромагнитных волн: ЧМ - частотная модуляция; ТВ - телеви­дение; УФ - ультрафиолетовые лучи (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Влияние лучей на здоровье зависит от длины их волны. Когда говорят об «облучении» (радиационном поражении), имеют в виду воздействие коротких волн. Эти типы излучений известны как иони­зирующая радиация. Воздействие длинных волн (от ближних ультра­фиолетовых до радиоволн) называют неионизирующим излучением. Эти два типа излучений по-разному влияют на здоровье людей.

Ионизирующее излучениесостоит из рентгеновских лу­чей, гамма-лучей и космических лучей. Эти виды лучей обладают энергией, достаточной для превращения атомов в ионы с высвобож­дением электронов. Воздействием этих ионов и обусловлены изменения в клетках организма. Распад ядер радиоактивных элементов также порождает ионизирующее излучение, состоящее из альфа-, бета- и гамма-лучей. Наиболее опасно гамма-излучение, так как оно проходит через несколько сантиметров свинцовой защиты. Опасность рентгеновских лучей возрастает на больших высотах. Поэтому работа космонав­тов может быть приравнена к работе с радиоактивным излучением.

Люди подвергаются действию ионизирующих излучений при рентгене, радиоактивном распаде элементов и из космоса. Доза облучения чаще всего измеряется в бэрах (по биологическому воздействию 1 бэр эквивалентен дозе в 1 рентген).


 



 

Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 



Если исключить воздействие источников, созданных челове­ком, то уровень излучения будет соответствовать естественному радиационному фону. Естественный фон в США равен 100 -150 миллибэр (мбэр) в год. На высоте более 3,0 км фоновые излучения достигают 160 мбэр. Средняя доза, получаемая при рентгене, оценивается в 90 мбэр в год.

На заре использования атомной энергии нормативы эмиссии радиоактивных элементов были таковы: в окрестностях АЭС - не более 500 мбэр/год на 1 чел., а в отдаленных районах - не более 170 мбэр/год. После 70-х гг. эти нормативы были резко ужесто­чены: наибольшая допустимая годовая доза уменьшена до 5 мбэр, а средняя - до 1 % от природного фона, т. е. до 1-1,5 мбэр/год. Если нормативы выполняются, то атомные станции не опасны для людей. Но остаются вызывающие опасения излучения от устано­вок регенерации атомного топлива и отбракованной урановой руды. Большую тревогу вызывает и возможность захвата террори­стами отработанного атомного топлива или других расщепляе­мых материалов.

Кроме того, некоторые радиоактивные элементы могут акку­мулироваться в пищевых цепях. Так, например, в сигах концен­трация фосфора-32 была в 5 тыс. раз выше, чем в воде; в окунях - в 20 - 30 тыс. раз больше, а в некоторых водорослях -в 100 тыс. раз (в реке Колумбия ниже атомной электростанции). Известны случаи накопления цинка-65 в моллюсках, иода-131 в миноге, стронция-90 в судаке и т. д. Население может получать эти элементы с пищей. Однако их воздействие при попадании в организм с пищей недостаточно изучено, чтобы оценить опас­ность.

Как показано на рис. 9.8, около половины всех излучений поступает от природных источников. Одну треть в этом есте­ственном фоне составляют космические лучи, вторую треть -природные радиоактивные элементы в почвах и горных породах, оставшаяся треть приходится на радиоактивные элементы (калий-40 и др.), присутствующие в организме человека. Грунтовая


вода и природный газ могут содержать радон. Некоторые строй­материалы (камень, фосфогипс и др.) также могут быть источни­ком излучений.

Рис. 9.8. Дозы ионизирующих излучений, поступающих от природных и антропогенных источников, млн чел.-бэр/год (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Из антропогенных источников излучений наибольшая доля при­надлежит радиоактивным выбросам, рентгеновским процедурам и радиоактивным медикаментам. При путешествии на самолете уве­личиваются дозы облучения космическими лучами. Табачный дым также содержит радиоактивные частицы. Значительная доля излу­чений приходится на радиоактивные осадки. Серьезную опас­ность представляют отходы урановых рудников, так как иногда радиация от них в 500 раз превышает природный фон.

В табл. 9.3 приводятся данные о среднесуточных выбросах в атмосферу инертных радиоактивных газов (ИРГ), долгоживущих радионуклидов (ДЖН) и иода-131 в % по отношению к допусти­мым выбросам (ДВ), а в табл. 9.4 - о сбросах радиоактивных веществ в водоемы от АЭС России (Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды РФ, 1995).


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 



Таблица 9.3

Среднесуточные радиоактивные выбросы в атмосферу от АЭС России в 1994 г.

Последствия облучения для здоровья людей можно разделить на две категории: 1) острые симптомы после интенсивной кратко­временной экспозиции, возможной в аварийных ситуациях и во время атомной войны; 2) последствия длительного облучения ма­лыми дозами, которые выявляются спустя годы. Ионизирующее излучение может вызывать рак молочной и щитовидной желез, лег­ких, желудочно-кишечного тракта, костей, лейкоз, лучевую бо­лезнь. Помимо рака, последствиями излучения могут быть генети­ческие повреждения, т. е. мутации, которые передаются буду-


щим поколениям. Для профессионального риска установлен пре­дел 5 бэр в год, а для населения - 1 бэр в год, т.е. 1 % от природного радиационного фона. Но и природные фоновые излучения, по некоторым оценкам, могут вызывать до 2 % гене­тических болезней.

Неионизирующие излучения- радиоволны, волны от работы электрогенераторов и линий электропередачи и др. -могут вызывать тепловое повреждение тканей, разрушать клетки и провоцировать рак. Пока нет данных о влиянии на людей доз излучений, полученных от радиопередатчиков и высоковольтных линий. Но имеются опасения, что рабочие, постоянно подверга­ющиеся их действию, рискуют своим здоровьем. К сожалению, в последние годы на всей территории России фактически прекра­тились исследования биологического действия электромагнитных полей, создаваемых линиями электропередачи, радиотелевизион­ными средствами связи, радиолокаторами и другими объектами. Отсутствуют эколого-гигиенические нормативы для защиты окру­жающей среды от возможного вредного действия этих полей. Имеется лишь план работ Минприроды РФ по выработке единой системы нормативных значений предельно допустимых уровней воздействий неионизирующих лучей.

Итак, в результате внутреннего и внешнего облучения чело­век в течение года в среднем получает дозу 0,1 бэр, т. е. в течение жизни - около 7 бэр. В этих дозах облучение не прино­сит вреда. Однако есть такие районы, где даже природный фон выше средней дозы за счет естественных радиоактивных источни­ков. Так, в Бразилии (200 км от Сан-Паулу) есть возвышенность, где естественная годовая доза составляет 25 бэр.

Наибольшую же опасность, конечно, представляют антропоген­ные источники загрязнений. Например, в 1994 г. было проведе­но радиационное обследование в 28 городах России: выявлено 554 случая радиоактивного загрязнения в 16 городах (Москва, Санкт-Петербург, Братск, Волгоград, Нижний Тагил, Новоси­бирск, Новочеркасск, Самара, Череповец и др.). Большинство


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


участков характеризуются гамма-излучением от десятков мкР/ч до десятков мР/ч. В Череповце обнаружен участок с 2 мР/ч, а в Санкт-Петербурге - 40 мР/ч. Загрязнение обусловлено, в основ­ном, несанкционированно хранимыми или захороненными радио­активными отходами (радий-226, цезий-137 и др.), технологичес­кими отходами производств, содержащими радионуклиды и стро­ительными материалами. Здания с концентрациями радона в воз­духе, превышающими нормы, выявлены в Санкт-Петербурге, Но­восибирске, Иркутске, Байкальске. Неблагополучная обстанов­ка по радону установлена в Ленинградской, Свердловской, Че­лябинской, Оренбургской, Новосибирской, Иркутской областях, в Забайкалье и на Дальнем Востоке.

Влияние шумов и звуковтакже небезразлично для здо­ровья человека. Звуком называют механические колебания, воспри­нимаемые слуховым аппаратом человека - от 16 до 20000 колебаний в секунду. Колебания большей частоты называют ультра­звуком, а меньшей - инфразвуком. Громкие звуки называют шу­мом. Звуки и шумы большой мощности, поражающие слуховой аппарат, нервные центры и вызывающие болевые ощущения и шок, являются шумовыми загрязнениями. Длительное шумовое загрязнение может приводить к расстройству сердечной деятель­ности, нарушениям функций печени, истощению и перенапряже­нию нервной системы. Естественный шумовой фон (10-30 дБ) практически безвреден и даже приятен для человека (шелест листвы, журчание ручья, шум прибоя и др.). Допустимая граница громких звуков составляет примерно 80 дБ, 130 дБ вызывают болевые ощущения, а 150 дБ непереносимы. В средние века существовала казнь «под колоколом», гул которого мучил и медленно убивал человека. Сила звука от различных источников показана на рис. 9.9.

Наиболее часто вредное воздействие оказывают промышлен­ные шумы. Но и бытовая техника все чаще становится источником шумового загрязнения. Очень шумная современная музыка притупля­ет слух, повышает давление и вызывает нервные заболевания. Шум


обладает аккумулирующим эффектом, т. е. акустические раздра­жения накапливаются в организме и постепенно угнетают не­рвную систему. Y людей, работающих в шумных условиях, часто встречаются нервно-психические заболевания. Однако абсолют­ная тишина тоже может угнетать человека.

Рис. 9.9. Интенсивность звука (в дБ) от различных источников

Инфразвуки, не воспринимаемые слухом человека, влияют на психику: угнетается интеллектуальная деятельность, ухудшает­ся настроение, появляется ощущение тревоги, испуга, страха, а при высокой интенсивности - чувство слабости. Ультразвуки, зани­мающие заметное место в производственных шумах, также опас­ны, особенно для нервной системы. Организм человека практи­чески беззащитен против шума, инфра- и ультразвука, так как их действие незаметно. По данным Минтранса РФ, шумовое воздействие автотранспорта в городах страны превышает допус­тимые нормы иногда на 30 дБ. Численность населения, прожива­ющего в условиях шумового дискомфорта, составляет 35 млн человек, т. е. около 30 % городского населения. Воздействию авиационного шума подвержено еще 3-4 % населения городов. При взлете самолетов типа ИЛ-76, ИЛ-86 шум с уровнем 75 дБ может фиксироваться на расстоянии 40 - 50 км от аэропорта.


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

Замена «шумных» самолетов необходима и по причине жестких международных требований к уровню шума в зарубежных аэро­портах.

Не только шумы, но и другие воздействия, связанные с ростом урбанизации, в той или иной мере сказываются на развитии, психике и здоровье человека. От условий жизни (высоты потолков, звуконепроницаемости стен, транспорта, повседневного общения с множеством людей и др.) во многом зависят настроение, трудо­способность, активность человека. В больших городах, несмотря на наличие горячей воды, телефона и другой комфорт, обостря­ются жилищные и транспортные проблемы, повышается забо­леваемость, возрастает переутомление. Ученые считают, что в начале XXI в. более половины населения земного шара будет жить в городах. Города «поглощают» леса, рощи, поля, луга, водоемы, болота; «покрывают» землю асфальтом - изменяют об­лик планеты. Поэтому горожанин все больше тянется на лоно природы. Природные экосистемы, их прохлада, гармония звуков и красок, многообразие приятных запахов успокаивают и оказы­вают сильный оздоровительный эффект. Вот почему надо стре­миться превращать города в экосистемы, щадящие здоровье лю­дей. Городской ландшафт не должен становиться каменной пусты­ней. Общая площадь зеленых насаждений в городе должна зани­мать больше половины его территории. Современный город следу­ет рассматривать как экосистему, в которой гармонично сочета­ются социально-экономические и экологические интересы челове­ка. Следовательно, необходимы не только удобные квартиры, транс­порт, развитая сфера услуг, но и благоприятная для здоровья среда обитания: чистые воздух и вода, радующий глаз ландшафт, зеленые уголки со всеми красотами природы. Каждый горожанин может внести свой вклад в улучшение экологических условий своего города хотя бы тем, что не будет мусорить, научится беречь зеленые насаждения и культурные ценности.

Природные ритмы и климатзаметно влияют на здоро­вье людей. Но лишь с середины XX в. люди стали связывать свою


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

работоспособность и эмоциональное состояние с такими природ­ными явлениями, как активность Солнца, фазы Луны и природ­ные ритмы.

Ритмыприсутствуют в любом явлении в биосфере: смена дня и ночи, зимы и лета, приливы и отливы и т. д. Ритмичность является свойством живой материи любого уровня - от молеку­лярного до экосистем. Ритмические процессы в организме назы­вают биоритмами. К ним относятся ритм работы сердца, дыха­ния, активности мозга. В ходе эволюции человек приспособился к определенным ритмам Вселенной и выработал ритм своей жизни, который проявляется в постоянной смене покоя и актив­ной деятельности. Центральное место занимают суточные ритмы. Изменения в суточных ритмах могут вызывать заболевания сер­дечно-сосудистой и нервной систем. Действие лекарственных пре­паратов также различно в зависимости от времени суток. Откры­тие этих явлений породило новые направления в медицине -хронодиагностику, хронотерапию, хронофармакологию и др.

Климатвоздействует на здоровье человека через погодные условия: атмосферное давление, влажность, ветер, концентра­цию кислорода, возмущение магнитного поля. Специалисты в области экологической медицины считают, что отрицательные ионы в атмосфере благоприятны для здоровья людей, а положи­тельные - наоборот, влияют отрицательно. Например, в воздухе после грозы много отрицательных ионов, так же как в воздухе около текущей воды. Поэтому такой воздух освежает и бодрит. А в тесных помещениях с обилием электромагнитных приборов воздух насыщен положительными ионами. В этих условиях у людей наблюдаются заторможенность, сонливость и головные боли. То же можно почувствовать в ветреную, пыльную и влаж­ную погоду. Изменения погоды не одинаково влияют на само­чувствие разных людей. Если здоровый человек своевременно «подстраивается» к изменившимся погодным условиям и практи­чески их не ощущает, то у больного, у пожилых людей и детей приспособительные реакции ослаблены.


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


Специфика среды обитания человека заключается в сложном переплетении природных, социально-экономических и психологи­ческих факторов. На заре человеческой истории природные фак­торы играли решающую роль в эволюции человека. В современ­ных условиях человек нередко испытывает влияние (иногда чрез­мерное) факторов среды, к которым эволюционно еще не готов. Жизнь любого организма можно рассматривать как постоянную адаптацию к новым природным и антропогенным условиям. Но способность к восстановлению физических и душевных сил не беспредельна. Приспосабливаясь к неблагоприятным экологичес­ким условиям, организм испытывает вначале напряжение, а за­тем - утомление. Способность адаптироваться к новым условиям у людей различна. Выделяют два крайних адаптивных типа людей: спринтеры, которые характеризуются устойчивостью к воздей­ствию кратковременных экстремальных факторов и плохой переносимостью длительных нагрузок, и стайеры, отличающиеся способностью переносить длительные монотонные нагрузки. Ин­тересно, что среди уроженцев северных широт преобладают люди типа стайеров.

Изучение и развитие адаптивных возможностей человека, выработка соответствующих рекомендаций по профессиональ­ной деятельности, особенно в сфере критических профессий (летчики, диспетчеры, шоферы, машинисты, шахтеры, ночной труд), имеют очень важное практическое значение для здоровья людей.

9.5. ДобровольныйПомимо факторов окружающей среды, рисквоздействие которых мало зависит от от­дельного человека, существуют так назы­ваемые факторы добровольного риска, которым люди подвергают себя в процессе курения, употребления наркотиков и алкоголя.

Курение- вредная привычка, которая приводит к дополни­тельному загрязнению воздуха токсическими веществами. Количе­ство курильщиков, выкуривающих ежегодно 5 триллионов сига­рет, превысило в мире уже несколько миллиардов. По существу,


людей можно разделить на две группы: курящих и некурящих. Рассмотрим действие на организм лишь некоторых содержащих­ся в дыме веществ, которыми курильщики добровольно отравляют себя. Токсическое действие оказывают: оксид углерода, оксиды азота, цианистый водород, ацетальдегид, кадмий, мышьяк, сви­нец. Канцерогенами являются: формальдегид, гидразин, хлорис­тый винил, уретан, альфа-нитропропан, хинолин, нитрозамины, бенз-(а)пирен, 5-метилхризен, полоний-210 (радиоактивный).

Оксид углеродаСО взаимодействует с гемоглобином кро­ви, который связывает этот газ в 200 раз прочнее, чем кисло­род. Поэтому ткани тела получают значительно меньше кислоро­да. Y того, кто выкуривает пачку сигарет в день, 6 % гемогло­бина связывается СО в карбоксигемоглобин. Прибавьте к этому оксид углерода, содержащийся в загрязненном воздухе (особенно крупных городов), и количество карбоксигемоглобина возрастает до 10 %, что серьезно увеличивает опасность смертельных сер­дечных приступов. Наличие в пище курильщика нитритов (даже в допустимых дозах) еще больше снижает содержание кислорода, превращая гемоглобин в метгемоглобин, не способный транспорти­ровать кислород.

Никель, мышьяк, кадмий, свинецтакже попадают в лег­кие с дымом сигарет (мышьяк и свинец некоторое время исполь­зовались как пестициды при выращивании табака). Содержание свинца в сигарете составляет около 13 мкг. Выкуривая двадцать сигарет в день, человек вдыхает около 300 мкг свинца. Кроме того, свинец может содержаться в пище, воде и воздухе (тетраэтил-свинец - присадка к бензину). И свинец, и мышьяк, всасываясь в кровь, могут накапливаться и постепенно отравлять организм. В пачке сигарет содержится 30 - 40 мкг кадмия и 85 - 150 мкг никеля. Кадмий нарушает использование организмом кальция (болезни суставов), способствует повышению давления и вызыва­ет болезни сердца.

Исследования Государственной компании страхования США в группах людей разного возраста показали, что смертность среди


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

курильщиков вдвое выше, чем среди некурящих того же возраста. Особенно часто подстерегают курильщиков скоропостижные смерти от сердечных приступов и кровоизлияний в мозг. Нередки у них и желудочно-кишечные язвы. Большой вред наносит курение бере­менным женщинам - у них рождаются мелкие дети, больше выки­дышей и случаев мертворождения. Все это обусловлено недостат­ком кислорода в крови курящей матери. Влияние курения на здоровье человека показано на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Зависимость возникновения некоторых заболеваний от числа выкуренных сигарет (по Е. А. Крискунову и др., 1995)

В первую очередь курение затрагивает легкие: это одна из главных причин эмфиземы и рака легких (85 % случаев). Куриль­щики часто болеют раком гортани, пищевода, ротовой полости, мочевого пузыря, почек, поджелудочной железы. В последние годы женщины чаще погибали от рака легких, чем от рака молоч­ной железы. При «пассивном» курении (пребывании в сильно про­куренном помещении) некурящие люди за 1 час вдыхают столько никотина и оксида углерода, сколько они могли бы получить,


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

если бы сами выкурили одну сигарету. Оказалось также, что жены курящих мужчин чаще болеют раком легких, чем жены некуря­щих. Такой же опасности подвергаются дети.

Только в Китае сейчас 300 млн курильщиков; далее идут Ин­дия, Россия, США и Бразилия. Самый курящий сегодня конти­нент - Азия. Причин этому по крайней мере две: 1) низкий уровень жизни и 2) сбыт табачной продукции в бедные страны Западом и США, где наметилась тенденция к снижению числа курящих.

Жертвой «серого змия» все чаще становится подрастающее поколение. В Восточной Европе, Канаде, Египте доля курящих подростков превышает этот показатель среди взрослых. Среди курящих полинезийцев - половина дети. В Санкт-Петербурге каж­дый второй мальчик и каждая четвертая девочка после 10 лет пробовали курить.

Интересна зависимость между уровнем образования и чис­лом курящих. Так, в США среди мужчин с начальным образова­нием курят 60 %, а с университетским - только 20 %. Близкое соотношение имеет место в странах Европы, Японии, России.

Методы борьбы с курением самые разнообразные. Так, в Англии на одном из заводов в Лейленде боролись с курящими путем повышения зарплаты некурящим. Через полгода почти полови­на курильщиков на заводе освободилась от своей привычки. А в индийской деревне Хундер любой житель, застигнутый с сигаре­той, штрафуется на 50 рупий. Мера тоже оказалась эффектив­ной. В Ирландии девушки-добровольцы дежурят на остановках общественного транспорта и предлагают банан в обмен на сигарету. Семь человек из десяти соглашаются на такой обмен.

Американские ученые выступают за полный запрет на рабо­ту на предприятиях электронной промышленности курильщикам, так как установлено, что микрочастицы, выдыхаемые ими, при­водят к неполадкам в работе сверхчувствительных приборов.

Японцы создали прибор «никостоп», который с помощью электрических и звуковых импульсов воздействует на нервные


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


окончания в мочке уха и в течение нескольких недель может избавить человека от пагубной привычки. В Германии продаются пепельницы, при стряхивании пепла в которые раздается очень неприятный кашель.

В США, Австралии, Канаде, Швейцарии, Великобритании затраты в здравоохранении на меры против курения составляют 190 млрд долларов. Нашему курильщику выбраться из табачного омута тяжелей, чем на Западе и в США. Так стоит ли в него попадать? Так или иначе, борьба с курением в развитых стра­нах начала приносить свои плоды. Наметились обнадеживающие тенденции. В США, например, в 1965 г. курили 51 % мужчин и 32 % женщин, в 1995 г. это количество уменьшилось до 30 % среди мужчин и до 28 % для женщин.

Наркоманиятакже входит в «букет» глобальных проблем человеческой цивилизации. Колумбийский писатель Габриэль Гар-сио Маркес, размышляя о наркомании в своей стране, писал: «Это какая-то таинственная неудержимая гидра, невидимая и вездесущая. Она проникает повсюду и отравляет все».

Опасность наркомании в мире долгие годы недооценивалась, а в нашей стране эта проблема просто замалчивалась. Одним из первых раскрыл масштабы трагедии в СССР писатель Чингиз Айтматов в романе «Плаха». Только теперь стали открыто гово­рить об этой грозной опасности. Наркомания сегодня приобре­ла общепланетарный характер и, к сожалению, стала молодеть. Спутниками наркомании являются СПИД и венерические болез­ни (рис. 9.11).

Образ жизни и портрет наркомана однотипны во всем мире. Начинается с, казалось бы, безобидной гашишевой сига­реты, затем - кокаин, героин и другие наркотики, вводимые с помощью шприца. Зависимость столь велика, что наркоман отвергает нормальные для людей ценности. Зыбкий мир грез для него становится реальностью. Утрачиваются контакты с людьми, даже близкими, способность работать, критическое отношение к себе и т. д. Наркоман оказывается втянутым в


криминальный мир. Таким людям можно посочувствовать, так как накапливающиеся в тканях организма (в основном жиро­вых) наркотики хранятся годы и препятствуют лечению. Наказа­ние не приносит успеха. На Западе считают, что лечение наркоманов выгоднее, чем их увольнение и обучение новых рабочих. Поэтому главный девиз наркологических служб этих стран - «лечение вместо наказания».

Рис. 9.11. Заболеваемость подростков сифилисом и распространение наркомании в России, число зарегистрированных больных на 100 тыс. (Аналитический ежегодник, 1999)

Запрет на выращивание сырья для производства наркотиков: опийного мака, конопли и др. в конце 70-х - начале 80-х гг. (до этого они легально выращивались для приготовления лекарствен­ных препаратов) принял опасный поворот и привел к расцвету нелегального наркобизнеса. Но география наркобизнеса отли­чается от географии наркомании. Первенство по выращиванию мака и конопли удерживают Пакистан, Иран, Афганистан, Лаос, Колумбия, хотя уровень наркомании в этих, в основном мусуль­манских, странах сравнительно невелик.


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


Наркоманов подстерегает и другая опасность. С 1977 г. нача­лось искоренение посевов конопли и мака с помощью ядовитого гербицида - параквата. Содержание параквата в некоторых наркотиках доходило до 2-3 %. При таком уровне 1-3 сигареты марихуаны в день могут вызвать необратимое рубцевание лег­ких. Но чем яростнее борьба с торговцами «белой смертью», тем изворотливее они становятся, тем выше взвинчивают цены, вербуя новые жертвы. В преступный наркобизнес сегодня вовле­каются и медики, и химики, и политики.

В нашей стране пути распространения наркотиков в значи­тельной степени сместились в Санкт-Петербург, который стал занимать одно из ведущих мест в России по наркобизнесу и наркомании. И если мы не можем предотвратить надвигающую­ся трагедию, то нужно стремиться встретить ее во всеоружии. Для этого необходимо не только бороться с наркодельцами, но и уметь лечить болезнь, иметь на это средства. Но наше обще­ство сегодня не готово лечить наркоманов. В этой связи часто раздаются призывы к легализации наркотиков как меры борьбы с наркоманией.

Приводятся такие аргументы: 1) наркомафия лишится работы и фантастических доходов; 2) изменятся условия жизни наркома­нов; 3) сэкономленные на бесплодной борьбе с наркомафией деньги можно употребить на профилактику и лечение наркома­нии; 4) уменьшится число преступлений, связанных с поиском денег на наркотики. Однако такая мера не кажется бесспорной, а потому имеет много противников. Победить наркоманию, веро­ятно, можно только в том случае, если правительства и междуна­родные организации будут активно использовать весь арсенал как традиционных, так и самых современных средств и мер.

Алкоголизмносит ярко выраженный глобальный характер.

Как давно возникла пагубная привычка употреблять алкоголь? Считается, что изготов­ление алкогольных напитков началось с появлением керамической посуды, примерно в VIII веке до н. э. Виноделие было широко распространено у греков, египтян, римлян, индий­цев, персов, евреев. В Древней Руси изготавливали такие напитки, как пиво, брага, медовуха. В возникновении и распространении алкоголизма особую роль сыграло откры-


тие арабскими алхимиками винного спирта, положившее начало приготовлению крепких спиртных напитков (40 - 50 °). В XVIII веке они быстро стали распространяться в Европе. В Россию водку впервые завезли из Генуи в XVI веке, но официальные власти не стали поощрять сей продукт, и она не прижилась. При Петре I, и особенно при Екатерине II, водка стала настолько ходовым товаром, что вызывала антиалкогольные бунты.

По данным международной статистики, пристрастившееся к алкоголю человечество сейчас все в большей степени становится его жертвой. Наибольший вред здоровью наносят крепкие напит­ки, содержащие, как правило, сивушные масла. Смертность от злоупотребления алкоголем стоит на третьем месте в мире после смертности от сердечно-сосудистых и раковых заболеваний. В США ежегодно умирает более 100 тыс. алкоголиков, в том числе 14 тыс. - от цирроза печени; кроме того, 20 - 25 тыс. жителей США гибнут на дорогах по вине пьяных водителей. Около 70 тыс. преступлений совершается там же в состоянии опьянения.

В России статистика не так хорошо, как в США, фиксирует все эти явления. Но косвенные данные свидетельствуют о том, что истинные масштабы алкоголизма у нас очень велики. Из-за алко­голизма в России сейчас больше детей-сирот, одиноких женщин, вдов и разведенных, чем после Великой Отечественной войны. Смертность, связанная с алкоголизмом, в 15 раз выше, чем в Азербайджане и в 53 раза - чем в Армении. Массовое и регуляр­ное употребление алкоголя может иметь опасные генетические последствия. Всего 90 мл алкоголя в день или одна пьянка во время беременности могут вызвать алкогольный синдром у пло­да. У таких детей наблюдаются замедленный рост, отставание в умственном развитии и другие дефекты. Кроме того, алкоголь взаимодействует с табачным дымом и сильно увеличивает при этом опасность возникновения рака полости рта, гортани, пищево­да, желудка. Нельзя забывать и об аллергенах, содержащихся в спиртных напитках: дрожжи, солод, пряности, сульфаты, рыбный клей и др. Чарльз Дарвин писал: «... если в народе наблюдается перевес беспечных, порочных и вообще худших членов общества над лучшим классом людей, то нация начнет регрессировать, как и случалось столько раз в истории мира». Если учесть, что гено­фонд нашей страны ослаблен революцией, массовыми репрес-


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


сиями, войнами и реформами, то опасность алкоголизма стано­вится еще более очевидной.

Серьезная проблема - женский алкоголизм. Известно, что освободить женщин от алкогольной зависимости значительно слож­нее, чем мужчин. Врачи-наркологи считают, что причина этого заключается в физиологических особенностях желудка женщин, который вырабатывает гораздо меньше защитных ферментов. Американские специалисты определили, что после употребления алкоголя в крови женщины столько же спиртного, как если бы она ввела его прямо в вену.

Самое страшное - это подростковый и детский алкоголизм. В США 91 % шестнадцатилетних учащихся начинают употреблять алкогольные напитки, примерно такая же картина в Канаде, не лучше и в России. Влияние алкоголя на детский и подростковый организм - убийственно.

Алкоголизм - это не столько человеческий порок, сколько опасная болезнь. Поэтому пленники Бахуса и не могут расстать­ся со своими привычками. Как бороться с этим злом? В законода­тельстве многих стран в различные времена применяли суровые меры: казнили, отрубали руку, клеймили, заставляли пить кипя­щее вино. Но болезнь излечить не могли. Лишь в последние десятилетия стали серьезно исследовать и изучать проблемы, свя­занные с алкоголизмом. В отдельных странах существуют специ­альные антиалкогольные программы. Тем не менее, по данным ВОЗ, в мире сохраняется тенденция увеличения потребления алкоголя. Проблема усугубляется тем, что алкоголизм неизмен­но связан с наркотиками, курением, другими пороками, порож­дающими скудоумие, нравственную и физическую деградацию человека и общества.

Итак, в современном мире люди в значительной мере стра­дают от «средовых» болезней, порожденных неблагоприятной экологической обстановкой. Огромный ущерб наносят и токсич­ные вещества, содержащиеся в табаке, наркотиках и алкоголе, воздействию которых человек подвергает себя добровольно.


Для оценки экологической ситуации в стране в целом приня­то использовать показатель, называемый экологичность валового внутреннего продукта (ВВП). Рассчитывается этот показатель как отношение выбросов С02 промышленностью к единице ВВП в долларах. Для стран СНГ этот показатель равен 592, в то время как для США - 383, Германии - 211, а для Японии - 190. Решать эти проблемы в пределах одной страны трудно, тем более что вода, воздух и почва не признают «суверенитетов». Трансграничный перенос загрязнений идет и между странами, и между регионами.

Контрольные вопросы

1. Какие факторы окружающей среды, влияющие на здоровье людей, относятся к биологическим?

2. Какие инфекционные заболевания обусловлены загрязнени­ем воды?

3. Что вы знаете о СПИДе?

4. Какая связь между химическим загрязнением и возникновени­ем различных заболеваний у населения?

5. Какие вещества относятся к канцерогенным?

6. Каковы последствия воздействия канцерогенных веществ на
организм человека?

7. Какие вредные вещества могут содержаться в продуктах пи­тания и лекарственых препаратах?

8. Могут ли токсические вещества встречаться в природных продуктах, используемых в пищу?

9. Какие вещества являются супертоксикантами?

 

10. Какие физические экологические факторы влияют на здоро­вье людей?

11. К каким последствиям приводит воздействие ионизирующих излучений на людей?


 




Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека


 


12. Каковы источники поступления ионизирующих излучений?

13. Какие излучения называются неионизирующими? Влияют ли они на здоровье людей?

14. Что называется «шумовым загрязнением» окружающей сре­ды? Как оно влияет на здоровье человека?

15. Чем отличаются природные шумы от антропогенных?

16. Влияет ли на здоровье человека ультразвук?

17. Влияет ли на здоровье человека погода?

1 8. Какие существуют адаптивные типы людей?

19. Какова основная причина заболеваний раком легких?

20. Каков механизм воздействия табака на здоровье человека?

21. Каковы последствия курения?

22. Как влияют на организм человека наркотики?

23. Как бороться с наркобизнесом?

24. Как бороться с курением?

25. Каковы последствия алкоголизма?

26. Что выгоднее: лечить алкоголизм или запретить?

27. Каковы основные причины «средовых болезней»?


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

10.1. Основы эколо-В 1991 г. был принят закон РФ «Об гического праваохране окружающей природной среды»

(Закон ООПС), который является головным законодательным актом прямого действия. Это означает, что нормы других законов по охране природы не должны противоречить данному законодательному акту. Под природойпонимается природная среда как объективная реальность, существующая независимо от человека как следствие эволюцион­ного развития материального мира и состоящая из естественных экосистем. Под окружающей средойв юридическом смысле понимается часть природной среды, преобразованная антропо­генной деятельностью. Природа и окружающая среда создают окружающую природную среду,внутри которой живет и действует человек. Рассмотрим основные положения Закона ООПС.

Объекты охраны окружающей природной средысог­ласно статье 4 Закона делятся на природные объекты, природные ресурсы и природные комплексы.

Природные объекты- это земля, недра, воды, леса, животный мир, воздух.

Земля в юридическом значении - это плодородный слой почвы. Земельный фонд РФ составляет свыше 1707 млн га (рис. 10.1). Головным актом по охране земельного фонда является Земельный кодекс РФ (ЗК), принятый также в 1991 г.

Недрами называется часть земной коры, расположенная ниже почвенного слоя до глубин, доступных для геологического изучения, освоения и добычи полезных ископаемых. В 1990 г. Россия добывала 17 % нефти, 25 % газа, 15 % угля и 14 % железной руды от объема полезных ископаемых, добываемых в мире. Регулирует отношения по использованию и охране недр головной закон РФ «О недрах» (1992). Но это скорее экономический, чем экологический закон. В охране недр много сложных и неразрешенных проблем: захоронение токсичных и радиоактивных отходов, истощение драгоценного сырья, утилизация отвалов пород и др.


Рис. 10.1. Земельный фонд России

Воды в законодательстве определяются как ограниченный при­родный ресурс: реки, озера, моря, океаны, подземные источни­ки, ледники. Охрана природных вод регулируется Водным кодек­сом РФ (ВК), принятым в 1995 г. Структуры водного фонда и водопользования России показаны на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Структуры водного фонда и водопользования России

Леса - это совокупность древесной, кустарниковой и травянис­той растительности на землях лесного фонда. Они выполняют многообразные экологические, культурно-оздоровительные и экономи­ческие функции: почвозащитные, климатообразующие, водоохран­ные, рекреационные, лечебные, эстетические; поставляют древесину,


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


 


травы, техническое сырье; служат кормовыми угодьями и др. Охране лесов посвящены Основы лесного законодательства РФ (1993).

Животный мир - все животные организмы: от низших до выс­ших. Федеральный закон РФ «О животном мире» (1995) пре­дусматривает пять основных требований: сохранение видового разнообразия, охрана среды обитания и условий размножения, сохранение целостности сообществ, рациональное использова­ние и регулирование численности.

Атмосферный воздух - это, по существу, среда, которая окружает человека. Все положения Закона ООПС в полной мере относятся к воздуху, что исключает надобность в специальном законе о воздухе.

Природные ресурсы- источники потребления природы челове­ком. Относительно ресурсов используется термин рациональное природопользование. Ресурсы делят на исчерпаемые и неисчер­паемые, возобновляемые и невозобновляемые (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Классификация природных ресурсов

В одном природном объекте может быть сосредоточено не­сколько видов природных ресурсов. Например, лес - совокупность многих ресурсов: древесины, смол, другого технического сырья, животных и растительных пищевых продуктов, кислорода и др. Поэтому рациональное использование природных ресурсов помо­гает и охране природных объектов в целом.


Природные комплексы- территории, на которых функциони­рует несколько природных объектов, находящихся под охраной зако­на. К ним относятся и особо охраняемые территории: заповедники, заказники, национальные парки, лесопарки, редкие ландшафты.

Человек- составная часть природы, что делает его непосредственным и главным объектом охраны. Человек рас­сматривается Законом ООПС и как субъект воздействия на окружающую природную среду, несущий ответственность за по­следствия своей деятельности, и как объект такого воздействия, наделенный соответствующими правами и гарантиями.


Рис. 10.4. Органы экологического управления РФ

Управление в области охраны окружающей природ­ной среды.По Конституции РФ природопользование и охрана окружающей природной среды находятся в совместной компе­тенции Федерации и субъектов Федерации. Структура органов экологического управления РФ показана на рис. 10.4.


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


 


Ш Права граждан на здоровую окружающую среду.Права граждан определены статьей 42 Конституции РФ и статьей 11 Закона ООПС и делятся на две группы: 1) права человека на чистую, здоровую и благоприятную для жизни природную среду и 2) право граждан на охрану своего здоровья от вредного воздейст­вия окружающей среды, измененной антропогенной деятельностью. Эти права относятся к естественным правам, возникающим при рождении человека. Политические аспекты экологических прав от­ражены во Всемирной декларации прав человека (1948). Конфе­ренция ООН 1992 г. (Рио-де-Жанейро) подтверждает экологичес­кие права человека. Развивая эти идеи, Конституция РФ провозгла­шает право каждого не только на благоприятную окружающую природную среду, но и на возмещение ущерба, причиненного здоровью человека или его имуществу экологическими правонару­шениями. Правовая сторона этих положений закреплена в трех основных документах: Основы гражданского законодательства (ст. 130), закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»(ст. 5, 1991) и Закон ООПС(1991), в котором определены не только права и полномочия граждан (ст. 11, 12, 13, 89, 90), но и государственные гарантии экологических прав граждан и общественных объединений (ст. 14).

Охрана природной среды при хозяйственной деятель­ности.Провозглашение приоритета экологии над экономикой означает, что охрана окружающей природной среды становится основным принципом деятельности любой хозяйственной едини­цы. Этот принцип утверждает обязательность «экологизации» всей экономической жизни и «экономизации» природоохранной деятель­ности хозяйствующего субъекта, т. е. материальную заинтересован­ность производителя в охране окружающей природной среды. Экологические требования относятся ко всем стадиям и звеньям хозяйственного процесса: доэксплуатационным, эксплуатацион­ным и послеэксплуатационным (рис. 10.5).

Они регламентированы VI и VII разделами Закона ООПС (ст. 40 - 57). На первой стадии процесса Закон требует обязатель-


ного экологического обоснования строительства объекта и прове­дения государственной экологической экспертизы (ст. 35 - 38). Экологическое обоснование проекта дает заказчик: он обязан изложить масштабы воздействия предполагаемого объекта на окружающую природную среду и определить меры по восстанов­лению и возобновлению природных ресурсов.

Государственная экологическая экспертизаоценивает обо­снования заказчика и определяет дальнейшие решения. Положитель­ное заключение открывает финансирование, отрицательное - зап­рещает какие-либо действия до устранения недостатков. Нарушение этого правила влечет за собой административную, а в злостных случаях - уголовную ответственность за злоупотребление служебным положением и превышение власти (УК РФ, ст. 285, 286).

Рис. 10.5. Охрана окружающей среды на разных стадиях хозяйственного процесса

Государственную экологическую экспертизу проводят Минис­терство природных ресурсов РФ и его территориальные подразде­ления. В заключении экспертизы должны быть ответы на следующие вопросы: 1) можно ли размещать объект в конкретных условиях с учетом всех обстоятельств, 2) каковы характер, степень воздействия и последствия реализации планируемой деятельности, 3) возможны ли меры по восстановлению и оздоровлению окружающей природ­ной среды, воспроизводству ценных природных ресурсов. В тех случаях, когда сооружение объекта затрагивает интересы местного населения, решение о его размещении принимается по результа-


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

там обсуждения, референдума или общественной экспертизы (ст. 39). Председатели государственной и общественной эксперт­ных комиссий несут ответственность за правильность и обоснован­ность своих заключений (ст. 38, 39). Выводы экспертных комиссий могут быть обжалованы в арбитражном суде.

Экологическое воспитание и образование.В Законе ООПС (ст. 73) говорится, что в целях повышения экологической культуры общества и профессиональной подготовки специалистов устанавливается система экологического воспитания и образова­ния, охватывающая дошкольное и школьное воспитание; профессио­нальную подготовку в средних и высших учебных заведениях; систе­му повышения квалификации специалистов и средства массовой инсрормации. Основы экологических знаний обеспечиваются обя­зательным их преподаванием во всех дошкольных, средних и выс­ших учебных заведениях (ст. 74, ч. 1). В специальных средних и высших учебных заведениях предусматривается также преподава­ние курсов по охране окружающей природной среды и рациональ­ному природопользованию (ст. 74, ч. 2). Кроме того, Закон ООПС требует, чтобы руководители министерств и ведомств, предприятий, учреждений, организаций и иные должностные лица, связанные с деятельностью, оказывающей вредное влияние на природу и здоровье человека, имели необходимую экологическую подготовку. Лица, не имеющие такой подготовки, не должны допускаться к работе (ст. 75).

Ответственность за экологические правонарушения

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды использование природных ресурсов; 3) истощение ресурсов; 4) повреждение или… Если должностные лица и граждане совершают общественно опасные деяния и посягают на установленный в России…

Нормативы лежат в основе измерения баланса экологи­ческих и экономических интересов человека. Закон оп­ределяет меру разумного сочетания интересов - это пре­дельно допустимые уровни антропогенных воздействий, превышение которых создает опасность для природной среды и здоровья человека.

Нормативы качества природной среды являются основой для определения правомерности поведения субъектов экологических правоотношений, определяют степень эффективности выполне­ния экологических и правовых предписаний, экономику приро­доохранной деятельности. От показателей качества окружающей природной среды зависят реализация экологических прав чело­века, проведение экологических экспертиз, степень эколого-правовой ответственности, оценка экологического риска, и многое другое. Конечная цель нормирования - обеспечение научно обо­снованного сочетания экономических и экологических интересов -своего рода компромисс между экономикой и экологией.

Нормативы качества окружающей среды должны отра­жать требования к ней различных потребителей и обеспе­чивать сохранение экологического равновесия в природ­ных экосистемах в пределах их саморегуляции.

Норматив становится юридически обязательным с момента утверж­дения его компетентными органами: Госкомсанэпиднадзором РФ и Министерством природных ресурсов РФ. Разработка нормативов ведется в трех основных направлениях: 1) гигиеническое нормирова­ние качества окружающей среды, 2) экологическое нормирова­ние допустимых нагрузок на экосистему и 3) регламентация объе­мов загрязнений, поступающих в окружающую природную среду.

10.2. ГигиеническоеНормирование качества окружающей

нормированиеприродной среды - это деятельность по

установлению нормативов предельно

допустимых воздействий человека на природу. Под воздействием

понимается антропогенная деятельность, связанная с реализаци-


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

ей экономических, рекреационных, культурных и других интере­сов человека, вносящая изменения в природную среду. Наибо­лее распространенным видом отрицательного воздействия являет­ся загрязнение, причиняющее вред жизни и здоровью человека, растительному и животному миру и экосистемам. Воздействие человека проявляется также в истощении ресурсов, уничтожении природных экосистем, нарушении стандартов на качество про­дукции вследствие превышения нагрузок на окружающую при­родную среду и др.

Гигиенические нормативыустанавливаются в интересах охраны здоровья человека и сохранения генетического фонда некоторых видов растительного и животного мира. Это наибо­лее разработанная система норм. Гигиеническое нормирование охватывает также производственную и жилищно-бытовую сферы жизни человека. Установленные и утвержденные нормативы обязательны на всей территории РФ (и стран СНГ).

Для питьевой водыпредельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых вредных веществ были утверждены еще в 1939 г. В настоящее время число установленных ПДК для водных объектов различного назначения приблизилось к 2000.

Для атмосферного воздухав 1951 г. были введены ПДК по 10 веществам; теперь их уже около 500.

Для почвыПДК вредных веществ впервые установлены в 1980 г.; сейчас нормативов более 100. Существуют также ПДК вредных веществ для рыбохозяйственных водоемов, для воздуха в зоне лесных массивов, для вод, используемых при орошении, и др.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) - это такие концентрации вредных веществ, которые практически не оказывают влияния на здоровье человека и не вызы­вают неблагоприятных последствий у его потомства.

Методологической основой для разработки санитарно-гигиени­ческих стандартов послужили методы, используемые в медицин-


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

ской и ветеринарной токсикологии. Токсикант - ядовитое, вред­ное для здоровья вещество. Для оценки токсичности веществ проводятся опыты на животных с последующей экстраполяцией экспериментальных данных на человека. Количество вредного вещества, поступившего в организм, отнесенного к массе тела (мг/кг), называется дозой. Количество веществ, отнесенных к единице объема или массы воздуха (мг/м3), воды (мг/л), или почвы (мг/г), называется концентрацией. Смертельные дозы и концентрации называются соответственно летальными дозой (ЛД) и концентрацией (ПК) (лат. fetalis - смертельный). Доза, вызывающая гибель 50 % подопытных организмов, обозначается как ЛД50 или ЛК50. В зависимости от степени токсичности ядовитых ве­ществ выделяют 4 класса опасности (наиболее опасен 1-й класс). Воздействуя на организм, вредные вещества вызывают острые и хронические заболевания: острые возникают после однократного воздействия и могут приводить к смертельному исходу, хрони­ческие развиваются в результате систематического воздействия доз, не приводящих к острому отравлению. Хронические заболева­ния часто вызывают соединения свинца, марганца, пары ртути и др. Некоторые вещества, например, синильная кислота или цианистый калий, вызывают только острые отравления.

Для большинства веществ устанавливают две пороговые концент­рации: минимальную при остром отравлении (ПДКми0стр) и мини­мальную при хроническом отравлении (ПДКМИнхРон).

Однако необходимо учитывать, что одни и те же концентра­ции вредных веществ по-разному воздействуют на организмы в зависимости от того, где они находятся: в воздухе, воде или почве. Поэтому ПДК вредных веществ в разных средах могут сильно различаться.

Нормирование загрязняющих веществ в воздухе.Воз­дух - среда, непосредственно окружающая человека и потому прямо воздействующая на его здоровье. Еще в 20-е гг. XX века начали вводить ПДК вредных веществ в рабочих помещениях. Обычно содержание примесей в воздухе рабочего помещения


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

больше, чем на площадке предприятия и тем более за ее преде­лами. Поэтому для каждого вредного вещества в воздухе уста­навливают по крайней мере два нормативных значения: ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з) и ПДК в атмосферном воздухе ближайшего населенного пункта (ПДКа.в), а также максимальные разовые (ПДКм.р. ) и среднесуточные (ПДКс).

ПДКр.з. - это концентрация, которая при работе не бо­лее 41 часа в неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний у работающих и их детей.

Следовательно, при нормировании вредных веществ в воздухе производственных помещений учитывается время пребывания людей в зоне загрязнения. На территории предприятия содержание примесей принимается равным 0,3 ПДКрз, так как этот воздух используется для приточной вентиляции.

ПДКа.в. - это предельная концентрация, которая на протя­жении всей жизни человека не должна оказывать на него вредного влияния, включая отдаленные последствия на окружающую среду в целом.

Необходимость раздельного нормирования определяется тем, что на предприятии работают практически здоровые люди, а в населенных пунктах круглосуточно находятся также дети, пожи­лые и больные люди, беременные и кормящие женщины и др. Поэтому ПДКр.з > ПДКа.в. Например, для диоксида серы (БОг) ПДКр.з = 10 мг/м3, а ПДКа.в = 0,5 мг/м3. Для метилмеркаптана эти показатели соответственно равны 0,8 и 9-10-6 мг/м3.

В табл. 10.2 приведены ПДКав некоторых загрязняющих ве­ществ в воздухе населенных пунктов (максимальные разовые и среднесуточные) и ориентировочно безопасные уровни воздейст­вия (ОБУВ).

При проектировании или строительстве предприятий в райо­нах, где воздух уже загрязнен, необходимо выбросы предприя­тий нормировать с учетом присутствующих примесей, т. е. фо­новой концентрации (Сф). Если в атмосферном воздухе присут-


 





Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

ствуют выбросы нескольких веществ, то сумма отношений кон­центраций загрязняющих веществ к их ПДК (с учетом Сф) не должна превышать единицы:

(10.1)

где Сi - концентрация i-го вещества; ПДК, - предельно допустимая концентрация i-го вещества; Сфi, - фоновая концентрация i-го вещества; п - число суммируемых веществ.

Таблица 10.2 Предельно допустимые концентрации некоторых веществ в атмосферном воздухе насе­ленных пунктов


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Нормирование загрязняющих веществ в водных объек­тах.Вода является средой, в которой возникла жизнь и обитает большая часть видов живых организмов (в атмосфере лишь слой около 100 м наполнен жизнью). Поэтому при нормировании качества природных вод необходимо заботиться не только о воде как ресурсе, потребляемом человеком, но и о сохранении водных экосистем как важнейших регуляторов условий жизни планеты. Однако действующие нормативы качества природных вод ориентированы главным образом на интересы здоровья чело­века и рыбного хозяйства и практически не обеспечивают эко­логическую безопасность водных экосистем. Эти требования к качеству природных вод регламентированы Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения (введены с 1 января 1991 г.). Качество морских вод регламентировано Санитарными правила­ми и нормами охраны прибрежных вод морей от загрязнения в местах водопользования населения (СанПиН № 4631-88, введе­ны с 6 июля 1988 г.).

Требования потребителей к качеству воды зависят от целей использования. Выделяют три вида водопользования:

хозяйственно-питьевое- использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пище­вой промышленности;

культурно-бытовое- использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха. К этому виду водопользова­ния относятся и участки водных объектов, находящиеся в черте населенных мест;

водоемы рыбохозяйственногоназначения, которые, в свою очередь, делятся на три категории:

высшая категория - места расположения нерестилищ, массо­вого нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных видов рыб, других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств для искусственного разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;


 



Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


 


первая категория - водные объекты, используемые для сохране­ния и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

вторая категория - водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей (рис. 10.8).

Рис. 10.8. Виды и категории водопользования

Конечно, природные воды являются объектами и других видов водопользования - промышленного водоснабжения, орошения, судо­ходства, гидроэнергетики и т. д. Использование воды, связанное с ее частичным или полным изъятием, называют водопотреблением.Все водопользователи обязаны соблюдать условия, которые обеспе­чивают качество воды, соответствующее установленным для дан­ного водного объекта нормативам. Существуют и некоторые общие требования к составу и свойствам воды (табл. 10.3).

Поскольку требования к качеству воды зависят от вида водополь­зования, необходимо определять этот вид для каждого водного объекта или его участков. Согласно Правилам виды водопользова­ния устанавливаются региональными органами экологического и санитарного контроля и утверждаются соответствующей исполнитель­ной властью.

Под ПДК природных вод подразумевается концентра­ция индивидуального вещества в воде, при превышении которой она непригодна для установленного вида водо­пользования. При концентрации вещества равной или меньше ПДК вода так же безвредна для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное ве­щество.


Таблица 10.3

Общие требования к составу и свойствам воды (Правила охраны поверхностных вод от загрязнения. М., 1991)

Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/л природных веществ, допускается увеличение взвешенных веществ в пределах 5 %; запрещается спуск взвесей со скоростью выпадения более 0,4 мм/с для водотоков и более 0,2 мм/с - для водоемов.


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


 



Окончание табл. 10.3

Характер воздействия загрязняющих веществ на человека и водные экосистемы может быть разным. Во-первых, многие хими­ческие вещества могут тормозить естественные процессы само­очищения, что приводит к ухудшению общего санитарного состо­яния водоема (дефициту кислорода, гниению, появлению серо­водорода, метана и т. д.). В этом случае устанавливают ПДК по общесанитарному признаку вредности.

Во-вторых, сточные воды могут ухудшать органолептические свой­ства воды (прозрачность, запах, привкус, температуру), что приво­дит к отказу потребителя от ее использования. В этом случае устанавливаются такие предельно низкие концентрации вредных веществ, которые не воспринимаются органами чувств человека.


Чувствительность физиологических акцепторов (лат. acceptor - приемщик)

человека очень высока, поэтому часто ПДК, установленные по органолептическому признаку вредности,являются более жест­кими, чем установленные по другим признакам вредности.

В-третьих, вредные вещества могут оказывать токсическое дейст­вие при непосредственном контакте или попадании в организм. Поэтому для многих вредных веществ устанавливают ПДК по токсикологическому признаку вредности.

Для одного и того же вещества могут устанавливаться разные предельные концентрации по признакам вредности. Например, ионы меди оказывают токсическое действие при концентрации 10 мг/л, нарушают процессы самоочищения при концентрации 5 мг/л, а придают привкус воде при концентрации 1,0 мг/л.

При нормировании качества воды водоемов ПДК уста­навливается по лимитирующему признаку вредности - ЛПВ. ЛПВ - признак вредного действия вещества, который харак­теризуется наименьшей пороговой концентрацией.

Так, в приведенном примере в качестве ПДК меди для водо­ема принимается концентрация, равная 1,0 мг/л, выбранная по органолептическому ЛПВ. В перечне ПДК всегда указываются ЛПВ, а также класс опасности вещества: от чрезвычайно опас­ных (1-й класс) до малоопасных (4-й класс).

Кроме того, одно и то же вещество для водоемов, использу­емых для нужд населения, может нормироваться по одному ЛПВ, а для рыбохозяйственных - по другому. Например, аммиак для хозяйственно-питьевого водопользования нормируется по общесанитарному ЛПВ (2,0 мг/л), а для рыбохозяйственных водоемов - по токсикологическому ЛПВ (0,05 мг/л). То же и для меди: для водоемов первых двух видов водопользования она нормируется по органолептическому ЛПВ (1,0 мг/л), а для ры­бохозяйственных - по токсикологическому (0,01 мг/л).

Если водоем используется для нескольких видов водопользова­ния, то в качестве ПДК выбирается самая низкая, т. е. самая жесткая предельно допустимая концентрация вещества.


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

При сбросе в водоемы нескольких загрязняющих веществ и от нескольких источников действует то же правило, что и при выбро­се нескольких загрязнений в атмосферу: сумма отношений концент­раций веществ, нормируемых по одинаковому ЛПВ и относящих­ся к 1-му и 2-му классам опасности, к их ПДК не должна превышать единицы:

(10.2)

где С - концентрации отдельных веществ, нормируемых по одинаковому ЛПВ 1 -го и 2-го классов опасности; ПДК, - предельно допустимые концентрации /-того вещества соответ­ственно, п - число суммируемых веществ.

Нормирование загрязняющих веществ в почве.Загряз­няющие вещества нормируются: 1) в пахотном слое почвы сельско­хозяйственных угодий; 2) в почве территорий предприятий; 3) в почвах жилых районов в местах хранения бытовых отходов.

Допустимая концентрация вещества в почвенном слое (ПДКП) устанавливается с учетом его фоновой концентрации, стойкости и токсичности.

ПДКустанавливается экспериментально в зависимости от допустимой остаточной концентрации (ДОК) в пище­вых, кормовых растениях и в продуктах питания.

ДОК- это максимальное количество вещества в продук­тах питания, которое, поступая в организм в течение всей жизни, не вызывает никаких нарушений в здоровье людей.

Для летучих веществ ПДКп устанавливают в зависимости от ПДК этого вещества в атмосферном воздухе, т. е. при поступле­нии этого вещества в воздух ПДКа.в. не должно быть превышено. Кроме того, учитывается поступление загрязняющих веществ из почвы в грунтовые воды, в которых не должны быть превышены ПДК веществ в водных объектах.

С учетом всех этих признаков вредности в качестве ПДКП принимается наиболее жесткая концентрация.

В почвах нормируется в основном содержание пестицидов

(лат. pestis - зараза, caedo - убиваю) - ядохимикатов используемых для


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

борьбы с вредителями, сорняками, паразитами, грызунами: инскетицидов(лат. insectum - насекомые), фунгицидов(лат. fungus - гриб), гербицидов (лат. herba - трава), акарицидов(лат. akari - клещ) И др.

Нормируется содержание и многих других химических веществ: тяжелых металлов, галогенов (хлор, бром), микроэлементов. При этом содержание нормируемых примесей зависит от вида сельско­хозяйственной продукции (мясная, молочная, растительная). Пере­чень ПДКп для некоторых инсектицидов приведен в табл. 10.4.

Таблица 10.4 ПДКП некоторых инсектицидов и допустимые остаточные концентрации этих веществ в продуктах питания (ДОК), мг/кг (по Г. В. Стадницкому, 1995)

При отсутствии ПДК могут устанавливаться временно допусти­мые концентрации (ВДКП), которые определяются по эмпиричес­ким уравнениям регрессии:

(10.3)

где ПДКпр - предельно допустимая концентрация вещества в продуктах питания.

Предельно допустимое количество отходовна террито­рии предприятия - это такое их количество, которое можно раз­местить при условии, что выделение вредных веществ в воздух не превысит 0,3 ПДК этих веществ, установленных для воздуха рабо­чей зоны. При этом должно соблюдаться уже известное правило:

(10.4)

Содержание ядовитых соединений в отходах определяет класс их опасности. При расчетах учитывают дозу (ЛД50), раствори­мость и летучесть токсичного компонента. Под контролем сани-


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

тарных служб должны находиться не только сбор, но и транспор­тировка, места захоронения и переработки опасных отходов (включая осадки станций очистки сточных вод).

Кроме перечисленных ПДК, Законом ООПС предусмотрено нормирование предельно допустимых уровней (ПДУ) шума, магнит­ных полей, радиационного воздействия, применения химикатов в сельском хозяйстве, остаточных количеств химических веществ в продуктах питания и другой продукции (ст. 28-32).

Сравнение ПДК, действующих в РФ, с международ­ными стандартами.При сравнении гигиенических ПДК на воз­дух и воду, действующих в США, Европе и России, оказалось, что в 80 % случаев российские нормы жестче. Например, по россий­ским стандартам в воде водоемов хозяйственно-питьевого водо­пользования растворенного кислорода должно быть не менее 4,0 мг/л, а ВПК - не более 3,0 мг/л. По международным европей­ским стандартам концентрация кислорода - не менее 5,0 мг/л, ВПК - не более 7,0 мг/л. Можно привести и другие примеры. Только в двух случаях российские ПДКрз воздуха являются менее жесткими, чем американские (табл. 10.5).

Таблица 10.5 Сравнение некоторых американских и российских ПДКрз воздуха (по П.Ревелль, 1995)


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Если судить только по ПДК, то создается впечатление, что в России обеспечивается более надежная защита воды и воздуха, чем в других странах. Однако это не так: российские стандарты, во-первых, технически недостижимы сегодня, и, во-вторых, методы контроля за их соблюдением не позволяют определять столь низ­кие концентрации веществ. Прежде всего это относится к ситуа­ции, когда в окружающую среду поступают загрязняющие веще­ства от многих источников, т. е. действует правило суммирования (см. формулы 10.1, 10.2, 10.4). В этом случае ПДК веществ могут уменьшаться до неизмеримо малых значений.

Заведующий лабораторией токсикологии Национального института профессиональной безопасности США Г. Э. Стокин-гер (1995) высказывает такую точку зрения: «Когда огромные размеры затрат потребуются для снижения загрязнений до из­лишне жестких предельных норм, спешно подготовленных на основании необдуманных и сомнительных фактов, в отношении которых общественность плохо осведомлена или введена в заблуж­дение, тогда придет день подведения итогов и горького разоча­рования из-за безрассудства прежних мероприятий против загрязни­телей. В дополнение к многомиллионным затратам на борьбу с загрязнением воздуха и воды предъявлены многомиллиардные судебные иски. Это подрывает крупную промышленность и ведет к ликвидации мелких предприятий. Вскоре это почувствуют и люди, так как расходы в конце концов переложат на плечи потребителя». Сколько мы согласны платить за охрану окружа­ющей среды? Очевидно, что не беспредельно. Санкции с жест­кими экономическими последствиями должны применяться только тогда, когда ясно, что здоровье людей подвергается опасности. Эту точку зрения разделяют и многие специалисты в России.

Итак, нормативы качества окружающей природной среды (ПДК) являются тем краеугольным камнем, на ос­нове которого разрабатываются мероприятия, прини­маются решения, рассчитываются затраты на охрану природы и платежи за природопользование.


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Чтобы найти компромисс между экологией и экономикой, крайне важно устанавливать научно обоснованные, тщательно выве­ренные и достижимые нормативы.

10.3. ЭкологическоеСуществует несколько точек зрения на

нормированиеподходы и методологию нормирования

качества окружающей природной среды.

Основные принципы разработки стандартов качества природных средсводятся к следующему:

1. Любое изменение природной среды следует рассматри­вать как недопустимое - «нулевая» стратегия.

2. Нормативы должны устанавливаться в соответствии с техноло­гическими возможностями снижения уровня загрязнений и конт­роля за их содержанием в окружающей среде.

 

3. Допустимый уровень загрязнения следует устанавливать таким, чтобы затраты на его достижение были не больше сто­имости ущерба при неконтролируемом загрязнении.

4. Стандарты должны исключать прямые или косвенные вред­ные воздействия на людей. При этом любое измеримое повыше­ние концентрации или другого воздействия рассматривается как потенциально вредное.

Первыйподход излишне жесткий, так как не все изменения в природной среде приводят к негативным последствиям. В то же время нетронутая природная среда не всегда соответствует тем или иным требованиям людей. Например, даже незагрязненная морская вода не может быть использована для питьевых целей. Эволюция биосферы и развитие цивилизации неизбежно приво­дят к качественным скачкам в потоках веществ и энергии, поэто­му неразумно придерживаться «нулевой» стратегии, которая под­разумевает активное противодействие любым изменениям. Уто­пично пытаться нормативными предписаниями законсервировать современное состояние биосферы. Хотя, конечно, следует выде­лять компоненты и параметры окружающей среды, которые дол-


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

жны сохраняться без существенных изменений. В каждом конк­ретном случае необходимо тщательно оценивать, какие измене­ния в экосистемах являются угрожающими. Стрессовые состоя­ния, связанные с преувеличением опасности, также могут иметь негативные последствия и создавать новые психологические, со­циальные, экономические и даже экологические проблемы.

Второйподход широко применяется в некоторых странах (США, Германия, Скандинавские страны), где нет единого взгля­да на нормирование содержания вредных и ядовитых веществ в природной среде. Так, нормы сброса многих загрязняющих ве­ществ в воду устанавливаются по принципу снижения загрязнения до возможного минимума, который обеспечивают наилучшие технологии. Например, Международная Хельсинкская комиссия (Хелком) установила единую норму сброса фосфора со сточны­ми водами (1,5 мг/л) для стран Балтийского моря с учетом существующих технологий.

Конечно, стандарты, установленные по такому принципу, не исключают тяжелых последствий и для людей, и для природных экосистем. Эти нормы могут быть либо недостаточно, либо излишне строгими, так как не всегда требуется столь глубокая очистка, которая достигается дорогостоящими технологиями.

Третийподход кажется излишне меркантильным. Отказ от борьбы с загрязнением в том случае, когда стоимость природоохран­ных мер больше стоимости наносимого ущерба, по существу, подвергает опасности жизнь, здоровье и благополучие человека. Кроме того, при таких расчетах часто не учитывают отдаленных последствий. Например, в городе Тайлер (штат Техас) с 1954 по 1972 г. на асбестовом заводе отсутствовало необходимое защит­ное оборудование, и рабочие длительное время подвергались воздействию асбестовой пыли. В течение этих лет сорок человек из 900 умерли. Рабочие подали в суд на владельцев и правитель­ство. Компенсация составила 200 млн долларов. Общее число исков от рабочих асбестовых заводов и вдов умерших рабочих в США возрастало с каждым годом и составило 10-12 тыс. дел.


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Ответственность за вызванные асбестом смерти оценивалась уже в 38 млрд долларов, что, несомненно, превышало затраты на очи­стные сооружения. Одна из крупных компаний, получив миллиар­дные иски, объявила о банкротстве. Но страшно то, что многие рабочие умирали, не дождавшись решения своих дел.

подход, ориентированный на здоровье людей, счи­тают единственно правильным в России и странах бывшего Союза. При этом экспериментальные методы медицинской токсикологии, оправданные при разработке ГОСТов на питьевую воду и про­дукты питания, механически переносятся на природные экосисте­мы, где действуют гомеостаз и саморегуляция. Но при всей внешней привлекательности эти нормативы практически недости­жимы, что провоцирует их несоблюдение. Поэтому исполнитель­ные власти вынуждены принимать решения о той или иной степе­ни отступления от норм на местном уровне. Все это приводит не столько к защите окружающей природной среды, сколько к разо­рению предприятий, если нормативы научно не обоснованы и фактически не могут быть выполнены.

Следовательно, необходима разработка таких нормативов, которые позволят обеспечить сбалансированное решение экологи­ческих и экономических задач и станут инструментом устойчиво­го развития общества.

Основа конфликта между обществом и природой, как отме­чалось ранее, в том, что биосфера уже не может обеспечивать растущие потребности человечества. Мы помним, что природная среда - это не только ресурс потребления, который не должен истощаться и загрязняться, но и регулятор условий жизни планеты.

Компромисс между природой и человеком будет найден тогда, когда антропогенные нагрузки не будут превышать компенсационные возможности экосистем биосферы.

Поэтому защита окружающей среды не должна сводиться только к поиску технологий минимизации ее загрязнения.


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Оценка экологической емкости региональных экосис­теми биосферы в целом, т. е. соизмерение хозяйственной деятель­ности с возможностями природы справляться с антропогенными нагрузками - основная задача природопользования сегодня.

Это уже прозвучало в Законе ООПС (ст. 33), где записано, что должны устанавливаться «предельно допустимые нормы на­грузки на окружающую природную среду с учетом ее потенци­альных возможностей».

Улучшить благосостояние людей и сохранить природные экосис­темы можно лишь в том случае, если будут найдены методы оценки и механизмы контроля нагрузок в рамках емкости биосферы.

Инструментом для этого должны служить нормативы качества окружающей природной среды. Однако действующая в России и многих странах бывшего Союза и Восточной Европы система санитарно-гигиенических и других токсикологических предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ не отвечает этим задачам и лишь создает иллюзию защиты природных систем и интересов природопользователей. Так, например, даже строгое соблюдение ПДК не дает никаких гарантий сохранения каче­ства поверхностных вод и благополучного состояния водных экосистем. Некоторые тяжелые металлы при концентрациях в воде, не превышающих ПДК, подавляют самоочищение и другие внутриводоемные процессы. А при содержании в воде водоемов 0,03 мг/л фосфатов, что в сто раз ниже требований ГОСТа на питьевую воду (3,5 мг/л) и почти в десять раз ниже рыбохозяй-ственных ПДК (0,2 мг/л), начинается «цветение». Это приводит к вторичному загрязнению и ухудшению качества воды по пока­зателям мутности, цветности, БПК: появляются запахи, привкусы, токсины и т. д. Их значения начинают превышать допустимые санитарно-гигиеническими нормативами. В других случаях, на­оборот, природные системы способны компенсировать большие нагрузки, чем того требуют гигиенические предписания.

Все это относится и к воздействию загрязняющих веществ на наземные экосистемы, в частности, на растения. ПДК для расте-


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

ний отличаются от таковых для человека. Растения более уязви­мы, чем человек. Даже при соблюдении всех гигиенических ПДКа.в. гибели растений не избежать, что, несомненно, будет иметь хотя и более отдаленные, но трагические последствия и для человека (табл. 10.6).

Таблица 10.6 ПДК некоторых загрязняющих веществ в атмосферном воздухе для растений и человека (по В.С.Николаевскому, 1988)

Таким образом, необходимость разработки ПДК не только по гигиеническим, но и по экологическим признакам вредности предельно очевидна. Однако государственной нормативно-правовой деятельности по разработке и утверждению экологических норм, правил и регламентов не существует. Природоохранные мероприятия, ориентированные только на действующие санитарно-гигиенические ПДК, часто малоэффективны или вовсе бесполезны. Складывается парадоксальная ситуация: нормы ужесточаются, платежи и затраты возрастают, а состояние природных объектов ухудшается.

Следовательно, нужны иные нормативы, защищающие интересы экосистем, а значит, и здоровье людей. Таким целям отвечают экологические нормативы, которые в ряде случаев являются и более экономичными.

Экологические нормативыпринципиально отличны от санитарно-гигиенических, рыбохозяйственных и других токсико­логических ПДК.


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Цельсанитарных и токсикологических норм и регламентов -охрана здоровья населения и отдельных популяций живых организ­мов. Задача же экологического нормирования - обеспечение благополучия экологических систем в целом, в том числе и здо­ровья человека, т. е. сохранение установившегося в природе равновесия в пределах возможной саморегуляции.

Методология,применяемая для разработки гигиенических ПДК, основанная на экстраполяции на экосистемы лаборатор­ных данных, на которые опираются медицинская и ветери­нарная токсикология, непригодна для выработки экологических нормативов. Сохранение экологического равновесия в экосис­темах определяется не индивидуальной реакцией отдельных осо­бей, как в лабораторном эксперименте, а реакцией всего сообщества. Поскольку экосистема не эквивалентна организму, то и проблема экологического нормирования должна решаться на надорганизменном уровне.

Требования человека к качеству окружающей природной среды практически не зависят от климата, ландшафта и других региональных особенностей, а нормальное функционирование экосистем при одних и тех же нагрузках существенно зависит от всей совокупности природных экологических факторов локаль­ного и регионального масштабов.

Экологические нормативы должны разрабатываться на локальном и региональном уровнях, обеспечивая тем са­мым экологическое равновесие в глобальном масштабе.

Разработка нормативов качества природных экосистем явля­ется первоочередной задачей. Предельно допустимые концентра­ции вредных веществ для экосистем по аналогии с ПДК можно назвать ЭДК.

ЭДК- это экологически допустимые концентрации вред­ных веществ в окружающей среде, не нарушающие гомеопатические механизмы саморегуляции экосистем.


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


 


На основе ЭДК можно рассчитывать экологически допусти­мые нагрузки - ЭДН, не превышающие экологической емкости экосистем.

ЭДН- это и есть та мера, которая позволит обеспе­чить баланс экологических и социально-экономичес­ких интересов человека - инструмент устойчивого раз­вития общества.

Рассмотреть подходы к разработке ЭДК и оценке емкости экосистем наиболее удобно на примере поверхностных вод, так как вода, в отличие от атмосферы, - жестко локализованное природное тело. Водные экосистемы - среда обитания большин­ства живых организмов и важнейший ресурс жизнеобеспечения всех организмов. Последствия загрязнения воды сказываются на здоровье экосистем и человека.

Авторы учебника предлагают один из возможных методологичес­ких подходов для расчетов ЭДК в пресноводных водоемах и экологически допустимых сбросов загрязняющих веществ - ЭДС.

Расчеты ЭДК и ЭДС для водоемов основаны на использова­нии показателя, интегрально отражающего экологическое со­стояние водной системы на надорганизменном уровне. Диагноз экологического состояния водоемов не может быть сведен к сумме традиционных характеристик неживых и живых компо­нентов системы. Анализ банков данных даже многолетней дина­мики сотен отдельных гидрохимических и гидробиологических показателей не может дать адекватного описания функциони­рования экосистемы. Необходимы критерии, интегрально отра­жающие функции и реакцию на стресс всей системы в целом с учетом ее эмерджентных свойств. При этом решающее значе­ние имеют аппаратурное и методическое обеспечение опера­тивного контроля за изменением этих показателей. Многие показатели могли бы выполнять роль интегральных, но мало таких, которые отвечают требованиям оперативности и автома­тизации контроля.


Интегральный критерий, предлагаемый авторами, основан на фундаментальной характеристике любых экосистем: соотноше­нии скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов, т. е. продукции и деструкции органических веществ.

Соотношение скоростей продукции и деструкции орга­нических веществ отражает состояние биотического балан­са в экосистемах и может служить интегральным функ­циональным показателем их экологического состояния.

В водоемах баланс продукционно-деструкционных процессов может быть отрицательным(дистрофные и ультраолиготрофные водоемы), нулевым(олиготрофные водоемы) и положительным (мезотрофные и эвтрофные водоемы). Когда скорости гетеротрофных процессов сильно опережают скорости автотроф­ных, концентрация С02 в окружающей среде возрастает, а концентрация 02 падает. Это приводит, например, к «парнико­вому эффекту» в атмосфере. Поэтому соотношение концентра­ций углекислого газа и кислорода может характеризовать соот­ношение скоростей продукции и деструкции. В водоемах это соотношение может быть выражено количественной зависимостью рН и концентрации растворенного 02, что вытекает из схемы уравнения фотосинтеза:

где - скорости продукции (фотосинтеза) и деструкции соответственно.

Согласно закону действующих масс Гульдберга и Вааге следовательно,

где К1 и К2 - константы скорости продукции и деструкции соответственно.

Но согласно тому же закону концентрация веществ, находя­щихся в виде индивидуальных фаз, является постоянной величиной и принимаетсяравной единице:

Отсюда следует, что


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Но в водоемахсвязана строгой количественной зависи-

мостью с концентрацией ионов водорода , т. е. рН воды,

котораяназывается углекислотным равновесием:

При увеличении содержания концентрация ионов водо-

рода увеличивается, а рН снижается, и наоборот. Следователь­но, в водоемах соотношение скоростей продукции и деструкции можно выразить зависимостью

Использование зависимостии для этой цели очень

удобно, так как и рН, и содержание кислорода измеряются при любых исследованиях водоемов уже более 100 лет. Измерение их доступно, достаточно точно, легко автоматизируется. Суще­ствуют десятки приборов для их измерения.

Авторы разработали интегральный показатель, характеризую­щий сбалансированность продукционно-деструкционных процессов в водоемах, основанный на измеренияхи, и установили

его численные значения для различных экологических состояний пресноводных водоемов'. Таким показателем является величина рН, приведенная к нормальному 100 %-ному насыщению воды кислородом - рН100%. Показатель рассчитывается по формуле

(10.5)

где- измеренные значенияза время , - концентрации(в %), измеренные

синхронно сза то же время - эмпирический коэффициент зависимости от

; п - число измерений за время

С помощью этого показателя можно оценивать не только основные, но и промежуточные состояния биотического баланса и прослеживать тенденции его изменения за многолетний период (рис. 10.9).

Для каждого водоема можно выбрать свой допустимый диапа­зон колебаний интегрального показателя в пределах его гомеоста-

1 Патент РФ № 2050128 от 20 декабря 1995 г., патентообладатели Л. И. Цветкова, В. Н. Пономарева, Т. И. Копина, Е. В. Неверова-Дзиопак.


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

тического плато. В приведенном на рис. 10.9 примере колебания рН 100!% не должны выходить за пределы 7,2 - 7,9, обозначенные красными линиями. При значении показателя рН100°/о меньше нижне­го предела (возможно при загрязнении токсикантами) и больше верхнего (при загрязнении биогенами) нарушение биотического баланса может стать необратимым, и система деградирует.

Рис. 10.9. Изменение экологического состояния эстуария р. Невы с 1962 по 1992 г. (по Л. И. Цветковой, 1995)

Значения показателя для различных состояний биотического баланса в пресноводных водоемах приведены в табл. 10.7.

Таблица 10.7 Значения рНюо% в пресноводных водоемах с различным экологическим состоянием


 



 


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Таблица 10.9 ЭДК некоторых загрязняющих веществ в воде Невской губы( )

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

На основе интегрального показателя выбираются факторы, регулирующие экологическое состояние водоема. Для приведен­ного примера путем многофакторного статистического анализа было установлено, что основными экологическими факторами, стимулирующими эвтрофирование, тенденция к которому в водо­еме очевидна, являются: увеличение концентраций минеральных форм фосфора, азотаи высокая температура воды.

К факторам, тормозящим эвтрофирование, относятся: увеличе­ние соотношения между атомно-массовыми концентрациями азота и фосфора , большие глубины и высокие скорости тече-

ния воды. Выбор приоритетных или лимитирующих факторов позволяет использовать простую регрессионную модель для ин­женерных расчетов:

где- интегральный показатель- приоритетные экологические факторы.

Нормативные значения показателядля конкретной водной экосистемы устанавливаются на основе эмпирических данных.

Задавая нормативные значения показателяи величины неуправляемых абиотических факторов (температу­ры, глубины, скоростей и др.), рассчитали ЭДК азота и фосфо­ра для некоторых заливов Балтийского моря (табл. 10.8).


Для Невской губы, кроме биогенов, рассчитаны ЭДК и дру­гих загрязняющих веществ (табл. 10.9).

Таблица 10.8 ЭДК биогенных веществ (по Е. В. Неверовой, 1988)


Приведенные в табл. 10.8 и 10.9 данные показывают, что, во-первых, ЭДК в отдельных районах Балтийского моря различаются в зависимости от природных и антропогенных региональных усло­вий. Во-вторых, ЭДК отличаются от гигиенических и рыбохозяйственных ПДК: они могут быть более жесткими (по нитратам, фос­фатам), менее жесткими (по, ионам аммония, нитритам) или совпадать с ПДК (по ртути).

Конечно, возможно, использование других интегральных пока­зателей состояния водоемов и других подходов к оценке ЭДК и емкости экосистем. Но в любом случае интегральные критерии облегчают решение многих прикладных задач:

- упрощается построение математических моделей экосистем, так как резко снижается число переменных;

- появляется перспектива создания инструментальных экспресс-методов контроля за экологическим состоянием природных систем;

- на основе компьютерных банков данных облегчаются выбор приоритетных (лимитирующих) факторов, управляющих конкретной экосистемой, и получение статистических зависимостей, пригодных для расчетов ЭДК, ЭДС, ЭДН загрязняющих веществ; других инже­нерных расчетов (например, степени очистки стоков и выбросов); прогнозов экологических нарушений.

Экологическое нормирование должно стать частью обще­государственной программы обеспечения экологической безопасности природных ресурсов России. Без создания


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Экологических норм, правил и регламентов формирова­ние гармоничных эколого-социально-экономических сис­тем невозможно и Закон об охране природы останется только на бумаге.

Однако для практической реализации предлагаемых подхо­дов и разработки новых интегральных критериев и методов оцен­ки емкости экосистем необходимы дальнейшие исследования и государственная поддержка, особенно в части внедрения уже существующих разработок.

10.4. Регламентация выбросовОбъемы предельно допусти-загрязнений в окружающуюмых выбросов (ПДВ) и сбро-

средусов (ПДС) вредных веществ и микроорганизмов, загряз­няющих воздух, воды, почвы, и других предельно допустимых нагрузок (ПДН) рассчитывают с учетом производственных мощно­стей объекта и данных о вредных последствиях по каждому источнику загрязнения. Цель расчетов - обеспечение наиболее благоприятных условий жизни населения, предотвращение раз­рушения и необратимых изменений естественных экологических систем (ст. 33 Закона ООПС). Ясно, что без создания экологи­ческих нормативов эта статья останется лишь декларацией. Со­гласно действующим правилам основной принцип, заложенный в расчеты ПДВ, ПДС и ПДН, - это обеспечение таких объемов поступления загрязнений в окружающую среду, при которых не нарушаются требования природопользователей (ПДК). Следова­тельно, в основе всех расчетов лежат действующие ПДК. Рас­смотрим это на примерах.

Расчет ПДВ в атмосферу.Конечная цель расчетов ПДБ -обеспечение в атмосферном воздухе концентраций вредных веществ, не превышающих ПДКа.в, т. е. соблюдение условия

Для точечных источников с круглым устьем расчет ведется следующим образом. Вначале определяют фактическую концен-


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

трацию вещества в воздухе на расстоянии Хм от источника заг­рязнения:

(10.6)

где Си - максимальная приземная концентрация примеси; А - коэффициент, определяю­щий условия перемешивания (в центре России, например, 140, а в Средней Азии - 250); - мощность выброса, г/с или т/год; - коэффициент скорости оседания веществ из атмосферы (для газов и мелкодисперсных аэрозолей ); чем меньше изымается при

очистке этих веществ, тем выше значение F при 90%-ной очисткепри 75%-ной -

2,5 и т. д.; - коэффициенты, учитывающие условия выхода смеси из источника

(определяются по номограммам);- коэффициент шероховатости, зависит от рельефа местности; - высота трубы,- разность температур газовоздушной смеси и

воздуха наиболее жаркого месяца; - объем газовоздушной смеси, :

(10.7)

где- диаметр устья источника,; - скорость выхода смеси из устья источника, м/с.

Расстояниеот источника до места, где создается максималь­ная приземная концентрация примеси , находят по формуле

(10.8)

где- коэффициент, определяется дополнительно для нагретых и холодных газопылевых смесей.

Фактический объем выбросадля каждого вредного веще­ства и каждого источника можно рассчитать по формуле

(10.9)

Чтобы количество вещества, выбрасываемого в единицу вре­мени (М), не превышало ПДВ, в формулу (10.9) вместонужно ввести соответствующего вещества. Необходимо

также учитывать фоновые концентрации тех же веществТогда ПДВ (г/с или т/год) можно рассчитать по формуле

(10.10)

При сбросе нескольких веществ необходимо соблюдать пра­вило суммирования (см. формулу 10.1).

В реальных условиях предприятия часто по техническим причи­нам не могут выдержать установленные для них ПДВ. В этих случаях разрешается поэтапное снижение выбросов и устанавливаю­тся временно согласованные выбросы (ВСВ) до достижения ПДВ.

Задачи обеспечения ПДВ, т. е. условия, решаются

путем внедрения ресурсосберегающих технологий, соблюдения


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

техники безопасности, очистки и обеззараживания выбрасывае­мых в воздух смесей, замены топлива и т. д. При невозможности обеспечения ПДВ предприятия должны быть перепрофилированы или закрыты.

Промышленные здания влияют на рассеивание загрязняющих веществ. V стен и в других местах образуются зоны с замедлен­ными скоростями ветра - «ветровые тени» (рис. 10.10).

Рис. 10.10. Застойные ветровые зоны воздуха около промышленных зданий (по Г. В. Стад-ницкому и А. И. Родионову, 1996): I, II, III - «ветровые тени»


Рис. 10.11. Расположение промышленных зданий относительно направления ветра (по Г. В. Стадницкому и др., 1996): - ширина здания,- длина здания

Загрязняющие вещества скапливаются в «ветровых тенях», если трубы невысоки по отношению к зданиям. Поэтому влияние про­мышленных зданий учитывается лишь тогда, когда: 1) здание расположено близко к источнику загрязнения; 2) высота источ­ника меньше высоты «ветровой тени»; 3) высота здания больше 0,7 высоты источника, при расстоянии между зданием и источни­ком более 0,5 При этом за ширину здания принимается сторона, перпендикулярная к направлению ветра (рис. 10.11).


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Рис. 10.12. Санитарно-защитная зона пред­приятия (по Г. В. Стадницкому, А. И. Родионову, 1996)

Санитарные нормы требу­ют также отделять предприя­тия от жилой застройки санитарно-защитными зонами (СЗЗ). Расчет площади СЗЗ регламен­тируется соответствующим ГО-(рис. 10.12). Все пред­приятия сгруппированы по от­раслям с учетом характера выбросов: химические, метал­лургические, горнодобывающие и др. Внутри каждой группы выделяют пять классов опас­ности. Так, в химической про­мышленности к 1-му классу

опасности относятся производство аммиака, азотной кислоты и азотных удобрений, а к 5-му - производство красок, пластмасс, смол и др. Класс опасности определяет протяженность СЗЗ: для 1-го класса опасности - 1000 м, для 2-го - 500, для 3-го - 300, для 4-го - 100, для 5-го - 50 м. Учитывается также и роза ветров. Протяженность СЗЗрассчитывают по формуле

(10.11)

где- нормативная ширина для данного класса опасности; - повторяемость

ветров в данном направлении, %; - средневзвешенная повторяемость ветра,

равная при 8-румбовой розе ветров 12,5 %.

Размеры СЗЗ могут быть уменьшены за счет очистки и обез­вреживания выбросов и снижения влияния иных вредных фак­торов.

Расчеты ПДС в водоемы.Согласно действующим Прави­лам санитарно-гигиенические требования к качеству воды относятся только к местам или створам водопользования, а не ко всей акватории водного объекта. В водотоках контрольный створ, в котором состав и свойства воды должны соответствовать норма­тивным, расположен на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (рис. 10.13).


 





Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Рис. 10.13. Расположение контрольного створа в водотоках

Для водоемов рыбохозяйственного назначения контрольный створ устанавливается на расстоянии 0,5 км от выпуска сточных вод. В непроточных водоемах контрольная зона должна соот­ветствовать нормативам в радиусе 1 км от пункта водопользо­вания (рис. 10.14).

Требования к составу и свойствам воды в контрольных ство­рах и зонах зависят от вида водопользования. Основной прин­цип определения условий сброса сточных вод в водоемы заклю­чается в том, что на первом этапе проектирования, т. е. при выборе площадки для нового объекта или реконструкции существующего, должны быть представлены материалы, ха­рактеризующие:

1) объект, его производи­тельность; количество, состав, свойства и степень изученнос­ти сточных вод; место предпо­лагаемого выпуска; наличие

РиС

10.14. Расположение контрольной зоны

в непроточных водоемах методов очистки, обезврежива-


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

ния, утилизации, возможности оборотного и повторного исполь­зования сточных вод; наличие ПДК загрязняющих веществ;

2) санитарное состояние водного объекта; его гидрологический режим; наличие выпусков других объектов; перспективу использова­ния водного объекта, возможность изменения гидрологического режима, появление на нем новых водопользователей и др.

ПДС устанавливаются для каждого вещества с учетом фоновой концентрации, категории водопользования, норм качества воды и ассимилирующей способности водного объекта.

Все представленные на согласование материалы должны быть достоверными.

Определение условий отведения сточных водосновы­вается на расчетах, которые позволяют решить следующие основ­ные задачи:

1) в какой мере будет достаточна степень разбавления в контрольном створе, обеспеченная местными природными усло­виями;

2) до какой степени следует очищать сточные воды, чтобы в расчетном контрольном створе не нарушалось условие

Основное расчетное уравнение имеет вид

(10.12)

где Q и q - соответственно расходы воды в водном объекте и сточных вод; Сст Сф и Скст -соответственно концентрации веществ одинакового вида в сточных водах, водном объекте до сброса сточных вод (фоновая) и в контрольном створе; у - коэффициент смешения.

Рассмотрим примеры расчетов.

Прогноз санитарного состояния водного объекта при проектировании выпуска сточных вод.Прогноз санитарно­го состояния водоема может быть выполнен при решении уравне­ния относительно

(10.13) Если то прогноз благоприятный. В противном

случае необходимы специальные меры, в основном по очистке


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды


 


сточных вод (или снижению их объема). Степень очистки и харак­тер технологических и санитарно-технических мероприятий опре­деляются степенью несоответствия и ПДК.

Расчет допустимой концентрации загрязняющего веще­ства в сточных водах (ДКСТ) и ПДС,Концентрация вещества в сточной воде может быть рассчитана по формуле

(10.14)

Допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточной воде (ДКСТ) должна отвечать условию, при котором

(10.15)

При ДКСТ < ПДК нормативные требования должны быть отнесе­ны не к контрольному створу водного объекта, а к самим сточ­ным водам. Необходимость столь глубокой очистки и обезврежи­вания сточных вод ставит под сомнение целесообразность стро­ительства (по экономическим соображениям).

Таким образом, величина ДКСТ принимается за основу при проектировании мероприятий по снижению загрязнения. Необходи­мую степень очистки сточных вод (D, %) рассчитывают по формуле

(10.16)

Если то спуск сточных вод недопустим.

ПДС определяют по формуле

(10.17)

Этот расчет пригоден для наиболее простого случая, когда сток организован одним выпуском и загрязняет водный объект в основном одним веществом.

Расчет сброса нескольких загрязняющих веществ.Возмож­ны два случая.

Первый случай - загрязняющие вещества относятся к 1-му и 2-му классам опасности и к одной группе по ЛПВ. Вначале рассчитывают концентрацию первого вещества в контрольном створе

(10.18)


Таким же образом рассчитывают ст и т. д. до

После этого проверяют, соблюдается ли условие

(10.19)

Если сумма отношений концентраций всех веществ одного лимити­рующего признака вредности к соответствующим ПДК оказалась больше единицы, следует рассмотреть возможные способы сниже­ния концентрации каждого вещества. При этом в процессе про­ектирования можно выбрать такую схему очистки, при которой уменьшаются концентрации лишь наиболее легко удаляемых ве­ществ.

Затем, как и в предыдущих случаях, выполняют повторный проверочный расчет с учетом эффективности осуществленных мероприятий, чтобы удостовериться, что сумма отношений концент­раций к ПДК в створе водопользования не больше единицы.

Второй случай - в промышленном стоке содержатся вещества разных групп по ЛПВ. Тогда сначала вещества (только 1-го и 2-го классов опасности) группируют по лимитирующим признакам вред­ности. Затем задачу решают, определяя предельные концентрации в стоке каждого вещества - раздельно от первого до последнего -по формуле (10.15).

Расчет кратности разбавления сточных вод в водных объектах.На предварительном этапе, когда обсуждается воп­рос о выборе места выпуска сточных вод в один из ближайших водных объектов, одним из ориентиров является степень разбавле­ния сточных вод у ближайшего пункта водопользования. При определении кратности разбавленияв расчетных контрольных створах водотоков пользуются формулой

(10.20) Для непроточных водоемов п может быть рассчитано по формуле

(10.21)

С учетом кратности разбавления ДКСТ можно рассчитать по формуле

(10.22)


 




Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Чем меньше рассчитанная степень необходимого разбавле­ния соответствует местным условиям, тем более жесткими должны быть мероприятия по очистке сточных вод. Технические и эконо­мические трудности на пути осуществления этих мероприятий могут указать на необходимость переноса проектируемого стро­ительства в район с более благоприятными гидрологическими условиями.

Сточные воды запрещается сбрасывать в водные объекты так­же в следующих случаях: 1) при возможности повторного исполь­зования; 2) при содержании ценных отходов, которые могут быть утилизированы; 3) при содержании вредных веществ, для кото­рых не установлены ПДК; 4) при возможности их использования для орошения.

При большом количестве выпусков и сбрасываемых загрязняю­щих веществ расчеты условий их сброса могут приводить к абсурдным результатам, когда допустимые концентрации сбра­сываемых веществ становятся неизмеримо малы. Так, допустимые концентрации некоторых веществ в промышленных сточных водах Санкт-Петербурга значительно меньше, чем допустимое содер­жание их в питьевой воде, т. е. сброс даже городской водопро­водной воды должен быть запрещен, не говоря уже о сточных водах. Это свидетельствует о том, что методология, заложенная в действующих нормативных документах, пригодна только для про­стых случаев сброса сточных вод через небольшое число выпус­ков и требует пересмотра (табл. 10.10).

Как видим, при расчетах ПДС и ПДВ учитываются в основ­ном интересы людей. Между тем, при воздействии вредных веществ на природные экосистемы «вторичные» эффекты, не имеющие первостепенного значения для человека, приобрета­ют решающее значение. Определяющей может оказаться не первоначальная концентрация вещества, а его накопление в различных звеньях экосистемы. Экологическая безопасность может быть обеспечена, если в приведенных выше расчетах условий отведения сточных вод использовать не ПДК, а экологически


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

допустимые концентрации (ЭДК) для определения экологически допустимых сбросов (ЭДС).

Таблица 10.10

Сравнение допустимых концентраций некоторых загрязнений в промышленных сточных водах Санкт-Петербурга (1991 г.) с требованиями ГОСТа на питьевую воду (1996 г.) и ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого назначения

ЭДС биогенных веществне должны превышать экологи­ческую емкость водоема. В качестве примера приведем расчеты ЭДС биогенных веществ для основных очистных станций аэрации (СА) Санкт-Петербурга. Городские сточные воды Санкт-Петер­бурга сбрасываются в разные районы Невской губы, различаю­щиеся гидрометеорологическими условиями (интенсивностью сол­нечной радиации, проточностью, глубиной, скоростями течения и др.). Северная и Красносельская СА сбрасывают стоки в прибрежные мелководные, хорошо прогреваемые зоны замедлен­ного течения, а Центральная СА - в транзитную глубоководную зону с высокими скоростями течения. Это и определяет различия в экологической емкости локальных зон водоема, а следователь­но, и ЭДС. Для Северной и Красносельской СА необходима глубокая доочистка от фосфора, в то время как Центральная СА в этом не нуждается (табл. 10.11).


 





Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Таблица 10.11 Экологически допустимый сброс биогенных веществ от СА Санкт-Петербурга (по Е.В.Не­веровой, 1990)

Интересно сравнить также ДКСТ фосфора, рассчитанные на основе ЭДК для различных районов Невской губы, с ДКСТ, утвержденной Хелком для стран региона Балтийского моря и равной 1,5 мг/л. Как видно, норматив Хелком не может пре­дотвратить эвтрофирование в северной и южной прибрежных зонах Невской губы (см. табл. 10.11). В то же время для Центральной станции аэрации норма Хелком слишком жесткая, ДКСТ для нее может быть 2,7 мг/л. Соблюдение норм Хелком в этом случае приведет к излишним затратам на внедрение доро­гой технологии доочистки от фосфора огромных объемов сточ­ных вод (1,5 млн м3/сут).

Рассмотренный пример еще раз подтверждает необходимость разработки экологических нормативов и методологии инженер­ных расчетов ЭДС в пределах экологической емкости водоемов, что позволит предотвратить их деградацию и обеспечить нор­мальные условия водопользования населения без излишних эко-номическоих затрат.

Нормативное обеспечение экологической безопасности природной среды как ресурса жизнеобеспечения населе­ния, т. е. создание дополнительно к действующим нормати­вов, защищающих интересы природных систем надорга-низменного уровня, - одна из ключевых проблем охраны природы.


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Разумеется, экологические подходы необходимо развивать и при нормировании качества других природных сред и биосфе­ры в целом.

Контрольные вопросы и упражнения

1. Какой закон является основным в системе экологического законодательства в РФ, в чем его особенности?

2. Перечислите объекты охраны окружающей природной сре­ды.

3. Назовите основные права граждан на здоровую окружаю­щую среду.

4. Какие вы знаете виды ответственности за экологические правонарушения?

5. Какие существуют подходы к нормированию качества окру­жающей природной среды?

6. Что такое ПДК?

7. Какова цель экологического нормирования?

8. Чем отличаются ПДК от ЭДК?

9. Что такое ПДВ, ПДС, ПДН, ЭДС, ЭДН?

 

10. Каковы основные условия выбросов загрязняющих веществ в воздух?

11. В воздухе присутствуют одновременно фенол (0,009 мг/м3) и ацетон (0,342 мг/м3); соответствующие им ПДК равны 0,01 и 0,35 мг/м3, их фоновые концентрации равны 0. Допустим ли такой уровень загрязнения?

12. Каковы основные условия сброса сточных вод в водоемы?

13. Что такое лимитирующий признак вредности ЛПВ?

14. Как рассчитать допустимую к сбросу в водоем концентра­цию загрязняющего вещества в сточных водах ДКСТ?

15. Как рассчитать ПДС загрязняющего вещества?


Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды



ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

16. Чем отличается ПДС от ЭДС?

17. Как рассчитать необходимую степень очистки сточных вод?

18. В сточной воде содержатся кадмий (0,003 мг/л), кобальт (0,005 мг/л) и цинк (0,03 мг/л). Можно ли эту сточную воду сбрасывать в водоем без очистки, если ПДК этих веществ установлены по одинаковому ЛПВ и равны 0,005, 0,01 и 0,1 мг/л соответственно?


ГЛАВА 11


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


11.1. МониторингСпециальные мероприятия по охране и за­щите окружающей природной среды необхо­димы, когда ее качество не соответствует нормативным требованиям, а экосистемы не компенсируют антропогенные нагрузки и разру­шаются. Поэтому для принятия решений о природоохранной деятель­ности прежде всего нужна информация о фактическом состоянии природных объектов.

Наблюдения за состоянием окружающей природной средыосуществляются человеком давно для определения оптималь­ных условий ведения хозяйства, принятия мер по предотвраще­нию неблагоприятных воздействий на жизнь людей и т. д. В состав информации о качестве окружающей природной среды входят данные о существующем состоянии и прогнозы изменений природных условий.

Биосфера меняется под влиянием естественных процессов и антропогенных воздействий. После естественных изменений эко­системы обычно восстанавливаются и возвращаются в начальное состояние. Перепады температур, давления, сезонные колебания биомассы растений и животных - примеры естественных измене­ний, которые варьируют около относительно постоянных средних значений. Средние характеристики состояния биосферы (клима­та, круговорота воды, глобальной продукции и др.) могут замет­но изменяться в течение тысяч и миллионов лет. Антропогенные изменения происходят быстро (за одно-два десятилетия) и сопоста­вимы по масштабам с естественными, протекающими в течение тысячелетий.

Естественные изменения изучаются геофизическими служба­ми: гидрометеорологической, сейсмической, ионосферной, грави­метрической, магнитометрической и др. Чтобы выделить антропо­генные изменения на фоне естественных, необходимы специаль­ные наблюдения.

Систему наблюдений за изменением состояния окружающей

ПрИрОДНОЙ Среды называют МОНИТОРИНГОМ(лат. monitor, англ. monitoring -надзирающий).


Мониторинг - это система контроля, оценки и прогно­за качества окружающей природной среды, включаю­щая наблюдения за воздействием на нее человека.

Санитарно-гигиенический мониторингкасается, в основ­ном, контроля за загрязнением окружающей среды и сопостав­ления ее качества с гигиеническими… Экологический мониторингимеет целью оценку и прогноз антропогенных изменений в… Климатический мониторинг- служба контроля и прогноза колебаний климатической системы. Он охватывает ту часть…

Экологический резерв природной экосистемы есть разни­ца между предельно допустимым уровнем нагрузки и фактическим состоянием экосистемы.

Если эта величина отрицательна, то экосистема перегру­жена и требует восстановления, в противном случае она поги­бает.

1 Мониторинг состояния здоровья человека составляет специальный раздел наблюдений.


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


Метод анализа результатов наблюдений и оценка состояния экосистемы зависят от вида мониторинга. Обычно оценка осущест­вляется по совокупности показателей или по условным индексам, разработанным для атмосферы, гидросферы, литосферы. К сожа­лению, нет унифицированных критериев даже для одинаковых элементов природной среды. Для примера рассмотрим лишь от­дельные критерии.

В санитарно-гигиеническом мониторингеобычно исполь­зуют: 1) комплексные оценки санитарного состояния природных объектов по совокупности измеряемых показателей (табл. 11.2, 11.3) или 2) индексы загрязнений. Общий принцип расчета индексов загрязнений следующий: вначале определяется степень отклонения концентрации каждого загрязняющего вещества от его ПДК, а затем полученные величины объединяются в суммар­ный показатель, который учитывает воздействие нескольких ве­ществ.

Приведем примеры расчета индексов загрязнения, используе­мых для оценки загрязненности атмосферного воздуха (ИЗ) и качества поверхностных вод (ИЗВ).

Расчет индекса загрязнения (ИЗ) атмосферного возду­ханачинается с нахождения отношения измеренной концентра­ции i-го вещества Сi к его ПДКi (Ai):

(11.1)

Величина Аi дает возможность оценивать действие концентра­ций различных веществ в сопоставимых единицах. Далее воздей­ствие веществ учитывают введением весовых коэффициентов и выбором вида функции, которая характеризует закономер­ности влияния определяемых загрязняющих веществ на те или иные объекты. Индекс загрязнения атмосферного воздуха ИЗ рассчи­тывают по формуле

(11.2)

где ф-1(z) - обратная функция; к - число показателей, используемых в расчете.




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


 

Таблица 11.3 Комплексная оценка санитарного состояния почв (по Г. В. Стадницкому и др., 1996)

Частными случаями формулы (11.2) являются:- сред-

нее арифметическое, - среднее геометрическое,

- среднее квадратическое.

Далее могут быть рассчитаны индексы загрязнения (ИЗ) с дополнительным взвешиванием членов суммы с помощью весов аi

(11.3)

где

Таким образом, с помощью а, можно учесть разницу в харак­тере воздействия различных веществ.

При использовании в расчетах взвешенного среднего ариф-метического формула имеет вид:

(11.4)

При квадратическом осреднении, которое подчеркивает вклад веществ с наиболее высокими по отношению к их ПДК концентра­циями, расчет ведут по формуле:

(11.5)

Существует методика расчета ИЗ, учитывающая класс опас­ности загрязняющих веществ. Часто в качестве ИЗ используют максимальный показатель из числа полученных:

(11.6)


На рис. 11.2 показаны значения индексов при арифмети­ческом, геометрическоми квадратическомосредне­нии в случае присутствия в воздухе пяти примесей с различной концентрацией:

Рис. 11.2. Индексы загрязнения воздуха при различных видах функции ф (по О. Ф. Ба-лацкому и др., 1984)

Расчеты индексазагрязнения природных вод(ИЗВ) так­же могут быть выполнены несколькими методами.

Приведем в качестве примера метод, рекомендованный нор­мативным документом -

Измеренные концентрации загрязняющих веществ группируют по ЛПВ (органолептическому, токсикологическому и общесани­тарному). Затем для первой и второй (органолептический и токсикологический ЛПВ) групп рассчитывают степень отклонения i] фактических концентраций веществ i] от их ПДК, так же, как и для атмосферного воздуха (11.1). Далее находят суммы показателей А, для первой и второй групп веществ:

(11.7)

где S - сумма Аi для веществ, нормируемых по органолептическому (Sорг) и токсикологи­ческому [Sтокс] ЛПВ; п - число суммируемых показателей качества воды.


 



Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


Кроме того, для определения ИЗВ используют величину растворен­ного в воде кислорода и БПК20 (общесанитарный ЛПВ), бактерио­логический показатель - число лактозоположительных кишечных палочек (ЛПКП) в 1 л воды, запах и привкус. Индекс загрязне­ния воды определяется в соответствии с гигиенической классифи­кацией водных объектов по степени загрязнения.

Сопоставляя соответствующие показатели (Sорг, Sтокс, БПК20 и т. д.) с оценочными (табл. 11.4), определяют индекс загрязнения, степень загрязнения водного объекта и класс качества воды. Ин­декс загрязнения определяют по наиболее жесткому значению оценочного показателя. Так, если по всем показателям вода отно­сится к I классу качества (ИЗВ = 0), но содержание кислорода в ней меньше 4,0 мг/л (но больше 3,0 мг/л), то ИЗВ такой воды следует принять за 1 и отнести ее ко II классу качества (умеренная степень загрязнения).

Таблица 11.4 Гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения (по СанПиН-4630-88)

В службах Росгидромета РФ для оценки качества воды исполь­зуют методику расчета ИЗВ только по четырем химическим инг­редиентам, концентрация которых в воде наибольшая. При этом выделяют не 4, а 7 классов качества:

I - очень чистая вода (ИЗВ = 0,3);

II - чистая (ИЗВ = 0,3-1,0);

III - умеренно загрязненная (ИЗВ =1,0- 2,5);


 

IV - загрязненная (ИЗВ = 2,5 - 4,0);

V - грязная (ИЗВ = 4,0 - 6,0);

VI - очень грязная (ИЗВ = 6,0 - 10,0);

VII - чрезвычайно грязная (ИЗВ более 10,0).

На рис. 11.3 приводится карта-схема оценки качества поверх­ностных вод Санкт-Петербурга и Ленинградской области, выполнен­ная в соответствии с данной методикой расчета ИЗВ. Однако оценка качества воды по этой методике может вводить в заблуж­дение в тех случаях, когда наивысшие концентрации в воде имеют природные вещества (фенолы, марганец, железо), кото­рые свидетельствуют не о загрязнении воды, а о ее изначальной непригодности для некоторых видов водопользования.

Рис. 11.3. Качество поверхностных вод Санкт-Петербурга и Ленинградской области (по данным Ленкомэкологии, 1997 г.)

От степени загрязнения воды водного объекта зависят виды водопользования (табл. 11.5).


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


Таблица 11.5 Возможные виды водопользования в зависимости от степени загрязнения водного объекта (по СанПиН-4630-88)

имеет особое значение в глобаль­ной системе мониторинга окружающей среды и, в первую оче­редь, в мониторинге возобновляемых ресурсов биосферы. Он включает наблюдения за экологическим состоянием наземных, водных и морских экосистем.

В качестве критериев, характеризующих изменения состояния природных систем, могут быть использованы: сбалансированность продукции и деструкции; величина первичной продукции, структура биоценоза; скорость круговорота биогенных веществ и др. Все эти критерии численно выражаются различными химическими, биоло­гическими или другими показателями. Так, изменения в растительном покрове Земли могут определяться изменением площади лесов.

Главным результатом экологического мониторинга долж­на быть оценка откликов экосистем на антропогенные воз­мущения.

1. Одним из наиболее распространенных откликов водных экосистем на антропогенные воздействия является эвтрофирова-ние (см. гл. 10). Следовательно,… 2. Откликом на выпадение «кислотных дождей» и другие антропогенные… Десятки таких индексов предложены разными авторами. Наи­большее применение нашли индексы, основанные на теории…

Финансовое и материально-техническое обеспечение

охраны окружающей природной среды осуществляется из не­скольких источников: государственный бюджет; внебюджетные эко­логические фонды; средства предприятий, учреждений и органи­заций. Мероприятия по охране окружающей природной среды и природопользованию выполняются на основе государственной экологической программы с учетом природно-ресурсного потен­циала отдельных регионов. Финансирование экологических про­грамм в федеральном, республиканских и других бюджетах должно выделяться отдельной строкой (ст. 16 Закона ООПС).

Несмотря на то, что в последние годы в России принято более 30 различных законодательных и нормативных актов, ре­шений и постановлений федерального и регионального уровней по экономическому регулированию природопользования, в стра­не ежегодно снижаются совокупные затраты на охрану приро­ды. Так, с 1992 г. объемы затрат снизились на 60 %, при этом удельный вес затрат в валовом национальном продукте (ВНП)


составляет не более 2 %, из них капиталовложения - 0,5 %. В промышленно развитых странах капиталовложения в охрану при­роды держатся на уровне 2-3 % от ВНП.

Рис. 11.7. Перечень основных природных кадастров, реестров и ведущих их организаций


 




Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


Общая сумма затрат на природоохранные мероприятия в Рос­сии в 1995 г. составила в текущих ценах 42,6 трлн р. При этом капиталовложения по сравнению с 1994 г. снизились на 2,8 %, в то время как в США такие расходы возрастают год от года. По оценкам экспертов ООН, после 2000 г. они составят 5 % от ВНП.

Платы за пользование природными ресурсами и загряз­нение окружающей среды- новый институт, введенный в пе­риод рыночной реформы после отмены исключительной государ­ственной собственности на землю и другие ресурсы и превраще­ния их в объекты гражданско-правовых сделок. Предполагается, что платность природных ресурсов повысит материальную заин­тересованность производственников в их эффективном использо­вании и сохранении, появятся дополнительные средства на их восстановление и воспроизводство. Законом РФ ООПС (ст. 20) предусмотрены два вида платы: за пользование природными ре­сурсами и за загрязнение окружающей среды.

Назначение платы за загрязнение окружающей природной среды - компенсация причиняемого вреда, стимуляция сокраще­ния выбросов и экономическое обеспечение оздоровления и охраны окружающей природной среды.

Закон ООПС предусматривает два вида платы за загрязне­ние: 1) за выбросы, сбросы вредных веществ и размещение отходов в пределах установленных лимитов; 2) за выбросы, сбросы и размещение отходов сверх установленных лимитов либо без разрешения.

Порядок установления платы включает три этапа: определе­ние базовых нормативов, дифференцированных ставок и расче­тов конкретных размеров платежей.

Базовые нормативы определяются по видам загрязняющих веществ, сбрасываемых в атмосферу и водоемы, или вредных воздействий: шум, вибрация, электромагнитные колебания и др. Они устанавливаются: в пределах нормативов; сверх установлен­ных нормативов, но в пределах лимитов и в виде временно согласованных выбросов (ВДВ) и сбросов (ВДС).


Дифференцированные нормативы устанавливаются на осно­ве базовых, но с поправкой на экологическую ситуацию в регионах. Эти платы рассчитываются путем умножения базовых ставок на региональные экологические коэффициенты, отража­ющие природно-климатические, экономические особенности и значимость охраняемых природных объектов (территорий, бас­сейнов рек, морей и др.).

Конкретные размеры платежей предприятий-загрязнителей опре­деляются местными исполнительными органами с участием орга­нов охраны природы, санэпиднадзора и самого предприятия. С учетом экологической ситуации местные исполнительные органы вправе повышать коэффициенты экологической значимости: в крупных промышленных городах - до 20 %, а в зонах экологи­ческих бедствий и на особо охраняемых территориях (нацио­нальные парки, заповедники, курорты) - до 100%. Эти платежи производятся за счет себестоимости продукции, а за превыше­ние лимитов - за счет прибыли предприятия.

Из общей суммы платежей 10 % перечисляются в федераль­ный бюджет, а 90 % - в экологические фонды. Существенны еще два обстоятельства. Во-первых, платежи за загрязнения носят на­логовый характер, поэтому могут взиматься в безакцептном поряд­ке. Во-вторых, если платежи предприятия равны прибыли или превышают ее, то можно рассматривать вопрос о приостановле­нии или прекращении деятельности данного хозяйствующего субъекта.

Экологические фондыобразуются из внебюджетных средств, поступающих от организаций, граждан, иностранных юридичес­ких лиц; из платежей за выбросы и сбросы загрязняющих ве­ществ и размещение отходов; из сумм, полученных по искам, штрафов, за счет средств от реализации конфискованных ору­дий охоты и рыболовства. Эти средства зачисляются на спе­циальные счета и распределяются на реализацию природоох­ранных мероприятий (рис. 11.8).

Расходование средств экологических фондов на цели, не связанные с природоохранной деятельностью, запрещается.

Глава 11. Экологические принципы охраны природы Глава 11. Экологические принципы охраны природы  

Под экономическим ущербом, наносимым окружаю­щей среде, понимают фактические и возможные убытки, причиняемые в результате ухудшения ее качества, и до­полнительные затраты на компенсацию этих убытков и восстановление природной среды.


 




Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


Необходимо различать затраты: на предотвращение ущер­бов и на компенсацию убытков.Затраты по предотвраще­нию вредных воздействий (строительство очистных сооружений, изменение технологии, предварительное удаление серы и других вредных соединений из топлива, нейтрализация стоков и др.) ведут к снижению экономического ущерба и не относятся к категории самого ущерба.

Социальный, моральный, эстетический ущербы сегодня практи­чески не оцениваются. Поэтому расчетный экономический ущерб всегда занижен по отношению к реально существующему.

Факторы, формирующие экономический ущерб,делят­ся на три группы: факторы влияния, восприятия и состояния.

Факторы влияния - это уровень и характер антропогенных воздействий. Например, в случае загрязнения атмосферного воздуха - это концентрация и степень опасности вредных ве­ществ; технические особенности источника выбросов (скорость и температура газов на выходе, высота трубы и др.); климатичес­кие и топологические особенности и т. д. При шумовом загряз­нении - это уровень и частота звуков, при термальном - измене­ние температуры воды водоема и т. п.

Факторы восприятия - это основные объекты, попадающие в зону влияния и воспринимающие негативные воздействия: насе­ление, коммунальные хозяйства, городские застройки, сельскохо­зяйственные и лесные угодья, основные фонды промышленности, транспорта, связи, природные экосистемы и др.

Факторы состояния - это экономические показатели, исполь­зуемые для перевода изменений в обществе и природе в стоимост­ные оценки. Основные из них: стоимость единицы продукции, производимой одним работником за день; выплаты по больничным листам; стоимость жилищно-коммунального хозяйства и транспор­та на 1000 человек; стоимость единицы утилизированного сырья; потери прибыли от рекреации при разрушении экосистем и др.

подразделяются на методы прямого счета, аналитический и


эмпирический. Первые два метода требуют сбора и обработки огромного объема информации (рис. 11.9).

Рис. 11.9. Схема сбора информации (по О. Ф. Балацкому и др., 1984)


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы



Метод прямого счета основан на сравнении показателей загрязненного и условно чистого районов.

Аналитический метод базируется на получении математичес­ких зависимостей (многофакторный анализ) показателей сос­тояния экономической системы от качества окружающей среды.

Эмпирический метод заключается в том, что зависимость ущербов от уровня воздействий, полученная двумя первыми мето­дами для частных объектов, обобщается и используется для анало­гичных ситуаций. В результате вырабатывается методика, в осно­ве которой лежат эмпирические оценки удельных ущербов.

Методы прямого счета и аналитический на практике служат лишь инструментом для создания информационной базы при разработке эмпирической методики.

В общем виде принцип расчета определения ущерба у мож­но выразить формулой

(11.12)

где i - вид хозяйственной деятельности; Кi - количество единиц основного расчетного элемента факторов восприятия (1000 чел. - для здравоохранения и коммунального хозяйства, 1 га - для лесного и сельского хозяйства и т. д.); уi\х) - удельный ущерб, наносимый единице основного расчетного элемента от частного антропогенного воздей­ствия х. В качестве х могут приниматься концентрации вредных веществ, валовые выбросы или другие показатели.

Если в расчетах используются концентрации С, они могут выражаться либо в обычных единицах измерений (г/м3, мг/л, г/кг и т. д.), либо в виде степени отклонения их от ПДК (С/ПДК). Но всегда должно соблюдаться единство методологии и информа­ционной базы. Это означает, что, независимо от используемой методики, результаты для одного и того же предприятия должны быть сопоставимы.

Методики расчета экономического ущерба выбираются в зави­симости от необходимой точности расчетов, размеров региона, технических возможностей и других условий. Они могут разли­чаться по степени учета отдельных факторов и форме построе­ния (рис. 11.10).




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


В качестве примера приведем методику оценки ущерба по валовым атмосферным выбросам, разработанную Сумским филиа­лом Харьковского политехнического института. Методика предус­матривает оценку ущерба от источника загрязнения по трем ингредиентам: пыли, диоксиду серы (S02) и оксиду углерода (СО). Удельные ущербы на 1 т загрязняющего вещества задаются по семи зонам средних концентраций, на которые разбивается район, прилегающий к источнику выброса. Расчет ведется по формуле

(11.13)

где y - ущерб по валовым атмосферным выбросам; z - вид загрязняющих веществ [z = 1, 2, 3...k); Mz- суммарное количество z-ro загрязняющего вещества, тыс. т; j- зона средних концентраций загрязняющего вещества z (j = 1, 2, З...л); уizj - удельный ущерб в j-й зоне на 1000 т загрязняющего вещества z в год, наносимый расчетной единице факторов восприятия (локальные ущербы здоровью населения, коммунальному, сельскому и лесному хозяйствам, промышленности и др.); Rizj- количество расчетных единиц факторов восприя­тия, попадающих в /ю зону загрязнения z.

В отечественной практике накоплен опыт оценки удельных ущербов. Получены показатели ущерба на 1 т выбросов для предприятий черной металлургии, медеплавильных и коксохими­ческих производств. Существуют оценки удельных ущербов в теплоэнергетике и алюминиевых производствах. Разрабатывают­ся методы оценки удельных ущербов для других предприятий на единицу материальных и энергетических ресурсов при выбросах в атмосферный воздух и водные объекты.

Так, на основании данных, полученных на 38 объектах чер­ной и цветной металлургии, сделана оценка экономического ущерба от промышленных загрязнений по стадиям производства и потребления металлопродукции: геологоразведка - 2 % (нару­шение массива пород, загрязнение ландшафта и т. п.); добыча руд - 20 % (изъятие угодий, загрязнение территорий, водного и воздушного бассейнов и т. д.); обогащение руд - 20 % (те же нарушения); переработка сырья - 50 % (то же); обработка металлов и получение продукции - 5 %; использование металло­продукции - 1 %.


Прогнозирование экономических ущербовосновывается на зависимостях показателей удельных локальных ущербов от факторов влияния и состояния в базовом году и тенденций их изменения. Прогностический расчет выполняется по формуле

(11.14)

Формулу можно использовать для ретроспективных (лат. retroospicera -глядеть назад) и межрегиональных расчетов.

Однако объем знаний, которым мы располагаем сегодня, не позволяет учесть зависимости факторов в будущем, что предоп­ределяет необходимость использования в прогнозах зависимос­тей базового периода. Поэтому возможный горизонт прогнози­рования составляет около 20 лет. Однако во всех случаях все издержки, связанные с решением проблемы загрязнения и дегра­дации окружающей среды, необходимо включать в рыночную стоимость товаров и услуг.

Экономическая эффективность природоохранных ме­роприятийопределяется на основании анализа деятельности в базовом году одного предприятия или целой отрасли. Частично эффект природоохранных мероприятий находит отражение в улучшении показателей предприятия: утилизируется ценное сы­рье, улучшаются условия труда, снижаются заболеваемость и текучесть кадров, повышается производительность труда и т. д. Но основная часть экономического эффекта мероприятий выхо­дит за отраслевые рамки.

Экономическая эффективность технических природоохран­ных мероприятий (очистные сооружения, безотходные техноло­гии и др.) оценивается, прежде всего, по повышению эффектив­ности производства.

Показателем экономической эффективности средозащитных затрат является отношение среднего годового объема полного


 



 

 

Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


экономического эффекта к сумме всех эксплуатационных рас­ходов и капитальных вложений, приведенных к одинаковой раз­мерности:

(11.15)

где Э3 - экономическая эффективность средозащитных затрат; Э.. - экономический эффект от предотвращения локального ущерба ко вида (i= 1, 2, 3 ... л) на /м объекте (j = 1, 2, 3 ... m); СH - годовые эксплуатационные расходы на основные фонды, обеспечившие полный экономический эффект; КH - капитальные вложения в строительство средозащитных сооружений; ЕH - нормативный коэффициент эффективности капиталовло­жений средозащитного назначения; Н - подстрочный индекс (Сн, Кн, Ен), означает соот­ветствие нормативам.

Методикой предусматривается и оценка экономической эф-фективности капитальных вложений в природоохранные мероп­риятия (Эк):

(11.16)

Полный экономический эффект обычно оценивается при­ростом национального дохода, который является конеч­ной целью при реализации средств на защиту окружаю­щей среды.

Он может быть выражен как разность между полными затра­тами на функционирование хозяйственного комплекса с учетом природоохранных мероприятий (3) и существующими затратами (3"). Полные затраты (для сравниваемых вариантов) можно выра­зить суммой затрат на природоохранные мероприятия (3М) и производственных затрат в подразделениях, на которые распро­страняется эффект от внедрения мероприятия (Зп):

(11.17)

Разность последних слагаемых каждого варианта представля­ет собой снижение экономического ущерба , наносимого хозяйственной деятельности и населению:

(11.18)


Таким образом, прирост национального дохода (ДД) составит

(11.19)

или

(11.20)

где- дополнительные траты на природоохранные мероприятия, приведшие к А у.

В конечном счете полный экономический эффект от затрат на охрану природыможно выразить через снижение эконо-

мического ущерба:

(11.21)

Показателем экономической эффективности сравниваемых вариантов является минимум совокупных годовых эксплуатацион­ных расходов и капитальных вложений:

(11.22)

Значение Ен для капитальных вложений при отсутствии отрас­левых инструкций принимается равным 0,15.

При проведении мероприятий с долгосрочным эффектом (восстановлении лесных насаждений, рекультивации земель, вос­производстве рыбных запасов и др.) и изменением во времени эксплуатационных расходов и капитальных вложений полные затраты (приведенные к началу расчетного периода) определя­ются по формуле

где Кн - первоначальные капиталовложения в мероприятия; - дополнительные капита­ловложения для обеспечения работы средозащитных сооружений в t-й год эксплуатации (/= 1, 2, 3 ... t); Снt - эксплуатационные расходы на основные фонды в t-й год; Енп -нормативный коэффициент приведения разновременных затрат (0,08 - для обычных затрат; 0,10 - для затрат на новую технику; 0,03 - затраты на восстановление лесных насаждений и др.), принимаемый в соответствии с отраслевыми инструкциями.

При разработке природоохранных мероприятий на вновь созда­ваемых объектах за базу сравнения рекомендуется принимать показатели лучших из имеющихся решений; при модернизации и реконструкции - показатели данного состояния объекта; при внедре­нии новой техники - характеристики лучшего отечественного или зарубежного технологического оборудования.


 




Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


11.3. Инженерная защитаПриродоохранные мероприятия окружающей средыможно классифицировать по двум

основным направлениям: 1) меро­приятия, проводимые с целью предотвращения негативных воздейст­вий на окружающую среду; 2) мероприятия, направленные на ликвидацию последствий вредных воздействий.

Инженерные природоохранные мероприятияделят на две группы.

Мероприятия, снижающие выброс загрязняющих веществ и уровень вредных воздействий:

- совершенствование технологических процессов и внедре­ние малоотходных технологий;

- изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов (удаление серы из топлива, переход с угля на нефть или газ, с бензинового топлива - на водородное и др.);

 

- установка очистных сооружений с последующей утилизаци­ей улавливаемых отходов;

- комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением среды;

- научно-исследовательские и научно-технические разработ­ки, результаты которых делают возможным и стимулируют вне­дрение перечисленных выше мер;

- разработка стандартов на качество окружающей природ­
ной среды, оценка экологической аккумулирующей емкости эко­
систем, проектирование новых технологий, создание системы
эколого-экономических показателей и нормативов хозяйственной
деятельности и др.

Мероприятия, позволяющие снижать степень распрост­ранения сбрасываемых загрязняющих веществ и других вредных воздействий:

- строительство высоких и сверхвысоких труб для выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу, выпусков сточных вод различ-
ных конструкций для оптимизации условий их разбавления и др.;


 

- нейтрализация выбросов, их захоронение и консервация;

- доочистка используемых ресурсов перед поступлением потре­бителю (установка кондиционеров и воздуховодов для очистки воздуха в помещениях, метро, очистка водопроводной воды и др.);

- устройство санитарных охранных зон вокруг промышленных предприятий и на водных объектах, озеленение городов и посел­ков;

 

- оптимальное расположение промышленных предприятий и автотранспортных магистралей (с учетом гидрометеорологичес­ких факторов) для минимизации их отрицательных воздействий;

- рациональная планировка городской застройки с учетом розы ветров, шумовых нагрузок и др.

Большое значение имеет рациональное распределение средств между двумя рассмотренными направлениями. Если десять-двад-цать лет назад во многих отраслях предпочтение часто отдава­лось более дешевым и эффективным с позиций отдельного рай­она мероприятиям второй группы, то теперь чаще применяются мероприятия первой группы.

Стратегические мероприятия - это разработка ресурсо­сберегающих и малоотходных технологий, которые долж­ны стать инженерным идеалом.

  Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


ций сухих и мокрых электро­фильтров. В зависимости от формы электродов различают трубчатые и пластинчатые элект­рофильтры (рис. 11.12).

Очистка выбросов от га­зообразных вредных при­месейосуществляется с исполь­зованием: 1) абсорбции лат.

absorptio - всасывание, растворение) -

растворения выбросов в жид­ких растворителях; 2) хемо- сорбции - химического свя­зывания примесей растворами реагентов; 3) адсорбции лат.

adsorbere- поглощение) - поглощения
Рис. 11.12. Пластинчатый электрофильтр

примесей твердыми активными веществами; 4) каталитических методов - химических превраще­ний примесей в присутствии катализаторов.

Абсорбция проводится в термических или вакуумных де-сорберах. Узлы абсорбции и десорбции могут быть разных конструкций (рис. 11.13).

Абсорбция зависит от ра­створимости в поглощающей жид­кости удаляемого газа, темпе­ратуры и его парциального дав­ления. Например, для удаления из технологических выбросов ам­миакахлорводорода или фторводорода целесо­образно в качестве абсорбен- та применять воду, так как ра-

Рис. 11.13. Схема абсорбции и десорбции

газов створимость этих газов в воде


велика - сотые доли грамма на 1 кг воды. Для улавливания водяных паров можно применять раствор серной кислоты, а для улавлива­ния ароматических углеводородов - вязкие масла и др. Регенера­ция растворителя, т. е. десорбция из него газов, проводится путем повышения температуры или понижения давления.

Хемосорбция основана на поглощении газов реагентами с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Примером может служить очистка газовоздушной смеси от серово­дорода с применением мышьяково-щелочного реагента:

Регенерация раствора производится окислением его кислоро­дом, содержащимся в очищенном воздухе:

В этом случае побочным продуктом является сера. Могут при­меняться и другие реагенты и иониты. Иониты - это твердые вещества, способные обмениваться ионами с фильтруемыми че­рез них жидкими или газообразными смесями. Это или природ­ные материалы (цеолиты или глины), или синтетические полиме­ры (смолы). Например, при фильтровании газовой смеси, содер­жащей аммиак , через влажный ионит катионного типа (катионит) происходит присоединение аммиакак катиониту:

Подобные реакции происходят и при удалении диоксида серыиз газовой смеси с помощью ионитов анионного типа

(анионитов):

Регенерация ионитов осуществляется промывкой их водой, слабыми растворами кислот (для катионитов), щелочей или содой (для анионитов).

Последние два метода называют мокрыми. Основной их не­достаток - резкое понижение температуры газов, что приводит к снижению эффективности их рассеивания в атмосфере.


 




Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


Адсорбция - процесс избирательного поглощения компонен­тов газовой смеси твердыми веществами. При физической ад­сорбции молекулы адсорбента не вступают в химическое взаи­модействие с молекулами газовой смеси. Требования к адсор­бентам: большая адсорбционная способность, селективность (лат. selectio - выбор, отбор), химическая инертность, механическая проч­ность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространенные адсорбенты - активированные угли, силикагели, алюмосиликаты. С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. На этом свойстве основан процесс ре­генерации, которую осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры выше рабочей, либо продувкой его горячим паром или воздухом.

Каталитические методы очистки газов основаны на использова­нии катализаторов, ускоряющих химические реакции. В после­дние годы каталитические методы применяются для нейтрализа­ции выхлопных газов автомобилей, т. е. превращения токсичных оксидов азота и углерода в нетоксичные вещества:

газообразный азот и диоксид углерода При этом

используют различные катализаторы: медно-никелевый сплав, платину на глиноземе, медь, никель, хром и др.:

Очистка сточных вод.Б зависимости от типа процессов, протекающих в очистных сооружениях, различают механичес­кую, физико-химическую и биологическую очистку сточных вод. На очистных сооружениях образуются большие массы осадков, которые подготавливают к дальнейшему использованию: обезво­живают, сушат, обезвреживают и обеззараживают. При необходи­мости сточные воды, прошедшие сооружения полной биологичес­кой очистки, подвергают доочистке. После очистки, перед сбро-


сом в водоемы, сточные воды должны обеззараживаться с целью уничтожения патогенных микроорганизмов.

Механическая очисткапредназначена для задержания не-растворенных примесей. К сооружениям для механической очи­стки относятся: решетки и сита (для задержания крупных приме­сей), песколовки (для улавливания минеральных примесей, пес­ка), отстойники (для медленно оседающих и плавающих приме­сей) и фильтры (для мелких нерастворенных примесей). Специ­фические загрязнения производственных сточных вод удаляются с помощью жироловок, нефтеловушек, масло- и смолоуловителей и др. (рис. 11.14).

Рис. 11.14. Технологическая схема очистной станции с механической очисткой сточных вод

Очистные сооружения располагаются по высоте обычно та­ким образом, чтобы вода из одного в другое поступала самоте­ком. Механическая очистка - это, как правило, предварительная ступень перед биологической очисткой. В некоторых случаях


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


можно ограничиться механической очисткой: например, если небольшое количество сточных вод сбрасывается в очень мощный водоем, или, если вода после механической очистки повторно используется на предприятии. При механической очистке удает­ся задерживать до 60 % нерастворенных примесей.

Физико-химические методыприменяются, в основном, для очистки производственных сточных вод (в случае бытовых стоков их применение ограничено по экономическим соображениям). К этим методам относятся: реагентная очистка (нейтрализация, коагуляция, озонирование, хлорирование и др.), сорбция, экстрак­ция(лат. extrahere - извлекать), эвапорация (лат. evaporatio - выпаривание),

флотация, электродиализ и др. (рис. 11.15).

Рис. 11.15. Технологическая схема очистной станции с физико-химической очисткой сточных вод


Наибольшее распространение находят методы реагентной очист­ки с применением коагулянтов, в качестве которых используют сернокислый алюминий, хлорное железо, серно-

кислое железо известь и др. Соли-коагулянты

способствуют укрупнению частиц, образуя хлопья, что делает возможным дальнейшее осаждение и фильтрование мелких не­растворенных, коллоидных и частично растворенных примесей. В ряде случаев физико-химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление загрязнений, что последующая биологическая очистка не требуется.

Биологическая очисткасточных вод основана на биохими­ческих процессах с участием микроорганизмов, которые в про­цессе своей жизнедеятельности разрушают органические соеди­нения и минерализуют их. Микроорганизмы используют органи­ческие вещества в качестве источника питательных веществ и энергии. Сооружения биологической очистки условно делят на два типа: сооружения, в которых процессы протекают в услови­ях, близких к естественным, и те, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях. К первым относятся поля фильтрации и биологические пруды, ко вторым - биофильтры и аэротенки.

Поля фильтрации - это земельные участки, искусственно раз­деленные на секции, по которым равномерно распределяется сточная вода, фильтрующаяся через поры грунта. Профильтрован­ная вода собирается в дренажных трубах и канавах и стекает в водоемы. На поверхности почвы образуется биологическая плен­ка из аэробных микроорганизмов, способных перерабатывать органические вещества. Кислород может проникать в грунт на глубину до 30 см; глубже разрушение органики осуществляется в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.

Биологические пруды - это специально созданные неглубокие водоемы, где протекают естественные биохимические процессы самоочищения воды в аэробных и анаэробных условиях. Пруды сооружаются как для первичной биологической очистки, так и


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


для доочистки сточных вод после биофильтров и аэротенков. Насыщение воды кислородом происходит вследствие естествен­ной атмосферной аэрации и фотосинтеза, но может применять­ся и искусственная аэрация.

Биофильтры - сооружения, в которых создаются условия для интенсификации естественных биохимических процессов разло­жения органических веществ. Это резервуары с фильтрующим материалом, дренажем и устройством для распределения воды. Сточная вода с помощью распределительных устройств периоди­чески разливается по поверхности загрузки, профильтровывает­ся и отводится во вторичный отстойник. На поверхности фильтра постепенно созревает биопленка из различных микроорганиз­мов, которые выполняют ту же функцию, что и на полях филь­трации, т. е. минерализуют органические вещества. Отмершая биопленка смывается водой и задерживается во вторичном от­стойнике.

Аэротенки - это резервуары, в которые поступают сточная вода после механической очистки, активный ил и непрерывно подается воздух. Хлопья активного ила представляют собой био­ценоз аэробных микроорганизмов-минерализаторов (бактерий, простейших, червей и др.). Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходима постоянная аэрация воды. Из аэротенка сточная вода в смеси с активным илом поступает во вторичные отстойники, где ил осаждается. Основная масса его возвращается в аэротенк, а вода подается в контактные резерву­ары для хлорирования - обеззараживания (рис. 11.16).

Доочистка сточных вод требуется, если по условиям водо-отведения перед сбросом в водоем необходимо дополнительно снизить концентрацию взвешенных веществ, азота, фосфора, БПК и др. Кроме того, доочистка необходима при повторном исполь­зовании сточных вод в технологических процессах. Для доочистки от взвешенных веществ применяют: микрофильтры, фильтры с пла­вающей загрузкой, установки для пенной флотации и др. Для снижения БПК используют коагуляционные, сорбционные и озона-


 


Рис. 11.16. Технологическая схема станции с биологической очисткой сточных вод

торные установки в сочетании с фильтрами. Доочистку от азота и фосфора применяют для предотвращения эвтрофирования водо­емов и обрастания трубопроводов и аппаратов водорослями. Для удаления фосфора широко практикуют реагентный метод с ис­пользованием извести, сульфатов алюминия и железа. Минераль­ные соединения азота (нитриты, нитраты и соли аммония) удаляют с помощью физико-химических методов: отдувки аммиака, ионно­го обмена, адсорбции, электролиза, озонирования, обратного осмоса, электродиализа, дистилляции и др. В последнее время все чаще используют биологические методы: нитрификацию с после­дующей денитрификацией и биофиксацию фосфора.


 



 

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

Обеззараживаниеявляется заключительным этапом обра­ботки сточных вод перед сбросом в водоем. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции воды путем хло­рирования газообразным хлором или хлорной известью . Применяют также электролизные установки для полу­чения гипохлорита натрия из поваренной солиВозможно обеззараживание и другими бактерицидными веще­ствами, ультразвуком и ультрафиолетовыми лучами.

Малоотходное производство.Для кардинального реше­ния проблем экологии, снижения ресурсо- и энергоемкости производства необходимо развивать технологии утилизации вто­ричного сырья, полностью использовать все, что добывается из недр, на основе комплексной переработки, т. е. перестроить производство таким образом, чтобы оно стало максимально безотходным, экологически чистым и экономически выгодным. Малоотходные технологии заимствуют свои принципы у приро­ды: отходы одних организмов являются важнейшим ресурсом для других. Например, харьковскими учеными создана техноло­гия извлечения графита из копоти металлургических заводов; ее внедрение позволяет отказаться от добычи графитовых руд, исключить складирование отходов производства, улучшить со­стояние атмосферы. Наиболее рациональным решением про­блемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, т.е. использование очищенных сточ­ных вод в системах оборотного водоснабжения. При этом свежая вода забирается из источников водоснабжения только для питьевых целей.

Городские сточные воды также иногда используют повторно на предприятиях разных отраслей. Использование биологически очищенных сточных вод в оборотных системах водоснабжения позволяет частично или полностью отказаться от свежей воды. Доля сточных вод в подпитке оборотных систем может составлять от 5 до 100 %. Замкнутые и оборотные системы водоснабжения -


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

основа бессточных предприятий с локальными очистными установка­ми, повторным использованием сточных вод и рекуперацией отходов (рис. 11.17).

Рис. 11.17. Схема малоотходной технологической системы производства

Конечная цель ресурсосберегающего производства достигается при прохождении нескольких ступеней переработки отходов всех видов. Система малоотходна, если на n-й стадии производства выделяемые отходы незначительно воздействуют на окружающую среду. Она считается практически безотходной, когда отходы n-й стадии вновь поступают в производство или становятся совершенно безвредными. Однако рециркуляция отходов не может решить все проблемы, так как требует больших затрат энергии, производство и использование которой, в свою очередь, приводят к загрязнению, деградации окружающей среды и рассеиванию тепла.

Утилизация и ликвидация твердых отходов.В древние времена отходы жизнедеятельности человека возвращались непос­редственно на поля, в природу и участвовали в естественных круговоротах веществ. Урбанизация породила проблему санита­рии, решение которой с помощью очистных сооружений создало проблему хранения, переработки и утилизации твердых отходов.

Обезвреживание и утилизация твердых бытовых и промышлен­ных отходов - последняя ступень очистки. На решетках задер-


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


живаются грубые отбросы (тряпки, бумага, остатки продуктов и пр.), которые вывозят на свалки или после дробления направля­ют в специальные сооружения. Песок из песколовок поступает на песковые площадки для обезвоживания, а затем вывозится и используется по назначению.

Методы обезвреживания твердых отходов делятся на ликвида­ционные (решают санитарно-гигиенические задачи) и утилизаци­онные (решают задачи экологии и экономики).

Выделяют биологическиеметоды (разрушение органичес­кой части микроорганизмами), термические(сжигание), хи­мические(гидролиз), механические(прессование с примене­нием связующих на полигонах). Разрез полигона для захороне­ния твердых отходов показан на рис. 11.18.

Рис. 11.18. Разрез полигона для твердых отходов: 1 - лесозащитная полоса; 2 - промежуточный изолирующий слой; 3 - твердые отходы; 4 - укрывающий наружный слой растительного грунта; 5 - естественное или искусственное водоупорное основание (по М. И. Алексееву, Е. М. Протасовскому, 1990)

Большая часть твердых промышленных отходов токсична, по­этому захоранивать их нужно в толще глины.

Особо вредные промышленные отходы принимают на поли­гон в герметически упакованных металлических контейнерах и захоранивают в глубоких котлованах. Кроме технологического паспорта, с каждой партией направляются два акта: в одном подтверждается герметичность упаковки контейнера, в другом


указываются название отходов, их количество и причины списа­ния с учета. Контейнеры автокраном спускают на дно котлована. Каждый контейнер со всех сторон засыпают слоем глины (0,5 м). Сверху располагают следующий ряд контейнеров. Размеры котло­ванов по низу 10x4 м, по верху - 18x12 м, глубина - 4 м в глине, сверху они также засыпаются слоем глины. Выбор метода для конкретного города зависит от местных условий и осуществ­ляется на основе технико-экономического сравнения.

Обработка и утилизация осадков сточных водявляется очень острой проблемой для крупных городов всех высокоразви­тых стран. В процессе очистки взвешенные вещества, содержащи­еся в сточных водах, выпадают в осадок в сооружениях механи­ческой очистки. Количество сырого осадка напрямую зависит от содержания взвешенных частиц в воде и качества очистки: чем выше качество очистки, тем больше образуется осадка. На очи­стных станциях с биологической очисткой, кроме сырого осад­ка, образуется активный ил, количество которого по сухому веществу может достигать 50 % от общего объема осадка.

Технические трудности, экологическая опасность и огромные затраты (почти половина эксплуатационных расходов), связанные с транспортировкой, хранением и утилизацией осадков, ставят проблему обработки и утилизации осадков сточных вод в ряд глобальных.

Перед утилизацией осадок должен подвергаться предвари­тельной обработке. Цель обработки - уменьшение влажности и объема осадка, неприятного запаха, количества патогенных мик­роорганизмов (вирусов, бактерий, гельминтов и др.) и вредных веществ; снижение затрат на транспортировку и обеспечение экологически безопасного конечного использования.

Для обработки осадков строят специальные сооружения: ме-тантенки, аэробные стабилизаторы, различные установки для обезвоживания и сушки, иловые площадки.

Метантенки - это герметически закрытые резервуары, где ана­эробные бактерии в термофильных условиях (/° = 30-43 °С)


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


сбраживают сырой осадок из первичных и вторичных отстойни­ков. В процессе брожения выделяются газы: , водородуглекислый газ , аммиаки др., которые могут затем использоваться для разных целей.

Осадки сточных вод, выгружаемые из метантенков, имеют влажность 97 % и неудобны для утилизации. Для уменьшения их объема применяют обезвоживание на иловых площадках или вакуум-фильтрах, центрифугах и других сооружениях. В резуль­тате обезвоженный осадок уменьшается в объеме в 7-15 раз и имеет влажность 50-80 %.

Аэробные стабилизаторы - это резервуары, где органическая часть длительное время минерализуется аэробными микроорга­низмами при постоянной продувке воздухом. Обработанный осадок обычно складируется на иловых площадках и затем используется как удобрение.

Но традиционный и наиболее удобный способ утилизации осадков в качестве удобрений в конце XX столетия стал весьма проблематичным, так как через системы водоотведения в осадок попадают вредные вещества от промышленных предприятий и из атмосферы. Кроме того, в быту используется большое количе­ство вредных химических веществ. Осадок служит также источни­ком инфекционных болезней.

Очевидно, что складируемые осадки, содержащие соли тяже­лых металлов, загрязненные патогенной микрофлорой, яйцами гельминтов, вирусами, представляют экологическую опасность и требуют неординарного подхода к режиму размещения и утили­зации.

Определенную опасность представляет и миграция вредных веществ в грунтовые воды. Сооружение гидронепроницаемых экранов и искусственное затвердение зеркала полигона требуют особого внимания и больших затрат. Кроме того, иловые пло­щадки и полигоны сами могут быть источниками выделения вред­ных веществ в атмосферу. Эмиссия газов происходит также из почв бывших свалок, полигонов и при транспортировке отходов.


Объемы и характер загрязнений атмосферы в полной мере зависят от параметров технологического процесса обработки осадков и, в первую очередь, от температурного режима. Высо-котемературные режимы сушки осадков могут вызвать проблему очистки газовых выбросов.

Изучение отечественного и мирового опыта показывает, что разнообразие технологий обработки и утилизации осадков чрез­вычайно велико. Физические, химические и биологические мето­ды позволяют получить из осадков различные продукты для ис­пользования в промышленности, однако, большинство рекоменда­ций применимы лишь для переработки малых объемов осадков, основаны на сложных технологиях, требуют большого количества реагентов, огромных инвестиций и нередко вызывают вторичные экологические проблемы.

При больших объемах осадков используются в основном две категории методов: термическая сушка и сжигание. При терми­ческой сушке сохраняются органические вещества, используе­мые в качестве удобрений. При сжигании осадков органические вещества превращаются в газообразные продукты.

Для крупных очистных станций, осадки которых могут приме­няться в качестве удобрений, рационально использовать термичес­кую сушку. Если применение осадков в сельском хозяйстве недо­пустимо из-за повышенного содержания опасных токсикантов, един­ственным способом, максимально сокращающим объем осадков и обеспечивающим наибольшие экономический и экологический эффекты, является их сжигание.

В большинстве развитых стран наблюдается тенденция к уве­личению объемов сжигаемых осадков. Главным стимулом к этому является рост цен на землю, что делает освоение новых техноло­гий экономически более выгодным и экологически более эффек­тивным, чем расширение территорий полигонов.

Сжигание осадковприменяется, если они не подлежат дру­гим видам обработки и утилизации. Мировой опыт показывает, что 25 % образующихся на очистных сооружениях осадков


 




Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


используется в сельском хозяйстве, 50 % размещается на поли­гонах и около 25 % сжигается. В связи с ужесточением санитар­ных требований к качеству осадков, уменьшается возможность использования их в сельском хозяйстве.

Первый в России и Восточной в Европе завод по сжиганию осадков сточных вод построен по инициативе одного из авторов этого учебника Ф. В. Кармазинова в Санкт-Петербурге.

Санкт-Петербург как самый большой город на побережье Балтийского моря несет особую ответственность за сохранение его чистоты.

В настоящее время очистка сточных вод города (примерно 2,2 млн м3/сут) осуществляется на трех очистных станциях по классической схеме полной биологической очистки, при кото­рой образуется смесь сырого осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила (12-15 т/сут на 100 тыс. жителей). Осадки - это необеззараженная влажная (до 99,7 %) масса, содержащая до 70 % органических веществ. В условиях обще­сплавной канализации Петербурга в осадках городских стоков аккумулируется большое количество вредных химических соеди­нений, в том числе 1-го и 2-го классов опасности. Высокие концентрации этих токсических веществ делают невозможным использование осадков сточных вод в качестве удобрений.

Многолетние попытки решить проблему утилизации с помо­щью различных технологий не дали положительных результатов.

До 1997 г. ежесуточно с трех станций аэрации города вывозилось на специальные полигоны около 1200 т обезвожен­ного осадка. Полигоны занимают более 150 га земли в приго­родной зоне, ежегодно потребность в таких площадях возраста­ет на 8-10 га. За 20 лет эксплуатации станций аэрации на полигонах вокруг Санкт-Петербурга скопилось 4 млн т необеззараженных осадков.

После досконального изучения отечественного и мирового опыта (Австрия, Великобритания, Германия, Дания, Швеция, Швейцария, Финляндия и др.) в ГУП «Водоканал Санкт-Петер-


бурга» пришли к выводу, что оптимальным вариантом в условиях Санкт-Петербурга будет внедрение технологии сжигания осадка. При этом значительно сокращается количество осадка, резко уменьшаются площади для его складирования. Образующаяся зола используется в производстве строительных материалов и других отраслях, тепло, получаемое за счет теплотворной спо­собности самого осадка, также утилизируется.

В этом грандиозном проекте главная роль была отведена Центральной станции аэрации (ЦСА). ЦСА, построенная в 1978 г., является первой в Санкт-Петербурге и одной из круп­нейших очистных станций в мире. Очистные соружения ЦСА принимают и очищают около 60 % бытовых и промышленных стоков города. Она расположена в устье р. Невы на искусст­венно намытом острове Белом. Площадь застройки 57 га. Полная мощность станции (1,5 млн м3/сут) была достигнута в 1985 г. В состав ЦСА входят насосные станции, сооружения механи­ческой и биологической очистки.

До середины 90-х годов на станции действовал только цех механического обезвоживания осадка с помощью центрифуг. Обезвоженный до 80 %, но не обеззараженный осадок (кек) вывозился специально закупленным автомобильным транспортом в открытые хранилища, построенные в отчуждаемых из хозяй­ственного оборота пригородных землях. Это ухудшало экологи­ческое состояние природной среды и условия проживания и отдыха населения в пригородной зоне.

В ноябре 1997 г. была введена в эксплуатацию первая очередь завода (рис. 11.19).

Последовательность операций по обработке осадка следую­щая:

- предварительная обработка на решетках;

- перемешивание осадка из первичных отстойников с актив­ным илом и процеживание смеси на тонких решетках;

- обработка реагентом-флокулянтом и обезвоживание на центр-
прессах;


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы

- транспортировка обезвоженных осадков к печам сжигания;

- сжигание в печах «Пирофлюид» с псевдосжиженным слоем песка (внутренний диаметр печей - 6,7 м, высота - 15,8 м, температура - производительность - 62,5 т/сут).

Рис. 11.19. Схема завода по сжиганию осадков сточных вод

Очистка газов от пыли осуществляется на электрофильтрах, а от вредных примесей - путем кислой и щелочной промывки. Эффект очистки газов - более 99 %, что удовлетворяет требо­ваниям российских и европейских нормативов (табл. 11.7).

Таблица 11.7Эффективность обработки дымовых газов


Глава 11. Экологические принципы охраны природы

При внедрении установок по сжиганию осадков сточных вод решаются следующие эколого-экономические задачи:

- прекращается вывоз необеззараженного осадка, что позво­ляет прекратить вырубку лесов для новых площадей складирова­ния осадка;

- в печах в качестве топлива используются осадки сточных вод (природный газ необходим лишь для розжига печей);

- тепловая энергия, образующаяся при сжигании осадков,

рекуперируется(лат. recuperation - возвращение) в котлах - утилизаторах и

используется для производственных нужд;

- образующаяся зола используется в качестве добавок при изготовлении кирпича, легких бетонов, облицовочных материа­лов, дорожного покрытия и др.;

- годовые эксплуатационные расходы на сжигание осадка в 1,9 раза меньше, чем на обработку 1000 м3 осадка на поли­гонах;

- для изготовления оборудования задействованы крупнейшие промышленные предприятия Санкт-Петербурга.

Выполненные расчеты показали, что затраты на модерниза­цию всей системы обработки осадков на ЦСА Санкт-Петербур­га в нынешних условиях экологически эффективны и экономи­чески выгодны.

Таким образом, в Санкт-Петербурге создан первый отече­ственный практически экологически безопасный, почти безотход­ный и экономически рентабельный высокоавтоматизированный технологический комплекс по обработке и утилизации осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод.

Учитывая, что проблема утилизации осадков сточных вод очень остро стоит во всех регионах, опыт Санкт-Петербурга, очевид­но/ будет востребован во многих крупных городах России.

В будущем большая доля потребности в сырье для промышлен­ности должна удовлетворяться продуктами переработки промышлен­ных и бытовых отходов.


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


11.4. Принятие решенийПринятие решений в области ох-и управлениераны окружающей природной сре­ды проблема чрезвычайно слож­ная, так как результаты принятых решений оцениваются различ­ными заинтересованными сторонами по-разному. Например, для какого-то города вывоз и захоронение отходов на полигонах в санитарном, экологическом и экономическом отношениях наи­более эффективны. Однако для тех, кто живет вблизи мест захоронения, такое решение будет не лучшим, так как это связано с движением грузовых машин и другими экологическими опасностями. Другой пример: закрытие целлюлозно-бумажного завода, администрация которого не может обеспечить природо­охранные мероприятия, является лучшей мерой с точки зрения охраны природы. Но если в данной местности завод - единствен­ное предприятие, то для работающих на нем это неприемлемо.

Необходимо помнить, что окружающая среда - сложная сис­тема, состоящая из множества тесно связанных элементов, и воздействие на один из них неизбежно сказывается на других. Поэтому, чтобы сохранить или улучшить качество охраняемой системы в целом, часто приходится жертвовать отдельными ее составляющими и идти на компромиссы.

Комплексный анализ различных сред,т. е. одновремен­ная оценка степени воздействия на почву, воздух и воду, позво­ляет находить правильные решения. Очистка потоков воды, со­держащей нерастворенные взвеси, является характерным приме­ром того, как возникает поток отходов в виде осадков, в резуль­тате чего проблема загрязнения воды переходит в проблему загрязнения почвы, требуя принятия соответствующих решений. Очистка воздуха от диоксида серы S02 с помощью извести порождает проблему загрязнения почвы и воды. При сжигании отходов решается проблема загрязнения почвы, но может воз­никнуть проблема загрязнения воздуха. Частичное или даже полное решение одной проблемы нередко приводит к появлению или обострению каких-либо других проблем.


Приведем один из возможных подходов к комплексному ана­лизу загрязнения различных сред.

Масса m каждого загряз­-
няющего вещества оценивается
степенью ущерба dP, принима­-
ющей значения от 0 до 1.
Максимальному выбросу соот­ветствует максимальный ущерб
(dP=1). При отсутствии загряз­
няющего вещества нет и ущер­-
ба (dp=0). Изменение степени
ущерба между этими двумя пре­
дельными значениями может
описываться различными кривы­
ми (рис. 1.20). Рис. 11.20. Зависимость степени ущерба от

массы загрязняющего вещества
Для эколога, считающего,(по П. Бертокс, Д. Радд, 1990)

что даже небольшие количе­ства загрязняющих веществ наносят большой вред, степень ущер­ба выражается кривой А. Директор предприятия может считать более реальной кривую Б. Линии В и Г отражают другие воз­можные точки зрения. Для некоторых видов загрязнений харак­тер подобных зависимостей изучен, но для большинства веществ формы кривой неизвестны. В этих случаях прибегают к мнению экспертов.

Некоторые загрязнения сильно рассредоточены - их влияние распространяется на большие расстояния, они могут нанести больший вред, чем вещества, распространение которых подда­ется строгому контролю. Кроме того, некоторые виды загрязне­ний очень стойкие, и их действие со временем возрастает. Чтобы учесть всю совокупность этих воздействий, для каждого вида загрязнения (р) вводится модифицированная функция МР: МР = 0,1*с, где с = х + t + е; х - масштаб распространения действия; t - стойкость загрязнения; е - возможность переноса (табл. 11.8).


 




Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 



Таблица 11.8 Показатели, с помощью которых вводится функция Mp

Как видно из табл. 11.8, суммарный показатель с может принимать значения от 3 до 8, а Мр, соответственно - от 0,3 до 0,8. Если загрязняющее вещество нестойко и не имеет области распространения, то Мр = 0,1; если значения х, t и е макси­мальны, то Мр = 0,8.

Обычно на практике рассматривают несколько видов загряз­нений, относительная значимость которых учитывается с помо­щью весового множителя WP. Сумма значений WP принимается равной 1000. Если в системе два загрязняющих вещества А и Б, но А вдвое опаснее Б, то WA = 667, а WБ = 333. Суммарный ущерб от всех видов загрязнений, наносимый среде (воздуху, почве или воде), оценивается показателем ухудшения качества среды К:

(11.24)

где р - номер загрязняющего вещества; dPS - степень ущерба для выбранного варианта решения s; WP - весовой множитель; МР - модифицированная функция.

Чем выше значение К, тем больше вероятность ухудшения состояния среды. Разумеется, показатель К условный, однако, вычисление его значения чрезвычайно полезно для сравнения вариантов решения при выборе природоохранных мероприя­тий.

Разность между значением К для исходного состояния сис­темы (K0) и состояния, соответствующего выбранному решению (Ks) определяется как показатель эффективности варианта ре­шения (Эs):

(11.25)


Положительные значения показателя Э5 соответствуют улучше­нию состояния окружающей природной среды по сравнению с исходным, а отрицательные - свидетельствуют об ухудшении ее состояния. Показатель эффективности является удобным инструмен­том для сравнения и оценки вариантов решений и выбора опти­мального способа охраны среды.

Управление качеством окружающей среды и приня­тие решенийвозможны при наличии ясного представления об экономической эффективности затрат на средозащитные мероп­риятия и о размерах предотвращаемого ущерба. Только тогда можно прогнозировать, экономически стимулировать и оценивать направления научно-технического прогресса. В условиях разви­того индустриального общества неизмеримо возрастает роль при­родных факторов в общественном производстве.

Необходимо стремиться к минимизации затрат общественно­го труда, рациональному распределению и использованию при­родных ресурсов, чтобы сохранить качество природной среды на уровне, обеспечивающем нормальные условия жизни людей в настоящее время и в обозримом будущем. Важно также уметь правильно оценивать социально-экономические последствия при­нятых решений.

В конечном счете эффективность охраны природы и рационального природопользования должна выразиться в приросте национального дохода, повышении социального и экологического потенциалов.

Чтобы избежать негативных последствий, общество разрабо­тало систему регулирования природоохранной деятельности. Основными функциями управления являются: контроль за исполь­зованием ресурсов, защита воздуха, воды, почвы от загрязнения, сохранение экологического равновесия в природных экосисте­мах и прогнозирование их состояния. Желаемых целей можно достичь двумя путями: реорганизацией экономической и хозяйствен­ной деятельности и защитой непосредственно природных объек­тов. Это означает, что в эколого-экономической системе должен


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


присутствовать особый блок, который воспринимает информацию от природных экосистем о происходящих изменениях, оценивает возможные отрицательные последствия и передает команду управ­ляющему блоку. В качестве блока управления могут выступать органы власти или специально уполномоченные службы. Они получают информацию о состоянии природных объектов на основе мониторинга и предписывают предприятию сокращение выбросов или сбросов, используют экономические рычаги управ­ления (корректируют плату за загрязнение и т. п.). Конкретные способы выполнения предписаний выбирает само предприятие. Это могут быть строительство новых очистных сооружений, изме­нение технологий, замена топлива или сырья, приостановка ус­таревших производств. Основными принципами при принятии решений должны быть:

- анализ результатов предполагаемых действий;

- учет взаимосвязей экономической и социальной деятельнос­ти с состоянием окружающей природной среды.

Для совершенствования системы управления окружающей средой в первую очередь необходимы введение новых оценочных пока­зателей, нормативов, отработка механизмов взаимодействия между природоохранными подразделениями. Основными направлениями совершенствования системы управления являются:

- улучшение системы информационного обеспечения;

- поиск эколого-экономического оптимума при установке нор­мативов выбросов и уровня допустимого загрязнения;

- совершенствование структур и подразделений, участвующих в управлении качеством природной среды и природопользовани­ем, координация их деятельности, подчинение решению глобаль­ных задач;

- совершенствование экономического механизма управления;

- создание механизмов выполнения целевых программ по
охране природы и рациональному природопользованию в
региональном, национальном и глобальном масштабах.


11.5. МеждународноеПрирода Земли едина, ее законы все-сотрудничествообщи. Она не знает ни государствен­ных, ни административных границ. Поэтому национальные усилия в природоохранной деятельности приносят результаты только тогда, когда согласуются с межнацио­нальными мерами в этой области. Осознание объективной необхо­димости объединить усилия мирового сообщества для решения глобальных экологических задач приходило постепенно, по мере нарастания угрозы экологического кризиса в масштабах планеты.

Международно-правовые принципы.Одно из важней­ших направлений международного сотрудничества - международ­но-правовая охрана окружающей среды, которая должна опи­раться на общепризнанные нормы международного права. Ос­новные правовые принципы были выработаны совместными уси­лиями членов международного сообщества (государств, междуна­родных организаций и конференций). Они изложены во многих документах, основными из которых являются: решения генераль­ной Ассамблеи ООН (1962, 1968, 1980), решения Стокгольм­ской конференции ООН по окружающей среде (1972), Заклю­чительный акт Совещания по безопасности и сотрудничеству в Европе (Хельсинки, 1975), Всемирная Хартия природы (1986), решения Международной конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992, 1996), Пан-Европей­ская Конвенция о Стратегии сохранения биологического и лан­дшафтного разнообразия (София, 1995), Конвенция по доступу к экологической информации (Орхус, 1998) и др. Правда, последний документ Россия не подписала. В обобщенном и кратком виде эти принципы можно сформулировать следующим образом:

- приоритетность экологических прав человека;

- суверенитет государств на природные ресурсы своей терри­тории;

- недопустимость экологического благополучия одной страны за счет нанесения экологического вреда другой;


 




Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


- экологический контроль на всех уровнях;

- свободный международный обмен экологической информа­цией;

- взаимопомощь государств в чрезвычайных обстоятельствах;

- разрешение эколого-правовых споров мирными средствами.

Названные выше принципы международного сотрудничества в области охраны природы распространяются и на отношения России со странами СНГ. В феврале 1992 г. представители этих стран в Москве подписали Соглашение о взаимодействии в области экологии и охраны окружающей среды. Для координа­ции экологической деятельности стран СНГ создан Межгосудар­ственный экологический совет (МЭС), секретариат которого яв­ляется постоянно действующим органом. Основан также между­народный экологический фонд стран СНГ в Минске.

В России законодательно закреплен примат международного права над внутренним правом в области охраны природной среды и использования ресурсов (ст. 93 Закона ООПС).

Принципы ясны, но в их реализации остаются проблемы. Еще не было случая, чтобы международное правило действовало автоматически с момента его принятия и утверждения. Практика показала, что для введения в действие международных договоров в России всегда предварительно принимались соответствующие постановления правительства. Поэтому международные договоры пока только некое разрешение на вход международно-правовых норм в национальные отношения.

Объекты международного сотрудничества- это такие объекты, по поводу которых разные страны вступают в экологи­ческие отношения (рис. 11.21).

Среди них выделяют две категории объектов: не входящие и входящие в юрисдикцию государств. Первые - это воздушный бассейн, космос, Мировой океан, Антарктика, мигрирующие виды животных. Эти объекты охраняются и используются в соот­ветствии с нормами международного экологического права. Вто-


рые - это объекты, входящие в юрисдикцию государств: междуна­родные реки, моря, озера; объекты мирового природного насле­дия, занесенные в Международную Красную книгу исчезающих и редких животных и растений.

Рис. 11.21. Основные объекты международного сотрудничества (по В. В. Петрову, 1996)

Воздушный бассейннуждается в глобальной охране. Перво­степенное значение имеют договоры о запрещении испытаний и применения оружия массового уничтожения - ядерного, биологи­ческого, химического и др. Большую опасность представляют трансграничные загрязнения атмосферы кислотные дожди,

озоноразрушающие вещества и др.). На Венской встрече мини­стров иностранных дел в 1986 г. было принято решение о сокращении выбросови на 30 - 50 % до 1995 г. в

надежде остановить потепление климата и сократить число кис­лотных дождей. Однако это решение полностью не выполняется. принадлежит всему мировому сообществу, которое выразило свое отношение к нему в двух документах: Декларации правовых принципов деятельности по использованию космическо­го пространства (1963) и Договоре о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела (1967). В них сформулировано следующее положение: космос - достояние всего человечества; недопустимы национальное присвоение его частей, загрязнение космического пространства и использование его в военных целях. Однако в настоящее время в околоземном


 


474



Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


пространстве уже находится около 3,5 млн т космического мусо­ра. Если не принять меры, то через 20-30 лет космические полеты могут стать невозможными.

Мировой океан сосредоточивает 96 % воды земного шара; оказывает решающее влияние на климат планеты; это источник биологических, минеральных, энергетических ресурсов. Поэтому охране мирового океана посвящены около 25 правовых и норма­тивных международных документов, а также ряд решений, согла­шений, резолюций и договоров. Среди них большое значение имеют запрещение загрязнения океана нефтью, химическими и радиоактивными веществами, другими вредными отходами.

На глобальном уровне действуют также Конвенция о рыбо­ловстве и охране живых ресурсов моря (1958) и Конвенция ООН по морскому праву (1982). Они провозглашают право государств на промысел животных с учетом международных норм.

На национальном уровне рыболовство регулируется вне пре­делов территориальных вод лишь в зонах юрисдикции прибреж­ных государств, которые установлены Женевской конвенцией 1958 г.

Антарктика - подлинный международный объект охраны при­роды. Принципы охраны и использования южного материка регули­руются отдельным Договором об Антарктике (1959). Его основ­ные положения - свобода научных исследований, запрет военных мероприятий, охрана живых ресурсов.

Разделяемые международные природные ресурсы - ре­сурсы находящиеся в пользовании двух или более суверенных государств: например, Балтийское море, река Дунай, Великие озера (США и Канада) и др. Основой регулирования охраны и использования таких объектов являются договоры, заключаемые заинтересованными странами. Для управления международным объектом создаются на паритетных началах постоянно действую­щие органы - комиссии, комитеты. Так, органом управления по Дунаю является Дунайская комиссия, по Балтийскому морю -Балтийский совет, Хельсинкская комиссия (Хелком) и др.


В ноябре 1972 г. конференцией ЮНЕСКО была принята Конвенция об охране всемирного культурного и природного нас­ледия: заповедников, национальных парков, резерватов, памятни­ков культуры, независимо от их государственной принадлежности. Эти объекты принимаются на международный учет. Международные организации оказывают материальную помощь в их содержании.

Международные организации и конференции.Охра­ной окружающей природной среды занимаются многие между­народные организации. Ведущая роль принадлежит Организа­ции Объединенных Наций (ООН) и ее специализированным орга­нам. Одним из главных органов ООН является Экономический и социальный совет (ЭКОСОС), в рамках которого действуют на­циональные и региональные комиссии и комитеты.


Рис. 11.22. Основные международные организации по охране окружающей природной среды (по В. В. Петрову, 1996)

Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) создана в декабре 1972 г. ЮНЕП имеет Совет управляющих, Совет по координации и Фонд окружающей среды. К первоочередным направлениям деятельности ЮНЕП относятся: 1) здоровье чело­века; 2) охрана земель и пресных вод; 3) защита мирового океана; 4) охрана животных и генетических ресурсов; 5) энер­гетические ресурсы; 6) образование; 7) торговля, экономика, технология. В рамках ЮНЕП работают и другие международ­ные организации (рис. 11.22).


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


Организация объединенных наций по культуре, науке, образованию (ЮНЕСКО)создана в 1948 г.; штаб-квартира находится в Париже. Основные направления ее деятельности:

- руководство экологическими программами, в которых заня­то свыше 100 государств. Например, «Человек и биосфера», Международная программа по образованию и др.;

- учет и организация охраны объектов, отнесенных к всемир­ному наследию;

- оказание помощи развивающимся странам в подготовке
специалистов-экологов.

Международный союз охраны природы и природных ресурсов(МСОП) также учрежден в 1948 г. Эта неправительст­венная организация представляет около 100 стран. По инициа­тиве МСОП ведется Красная книга. Основные задачи МСОП:

- сохранение естественных экосистем, растительного и животно­го мира;

- сохранение редких и исчезающих видов;

- организация заповедников, резерватов, национальных парков.

Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ)образо­вана в 1946 г., занимается вопросами охраны здоровья челове­ка в аспекте его взаимодействия с окружающей средой, консолиди­руется с ЮНЕП, МАГАТЭ и др.

Международное агентство по атомной энергии (МАГА­ТЭ)образовано в 1957 г. для обеспечения ядерной безопасно­сти и охраны окружающей среды от радиоактивного загрязне­ния. Неподчинение государств требованиям МАГАТЭ может выз­вать применение экономических санкций по решению Совета Безопасности ООН.

Всемирная метеорологическая организация ООН (ВМО)создана в 1947 г. Ее основная задача - изучение и обобщение воздействий человека на климат планеты. Она работает, глав­ным образом, в рамках глобальной системы мониторинга окру­жающей среды (ГСМОС).


Международная морская организация (ИМО)создана в 1948 г., действует в области морского судоходства и охраны моря от загрязнения. При ее участии разработаны конвенции по борьбе с загрязнением моря нефтью и другими вредными веще­ствами.

Сельскохозяйственная и продовольственная организа­ция ООН (ФАО)организована в 1945 г. Сфера ее деятельно­сти - сельское хозяйство и мировые продовольственные ресурсы. ФАО подготовила почвенную карту мира, участвует во многих экологических программах, активно сотрудничает с ЮНЕП, ЮНЕСКО, МСОП.

Помимо названных ведущих международных организаций, в мировом сообществе функционирует множество структур природо­охранного профиля: например, Международный регистр потен­циально токсичных химических веществ (МРПТХВ), Бюро ООН по оказанию помощи при стихийных бедствиях (ЮНДРО), Европейс­кая экономическая комиссия - ЕЭК (занимается внедрением мало- и безотходных технологий), Хельсинкский комитет по охране Балтийского моря (Хелком) и многие другие.

Из международных конференций следует отметить четыре.

Стокгольмская конференция ООН по окружающейсреде

(5-16 июня 1972 г.) приняла два основных документа: Декла­рацию принципов и План мероприятий. Первый включает 26 принципов, из которых основные:

- право человека на благоприятные условия жизни и качество
среды, позволяющие вести достойную жизнь;

- сохранение природных ресурсов на благо нынешних и будущих поколений;

- экономическое и социальное развитие, в котором решаю­щее значение имеет улучшение окружающей среды;

- суверенное право государств на использование своих при­родных ресурсов и ответственность за ущерб, наносимый окру­жающей среде;


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 11. Экологические принципы охраны природы


 


- избавление людей и природы от последствий применения
ядерного и иных видов оружия массового уничтожения.

В Плане мероприятий обозначены пути решения организацион­ных, экономических, политических задач во взаимоотношениях государств при международном сотрудничестве в области охра­ны окружающей среды.

Совещание по безопасности и сотрудничеству вЕвропе проходило в Хельсинки в августе 1975 г. с участием всех европейс­ких стран, США и Канады. Совещание приняло Заключительный акт, в котором отражены вопросы политической и экологической безопасности. Для реализации хельсинкских соглашений позже были приняты несколько документов: Конвенция о трансгранич­ном загрязнении воздуха (1979), Конвенция о трансграничном воздействии промышленных аварий (1992) и др.

представителей государств - участников Сове­щания по безопасности и сотрудничеству в Европе (СБСЕ) про­шла в ноябре 1986 г. В итоговом документе содержатся следу­ющие рекомендации:

- сокращение выбросов серы на 30 % до 1995 г., снижение выбросов углеводородов и других загрязняющих атмосферу ве­ществ;

- разработка способов захоронения опасных отходов, альтерна­тивных захоронению в море;

- развитие совместной программы наблюдений за распростране­нием загрязнений на большие расстояния в Европе (ЕМЕП);

- сокращение производства озоноразрушающих веществ;

- исследование ролив глобальном потеплении климата.
Конференция ООН по окружающей среде и развитию

проходила в Рио-де-Жанейро 3-14 июня 1992 г. Конференция была организована для подведения итогов 20-летней деятельности по охране природы после Стокгольмской конференции. В ней участвовало 15 тысяч делегатов из 178 стран мира. Основным итоговым документам посвящен специальный раздел учебника (12.3).


Межгосударственное сотрудничество РФ.В последние годы деятельность по международному природоохранному сотрудни­честву в России значительно активизировалась. Одним из важ­нейших направлений стало участие в общеевропейском процес­се под названием «Окружающая среда для Европы». В октябре 1995 г. в Софии прошла первая Общеевропейская конферен­ция министров окружающей среды. В ходе ее подготовки РФ активно взаимодействовала с Комитетом по экологической поли­тике ООН. Основными итоговыми документами были «Деклара­ция министров» и «Экологическая программа для Европы». За­тем эти конференции, неизменным участником которых была Россия, проходили ежегодно.

На состоявшейся в 1995 г. XVIII сессии Совета управляющих ЮНЕП принят ряд решений об оказании содействия странам с переходной экономикой. Развиваются контакты с Экономической и социальной комиссией стран Азии и Тихого океана (ЭСКАТО). С 1995 г. Россия - полноправный член ЭСКАТО.

Делегация России приняла участие в работе 3-й сессии Коми­тета ООН по устойчивому развитию (Нью-Йорк, апрель 1995). Разработана и представлена Международному оргкомитету Европейского года окружающей среды программа его проведе­ния в России.

В рамках сотрудничества с МСОП представители РФ доби­лись выделения специальной программы по странам СНГ с осо­бым блоком России. По линии Всемирного фонда дикой приро­ды (ВВФ) подписан Меморандум о взаимопонимании между республикой Саха (Якутия) и отделением ВВФ в Швеции. По линии МАГАТЭ проведены два совещания экспертов (Россия, США, Норвегия) по проблеме использования отработанного топ­лива атомных лодок и радиоактивных отходов.

Реализуется более 20 международных конвенций и соглаше­ний. В связи с ратификацией РФ Конвенции о биологическом разнообразии (КБР) активизируется работа по выполнению меж­дународных обязательств в ее рамках. В список всемирного


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы


Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы


 


наследия включен массив первичных лесов Печоро-Ильчинского заповедника в Республике Коми. Постоянно продолжается рабо­та по Конвенции о защите морской среды региона Балтийского моря (Хелком, 1974). Российская делегация приняла участие в работе 16-й сессии Хелком (1994), где обсуждались итоги ра­боты за двадцатилетний период, а также бюджет на последую­щие годы; в 1995 г. был выработан согласованный план мероп­риятий по подготовке России к 17-й сессии.

6 февраля 1995 г. РФ и Международный Банк Реконструк­ции и Развития (МБРР) подписали соглашение о займе на сумму 110 млн долларов США для финансирования проектов по управ­лению окружающей средой. В этой связи Правительство РФ при­няло два постановления: № 808 и № 809. 30 августа 1995 г. соглашение вступило в силу. Основная цель этого проекта -создание условий для снижения экологического ущерба в особо опасных районах России (на Верхней Волге, Среднем Урале и Нижнем Доне).

Созданы федеральные и региональные Комитеты по оказа­нию технической помощи по следующим направлениям: 1) эко­логическая политика и регулирование; 2) экологическая эпиде­миология; 3) управление качеством воды и водными ресурсами; 4) управление опасными отходами. Проводятся международные конкурсные торги для выбора фирм-консультантов и фирм-постав­щиков товаров и услуг в интересах проекта.

Наиболее активно двустороннее сотрудничество в области охраны окружающей среды осуществляется с Великобританией, Германией, Данией, Индией, Канадой, Китаем, Нидерландами, Норвегией, Республикой Корея, США, Финляндией, Францией, Швецией.

Международные формальные и неформальные движе­ния за сохранение жизни на Земле - объективная необходи­мость.

Поэтому сотрудничество России в области охраны природы не исчерпывается деятельностью организаций, о которых сказа-


но выше. Оно охватывает различные неформальные обществен­ные движения, партию «зеленых» и многие другие и постоянно расширяется.

Контрольные вопросы

1. Что называется мониторингом?

2. Какие виды мониторинга вам известны?

3. Как можно оценить состояние окружающей среды по дан­ным мониторинга?

4. Как рассчитать индекс загрязнения атмосферного возду­ха?

5. Как рассчитывается индекс загрязнения природных вод?

6. Каковы основные экономические механизмы охраны окру­жающей среды?

7. Какие кадастры природных ресурсов вам известны?

8. Какие существуют виды платы за ресурсы в РФ?

9. На какие мероприятия должны расходоваться средства эколо­гических фондов?

 

10. Каковы основные принципы оценки экологического ущер­ба?

11. Каковы основные принципы оценки экономической эффективности природоохранных мероприятий?

12. Каковы главные направления деятельности в области инженер­ной защиты окружающей среды?

13. Расскажите об основных методах очистки газовых выбро­сов в атмосферу.

14. Какие методы используются для очистки сточных вод?

15. Какие существуют методы обработки и утилизации осад­ков сточных вод?

16. Как рассчитать показатель ухудшения качества среды?


 




Глава 11. Экологические принципы охраны природы

17. Какие природные объекты являются объектами международ­ного сотрудничества?

18. Перечислите известные вам международные природоохран­ные организации.


 


ГЛАВА 12

СТРАТЕГИЯ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ОБЩЕСТВА И

ПРИРОДЫ


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


12.1. Конфликт междуИсторически отношение человека обществом и природойк природе сводилось к ее потреб­лению, использованию природных ресурсов для удовлетворения своих материальных и духовных потребностей. Такую форму взаимодействия можно назвать эко­номической. Масштабы потребления ресурсов привели к истоще­нию, загрязнению и разрушению окружающей природной сре­ды. Это породило конфликт между обществом и природой, но одновременно привело к появлению другой - экологической формы взаимодействия, целью которой стала охрана естественной сре­ды обитания живых организмов, в том числе и человека.

Основные причины разрушения экосистеми истоще­ния ресурсов следующие:

1. В отличие от природы, где образование и потребление пищевых ресурсов происходят по безотходному циклу, при произ­водстве товаров человеком образуются отходы. Для удовлетворе­ния своих нужд человеку в год требуется около 20 т сырья, 90 -95 % которого поступает в отходы. Когда-то природные системы перерабатывали отходы человеческой деятельности, защищая себя от их вредного воздействия. В современных условиях возможности биосферы к самоочищению и саморегуляции почти исчерпаны.

2. Емкость природной среды не позволяет переработать все отходы хозяйственной деятельности человека, накопление кото­рых создает угрозу глобального загрязнения окружающей среды и деградации естественных экосистем.

3. Запасы полезных ископаемых ограничены физико-химичес­кими условиями и размерами нашей планеты, что приводит к их постепенному истощению.

4. Результаты разрушительной деятельности людей часто име­ют долговременные последствия, которые не прослеживаются одним поколением. Кроме того, воздействие на природу в од­ном регионе может сказываться в отдаленных от этого региона местах. Это создает ложное представление о безвредности той или иной хозяйственной деятельности.


Социальная стабильность и устойчивость природных экосис­тем - две стороны одной медали. Развитие природных и социаль­но-экономических систем происходит в соответствии с теорией сложности структуры и связей с поддерживающей емкостью сре­ды. Смысл теории сложности заключается в том, что по мере увеличения размеров и усложнения организации систем растет доля энергетических затрат на поддержание их структуры и обеспечение разнообразных функций. А та доля энергии, кото­рая могла бы расходоваться на дальнейший рост и развитие, падает. Когда поступление энергии и ее расход на самоподдер­жание уравниваются, дальнейший рост и развитие системы прекращаются. Уровень развития, который может поддерживать­ся в этих условиях, называется максимальной поддерживающей емкостью среды.

Емкость природной средыможно пояснить на примере эксперимента, проведенного в штате Мичиган. В 1928 г. в загон площадью 500 га поместили 6 оленей. К середине 30-х гг. стадо увеличилось до 220 голов. Олени стали поедать слишком много растительности и повреждать среду своего обитания. Численность их стала снижаться из-за голода, болезней и разрушения среды обитания. Тогда число оленей сократили до 115 голов и поддер­живают на этом стабильном уровне. Рассчитали, что 200 голов (2,5 га на голову) будут соответствовать максимальной емкости среды, а приблизительно 100 голов (5 га на голову) - ее опти­мальной емкости.

В естественных условиях роль регулирующего фактора, поло­жительно влияющего на качество популяции, могут играть хищни­ки. В природных системах, как уже говорилось, выработались гомеостатические механизмы саморегуляции, поэтому перегруз­ки емкости среды не происходит и уровень ее поддерживается ниже максимального, иногда он называется «надежной поддер­живающей емкостью».

В городах также может происходить перегрузка емкости среды по мере роста населения и экономических благ, что


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


приводит к снижению качества воздуха и воды. Следствием этого является увеличение заболеваний, затрат на очистку воды, воздуха, медицинские услуги и т. п. Кроме того, в больших городах повышаются расходы на транспорт, обслуживание, отопление и охлаждение, растут безработица и преступность и т. д. Иными словами, по мере роста города затраты на обес­печение его функций возрастают, а качество жизни снижается. Оптимальная емкость среды, очевидно, соответствует городам умеренных размеров, с населением около 100 тысяч человек (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Рост экономических прибылей и снижение качества среды по мере увеличе­ния города (по Ю. Одуму, 1986)

Индустриально-городская система сильно зависит также от емкости среды на входе и выходе, т. е. размеров сельского окружения. Чем больше город, тем больше он нуждается в приго­родных пространствах. При их отсутствии качество жизни резко снижается, и он не сможет конкурировать с другими городами. Часто именно качество жизни, а не недостаток энергии и других удобств становится фактором, лимитирующим развитие города. В идеале в каждом регионе должен быть крупный город, в котором сосредоточены культурные учреждения: музеи, театры,


филармонии, спортивные комплексы, университеты и т. д., а рядом с ним - множество маленьких поселков, обеспечивающих экологическое благополучие. В городах экономические функ­ции обычно максимизированы до такой степени, что не удается одновременно оптимизировать социальные и экологические ас­пекты жизни человека.

Численность людей в мире, по-видимому, приближается к мак­симальным возможностям биосферы обеспечивать их продуктами питания и горючими ископаемыми. Некоторые ученые полагают, что емкость Земли уже превышена. Так, академик В. Коптюг (1997) считает, что «если приподнять жизненный уровень бедней­шей части населения планеты, то ресурсов на всех не хватит».

Когда рождаемость сравняется со смертностью, население земного шара выйдет на постоянный уровень между 8,5 и 13,5 млрд чел. Это объясняется тем, что после роста рождаемости возможен резкий спад численности населения, так как при суще­ствующих ресурсах и емкости биосферы при населении свыше 10 млрд человек снизится качество жизни. В. И. Вернадский писал, что наша планета (как и любая другая) имеет пределы распространения жизни, ограниченные ее физическими свой­ствами и прежде всего размерами.

Развитие молодых и зрелых экосистемотличается зат­ратами энергии, идущей на поддержание структуры и на рост биомассы. В зрелых экосистемах траты энергии на поддержа­ние структуры превышают ее затраты на рост продукции. Чело­век же, желая получить максимум продукции, идет на дополни­тельные траты энергии, не заботясь о сохранении структуры системы. Например, стремясь получить высокие урожаи моно­культур, он искусственно поддерживает агроэкосистемы в не­зрелом состоянии и перегружает емкость природной среды. Однако занять под пашни всю поверхность Земли было бы самоубийством. Мы лишились бы «несъедобного» буфера, ко­торый жизненно необходим для поддержания стабильности био­сферы. Каждый инстинктивно стремится окружить свой дом


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


кустами, травами, цветами, селиться у водоемов и т. д. Людям нужны не только пища и одежда, но и сбалансированная по атмосфера, мягкий климат, чистые вода и воздух, рекреационные зоны, позволяющие наслаждаться природой. Такие условия возможны в зрелых экосистемах, поддерживающих свою стабильность (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Распределение энергии в экосистемах

Долгое время человечество принимало как должное то, что природа обеспечивает газообмен, очистку воды, круговороты биогенных элементов и выполняет другие функции, сохраняю­щие равновесие экосистем. Но рост научно-технического про­гресса и населения Земли стал разрушать компенсационные механизмы саморегуляции в природе. Поскольку одну и ту же систему невозможно оптимизировать по двум несовместимым критериям, очевидно, необходимо искать компромисс между коли­чеством экономических благ и качеством жизненного простран­ства.

Страны с высокой плотностью населения (Япония, Бельгия, Голландия и др.) сильно зависят от обширных пространств вне собственной территории. В Японии, например, на 1 га сельскохо­зяйственных угодий требуется 5 га моря и суши вне собственной страны. Трудно оценить, сколько нужно первозданной природ­ной среды, чтобы обеспечить заданный уровень экономического развития человечества, и сложно выработать стратегию взаимо­действия человека с природой, создать глобальную модель раз­вития.


12.2. Концепции и гло-Существует несколько концепций бальные моделивзаимодействия общества и природы. будущего мира Концепции будущего ра-

звитияв древние и средние века рассматривали природу как мудрого творца, возвышающегося над обществом. Эту идеологию можно выразить так: природа знает лучше, всякое вмешательство в нее оборачивается конфлик­том, экологическими бедами и социальными потрясениями. Сторон­ники этой точки зрения проповедуют «нулевую» стратегию невмеша­тельства в природу. Но как ни привлекательны такие взгляды, надо признать, что человек не может не воздействовать на при­роду, ибо сам развивается вместе с ней.

В эпоху развития капитализма восторжествовала потребительс­кая концепция. Был провозглашен приоритет экономических ин­тересов человека. Естественная среда рассматривалась как кла­довая, из которой можно и должно черпать богатства для обес­печения человека материальными благами; природа - как мас­терская, где человек и творец, и работник, и господин. На каком-то отрезке развития общества эти идеи были прогрессив­ными. Но господство людей обернулось деградацией природной среды, стало тормозом на пути гармоничных отношений челове­ка с природой.

В условиях экологического кризиса 50-70 гг. XX столетия потребительские концепции сменились озабоченностью челове­чества судьбой биосферы, появились различные общественные движения, отражающие реакцию людей на разрушение среды обитания. Пессимисты рисуют мрачную картину будущего челове­чества и уверены, что современная цивилизация неминуемо идет к катастрофе. Оптимисты верят в разум и способности человека решить экологические проблемы. Они очень близки к учению В. И. Вернадского о ноосфере.

Современные экологические концепции появились в 70-х гг. в виде докладов Римского клуба. В апреле 1968 г. по инициативе итальянского промышленника Аурелио Печчеи группа биологов,


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


математиков, экономистов, социологов и просто дальновидных людей (30 человек из 10 стран) собралась в Риме, чтобы обсу­дить настоящие и будущие проблемы человечества. Это собрание и получило название Римского клуба, который заказал серию докладов под общим названием «Трудности человечества».

Доклады Римского клубабыли составлены несколькими группами ученых.

«Пределы роста» - первый доклад, подготовленный учеными Массачусетского технологического института под руководством Дениса и Донеллы Медоуз (1972). Они разрабатывали глобаль­ные модели, которые должны были предсказать, что ожидает людей при сохранении современных экономических и полити­ческих путей развития. Результаты моделирования показали, что темпы промышленного роста, потребления ресурсов и энергии, прироста населения будут возрастать до тех пор, пока не дос­тигнут предела развития, после которого произойдет катастро­фа. Отчет осуждал манию роста, когда на индивидуальном, семейном, национальном уровне господствует одна цель - стать богаче и могущественнее. Было показано, что после экономи­ческих «взлетов» неминуемо наступает «падение». Доклад выз­вал бурную критику, особенно со стороны политических лиде­ров. Авторов обвиняли в том, что они не учли новые технологии, замену истощенных ресурсов новыми и т. д. Но большинство людей осознало, что лучше ограничить промышленный рост.

«Человечество на перепутье» - второй доклад, подготовлен­ный профессорами Ганноверского института механики М. Месаро-вичем и Э. Пестелем. Авторы пытались избежать недостатков «Пределов роста». Они разделили Землю на десять регионов, считая, что так решать экологические проблемы более эффективно, поскольку в разных частях света они существенно различаются. Основная идея заключалась в том, что регионы должны перейти к «органическому росту», ибо стихийное развитие ведет к гибе­ли. Ученые полагали, что причиной современного кризиса явля­ются две пропасти: между человеком и природой и между бога-


тыми и бедными. Ликвидация их должна обеспечить некое един­ство мира. Однако идею «органического роста» мировой систе­мы не следует понимать упрощенно, как концепцию единого гомогенного мира. Напротив, развитие каждого региона должно идти своим путем. Но национальные интересы необходимо соот­носить с глобальными. Такая модель мира, содержащая многоуров­невые региональные модели, выглядит как гибкий инструмент планирования, как система взаимодействующих и взаимозавися-щих частей. Отдельные регионы являются блоками глобальной модели, которая может обеспечить людей, принимающих реше­ния, средствами планирования мирового масштаба. Авторы пред­лагают использовать кризисы как детекторы ошибок и действо­вать, как природная кибернетическая система с сильной отрица­тельной обратной связью, которая срабатывает, когда рост при­водит к ухудшению качества жизни.

«Перестройка мирового порядка» (1977) - третий док­лад, составленный группой ученых, координатором которой был голландский экономист Ян Тинберген. Особое внимание ученые уделили слаборазвитым странам, лидеры которых в целом отвер­гали идею ограничения экономического роста.

Авторы доклада считали, что для реализации идеи «органичес­кого мирового порядка», предложенной во втором докладе, все страны должны согласовывать локальные цели с глобальными. Тогда усилия в регионах будут работать на благо человечества в целом. Они пытались показать, что сочетание локальных и глобальных интересов возможно. Например, страна нуждается в индустриализации для обеспечения достойного уровня жизни своих граждан. Вполне справедливо! Но этой цели следует достигать путем по возможности полного повторного использования ресур­сов и переработки отходов. В этом случае системы жизнеобес­печения человека в биосфере (воздух, океаны, леса и др.) будут повреждены в минимальной степени. По существу, в докладе предлагается превращение современной, так называемой «ли­нейной» экономики в «круговую» (рис. 12.3).


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


Рис. 12.3. Схемы «линейной» и «круговой» экономики (по Т. Е. Jones, 1977)

Необходимо убеждать граждан и политических лидеров раз­ных стран в том, что соответствие национальных целей целям всего человечества отвечает и интересам этих стран.

Жизненно важное значение, считают авторы, имеет ослабле­ние гонки вооружений, так как траты на эти цели снижают возможности всех стран направить усилия, энергию и деньги на сотрудничество во имя выживания. В этой связи уместно вспом­нить о тенденции перехода от конкуренции к мутуализму (лат. mutuus - взаимовыгодный) в природных экосистемах в целях повышения устойчивости и стабильности (см. гл. 5).

«Цели глобального общества»(1977) - четвертый доклад, составленный профессором философии Э. Ласло, известным по книге «Стратегия для будущего». Доклад посвящен двум фунда­ментальным вопросам: в чем заключаются цели человечества и согласны ли люди предпочесть материальному росту повышение


качества окружающей среды. Речь шла о том, захочет ли челове­чество использовать научно-техническую мощь для достижения материального благополучия людей, не причиняя существенного вреда планете. Если да, то придется умерить некоторые желания ради приемлемых условий существования будущих поколений.

Таблица 12.1 Оценка соответствия национальных интересов глобальным целям

Рабочие группы из разных стран и регионов (США, Канады, Западной и Восточной Европы, Латинской Америки, Африки, Среднего Востока) составили перечень целей своих стран, на основе которых были сформулированы глобальные цели. Затем были проанализированы расхождения целей относительно исполь­зования энергии, пищи, ресурсов, экономики, сельскохозяйствен­ной политики и охраны природы. Соответствие национальных и глобальных интересов оценивалось от 0 (усилия сосредоточены исключительно на национальных интересах) до 10 (все цели включали решение глобальных проблем). При этом деятельность деловых кругов, правительств, политиков, интеллектуальных и ре­лигиозных обществ оценивалась по этой шкале отдельно. Так, в США меньше всего уделяли внимание решению глобальных проблем охраны природы де­ловые круги и политики, за­тем - правительство, а более других - интеллектуальные и ре­лигиозные группы населения. Усредненная картина для не­которых стран представлена в табл. 12.1.

В целом народы слабораз­витых стран оптимистичнее смотрят в будущее и больше готовы считаться с общемиро­выми проблемами, чем наро­ды развитых стран. Достаточ­но высоко глобальные интересы


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


оцениваются только в Китае. Авторы доклада считали, что нача­ло мировой солидарности уже положено, но пока не ясно, каким образом прийти к согласию.

Последующие доклады (1978 - 1980 гг.) были посвящены отдельным проблемам: переработке отходов, использованию энер­гии, достижению благосостояния и др.

«Нет пределов обучению»- один из ключевых докладов, который касался проблем образования (Botkin и др., 1980). Авторы выделяют микро- и макрообучение. Под микрообучени­ем они понимают индивидуальное профессиональное обучение отдельных людей, которое господствует в мире, в то время как мало уделяется внимания коллективному, или общественному обучению населения - макрообучению. Как добиться, чтобы ос­ведомленность и понимание всех региональных и глобальных трудностей стали доступны всем людям - образованным и нео­бразованным? Как убедить все слои населения в необходимости ограничения роста экономики? Как воспитать экологическое мировоззрение у всех слоев общества?

К началу 80-х гг. было создано более десятка крупномасштаб­ных моделей будущего развития мира.

Глобальные модели развитияматематически имитиро­вали физические и социально-экономические системы мира и прогнозировали будущее, исходя из заложенных в них данных. Наиболее известны четыре модели: модель Форрестера, Медоуза с соавторами, Месаровича - Пестеля и Глобал-2000 (рис. 12.4). Были разработаны также социально-экономические модели, в которых не использовались данные по ресурсам и населению: латиноамериканская модель мира, британская, японская и ми­ровая модель ООН.

Представленный на рис. 12.4 вариант модели мира постро­ен на основе банка данных 1900 - 1970 гг. и предполагает, что «взлеты» и «падения» обусловлены появлением и истощением источников энергии и других ресурсов. Количество пищевых и промышленных продуктов экспоненциально растет до тех пор,


пока истощение ресурсов не затормозит промышленный рост. Численность населения и загрязнение среды еще некоторое время будут возрастать после прохождения пика промышленностью. За­тем рост населения и загрязнения начнут снижаться из-за увеличе­ния смертности и экономического кризиса.

Рис. 12.4. Модель развития мира Форрестера с учетом численности населения, ресур­сов и загрязнения (по Г. Одум, Э. Одум, 1978)

Все модели основывались на допущениях, что в несчастьях повинны не только ограниченность ресурсов и пресс народонаселе­ния, но и политическое, социальное и экономическое неравен­ство. Сегодня очень велики различия между богатыми и бедными во многих странах, а также между странами (30 % богатых промышленно развитых и 70 % бедных неиндустриальных стран).


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


Значительны различия в питании и ценностях: рыночные и нерыноч­ные товары и услуги. Чудовищны различия в уровне образова­ния. Чтобы люди и окружающая среда находились в гармонич­ном равновесии, необходимо преодолеть эти противоречия.

Несмотря на различия между концепциями и моделями, мож­но сделать некоторые общие выводы:

1. Технологический прогресс желателен и жизненно важен, но необходимо, чтобы при этом происходили и адекватные социаль­ные, экономические и политические изменения.

2. Народонаселение и ресурсы на планете не могут расти бесконечно.

3. Мировое сообщество не имеет надежной и полной инфор­мации о емкости планеты, неизвестно, до какой степени био­сфера сможет соответствовать росту народонаселения и техни­ческого прогресса. Но снижение скорости экономического ро­ста уменьшает вероятность наступления экологической смерти.

4. Если следовать по экономическому пути развитых стран, то качество жизни не улучшится, а нежелательные противоречия усугубятся. Проблемы возникают гораздо быстрее, чем решают­ся, что создает опасность перехода через допустимый уровень индустриального развития.

5. Рост потребления энергии на душу населения сверх совре­менного уровня в развитых странах повышает стоимость поддержа­ния стабильности общества.

6. Долговременное сотрудничество для всех выгоднее, чем политика конкуренции.

7. Все решения должны приниматься в контексте глобального подхода. Действия, направленные на решение только узконацио­нальных задач, непродуктивны, так как народы, страны и окру­жающая среда связаны теснее, чем обычно представляют. Междуна­родное сотрудничество является объективной необходимостью.

8. Будущее глобального устройства зависит от того, как
скоро изменятся нежелательные тенденции развития. Если это


произойдет в ближайшие два-три десятилетия, то результат будет более эффективным и менее дорогостоящим, чем при тех же действиях, предпринятых с опозданием.

Соотношения масштабов развития общества и его воздей­ствия на окружающую среду в прошлом, настоящем и возмож­ные сценарии будущего показаны на рис. 12.5.

Рис. 12.5. Соотношение масштабов развития общества и его воздействия на окружаю­щую среду в прошлом, настоящем и будущем

Построение стабильного гармоничного общества требует рево­люционной перестройки потребительского мышления, компетент­ного руководства и широкой образованности людей.

Эволюция экологического мировоззрения привела к ут­верждению концепции сбалансированного развития эко­номики без нарушения экологических интересов общества.


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


Оценивая значение докладов Римского клуба и последующих моделей будущего мира, можно отметить, что благодаря им возросла международная осведомленность о глобальном харак­тере экологических проблем, был сделан переход от описания положения к поискам подходов к решению проблем, пришло понимание того, что сотрудничество выгоднее конкуренции. Од­нако никто не знает, как личный интерес соотнести с решением глобальных проблем.

12.3. ПрограммаК концу XX столетия мир убедился, что на XXI векдальнейшее развитие экономики невозмож­но без охраны окружающей природной среды. В то же время нельзя охранять окружающую среду, не развивая экономику. Взаимозависимость экологии и экономики и является основой новой экологической концепции. В развитие этой концепции в июне 1992 г. была созвана Международная конференция ООН в Рио-де-Жанейро на уровне глав государств и правительств, которая так и называлась: «Окружающая среда и развитие» (ОСР). В ней участвовали 180 стран. Генеральным секретарем конференции был Морис Стронг (Канада).

Устойчивое развитиебыло тем знаменем, под которым проходила конференция ОСР. Термин впервые появился в док­ладе Гру Харлем Брундтланд, возглавлявшей в 1987 г. Всемир­ную Комиссию ООН по окружающей среде и развитию. Она констатировала необходимость поиска новой модели развития цивилизации, обозначив ее как устойчивое развитие.Модель предполагает прогресс и движение вперед, при котором удов­летворение потребностей нынешнего поколения должно происхо­дить без лишения такой возможности будущих поколений. Дости­жение такой цели может быть обеспечено балансом между решениями социально-экономических и экологических задач.

Устойчивое развитие подразумевает: 1) право людей на здоро­вую и плодотворную жизнь в гармонии с природой; 2) охрану окружающей среды как неотъемлемую часть процесса развития;


3) удовлетворение потребностей в благоприятной окружающей среде как нынешнего, так и будущих поколений; 4) уменьшение разрыва в уровне жизни между народами мира, а также между бедными и богатыми в каждой стране; 5) совершенствование природоохранного законодательства; 6) исключение развития производства и потребления, не способствующих устойчивому развитию; 7) предупреждение и предотвращение долгосрочных экологических проблем; 8) повышение образовательного уровня населения; 9) воспитание экологического мировоззрения.

Рабочий комитет Конференции заслушал выступления мини­стров экологии, глав государств и правительств разных стран. В рамках комитета было создано 8 контактных групп по пробле­мам: 1) финансовые ресурсы, 2) передача технологий, 3) заг­рязнение атмосферы и изменение климата, 4) биоразнообра­зие и биотехнологии, 5) ресурсы пресной воды, 6) правовые инструменты, 7) институциональные меры, 8) защита лесов.

Выступая на открытии, Генеральный секретарь ООН Бутрос Бутрос Гали сказал: «Никогда в истории от того, что вы делаете или не делаете, так много не зависело для вас самих, для ваших детей, для ваших внуков, для жизни вообще во всем многообра­зии ее форм». В выступлении многих других участников подчер­кивались:

1. Необходимость и нравственная обязанность создания но­вой глобальной модели развития, в которой благополучие всех и сохранение окружающей среды были бы синонимами.

2. Невозможность обеспечения экологической безопасности планеты в социально несправедливом мире.

3. Основными проблемами являются: а) перепроизводство и перепотребление в развитых странах, подрывающие природные системы жизнеобеспечения на Земле; б) взрывоопасный рост населения в развивающихся странах; в) усиление неравенства между богатыми и бедными.

4. Недопустимость неограниченного роста экономики, кото­рый нельзя рассматривать как прогресс. Население развиваю-


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


щихся стран составляет 3/4 жителей планеты, а потребляют они только 1/3 экономических благ. Это создает дисбаланс, эколо­гическую и экономическую неустойчивость, одинаково угрожаю­щую как богатым, так и бедным странам.

Развитие человеческого общества достигло предела, за кото­рым неизбежно изменение политики. Так, например, сокраще­ние гонки вооружений может высвободить средства для финан­сирования общей коллективной безопасности - безопасности эко­логической. Каждый произведенный пистолет, спущенный на воду военный корабль, каждая запущенная ракета означают кражу у тех, кто голоден. Вооруженный мир не просто тратит деньги - он тратит пот своих рабочих, гений своих ученых, надежды своих детей. «Мы просто вынуждены осуществить после сельскохозяй­ственной и промышленной революции революцию перехода к устойчивому развитию», - так сказала Гру Харлем Брундтланд.

Несмотря на понимание того, что многие проблемы носят общепланетарный характер, у каждой страны есть свои националь­ные интересы, поступаться которыми трудно даже в условиях глобального кризиса. Так, при обсуждении конвенций о климате и биологическом разнообразии представители США занимали особую позицию, потому что предлагаемые решения противоре­чили экономическим интересам их страны. Например, в вопро­сах сокращения выброса парниковых газов они консолидирова­лись с нефтедобывающими арабскими странами, а не со стра­нами ЕЭС. Нынешний президент Дж. Буш, как сказано выше, в марте 2001 г. официально объявил о выходе США из Киотского протокола 1997 г., т. е. отказался от обязательств по снижению выбросов парниковых газов. По отношению к Конвенции по сохранению биологического разнообразия США оказались в оппозиции ко всему миру, так как настаивали на коммерческой передаче биотехнологий. Корень противоречий в том, что гене­тические ресурсы сосредоточены в тропических развивающихся странах, а биотехнологии на основе этих ресурсов и прибыль от них - в развитых странах.


В итоге, несмотря на разногласия, были приняты три согласо­ванных основополагающих документа, имеющих историческое значение:

Декларация РИО по окружающей среде и развитию;

Заявление о принципах глобального консенсуса(пат. consen­sus - согласие; по управлению, сохранению и устойчивому развитию всех видов лесов;

Повестка дня на XXI век, или Повестка 21.

Декларация и Заявление о принципах глобального кон­сенсусапровозгласили обязательства государств по основным принципам достижения устойчивого… Отмечено также, что государства несут общую, но не одинако­вую ответственность… В документах был заложен очень важный принцип упрежде­ния на стадии принятия решений. Реализация этого принципа крайне…

Улучшение благосостояния людей должно обеспечиваться в пределах хозяйственной емкости биосферы, превыше­ние которой приводит к разрушению экосистем и глобаль­ным изменениям окружающей природной среды.

Перехода к устойчивому развитию можно достичь усилиями всего человечества, но начинать движение каждая страна долж­на самостоятельно. Сделать это вряд ли удастся при нынешних стереотипах мышления.

Непонимание ограниченности возможностей биосфе­ры порождает безответственное отношение властных струк-


Тур, юридических лиц и граждан к окружающей среде и экологической безопасности. Идеи устойчивого развития должны определить государственные приоритеты и перс­пективы социально-экономических преобразований.

Решающий для всего человечества момент перехода в XXI век особенно актуален для России, выходящей на новый путь разви­тия. К началу экономических реформ большая часть основных производственных фондов не отвечала современным требовани­ям, а население проживало, в основном, на экологически неблагополучных территориях. Вместе с тем, в России сохранил­ся крупнейший массив естественных экосистем - 18 млн км2, который является резервом устойчивости всей биосферы. Не­смотря на сложность проблем, характер происходящих в стране преобразований предполагает реальные возможности построе­ния социально-экономической системы, способной осуществить переход к устойчивому развитию.

Сбалансированный подход требует решения социально-эко­номических и экологических задач в определенной последова­тельности.

К первоочередным задачамотносятся:

- стабилизация экологической ситуации при выходе из эконо­мического кризиса;

- улучшение качества окружающей среды за счет экологически ориентированных методов управления и экологизации экономической деятельности;

- ведение хозяйственной деятельности только в пределах емко­сти экосистем, внедрение энерго- и ресурсосберегающих техно­логий и изменение структуры экономики.

перехода к устойчивому разви­тию являются:

- создание правовых основ, включающих совершенствование
законодательства и экономические механизмы природопользова­
ния и охраны природы;


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


- разработка систем стимулирования и ответственности за эколо­-
гические результаты хозяйственной деятельности; отношение к био­
сфере не только как к ресурсу, но и как к фундаменту жизни;

- оценка хозяйственной емкости локальных и региональных экосистем страны, определение допустимого уровня воздействия на них;

- формирование эффективных систем воспитания, образова­ния и пропаганды идей устойчивого развития.

Важнейшая роль в этих преобразованиях принадлежит на­уке. Необходима также реализация комплекса мер по сохране­нию жизни и здоровья людей, решению демографических про­блем, борьбе с преступностью, искоренению бедности, уменьше­нию дифференциации в доходах населения.

Основные условияперехода к устойчивому развитию следующие:

- обеспечение прав и свобод граждан, рыночное хозяйство и гражданское общество;

- усиление роли общественных движений и различных групп населения, особенно молодежи, во всех преобразованиях и принятии решений;

- ведущая роль государства как гаранта политической, экономи­ческой, социальной, экологической, военной безопасности;

- создание отлаженной системы взаимодействия «центр - ре­гионы»;

- строгое соблюдение ряда ограничений (преимущественное хозяйствование на уже освоенных территориях, отказ от реализа­ции любых проектов, наносящих экологический ущерб, и др.).

Переход к устойчивому развитию страны должен быть обес­печен устойчивым развитием регионов. Проблемы, решаемые в регионах, должны соответствовать федеральным задачам. Важ­ное значение имеет разработка межрегиональных программ нескольких субъектов РФ. Реконструкция промышленности регио­нов должна происходить с учетом хозяйственной емкости локаль-


ных экосистем. Программные документы федерального уровня служат ориентиром для региональных программ и определяют экономические условия их развития.

На этапе принятия Концепции создаются лишь рамочные ус­ловия, обеспечивающие сбалансированное функционирование триады: природа, население, хозяйство. При принятии решений необходимо выделять приоритеты, учитывать последствия реализа­ции этих решений в социально-экономической и экологической сферах, делать оценку затрат, выгоды и рисков с соблюдением следующих условий:

- никакая хозяйственная деятельность не должна быть оправ­дана, если экологические ущербы превышают выгоды;

- минимизацию ущербов следует осуществлять до разумно возможного уровня.

Для управления процессом перехода к устойчивому развитию должны устанавливаться целевые ориентиры и контроль за их достижением. Целевые ориентиры выражаются в трех основных показателях: 1) качество жизни, 2) экономическое развитие, 3) экологическое благополучие.

Показателями качества жизнимогут быть здоровье лю­дей, продолжительность жизни, уровень образования, доходы.

Экономическими показателямимогут служить: удельное потребление энергии и ресурсов; количество производимых от­ходов; соотношение между потребностями в ресурсах и их запа­сами и др.

Показатели экологического благополучия- это состоя­ние окружающей среды, т. е. качество воздуха, вод, территорий, лесов с учетом их продуктивности и разнообразия обитающих видов.

Поскольку биосфера как регулятор условий существования жизни - единая система, то и переход к устойчивому развитию мирового сообщества реален только в условиях эффективного международного сотрудничества.


 




Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы


 


Особая роль России в решении планетарных экологических проблем определяется наличием обширных нетронутых террито­рий, являющихся резервом устойчивости биосферы в целом.

Важнейшими научными проблемамив рамках междуна­родного сотрудничества являются: определение характеристик экологической устойчивости планеты в целом и основных подси­стем биосферы: атмосферы, гидросферы, литосферы.

Достигнуть устойчивого развития можно лишь после решения беспрецедентных по масштабу социальных, экономических и экологических задач. Путь этот длительный. По мере продвиже­ния по нему представления будут меняться, потребности людей -соизмеряться с возможностями природы, средства удовлетворе­ния потребностей - совершенствоваться. Поэтому переход дол­жен осуществляться поэтапно.

Начальный этап в России предопределен необходимостью решения острых экономических и социальных проблем. Тем более важно на этом этапе соблюдать экологические ограничения.

На следующем этапе должны осуществляться структурные пре­образования в экономике и экологизация всех сфер природо­пользования, снижение использования природного ресурсного потенциала на душу населения.

На последних этапах решаются проблемы гармонизации вза­имодействия с природой всего мирового сообщества на основе нового экологического мировоззрения, подразумевающего, что мы должны не воевать с природой, а сотрудничать с ней. Рос­сия, как основной владелец ненарушенных экосистем, будет играть одну из ключевых ролей в этих процессах.

Устойчивое развитие в конечном счете должно привести к победе разума во взаимоотношениях Человека с Природой. Деятельность информированных индивидуумов и коллективов, ос­нованная на реалистической надежде, экологическом понима­нии и стремлении стать частью природы, а не властвовать над ней, дает человечеству шанс на переход к устойчивому земному сообществу.


Контрольные вопросы

1. В чем основные причины конфликта природы и общества?

2. Какова приблизительно должна быть численность населения в городе, чтобы емкость среды не была превышена?

3. Можно ли безгранично накапливать экономические блага?

4. Каково основное содержание докладов Римского клуба?

5. В чем значение докладов Римского клуба?

6. Каково значение микро- и макрообучения в формировании экологического мировоззрения?

7. В чем различие между «линейной» и «круговой» экономикой?

8. Какие глобальные модели будущего мира вы знаете?

9. Какие выводы позволяют сделать глобальные модели развития?

 

10. Какова современная концепция развития мира?

11. В чем основные противоречия современного мира?

12. Какие основные документы были приняты на Конференции ООН в 1992 г. в Рио-де-Жанейро? В чем их значение?

13. Одинаковую ли ответственность несут слаборазвитые и промыш-ленно развитые страны за деградацию окружающей среды?

14. В чем смысл модели устойчивого развития?

15. Что означает «принцип упреждения»? Его положительная и отрицательная стороны.

16. Каковы основные положения программы «Повестка 21»?

17. Каковы основные задачи перехода России к устойчивому развитию?

18. Что может служить показателями устойчивого развития?

19. Каковы условия и этапы перехода России к устойчивому развитию?

20. Какова роль России при переходе к устойчивому развитию мирового сообщества?


 




Заключение


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной задачей преподавания дисциплины «Экология» в технических вузах является формирование экологического миро­воззрения на основе приобретенных знаний, которые помогут понять природу, свое место в ней, сохранить жизнь на Земле во имя нынешнего и будущих поколений.

Ухудшение состояния окружающей природной среды обус­ловлено, в основном, образом жизни современного человека. Согласно господствующим взглядам, ресурсы Земли неограни­ченны, как и жизненное пространство, а развивающиеся техно­логии, все возрастающие производство и потребление ведут к лучшей жизни для каждого.

Современный человек способен на многое. Он может раско­лоть горы; осушить реки и затопить долины; превратить леса в бросовую бумажную продукцию; отравить почвы и поля токсич­ными химикатами и пестицидами; загрязнить воздух парниковы­ми газами и кислотами, реки - канализационными стоками, моря - нефтью. Он может изобретать компьютеры, способные делать десять миллионов вычислений в секунду; запускать косми­ческие корабли и станции; создавать ядерное вооружение и атомные бомбы. Но для чего? Для того, чтобы увеличить объем и скорость движения природных ресурсов через потребительс­кую экономику на свалку утиля и отходов?

На самом же деле прогресс, направленный на улучшение мира в сиюминутных интересах человека, постепенно приводит нас вместо мира чудес в мир отходов, а качество жизни посто­янно ухудшается. Сегодня необходимо всю энергию, силы и помыслы направлять на охрану и излечение Земли. Для этого нужно изменить систему взглядов на устройство мира и роль человека в этом мире.

Формирование мировоззрения, способствующего устойчивому развитию Земли, предполагает прохождение четырех уровней по­знания природы и причин возникновения экологических проблем.


На первом уровнерассматриваются проблемы загрязне­ния окружающей среды, угрожающие здоровью и благососто­янию человека: глобальное потепление, кислотные дожди, раз­рушение озонового экрана, загрязнение воздуха, воды, ток­сичные отходы, сведение лесов, опустынивание, исчезновение видов, истощение ресурсов и др., которые предусматривается решать с помощью юридических, технологических и экономи­ческих методов. Главная роль отводится человеку. Каждый от­дельный человек считает свое воздействие на природу слишком незначительным, не понимая того, что миллиарды таких воз­действий вместе угрожают существованию биосферы; люди убеждены, что экологические проблемы можно решить с помощью технологий и не желают изменять образ жизни.

Но в соответствии со вторым законом термодинамики каждое предпринимаемое нами действие, даже природоохранное, в той или иной мере негативно влияет на окружающую среду. Поэто­му нет принципиальной возможности для технологического реше­ния всех проблем загрязнения, хотя использование технологий может внести свой вклад в решение задачи сохранения окружа­ющей природной среды.

На втором уровне приходит понимание, что основной при-

чиной загрязнения, деградации природной среды и истощения ресурсов планеты является сочетание перенаселения в развиваю­щихся странах и перепотребления в промышленно развитых странах (население последних составляет 26 % от общей численности людей мира, а потребление мировых ресурсов ими достигает 80 %). Ответы кажутся очевидными: стабилизация численности населения и сокращение потребления материальных и энергети­ческих ресурсов в развитых странах. Но решение этих проблем невозможно без реформирования общества, повышения экологи­ческого сознания и уровня образования, восстановления дикой природы. Заповедных, охраняемых территорий еще слишком мало, чтобы компенсировать отходы, образующиеся при расточитель­ном использовании ресурсов. Человек продолжает считать себя выше природы и других видов.


 




Заключение


Заключение


 


На третьем уровнепознания главной целью развития стано­вится использование технологий, экономических и политических систем для контроля роста населения, загрязнения и истощения ресурсов, предотвращения перегрузки природных экосистем путем преобразования современных промышленных сообществ в «постин­дустриальные» высокотехнологичные общества. Надежды возлага­ются на создание техногенных систем, подобных космическому кораблю, управлять которыми будут компьютеры, контролирующие загрязнение, производство достаточного количества продовольствия, добычу минеральных ресурсов, энергии и т. д. Если Земля окажет­ся перенаселенной, то часть населения будет жить на космических станциях. Если истощатся минеральные ресурсы - их станут добы­вать на других планетах. С помощью биотехнологий будут контро­лировать эволюцию живых существ и создавать организмы, которые дадут больше пищи, очистят воду и воздух, переработают отходы и др. Такой взгляд на будущее - отражение нашего высокомерно­го отношения к природе, уверенности в том, что с помощью технологий и своей изобретательности человек может создавать искусственную окружающую среду и новые формы жизни для того, чтобы избежать излишних нагрузок на естественную природу Земли. Но следует учитывать, что жизнь астронавтов, например, контролируется наземным центром управления и они всегда надеются возвратиться на Землю. В основу жизни в такой технологически созданной среде изначально заложены культурное однообразие, строгая регламентация функций, снижение биоразнообразия. За­дача состоит в том, чтобы научиться управлять техногенной биоси­стемой, когда технологии придется распространять на все сферы жизни. В конечном итоге это также приведет к перегрузке и разрушению природной среды и истощению ресурсов, потому что такое миропредставление основывается на ошибочной увереннос­ти в том, что мы полностью понимаем жизнь природы и способны ее воспроизвести с помощью техники.

Четвертый уровеньпознания предполагает отказ человека от высокомерного отношения к природе и признание центром жизнеобеспечения Землю, а не себя. Необходимо настроится


на ритмы природы и доверять им, осознавая, что полностью понять их невозможно. Люди должны усвоить, что они принад­лежат Земле, а не Земля им.

Новое экологическое мировоззрение включает ряд осново­полагающих представлений:

Все мы являемся частью - «простыми гражданами природы»; все живые существа взаимосвязаны и взаимозависимы.

Наша роль заключается в понимании и сотрудничестве с природой, а не в ее завоевании.

Каждое живое существо имеет право на жизнь вне зависимо­сти от его полезности для нас в настоящем или будущем.

Наша основная задача состоит в том, чтобы сохранить устой­чивость и разнообразие систем жизнеобеспечения для всех ви­дов организмов. Вопросы о том, кому жить или умирать, должны решаться только в процессе эволюции.

Мы должны стремиться к сокращению численности населе­ния, чтобы дать возможность существовать другим видам и экоси­стемам, защищать оставшиеся дикие экосистемы; по мере сниже­ния прироста численности населения многие экосистемы следует вернуть первозданной природе.

Мы имеем право на защиту от опасных организмов и можем убивать другие организмы, но лишь тогда, когда это жизненно необходимо; у нас нет права делать это для удовлетворения своих прихотей.

Ресурсы Земли ограничены, никто не имеет права на беско­нечное увеличение доли используемых ресурсов; необходимо отличать наши неограниченные запросы от истинных потребнос­тей.

Все, что мы имеем, идет от Солнца и Земли, Земля без нас может существовать, а мы без нее нет.

Все люди должны нести персональную ответственность за сохранение Земли: производимые каждым отходы следовало бы складывать на собственном дворе, тогда каждый понял бы необ­ходимость повторного использования и снижения их количества


 




Заключение


Заключение


 


Мировоззрение, провозгласившее своей целью сохранение жизни на Земле и создание экологически устойчивой экономики, не отвергает технологий. Но они должны использоваться в гуман­ных целях охраны всех форм жизни, а не для их разрушения. Технологии не следует поощрять и развивать только потому, что они теоретически возможны.

Сохранение жизни на Земле требует участия каждого из нас. Мы должны это сделать не потому, что этого требует закон, а для того, чтобы спасти себя как вид. Что может сделать каждый из нас?

Почувствуйте себя одним целым с окружающей природой.

Станьте экологически информированными.

Найдите место, которое Вы полюбите и станете защищать, потому что оно является частью Вас.

Ведите более простой образ жизни за счет снижения потреб­ления и количества отходов.

Помните, что окружающая среда начинается дома.

Избегайте безразличия, унылого пессимизма, слепого техно­логического оптимизма и фатализма.

Участвуйте в решении политических проблем на местном и национальном уровнях.

Расширяйте свои познания о природе.

Как всего этого достичь? Живите по принципу:

Мыслить - глобально, действовать - локально.

зина; договоритесь с коллегами о поочередном использовании машин для поездок на работу и с работы; пользуйтесь обще­ственным транспортом или ездите… Формирование экологического мировоззрения, обеспечива­ющего переход к… Но одного мировоззрения как такового недостаточно. Не­реально ожидать от бедняков, находящихся на грани жизни и…

– Конец работы –

Используемые теги: Экология0.055

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Экология

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Таърихи тараыыиёти экология. Наыша: Педмет ва вазифаьои фанни экология. Методьои тадыиыотии экология
Мафьум дар бораи муьити зист ва шароти маьал... Муьити асосии ьа т... Мафьум дар бораи муьити зист ва шароити...

Экология Пособие по изучению дисциплины «экология» для студентов
Федеральное государственное образовательное учреждение... Высшего профессионального образования... quot московский государственный технический университет гражданской авиации quot МГТУ ГА...

Экология пәнінің анықтамасы, мақсаттары, міндеттері және әдістері. Экология дамуының тарихы.
Экология п ніні аны тамасы ма саттары міндеттері ж не дістері Экология дамуыны тарихы... Экология б лімдері аутэкология демэкология эйдэкология... Литература Экология п ніні аны тамасы ма саттары міндеттері...

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ по дисциплине EUR 1106 - Экология и устойчивое развитие ООД 1 Учебно-методическое пособие по дисциплине Экология и устойчивое развитие / – Астана: Изд-во ЕНУ
Евразийский национальный университет им Л Н Гумилева... Кафедра Управления и инжиниринга в сфере охраны окружающей среды...

Интегрированный урок экология + физика + биология по теме "Экология жилища"
Оформление мультимедийная система гигрометрпсихрометрический коллекция пыли таблицы по исследованию шума влажности воздуха плакаты по... Вступительное слово учителя физики... Нам часто кажется что загрязнения окружающей среды подкарауливает нас лишь на улице и поэтому на экологию наших...

КУРСОВАЯ РАБОТА: Экология
федеральное государственное автономное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Северный Арктический федеральный университет имени М В Ломоносова Кафедра...

ЭКОЛОГИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ... ЦЕНТРОСОЮЗА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ... РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИИ...

Экология
Федеральное государственное бюджетное образовательное... Учреждение высшего профессионального образования... Волгоградский государственный архитектурно строительный...

Раздел 1 Общая экология
Абиотические факторы наземной среды Закон толерантности Примеры... Абиотические факторы это все влияющие на организм элементы неживой природы... Закон толерантности определяет положение по которому любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим...

Экология как наука. Структура современной экологии
Валеология одно из новых самостоятельных ответвлений экологии человека наука о качестве жизни и здоровье... Синтетическая эволюционная экология новая научная дисциплина включающая... История развития экологии как науки Краткий исторический путь развития экологии как...

0.051
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам